RU2782574C1 - Digital signal processing device in pulse-doppler radar with compensation of fm of doppler signals for one period of radiation and reception of a packet of radio pulses - Google Patents
Digital signal processing device in pulse-doppler radar with compensation of fm of doppler signals for one period of radiation and reception of a packet of radio pulses Download PDFInfo
- Publication number
- RU2782574C1 RU2782574C1 RU2021139724A RU2021139724A RU2782574C1 RU 2782574 C1 RU2782574 C1 RU 2782574C1 RU 2021139724 A RU2021139724 A RU 2021139724A RU 2021139724 A RU2021139724 A RU 2021139724A RU 2782574 C1 RU2782574 C1 RU 2782574C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaper
- output
- doppler
- signal
- range
- Prior art date
Links
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 47
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 33
- 230000000051 modifying Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 14
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 10
- 230000003071 parasitic Effects 0.000 description 8
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 4
- VOWAEIGWURALJQ-UHFFFAOYSA-N Dicyclohexyl phthalate Chemical compound C=1C=CC=C(C(=O)OC2CCCCC2)C=1C(=O)OC1CCCCC1 VOWAEIGWURALJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- XMSHRLOQLUNKSN-UHFFFAOYSA-N 4-(2,4-Dichlorobenzoyl)-1,3-dimethyl-5-hydroxypyrazole Chemical compound CC1=NN(C)C(O)=C1C(=O)C1=CC=C(Cl)C=C1Cl XMSHRLOQLUNKSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent Effects 0.000 description 1
- 239000011094 fiberboard Substances 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для использования в импульсно-доплеровских (ИД) радиолокационных станциях (РЛС), работающих с высокоманевренными целями, движущимися с переменной радиальной скоростью. Достигаемым техническим результатом является уменьшение количества периодов излучения и приема пачек радиоимпульсов в ИД РЛС для компенсации частотной модуляции (ЧМ) доплеровских сигналов высокоманевренных целей.The invention relates to the field of radar and is intended for use in pulse-Doppler (ID) radar stations (RLS) operating with highly maneuverable targets moving at variable radial speed. Achievable technical result is to reduce the number of periods of radiation and reception of bursts of radio pulses in the ID radar to compensate for frequency modulation (FM) Doppler signals of highly maneuverable targets.
Известна ИД РЛС, приемный тракт которой выполнен по традиционной схеме супергетеродинных приемников, выходные сигналы которого в цифровом виде поступают в процессор РЛС, осуществляющий обнаружение целей и измерение их координат [1, с. 235-248]. В каждом канале дальности с помощью цифрового фильтра выполняется частотная селекция области, свободной от мешающих отражений, и доплеровская фильтрация принимаемых сигналов с помощью эффективного алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ). После операции БПФ осуществляется формирование модуля выходного сигнала фильтров доплеровской селекции, который поступает на пороговую схему для сравнения с порогом обнаружения. Далее производится оценка доплеровского смещения частоты и дальности до цели.A radar ID is known, the receiving path of which is made according to the traditional scheme of superheterodyne receivers, the output signals of which are digitally fed to the radar processor, which detects targets and measures their coordinates [1, p. 235-248]. In each range channel, a digital filter performs frequency selection of the clutter-free region and Doppler filtering of the received signals using an efficient Fast Fourier Transform (FFT) algorithm. After the FFT operation, the output signal module of the Doppler selection filters is formed, which is fed to the threshold circuit for comparison with the detection threshold. Next, the Doppler frequency shift and range to the target are estimated.
Известно устройство, реализующее метод цифровой обработки сигналов (ЦОС) в ИД РЛС, структурная схема которого представлена в [2].A device is known that implements the method of digital signal processing (DSP) in ID radar, the block diagram of which is presented in [2].
В указанном методе с помощью цифрового формирования квадратурных составляющих осуществляют вычисление комплексной огибающей сигналов, поступающих с выхода усилителя промежуточной частоты, выполняют ее согласованную фильтрацию, формируют дальностно-временной портрет (ДВП) и дальностно-частотный портрет (ДЧП) целей, выполняют вычисление модуля спектров сигналов и его пороговую обработку.In this method, with the help of digital formation of quadrature components, the complex envelope of the signals coming from the output of the intermediate frequency amplifier is calculated, its matched filtering is performed, the long-range-time portrait (DWP) and the range-frequency portrait (LFR) of targets are formed, the module of the signal spectra is calculated and its thresholding.
Под ДВП радиолокационной цели понимается двумерная матрица, сформированная из дискретных отсчетов эхосигналов, соответствующих разным каналам дальности, путем многократного зондирования пространства. Сигнал каждого столбца ДВП представляет собой отсчеты эхосигнала, полученные в одном периоде зондирования и соответствующие последовательно во времени всем каналам дальности. Сигнал каждой строки в ДВП (доплеровский сигнал) представляет собой отсчеты эхосигнала, соответствующие одному каналу дальности во всех периодах излучения зондирующего сигнала.The DWP of a radar target is understood as a two-dimensional matrix formed from discrete samples of echo signals corresponding to different range channels by means of multiple sounding of space. The signal of each DWT column represents echo signal samples obtained in one probing period and corresponding sequentially in time to all range channels. The signal of each line in the DWT (Doppler signal) is the echo signal samples corresponding to one range channel in all periods of the probing signal emission.
Под ДЧП радиолокационной цели понимается двумерная матрица, сформированная из дискретных отсчетов, представляющих собой одномерное дискретное преобразование Фурье (ДПФ) отсчетов доплеровских сигналов каждой строки ДВП, полученных с помощью алгоритма БПФ.The DFS of a radar target is understood as a two-dimensional matrix formed from discrete samples, which are a one-dimensional discrete Fourier transform (DFT) of the Doppler signal samples of each line of the DWT, obtained using the FFT algorithm.
Недостаток указанных аналогов заключается в том, что при обработке эхосигналов от движущихся с переменными радиальными скоростями высокоманевренных целей происходит снижение потенциально достижимого отношения сигнал-шум (ОСШ) и разрешения по скорости целей.The disadvantage of these analogs lies in the fact that when processing echo signals from highly maneuverable targets moving with variable radial velocities, the potentially achievable signal-to-noise ratio (SNR) and speed resolution of the targets are reduced.
Причина возникающих недостатков заключается в следующем.The reason for the deficiencies is as follows.
За время накопления, необходимое для многократного зондирования высокоманевренной цели и приема эхосигналов, в доплеровском сигнале, отсчеты которого в разных периодах повторения соответствуют одному и тому же элементу дальности, в ДВП появляется паразитная ЧМ, обусловленная действием эффекта Доплера с переменным коэффициентом преобразования временного масштаба [3]. Это приводит к расширению спектра доплеровского сигнала в ДЧП и не позволяет в ДЧП когерентно накопить доплеровский сигнал на одной частоте. Появляется сигнал на выходе соседних доплеровских фильтров (фильтров БПФ), амплитуда которых меньше потенциально достижимого значения на выходе одного фильтра, соответствующего постоянной скорости цели. В результате снижается ОСШ на выходе ДЧП, а изображение цели на ДЧП оказывается «размазанным» по каналам скорости, что существенно снижает возможности разрешения целей по скорости.During the accumulation time required for multiple probing of a highly maneuverable target and receiving echo signals, in the Doppler signal, the samples of which in different repetition periods correspond to the same range element, a spurious FM appears in the DWT due to the action of the Doppler effect with a variable time scale conversion factor [3 ]. This leads to the expansion of the spectrum of the Doppler signal in the DFS and does not allow coherent accumulation of the Doppler signal at one frequency in the DFS. A signal appears at the output of neighboring Doppler filters (FFT filters), the amplitude of which is less than the potentially achievable value at the output of one filter, corresponding to a constant target speed. As a result, the SNR at the DFS output decreases, and the target image on the DFS turns out to be “smeared” over the velocity channels, which significantly reduces the ability to resolve targets in terms of speed.
Наиболее близким по технической сущности аналогом заявляемого изобретения является устройство цифровой обработки сигналов в ИД РЛС с компенсацией ЧМ доплеровских сигналов, работающей в режиме разрешения целей (после обнаружения и оценки параметров цели), описанное в патенте RU 2657462 С1 [4]. Выберем его в качестве прототипа.The closest analogue of the claimed invention in terms of technical essence is a device for digital signal processing in an ID radar with FM Doppler signal compensation operating in the target resolution mode (after target detection and evaluation), described in patent RU 2657462 C1 [4]. Let's take it as a prototype.
Отличием прототипа от других аналогов является компенсация ЧМ доплеровских сигналов, позволяющая повысить повышение ОСШ и разрешение по скорости высокоманевренных целей, движущихся с переменной радиальной скоростью.The difference between the prototype and other analogues is the compensation of FM Doppler signals, which allows to increase the increase in SNR and speed resolution of highly maneuverable targets moving with variable radial speed.
Указанный результат достигается тем, что в известном устройстве-прототипе, входной сигнал подается на вход последовательно соединенных цифрового формирователя квадратурных составляющих (ЦФКС), согласованного фильтра (СФ), формирователя ДВП, поэлементного умножителя матриц, формирователя ДЧП и вычислителя модуля, а второй выход формирователя ДВП подключен к последовательно соединенным формирователю сигнала автофокусировки (АФ), вычислителю амплитудного спектра, вычислителю центра симметрии амплитудного спектра и формирователю матрицы опорного сигнала, выход которого подключен ко второму входу поэлементного умножителя матриц, причем существует второй вход формирователя ДЧП для поступления целеуказания по дальности.This result is achieved by the fact that in the well-known prototype device, the input signal is fed to the input of a serially connected digital quadrature generator (DFC), a matched filter (SF), a DWT generator, an element-wise matrix multiplier, a DFS generator and a module calculator, and the second output of the generator The DVP is connected to the autofocus (AF) signal generator, the amplitude spectrum calculator, the amplitude spectrum symmetry center calculator and the reference signal matrix generator connected in series, the output of which is connected to the second input of the element-by-element matrix multiplier, and there is a second input of the FFS generator for receiving target designation in range.
Устройство-прототип за два периода излучения и приема пачки радиоимпульсов компенсирует паразитную ЧМ доплеровских сигналов, что повышает ОСШ и улучшает разрешение по скорости высокоманевренных целей в ИД РЛС, работающих после обнаружения и оценки параметров цели в режимах сопровождения и разрешения целей.The prototype device, for two periods of radiation and reception of a burst of radio pulses, compensates for the spurious FM of Doppler signals, which increases the SNR and improves the speed resolution of highly maneuverable targets in the ID radar, operating after detecting and evaluating the target parameters in the tracking and target resolution modes.
Работа прототипа поясняется структурной схемой, приведенной на фиг. 1. Устройство ЦОС ИД РЛС с компенсацией паразитной ЧМ доплеровских сигналов работает следующим образом.The operation of the prototype is illustrated by the block diagram shown in Fig. 1. Device DSP ID radar with compensation of spurious FM Doppler signals operates as follows.
В ЦФКС входные аналоговые сигналы преобразуются в цифровую форму и формируются их квадратурные составляющие. В СФ выполняется согласованная фильтрация комплексной огибающей эхосигналов. Отсчеты принятых сигналов каждого периода зондирования поступают в формирователь ДВП и записываются в двумерную матрицу ДВП.In the DSFCS, the input analog signals are converted into digital form and their quadrature components are formed. In the SF, a matched filtering of the complex envelope of echo signals is performed. The samples of the received signals of each probing period enter the DWT shaper and are recorded in a two-dimensional DWT matrix.
Одновременно с началом работы режима разрешения целей (после обнаружения и оценки параметров цели) на второй вход устройства поступает целеуказание по дальности о движущейся высокоманевренной цели. Из формирователя ДВП считываются NE строк, симметрично расположенных относительно целеуказания по дальности, в формирователь сигнала АФ, в котором путем формирования сдвинутых во времени и комплексно-сопряженных доплеровских сигналов формируются сигналы АФ.Simultaneously with the start of the target resolution mode (after detection and evaluation of the target parameters), target designation in range of a moving highly maneuverable target is sent to the second input of the device. From the DWP shaper, N E lines are read, symmetrically located relative to the target designation in range, into the AF signal shaper, in which AF signals are formed by forming time-shifted and complex-conjugate Doppler signals.
Далее сигналы АФ поступают в вычислитель амплитудного спектра, в котором рассчитывается модуль ДПФ. Затем вычисляется усредненный амплитудный спектр из входных NЕ амплитудных спектров сигналов АФ.Further, the AF signals enter the amplitude spectrum calculator, in which the DFT module is calculated. Then the average amplitude spectrum is calculated from the input N E amplitude spectra of the AF signals.
Сигнал амплитудного спектра поступает в вычислитель центра симметрии амплитудного спектра, в котором вычисляется автосвертка поступившего сигнала и определяется координата, соответствующая максимуму вычисленной функции.The signal of the amplitude spectrum enters the calculator of the center of symmetry of the amplitude spectrum, in which the autoconvolution of the incoming signal is calculated and the coordinate corresponding to the maximum of the calculated function is determined.
В формирователе матрицы опорного сигнала вычисляется индекс ЧМ доплеровского сигнала и формируется матрица опорного сигнала для компенсации паразитной ЧМ. На выходе умножителя поэлементного умножителя матриц формируются доплеровские сигналы со скомпенсированной паразитной ЧМ. Далее отсчеты сигналов поступают в формирователь ДЧП и вычислитель модуля, выходные сигналы которого используются для подтверждения обнаружения, уточнения скорости объектов и разрешения высокоманевренных целей по скорости.In the reference signal matrix generator, the FM index of the Doppler signal is calculated and the reference signal matrix is formed to compensate for the spurious FM. Doppler signals with compensated parasitic FM are formed at the output of the multiplier of the element-by-element matrix multiplier. Further, the signal counts are fed to the FFS shaper and the module calculator, the output signals of which are used to confirm the detection, clarify the speed of objects and resolve highly maneuverable targets in terms of speed.
Недостатком прототипа является необходимость двухкратного излучения и приема пачки радиоимпульсов для компенсации ЧМ доплеровских сигналов, что увеличивает время получения важнейшей информации о цели (повышенная точность определения скорости одиночной цели, разрешение высокоманевренных целей по скорости в групповой цели). Первый период излучения и приема пачки радиоимпульсов выполняется в режимах обнаружения и определения параметров цели для определения дальности цели или группы целей. Второй период излучения и приема пачки радиоимпульсов выполняется в режимах сопровождения и разрешения целей для повышения ОСШ и уточнения скорости цели или разрешения целей по скорости в выбранной группе.The disadvantage of the prototype is the need for double emission and reception of a burst of radio pulses to compensate for FM Doppler signals, which increases the time to obtain the most important information about the target (increased accuracy in determining the speed of a single target, the resolution of highly maneuverable targets in terms of speed in a group target). The first period of radiation and reception of a burst of radio pulses is performed in the modes of detection and determination of target parameters to determine the range of a target or a group of targets. The second period of radiation and reception of a burst of radio pulses is performed in the modes of tracking and resolving targets to increase the SNR and refine the speed of the target or resolve targets in terms of speed in the selected group.
В заявляемом изобретении время получения важнейшей информации о цели (повышенная точность определения скорости одиночной высокоманевренной цели, разрешение целей по скорости в групповой цели) уменьшено в два раза, так как компенсация паразитной ЧМ доплеровских сигналов высокоманевренных целей достигается за время одного периода излучения и приема пачки радиоимпульсов.In the claimed invention, the time to obtain the most important information about the target (increased accuracy in determining the speed of a single highly maneuverable target, the resolution of targets in terms of speed in a group target) is halved, since the compensation of parasitic FM Doppler signals of highly maneuverable targets is achieved during one period of radiation and reception of a burst of radio pulses .
Техническим результатом заявляемого изобретения является уменьшение количества периодов излучения и приема пачек радиоимпульсов в ИД РЛС для компенсации ЧМ доплеровских сигналов высокоманевренных целей.The technical result of the claimed invention is to reduce the number of periods of emission and reception of bursts of radio pulses in the ID radar to compensate for the FM Doppler signals of highly maneuverable targets.
Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее последовательно соединенные ЦФКС 1, вход которого является входом устройства, СФ 2, формирователь ДВП 3, поэлементный умножитель матриц 4, формирователь ДЧП 5 и вычислитель модуля 6, а также последовательно подключенные к первому выходу формирователя ДВП 3 формирователь сигнала АФ 7, вычислитель амплитудного спектра 8, вычислитель центра симметрии амплитудного спектра 9 и формирователь матрицы опорного сигнала 10, выход которого соединен со вторым входом поэлементного умножителя матриц 4, введен блок пороговой обработки 11, вход которого соединен с выходом вычислителя модуля 6, а выход является выходом устройства; второй выход формирователя ДВП 3 подключен ко второму входу формирователя ДЧП 5, а управляющий выход блока пороговой обработки 11 соединен с управляющим входом формирователя ДВП 3.The specified technical result is achieved by the fact that in a known device containing serially connected
Благодаря введению в известное устройство-прототип совокупности существенных отличительных признаков, предлагаемое устройство обеспечивает технический результат изобретения - уменьшение количества периодов излучения и приема пачек радиоимпульсов в ИД РЛС для компенсации ЧМ доплеровских сигналов высокоманевренных целей. Сущность предлагаемого изобретения поясняется структурной схемой, приведенной на фиг. 2, где обозначено:Due to the introduction of a set of essential distinguishing features into the known prototype device, the proposed device provides the technical result of the invention - reducing the number of periods of emission and reception of bursts of radio pulses in the ID radar to compensate for the FM Doppler signals of highly maneuverable targets. The essence of the invention is illustrated by the block diagram shown in Fig. 2, where it is indicated:
1 - ЦФКС;1 - CFKS;
2 - СФ;2 - SF;
3 - формирователь ДВП;3 - fiberboard shaper;
4 - поэлементный умножитель матриц;4 - element-by-element matrix multiplier;
5 - формирователь ДЧП;5 - shaper DCP;
6 - вычислитель модуля;6 - module calculator;
7 - формирователь сигнала АФ;7 - AF signal conditioner;
8 - вычислитель амплитудного спектра;8 - amplitude spectrum calculator;
9 - вычислитель центра симметрии амплитудного спектра;9 - calculator of the center of symmetry of the amplitude spectrum;
10 - формирователь матрицы опорного сигнала;10 - shaper matrix of the reference signal;
11 - блок пороговой обработки.11 - block thresholding.
Входом устройства является вход ЦФКС 1, выход которого соединен со входом СФ 2, выход которого подключен ко входу формирователя ДВП 3, первый выход которого связан со первым входом поэлементного умножителя матриц 4, выход которого соединен с первым входом формирователя ДЧП 5; второй выход формирователя ДВП 3 подключен ко второму входу формирователя ДЧП 5, выход которого соединен со входом вычислителя модуля 6; к первому выходу формирователя ДВП подключен также формирователь сигнала АФ 7, выход которого соединен со входом вычислителя амплитудного спектра 8, выход которого связан со входом вычислителя центра симметрии амплитудного спектра 9, выход которого соединен со входом формирователя матрицы опорного сигнала 10, выход которого подключен ко второму входу поэлементного умножителя матриц 4; вход блока пороговой обработки 11, соединен с выходом вычислителя модуля 6, первый выход блока пороговой обработки 11 является выходом устройства, а второй управляющий выход связан с управляющим входом формирователя ДВП 3.The input of the device is the input of the DSFCS 1, the output of which is connected to the input of the SF 2, the output of which is connected to the input of the
Устройство ЦОС ИД РЛС с компенсацией паразитной ЧМ доплеровских сигналов в режимах обнаружения и определения параметров цели за один период излучения и приема пачки радиоимпульсов работает следующим образом.The device DSP ID radar with compensation of parasitic FM Doppler signals in the modes of detection and determination of target parameters in one period of radiation and reception of a burst of radio pulses operates as follows.
На вход устройства с выхода приемника РЛС поступает аналоговый сигнал промежуточной частоты. Сигнал подается на вход ЦФКС 1, в котором цифровым способом формируются отсчеты квадратурных составляющих (сигнал преобразуется в цифровую форму, умножается на экспоненту, фильтруется в цифровых фильтрах нижних частот с последующей децимацией выходных отсчетов) [6].An analog intermediate frequency signal is fed to the input of the device from the output of the radar receiver. The signal is fed to the input of the
Отсчеты комплексной огибающей (КО) сигнала поступают на вход СФ 2, в котором выполняется согласованная фильтрация эхосигналов во временной области с помощью нерекурсивного цифрового фильтра или в частотной области с использованием метода «быстрой» свертки [6].The samples of the complex envelope (CO) of the signal are fed to the input of the
Далее отсчеты пачки эхосигналов периода зондирования с выхода СФ 2 поступают в формирователь ДВПЗ. Отсчеты записываются в соответствующий данному периоду зондирования столбец двумерной матрицы ДВП. За период накопления пачки эхосигналов в формирователе 3 формируется ДВП одиночной или групповой цели.Next, the readings of the burst of echo signals of the probing period from the output of the SF 2 are fed to the shaper of the DTP. The readings are recorded in the column of the two-dimensional DWT matrix corresponding to the given sounding period. During the period of accumulation of a burst of echo signals in the
Отсчеты сигналов формирователя ДВП 3 поступают в формирователь ДЧП 5, в котором вычисляются отсчеты ДПФ доплеровских сигналов, соответствующих каждому элементу дальности. Полученные отсчеты ДЧП поступают в вычислитель модулей 6.Samples of the signals of the
В вычислителе модулей 6 определяются модули комплексных отсчетов спектров доплеровских сигналов, которые после сравнения с порогом в блоке пороговой обработки 11 поступают на выход устройства и могут использоваться для обнаружения, оценки дальности и грубой оценки скорости высокоманевренных целей.In the module calculator 6, the modules of complex readings of the Doppler signal spectra are determined, which, after comparison with the threshold in the threshold processing unit 11, are sent to the output of the device and can be used to detect, estimate the range and roughly estimate the speed of highly maneuverable targets.
После обнаружения и оценки параметров цели с управляющего выхода блока пороговой обработки 11 на управляющий вход формирователя ДВП 3 поступает целеуказание о дальности движущейся высокоманевренной цели (iD - номер строки в двумерной матрице ДЧП с максимальной амплитудой, соответствующий дальности цели и NЕ - количество строк отсчетов по дальности в двумерной матрице ДЧП, соответствующих оценке длительности по дальности цели).After detecting and evaluating the parameters of the target from the control output of the threshold processing unit 11 to the control input of the
После получения целеуказаний о дальности высокоманевренной цели из формирователя ДВП 3 считываются NE строк, симметрично расположенных относительно целеуказания по дальности iD, в формирователь сигнала АФ 7, в котором формируются NE сигналов автофокусировки (для каждого канала дальности) путем формирования сдвинутых во времени и комплексно-сопряженных доплеровских сигналов, перемножения их, инвертирования знака у мнимой составляющей каждого полученного комплексного отсчета (для упрощения реализации устройства).After receiving target indications about the range of a highly maneuverable target, N E lines are read from the
С выхода формирователя 7 сигналы АФ поступают в вычислитель амплитудного спектра 8, в котором рассчитываются их ДПФ с помощью алгоритма БПФ и его модуль. Затем вычисляется усредненный амплитудный спектр из входных NE амплитудных спектров сигналов АФ (некогерентное накопление спектров для повышения ОСШ) и из результирующего сигнала исключается математическое ожидание.From the output of the
С выхода вычислителя 8 усредненный центрированный амплитудный спектр сигнала АФ поступает в вычислитель центра симметрии амплитудного спектра 9, в котором методом «быстрой» свертки вычисляется автосвертка усредненного центрированного амплитудного спектра и определяется координата, соответствующая максимуму вычисленной функции [6].From the output of calculator 8, the averaged centered amplitude spectrum of the AF signal enters the calculator of the center of symmetry of the
Полученное в 9 значение координаты используется в формирователе матрицы опорного сигнала 10 для вычисления индекса ЧМ доплеровского сигнала и формирования опорного сигнала, необходимого для компенсации во входном сигнале паразитной ЧМ. На выходе 10 формируется матрица опорного сигнала, у которой каждая строка равна отчетам найденного опорного сигнала, а число строк равно NE - числу элементов дальности в периоде зондирования, симметрично расположенных относительно целеуказания по дальности iD.The coordinate value obtained in 9 is used in the reference signal matrix generator 10 to calculate the FM index of the Doppler signal and generate the reference signal necessary to compensate for the spurious FM in the input signal. At the output 10, a reference signal matrix is formed, in which each row is equal to the reports of the found reference signal, and the number of rows is equal to N E - the number of range elements in the probing period, symmetrically located relative to the target designation in range i D .
В поэлементном умножителе матриц 4 выполняется перемножение матриц, поступающих с первого выхода формирователя ДВП 3 по запросу из блока пороговой обработки 11 и формирователя матрицы опорного сигнала 10, результатом которого является двумерная матрица, каждый элемент которой представляет собой произведение соответствующих элементов матриц. На выходе умножителя 4 формируются доплеровские сигналы со скомпенсированной паразитной ЧМ, обусловленной ускоренным движением целей.In the element-by-
Далее полученные отсчеты сигналов поступают в формирователь ДЧП 5, в котором вычисляются отсчеты ДПФ демодулированных доплеровских сигналов, соответствующих каждому элементу дальности. Полученные отсчеты ДЧП поступают в вычислитель модуля 6.Next, the received signal samples are sent to the
В вычислителе модулей 6 определяются модули комплексных отсчетов спектров доплеровских сигналов, которые поступают в блок пороговой обработки 11.In the module calculator 6, the modules of complex readings of the spectra of Doppler signals are determined, which are fed to the threshold processing unit 11.
После сравнения модулей отсчетов ДЧП с порогом в блоке пороговой обработки 11 сигналы поступают на выход устройства и могут использоваться для подтверждения обнаружения и оценки дальности цели, а также для уточнения скорости одиночной цели или разрешения высокоманевренных целей в группе.After comparing the modules of DFS readings with a threshold in the threshold processing unit 11, the signals are sent to the output of the device and can be used to confirm the detection and range of the target, as well as to refine the speed of a single target or resolve highly maneuverable targets in a group.
Таким образом, предлагаемое изобретение дает технический результат, заключающийся в компенсации паразитной ЧМ доплеровских сигналов высокоманевренных целей за один период излучения и приема пачки радиоимпульсов, которая повышает ОСШ и разрешение по скорости в ИД РЛС в режимах обнаружения и определения параметров высокоманевренных целей.Thus, the proposed invention provides a technical result, which consists in compensating for parasitic FM Doppler signals of highly maneuverable targets in one period of radiation and reception of a burst of radio pulses, which increases the SNR and speed resolution in the ID radar in the modes of detection and determination of the parameters of highly maneuverable targets.
Рассмотрим преобразование сигналов в устройстве ЦОС ИД РЛС с компенсацией ЧМ доплеровских сигналов за один период излучения и приема пачки радиоимпульсов с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ).Let us consider signal conversion in the DSP device of the ID radar with FM Doppler signals compensation for one period of radiation and reception of a burst of radio pulses with linear frequency modulation (chirp).
Выражение для комплексной огибающей доплеровского ЛЧМ сигнала, соответствующего заданной дальности и сформированного из эхосигнала от движущейся одиночной цели, находящейся на указанной дальности, можно представить в виде:The expression for the complex envelope of the Doppler chirp signal corresponding to a given range and formed from an echo signal from a moving single target located at a specified range can be represented as:
где U0 - амплитуда сигнала;where U 0 - signal amplitude;
- центральная частота ЛЧМ сигнала; - central frequency of the chirp signal;
- индекс модуляции; - modulation index;
Δωd - девиация частоты;Δω d - frequency deviation;
Тс - длительность сигнала;T c - signal duration;
ϕ0 - начальная фаза (далее положим равной нулю).ϕ 0 - initial phase (further set equal to zero).
Закон изменения мгновенной частоты в интервале 0≤t≤Тс:The law of instantaneous frequency change in the interval 0≤t≤T s :
После обработки сигналов в ЦФКС 1, СФ 2, формирователе ДВП 3, формирователе ДЧП 5, вычислителе модуля 6 и блоке пороговой обработки 11 из ДВП 3 (матрица размером Nкд каналов дальности на Nкс каналов скорости) в формирователь сигнала АФ 7 поступают NE строк дискретных сигналов состоящих из отсчетов КО доплеровских сигналов, в котором формируются NE дискретных сигналов АФ по одинаковому правилу для всех каналов дальности: N _ _ strings of discrete signals consisting of samples of QoS of Doppler signals, in which N E discrete AF signals are formed according to the same rule for all range channels:
где Тп=1/Fп - период и частота повторения зондирующих сигналов;where T p =1/F p - period and frequency of repetition of probing signals;
- сдвинутый во времени на Nсдв << Nкс отсчетов сигнал относительно - shifted in time by N shift << N ks samples signal relative to
- комплексно-сопряженный сигнал - complex conjugate signal
Представим сигналы и как радиоимпульсы с ЛЧМ:Imagine Signals and as radio pulses with chirp:
где where
где where
где where
где where
Тогда сигнал АФ равен:Then the AF signal is:
Из полученных выражений следует, что сигнал АФ представляет собой отрезок комплексной гармоники длительностью Nкс - Nсдв ≈ Nкс с частотой - μNсдвTп.It follows from the obtained expressions that the AF signal is a segment of the complex harmonic with a duration N ks - N shift ≈ N ks with a frequency - μN shift T p .
В общем случае при наличии нескольких целей (от двух и более), спектр сигнала АФ становится симметричным относительно спектральной составляющей с частотой μМсдвТп (не обязательно максимальной), используемой для оценки параметра μ. Количество спектральных составляющих в спектре сигнала автофокусировки равно 2Nцелей - 1.In the general case, if there are several targets (from two or more), the spectrum of the AF signal becomes symmetrical with respect to the spectral component with a frequency μM shift T p (not necessarily the maximum) used to estimate the parameter μ. The number of spectral components in the autofocus signal spectrum is 2N targets - 1.
Для формирования опорного сигнала, необходимого для компенсации паразитной ЧМ, требуется найти индекс модуляции μ, который однозначно связан с полученной частотой центра симметрии спектра сигнала АФ.To form the reference signal necessary to compensate for parasitic FM, it is required to find the modulation index μ, which is uniquely related to the obtained frequency of the center of symmetry of the AF signal spectrum.
Определим указанную связь в доплеровских сигналах на примере дискретных выходных сигналов ДВП длиной Nкс отсчетов. Полагаем, что при малом искусственном сдвиге сигнала на величину Nсдв << Nкс все гармоники сигнала АФ близко расположены относительно центра симметрии спектра, т.е. сигнал узкополосный.Let us determine the indicated relationship in Doppler signals using the example of discrete output DWT signals of length N ks samples. We believe that with a small artificial signal shift by N shift << N ks , all harmonics of the AF signal are closely located relative to the center of symmetry of the spectrum, i.e. narrowband signal.
Частота центра симметрии спектра сигнала АФ, совпадающая с центральной спектральной составляющей (не обязательно максимальной), равна:The frequency of the center of symmetry of the spectrum of the AF signal, coinciding with the central spectral component (not necessarily the maximum), is equal to:
После вычисления БПФ размером Nкс имеем в спектре центральную составляющую kцс (центр симметрии спектра), связанную с μ следующим образом:After calculating the FFT of size N ks , we have in the spectrum the central component k ts (the center of symmetry of the spectrum), associated with μ as follows:
} }
Для получения частоты сигнала АФ всегда с одинаковым (положительным) знаком в формирователе 4 выполним предварительно перед процедурой БПФ инвертирование знака каждого нечетного отсчета сигнала АФTo obtain the frequency of the AF signal always with the same (positive) sign in the
при at
При использовании сигналов АФ без инвертирования в ситуациях, дающих расстройку при ±Δƒ, спектральные составляющие будут находиться в районе нулевой частоты, что представляет дополнительные сложности при программировании со знаком частотных составляющих. Поэтому применяется инвертирование нечетных отсчетов или сдвиг по частоте на половину частоты дискретизации.When using non-inverted AF signals in situations that deviate at ±Δƒ, the spectral components will be in the region of zero frequency, which presents additional difficulties when programming with a signed frequency components. Therefore, an inversion of odd samples or a frequency shift of half the sampling frequency is applied.
После выполнения БПФ номер центральной спектральной составляющей будет находиться в центре диапазона от 0 до NБПФ-1:After performing the FFT, the number of the central spectral component will be in the center of the range from 0 to N FFT -1:
Тогда выражения для ƒцс и μ можно представить в виде:Then the expressions for ƒ tss and μ can be represented as:
Однако в спектре сигнала АФ, содержащем несколько спектральных составляющих разного уровня (в общем случае, при условии наличия нескольких целей), сложно найти центральную спектральную составляющую ƒцс, которая не обязательно является максимальной. Для этого в вычислителе центра симметрии амплитудного спектра 6 используется процедура автосвертки (вычисление автосвертки амплитудного спектра инвертированного сигнала АФ), позволяющая найти центр симметричного спектра.However, in the spectrum of the AF signal containing several spectral components of different levels (in the general case, subject to the presence of several targets), it is difficult to find the central spectral component ƒ tss , which is not necessarily the maximum. For this, the calculator of the center of symmetry of the amplitude spectrum 6 uses the autoconvolution procedure (calculation of the autoconvolution of the amplitude spectrum of the inverted AF signal), which makes it possible to find the center of the symmetrical spectrum.
Для устранения «треугольной составляющей» в сигнале автосвертки, обусловленной наличием постоянной составляющей (от огибающей помех) в модуле амплитудного спектра, в вычислителе 9 предварительно применяется процедура центрирования сигналов амплитудного спектра. Это повысит точность определения максимума сигнала автосвертки при наличии помех.To eliminate the "triangular component" in the autoconvolution signal, due to the presence of a constant component (from the noise envelope) in the amplitude spectrum module, the
После вычисления автосверток центральные спектральные составляющие (центры симметрии спектров) станут максимальными, независимо от их исходных значений и их станет возможно определить с помощью процедуры определения максимума.After calculating the autoconvolutions, the central spectral components (centers of symmetry of the spectra) will become maximum, regardless of their initial values, and it will be possible to determine them using the maximum determination procedure.
После вычисления линейной автосвертки номер максимального отсчета автосвертки амплитудного спектра инвертированного сигнала АФ будет равен:After calculating the linear autoconvolution, the number of the maximum autoconvolution count of the amplitude spectrum of the inverted AF signal will be equal to:
ОткудаWhere
и экспериментально найденный индекс ЧМ доплеровского сигналаand the experimentally found index of the FM Doppler signal
В формирователе матрицы опорного сигнала 10 для каждого канала дальности NE ДВП 3 формируется единый опорный сигнал:In the shaper of the reference signal matrix 10 for each range channel N E DVP 3 a single reference signal is formed:
В поэлементном умножителе матриц 4 выполняется перемножение отсчетов каждой из NE строк ДВП 3 на отсчеты опорного сигнала In the element-by-element multiplier of
При условии равенства μ*=μ происходит демодуляция ЧМ сигналов каждого канала дальности ДВП 3 и в формирователь ДЧП 5 поступают из поэлементного умножителя матриц 4 реализации сигналов комплексных гармоник:Under the condition of equality μ*=μ, the FM signals of each channel of the range of the
где where
В формирователе 5 в каждой строке с помощью процедуры БПФ вычисляется спектр поступающей информации. В вычислителе модуля 6 выделяется амплитудный спектр сигнала каждой строки матрицы формирователя ДЧП 5.In the
Компенсация паразитной ЧМ приводит к сжатию спектра по оси скоростей и соответствующему увеличению его максимального значения и ОСШ, что важно для подтверждения обнаружения и сопровождения цели.Parasitic FM compensation leads to spectrum compression along the velocity axis and a corresponding increase in its maximum value and SNR, which is important for confirming target detection and tracking.
Повышение разрешающей способности по скорости, обусловленное сжатием спектра, также является важным результатом, позволяющим разрешить по скорости движущиеся ускоренно с близкими скоростями цели.The increase in velocity resolution due to spectrum compression is also an important result, which makes it possible to resolve in velocity targets moving rapidly with close velocities.
Таким образом, предлагаемое устройство ЦОС позволяет осуществить в ИД РЛС демодуляцию паразитной ЧМ доплеровских сигналов за один период излучения и приема пачки радиоимпульсов. Это уменьшает время получения важной информации о параметрах обнаруженных высокоманевренных целей (без использования второго излучения и приема пачки радиоимпульсов): повышенное ОСШ для подтверждения обнаружения и улучшенную разрешающую способность РЛС по скорости для разрешения близкорасположенных высокоманевренных целей в группе.Thus, the proposed DSP device allows demodulation of spurious FM Doppler signals in the ID radar in one period of radiation and reception of a burst of radio pulses. This reduces the time to obtain important information about the parameters of detected highly maneuverable targets (without the use of a second emission and receiving a burst of radio pulses): increased SNR to confirm detection and improved radar speed resolution to resolve closely spaced highly maneuverable targets in a group.
Результаты проведенных экспериментальных исследований разработанного устройства компенсации паразитной ЧМ за один период излучения и приема пачки радиоимпульсов показали его работоспособность и высокую эффективность применения в ИД РЛС, предназначенных для работы с близкорасположенными целями, движущимися с переменной скоростью.The results of experimental studies of the developed device for compensating parasitic FM in one period of radiation and reception of a burst of radio pulses showed its operability and high efficiency of use in ID radars designed to work with nearby targets moving at a variable speed.
Таким образом, подтверждена правильность функционирования разработанного устройства и высокая эффективность его использования при обработке эхосигналов от воздушных ускоренно движущихся целей, заключающаяся в увеличении ОСШ и повышении разрешения по скорости практически до потенциально возможных значений за один период излучения и приема пачки радиоимпульсов.Thus, the correct functioning of the developed device and the high efficiency of its use in processing echo signals from airborne rapidly moving targets, which consists in increasing the SNR and increasing the speed resolution to practically possible values for one period of radiation and reception of a burst of radio pulses, have been confirmed.
Источники информации:Sources of information:
1. Дудник П.И., Ильчук А.Р., Татарский Б.Г. Многофункциональные радиолокационные системы. Уч. пособие для вузов / под ред. Б.Г. Татарского. - М.: Дрофа, 2007. - 283 с. 1. Dudnik P.I., Ilchuk A.R., Tatarsky B.G. Multifunctional radar systems. Uch. manual for universities / ed. B.G. Tatarsky. - M.: Bustard, 2007. - 283 p.
2. Маркович И.И., Завтур Е.Е. Методы цифровой обработки сигналов, отраженных от высокоманевренных воздушных целей // Вестник воздушно-космической обороны. - Научно-технический журнал ПАО «НПО «Алмаз» им. акад. А.А. Расплетина».- 2016 - Вып.3(11). - С.17-23.2. Markovich I.I., Zavtur E.E. Methods for digital processing of signals reflected from highly maneuverable air targets // Bulletin of Aerospace Defense. - Scientific and technical journal of PJSC "NPO" Almaz "named after. acad. A.A. Raspletin. - 2016 - Issue 3 (11). - P.17-23.
3. Маркович И.И. Функция неопределенности сигналов при квазиоптимальной обработке в линейном фильтре с переменными параметрами // Радиотехника. - 1989. - №6. - С.55-56.3. Markovich I.I. Signal Uncertainty Function for Quasi-Optimal Processing in a Linear Filter with Variable Parameters // Radiotekhnika. - 1989. - No. 6. - P.55-56.
4. Патент 2657462 РФ, МПК 2006, G01S 13/53. Устройство цифровой обработки сигналов в импульсно-доплеровской РЛС с компенсацией ЧМ доплеровских сигналов / И.И. Маркович. Заявитель и патентообладатель - ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет». - 2017122902. Заявл. 28.06.2017. Опубл. 14.06.2018. Бюл. №17.4. Patent 2657462 RF, IPC 2006, G01S 13/53. Device for digital signal processing in a pulse-Doppler radar with compensation for FM Doppler signals / I.I. Markovich. Applicant and patentee - FGAOU VO "Southern Federal University". - 2017122902. Appl. 06/28/2017. Published 06/14/2018. Bull. No. 17.
5. Маркович И.И. Цифровая обработка сигналов в системах и устройствах: монография. - Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2012. - 236 с. 5. Markovich I.I. Digital signal processing in systems and devices: monograph. - Rostov-on-Don: Publishing House of the Southern Federal University, 2012. - 236 p.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2782574C1 true RU2782574C1 (en) | 2022-10-31 |
Family
ID=
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3889261A (en) * | 1972-09-26 | 1975-06-10 | Thomson Csf | Range measurement pulse radar system |
EP0215481A2 (en) * | 1985-09-20 | 1987-03-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Pulse Doppler radar device using digital signal processing |
RU2109306C1 (en) * | 1997-03-27 | 1998-04-20 | Санкт-Петербургское высшее училище радиоэлектроники противовоздушной обороны | Pulse-doppler radar station |
JPH11223673A (en) * | 1998-02-05 | 1999-08-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Pulse doppler radar device |
RU2594005C1 (en) * | 2015-09-01 | 2016-08-10 | Иван Васильевич Колбаско | Method of processing radar signal in pulse-doppler radar set |
RU2626380C1 (en) * | 2016-10-21 | 2017-07-26 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" | Selection system of moving targets with measurement of range, radial velocity and direction of motion |
RU2657462C1 (en) * | 2017-06-28 | 2018-06-14 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" | Device for digital processing of signals in a pulse-doppler radars with compensation of fm doppler signals |
RU2673679C1 (en) * | 2017-10-17 | 2018-11-29 | Публичное акционерное общество "Авиационная холдинговая компания "Сухой" | Pulse-doppler radar signals digital processing device with targets by distance migration compensation |
RU2713501C1 (en) * | 2018-11-16 | 2020-02-05 | Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Всероссийский научно-исследовательский институт радиоаппаратуры" (АО "ВНИИРА") | Device for doppler processing and compression of phase-shift keyed radar signals |
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3889261A (en) * | 1972-09-26 | 1975-06-10 | Thomson Csf | Range measurement pulse radar system |
EP0215481A2 (en) * | 1985-09-20 | 1987-03-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Pulse Doppler radar device using digital signal processing |
RU2109306C1 (en) * | 1997-03-27 | 1998-04-20 | Санкт-Петербургское высшее училище радиоэлектроники противовоздушной обороны | Pulse-doppler radar station |
JPH11223673A (en) * | 1998-02-05 | 1999-08-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Pulse doppler radar device |
RU2594005C1 (en) * | 2015-09-01 | 2016-08-10 | Иван Васильевич Колбаско | Method of processing radar signal in pulse-doppler radar set |
RU2626380C1 (en) * | 2016-10-21 | 2017-07-26 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" | Selection system of moving targets with measurement of range, radial velocity and direction of motion |
RU2657462C1 (en) * | 2017-06-28 | 2018-06-14 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" | Device for digital processing of signals in a pulse-doppler radars with compensation of fm doppler signals |
RU2673679C1 (en) * | 2017-10-17 | 2018-11-29 | Публичное акционерное общество "Авиационная холдинговая компания "Сухой" | Pulse-doppler radar signals digital processing device with targets by distance migration compensation |
RU2713501C1 (en) * | 2018-11-16 | 2020-02-05 | Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Всероссийский научно-исследовательский институт радиоаппаратуры" (АО "ВНИИРА") | Device for doppler processing and compression of phase-shift keyed radar signals |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111352102B (en) | Multi-target number detection method and device based on frequency modulation continuous wave radar | |
EP2198323B1 (en) | Time delay estimation | |
JP2020067455A (en) | Fmcw radar for suppressing disturbing signal | |
JP5251591B2 (en) | Pulse compressor | |
CN104035079B (en) | A kind of signal performance compensation method of novel zero intermediate frequency pulse compression radar system | |
RU2255352C2 (en) | Method and system for radar measurement of object speeds and coordinates (modifications) | |
CN110857975B (en) | Radar range accuracy improving method | |
CN101793960B (en) | High-accuracy dynamic threshold target monitoring method with chirping characteristics | |
RU2657462C1 (en) | Device for digital processing of signals in a pulse-doppler radars with compensation of fm doppler signals | |
RU2660450C1 (en) | Device of radar location station with continuous linear-frequency-modulated signal and synthesis of aperture | |
RU2782574C1 (en) | Digital signal processing device in pulse-doppler radar with compensation of fm of doppler signals for one period of radiation and reception of a packet of radio pulses | |
RU2293997C1 (en) | Method for correlation processing of signals, reflected from fast-moving targets | |
RU2271019C1 (en) | Method of compensation of signal phase incursions in onboard radar system and onboard radar system with synthesized aperture of antenna for flying vehicles | |
RU2673679C1 (en) | Pulse-doppler radar signals digital processing device with targets by distance migration compensation | |
CN118871805A (en) | System and method for mutual interference mitigation of FMCW automotive radar | |
JP4754981B2 (en) | Pulse radar equipment | |
RU119126U1 (en) | DEVICE FOR INCREASING ANGULAR RESOLUTION OF AMPLITUDE TOTAL-DIFFERENT MONO-PULSE SYSTEM | |
CN115586507A (en) | MIMO radar waveform design method for inhibiting speed ambiguity | |
RU2800494C1 (en) | Device for digital signal processing in pulsed-doppler radar with compensation of target migration by range and fm doppler signals in one period of radiating and receiving radio pulses | |
RU2782249C1 (en) | Device for digital signal processing in a pulse-doppler radar with compensation for the migration of targets over a range for one period of radiation and reception of a packet of radio pulses | |
RU2316788C9 (en) | Mode of detection by a pulsed-doppler radar of a group target | |
US5081994A (en) | Method and apparatus for avoiding ambiguities in a pulse doppler apparatus | |
GB2074807A (en) | M.T.I. radar processor | |
RU2360265C1 (en) | Method of radar detection of mobile targets with phase selection on range and device to this end | |
RU2444758C1 (en) | Method for determining number, velocity and range of targets and amplitudes of signals reflected from them as per return signal in digital channel of radar |