RU2783402C1 - Method for processing radar signals for detecting targets and measuring their motion parameters in the selection zone and a radar sensor implementing it - Google Patents
Method for processing radar signals for detecting targets and measuring their motion parameters in the selection zone and a radar sensor implementing it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2783402C1 RU2783402C1 RU2021131636A RU2021131636A RU2783402C1 RU 2783402 C1 RU2783402 C1 RU 2783402C1 RU 2021131636 A RU2021131636 A RU 2021131636A RU 2021131636 A RU2021131636 A RU 2021131636A RU 2783402 C1 RU2783402 C1 RU 2783402C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- frequency
- pulse
- outputs
- quadrature
- Prior art date
Links
- 230000001702 transmitter Effects 0.000 claims description 18
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 14
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 8
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 4
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 claims description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 13
- 230000000051 modifying Effects 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000003672 processing method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 22
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 22
- 241000283725 Bos Species 0.000 description 14
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 12
- XGCDBGRZEKYHNV-UHFFFAOYSA-N 1,1-Bis(diphenylphosphino)methane Chemical compound C=1C=CC=CC=1P(C=1C=CC=CC=1)CP(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 XGCDBGRZEKYHNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 101700051609 ADC2 Proteins 0.000 description 10
- 101700027726 SPE1 Proteins 0.000 description 10
- 101700053997 adc1 Proteins 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 101700053452 speA1 Proteins 0.000 description 10
- 101700049574 speA2 Proteins 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 7
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 7
- 229920002574 CR-39 Polymers 0.000 description 5
- 108060000159 adc Proteins 0.000 description 5
- 108060005723 speA Proteins 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 3
- PSFDQSOCUJVVGF-UHFFFAOYSA-N Harman Chemical compound C12=CC=CC=C2NC2=C1C=CN=C2C PSFDQSOCUJVVGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000996 additive Effects 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 2
- 230000001808 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 235000019527 sweetened beverage Nutrition 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised Effects 0.000 description 2
- 241000271566 Aves Species 0.000 description 1
- 240000006652 Cupressus sempervirens Species 0.000 description 1
- 241000238631 Hexapoda Species 0.000 description 1
- 210000003284 Horns Anatomy 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 1
- 230000001427 coherent Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 230000001809 detectable Effects 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral Effects 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 102220005306 rs33926796 Human genes 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области ближней радиолокации с импульсной модуляцией излучения, внутриимпульсным приемом и обработкой сигналов. Способ обработки сигналов и радиолокационный датчик (РЛД) его реализующий могут использоваться в системах обнаружения целей и измерения их параметров движения в зоне селекции.The invention relates to the field of short-range radar with pulsed radiation modulation, intra-pulse reception and signal processing. The signal processing method and the radar sensor (RLD) that implements it can be used in systems for detecting targets and measuring their movement parameters in the selection zone.
Принцип действия классических радиолокаторов дальнего радиуса действия с импульсной модуляцией излучения основан на разделении во времени процессов формирования зондирующих и приема отраженных радиосигналов. Прием отраженных радиосигналов производится на отрезке времени между излучением зондирующих радиоимпульсов. Расстояние до цели определяется по времени запаздывания отраженного радиоимпульса, а скорость движения - по частоте доплеровского сигнала (см. стр. 175-215, [1]).The principle of operation of classical long-range radars with pulse modulation of radiation is based on the separation in time of the processes of formation of probing and reception of reflected radio signals. The reflected radio signals are received in the time interval between the emission of probing radio pulses. The distance to the target is determined by the delay time of the reflected radio pulse, and the speed of movement is determined by the frequency of the Doppler signal (see pp. 175-215, [1]).
Недостатком классических радиолокаторов является наличие «мертвой зоны», определяемой суммарным временем формирования зондирующего радиоимпульса и временем восстановления чувствительности приемника [2].The disadvantage of classical radars is the presence of a "dead zone", determined by the total time of formation of a probing radio pulse and the recovery time of the receiver sensitivity [2].
Известны РЛД с импульсной модуляцией излучения [3-10], у которых отсутствует мертвая зона вблизи антенны. В этих РЛД используется метод приема отраженного радиосигнала [11] во время излучения зондирующего радиоимпульса, когда время τ запаздывания отраженного радиосигнала меньше длительности tи зондирующих радиоимпульсов (τ<tи). В этом случае процесс выделения информации об отраженном сигнале производится по разности фаз излучаемого и принимаемого радиосигналов вследствие их взаимной когерентности. Относительное перемещение цели и РЛД вызывает соответствующие изменения разности фаз этих радиосигналов. Данные изменения фазы преобразуются в видеоимпульсы длительностью tи-τ на выходе смесителя приемника. Выделение и «растягивание» по времени этих видеоимпульсов на период их повторения Тп путем временного стробирования схемой выборки-хранения и последующая фильтрация обеспечивают формирование доплеровского сигнала, который востребован для измерения скорости цели и решения задачи ее обнаружения.Known radar with pulse modulation of radiation [3-10], which has no dead zone near the antenna. These radars use the method of receiving a reflected radio signal [11] during the emission of a probing radio pulse, when the delay time τ of the reflected radio signal is less than the duration t and probing radio pulses (τ<t and ). In this case, the process of extracting information about the reflected signal is performed by the phase difference of the emitted and received radio signals due to their mutual coherence. The relative movement of the target and the RLD causes corresponding changes in the phase difference of these radio signals. These phase changes are converted into video pulses of duration t and -τ at the output of the receiver mixer. Selection and "stretching" in time of these video pulses for the period of their repetition T p by temporary gating by the sample-hold circuit and subsequent filtering provide the formation of a Doppler signal, which is in demand for measuring the speed of the target and solving the problem of its detection.
Зона селекции РЛД определяется по нормированной амплитуде доплеровского сигнала относительно уровня собственных шумов приемника. Ближняя граница зоны селекции по дальности Rбл этих РЛД равна нулю, а дальняя - ограничена длительностью зондирующего радиоимпульса: Rд=ctи/2, где с - скорость радиоволн в свободном пространстве. С боков зона селекции ограничена шириной диаграммы направленности антенны по «азимуту» и «углу места». Благодаря отмеченным свойствам РЛД с внутриимпульсным приемом и обработкой сигналов обладают повышенной устойчивостью к пассивным помехам, находящимся за пределами зоны селекции цели и поэтому находят широкое применение в системах безопасности на транспорте и охраны объектов, а также системах контроля технологических процессов [12-17].The RLD selection zone is determined by the normalized amplitude of the Doppler signal relative to the receiver's own noise level. The near boundary of the range selection zone R bl of these RLDs is equal to zero, and the far one is limited by the duration of the probing radio pulse: R d =ct and /2, where c is the speed of radio waves in free space. From the sides, the selection zone is limited by the width of the antenna radiation pattern in terms of "azimuth" and "elevation". Due to the noted properties, RRDs with intra-pulse signal reception and processing have increased resistance to passive interference outside the target selection zone and, therefore, are widely used in transport security and facility protection systems, as well as technological process control systems [12-17].
Необходимо отметить, что РЛД с внутриимпульсным приемом сигналов имеют как гомодинное, так и автодинное построение [18] приемопередатчиков. При гомодинном построении отсутствует отдельный гетеродин в приемнике, что упрощает конструкцию РЛД. Однако применение автодинного приемопередатчика обеспечивает дополнительное упрощение РЛД. В нем отсутствуют смеситель и устройство развязки между передатчиком и приемником, например, циркулятор. Автодинный генератор (автодин) совмещает в себе обе функции одновременно и тем самым имеет самую простую конструкцию, малые габариты и вес, а также низкую стоимость приемопередатчика [19]. Перечисленные достоинства зачастую являются определяющими в пользу применения автодинных РЛД во многих приложениях [3-7; 15; 16].It should be noted that RLDs with intrapulse signal reception have both homodyne and autodyne construction [18] of transceivers. With homodyne construction, there is no separate local oscillator in the receiver, which simplifies the design of the radar. However, the use of an autodyne transceiver provides an additional simplification of the radar. It lacks a mixer and a decoupling device between transmitter and receiver, such as a circulator. An autodyne generator (autodyne) combines both functions simultaneously and thus has the simplest design, small dimensions and weight, and low cost of the transceiver [19]. These advantages are often decisive in favor of the use of autodyne RLDs in many applications [3-7; fifteen; 16].
Известны РЛД, обладающие повышенной устойчивостью к пассивным помехам, находящимся в зоне селекции в непосредственной близости к антенне. Эти помехи возникают, например, от мокрого снега, града и дождя, а также от насекомых и птиц. Для защиты от этих помех в РЛД [15; 16] используется попеременная передача зондирующих радиоимпульсов на двух разных частотах. Получаемые при этом доплеровские сигналы предложено обрабатывать с учетом их разности фаз. При этом сигналы от помех в ближней зоне действия РЛД находятся в фазе и их несложно исключить вычитанием, а сигналы от удаленных целей отличаются между собой по фазе, что используется для определения расстояния до цели.Known radar, with increased resistance to passive interference, located in the selection zone in close proximity to the antenna. These interferences are caused, for example, by sleet, hail and rain, as well as by insects and birds. To protect against these interferences in RLD [15; 16] alternate transmission of probing radio pulses at two different frequencies is used. The resulting Doppler signals are proposed to be processed taking into account their phase difference. At the same time, signals from interference in the near range of the radar are in phase and can be easily eliminated by subtraction, and signals from distant targets differ in phase, which is used to determine the distance to the target.
Принцип подавления помех в ближней зоне РЛД, предложенный в [20-25], основан на поочередной передаче двух зондирующих радиоимпульсов, из которых один является неизменным по ширине, а другой подвергнут псевдослучайной модуляции длительности. Формируемые на выходе смесителя видеоимпульсы далее усиливают и сглаживают фильтром нижних частот, как было описано выше. При этом свойство РЛД подавления радиосигналов от помех, находящихся за пределами дальней границы зоны селекции, сохраняется.The principle of interference suppression in the near zone of the radar, proposed in [20-25], is based on the successive transmission of two probing radio pulses, one of which is constant in width, and the other is subjected to pseudo-random modulation of duration. The video pulses generated at the output of the mixer are further amplified and smoothed by a low-pass filter, as described above. At the same time, the property of the radar suppression of radio signals from interference located outside the far boundary of the selection zone is preserved.
Расширение функциональных возможностей радиоимпульсных РЛД обеспечивает применение в приемопередатчике не обычных (простых), а квадратурных смесителей [8; 26-28]. Этим достигается формирование на выходе приемника двух доплеровских сигналов I(t) и Q(t), сдвинутых по фазе относительно друг друга на угол ±π/2. Смена направления движения цели вызывает изменение знака разности фаз сигналов на противоположный знак. Это явление используется для идентификации объектов локации по направлению движения.The expansion of the functionality of radio pulse radar ensures the use in the transceiver of not conventional (simple), but quadrature mixers [8; 26-28]. This achieves the formation at the output of the receiver of two Doppler signals I(t) and Q(t), shifted in phase relative to each other by an angle of ±π/2. A change in the direction of movement of the target causes a change in the sign of the phase difference of the signals to the opposite sign. This phenomenon is used to identify location objects in the direction of movement.
Наиболее близким аналогом (прототипом) по технической сущности, принципу действия и достигаемому положительному эффекту является РЛД, предназначенный для обнаружения движущихся целей в контролируемой зоне селекции, который заявлен согласно патенту US 6492933 B1, опубл. 10.12.2002, МПК7 G01S 13/08, G01S 13/53. SSB pulse Doppler sensor and active reflector system / McEWan [28].The closest analogue (prototype) in terms of technical essence, principle of operation and achieved positive effect is a radar designed to detect moving targets in a controlled selection area, which is claimed according to US patent 6492933 B1, publ. 12/10/2002, IPC 7 G01S 13/08, G01S 13/53. SSB pulse Doppler sensor and active reflector system / McEWan [28].
РЛД содержит (см. фиг. 1 описания прототипа) последовательно соединенные опорный тактовый генератор, формирователь модулирующих импульсов, СВЧ-генератор, квадратурный смеситель, антенну, а также подключенный к выходам квадратурного смесителя блок аналоговой обработки сигналов.RLD contains (see Fig. 1 description of the prototype) series-connected reference clock generator, modulating pulse shaper, microwave generator, quadrature mixer, antenna, as well as an analog signal processing unit connected to the outputs of the quadrature mixer.
Способ формирования и обработки сигналов в РЛД прототипа в соответствие с описанием принципа его действия состоит в следующем. Движущуюся в зоне селекции цель облучают зондирующими радиоимпульсами периодической последовательности, во время излучения зондирующих радиоимпульсов принимают отраженные от движущейся цели радиоимпульсы, разделяют их на два квадратурных канала, смешивают с частью зондирующих радиоимпульсов, преобразуют перекрывающиеся по времени части этих радиоимпульсов в область низких частот в виде квадратурных видеоимпульсов I(t) и Q(t), затем полученные видеоимпульсы усиливают по амплитуде и сглаживают путем фильтрации, при этом получают доплеровские сигналы, по величине амплитуды которых определяют наличие (обнаружение) цели в зоне селекции, по частоте - скорость движения, а по знаку разности фаз - направление ее движения.The method of generating and processing signals in RLD prototype in accordance with the description of the principle of its operation is as follows. The target moving in the selection zone is irradiated with probing radio pulses of a periodic sequence, during the emission of probing radio pulses, radio pulses reflected from the moving target are received, divided into two quadrature channels, mixed with a part of the probing radio pulses, the parts of these radio pulses overlapping in time are converted into the low-frequency region in the form of quadrature video pulses I(t) and Q(t), then the resulting video pulses are amplified in amplitude and smoothed by filtering, while Doppler signals are obtained, the amplitude of which determines the presence (detection) of a target in the selection zone, the frequency determines the speed of movement, and the the sign of the phase difference is the direction of its movement.
Анализ предшествующего уровня техники показал, что известные технические решения РЛД с внутриимпульсным приемом и обработкой сигналов имеют общие существенные недостатки, связанные с особенностями функционирования РЛД и формирования сигналов. Суть этих особенностей состоит в следующем.An analysis of the prior art has shown that the known technical solutions for RLDs with intra-pulse signal reception and processing have common significant drawbacks associated with the features of the operation of RLDs and signal generation. The essence of these features is as follows.
РЛД с внутриимпульсным приемом и обработкой сигналов обеспечивает определение дальности до цели по моменту появления доплеровского сигнала при входе цели в зону селекции [29]. При этом возможно измерение текущей дальности до цели и скорости при ее перемещении внутри зоны селекции в радиальном направлении относительно РЛД. Определение текущей дальности до цели внутри зоны селекции находится через отсчет числа n периодов доплеровского сигнала относительно дальней пространственной границы Rд зоны селекции. Текущее расстояние Rц до цели находится по формуле Rц=Rд-nλ/2, где λ - длина волны излучения. При этом имеется в виду цель, которую можно представить как эквивалентный точечный отражатель, т.е. размеры цели значительно меньше размеров зоны селекции.RLD with intra-pulse reception and signal processing provides determination of the range to the target by the moment of appearance of the Doppler signal when the target enters the selection zone [29]. In this case, it is possible to measure the current range to the target and the speed when it moves inside the selection zone in the radial direction relative to the radar. The determination of the current range to the target within the selection zone is found through counting the number n of periods of the Doppler signal relative to the far spatial boundary R d of the selection zone. The current distance R c to the target is found by the formula R c =R d -nλ/2, where λ is the radiation wavelength. This refers to the target, which can be represented as an equivalent point reflector, i.e. the size of the target is much smaller than the size of the selection zone.
Однако описанный здесь способ имеет очевидные недостатки. Например, при перемене относительного направления движения цели внутри зоны селекции возникает неопределенность ее положения. Аналогичная ситуация возникает при входе цели в зону селекции сбоку, где границы этой зоны определяются диаграммой направленности антенны. В таких случаях определить расстояние до цели, хотя она находится в зоне селекции, не представляется возможным. Ситуация с определением текущего положения цели становится еще более неопределенной в условиях множества целей в зоне селекции и в случае локации пространственно-распределенных объектов (см. стр. 194-199, [30]).However, the method described here has obvious disadvantages. For example, when changing the relative direction of movement of the target within the selection zone, an uncertainty of its position arises. A similar situation arises when the target enters the selection zone from the side, where the boundaries of this zone are determined by the antenna pattern. In such cases, it is not possible to determine the distance to the target, although it is in the selection zone. The situation with determining the current position of the target becomes even more uncertain in the conditions of multiple targets in the selection zone and in the case of location of spatially distributed objects (see pp. 194-199, [30]).
Таким образом, суть проблемы прототипа состоит в том, что известные способы обработки сигналов не обеспечивают возможность надежного обнаружения и определения параметров движения отдельных объектов локации в условиях наличия в зоне селекции множества целей. Отсутствие разрешающей способности по дальности известных РЛД является их существенным ограничением, особенно в современных условиях возросшей сложности сценариев радиолокационной обстановки.Thus, the essence of the problem of the prototype lies in the fact that the known methods of signal processing do not provide the possibility of reliable detection and determination of the motion parameters of individual objects of the location in the presence of multiple targets in the selection zone. The lack of range resolution of known radars is their significant limitation, especially in today's conditions of increased complexity of radar scenarios.
Решение указанной проблемы достигается тем, что предложен способ обработки радиолокационных сигналов для обнаружения целей и измерения их параметров движения в зоне селекции, состоящий в том, что контролируемую область пространства с находящимися в ней целями периодически облучают зондирующими радиоимпульсами, во время излучения зондирующих радиоимпульсов принимают радиоимпульсы, отраженные от целей, разделяют их на два квадратурных канала, смешивают их с зондирующими радиоимпульсами, преобразуют перекрывающиеся по времени части этих радиоимпульсов в область низких частот в виде двух квадратурных видеоимпульсов I(t) и Q(t), затем полученные в этих каналах преобразованные квадратурные видеоимпульсы дискретизируют по времени и запоминают во множестве моментов времени tkm квадратурные значения и где k=0, 1, 2, … - порядковый номер зондирующего радиоимпульса; m=0, 1, 2, …М, затем в обоих каналах из текущих отсчетов и начиная с m=1, вычитают предыдущие значения отсчетов и :The solution to this problem is achieved by the fact that a method for processing radar signals for detecting targets and measuring their motion parameters in the selection zone is proposed, consisting in the fact that the controlled area of space with the targets located in it is periodically irradiated with probing radio pulses, during the emission of probing radio pulses, radio pulses are received, reflected from the targets, separate them into two quadrature channels, mix them with probing radio pulses, convert the parts of these radio pulses overlapping in time into the low-frequency region in the form of two quadrature video pulses I(t) and Q(t), then the converted quadrature video pulses obtained in these channels video pulses are sampled in time and stored at a set of time points t km quadrature values and where k=0, 1, 2, ... - serial number of the probing radio pulse; m=0, 1, 2, …M, then in both channels from the current readings and starting from m=1, subtract the previous readings and :
а по полученным значениям разностей xkm и ykm вычисляют амплитуду Akm и фазу Фkm, сигнала для каждого отсчета, начиная с m=1, по следующим формулам:and by the obtained values of the differences x km and y km calculate the amplitude A km and the phase Ф km , the signal for each sample, starting from m=1, according to the following formulas:
далее для полученных данных отсчетов амплитуд Akm вычисляют значения отношения сигнал-шум qkm=Akm/σш, где σш - среднеквадратическое значение уровня собственных шумов на выходе приемника, из множества значений qkm отношения сигнал-шум выбирают те значения порядковых номеров m, амплитуд Akm и фаз Фkm, при которых уровень сигнал-шум превышает порог: qkm≥qпор, где qпор - пороговое отношение сигнал-шум, рассчитывают расстояния до элементов разрешения по дальности, в которых обнаружены цели, по формуле:further, for the obtained data of amplitude readings A km , the values of the signal-to-noise ratio q km =A km /σ w are calculated, where σ w is the root-mean-square value of the intrinsic noise level at the receiver output, those values of sequence numbers are selected from the set of values q km of the signal-to-noise ratio m, amplitudes A km and phases Ф km at which the signal-to-noise level exceeds the threshold: q km ≥q thr , where q thr is the threshold signal-to-noise ratio, distances are calculated to the range resolution elements in which targets are detected, according to the formula:
где n - порядковый номер обнаруженной цели; m - номер отсчета до n-ой цели, для которой обнаружено превышение порогового уровня qпор; tи - длительность радиоимпульса; с - скорость распространения СВЧ излучения; М - число отсчетов за время tи, а в отношении выборок полученных отсчетов значений фазы сигнала, последовательно при изменении номера k зондирующего радиоимпульса выполняют дифференцирование, при этом получают значения мгновенной частоты доплеровского сигнала n-й цели:where n is the serial number of the detected target; m is the number of the count to the n-th target, for which the excess of the threshold level q then was detected; t and - the duration of the radio pulse; c is the propagation velocity of microwave radiation; M is the number of readings during the time t and , and in relation to the samples of the received readings of phase signal, successively when changing the number k of the probing radio pulse, differentiation is performed, while obtaining the values of the instantaneous frequency Doppler signal of the n-th target:
где и - производные по времени от xkm и ykm в каналах I(t), Q(t) соответственно, значения которых определяют методом конечных разностей, для этого берут соседние значения переменных, например, при k и k±1, по полученным результатам расчета доплеровской частоты вычисляют относительные скорости движения целей по следующей формуле:where and - time derivatives of x km and y km in the channels I(t), Q(t), respectively, the values of which are determined by the finite difference method, for this, the neighboring values of the variables are taken, for example, at k and k±1, according to the results of the calculation doppler frequency calculate the relative velocities of the targets according to the following formula:
где с - скорость распространения СВЧ излучения; ω0=2πƒ0 - круговая частота СВЧ излучения, результаты вычисления скорости n-ой цели последовательно при изменении номера зондирующего радиоимпульса k сглаживают, например применением операции «скользящее среднее» или алгоритма фильтрации Калмана, далее численным методом, например, конечных разностей для каждой n-ой цели решают дифференциальное уравнение при этом предыдущее решение этого уравнения, начиная с нулевого, берут в качестве постоянной интегрирования последующего решения и, тем самым, получают для каждой n-ой цели закономерность изменения полной фазы Ф(n)(t) во времени, далее определяют искомую функцию закона движения n-ой цели по формуле:where c is the propagation velocity of microwave radiation; ω 0 \u003d 2πƒ 0 - circular frequency of microwave radiation, the results of calculating the speed The n-th target is successively smoothed when the number of the probing radio pulse k is changed, for example, by using the “sliding average” operation or the Kalman filtering algorithm, then by a numerical method, for example, finite differences for each n-th target, the differential equation is solved at the same time, the previous solution of this equation, starting from zero, is taken as a constant of integration of the subsequent solution and, thus, for each n-th goal, the regularity of the change in the total phase Ф (n) (t) in time is obtained, then the desired function of the law of motion is determined n-th goal according to the formula:
где λ - длина волны СВЧ излучения, результаты вычисления функции закона движения R(n)(t) n-ой цели последовательно при изменении номера зондирующего радиоимпульса k сглаживают, например применением операции «скользящее среднее» или алгоритма фильтрации Калмана.where λ is the wavelength of microwave radiation, the results of calculating the function of the law of motion R (n) (t) of the n-th target are successively smoothed when the number of the probing radio pulse k is changed, for example, by using the "moving average" operation or the Kalman filtering algorithm.
Предложенный способ обработки радиолокационных сигналов для обнаружения целей и измерения их параметров движения в зоне селекции реализован в РЛД содержащим антенну, доплеровский приемопередающий модуль с квадратурными выходами I(t) и Q(t) преобразованных сигналов, блок синхронизации и формирования импульсов, а также блок обработки сигналов, причем антенна присоединена к высокочастотному порту упомянутого доплеровского приемопередающего модуля, к управляющему входу которого подключен первый выход блока синхронизации и формирования импульсов, в него дополнительно введены первый и второй аналого-цифровые преобразователи, сигнальные входы которых подключены к квадратурным выходам I(t) и Q(t) доплеровского приемопередающего модуля, а выходы - к сигнальным входам блока обработки сигналов, при этом второй выход блока синхронизации и формирования импульсов подключен к тактовому входу блока обработки сигналов, а третий выход подключен к тактовым входам первого и второго аналого-цифровых преобразователей, при этомThe proposed method for processing radar signals for detecting targets and measuring their motion parameters in the selection zone is implemented in a radar containing an antenna, a Doppler transceiver module with quadrature outputs I(t) and Q(t) of the converted signals, a synchronization and pulse shaping unit, and a processing unit signals, and the antenna is connected to the high-frequency port of the said Doppler transceiver module, to the control input of which the first output of the synchronization and pulse shaping unit is connected, the first and second analog-to-digital converters are additionally introduced into it, the signal inputs of which are connected to quadrature outputs I(t) and Q(t) of the Doppler transceiver module, and the outputs - to the signal inputs of the signal processing unit, while the second output of the synchronization and pulse shaping unit is connected to the clock input of the signal processing unit, and the third output is connected to the clock inputs of the first and second analog-to-digital converters founders, while
блок синхронизации и формирования импульсов содержит опорный тактовый генератор, подключенный к входам умножителя частоты и счетчика-делителя частоты, при этом выход счетчика-делителя частоты является первым выходом блока синхронизации и формирования импульсов, а выход умножителя частоты - вторым его выходом, при этом первый и второй выходы подключены также к входам селектора импульсов, выход которого является третьим выходом блока синхронизации и формирования импульсов;the synchronization and pulse shaping unit contains a reference clock generator connected to the inputs of the frequency multiplier and the counter-frequency divider, while the output of the frequency divider counter is the first output of the synchronization and pulse shaping unit, and the output of the frequency multiplier is its second output, while the first and the second output is also connected to the inputs of the pulse selector, the output of which is the third output of the synchronization and pulse shaping unit;
доплеровский приемопередающий модуль с квадратурными выходами I(t) и Q(t) преобразованных сигналов, выполнен по гомодинной схеме и содержит передатчик, первый и второй смесители, первый и второй делители мощности, циркулятор и фазовращатель с квадратурными выходами высокочастотных сигналов, при этом передатчик подключен своим высокочастотным выходом к входу первого делителя мощности, первый выход которого подключен к первому входу циркулятора, а второй - к входу фазовращателя, при этом к третьему входу циркулятора подключен вход второго делителя мощности, а второй вход циркулятора является высокочастотным портом доплеровского приемопередающего модуля, при этом выходы второго делителя мощности соответственно подключены к сигнальным входам первого и второго смесителей, гетеродинные входы которых подключены к квадратурным выходам фазовращателя, при этом вход управления передатчиком и квадратурные выходы I(t) и Q(t) первого и второго смесителей подключены к одноименным входам и выходам доплеровского приемопередающего модуля;Doppler transceiver module with quadrature outputs I(t) and Q(t) of the converted signals, made according to the homodyne scheme and contains a transmitter, the first and second mixers, the first and second power dividers, a circulator and a phase shifter with quadrature outputs of high-frequency signals, while the transmitter is connected its high-frequency output to the input of the first power divider, the first output of which is connected to the first input of the circulator, and the second - to the input of the phase shifter, while the input of the second power divider is connected to the third input of the circulator, and the second input of the circulator is a high-frequency port of the Doppler transceiver module, while the outputs of the second power divider are respectively connected to the signal inputs of the first and second mixers, the heterodyne inputs of which are connected to the quadrature outputs of the phase shifter, while the transmitter control input and the quadrature outputs I(t) and Q(t) of the first and second mixers are connected to the same inputs and outputs additional Lehr transceiver module;
доплеровский приемопередающий модуль с квадратурными выходами I(t) и Q(t) преобразованных сигналов, выполнен по автодинной схеме и содержит СВЧ генератор, подключенный к первому порту квадратурного смесителя «на проход», выполненного на основе передающей линии с помещенными в нее первым и вторым смесителями, расположенными на фазовом расстоянии, равном нечетному числу одной восьмой длины волны, при этом сигнальные выходы первого и второго смесителей и второй порт квадратурного смесителя «на проход» подключены соответственно к выходам I(t), Q(t) и высокочастотному порту доплеровского приемопередающего модуля.Doppler transceiver module with quadrature outputs I(t) and Q(t) of the converted signals, made according to the autodyne scheme and contains a microwave generator connected to the first port of the quadrature mixer "per pass", made on the basis of a transmission line with the first and second placed in it mixers located at a phase distance equal to an odd number of one eighth of a wavelength, while the signal outputs of the first and second mixers and the second port of the quadrature mixer "per pass" are connected, respectively, to the outputs I(t), Q(t) and the high-frequency port of the Doppler transceiver module.
Техническим результатом предложенного способа и устройства его реализующего является получение у РЛД с внутриимпульсным приемом и обработкой радиосигналов нового свойства - разрешающей способности по дальности, что обеспечило возможность раздельного обнаружения множества объектов локации в зоне селекции и определения параметров их движения, причем эта возможность реализуется при обработке как минимум двух зондирующих радиоимпульсов. При этом сохранились свойства устройства-прототипа - защищенность от воздействия пассивных помех, находящихся за пределами зоны селекции и возможность измерения скорости движения объектов внутри зоны селекции.The technical result of the proposed method and the device that implements it is to obtain a new property for radar with intra-pulse reception and processing of radio signals - range resolution, which made it possible to separately detect a plurality of location objects in the selection zone and determine the parameters of their movement, and this possibility is realized when processing as at least two probing radio pulses. At the same time, the properties of the prototype device were preserved - protection from the effects of passive interference outside the selection zone and the ability to measure the speed of objects within the selection zone.
В результате поиска альтернативных решений в данной и смежной областях применения РЛД с внутриимпульсным приемом и обработкой сигналов для обнаружения и измерения параметров движения множества объектов среди патентных источников и литературы установлено, что у известных устройств перечисленные выше признаки отсутствуют. Следовательно, предлагаемое техническое решение обладает новизной, поскольку авторам неизвестны устройства аналогичного назначения, содержащие признаки, которые фигурируют в предлагаемом изобретении в качестве отличительных признаков.As a result of the search for alternative solutions in this and related fields of application of radar with intra-pulse reception and signal processing for detecting and measuring the motion parameters of many objects among patent sources and literature, it has been established that the known devices do not have the above features. Therefore, the proposed technical solution is novel, since the authors are not aware of devices of a similar purpose containing features that appear in the proposed invention as distinguishing features.
Анализ результатов патентного поиска показал, что предлагаемое решение не следует явным образом из уровня техники. Из определенного выше уровня техники не выявлена известность влияния существенных признаков заявляемого технического решения на появление новых свойств объекта и на достижение указанного выше технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».An analysis of the results of a patent search showed that the proposed solution does not follow explicitly from the prior art. From the prior art defined above, the influence of the essential features of the proposed technical solution on the emergence of new properties of the object and on the achievement of the above technical result has not been revealed. Therefore, the claimed technical solution meets the condition of patentability "inventive step".
Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей и улучшение технических характеристик РЛД, используемых, как отмечалось выше, в системах безопасности на транспорте, охраны объектов, контроля параметров технологических процессов и пр. Отсюда следует, что заявляемое изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».The invention is aimed at expanding the functionality and improving the technical characteristics of the radar used, as noted above, in security systems in transport, security of objects, control of process parameters, etc. It follows that the claimed invention meets the criterion of "industrial applicability".
Сущность изобретения поясняется чертежами.The essence of the invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 представлена структурная схема РЛД, который содержит антенну (А), доплеровский приемопередающий модуль (ДППМ) с квадратурными выходами I(t) и Q(t) преобразованных сигналов, блок синхронизации и формирования импульсов (БСФИ), первый и второй аналого-цифровые преобразователи (АЦП-1 и АЦП-2), блок обработки сигналов (БОС), шину выходных данных (ШВД), шину обмена данными (ШОД) с персональным компьютером (ПК). БОС выполнен на основе программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) и цифрового сигнального процессора (ЦСП), при этом ПЛИС содержит постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), а ЦСП содержит постоянное запоминающее устройство (ПЗУ ЦСП), вычислительное ядро ЦСП и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ ЦСП), а также первый и второй приемопередатчики шин последовательного порта ПП-1 и ПП-2.In FIG. 1 shows a block diagram of the RLD, which contains an antenna (A), a Doppler transceiver module (DPTM) with quadrature outputs I(t) and Q(t) of the converted signals, a synchronization and pulse shaping unit (BSFI), the first and second analog-to-digital converters (ADC-1 and ADC-2), signal processing unit (BOS), output data bus (SHVD), data exchange bus (SHOD) with a personal computer (PC). The BOS is based on a programmable logic integrated circuit (FPGA) and a digital signal processor (DSP), while the FPGA contains a read-only memory (ROM), an arithmetic logic unit (ALU) and a random access memory (RAM), and the DSP contains a read-only memory device (DSP ROM), DSP computing core and random access memory (DSP RAM), as well as the first and second transceivers of the serial port buses PP-1 and PP-2.
На фиг. 2 приведены гомодинный (а) и автодинный (б) варианты выполнения ДППМ с квадратурными выходами I(t) и Q(t) преобразованных сигналов, где А - антенна; АГ - автогенератор; ДМ-1, ДМ-2 - первый и второй делители мощности; CM-I и CM-Q - смесители квадратурных каналов I(t) и Q(t) соответственно; ФВ - квадратурный фазовращатель; Ц - циркулятор; dв - фазовое расстояние между смесителями.In FIG. Figure 2 shows the homodyne (a) and autodyne (b) versions of the DPSM with quadrature outputs I(t) and Q(t) of the converted signals, where A is the antenna; AG - oscillator; DM-1, DM-2 - the first and second power dividers; CM-I and CM-Q - I(t) and Q(t) quadrature channel mixers, respectively; FV - quadrature phase shifter; C - circulator; d in - phase distance between the mixers.
На фиг. 3 приведен один из вариантов выполнения БСФИ, содержащего опорный тактовый генератор (ОТГ), умножитель частоты (УЧ), счетчик-делитель частоты (СДЧ) и селектор импульсов (СИ).In FIG. 3 shows one of the options for the implementation of the BSFI, containing a reference clock generator (OTG), a frequency multiplier (FC), a frequency divider counter (FFS) and a pulse selector (SI).
На фиг. 4 приведены временные диаграммы процессов формирования и обработки сигналов в РЛД для обнаружения целей и измерения их параметров движения в зоне селекции: (а) - выходное напряжение uуп(t) БСФИ управления передатчиком ДППМ; (б) - напряжение зондирующего uзонд(t) радиосигнала; (в) - напряжение uотр.1(t) радиосигнала, полученного (отраженного) от первой цели; (г) - напряжение uотр.2(t) радиосигнала, полученного (отраженного) от второй цели; (д) - выходное напряжение uсм(t) на выходах квадратурного смесителя; (е) - напряжение тактовых импульсов uти(t) на третьем выходе БСФИ; (ж) - напряжение uв-з(t) сигналов после операции выборка-запоминание (хранение); (з) - напряжение uвыч(t) сигналов после операции вычитания из текущих значений отсчетов предыдущих.In FIG. Figure 4 shows the time diagrams of the processes of generating and processing signals in the RLD for detecting targets and measuring their motion parameters in the selection zone: (a) - output voltage u yn (t) of the BSFI for controlling the DPDM transmitter; (b) - voltage of the probing u probe (t) radio signal; (c) - voltage u neg.1 (t) of the radio signal received (reflected) from the first target; (d) - voltage u neg.2 (t) of the radio signal received (reflected) from the second target; (e) - output voltage u cm (t) at the outputs of the quadrature mixer; (e) - voltage of clock pulses u ti (t) at the third output of the BSFI; (g) - voltage u in-z (t) signals after the operation of sampling-storage (storage); (h) - voltage u vych (t) of the signals after the operation of subtraction from the current values of the previous samples.
РЛД (см. фиг. 1) содержит антенну (А), соединенную с доплеровским приемопередающим модулем (ДППМ) с квадратурными выходами I(t) и Q(t) преобразованных сигналов, блок синхронизации и формирования импульсов (БСФИ), подключенный своим первым выходом к управляющему входу ДППМ, первый и второй аналого-цифровые преобразователи (АЦП-1 и АЦП-2) и блок обработки сигналов (БОС). При этом сигнальные выходы I(t) и Q(t) ДППМ соответственно подключены к сигнальным входам первого АЦП-1 и второго АЦП-2 аналого-цифровых преобразователей, а выходы последних подключены к сигнальным входам блока обработки сигналов (БОС), при этом второй выход БСФИ подключен к тактовому входу БОС, а третий - к тактовым входам АЦП-1 и АЦП-2. Кроме того, БОС имеет шину выходных данных (ШВД) для передачи результатов обработки сигналов конечному потребителю (на фиг. 1 он не показан) и шину обмена данными (ШОД) с персональным компьютером (ПК).RLD (see Fig. 1) contains an antenna (A) connected to a Doppler transceiver module (DPTM) with quadrature outputs I(t) and Q(t) of the converted signals, a synchronization and pulse shaping unit (BSFI) connected by its first output to the control input of the DPPM, the first and second analog-to-digital converters (ADC-1 and ADC-2) and the signal processing unit (BOS). In this case, the signal outputs I(t) and Q(t) of the DPMM are respectively connected to the signal inputs of the first ADC-1 and the second ADC-2 analog-to-digital converters, and the outputs of the latter are connected to the signal inputs of the signal processing unit (BOS), while the second the output of the BSFI is connected to the clock input of the BOS, and the third one is connected to the clock inputs of ADC-1 and ADC-2. In addition, the BOS has an output data bus (SHD) for transmitting the results of signal processing to the end user (not shown in Fig. 1) and a data exchange bus (SOD) with a personal computer (PC).
Антенна А может иметь различные варианты исполнения, например, в виде щелевой или полосковой фазированной решетки, рупорной, диэлектрической, линзовой антенны или антенны типа «вытекающей волны» (см. стр. 21, 114, 142, 151, 200 в [31]).Antenna A can have various versions, for example, in the form of a slot or strip phased array, horn, dielectric, lens antenna or antenna of the “leaky wave” type (see pages 21, 114, 142, 151, 200 in [31]) .
ДППМ с выходами I(t) и Q(t) квадратурных сигналов также имеет альтернативные технические решения. Он может быть выполнен по гомодинной или автодинной схеме (см. описания аналогов: фиг. 4 [8], фиг. 5а, 5b [25]; фиг. 3 [26], фиг. 1а [27], патент [32]; рис. 5 статьи [33], рис. 1 статьи [34]). ДППМ может иметь в своем составе программируемый контроллером синтезатор частоты. Кстати, готовые модули ДППМ выпускаются промышленностью (см., например, описание доплеровского модуля: «24.125 GHz Ranging Sensor Head, Dual Channel, Short Range», Model SSD-24303-20M-DW на сайте https://www.eravant.com/).DPSM with outputs I(t) and Q(t) quadrature signals also has alternative technical solutions. It can be made according to a homodyne or autodyne scheme (see descriptions of analogues: Fig. 4 [8], Fig. 5a, 5b [25]; Fig. 3 [26], Fig. 1a [27], patent [32]); Fig. 5 in [33], Fig. 1 in [34]). DPPM may include a controller-programmed frequency synthesizer. By the way, ready-made DPPM modules are produced by the industry (see, for example, the description of the Doppler module: “24.125 GHz Ranging Sensor Head, Dual Channel, Short Range”, Model SSD-24303-20M-DW on the site https://www.eravant.com /).
При гомодинном исполнении ДППМ содержит отдельные узлы передатчика и приемника, связанные с антенной А через развязывающее устройство, например, циркулятор (см. фиг. 1а [27]), при этом приемник выполненный на основе квадратурного смесителя, обеспечивает на своих выходах формирование двух сигналов I(t) и Q(t), сдвинутых по фазе на 90° (см. выражения (3.6) и (3.7), стр. 106, [35]).In the homodyne version, the DPMM contains separate transmitter and receiver units connected to the antenna A through a decoupling device, for example, a circulator (see Fig. 1a [27]), while the receiver, made on the basis of a quadrature mixer, provides the formation of two signals I at its outputs (t) and Q(t) shifted in phase by 90° (see expressions (3.6) and (3.7), p. 106, [35]).
Пример выполнения ДППМ по гомодинной схеме, представленный на фиг. 2,а, содержит автогенератор АГ, подключенный своим высокочастотным выходом к входу первого делителя мощности ДМ-1 первый выход которого подключен к первому входу циркулятора Ц, а второй - к входу фазовращателя ФВ, при этом к третьему входу циркулятора Ц подключен вход второго делителя мощности ДМ-2, а второй вход циркулятора Ц подключен к антенне А. При этом выходы делителя мощности ДМ-2 соответственно подключены к сигнальным входам смесителей CM-I и CM-Q, гетеродинные входы которых подключены к выходам фазовращателя ФВ, при этом вход управления передатчиком и квадратурные выходы I(t) и Q(t) смесителей CM-I и CM-Q подключены к одноименным входам и выходам ДППМ. В состав ДППМ могут входить дополнительные элементы, не изменяющие суть изобретения. Например, перед вторым делителем мощности ДМ-2 может быть установлен малошумящий усилитель, а между первым делителем мощности ДМ-1 и циркулятором Ц - усилитель мощности. На выходах смесителей CM-I и СМ-Q могут использоваться усилители преобразованного сигнала.An example of performing DPPM according to the homodyne scheme, shown in Fig. 2,a, contains an oscillator AG, connected by its high-frequency output to the input of the first power divider DM-1, the first output of which is connected to the first input of the circulator C, and the second - to the input of the phase shifter FV, while the input of the second power divider is connected to the third input of the circulator C DM-2, and the second input of the circulator C is connected to antenna A. At the same time, the outputs of the power divider DM-2 are respectively connected to the signal inputs of the mixers CM-I and CM-Q, the heterodyne inputs of which are connected to the outputs of the PV phase shifter, while the transmitter control input and quadrature outputs I(t) and Q(t) of the mixers CM-I and CM-Q are connected to the same-name inputs and outputs of the DPMM. The composition of the DPPM may include additional elements that do not change the essence of the invention. For example, a low-noise amplifier can be installed in front of the second power divider DM-2, and a power amplifier can be installed between the first power divider DM-1 and the circulator C. Converted signal amplifiers can be used at the outputs of the CM-I and CM-Q mixers.
При автодинном исполнении ДППМ, как отмечалось выше, функции передатчика и приемника выполняет единственный элемент - автогенератор. Для получения квадратурных сигналов в автодинном ДППМ известен вариант с двумя детекторными диодами в отрезке передающей линии между автогенератором и антенной (см. рис. 9,б, [36]). Другой вариант основан на использовании, так называемого «двухдиодного автодина» (см. рис. 10, [36]), представляющего собой систему из двух взаимно синхронизированных парциальных автогенераторов при сильной связи [37]. При этом регистрация сдвинутых по фазе сигналов I(t) и Q(t) производится в цепи питания этих парциальных автогенераторов (см. рис. 14, 15, 22, статьи [36]). Для уменьшения степени искажений сигналов из-за автодинных изменений частоты автодинные генераторы желательно стабилизировать посредством внешних высокодобротных резонаторов [18].In the autodyne version of the DPSM, as noted above, the functions of the transmitter and receiver are performed by a single element - the self-oscillator. To obtain quadrature signals in an autodyne DPMM, a variant with two detector diodes in the segment of the transmission line between the oscillator and the antenna is known (see Fig. 9b, [36]). Another option is based on the use of the so-called "two-diode autodyne" (see Fig. 10, [36]), which is a system of two mutually synchronized partial auto-oscillators with strong coupling [37]. In this case, phase-shifted signals I(t) and Q(t) are recorded in the power circuit of these partial self-oscillators (see Fig. 14, 15, 22, articles [36]). To reduce the degree of signal distortion due to autodyne frequency changes, it is desirable to stabilize autodyne oscillators by means of external high-quality resonators [18].
Пример выполнения ДППМ по автодинной схеме представлен на фиг. 2,б. ДППМ содержит автогенератор АГ, подключенный своим высокочастотным выходом к входу последовательно соединенных первого CM-I и второго CM-Q смесителей «на проход», имеющих фазовое расстояние dв между ними, кратное нечетному числу 1/8 длины волны в передающей линии, причем выход второго смесителя CM-Q предназначен для подключения антенны А, а вход управления передатчиком и квадратурные выходы I(t) и Q(t) смесителей CM-I и CM-Q подключены к одноименным входам и выходам ДППМ. В состав ДППМ, выполненных по автодинной схеме, могут входить дополнительные элементы, не изменяющие суть изобретения. Например, на выходах смесителей CM-I и CM-Q могут использоваться усилители преобразованного сигнала.An example of the implementation of the DPPM according to the autodyne scheme is shown in Fig. 2b. The DPMM contains an oscillator of the AG, connected by its high-frequency output to the input of the first CM-I and the second CM-Q "per pass" mixers connected in series, having a phase distance d in between them, a multiple of an
БСФИ может быть выполнен на базе «жесткой» логики, ПЛИС или с применением специализированных микросхем и иметь различное функциональное построение. Один из вариантов выполнения БСФИ (см. фиг. 3) содержит опорный тактовый генератор (ОТГ), подключенный к входам умножителя частоты (УЧ) и счетчика-делителя частоты (СДЧ), а также селектор импульсов (СИ), причем выход СДЧ подключен к первому входу СИ и является первым выходом БСФИ, а выход УЧ подключен ко второму входу СИ и является вторым выходом БСФИ, при этом выход СИ является третьим выходом БСФИ. Данная структурная схема БСФИ реализована на микросхеме Si5368, содержащей опорный тактовый генератор и два независимых программируемых умножителей/делителей частоты с низким уровнем джиггера (дрожания) фазы выходных колебаний в диапазоне частот от 2 кГц до 1,4 ГГц (см. сайт фирмы Silicon Laboratories: http://www.silabs.com). При этом в качестве СИ используется логический элемент «И».BSFI can be made on the basis of "hard" logic, FPGA or using specialized microcircuits and have a different functional construction. One of the options for the implementation of the BSFI (see Fig. 3) contains a reference clock generator (OTG) connected to the inputs of a frequency multiplier (FC) and a frequency divider counter (FFS), as well as a pulse selector (SI), and the FFS output is connected to to the first input of the SI and is the first output of the BSFI, and the output of the UCH is connected to the second input of the SI and is the second output of the BSFI, while the output of the SI is the third output of the BSFI. This block diagram of the FSFI is implemented on a Si5368 microcircuit, containing a reference clock generator and two independent programmable frequency multipliers / frequency dividers with a low jitter (jitter) phase of the output oscillations in the frequency range from 2 kHz to 1.4 GHz (see the Silicon Laboratories website: http://www.silabs.com). In this case, the logical element "AND" is used as the SI.
В качестве АЦП-1 и АЦП-2 в предлагаемом РЛД предпочтительно использование микросхем быстродействующих АЦП [38; 39]. Например, микросхема AD9689 фирмы «Analog Devices» представляет собой двойной 14-разрядный АЦП с интерфейсом JESD204B, быстродействием 2,6 Гбайт/с (см. сайт: https://www.analog.com/ru/products/ad9689.html#product-overview). Этот АЦП способен осуществлять прямую выборку аналоговых сигналов с шириной полосы пропускания по уровню -3 дБ до 9 ГГц. Аналогичные АЦП типа DAC38RF82 и DAC38RF89 выпускаются фирмой Texas Instruments.As ADC-1 and ADC-2 in the proposed RLD, it is preferable to use high-speed ADC microcircuits [38; 39]. For example, the AD9689 chip from Analog Devices is a dual 14-bit ADC with a JESD204B interface, with a speed of 2.6 GB / s (see website: https://www.analog.com/en/products/ad9689.html# product overview). This ADC is capable of direct sampling of analog signals with -3 dB bandwidth up to 9 GHz. Similar ADCs of the DAC38RF82 and DAC38RF89 types are manufactured by Texas Instruments.
БОС (см. фиг. 1) может быть реализован на основе микросхем быстродействующих ПЛИС и/или цифровых сигнальных процессоров (ЦСП). Современные ПЛИС, например, фирмы Agere Systems, обеспечивают скорость передач до 10 Гбит/с; фирмы Cypress Semiconductor - до 12 Гбит/с; биполярные ПЛИС серии SH100K фирмы Infinion работают на тактовой частоте до 5 ГГц (см. стр. 132-133 [38]), а ПЛИС семейства UltraScale имеют быстродействие до 32,75 Гбит/с (см. стр. 149-189 [39]). Быстродействие ЦСП несколько ниже, чем у устройств на ПЛИС. Однако новые технические решения, основанные на радиофотонной технологии, позволяют расширить частотный диапазон ЦСП до 5 ГГц [40]. Из результатов выполненного анализа технического состояния средств цифровой обработки сигналов следует, что на сегодня предпочтительным вариантом выполнения БОС 9 является использование преимущества ПЛИС по быстродействию при первичной обработке сигналов и достоинств ЦСП по возможностям выполнения сложных операций с сигналами при их окончательной обработке.BOS (see Fig. 1) can be implemented based on high-speed FPGA chips and/or digital signal processors (DSPs). Modern FPGAs, for example, from Agere Systems, provide transfer rates up to 10 Gb / s; Cypress Semiconductor - up to 12 Gb / s; bipolar FPGAs of the SH100K series from Infinion operate at a clock frequency of up to 5 GHz (see pages 132-133 [38]), and FPGAs of the UltraScale family have a speed of up to 32.75 Gb / s (see pages 149-189 [39] ). The speed of the DSP is somewhat lower than that of FPGA-based devices. However, new technical solutions based on radio photonic technology make it possible to extend the DSP frequency range up to 5 GHz [40]. From the results of the performed analysis of the technical condition of digital signal processing means, it follows that today the preferred embodiment of BOS 9 is to use the advantages of FPGAs in terms of speed in primary signal processing and the advantages of DSPs in terms of the ability to perform complex operations with signals during their final processing.
БОС (см. фиг. 1) выполнен на основе ПЛИС и ЦСП. При этом ПЛИС содержит: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), хранящее программу первичной обработки сигналов; арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее арифметические операции (сложения, вычитания, умножения и т.д.); оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), хранящее текущие данные при выполнении операций. ЦСП содержит: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), хранящее программу обработки сигналов ЦСП; высокоскоростное вычислительное ядро, выполняющее функции цифровой обработки сигнала (спектральный анализ, цифровую фильтрацию сигнала и формирование данных, индикации); оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), выполняющее функции запоминания текущих значений и результатов отработки сигналов ЦСП; приемопередатчики ПП-1 и ПП-2 шин последовательного порта для передачи и обмена информацией по ШВД и ШОД.BOS (see Fig. 1) is based on FPGA and DSP. In this case, the FPGA contains: a read-only memory (ROM) that stores the program for the primary signal processing; arithmetic logic unit (ALU) that performs arithmetic operations (addition, subtraction, multiplication, etc.); random access memory (RAM) that stores current data while performing operations. The DSP contains: read only memory (ROM) storing the DSP signal processing program; high-speed computing core that performs the functions of digital signal processing (spectral analysis, digital signal filtering and data generation, indications); random access memory (RAM) that performs the functions of storing current values and results of processing DSP signals; transceivers PP-1 and PP-2 of serial port buses for transmission and exchange of information via ShVD and ShOD.
РЛД, выполненный в соответствие с предложенным способом для обнаружения и измерения параметров движения объектов локации в зоне селекции работает следующим образом.RLD, made in accordance with the proposed method for detecting and measuring the motion parameters of location objects in the selection area, works as follows.
После подачи напряжения питания на РЛД в БОС (см. фиг. 1) в соответствие с алгоритмом его работы вычислительное ядро ЦСП включает команду «Инициализация» [41], по которой производится настройка периферийных устройств ЦСП, распределение внутренней памяти, установка значений внутренних переменных, копирование исполняемого кода из низкопроизводительного ПЗУ в высокопроизводительное ОЗУ ЦСП и подача команды в АЛУ «Выборка из АЦП и сохранение результатов в памяти», по которой ПЛИС переходит в режим готовности приема оцифрованных сигналов от АЦП-1 и АЦП-2 с последующим формированием массива данных в памяти ОЗУ ПЛИС.After applying the supply voltage to the RLD in the BOS (see Fig. 1), in accordance with the algorithm of its operation, the computing core of the DSP includes the command "Initialization" [41], which is used to configure the peripheral devices of the DSP, allocate internal memory, set the values of internal variables, copying the executable code from the low-performance ROM to the high-performance RAM of the DSP and sending the command to the ALU "Fetch from the ADC and store the results in memory", according to which the FPGA switches to the ready mode for receiving digitized signals from ADC-1 and ADC-2, followed by the formation of a data array in FPGA RAM memory.
В БСФИ (см. фиг. 3) после подачи напряжения питания происходит запуск опорного тактового генератора ОТГ. Выходной сигнал этого генератора поступает на умножитель частоты УМ, на выходе которого формируются тактовые импульсы с периодом повторения Tти, а также на счетчиковый делитель частоты СДЧ, на выходе которого формируются импульсы длительностью tи с периодом повторения Тп для управления передатчиком ДППМ (см. фиг 4,а). Эти импульсы, поступающие также на первый вход селектора импульсов СИ (см. фиг. 3), на его выходе из последовательность импульсов с выхода УЧ формируют пачки импульсов от 0 до М (см. диаграмму (е) для случая М=10 на фиг 4), заполняющих временной интервал tи, которые подаются далее на тактовые входы АЦП-1 и АЦП-2. При этом количество тактовых импульсов за время tи определяет разрешающую способность РЛД по дальности: Δr=tиc/2M, где М - число отсчетов за время tи.In the BSFI (see Fig. 3), after the supply voltage is applied, the OTG reference clock generator starts. The output signal of this generator is fed to the PA frequency multiplier, at the output of which clock pulses are generated with a repetition period T ti , as well as to the counter frequency divider of the FFS, at the output of which pulses of duration t and with a repetition period T p are formed to control the DPSM transmitter (see Fig. Fig 4a). These pulses, which also arrive at the first input of the SI pulse selector (see Fig. 3), form bursts of pulses from 0 to M at its output from the sequence of pulses from the MF output (see diagram (e) for the case of M = 10 in Fig. 4 ) filling the time interval t and , which are further fed to the clock inputs of ADC-1 and ADC-2. In this case, the number of clock pulses during the time t determines the range resolution of the RLD: Δr=t and c/2M, where M is the number of readings during the time t and .
Импульсы запуска передатчика ДППМ с первого выхода БСФИ uим(t), (см. фиг 4,а) подаются на вход управления ДППМ, обеспечивая в нем условия возбуждения СВЧ-колебаний. Формируемые передатчиком ДППМ зондирующие радиоимпульсы uзонд(t) (см. фиг 4,б), пройдя через первый делитель мощности ДМ-1 и циркулятор Ц, излучаются через антенну А в контролируемое пространство. Выражение для зондирующего сигнала uзонд(t) с прямоугольной огибающей Uзонд(k,t) имеет вид [11]:The trigger pulses of the DPPM transmitter from the first output of the BSFI u im (t), (see Fig. 4,a) are fed to the control input of the DPPM, providing conditions for excitation of microwave oscillations in it. The probing radio pulses u probe (t) generated by the DPPM transmitter (see Fig. 4b), having passed through the first power divider DM-1 and the circulator C, are radiated through the antenna A into the controlled space. The expression for the probing signal u probe (t) with a rectangular envelope U probe (k,t) has the form [11]:
гдеwhere
A0 - амплитуда зондирующего сигнала;A 0 - amplitude of the probing signal;
- единичная функция зондирующего сигнала; - unit function of the probing signal;
ω0=2πƒ0 - круговая частота излучения;ω 0 =2πƒ 0 - circular frequency of radiation;
tи и Тп=2π/Ωп - длительность и период повторения импульсов;t and and T p =2π/Ω p - duration and repetition period of pulses;
ϕk - случайная начальная фаза k-го радиоимпульса;ϕ k - random initial phase of the k-th radio pulse;
k - целое число, порядковый номер зондирующего радиоимпульса.k is an integer, the serial number of the probing radio pulse.
Часть мощности сигнала передатчика со второго выхода первого делителя мощности ДМ-1, пройдя через квадратурный фазовращатель ФВ, делится поровну и поступает на смесители CM-I и CM-Q в качестве гетеродинных сигналов с относительным сдвигом фаз на π/2. Эти сигналы назовем «прямыми» (индекс «прм»), в общем виде они записываются какPart of the transmitter signal power from the second output of the first power divider DM-1, passing through the quadrature phase shifter FV, is divided equally and fed to the CM-I and CM-Q mixers as heterodyne signals with a relative phase shift of π/2. These signals will be called "direct" (index "prm"), in general they are written as
гдеwhere
Aпрм - амплитуда прямых сигналов;A prm - amplitude of direct signals;
- единичная функция прямого сигнала. - unit function of the direct signal.
В случае наличия в поле излучения антенны A N точечных объектов локации отраженные от них радиосигналы принимаются антенной А, проходят через циркулятор Ц, делятся поровну вторым делителем мощности ДМ-2 и поступают на сигнальные входы первого и второго смесителей CM-I и CM-Q соответственно (см. фиг. 2,а). Выражение для этих радиосигналов запишем в виде:If there are N point objects of location in the radiation field of antenna A, the radio signals reflected from them are received by antenna A, pass through the circulator C, are equally divided by the second power divider DM-2 and arrive at the signal inputs of the first and second mixers CM-I and CM-Q, respectively ( see Fig. 2a). We write the expression for these radio signals in the form:
гдеwhere
A0 - амплитуда зондирующего радиосигнала;A 0 - amplitude of the probing radio signal;
- безразмерный коэффициент ослабления амплитуды излучаемого сигнала по пути распространения до цели и обратно, приведенный к входу-выходу антенны А; - dimensionless coefficient of attenuation of the amplitude of the emitted signal along the propagation path to the target and back, reduced to the input-output of antenna A;
τn=2Rn/с; - время запаздывания отраженного излучения от n-ой цели;τ n =2R n /s; - delay time of the reflected radiation from the n-th target;
Rn - текущее расстояние до n-ой цели;R n - current distance to the n-th target;
с - скорость распространения радиоволн;c is the speed of propagation of radio waves;
ϕk - случайная начальная фаза k-го радиоимпульса;ϕ k - random initial phase of the k-th radio pulse;
k - целое число;k is an integer;
ϕn - постоянный фазовый сдвиг, связанный с отражающими свойствами n-ой цели;ϕ n - constant phase shift associated with the reflective properties of the n-th target;
Рзонд - средняя мощность зондирующего радиосигнала;R probe - the average power of the probing radio signal;
Pmin - минимальный обнаруживаемый (пороговый) сигнал;P min - minimum detectable (threshold) signal;
GA - коэффициент усиления антенны А;G A - antenna gain A;
λ=с/ƒ0 - длина волны излучения;λ=s/ƒ 0 - radiation wavelength;
σn - эффективная площадь рассеяний n-ой цели;σ n - effective scattering area of the n-th target;
с - скорость распространения электромагнитного излучения;c is the propagation speed of electromagnetic radiation;
- единичная функция отраженного сигнала. is the unit function of the reflected signal.
На фиг. 4,в и г представлены временные диаграммы сигналов для случая наличия в поле излучения антенны А двух точечных объектов локации (N=2), находящихся соответственно на расстояниях R1 и R2, когда времена запаздывания составляют τ1=2R1/с и τ2=2R2/с.In FIG. 4, c and d show the timing diagrams of the signals for the case of the presence in the radiation field of antenna A of two point objects of the location (N=2), located respectively at distances R 1 and R 2 , when the delay times are τ 1 =2R 1 /s and τ 2 \u003d 2R 2 / s.
В результате нелинейного взаимодействия прямых и отраженных колебаний в смесителях CM-I и CM-Q происходит преобразование сигналов в область низких частот. При этом на выходах I(t) и Q(t) смесителей преобразованные сигналы uпр(t) формируются в виде видеоимпульсов. Выражения, полученные для k-го зондирующего радиоимпульса, имеют вид:As a result of the non-linear interaction of direct and reflected vibrations in the CM-I and CM-Q mixers, the signals are converted to the low-frequency region. At the same time, at the outputs I(t) and Q(t) of the mixers, the converted signals u pr (t) are formed in the form of video pulses. The expressions obtained for the kth probing radio pulse have the form:
гдеwhere
Ас=kпрА0Апрм/2 - сомножитель амплитуды выходных сигналов смесителей CM-I и CM-Q;And with =k CR And 0 A PM /2 - amplitude factor of the output signals of the mixers CM-I and CM-Q;
- единичная функция преобразованного сигнала на выходах смесителей CM-I и CM-Q; - unit function of the converted signal at the outputs of mixers CM-I and CM-Q;
Rn(t) - функция движения n-ой цели в зоне селекции РЛД;R n (t) - function of the movement of the n-th target in the area of selection RLD;
- синфазная и ортогональная составляющие собственных шумов смесителей и шумов СВЧ генератора, преобразованных на выходы смесителей CM-I и CM-Q; - in-phase and orthogonal components of the intrinsic noise of the mixers and the noise of the microwave generator, converted to the outputs of the mixers CM-I and CM-Q;
Aим=kдA0Aпрм/2 - амплитуда импульса, полученного на выходах смесителей CM-I и CM-Q в результате детектирования прямого сигнала;A them =k d A 0 A PRM /2 - the amplitude of the pulse received at the outputs of the mixers CM-I and CM-Q as a result of detecting a direct signal;
kпр и kд - соответственно коэффициенты преобразования и амплитудного детектирования смесителей CM-I и CM-Q по напряжению (при этом полагаем, что эти смесители имеют идентичные параметры);k CR and k d - respectively, the coefficients of conversion and amplitude detection mixers CM-I and CM-Q voltage (assuming that these mixers have identical parameters);
λ=2πс/ω0 - длина волны СВЧ излучения.λ=2πс/ω 0 - wavelength of microwave radiation.
Отметим, что начальная фаза ϕk в (5), (6) отсутствует, так как при условии τ<tи прямое и отраженное излучения в пределах k-го радиоимпульса являются когерентными и фаза ϕk в преобразованном сигнале вычитается.Note that the initial phase ϕk in (5), (6) is absent, since, under the condition τ<t , both direct and reflected radiation within the kth radio pulse are coherent and the phase ϕk in the converted signal is subtracted.
Первые слагаемые в (5) и (6), представляющие результат преобразования отраженного сигнала в смесителях CM-I и CM-Q, содержат информацию о дальности до объектов локации и скорости их движения. При этом для реально существующих скоростей движения объектов локации справедливо условие, что за время tи действия зондирующего радиоимпульса расстояние между антенной А и объектами локации практически не изменится. Тогда согласно (5) и (6) полученные видеоимпульсы на выходах I(t) и Q(t) квадратурного смесителя остаются в течение действия этих радиоимпульсов практически постоянными. Поэтому выглядят они в форме ступенчатых функций времени, при этом «высота» ступенек пропорциональна уровню отраженного сигнала, а знак (вверх или вниз) их зависит от текущей разности фаз излученного передатчиком ДППМ и отраженного от объекта локации колебаний (см. осциллограммы на рис. 17 статьи [18], временные диаграммы этих сигналов для случая двух точечных целей без учета шумов на фиг. 4,д настоящего описания). При относительном перемещении объекта локации мгновенные изменения высоты ступенек происходят с доплеровской частотой [18]. Таким образом, сигналы, полученные от объектов локации, которые находятся на меньших расстояниях, чем последующий объект локации, вызывают изменения высоты видеоимпульсов I(t) и Q(t) на выходе квадратурного смесителя от момента времени прихода отраженного излучения τ1 до окончания радиоимпульса tи. При этом формирование изменений, обусловленных действием отраженного излучения от следующего объекта локации, происходят с момента времени τ2 также до окончания радиоимпульса tи. Отсюда следует, что в рассматриваемом устройстве происходит аддитивное сложение радиоимпульсов сигналов.The first terms in (5) and (6), representing the result of the reflected signal conversion in the CM-I and CM-Q mixers, contain information about the distance to the location objects and their speed. At the same time, for real-life speeds of movement of location objects, the condition is true that during the time t and the action of a probing radio pulse, the distance between the antenna A and the location objects will practically not change. Then, according to (5) and (6), the received video pulses at the outputs I(t) and Q(t) of the quadrature mixer remain practically constant during the action of these radio pulses. Therefore, they look in the form of step functions of time, while the “height” of the steps is proportional to the level of the reflected signal, and their sign (up or down) depends on the current phase difference of the DPDM emitted by the transmitter and the oscillations reflected from the location object (see oscillograms in Fig. 17 article [18], the timing diagrams of these signals for the case of two point targets without taking into account the noise in Fig. 4e of this description). With the relative movement of the location object, instantaneous changes in the height of the steps occur with the Doppler frequency [18]. Thus, signals received from location objects that are located at shorter distances than the next location object cause changes in the height of the video pulses I(t) and Q(t) at the output of the quadrature mixer from the moment of arrival of the reflected radiation τ 1 to the end of the radio pulse t and . In this case, the formation of changes due to the action of the reflected radiation from the next location object occurs from the time τ 2 also until the end of the radio pulse t and . It follows that in the device under consideration, additive summation of radio pulses of signals occurs.
Вторые слагаемые и в (5) и (6) отображают результат преобразования собственных шумов смесителей CM-I и CM-Q и шумов СВЧ генератора. Присутствие этих шумов выражается в шумовой модуляции высоты видеоимпульсов I(t) и Q(t) на выходах смесителей CM-I и CM-Q. При этом необходимо отметить, что шумовые составляющие и на выходах смесителей CM-I и CM-Q представляют собой независимые стационарные нормальные процессы с нулевым средним значением. Взаимная корреляция этих составляющих отсутствует.Second terms and in (5) and (6) represent the result of the conversion of the intrinsic noise of the mixers CM-I and CM-Q and the noise of the microwave generator. The presence of these noises is expressed in the noise modulation of the height of video pulses I(t) and Q(t) at the outputs of mixers CM-I and CM-Q. It should be noted that the noise components and at the outlets of the CM-I and CM-Q mixers are independent stationary normal processes with zero mean. There is no mutual correlation of these components.
Третьи слагаемые в (5) и (6) обусловлены детектированием прямого сигнала СВЧ генератора, воздействующего на входы смесителей CM-I и СМ-Q. Поэтому формируемые на выходах смесителей CM-I и CM-Q видеоимпульсы, полученные в результате приема отраженных радиосигналов, располагаются на некотором «паразитном» пьедестале.The third terms in (5) and (6) are due to the detection of the direct signal of the microwave generator acting on the inputs of the mixers CM-I and CM-Q. Therefore, the video pulses formed at the outputs of the CM-I and CM-Q mixers, obtained as a result of receiving the reflected radio signals, are located on some “parasitic” pedestal.
При реализации РЛД с автодинным ДППМ (см. фиг. 2, б) с приходом импульсы запуска передатчика происходит возбуждение СВЧ колебаний в автогенераторе АГ. Формируемые в АГ зондирующие радиоимпульсы uзонд(t) (см. фиг 4,б), пройдя через проходные смесители CM-I и CM-Q, разнесенные в передающей линии на нечетное число 1/8 длины волны, излучаются через антенну А в контролируемое пространство. Выражение для зондирующего сигнала uзонд(t) с прямоугольной огибающей Uзонд(k,t) в общем виде записано в (1).In the implementation of the RRD with autodyne DPDM (see Fig. 2, b) with the arrival of the trigger pulses of the transmitter, the excitation of microwave oscillations in the self-oscillator of the AG occurs. The probing radio pulses u probe (t) formed in the AG (see Fig. 4,b), passing through the CM-I and CM-Q feed-through mixers, spaced in the transmission line by an odd number of 1/8 of the wavelength, are radiated through the antenna A into the controlled space. The expression for the probing signal u probe (t) with a rectangular envelope U probe (k,t) is generally written in (1).
В случае наличия в поле излучения антенны А N точечных объектов локации отраженные от них радиосигналы принимаются антенной А и направляются передающей линией через проходные смесители CM-Q и CM-I в автогенератор АГ (см. фиг. 2,б). В этой линии прямой (зондирующий) и отраженный радиосигналы вызывают интерференцию волн. Фазовые соотношения этих волн таковы, что в смесителях CM-I и CM-Q происходит преобразование сигналов в область низких частот и на их выходах наблюдается формирование квадратурных сигналов I(t) и Q(t) соответственно [33]. Выражения, описывающие процесс формирования этих сигналов, имеют вид (5) и (6).If there are N point objects of location in the radiation field of antenna A, the radio signals reflected from them are received by antenna A and sent by the transmission line through the feed-through mixers CM-Q and CM-I to the self-oscillator AG (see Fig. 2b). In this line, direct (probing) and reflected radio signals cause wave interference. The phase relationships of these waves are such that in the CM-I and CM-Q mixers, the signals are converted to the low-frequency region and the formation of quadrature signals I(t) and Q(t), respectively, is observed at their outputs [33]. Expressions describing the process of formation of these signals have the form (5) and (6).
С выходов смесителей CM-I и CM-Q (см. фиг. 1) видеоимпульсы далее поступают соответственно на сигнальные входы АЦП-1 и АЦП-2, где выполняется сначала операция дискретизации сигналов (5) и (6) по времени. Во время действия тактовых импульсов uти(t) (см. диаграмму (е) на фиг. 4) в АЦП-1 и АЦП-2 происходит выборка и запоминание мгновенных значений сигналов (5) и (6) в виде импульсов, амплитуда которых равна мгновенным значениям этих сигналов (см. диаграмму (ж) на фиг. 4). Уровни этих импульсов далее в АЦП-1 и АЦП-2 преобразуются в цифровые значения, которые в виде параллельного кода поступают в ОЗУ ПЛИС в качестве массива данных, полученных для принятого сигнала от k-го зондирующего радиоимпульса:From the outputs of the mixers CM-I and CM-Q (see Fig. 1), the video pulses are then fed, respectively, to the signal inputs of the ADC-1 and ADC-2, where the operation of sampling signals (5) and (6) in time is performed first. During the action of clock pulses u ti (t) (see diagram (e) in Fig. 4) in ADC-1 and ADC-2, the instantaneous values of signals (5) and (6) are sampled and stored in the form of pulses, the amplitude of which equal to the instantaneous values of these signals (see diagram (g) in Fig. 4). The levels of these pulses are further converted in ADC-1 and ADC-2 into digital values, which are sent to the FPGA RAM in the form of a parallel code as an array of data obtained for the received signal from the kth probing radio pulse:
гдеwhere
- цифровые отсчеты мгновенных значений принятого сигнала от k-го зондирующего радиоимпульса, полученные для m-го тактового импульса (здесь m=0, 1, 2, …М). - digital readings of the instantaneous values of the received signal from the k-th probing radio pulse obtained for the m-th clock pulse (here m=0, 1, 2, ... M).
Последовательности оцифрованных для каждого k-го видеоимпульса мгновенных значений и соответственно, полученных в моменты времени t=mTти, поступают далее в АЛУ ПЛИС, где в соответствие с программой, заложенной в ПЗУ ПЛИС, выполняется операция вычитания, при которой из текущих значений отсчетов, начиная с m=1, вычитаются значения предыдущих отсчетов:Sequences of instantaneous values digitized for each k-th video pulse and respectively, received at time points t=mT ti , are further sent to the FPGA ALU, where, in accordance with the program embedded in the FPGA ROM, a subtraction operation is performed, in which the values of the previous samples are subtracted from the current values of the samples, starting from m=1:
Полученный в результате вычитания (9) и (10) массив данных xkm и ykm поступают в ОЗУ ПЛИС:The data array x km and y km obtained as a result of subtracting (9) and (10) enters the FPGA RAM:
гдеwhere
xkm, ykm - цифровые отсчеты мгновенных значений разностей из (9) и (10) для k-го зондирующего радиоимпульса, полученные для m-го тактового импульса (здесь m=1, 2, …М).x km , y km - digital readings of the instantaneous values of the differences from (9) and (10) for the k-th probing radio pulse obtained for the m-th clock pulse (here m=1, 2, ...M).
В результате выполнения операции вычитания в полученных значениях xkm, и ykm происходит отделение полезного сигнала от паразитного пьедестала, обусловленного детектированием прямого сигнала СВЧ генератора смесителями CM-I и CM-Q, а также разделение аддитивного наложения сигналов предыдущих элементов (m-1) разрешения целей на последующие элементы (m). На диаграмме (з) фиг. 4 на примере наличия в зоне селекции двух целей показано формирование разностных сигналов, которые находятся в различных ячейках ОЗУ ПЛИС. При этом шумовые составляющие и на выходах смесителей CM-I и CM-Q в результате дискретизации и оцифровки мгновенных значений отсчетов вследствие эргодичности процессов в среднем по реализациям k и отсчетам m сохраняют свое среднеквадратическое значение уровня шума σш. Значение уровня шума σш может быть рассчитано или измерено экспериментально и учтено в программе работы БОС.As a result of the subtraction operation in the obtained values x km , and y km , the useful signal is separated from the parasitic pedestal, due to the detection of the direct signal of the microwave generator by the CM-I and CM-Q mixers, as well as the separation of the additive superposition of the signals of the previous elements (m-1) resolving targets for subsequent elements (m). In the diagram (h) of Fig. 4, using the example of the presence of two targets in the selection zone, the formation of difference signals that are located in different cells of the FPGA RAM is shown. In this case, the noise components and at the outputs of mixers CM-I and CM-Q, as a result of discretization and digitization of instantaneous values of samples, due to the ergodicity of processes, on average over realizations k and samples m, they retain their root-mean-square value of the noise level σsh . The value of the noise level σsh can be calculated or measured experimentally and taken into account in the BOS work program.
После этого в АЛУ ПЛИС вычисляются и заносятся в память ОЗУ ЦСП значения относительной амплитуды Akm и фазы Фkm сигнала, рассчитанные по формулам:After that, in the ALU of the FPGA, the values of the relative amplitude A km and the phase Ф km of the signal are calculated and entered into the memory of the DSP RAM, calculated by the formulas:
Далее с полученными значениями амплитуды Akm для каждого отсчета k-го зондирующего радиоимпульса в АЛУ ПЛИС выполняется их нормировка относительно среднеквадратического значения уровня шума σш: qkm=Akm/σш, что эквивалентно определению отношение сигнал-шум в каждом элементе разрешения по дальности. Согласно программе, заложенной в ПЗУ ЦСП, вычислительным ядром ЦСП выполняется перебор и анализ значений qkm. В ходе этих операций по величине превышения выбранного заранее порогового значения отношения сигнал-шум qпор определяется наличие (обнаружение) целей в зоне селекции РЛД. Полученный в результате анализа значений сигнал-шум qkm массив данных и обнаруженных целей поступает в ОЗУ ПЛИС:Further, with the obtained values of the amplitude A km for each sample of the k-th probing radio pulse in the FPGA ALU, they are normalized with respect to the root-mean-square value of the noise level σ w : q km =A km /σ w , which is equivalent to determining the signal-to-noise ratio in each resolution element by range. According to the program embedded in the ROM of the DSP, the computational core of the DSP performs enumeration and analysis of the values q km . During these operations, the presence (detection) of targets in the RLD selection zone is determined by the excess of the pre-selected threshold value of the signal-to-noise ratio q then . The data array obtained as a result of the analysis of the signal-to-noise values q km and detected targets enters the FPGA RAM:
гдеwhere
- цифровые отсчеты значений относительной амплитуды и фазы из (13) для k-го зондирующего радиоимпульса и m-го тактового импульса (здесь m=1, 2, …М), полученные для n-ой обнаруженной цели в зоне селекции (здесь n=1, 2, …N - порядковый номер цели, считая от РЛД, причем N≤M). - digital readings of the values of the relative amplitude and phase from (13) for the k-th probing radio pulse and the m-th clock pulse (here m=1, 2, ... M), obtained for the n-th detected target in the selection zone (here n= 1, 2, …N - serial number of the target, counting from the radar, and N≤M).
Для полученных значений m, при которых обнаружены объекты локации, вычислительным ядром ЦСП БОС выполняется расчет текущего расстояния до n-ой цели в зоне селекции по формуле:For the obtained values of m, at which location objects are detected, the computational core of the DSP BOS calculates the current distance to the n-th target in the selection zone according to the formula:
где m - порядковый номер отсчета, соответствующий n-ой цели в зоне селекции; tи - длительность радиоимпульса; с - скорость распространения СВЧ излучения; М - число отсчетов за время tи.where m is the sequence number of the sample corresponding to the n-th goal in the selection zone; t and - the duration of the radio pulse; c is the propagation velocity of microwave radiation; M is the number of readings during the time t and .
Результаты вычислений согласно (16) для каждой реализации k через шинный приемопередатчик ПП-1 ЦСП передаются по шине ШВД конечному потребителю:Calculation results according to (16) for each implementation k through the bus transceiver PP-1, the DSPs are transmitted over the bus SHVD to the end user:
В блоке отработки сигналов (БОС) вычислительным ядром ЦСП к совокупности хранящихся в ОЗУ ЦСП значений амплитуд и фаз сигналов n-й цели последовательно применяются операции «сшивания» и «сглаживания». Первая операция обеспечивает непрерывность вращения вектора (без скачков) на комплексной плоскости при изменении k в процессе перемещения целей (здесь j - мнимая единица) [42]. Для этого сначала разрешается неопределенность значений фаз полученных вычислением арктангенса в (13), ограниченного диапазоном однозначного определения фазовых углов ±π/2. Цель этой операции достигается учетом в значениях перехода фазы из одной полуплоскости в другую на краях границ однозначности. Для этого, продифференцировав полную фазу получим выражение для мгновенной частоты доплеровского сигнала n-й цели:In the signal processing unit (BOS) by the DSP computing core to the set of amplitude values stored in the DSP RAM and phases signals of the n-th target are sequentially applied the operations of "stitching" and "smoothing". The first operation ensures the continuity of the rotation of the vector (without jumps) on the complex plane when changing k in the process of moving targets (here j is an imaginary unit) [42]. To do this, the uncertainty of the phase values is first resolved obtained by calculating the arc tangent in (13), limited by the range of unambiguous determination of the phase angles ±π/2. The purpose of this operation is achieved by taking into account in the values phase transition from one half-plane to another at the edges of the uniqueness boundaries. To do this, differentiating the total phase we obtain an expression for the instantaneous frequency Doppler signal of the n-th target:
где и - производные по времени от хkm и ykm в каналах I(t), Q(t), соответственно, значения которых определяются методом конечных разностей, беря соседние значения переменных, например, при k и k±1.where and - time derivatives of x km and y km in channels I(t), Q(t), respectively, whose values are determined by the finite difference method, taking neighboring values of variables, for example, at k and k±1.
По полученным согласно (18) результатам расчета доплеровской частоты вычислительным ядром ЦСП выполняется вычисление относительной скорости движения n-ой цели по следующей формуле:According to the results of calculation of the Doppler frequency obtained according to (18) the computational core of the DSP calculates the relative speed of the n-th target according to the following formula:
где с - скорость распространения электромагнитного излучения;where c is the propagation speed of electromagnetic radiation;
ω0=2πƒ0 - круговая частота излучения.ω 0 =2πƒ 0 - circular frequency of radiation.
К результатам вычисления скорости n-ой цели согласно (19) вычислительным ядром ЦСП последовательно при изменении k применяется операция «сглаживания», которая выступает в качестве фильтра нижних частот «зашумленных» данных. Эта операция выполняется вычислительным ядром ЦСП БОС, например, применением операции «скользящее среднее» или алгоритма фильтрации Калмана [43]. «Сглаженные» данные текущей скорости нового массива через шинный приемопередатчик ПП-1 ЦСП передаются по шине ШВД конечному потребителю.To the results of calculating the speed For the nth target, according to (19), the DSP computational core successively applies the “smoothing” operation as k changes, which acts as a low-pass filter for “noisy” data. This operation is performed by the computational core of the DSP BFB, for example, by applying the “moving average” operation or the Kalman filtering algorithm [43]. "Smoothed" current speed data of the new array through the bus transceiver PP-1 DSP are transmitted over the bus SHVD to the end user.
Зависимость полной фазы от времени определяется вычислительным ядром ЦСП через решение дифференциального уравнения численными методами, например, как отмечалось выше, методом конечных разностей, беря соседние значения переменных при k и k±1. При этом предыдущее решение дифференциального уравнения для каждой n-ой цели является постоянной интегрирования последующего решения. Последовательное решение этого уравнения приводит к «сшиванию» отдельных фаз и получению закономерности изменения полной фазы Ф(n)(t) во времени, что позволяет определить искомую функцию, которая описывает закон движения n-ой цели:Total phase dependence from time is determined by the computational core of the DSP through the solution of the differential equation numerical methods, for example, as noted above, by the method of finite differences, taking neighboring values of variables at k and k±1. In this case, the previous solution of the differential equation for each n-th goal is the constant of integration of the subsequent solution. Sequential solution of this equation leads to "crosslinking" of individual phases and obtaining the pattern of change in the total phase Ф (n) (t) in time, which allows you to determine the desired function that describes the law of motion of the n-th target:
Результаты вычисления функции закона движения R(n)(t) n-ой цели для снижения влияния шумов и дискретизации в процессе реализации последовательности зондирующих радиоимпульсов вычислительным ядром ЦСП БОС сглаживаются, например применением операции «скользящее среднее» или алгоритма фильтрации Калмана.The results of calculating the function of the law of motion R (n) (t) of the n-th target to reduce the influence of noise and discretization in the process of implementing a sequence of probing radio pulses by the computational core of the DSP BOS are smoothed, for example, by using the “moving average” operation or the Kalman filtering algorithm.
Текущие данные о перемещении n-ой цели после сглаживания через шинный приемопередатчик ПП-1 ЦСП с заданным темпом передаются по шине ШВД конечному потребителю. Последующий анализ полученной функции позволяет определить величину перемещения цели, амплитуду, частоту и характер вибраций поверхности объекта локации, а также его иные параметры и характеристики.Current data about the movement of the n-th target after smoothing through the bus transceiver PP-1 DSP with a given rate are transmitted over the bus SVD to the end user. Subsequent analysis of the resulting function allows you to determine the amount of target movement, the amplitude, frequency and nature of vibrations of the surface of the location object, as well as its other parameters and characteristics.
Предлагаемый способ был реализован в виде действующего макета РЛД 8-мм диапазона, выполненного по автодинной схеме на основе СВЧ генератора на диоде Ганна и квадратурного смесителя на диодах с барьером Шоттки. При длительности зондирующих радиоимпульсов tи=100 нс дальность до границы зоны селекции составила 15 м. Число отсчетов за время излучения радиоимпульса М=100 (частота тактовых импульсов Fтакт=1,0 ГГц). При этом разрешающая способность РЛД по дальности составила Δr=0,15 м. Частота повторения радиоимпульсов выбрана Fповт=1 МГц. Потенциал РЛД в полосе доплеровских частот 0,05…20 кГц получен равным в диапазоне 95…100 дБ. Моделирующие испытания, проведенные на открытой площадке с уголковыми отражателями, подтвердили возможность обнаружения и определения параметров движения нескольких целей, находящихся в зоне селекции. Результаты лабораторных исследований образца РЛД подтвердили возможность восстановления сложного закона перемещения цели согласно предложенному способу обработки радиолокационных сигналов.The proposed method was implemented in the form of an operating layout of the 8-mm range radar, made according to an autodyne scheme based on a microwave generator based on a Gunn diode and a quadrature mixer on diodes with a Schottky barrier. With the duration of the probing radio pulses t and =100 ns, the distance to the border of the selection zone was 15 m. In this case, the range resolution of the RLD was Δr =0.15 m. The RLD potential in the Doppler frequency band of 0.05…20 kHz was found to be equal in the range of 95…100 dB. Simulation tests carried out in an open area with corner reflectors confirmed the possibility of detecting and determining the motion parameters of several targets located in the selection zone. The results of laboratory studies of the RLD sample confirmed the possibility of restoring the complex law of target movement according to the proposed method for processing radar signals.
Таким образом, предложенные способ обработки радиолокационных сигналов и устройство его реализующее при сохранении функциональных возможностей прототипа (защищенность от воздействия пассивных помех и возможность измерения скорости движения цели в зоне селекции) обеспечивает возможность обнаружения множества целей, определение расстояния до них и скорости движения, а также параметров вибраций и сложных законов перемещения объекта локации.Thus, the proposed method for processing radar signals and a device that implements it while maintaining the functionality of the prototype (protection from the effects of passive interference and the ability to measure the speed of the target in the selection zone) provides the ability to detect multiple targets, determine the distance to them and the speed of movement, as well as parameters vibrations and complex laws of movement of the location object.
ЛитератураLiterature
1. Справочник по радиолокации / Под ред. М.И. Сколника. В 2 книгах. Книга 1. Москва: Техносфера, 2014.1. Handbook of radar / Ed. M.I. Skolnik. In 2 books.
2. Коган И.М. Ближняя радиолокация. - М.; Сов. радио, 1973.2. Kogan I.M. Near radar. - M.; Owls. radio, 1973.
3. Патент США US 3849778, опубл. 19.11.1974, МПК1 F42C 13/04. Pulse Doppler fuse / Redcay.3. US patent US 3849778, publ. 11/19/1974, IPC 1 F42C 13/04. Pulse Doppler fuse / Redcay.
4. Патент США US 4065768, опубл. 27.12.1977, МПК2 G01S 9/44. Radar apparatus / Kondoh et al.4. US patent US 4065768, publ. 12/27/1977, IPC 2 G01S 9/44. Radar apparatus / Kondoh et al.
5. Патент США US 4194203, опубл. 18.03.1980, МПК3 F42C 13/04. Pulse Doppler-radio proximity fuze / Kuck et al.5. US patent US 4194203, publ. 03/18/1980, IPC 3 F42C 13/04. Pulse Doppler-radio proximity fuze / Kuck et al.
6. Патент США US 4313118, опубл. 26.06.1982, МПК4 G01S 13/04. Microwave proximity sensor / Calvin.6. US patent US 4313118, publ. 06/26/1982, IPC 4 G01S 13/04. Microwave proximity sensor / Calvin.
7. Патент США US 4310842, опубл. 12.01.1982, МПК4 G01S 13/04. Pulsed Doppler radar system / Siebeneck et al.7. US patent US 4310842, publ. 01/12/1982, IPC 4 G01S 13/04. Pulsed Doppler radar system / Siebeneck et al.
8. Патент США US 4131889, опубл. 26.12.1978, МПК3 G01S 13/04. Miniature Doppler radar systems and microwave receivers suitable therefore / Gray.8. US patent US 4131889, publ. 12/26/1978, IPC 3 G01S 13/04. Miniature Doppler radar systems and microwave receivers suitable therefore / Grey.
9. Заявка Японии JP 61-18142, опубл. 10.05.1986 №6-454, МКИ4 G01S 13/50. Доплеровский радиолокатор с разделением дальности на диапазоны.9. Japanese Application JP 61-18142, publ. 05/10/1986 No. 6-454, MKI 4 G01S 13/50. Doppler radar with range division into ranges.
10. Патент Великобритании GB 2215157 A, опубл. 13.09.1989, МКИ4 G01S 13/18. Radar apparatus / Cashen.10. UK patent GB 2215157 A, publ. 09/13/1989, MKI 4 G01S 13/18. Radar apparatus / Cashen.
11. Носков В.Я., Богатырев Е.В., Игнатков К.А.. Принцип построения бортового радиолокационного датчика для обнаружения быстро движущихся целей. Успехи современной радиоэлектроники. 2019. №12. С. 16-22.11. Noskov V.Ya., Bogatyrev E.V., Ignatkov K.A. The principle of constructing an airborne radar sensor to detect fast moving targets. Advances in modern radio electronics. 2019. No. 12. pp. 16-22.
12. Патент США US 4197537 A, опубл. 08.04.1980, МПК3 G01S 9/42. Intruder detection system / Follen et al.12. US patent US 4197537 A, publ. 04/08/1980, IPC 3 G01S 9/42. Intruder detection system / Follen et al.
13. Патент США US 4295131 A, опубл. 13.10.1981, МПК3 G01S 13/56. Low consumption pulses Doppler effect intrusion sensor / Bonori et al.13. US patent US 4295131 A, publ. 10/13/1981, IPC 3 G01S 13/56. Low consumption pulses Doppler effect intrusion sensor / Bonori et al.
14. Патент США US 4322722, опубл. 30.03.1982, МПК4 G01S 13/56. Pulsed microwave motion sensor for intrusion detection applications / Kozdon.14. US patent US 4322722, publ. 03/30/1982, IPC 4 G01S 13/56. Pulsed microwave motion sensor for intrusion detection applications / Kozdon.
15. Патент США US 4697184, опубл. 29.09.1987, МПК5 G01S 13/56. Intrusion detection radar system with amplitude and frequency carrier modulation to eliminate targets at short and long ranges / Cheal et al.15. US patent US 4697184, publ. 09/29/1987, IPC 5 G01S 13/56. Intrusion detection radar system with amplitude and frequency carrier modulation to eliminate targets at short and long ranges / Cheal et al.
16. Патент США US 6677887 B2, опубл. 13.01.2004, МПК7 G01S 13/62. Intrusion detection radar system / Harman.16. US patent US 6677887 B2, publ. 01/13/2004, IPC 7 G01S 13/62. Intrusion detection radar system / Harman.
17. Носков В.Я. Автодинный измеритель параметров движения отцепов на сортировочной горке. Применение радиоволн миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. Сборник научных трудов. - Харьков: ИРЭ АН Украины, 1992. - С. 66-74.17. Noskov V.Ya. Autodyne measuring device for the movement of cuts on a hump. The use of radio waves in the millimeter and submillimeter ranges. Collection of scientific papers. - Kharkov: IRE AN Ukraine, 1992. - S. 66-74.
18. Носков В.Я., Смольский С.М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 6. Исследования радиоимпульсных автодинов. Успехи современной радиоэлектроники. 2009. №6. С. 3-51.18. Noskov V.Ya., Smolsky S.M. Modern hybrid-integrated autodyne generators of microwave and millimeter ranges and their application.
19. Патент США US 6577270 B2, опубл. 10.01.2003, МПК7 G01S 13/34. Radar transceiver / Kanechika et al.19. US patent US 6577270 B2, publ. 01/10/2003, IPC 7 G01S 13/34. Radar transceiver / Kanechika et al.
20. Патент США US 5521600, опубл. 28.05.1996, МПК6 G01S 13/94. Range-gated field disturbance sensor with range-sensitivity compensation / McEWan.20. US patent US 5521600, publ. 05/28/1996, IPC 6 G01S 13/94. Range-gated field disturbance sensor with range-sensitivity compensation / McEWan.
21. Патент США US 5682164, опубл. 28.10.1997, МПК6 G01S 13/56. Pulse homodyne field disturbance sensor / McEWan.21. US patent US 5682164, publ. 10/28/1997, IPC 6 G01S 13/56. Pulse homodyne field disturbance sensor / McEWan.
22. Патент США US 5966090 A, опубл. 12.10.1999, МПК6 G01S 13/56. Differential pulse radar motion sensor / McEWan.22. US patent US 5966090 A, publ. 10/12/1999, IPC 6 G01S 13/56. Differential pulse radar motion sensor / McEWan.
23. Патент США US 5986600, опубл. 16.11.1999, МПК6 G01S 13/56. Pulsed RF oscillator and radar motion sensor / McEWan.23. US patent US 5986600, publ. 11/16/1999, IPC 6 G01S 13/56. Pulsed RF oscillator and radar motion sensor / McEWan.
24. Патент США US 6414627, опубл. 02.07.2002, МПК7 G01S 13/00. Homodyne swept-range radar / McEWan.24. US patent US 6414627, publ. 07/02/2002, IPC 7 G01S 13/00. Homodyne swept-range radar / McEWan.
25. Патент США US 6426716 B1, опубл. 30.07.2002, МПК7 G01S 13/04, G01S 13/56. Modulated pulse Doppler sensor / McEWan.25. US patent US 6426716 B1, publ. 07/30/2002, IPC 7 G01S 13/04, G01S 13/56. Modulated pulse Doppler sensor / McEWan.
26. Патент США US 4286260, опубл. 25.08.1981, МПК3 G08B 13/18. Ranging quadrature Doppler microwave intrusion alarm system / Gershberg et al.26. US patent US 4286260, publ. 08/25/1981, IPC 3 G08B 13/18. Ranging quadrature Doppler microwave intrusion alarm system / Gershberg et al.
27. Патент США US 4499467, опубл. 12.02.1985, МПК4 G01S 13/62. Doppler radar sets with target direction sensing capability / Rittenbach.27. US patent US 4499467, publ. 02/12/1985, IPC 4 G01S 13/62. Doppler radar sets with target direction sensing capability / Rittenbach.
28. Патент США US 6492933 B1, опубл. 10.12.2002, МПК7 G01S 13/08, G01S 13/53. SSB pulse Doppler sensor and active reflector system / McEWan.28. US patent US 6492933 B1, publ. 12/10/2002, IPC 7 G01S 13/08, G01S 13/53. SSB pulse Doppler sensor and active reflector system / McEWan.
29. Закарлюк H.M., Носков В.Я. Принцип действия и основные возможности автодинного радиоимпульсного дальномера. Сборник трудов III ВНТК «Радиовысотометрия-2010». - Екатеринбург: Форт Диалог-Исеть, 2010. - С. 134-138.29. Zakarlyuk H.M., Noskov V.Ya. The principle of operation and the main features of the autodyne radio pulse rangefinder. Proceedings of the III VNTK "Radio altimeter-2010". - Ekaterinburg: Fort Dialog-Iset, 2010. - S. 134-138.
30. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. М.: Радио и связь, 1983.30. Finkelstein M.I. Fundamentals of radar. Moscow: Radio and communication, 1983.
31. Воскресенский Д.И. Антенны и устройства СВЧ. Расчет и проектирование антенных решеток и их излучающих элементов. М.: Советское радио, 1972.31. Voskresensky D.I. Antennas and microwave devices. Calculation and design of antenna arrays and their radiating elements. Moscow: Soviet radio, 1972.
32. Патент США US 5761616 A, опубл. 02.06.1998, МПК7 Н04В 1/26. Frequency mixer for a Doppler radar module / Lohninger.32. US patent US 5761616 A, publ. 06/02/1998, IPC 7 H04V 1/26. Frequency mixer for a Doppler radar module / Lohninger.
33. Носков В.Я., Смольский С.М., Игнатков К.А., Чупахин А.П. Сигналы автодинных модулей с внешним детектированием. Уральский радиотехнический журнал. 2018. Т. 2. №4. С. 20-40.33. Noskov V.Ya., Smol'skii S.M., Ignatkov K.A., Chupakhin A.P. Signals of autodyne modules with external detection. Ural Radio Engineering Journal. 2018. Vol. 2. No. 4. pp. 20-40.
34. Носков В.Я., Игнатков К.А., Чупахин А.П. Двухдиодный автодин в системах радиоволнового контроля динамических процессов. Датчики и системы. 2016. №6 (204). С. 31-37.34. Noskov V.Ya., Ignatkov K.A., Chupakhin A.P. Two-diode autodyne in systems of radio wave control of dynamic processes. Sensors and systems. 2016. No. 6 (204). pp. 31-37.
35. Сколник М. Введение в технику радиолокационных систем. М.: Мир, 1965.35. Skolnik M. Introduction to the technique of radar systems. M.: Mir, 1965.
36. Носков В.Я., Смольский С.М., Игнатков К.А. и др. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 11. Основы реализации автодинов. Успехи современной радиоэлектроники. 2019. №2. С. 5-33.36. Noskov V.Ya., Smolsky S.M., Ignatkov K.A. Modern hybrid-integrated autodyne generators of microwave and millimeter ranges and their application. Part 11. Fundamentals of the implementation of autodynes. Advances in modern radio electronics. 2019.
37. Носков В.Я., Игнатков К.А., Чупахин А.П. Автодинный эффект системы двух взаимно синхронизированных генераторов при сильной связи. Радиотехника и электроника. 2018. Т. 63, №2. С. 200-208.37. Noskov V.Ya., Ignatkov K.A., Chupakhin A.P. Autodyne effect of a system of two mutually synchronized oscillators with strong coupling. Radio engineering and electronics. 2018. V. 63, No. 2. pp. 200-208.
38. Грушвицкнй Р.И., Мурсаев А.Х., Угрюмое Е.П. Проектирование систем на микросхемах программируемой логики. - СПб.: БХВ-Петербург, 2002.38. Grushvitsky R.I., Mursaev A.Kh., Gloomy E.P. Designing systems based on microcircuits of programmable logic. - St. Petersburg: BHV-Petersburg, 2002.
39. Гузик В.Ф., Каляев И.А., Левин И.И. Реконфигурируемые вычислительные системы. Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета, 2016.39. Guzik V.F., Kalyaev I.A., Levin I.I. Reconfigurable computing systems. Rostov-on-Don: Southern Federal University Press, 2016.
40. Konatham S.R., et al. Ultra-High-Speed Time-Frequency Signal Processing. Optics & Photonics News. 2018, December, p. 37.40. Konatham S.R., et al. Ultra-High-Speed Time-Frequency Signal Processing. Optics & Photonics News. December 2018, p. 37.
41. «Руководство пользователя: Семейство микроконтроллеров MSP430X1XX». Пер. с англ. М.: ЗАО «Компэл», 2004.41. "User's Guide: MSP430X1XX Microcontroller Family". Per. from English. M.: CJSC "Compel", 2004.
42. Cam Nguyen, Seoktae Kim. Theory, Analysis and Design of RF Interferometric Sensors. Springer New York Dordrecht Heidelberg London. 2012.42. Cam Nguyen, Seoktae Kim. Theory, Analysis and Design of RF Interferometric Sensors. Springer New York Dordrecht Heidelberg London. 2012.
43. Frank Schadt, Friedemann Mohr, Markus Holzer. Application of Kalman Filters as a Tool for Phase and Frequency Demodulation of IQ Signals. International Conference on «Computational Technologies in Electrical and Electronics Engineering» (IEEE REGION 8 SIBIRCON). Novosibirsk Scientific Centre, Novosibirsk, Russia. July 21-25, 2008. P. 421-424.43. Frank Schadt, Friedemann Mohr, Markus Holzer. Application of Kalman Filters as a Tool for Phase and Frequency Demodulation of IQ Signals. International Conference on "Computational Technologies in Electrical and Electronics Engineering" (IEEE REGION 8 SIBIRCON). Novosibirsk Scientific Centre, Novosibirsk, Russia. July 21-25, 2008. P. 421-424.
Claims (21)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2783402C1 true RU2783402C1 (en) | 2022-11-14 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2803413C1 (en) * | 2023-01-26 | 2023-09-12 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радиосвязь" (АО "НПП "Радиосвязь") | Method of pulse-doppler radiolocation and device with autodyne transmitter for its implementation |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4286260A (en) * | 1979-09-11 | 1981-08-25 | E-Systems, Inc. | Ranging quadrature doppler microwave intrusion alarm system |
US4499467A (en) * | 1982-04-14 | 1985-02-12 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Doppler radar sets with target direction sensing capability |
US6492933B1 (en) * | 1999-09-02 | 2002-12-10 | Mcewan Technologies, Llc | SSB pulse Doppler sensor and active reflector system |
RU2273860C2 (en) * | 2004-04-12 | 2006-04-10 | федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный Рязанский приборный завод" (ФГУП ГРПЗ) | Coherent receiver of a radiolocation station with a digital arrangement for amplitude and phase adjusting of quadrature component of a receiving signal |
RU2419107C1 (en) * | 2009-12-08 | 2011-05-20 | ОАО "Научно-производственное объединение "ЛЭМЗ" | Method of selecting moving targets in pulse-wise carrier frequency tuning |
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 |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4286260A (en) * | 1979-09-11 | 1981-08-25 | E-Systems, Inc. | Ranging quadrature doppler microwave intrusion alarm system |
US4499467A (en) * | 1982-04-14 | 1985-02-12 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Doppler radar sets with target direction sensing capability |
US6492933B1 (en) * | 1999-09-02 | 2002-12-10 | Mcewan Technologies, Llc | SSB pulse Doppler sensor and active reflector system |
RU2273860C2 (en) * | 2004-04-12 | 2006-04-10 | федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный Рязанский приборный завод" (ФГУП ГРПЗ) | Coherent receiver of a radiolocation station with a digital arrangement for amplitude and phase adjusting of quadrature component of a receiving signal |
RU2419107C1 (en) * | 2009-12-08 | 2011-05-20 | ОАО "Научно-производственное объединение "ЛЭМЗ" | Method of selecting moving targets in pulse-wise carrier frequency tuning |
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 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
НОСКОВ В.Я., СМОЛЬСКИЙ С.М. Гибридно-интегральные автодины миллиметрового диапазона с амплитудной модуляцией // III Всероссийская конференция "Радиолокация и радиосвязь" - ИРЭ РАН, 26-30.10.2009 г., сс.792-810. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2803413C1 (en) * | 2023-01-26 | 2023-09-12 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радиосвязь" (АО "НПП "Радиосвязь") | Method of pulse-doppler radiolocation and device with autodyne transmitter for its implementation |
RU2805901C1 (en) * | 2023-07-10 | 2023-10-24 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радиосвязь" | Method and device for radar determination of movement parameters of cuts on hump |
RU2815559C1 (en) * | 2023-09-28 | 2024-03-18 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радиосвязь" | Method of fixing moment of separation of cut from train and radar sensor implementing it (versions) |
RU2812744C1 (en) * | 2023-11-02 | 2024-02-01 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радиосвязь" | Radio-photon location system for determining the speed of cuts at the hump |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3021132B1 (en) | Mimo radar system | |
EP3015880B1 (en) | Ambiguity resolution in a doppler radar system | |
Hadi et al. | Compressive sensing applied to radar systems: an overview | |
EP2697666B1 (en) | Method and system for target detection | |
WO2008093036A2 (en) | Adaptive radar | |
US5559516A (en) | Dual cancellation interferometric AMTI radar | |
Zheng et al. | Radar detection and motion parameters estimation of maneuvering target based on the extended keystone transform (July 2018) | |
Jin et al. | Design and implementation of FMCW surveillance radar based on dual chirps | |
JP2010169671A (en) | Radar device | |
Ahmad et al. | Performance analysis of dual-frequency CW radars for motion detection and ranging in urban sensing applications | |
RU2783402C1 (en) | Method for processing radar signals for detecting targets and measuring their motion parameters in the selection zone and a radar sensor implementing it | |
Chen et al. | Unambiguous across‐track velocity estimation of moving targets for multichannel synthetic aperture radar‐ground moving target indication systems | |
Mabrouk et al. | A novel algorithm for moving/fixed target discrimination in 77 GHz automotive radars | |
Pettersson et al. | Performance of moving target parameter estimation using SAR | |
Abdelbagi et al. | FPGA-based coherent Doppler processor for marine radar applications | |
Lukin et al. | High resolution and high dynamic range noise radar | |
QasMarrogy et al. | Simulation of Moving Target Indication Radar System Based on VisSim/Comm Application | |
Su et al. | A novel multi-scan joint method for slow-moving target detection in the strong clutter via rpca | |
RU2803413C1 (en) | Method of pulse-doppler radiolocation and device with autodyne transmitter for its implementation | |
RU2278397C2 (en) | Method and device for selection of signals from above-water target in mono-impulse radiolocation station | |
Morris et al. | Implementation of Doppler Beam Sharpening Technique for Synthetic-Aperture Radars | |
RU194328U1 (en) | SATELLITE RADIO ALTIMETER | |
Bezoušek et al. | MIMO radar signals with better correlation characteristics | |
US20230417868A1 (en) | Device for radiolocation of objects in space and a gpr system | |
Rosłoniec | Basic Methods for Eliminating Spurious Signals |