RU2800494C1 - Device for digital signal processing in pulsed-doppler radar with compensation of target migration by range and fm doppler signals in one period of radiating and receiving radio pulses - Google Patents
Device for digital signal processing in pulsed-doppler radar with compensation of target migration by range and fm doppler signals in one period of radiating and receiving radio pulses Download PDFInfo
- Publication number
- RU2800494C1 RU2800494C1 RU2022133078A RU2022133078A RU2800494C1 RU 2800494 C1 RU2800494 C1 RU 2800494C1 RU 2022133078 A RU2022133078 A RU 2022133078A RU 2022133078 A RU2022133078 A RU 2022133078A RU 2800494 C1 RU2800494 C1 RU 2800494C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- shaper
- range
- input
- matrix
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для использования в импульсно-доплеровских (ИД) радиолокационных станциях (РЛС), работающих с высокоскоростными и высокоманевренными целями. Достигаемым техническим результатом является повышение разрешающей способности РЛС по скорости при работе с высокоскоростными и высокоманевренными воздушными целями.The invention relates to the field of radar and is intended for use in pulse-Doppler (ID) radar stations (RLS) operating with high-speed and highly maneuverable targets. Achievable technical result is to increase the speed resolution of the radar when working with high-speed and highly maneuverable air targets.
Современные ИД РЛС, как правило, работают в нескольких режимах. Первым и основным является режим обзора пространства, в котором осуществляется поиск и обнаружение целей (одиночных и групповых) с оценкой их параметров (дальности и скорости). Другим режимом может являться режим разрешения близкорасположенных целей, который позволяет разрешить близкорасположенные цели в группе, определить их количество и точнее оценить параметры каждой цели.Modern ID radars, as a rule, operate in several modes. The first and main is the space review mode, in which the search and detection of targets (single and group) is carried out with an assessment of their parameters (range and speed). Another mode may be the mode of resolving nearby targets, which allows you to resolve nearby targets in a group, determine their number and more accurately evaluate the parameters of each target.
Известно устройство цифровой обработки сигналов (ЦОС) в ИД РЛС с компенсацией миграции целей по дальности, описание которого представлено в патенте №2673679 РФ [1]. Указанное устройство предназначено для работы в режиме разрешения высокоскоростных целей и использует информацию о параметрах цели, полученную после первого зондирования и приема эхосигналов (в режиме обнаружения). В устройстве после второго зондирования и приема эхосигналов, поступающих с выхода усилителя промежуточной частоты, вычисляют с помощью цифрового формирователя квадратурных составляющих (ЦФКС) комплексные огибающие эхосигналов, проводят согласованную фильтрацию (СФ) сигналов. В процессоре быстрого преобразования Фурье (БПФ) вычисляют отсчеты дискретного преобразования Фурье (ДПФ), из которых формируют матрицу спектров принятых эхосигналов.A device for digital signal processing (DSP) in the ID radar with compensation for target migration in range is known, the description of which is presented in patent No. 2673679 of the Russian Federation [1]. The specified device is designed to operate in the mode of resolving high-speed targets and uses information about the parameters of the target obtained after the first sounding and receiving echo signals (in the detection mode). In the device, after the second probing and receiving echo signals coming from the output of the intermediate frequency amplifier, the complex envelopes of the echo signals are calculated using a digital quadrature component generator (DFCCS), and the signals are matched filtered (SF). In the fast Fourier transform (FFT) processor, discrete Fourier transform (DFT) samples are calculated, from which a matrix of spectra of received echo signals is formed.
Одновременно с началом работы устройства в режиме разрешения целей на второй (информационный) вход устройства поступает полученное по результатам обработки эхосигналов первого зондирования (в режиме обнаружения) целеуказание о скорости движущейся цели, с помощью которого в формирователе фазовых множителей (ФМ) рассчитываются ФМ и формируется матрица ФМ. Затем в поэлементном умножителе матриц перемножаются матрица спектров и матрица ФМ. Полученные результаты поэлементного умножения поступают в процессор обратного БПФ (ОБПФ), где выполняется ОБПФ скорректированных спектров эхосигналов каждого периода зондирования. Далее формируют дальностно-временной портрет (ДВП) и дальностно-частотный портрет (ДЧП) целей. По максимальным значениям модулей сигналов ДЧП определяют уточненную дальность обнаруженных одиночных и разрешенных групповых целей.Simultaneously with the start of operation of the device in the target resolution mode, the second (information) input of the device receives the target designation obtained from the results of processing the echo signals of the first sounding (in the detection mode) about the speed of the moving target, with the help of which the phase factor generator (PM) calculates the PM and forms a matrix FM. Then, in the element-by-element matrix multiplier, the spectrum matrix and the FM matrix are multiplied. The obtained results of the element-wise multiplication are fed to the inverse FFT processor (IFFT), where the IFFT of the corrected echo signal spectra of each sounding period is performed. Next, a long-range temporal portrait (DVP) and a range-frequency portrait (LFP) of targets are formed. According to the maximum values of the modules of the DFS signals, the specified range of the detected single and permitted group targets is determined.
Недостатком описанного устройства является то, что за время его работы выполняются два периода излучения и приема пачки радиоимпульсов. Первый период используется для получения информации о скорости цели (в режиме обнаружения), второй - непосредственно для компенсации миграции высокоскоростных целей по дальности (в режиме разрешения).The disadvantage of the described device is that during its operation two periods of radiation and reception of a burst of radio pulses are performed. The first period is used to obtain information about the target's speed (in the detection mode), the second - directly to compensate for the migration of high-speed targets in range (in the resolution mode).
Указанного недостатка лишено устройство цифровой обработки сигналов ИД РЛС с компенсацией миграции высокоскоростных целей по дальности за один период излучения и приема пачки радиоимпульсов, описанное в патенте №2782249 РФ [2]. Устройство работает в два цикла (после одного периода излучения и приема пачки радиоимпульсов): за первый цикл определяется скорость цели, за второй - непосредственно выполняется компенсация миграции целей по дальности.This shortcoming is devoid of a device for digital signal processing of the ID radar with compensation for the migration of high-speed targets in range in one period of radiation and reception of a burst of radio pulses, described in patent No. 2782249 of the Russian Federation [2]. The device operates in two cycles (after one period of radiation and reception of a burst of radio pulses): for the first cycle, the target speed is determined, for the second, the migration of targets in range is directly compensated.
Однако кроме движения с высокой скоростью современные воздушные цели в процессе полета имеют достаточно большие ускорения (высокоманевренные цели), снижающие потенциальное разрешение РЛС по скорости. С таким видом целей работает устройство ЦОС в ИД РЛС с компенсацией частотной модуляции (ЧМ) доплеровских сигналов за один период излучения и приема пачки радиоимпульсов, описание которого представлено в патенте №2782574 РФ [3]. В указанном устройстве входные аналоговые сигналы преобразуются в цифровую форму, выделяются их комплексные огибающие и выполняется СФ эхосигналов. Отсчеты принятых сигналов каждого периода зондирования поступают в матрицу формирователя ДВП. Далее сигналы поступают в формирователь ДЧП, в котором вычисляются отсчеты ДПФ доплеровских сигналов, соответствующих каждому элементу дальности. Полученные отсчеты ДЧП поступают в вычислитель модулей, где определяются их модули. Превысившие порог в блоке пороговой обработки отсчеты поступают на выход устройства и могут использоваться для обнаружения, оценки дальности и скорости целей.However, in addition to moving at high speed, modern air targets during flight have rather large accelerations (highly maneuverable targets), which reduce the potential speed resolution of the radar. With this type of targets, the DSP device in the ID radar works with compensation for frequency modulation (FM) of Doppler signals in one period of radiation and reception of a burst of radio pulses, a description of which is presented in patent No. 2782574 of the Russian Federation [3]. In the specified device, the input analog signals are converted into digital form, their complex envelopes are extracted, and the SF of the echo signals is performed. The samples of the received signals of each probing period are fed into the DWT shaper matrix. Next, the signals are fed to the DFS shaper, in which the DFT samples of the Doppler signals corresponding to each range element are calculated. The obtained readings of the DFS are sent to the module calculator, where their modules are determined. The readings exceeding the threshold in the threshold processing block are sent to the output of the device and can be used to detect, estimate the range and speed of targets.
После обнаружения и оценки параметров цели из блока пороговой обработки в формирователь ДВП поступает целеуказание о дальности движущейся высокоманевренной цели (iD - номер строки в двумерной матрице ДЧП с максимальной амплитудой, соответствующий дальности цели, и NE - количество строк отсчетов по дальности в двумерной матрице ДЧП, соответствующих оценке длительности по дальности цели).After detecting and evaluating the target parameters from the threshold processing unit, the target designation about the range of a moving highly maneuverable target is sent to the DWP shaper (i D is the row number in the two-dimensional DFS matrix with the maximum amplitude corresponding to the target range, and N E is the number of rows of readings by range in the two-dimensional matrix DFS corresponding to the assessment of the duration according to the range of the target).
По целеуказанию о дальности высокоманевренной цели из формирователя ДВП считываются NE строк, симметрично расположенных относительно целеуказания по дальности iD, в формирователь сигнала автофокусировки (АФ), в котором путем формирования сдвинутых во времени и комплексно-сопряженных доплеровских сигналов, перемножения сигналов и инвертирования знака формируются сигналы АФ. Полученные сигналы АФ поступают в вычислитель амплитудного спектра, в котором выполняется процедура БПФ для NE строк, вычисление модуля, усреднение и центрирование амплитудных спектров сигналов АФ. Далее сигнал поступает в вычислитель центра симметрии амплитудного спектра, в котором вычисляется автосвертка поступившего сигнала и определяется координата, соответствующая максимуму вычисленной функции. Используя полученный результат, в формирователе матрицы опорного сигнала вычисляется индекс ЧМ доплеровского сигнала и формируется матрица опорного сигнала для компенсации паразитной ЧМ. После поэлементного умножения сформированной матрицы опорного сигнала и полученной ранее матрицы ДВП на выходе умножителя поэлементного умножителя матриц формируются доплеровские сигналы со скомпенсированной паразитной ЧМ. Далее отсчеты сигналов поступают в формирователь ДЧП, вычислитель модуля и блок пороговой обработки, выходные сигналы которого используются для подтверждения обнаружения, уточнения скорости объектов и повышения разрешающей способности РЛС высокоманевренных целей по скорости.According to the target designation about the range of a highly maneuverable target, N E lines are read from the DWP generator, symmetrically located relative to the target designation in range i D , into the autofocus signal (AF) signal generator, in which, by forming time-shifted and complex-conjugate Doppler signals, multiplying the signals and inverting the sign AF signals are generated. The received AF signals are fed to the amplitude spectrum calculator, in which the FFT procedure for N E lines is performed, the modulus is calculated, and the amplitude spectra of the AF signals are averaged and centered. Next, the signal enters the calculator of the center of symmetry of the amplitude spectrum, in which the autoconvolution of the incoming signal is calculated and the coordinate corresponding to the maximum of the calculated function is determined. Using the obtained result, the FM index of the Doppler signal is calculated in the reference signal matrix generator and the reference signal matrix is formed to compensate for the spurious FM. After the element-by-element multiplication of the generated reference signal matrix and the previously obtained DWT matrix, Doppler signals with compensated spurious FM are formed at the output of the multiplier of the element-by-element matrix multiplier. Further, the signal counts are fed to the DFS shaper, the module calculator and the threshold processing unit, the output signals of which are used to confirm the detection, clarify the speed of objects and increase the speed resolution of the radar of highly maneuverable targets.
Описанные устройства позволяют компенсировать миграцию высокоскоростных целей по дальности или компенсировать ЧМ доплеровских сигналов высокоманевренных целей. Это дает возможность отдельно работать РЛС как с высокоскоростными, так и с высокоманевренными воздушными целями.The described devices make it possible to compensate for the migration of high-speed targets in range or to compensate for the FM Doppler signals of highly maneuverable targets. This makes it possible to separately operate the radar with both high-speed and highly maneuverable air targets.
Однако на практике априорно неизвестно, с каким видом целей (высокоскоростными или высокоманевренными) придется работать. Поэтому недостатком известных устройств является отсутствие возможности одновременно выполнить компенсацию миграции высокоскоростных целей по дальности и демодуляцию паразитной ЧМ доплеровских сигналов высокоманевренных целей.However, in practice, it is not known a priori what type of targets (high-speed or highly maneuverable) will have to work with. Therefore, the disadvantage of the known devices is the inability to simultaneously compensate for the migration of high-speed targets in range and demodulate the spurious FM Doppler signals of highly maneuverable targets.
Целью изобретения является устройство ЦОС, позволяющее за один период излучения и приема пачки радиоимпульсов РЛС компенсировать миграции высокоскоростных целей по дальности и ЧМ доплеровских сигналов высокоманевренных целей.The aim of the invention is a DSP device that allows for one period of radiation and reception of a burst of radar pulses to compensate for the migration of high-speed targets in range and FM Doppler signals of highly maneuverable targets.
Наиболее близким по технической сущности аналогом заявляемого изобретения является устройство ЦОС ИД РЛС с компенсацией миграции высокоскоростных целей по дальности за один период излучения и приема пачки радиоимпульсов, описанное в патенте №2782249 РФ [2]. Выберем его в качестве прототипа.The closest analogue of the claimed invention in terms of technical essence is a device for DSP ID radar with compensation for the migration of high-speed targets in range in one period of radiation and reception of a burst of radio pulses, described in patent No. 2782249 of the Russian Federation [2]. Let's take it as a prototype.
В указанном устройстве аналоговый сигнал промежуточной частоты подается на вход ЦФКС, в котором цифровым способом формируются отсчеты квадратурных составляющих (сигнал преобразуется в цифровую форму, умножается на экспоненту, фильтруется в цифровых фильтрах нижних частот с последующей децимацией выходных отсчетов) [4].In this device, an analog intermediate frequency signal is fed to the input of the DSFCS, in which samples of the quadrature components are digitally formed (the signal is digitized, multiplied by the exponential, filtered in digital low-pass filters, followed by decimation of the output samples) [4].
Отсчеты квадратурных составляющих сигнала поступают на вход СФ, в котором выполняется СФ эхосигналов во временной области с помощью нерекурсивного цифрового фильтра или в частотной области с использованием метода «быстрой» свертки [4].The readings of the quadrature components of the signal are fed to the input of the SF, in which the SF of echo signals is performed in the time domain using a non-recursive digital filter or in the frequency domain using the “fast” convolution method [4].
Далее отсчеты эхосигнала каждого периода зондирования поступают в формирователь ДВП, в котором реализации сигнала, соответствующие каждому зондированию, записываются по столбцам в оперативное запоминающее устройство формирователя ДВП.Next, the echo signal counts of each probing period are fed into the DWP shaper, in which the signal realizations corresponding to each probing are recorded column by column into the random access memory of the DWP shaper.
Отсчеты эхосигналов двумерной матрицы с первого выхода формирователя ДВП поступают на первый вход формирователя ДЧП, в котором выполняется спектральный анализ отсчетов сигналов каждой строки матрицы с помощью процессора БПФ, входящего в состав формирователя ДЧП.Samples of echo signals of a two-dimensional matrix from the first output of the DWP shaper are fed to the first input of the DFS shaper, in which the spectral analysis of the signal samples of each row of the matrix is performed using the FFT processor, which is part of the DFS shaper.
Полученные спектры сигналов, соответствующие каждому элементу дальности, подаются на вход вычислителя модуля, где осуществляется определение модулей комплексных отсчетов сигналов ДЧП, которые затем поступают в блок пороговой обработки. В указанном блоке выполняется сравнение модулей с порогом, по результатам которого принимается решение об обнаружении цели и оценивается ее дальность и скорость.The resulting signal spectra corresponding to each range element are fed to the input of the module calculator, where the modules of the complex readings of the DFS signals are determined, which then enter the threshold processing unit. In the specified block, the modules are compared with the threshold, based on the results of which a decision is made to detect the target and its range and speed are estimated.
После определения скорости цели с выхода блока пороговой обработки на вход вычислителя ФМ поступает информация о скорости цели. В вычислителе ФМ рассчитываются фазовые множители для коррекции миграции по дальности откликов СФ в каждом периоде зондирования, а в формирователе матрицы ФМ формируется матрица ФМ для всех периодов зондирования пачки радиоимпульсов.After determining the target speed, information about the target speed is received from the output of the threshold processing unit to the input of the FM calculator. In the PM calculator, phase factors are calculated to correct the range migration of SF responses in each probing period, and in the PM matrix shaper, a PM matrix is formed for all probing periods of a burst of radio pulses.
Одновременно с управляющего выхода блока пороговой обработки в формирователь ДВП подается управляющий сигнал для повторного считывания имеющейся матрицы ДВП.Simultaneously, from the control output of the threshold processing unit, a control signal is supplied to the DWT shaper for re-reading the existing DWT matrix.
Со второго выхода формирователя ДВП отсчеты эхосигналов двумерной матрицы поступают в процессор БПФ, в котором вычисляются отсчеты ДПФ. Спектральные составляющие эхосигнала записываются в соответствующий данному периоду зондирования столбец формирователя матрицы спектров. За период накопления пачки эхосигналов в данном формирователе формируется матрица спектров эхосигналов.From the second output of the DWT shaper, the samples of the echo signals of the two-dimensional matrix are fed to the FFT processor, in which the DFT samples are calculated. The spectral components of the echo signal are recorded in the corresponding to the given probing period column of the shaper of the spectra matrix. During the period of accumulation of a burst of echo signals in this shaper, a matrix of echo signal spectra is formed.
В поэлементном умножителе матриц выполняется перемножение поступивших на входы двух матриц, результатом которого является двумерная матрица, каждый элемент которой представляет собой произведение соответствующих элементов матриц, полученных в формирователе матрицы спектров и в формирователе матрицы ФМ.In the element-by-element matrix multiplier, the two matrices received at the inputs are multiplied, which results in a two-dimensional matrix, each element of which is the product of the corresponding matrix elements obtained in the spectrum matrix generator and in the FM matrix generator.
Полученная двумерная матрица подается в процессор ОБПФ, где выполняется процедура ОБПФ по столбцам. В результате получаем матрицу, столбцы которой представляют собой откорректированные во времени реализации сигнала, соответствующие каждому зондированию (выполнена компенсация миграции целей по дальности).The resulting two-dimensional matrix is fed into the IFFT processor, where the IFFT procedure is performed on the columns. As a result, we obtain a matrix, the columns of which are time-corrected signal realizations corresponding to each sounding (target migration in range has been compensated).
С выхода процессора ОБПФ двумерная матрица поступает на второй вход формирователя ДЧП, в котором отсчеты сигналов каждой строки, соответствующие одной дальности, подвергаются спектральному анализу в процессоре БПФ, входящем в состав формирователя ДЧП.From the output of the IFFT processor, the two-dimensional matrix enters the second input of the DFS generator, in which the signal samples of each line corresponding to one range are subjected to spectral analysis in the FFT processor, which is part of the DFS generator.
Далее в вычислителе модуля осуществляется определение модулей комплексных отсчетов сигналов ДЧП, которые затем сравниваются с порогом в блоке пороговой обработки. Информация об обнаружении цели, ее уточненной дальности и скорости поступает на выход устройства.Further, in the calculator of the module, the modules of the complex readings of the DFS signals are determined, which are then compared with the threshold in the threshold processing block. Information about target detection, its specified range and speed is fed to the output of the device.
В результате предлагаемой обработки в ИД РЛС за один период излучения и приема пачки радиоимпульсов повышается отношение сигнал-шум (ОСШ) на выходе и улучшается разрешающая способность по дальности высокоскоростных целей.As a result of the proposed processing in the ID radar for one period of radiation and reception of a burst of radio pulses, the signal-to-noise ratio (SNR) at the output increases and the resolution in the range of high-speed targets improves.
Недостатком прототипа является отсутствие возможности за один период излучения и приема пачки радиоимпульсов, используемый для компенсации миграции высокоскоростных целей по дальности, выполнить еще и демодуляцию паразитной ЧМ доплеровских сигналов высокоманевренных целей.The disadvantage of the prototype is the inability for one period of radiation and reception of a burst of radio pulses used to compensate for the migration of high-speed targets in range, and also demodulate the spurious FM Doppler signals of highly maneuverable targets.
Предлагаемое изобретение направлено на преодоление указанного недостатка прототипа.The present invention is aimed at overcoming this disadvantage of the prototype.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение разрешающей способности РЛС по скорости при работе с высокоскоростными и высокоманевренными воздушными целями.The technical result of the claimed invention is to increase the speed resolution of the radar when working with high-speed and highly maneuverable air targets.
Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее последовательно соединенные ЦФКС, вход которого является входом устройства, СФ, формирователь ДВП, формирователь ДЧП, вычислитель модуля, блок пороговой обработки, первый выход которого является первым выходом устройства, второй управляющий выход которого подключен ко второму управляющему входу формирователя ДВП, а также последовательно подключенные ко второму выходу формирователя ДВП процессор БПФ, формирователь матрицы спектров, поэлементный умножитель матриц, процессор ОБПФ и последовательно подключенные к первому выходу блока пороговой обработки вычислитель ФМ и формирователь матрицы ФМ, выход которого соединен со вторым входом поэлементного умножителя матриц, введены последовательно соединенные формирователь ДВП 2, формирователь сигнала АФ, вычислитель амплитудного спектра, вычислитель центра симметрии амплитудного спектра, формирователь матрицы опорного сигнала,; поэлементный умножитель матриц 2, формирователь ДВП 3, выход которого соединен во вторым входом формирователя ДЧП, а второй вход поэлементного умножителя матриц 2 подключен ко второму выходу формирователя ДВП 2, первый вход которого подключен к выходу процессора ОБПФ, а второй вход соединен с третьим выходом блока пороговой обработки, являющимся вторым выходом устройства.The specified technical result is achieved by the fact that in a known device containing serially connected DSFKS, the input of which is the input of the device, the SF, the DVP shaper, the DFS shaper, the module calculator, the threshold processing unit, the first output of which is the first output of the device, the second control output of which is connected to the second control input of the DWT shaper, as well as an FFT processor, a spectrum matrix shaper, an element-wise matrix multiplier, an IFFT processor, connected in series to the second output of the DWT shaper, and a FM calculator and a FM matrix shaper connected in series to the first output of the threshold processing unit, the output of which is connected to the second by the input of the element-by-element multiplier of the matrices, a
Благодаря введению в известное устройство-прототип совокупности существенных отличительных признаков, предлагаемое устройство обеспечивает технический результат изобретения - повышение разрешающей способности РЛС по скорости при работе с высокоскоростными и высокоманевренными воздушными целями.Due to the introduction of a set of essential distinctive features into the known prototype device, the proposed device provides the technical result of the invention - increasing the speed resolution of the radar when working with high-speed and highly maneuverable air targets.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется структурной схемой, приведенной на фигуре, где обозначено:The essence of the invention is illustrated by a block diagram shown in the figure, where it is indicated:
1 - ЦФКС;1 - CFKS;
2 - СФ;2 - SF;
3 - формирователь ДВП 1;3 -
4 - формирователь ДЧП;4 - shaper DSP;
5 - вычислитель модуля;5 - module calculator;
6 - блок пороговой обработки;6 - block thresholding;
7 - процессор БПФ;7 - FFT processor;
8 - формирователь матрицы спектров;8 - spectrum matrix shaper;
9 - поэлементный умножитель матриц 1;9 - element-by-
10 - процессор ОБПФ;10 - OBFT processor;
11 - формирователь ДВП 2;11 -
12 - вычислитель ФМ;12 - FM calculator;
13 - формирователь матрицы ФМ;13 - shaper matrix FM;
14 - формирователь сигнала АФ;14 - AF signal conditioner;
15 - вычислитель амплитудного спектра;15 - amplitude spectrum calculator;
16 - вычислитель центра симметрии амплитудного спектра;16 - calculator center of symmetry of the amplitude spectrum;
17 - формирователь матрицы опорного сигнала;17 - shaper matrix of the reference signal;
18 - поэлементный умножитель матриц 2;18 - element-by-
19 - формирователь ДВП 3.19 -
Входом устройства является вход ЦФКС (1), выход которого соединен с входом СФ (2), выход которого подключен ко входу формирователя ДВП 1 (3), первый выход которого соединен с первым входом формирователя ДЧП (4), а второй выход связан со входом процессора БПФ (7), выход которого подключен ко входу формирователя матрицы спектров (8), выход которого соединен с первым входом поэлементного умножителя матриц 1 (9), выход которого подключен ко входу процессора ОБПФ (10), выход которого связан с первым входом формирователя ДВП 2 (11), первый выход которого подключен ко входу формирователя сигнала АФ (14), выход которого соединен со входом вычислителя амплитудного спектра (15), выход которого связан со входом вычислителя центра симметрии амплитудного спектра (16), выход которого соединен со входом формирователя матрицы опорного сигнала (17), выход которого подключен к первому входу поэлементного умножителя матриц 2 (18), выход которого связан со входом формирователя ДВП 3 (19), выход которого подключен ко второму входу формирователя ДЧП (4), выход которого подключен ко входу вычислителя модуля (5), выход которого соединен со входом блока пороговой обработки (6), первый выход которого является первым выходом устройства и соединен со входом вычислителя ФМ (12), выход которого подключен ко входу формирователя матрицы ФМ (13), выход которого связан со вторым входом поэлементного умножителя матриц 1 (9); третий выход блока пороговой обработки (6) является вторым выходом устройства и соединен со вторым входом формирователя ДВП 2 (И), второй выход которого подключен ко второму входу поэлементного умножителя матриц 2 (18); управляющий (второй) выход блока пороговой обработки (6) соединен с управляющим (вторым) входом формирователя ДВП 1 (3).The input of the device is the input of the CFKS (1), the output of which is connected to the input of the SF (2), the output of which is connected to the input of the shaper DVP 1 (3), the first output of which is connected to the first input of the shaper FFS (4), and the second output is connected to the input FFT processor (7), the output of which is connected to the input of the spectrum matrix shaper (8), the output of which is connected to the first input of the element-wise matrix multiplier 1 (9), the output of which is connected to the input of the IFFT processor (10), the output of which is connected to the first input of the shaper DVP 2 (11), the first output of which is connected to the input of the AF signal shaper (14), the output of which is connected to the input of the amplitude spectrum calculator (15), the output of which is connected to the input of the calculator of the center of symmetry of the amplitude spectrum (16), the output of which is connected to the input reference signal matrix shaper (17), the output of which is connected to the first input of the element-by-element matrix multiplier 2 (18), the output of which is connected to the input of the DVP shaper 3 (19), the output of which is connected to the second input of the DFS shaper (4), the output of which is connected to the input of the module calculator (5), the output of which is connected to the input of the threshold processing unit (6), the first output of which is the first output of the device and is connected to the input of the FM calculator (12), the output of which is connected to the input of the FM matrix shaper (13), the output of which connected to the second input of the element-by-element matrix multiplier 1 (9); the third output of the threshold processing unit (6) is the second output of the device and is connected to the second input of the shaper DWP 2 (I), the second output of which is connected to the second input of the element-by-element matrix multiplier 2 (18); the control (second) output of the threshold processing unit (6) is connected to the control (second) input of the DVP shaper 1 (3).
Устройство ЦОС в ИД РЛС с компенсацией миграций целей по дальности и ЧМ доплеровских сигналов за один период излучения и приема пачки радиоимпульсов работает в три цикла следующим образом.The DSP device in the ID radar with target migration compensation in range and FM Doppler signals in one period of radiation and reception of a burst of radio pulses operates in three cycles as follows.
На первом цикле на вход устройства с выхода приемника РЛС поступает аналоговый сигнал промежуточной частоты и подается на вход ЦФКС (1), в котором цифровым способом формируются отсчеты квадратурных составляющих.At the first cycle, an analog intermediate frequency signal is received at the input of the device from the output of the radar receiver and is fed to the input of the DSFCS (1), in which the readings of the quadrature components are digitally formed.
Полученные отсчеты поступают на вход СФ (2), где выполняется согласованная фильтрация эхосигналов во временной области с помощью нерекурсивного цифрового фильтра или в частотной области с использованием метода «быстрой» свертки [4].The obtained samples are fed to the input of the SF (2), where the echo signals are matched filtered in the time domain using a non-recursive digital filter or in the frequency domain using the “fast” convolution method [4].
Далее отсчеты эхосигнала каждого периода зондирования поступают в формирователь ДВП 1 (3), в котором реализации сигнала, соответствующие каждому зондированию, записываются по столбцам в оперативное запоминающее устройство формирователя ДВП 1 (3).Next, the echo signal samples of each probing period are fed into the shaper DWP 1 (3), in which the signal realizations corresponding to each probing are written column by column into the random access memory of the shaper DWP 1 (3).
Отсчеты эхосигналов двумерной матрицы с первого выхода формирователя ДВП 1 (3) поступают на первый вход формирователя ДЧП (4), в котором выполняется спектральный анализ отсчетов сигналов каждой строки матрицы с помощью процессора БПФ, входящем в состав формирователя ДЧП (4).The samples of the echo signals of the two-dimensional matrix from the first output of the shaper DFT 1 (3) are fed to the first input of the shaper DFS (4), in which the spectral analysis of the samples of the signals of each row of the matrix is performed using the FFT processor, which is part of the shaper DFS (4).
Полученные спектры сигналов, соответствующие каждому элементу дальности, подаются на вход вычислителя модуля (5), где осуществляется определение модулей комплексных отсчетов сигналов ДЧП, которые затем поступают в блок пороговой обработки (6). В указанном блоке выполняется сравнение модулей с порогом, по результатам которого принимается решение об обнаружении цели и оценивается ее дальность и скорость.The resulting signal spectra corresponding to each range element are fed to the input of the module calculator (5), where the modules of the complex readings of the DFS signals are determined, which then enter the threshold processing unit (6). In the specified block, the modules are compared with the threshold, based on the results of which a decision is made to detect the target and its range and speed are estimated.
После определения скорости цели с первого выхода блока пороговой обработки (6) на вход вычислителя ФМ (12) поступает информация о скорости цели. В вычислителе ФМ (12) рассчитываются фазовые множители для коррекции миграций по дальности откликов СФ в каждом периоде зондирования, а в формирователе матрицы ФМ (13) формируется матрица фазовых множителей для всех периодов зондирования пачки радиоимпульсов.After determining the target speed from the first output of the threshold processing unit (6), information about the target speed is sent to the input of the FM calculator (12). In the FM calculator (12), phase factors are calculated to correct migrations according to the range of SF responses in each sounding period, and in the FM matrix generator (13), a matrix of phase factors is formed for all sounding periods of a burst of radio pulses.
Одновременно с управляющего выхода блока пороговой обработки (6) в формирователь ДВП 1(3) подается управляющий сигнал для повторного считывания имеющейся матрицы ДВП и начинается второй цикл обработки.Simultaneously, from the control output of the threshold processing unit (6), a control signal is supplied to the DWP generator 1(3) for re-reading the existing DWP matrix and the second processing cycle begins.
Со второго выхода формирователя ДВП 1 (3) отсчеты эхосигналов двумерной матрицы поступают в процессор БПФ (7), в котором вычисляются отсчеты ДПФ. Спектральные составляющие эхосигнала записывается в соответствующий данному периоду зондирования столбец формирователя матрицы спектров (8), где за период накопления пачки эхосигналов формируется матрица спектров эхосигналов.From the second output of the shaper DWP 1 (3) the samples of the echo signals of the two-dimensional matrix are fed to the FFT processor (7), in which the DFT samples are calculated. The spectral components of the echo signal are recorded in the column of the spectrum matrix shaper (8) corresponding to the given probing period, where a matrix of echo signal spectra is formed for the period of accumulation of a burst of echo signals.
В поэлементном умножителе матриц 1 (9) выполняется перемножение поступивших на входы двух матриц, результатом которого является двумерная матрица, каждый элемент которой представляет собой произведение соответствующих элементов матриц, полученных в формирователе матрицы спектров (8) и в формирователе матрицы ФМ (13).In the element-by-element matrix multiplier 1 (9), the two matrices received at the inputs are multiplied, which results in a two-dimensional matrix, each element of which is the product of the corresponding matrix elements obtained in the spectrum matrix generator (8) and in the FM matrix generator (13).
Полученная двумерная матрица подается в процессор ОБПФ (10), в котором выполняется процедура ОБПФ по столбцам. В результате получаем матрицу, столбцы которой представляют собой откорректированные во времени реализации сигнала, соответствующие каждому зондированию (выполнена компенсация миграций целей по дальности).The resulting two-dimensional matrix is fed into the IFFT processor (10), which performs the IFFT procedure on the columns. As a result, we obtain a matrix whose columns represent time-corrected signal realizations corresponding to each sounding (target migrations in range have been compensated).
С выхода процессора ОБПФ (10) двумерная матрица поступает на первый вход формирователя ДВП 2 (11), а с третьего выхода блока пороговой обработки (6) на второй вход формирователя ДВП 2 (11) поступает целеуказание о дальности движущейся цели, после чего начинается третий цикл обработки.From the output of the IFFT processor (10), the two-dimensional matrix is fed to the first input of the shaper DWP 2 (11), and from the third output of the threshold processing unit (6) to the second input of the shaper DWP 2 (11), the target indication about the range of the moving target is received, after which the third begins processing cycle.
Из формирователя ДВП 2 (11) считываются NE строк, симметрично расположенных относительно целеуказания по дальности iD, и поступают в формирователь сигнала АФ (14), в котором путем формирования сдвинутых во времени и комплексно-сопряженных доплеровских сигналов, перемножения сигналов и инвертирования знака формируются NE сигналов АФ. Полученные сигналы АФ поступают в вычислитель амплитудного спектра (15), в котором рассчитываются их ДПФ с помощью алгоритма БПФ и его модуль. Затем вычисляется усредненный амплитудный спектр из входных NE амплитудных спектров сигналов АФ (некогерентное накопление спектров для повышения ОСШ) и из результирующего сигнала исключается математическое ожидание.From the DWP 2 (11) generator, N E lines are read, symmetrically located relative to the target designation in range i D , and enter the AF signal generator (14), in which, by generating time-shifted and complex-conjugate Doppler signals, multiplying the signals and inverting the sign N E AF signals are formed. The received AF signals are fed to the amplitude spectrum calculator (15), in which their DFTs are calculated using the FFT algorithm and its modulus. Then, the average amplitude spectrum is calculated from the input N E amplitude spectra of the AF signals (incoherent accumulation of spectra to increase the SNR) and the mathematical expectation is eliminated from the resulting signal.
С выхода вычислителя амплитудного спектра (15) усредненный центрированный амплитудный спектр сигнала АФ поступает в вычислитель центра симметрии амплитудного спектра (16), в котором методом «быстрой» свертки вычисляется автосвертка усредненного центрированного амплитудного спектра и определяется координата, соответствующая максимуму вычисленной функции.From the output of the amplitude spectrum calculator (15), the averaged centered amplitude spectrum of the AF signal enters the calculator of the center of symmetry of the amplitude spectrum (16), in which the autoconvolution of the averaged centered amplitude spectrum is calculated by the “fast” convolution method and the coordinate corresponding to the maximum of the calculated function is determined.
Полученное в вычислителе центра симметрии амплитудного спектра (16) значение координаты используется в формирователе матрицы опорного сигнала (17) для вычисления индекса ЧМ доплеровского сигнала и формирования опорного сигнала, необходимого для компенсации во входном сигнале паразитной ЧМ. На выходе (17) формируется матрица опорного сигнала, у которой каждая строка равна отчетам найденного опорного сигнала, а число строк равно NE - числу элементов дальности в периоде зондирования, симметрично расположенных относительно целеуказания по дальности iD.The value of the coordinate obtained in the calculator of the center of symmetry of the amplitude spectrum (16) is used in the generator of the reference signal matrix (17) to calculate the FM index of the Doppler signal and generate the reference signal necessary to compensate for the parasitic FM in the input signal. At the output (17), a reference signal matrix is formed, in which each row is equal to the reports of the found reference signal, and the number of rows is equal to N E - the number of range elements in the probing period, symmetrically located relative to the target designation in range i D .
Сформированная матрица опорного сигнала поступает на первый вход поэлементного умножителя матриц 2 (18), на второй вход которого подается ДВП 2 со второго выхода формирователя ДВП 2(11).The generated reference signal matrix is fed to the first input of the element-by-element multiplier of matrices 2 (18), the second input of which is supplied with
В поэлементном умножителе матриц 2 (18) выполняется перемножение поступающих матриц, результатом которого является двумерная матрица, каждый элемент которой представляет собой произведение соответствующих элементов матриц. На выходе умножителя матриц 2 (18) формируются доплеровские сигналы со скомпенсированной паразитной ЧМ, обусловленной ускоренным движением целей, которые затем поступают в формирователь ДВП 3 (19), на выходе которого формируется ДВП 3.In the element-wise matrix multiplier 2 (18), the incoming matrices are multiplied, resulting in a two-dimensional matrix, each element of which is a product of the corresponding matrix elements. At the output of the matrix multiplier 2 (18), Doppler signals are formed with a compensated spurious FM due to the accelerated movement of targets, which then enter the shaper DWP 3 (19), at the output of which
Полученный ДВП 3 поступает на второй вход формирователя ДЧП (4), в котором вычисляются отсчеты ДПФ демодулированных доплеровских сигналов, соответствующих каждому элементу дальности. Полученные отсчеты ДЧП поступают в вычислитель модуля (5), где определяются модули комплексных отсчетов спектров доплеровских сигналов.The resulting
Далее модули отсчетов поступают в блок пороговой обработки (6) и сравниваются с порогом. С выхода блока пороговой обработки (6) информация о параметрах цели поступает на выходы устройства и может использоваться для уточнения дальности и скорости высокоскоростных и высокоманевренных целей.Next, the sample modules enter the threshold processing unit (6) and are compared with the threshold. From the output of the threshold processing unit (6), information about the target parameters is fed to the outputs of the device and can be used to refine the range and speed of high-speed and highly maneuverable targets.
Таким образом, предлагаемое изобретение дает технический результат, заключающийся в повышении разрешающей способности РЛС по скорости при работе с высокоскоростными и высокоманевренными воздушными целями.Thus, the present invention provides a technical result, which consists in increasing the speed resolution of the radar when working with high-speed and highly maneuverable air targets.
Источники информации:Information sources:
1. Патент 2673679 РФ, МПК 2006.01, G01S 13/53. Устройство цифровой обработки сигналов в импульсно-доплеровской РЛС с компенсацией миграции целей по дальности / И.И. Маркович, Е.Е. Завтур. Заявитель и патентообладатель - ПАО «Авиационная холдинговая компания «Сухой», АО «Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова», ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет». - 2017136678. Заяв.: 17.10.2017. Опубл.: 29.11.2018. Бюл. №34.1. Patent 2673679 RF, IPC 2006.01, G01S 13/53. Device for digital signal processing in a pulse-Doppler radar with range target migration compensation / I.I. Markovich, E.E. Tomorrow. Applicant and patent holder - PJSC Aviation Holding Company Sukhoi, JSC Research Institute of Instrument Engineering named after V.V. Tikhomirov, Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education "Southern Federal University". - 2017136678. Application: 10/17/2017. Published: 11/29/2018. Bull. No. 34.
2. Патент 2782249 РФ, МПК 2006.01 G01S 13/53, G01S 7/292. Устройство цифровой обработки сигналов в импульсно-доплеровской РЛС с компенсацией миграции целей по дальности за один период излучения и приема пачки радиоимпульсов / И.И. Маркович, Е.Е. Завтур. Заявитель и патентообладатель - ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет». - 2021139734. Заяв.: 28.12.2021. Опубл.: 25.10.2022. Бюл. №30.2. Patent 2782249 RF, IPC 2006.01 G01S 13/53, G01S 7/292. Device for digital signal processing in a pulse-Doppler radar with compensation for target migration in range for one period of radiation and reception of a burst of radio pulses / I.I. Markovich, E.E. Tomorrow. Applicant and patent holder - FGAOU VO "Southern Federal University". - 2021139734. Application: 12/28/2021. Published: 25.10.2022. Bull. No. 30.
3. Патент 2782574 РФ, МПК 2006.01 G01S 13/53, G06F 17/14. Устройство цифровой обработки сигналов в импульсно-доплеровской РЛС с компенсацией ЧМ доплеровских сигналов за один период излучения и приема пачки радиоимпульсов / И.И. Маркович. Заявитель и патентообладатель - ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет». - 2021139724. Заяв.: 28.12.2021. Опубл.: 31.10.2022. Бюл. №31.3. Patent 2782574 RF, IPC 2006.01 G01S 13/53,
4. Маркович И.И. Цифровая обработка сигналов в системах и устройствах: монография / И.И. Маркович. - Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ: 2012. - 236 с.4. Markovich I.I. Digital signal processing in systems and devices: monograph / I.I. Markovich. - Rostov n / a: Publishing House of the Southern Federal University: 2012. - 236 p.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2800494C1 true RU2800494C1 (en) | 2023-07-21 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2419107C1 (en) * | 2009-12-08 | 2011-05-20 | ОАО "Научно-производственное объединение "ЛЭМЗ" | Method of selecting moving targets in pulse-wise carrier frequency tuning |
US8471758B2 (en) * | 2011-02-10 | 2013-06-25 | Raytheon Company | Virtual aperture radar (VAR) imaging |
RU2657462C1 (en) * | 2017-06-28 | 2018-06-14 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" | Device for digital processing of signals in a pulse-doppler radars with compensation of fm doppler signals |
RU2673679C1 (en) * | 2017-10-17 | 2018-11-29 | Публичное акционерное общество "Авиационная холдинговая компания "Сухой" | Pulse-doppler radar signals digital processing device with targets by distance migration compensation |
KR101929512B1 (en) * | 2018-09-05 | 2018-12-14 | 엘아이지넥스원 주식회사 | Apparatus for predicting target’s angle of attack using angle information combination technique of millimeter wave air-to-ground radar and method thereof |
RU2769970C1 (en) * | 2020-12-25 | 2022-04-12 | Федеральное государственное автономное учреждение "Военный инновационный технополис "ЭРА" | Method for polarimetric selection of decoy aerial targets |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2419107C1 (en) * | 2009-12-08 | 2011-05-20 | ОАО "Научно-производственное объединение "ЛЭМЗ" | Method of selecting moving targets in pulse-wise carrier frequency tuning |
US8471758B2 (en) * | 2011-02-10 | 2013-06-25 | Raytheon Company | Virtual aperture radar (VAR) imaging |
RU2657462C1 (en) * | 2017-06-28 | 2018-06-14 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" | Device for digital processing of signals in a pulse-doppler radars with compensation of fm doppler signals |
RU2673679C1 (en) * | 2017-10-17 | 2018-11-29 | Публичное акционерное общество "Авиационная холдинговая компания "Сухой" | Pulse-doppler radar signals digital processing device with targets by distance migration compensation |
KR101929512B1 (en) * | 2018-09-05 | 2018-12-14 | 엘아이지넥스원 주식회사 | Apparatus for predicting target’s angle of attack using angle information combination technique of millimeter wave air-to-ground radar and method thereof |
RU2769970C1 (en) * | 2020-12-25 | 2022-04-12 | Федеральное государственное автономное учреждение "Военный инновационный технополис "ЭРА" | Method for polarimetric selection of decoy aerial targets |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Cristallini et al. | Efficient detection and imaging of moving targets in SAR images based on chirp scaling | |
Rao et al. | Axis rotation MTD algorithm for weak target detection | |
CN109143179A (en) | A kind of frequency-agile radar signal processing method and device based on change repetition technology | |
CN101320086B (en) | Echo signal processing equipment and method of Doppler speed measuring laser radar | |
CN106814353A (en) | A kind of Radar Signal Processing System | |
JP2020067455A (en) | Fmcw radar for suppressing disturbing signal | |
RU2255352C2 (en) | Method and system for radar measurement of object speeds and coordinates (modifications) | |
CN113759321B (en) | Sectional pulse pressure intermittent sampling forwarding interference resisting method based on agile radar | |
CN110857975B (en) | Radar range accuracy improving method | |
US5235338A (en) | Moving target detection through range cell migration radar | |
US5559516A (en) | Dual cancellation interferometric AMTI radar | |
RU2688921C2 (en) | Method of measuring range and radial velocity in radar with probing composite pseudorandom lfm pulse | |
RU2800494C1 (en) | Device for digital signal processing in pulsed-doppler radar with compensation of target migration by range and fm doppler signals in one period of radiating and receiving radio pulses | |
RU2293997C1 (en) | Method for correlation processing of signals, reflected from fast-moving targets | |
RU2657462C1 (en) | Device for digital processing of signals in a pulse-doppler radars with compensation of fm doppler signals | |
RU2673679C1 (en) | Pulse-doppler radar signals digital processing device with targets by distance migration compensation | |
RU119126U1 (en) | DEVICE FOR INCREASING ANGULAR RESOLUTION OF AMPLITUDE TOTAL-DIFFERENT MONO-PULSE SYSTEM | |
RU2782249C1 (en) | Device for digital signal processing in a pulse-doppler radar with compensation for the migration of targets over a range for one period of radiation and reception of a packet of radio pulses | |
RU2316788C9 (en) | Mode of detection by a pulsed-doppler radar of a group target | |
Frazer et al. | Wigner-Ville analysis of HF radar measurement of an accelerating target | |
RU191067U1 (en) | FILTER CORRELATION DETECTOR WITH WEIGHT PROCESSING | |
Donets et al. | Computing-effective variational procedures of echo-signals parameters estimation in passive radar systems | |
RU2782574C1 (en) | Digital signal processing device in pulse-doppler radar with compensation of fm of doppler signals for one period of radiation and reception of a packet of radio pulses | |
RU2379704C1 (en) | Method of multiple target resolution | |
Ankel et al. | Experimental evaluation of moving target compensation in high time-bandwidth noise radar |