RU2806651C1 - Method for forming radar image of the earth's surface by airborne radar station - Google Patents
Method for forming radar image of the earth's surface by airborne radar station Download PDFInfo
- Publication number
- RU2806651C1 RU2806651C1 RU2023113751A RU2023113751A RU2806651C1 RU 2806651 C1 RU2806651 C1 RU 2806651C1 RU 2023113751 A RU2023113751 A RU 2023113751A RU 2023113751 A RU2023113751 A RU 2023113751A RU 2806651 C1 RU2806651 C1 RU 2806651C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pulse signals
- radar
- chirp
- signal
- signals
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в бортовых радиолокационных станциях (БРЛС) для формирования радиолокационного изображения (РЛИ) поверхности Земли. The invention relates to the field of radar and can be used in airborne radar stations (ARS) to form a radar image (RL) of the Earth's surface.
Известен «Способ формирования радиолокационного изображения в радиолокационной станции с синтезированной апертурой антенны» [RU2632898, опубликовано 11.10.2017, МПК G01S13/89]. Способ заключается в зондировании, приеме, запоминании эхо-сигналов, определении момента начала зондирования, построении двумерной матрицы путем построчного с момента начала зондирования считывания отсчетов запомненного эхо-сигнала, сжатии двумерной матрицы по дальности и азимуту. Дополнительно во время запоминания принятого эхо-сигнала в моменты начала зондирования осуществляют вставку пауз длительностью τи путем его амплитудной манипуляции, а во время определения момента начала зондирования осуществляют интегрирование абсолютного значения запомненного сигнала в пределах скользящего окна, представляющего собой временной строб с длительностью τи и изменяющимся временным смещением от нулевого значения, соответствующего началу запоминания эхо-сигнала, до значения, равного периоду зондирования. Определяют временное положение минимума полученного интеграла, который соответствует моменту начала зондирования.The known “Method of forming a radar image in a radar station with a synthetic aperture antenna” [RU2632898, published 10/11/2017, IPC G01S13/89]. The method consists of probing, receiving, storing echo signals, determining the moment the probing begins, constructing a two-dimensional matrix by reading samples of the stored echo signal line by line from the moment the probing begins, compressing the two-dimensional matrix in range and azimuth. Additionally, while storing the received echo signal at the moments of the beginning of probing, pauses of duration τ are inserted by means of its amplitude manipulation, and while determining the moment of the beginning of probing, the absolute value of the stored signal is integrated within a sliding window, which is a time strobe with duration τ and and a changing time offset from a zero value corresponding to the beginning of storing the echo signal to a value equal to the probing period. The time position of the minimum of the obtained integral is determined, which corresponds to the moment the sounding begins.
Известен «Способ разрешения целей по дальности радиолокационной станцией и импульсная радиолокационная станция со сжатием импульсов и восстановлением сигналов» [RU2296345, опубликовано 27.03.2007, МПК G01S13/08]. Способ заключается в том, что передающая антенна станции излучает сложные зондирующие сигналы с внутриимпульсной частотной модуляцией или фазовой манипуляцией, генерируемые передатчиком. Приемная антенна станции принимает отраженные сигналы, в приемном тракте на каждом периоде повторения импульсов производится фильтрация принятых сигналов в согласованном фильтре, согласованном с зондирующим сигналом, в обнаружителе принимается решение об обнаружении сигналов и в вычислителе производится определение дальности до цели. До обнаружения сигнала на каждом периоде повторения импульсов дополнительно к согласованной фильтрации после сжатия импульса производится восстановление сигнала восстанавливающим фильтром.Known is the “Method for resolving range targets by a radar station and a pulse radar with pulse compression and signal restoration” [RU2296345, published 03.27.2007, IPC G01S13/08]. The method consists in the fact that the station's transmitting antenna emits complex probing signals with intrapulse frequency modulation or phase shift keying generated by the transmitter. The receiving antenna of the station receives the reflected signals, in the receiving path, at each pulse repetition period, the received signals are filtered in a matched filter matched with the probing signal, a decision is made in the detector to detect the signals, and the range to the target is determined in the computer. Before detecting a signal, at each pulse repetition period, in addition to matched filtering, after pulse compression, the signal is restored using a reconstruction filter.
Известен способ формирования радиолокационного изображения поверхности Земли при картографировании в режиме синтезирования апертуры антенны - [Многофункциональные радиолокационные системы под ред. Б.Г. Татарского. М.: ООО «Дрофа», 2007 г., стр. 174-190, рис. 7.9,7.10]. Способ формирования радиолокационного изображения поверхности Земли бортовой радиолокационной станцией, заключается в том, что излучают зондирующий импульсный сигнал в направлении земной поверхности, принимают отраженный от земной поверхности сигнал, стробируют по дальности, когерентно накапливают принятый сигнал в комплексном виде. Далее осуществляют сжатие сигнала по дальности. В данном примере алгоритм сжатия реализован обработкой накопленного сигнала согласованным фильтром [Многофункциональные радиолокационные системы под ред. Б.Г. Татарского. М.: ООО «Дрофа», 2007 г., стр. 188, рис. 7.10]. Затем осуществляют весовую обработку сжатого сигнала, определяют и компенсируют фазовый набег сигнала. Затем осуществляют спектральный анализ сигнала, в данном случае осуществляют быстрое преобразование Фурье, позволяющее сформировать элементы разрешения по азимуту. А затем формируют амплитуды радиолокационного изображения в виде двумерного массива из элементов разрешения по азимуту и по дальности.There is a known method for generating a radar image of the Earth's surface when mapping in the antenna aperture synthesizing mode - [Multifunctional radar systems, ed. B.G. Tatarsky. M.: Bustard LLC, 2007, pp. 174-190, fig. 7.9,7.10]. The method of forming a radar image of the Earth's surface by an on-board radar station consists in emitting a probing pulse signal in the direction of the Earth's surface, receiving the signal reflected from the Earth's surface, strobing it in range, and coherently accumulating the received signal in a complex form. Next, the signal is compressed in range. In this example, the compression algorithm is implemented by processing the accumulated signal with a matched filter [Multifunctional radar systems, ed. B.G. Tatarsky. M.: Bustard LLC, 2007, p. 188, fig. 7.10]. Then weight processing of the compressed signal is carried out, the phase shift of the signal is determined and compensated. Then a spectral analysis of the signal is carried out, in this case a fast Fourier transform is performed, which allows the formation of azimuth resolution elements. And then the amplitudes of the radar image are formed in the form of a two-dimensional array of resolution elements in azimuth and range.
Недостатком указанных способов является малый динамический диапазон формируемого радиолокационного изображения из-за высокого уровня боковых лепестков сжатого принятого сигнала и высокого уровня сигналов, отраженных от объектов, находящихся на кратной дальности (через период неоднозначности).The disadvantage of these methods is the small dynamic range of the generated radar image due to the high level of side lobes of the compressed received signal and the high level of signals reflected from objects located at a multiple range (through a period of ambiguity).
Наиболее близким по технической сущности является «Способ формирования радиолокационного изображения земной поверхности бортовой радиолокационной станцией» [RU2717256, опубликовано 19.03.2020, МПК G01S15/89], заключающийся в том, что излучают фазомодулированные импульсные сигналы в направлении земной поверхности, принимают отраженные импульсные сигналы, преобразуют принятые импульсные сигналы в комплексные сигналы, стробируют по дальности принятые импульсные комплексные сигналы. Далее когерентно накапливают принятые импульсные комплексные сигналы, формируют комплексные спектры каждого накопленного импульсного комплексного сигнала и сигнала, модулирующего излучаемый сигнал, быстрым преобразованием Фурье, определяют модуль комплексного спектра сигнала, модулирующего излучаемый сигнал, нормируют комплексный спектр каждого накопленного импульсного комплексного сигнала на квадрат модуля комплексного спектра сигнала, модулирующего излучаемый сигнал, по формулеThe closest in technical essence is the “Method of forming a radar image of the earth’s surface by an airborne radar station” [RU2717256, published 03/19/2020, IPC G01S15/89], which consists in emitting phase-modulated pulse signals in the direction of the earth’s surface, receiving reflected pulse signals, convert the received pulse signals into complex signals, and gate the received pulse complex signals according to the range. Next, the received pulse complex signals are coherently accumulated, the complex spectra of each accumulated pulse complex signal and the signal modulating the emitted signal are formed by fast Fourier transform, the module of the complex spectrum of the signal modulating the emitted signal is determined, the complex spectrum of each accumulated pulse complex signal is normalized to the square of the complex spectrum module signal modulating the emitted signal, according to the formula
где комплексный спектр накопленного импульсного комплексного сигнала, комплексный спектр модулирующего сигнала, - нормированный спектр. Where complex spectrum of the accumulated pulse complex signal, complex spectrum of the modulating signal, - normalized spectrum.
Затем формируют нормированные комплексные сигналы преобразованием каждого нормированного спектра во временную область обратным быстрым преобразованием Фурье, осуществляют их сжатие, затем по сжатым сигналам определяют и компенсируют фазовый набег за период повторения сигнала, проводят спектральный анализ скомпенсированного сигнала в каждом стробе дальности, формируют амплитуды радиолокационного изображения.Then normalized complex signals are generated by converting each normalized spectrum into the time domain using the inverse fast Fourier transform, they are compressed, then the phase shift is determined and compensated for the signal repetition period using the compressed signals, a spectral analysis of the compensated signal is carried out in each range gate, and the amplitudes of the radar image are formed.
Недостатком указанного способа является малый динамический диапазон формируемого радиолокационного изображения. Этот недостаток возникает из-за высокого уровня побочных составляющих сжатых сигналов, которые могут накладываться на основные лепестки сжатого сигнала и тем самым их маскировать. Побочные составляющие сжатых сигналов состоят из их боковых лепестков и сигналов, отраженных от объектов, находящихся на кратной дальности (через период неоднозначности). Малый динамический диапазон РЛИ приводит к снижению вероятности обнаружения объектов на формируемом радиолокационном изображении, особенно объектов с малым уровнем отраженного сигнала. Также данный способ невозможно применить с радиолокационными ЛЧМ сигналами, а только с ФКМ сигналами.The disadvantage of this method is the small dynamic range of the generated radar image. This disadvantage arises due to the high level of spurious components of the compressed signals, which can overlap the main lobes of the compressed signal and thereby mask them. The side components of compressed signals consist of their side lobes and signals reflected from objects located at multiple distances (through a period of ambiguity). The low dynamic range of radar images leads to a decrease in the probability of detecting objects in the generated radar image, especially objects with a low level of the reflected signal. Also, this method cannot be used with radar chirp signals, but only with PCM signals.
Технической проблемой решаемой предлагаемым изобретением является создание способа формирования БРЛС радиолокационного изображения земной поверхности с широким динамическим диапазоном.The technical problem solved by the proposed invention is the creation of a method for forming a radar image of the earth's surface with a wide dynamic range.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение динамического диапазона формируемого РЛИ за счет снижения уровня побочных составляющих сжатого ЛЧМ импульсного сигнала путем уменьшения уровня его боковых лепестков и подавления сигналов, принятых с кратных дальностей (через период неоднозначности).The technical result of the proposed invention is to expand the dynamic range of the generated radar image by reducing the level of side components of the compressed chirp pulse signal by reducing the level of its side lobes and suppressing signals received from multiple ranges (through a period of ambiguity).
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что излучают импульсные сигналы в направлении земной поверхности, принимают отраженные импульсные сигналы, когерентно накапливают принятые импульсные сигналы, осуществляют сжатие сигналов и формируют амплитуды радиолокационного изображения.The essence of the proposed invention is that pulse signals are emitted in the direction of the earth's surface, reflected pulse signals are received, received pulse signals are coherently accumulated, signals are compressed and radar image amplitudes are formed.
Новым в заявляемом способе является то, что перед излучением формируют последовательность из когерентных ЛЧМ импульсных сигналов с одинаковой девиацией частоты, изменяя значение средней частоты каждого ЛЧМ импульсного сигнала последовательности по случайному закону, а излучение сформированной последовательности ЛЧМ импульсных сигналов в направлении земной поверхности осуществляют когерентно в процессе радиолокационного обзора земной поверхности. После приема ЛЧМ импульсных сигналов осуществляют их аналого-цифровое преобразование с частотой FД≥2Δƒ, где Δƒ - девиация частоты ЛЧМ импульсного сигнала. После завершения накопления ЛЧМ импульсных сигналов в цифровом виде, последовательно осуществляют их сжатие и согласованную обработку, а амплитуды радиолокационного изображения формируют путем детектирования обработанных ЛЧМ импульсных сигналов. Значение средней частоты изменяют по случайному закону с равномерным распределением. Последовательность ЛЧМ импульсных сигналов формируют путем цифрового синтеза сигнала. Согласованная обработка накопленных ЛЧМ импульсных сигналов осуществляется путем гармонического анализа.What is new in the proposed method is that before emission, a sequence of coherent chirp pulse signals with the same frequency deviation is formed, changing the value of the average frequency of each chirp pulse signal of the sequence according to a random law, and the radiation of the generated chirp pulse signal sequence in the direction of the earth's surface is carried out coherently in the process radar survey of the earth's surface. After receiving chirp pulse signals, their analog-to-digital conversion is carried out with a frequency F D ≥2Δƒ, where Δƒ is the deviation of the chirp frequency of the pulse signal. After the accumulation of chirp pulse signals in digital form is completed, their compression and coordinated processing are sequentially carried out, and the amplitudes of the radar image are formed by detecting chirp-processed pulse signals. The value of the average frequency is changed according to a random law with a uniform distribution. A sequence of chirp pulse signals is formed by digital signal synthesis. Coordinated processing of accumulated chirp pulse signals is carried out by harmonic analysis.
На Фиг. 1 представлена функциональная схема бортовой радиолокационной станции, осуществляющей способ.In FIG. 1 shows a functional diagram of an airborne radar station implementing the method.
На Фиг. 2 представлены графики, обработанных ЛЧМ импульсных сигналов по способу прототипа и по заявляемому способу, отраженных от двух наземных объектов.In FIG. Figure 2 shows graphs of chirp-processed pulse signals using the prototype method and the claimed method, reflected from two ground objects.
На Фиг. 3 представлены графики, обработанных ЛЧМ импульсных сигналов по способу прототипа и по заявляемому способу, отраженных от двух наземных объектов и сигнала принятого с кратной дальности, отраженного от объекта, расположенного вне зоны приема.In FIG. Figure 3 shows graphs of chirp-processed pulse signals using the prototype method and the claimed method, reflected from two ground objects and a signal received from a multiple range, reflected from an object located outside the reception area.
Способ формирования радиолокационного изображения земной поверхности бортовой радиолокационной станцией может быть реализован, например, в БРЛС, состоящей из управляющей ЭВМ (1), цифрового вычислительного синтезатора (ЦВС) (2), запоминающего устройства (ЗУ) (3), передатчика (4), антенны (5), приемника (6), АЦП (7), сигнального процессора (8), индикатора (9). Первый вход-выход управляющей ЭВМ (1) является внешним входом-выходом БРЛС. Первый выход управляющей ЭВМ (1) соединен с первым входом ЦВС (1), второй выход управляющей ЭВМ (1) соединен со вторым входом ЦВС (2), третий выход управляющей ЭВМ (1) соединен со вторым входом антенны (5), а ко второму входу-выходу управляющей ЭВМ (1) подключен вход-выход ЗУ (3). Первый выход ЦВС (1) подключен к входу передатчика (4), выход которого подключен к первому входу антенны (5). Выход антенны (5) подключен к входу приемника (6). Выход приемника (6) подключен к входу АЦП (7), выход которого подключен к первому входу сигнального процессора (8). Второй вход сигнального процессора (8) подключен ко второму выходу ЦВС (2). Выход сигнального процессора (8) подключен к входу индикатора (9).The method for forming a radar image of the earth's surface by an airborne radar station can be implemented, for example, in a radar system consisting of a control computer (1), a digital computer synthesizer (DCS) (2), a storage device (3), a transmitter (4), antenna (5), receiver (6), ADC (7), signal processor (8), indicator (9). The first input-output of the control computer (1) is an external input-output of the radar. The first output of the control computer (1) is connected to the first input of the digital computer (1), the second output of the control computer (1) is connected to the second input of the digital computer (2), the third output of the control computer (1) is connected to the second input of the antenna (5), and The second input-output of the control computer (1) is connected to the input-output of the memory (3). The first output of the DDS (1) is connected to the input of the transmitter (4), the output of which is connected to the first input of the antenna (5). The antenna output (5) is connected to the receiver input (6). The output of the receiver (6) is connected to the input of the ADC (7), the output of which is connected to the first input of the signal processor (8). The second input of the signal processor (8) is connected to the second output of the DDS (2). The output of the signal processor (8) is connected to the input of the indicator (9).
Способ формирования радиолокационного изображения земной поверхности бортовой радиолокационной станцией осуществляется следующим образом.The method of forming a radar image of the earth's surface by an airborne radar station is carried out as follows.
В процессе работы бортовой радиолокационной станции управляющая ЭВМ (1) задает со своего третьего выхода параметры управления антенне (5) для просмотра соответствующей зоны обзора. Антенна (5) формирует диаграмму направленности антенны (ДНА) и направляет ее на участок земной поверхности в соответствии с заданными параметрами. Так же управляющая ЭВМ (1) со своего первого выхода выдает команду цифровому вычислительному синтезатору (ЦВС) (2), по которой он начинает формировать последовательность из М ЛЧМ импульсных сигналов, где М целое число. Количество импульсных сигналов М подбирается заранее, исходя из параметров БРЛС и требуемого разрешения РЛИ по азимуту, например по соотношению:During operation of the on-board radar station, the control computer (1) sets control parameters for the antenna (5) from its third output to view the corresponding viewing area. The antenna (5) forms the antenna radiation pattern (APP) and directs it to a section of the earth's surface in accordance with the specified parameters. Also, the control computer (1) from its first output issues a command to the digital computer synthesizer (DCS) (2), according to which it begins to generate a sequence of M chirp pulse signals, where M is an integer. The number of pulse signals M is selected in advance based on the radar parameters and the required radar image resolution in azimuth, for example, according to the ratio:
, где ΔθАЗ - ширина ДНА БРЛС по азимуту, δθАЗ - требуемая (заданная) разрешающая способность РЛИ. , where Δθ AZ is the azimuth width of the radar bottom, δθ AZ is the required (specified) resolution of the radar image.
При ширине луча ΔθАЗ=2° и требуемом разрешении δθАЗ=0.002° количество импульсов М=2000. Для удобства реализации аппаратурой и дальнейшей цифровой обработки число М можно увеличить до числа степени двойки М=2048 импульсных сигналов.With a beam width Δθ AZ = 2° and the required resolution δθ AZ = 0.002°, the number of pulses is M = 2000. For ease of implementation by equipment and further digital processing, the number M can be increased to a power of two number M = 2048 pulse signals.
Управляющая ЭВМ (1) со своего второго выхода, задает цифровому вычислительному синтезатору (2) значение девиации частоты Δƒ ЛЧМ импульсных сигналов и набор из М значений средней частоты ƒCP ЛЧМ импульсных сигналов, считывая их из запоминающего устройства (ЗУ) (3). Набор из М значений средней частоты ƒCP ЛЧМ импульсных сигналов формируют заранее по заданному случайному закону, например закону с равномерным распределением, и записывают через управляющую ЭВМ (1) в ЗУ (3), которое может быть отдельным функциональным блоком, как в схеме, представленной на Фиг. 1, или входить в состав управляющей ЭВМ (1). Значение средней частоты ƒCP выбирают в диапазоне [ƒ0 - δƒ, ƒ0+δƒ], где ƒ0 - среднее значение диапазона частот, соответствующее средней частоте полосы приемо-передающего тракта БРЛС, ΔƒС - ширина спектра ЛЧМ импульсного сигнала. Также управляющая ЭВМ (1) задает ЦВС (2) другие параметры сигналов - длительность импульсного сигнала ТИ, период повторения импульсного сигнала ТП.The control computer (1), from its second output, sets the digital computer synthesizer (2) the value of the frequency deviation Δƒ chirp pulse signals and a set of M values of the average frequency ƒ CP chirp pulse signals, reading them from the memory device (3). A set of M values of the average frequency ƒ CP chirp pulse signals are formed in advance according to a given random law, for example a law with uniform distribution, and are written through the control computer (1) into the memory (3), which can be a separate functional block, as in the circuit presented in Fig. 1, or be part of the control computer (1). The value of the average frequency ƒ CP is selected in the range [ƒ 0 - δƒ, ƒ 0 +δƒ], where ƒ 0 - average value of the frequency range corresponding to the average frequency of the radar transmitting path band, Δƒ C - chirp spectrum width of the pulse signal. Also, the control computer (1) sets the digital computer (2) other signal parameters - the duration of the pulse signal T I , the repetition period of the pulse signal T P.
ЦВС (2) формирует последовательность когерентных ЛЧМ импульсных сигналов с периодом повторения ТП путем прямого цифрового синтеза сигнала и со своего выхода передает их на вход передатчика (4). В передатчике (4) осуществляют усиление и повышение частоты ЛЧМ импульсных сигналов, а затем в процессе обзора земной поверхности антенной (5) осуществляет когерентное излучение ЛЧМ импульсных сигналов.The DDS (2) generates a sequence of coherent chirp pulse signals with a repetition period T P by direct digital signal synthesis and transmits them from its output to the input of the transmitter (4). In the transmitter (4), the chirp pulse signals are amplified and increased in frequency, and then, in the process of scanning the earth's surface with the antenna (5), the chirp pulse signals are coherently emitted.
Отраженный от земной поверхности импульсный радиолокационный сигнал принимается антенной (5), и с выхода антенны (5), сигнал поступает на вход приемника (6).The pulsed radar signal reflected from the earth's surface is received by the antenna (5), and from the output of the antenna (5), the signal arrives at the input of the receiver (6).
Отраженные сигналы последовательно когерентно принимают приемником (6). При приеме отраженного от земной поверхности сигнала происходит прием не только сигнала, соответствующего излученному, но и сигналов отраженных с кратных дальностей, соответствующих предыдущим излученным импульсным сигналам, и являющихся помеховыми по отношению к сигналу, принятому с основной дальности. При приеме таких сигналов центральным лепестком диаграммы направленности антенны их амплитуда сопоставима с амплитудой полезного сигнала, даже при модуляции диаграммой направленности антенны, что снижает динамический диапазон формируемого РЛИ по способам приведенных аналогов и прототипа. Далее будет показано подавление этих побочных составляющих в процессе формирования РЛИ.The reflected signals are sequentially and coherently received by the receiver (6). When receiving a signal reflected from the earth's surface, not only the signal corresponding to the emitted one is received, but also signals reflected from multiple ranges, corresponding to the previous emitted pulse signals, and which interfere with the signal received from the main range. When such signals are received by the central lobe of the antenna radiation pattern, their amplitude is comparable to the amplitude of the useful signal, even when modulated by the antenna radiation pattern, which reduces the dynamic range of the generated radar image using the methods of the above analogues and the prototype. Next, the suppression of these side components during the formation of radar images will be shown.
Далее в АЦП (7) осуществляют аналого-цифровое преобразование сигнала с частотой дискретизации FД≥2Δƒ со стробированием по элементам дальности. А в сигнальном процессоре (8) когерентно накапливают принятые отраженные ЛЧМ импульсные сигналы в цифровом виде и далее осуществляют их сжатие по дальности. При этом цифровые сигналы можно сформировать в виде массива комплексных амплитуд где m - номер импульсного сигнала из М, k - номер элемента дальности. Процесс излучения/приема ЛЧМ импульсных сигналов осуществляют в ходе радиолокационного обзора лучом ДНА земной поверхности. По окончании обзора завершается когерентное накопление сигнала в сигнальном процессоре (8).Next, the ADC (7) carries out analog-to-digital conversion of the signal with a sampling frequency F D ≥2Δƒ with gating by range elements. And in the signal processor (8) the received reflected chirp pulse signals are coherently accumulated in digital form and then they are compressed in range. In this case, digital signals can be generated in the form of an array of complex amplitudes where m is the number of the pulse signal from M, k is the number of the range element. The process of emitting/receiving chirp pulse signals is carried out during a radar survey of the bottom of the earth's surface with a beam. At the end of the review, the coherent accumulation of the signal in the signal processor (8) is completed.
В сигнальном процессоре (8) осуществляют сжатие каждого из М накопленных ЛЧМ импульсных сигналов по дальности и формируют массив сжатого сигнала . Сжатие можно осуществить, например, прямой сверткой принятых импульсных сигналов с опорной функцией для каждого периода повторения ТП (корреляционной обработкой), описанной в источниках [Многофункциональные радиолокационные системы / под ред. Б.Г. Татарского, М.: «Дрофа», 2007 г., стр. 41-68] или [Радио/технические цепи и сигналы, СИ. Баскаков, М.: «Высшая школа», 2010 г., стр. 423-430].In the signal processor (8), each of the M accumulated chirp pulse signals is compressed along the range and an array of the compressed signal is formed . Compression can be carried out, for example, by direct convolution of received pulse signals with a reference function for each repetition period T P (correlation processing), described in the sources [Multifunctional radar systems / ed. B.G. Tatarsky, M.: “Drofa”, 2007, pp. 41-68] or [Radio/technical circuits and signals, SI. Baskakov, M.: “Higher School”, 2010, pp. 423-430].
Опорной функцией является соответствующий принятому сигналу - импульсный сигнал, сформированный ЦВС (2) для излучения, и поступающий с его второго выхода на второй вход сигнального процессора (8).The reference function is the pulse signal corresponding to the received signal, generated by the DDS (2) for radiation, and coming from its second output to the second input of the signal processor (8).
Далее осуществляют согласованную обработку М накопленных ЛЧМ импульсных сигналов по азимуту. Согласованная обработка может быть реализована различными способами: прямой сверткой, быстрой сверткой, гармоническим анализом и другими способами, описанными в литературе, например, в монографии [Многофункциональные радиолокационные системы / под ред. Б.Г. Татарского. М.: ООО «Дрофа», 2007 г., стр. 263-272]. Далее поясним согласованную обработку на примере гармонического анализа.Next, coordinated processing of M accumulated chirp pulse signals in azimuth is carried out. Matched processing can be implemented in various ways: direct convolution, fast convolution, harmonic analysis and other methods described in the literature, for example, in the monograph [Multifunctional radar systems / ed. B.G. Tatarsky. M.: Bustard LLC, 2007, pp. 263-272]. Next, we will explain coordinated processing using the example of harmonic analysis.
Согласованная обработка сигнала заключается в следующем. Поскольку ранее было осуществлено аналого-цифровое преобразование сигнала сжатые в процессоре сигналов (8) ЛЧМ импульсные сигналы представлены в виде массива цифровых отсчетов по элементам дальности (столбцов) для каждого периода повторения ТП (строки). В сигнальном процессоре (8) считывают М отсчетов для каждого элемента дальности по периодам повторения. Отсчеты умножают на опорную функцию, необходимую для компенсации траекторных нестабильностей вызванных движением носителя бортовой радиолокационной станции, например по соотношениям, приведенным в источнике [Многофункциональные радиолокационные системы / под ред. Б.Г. Татарского. М.: ООО «Дрофа», 2007 г., стр. 269]. Выбор зависит от порядка компенсируемых траекторных нестабильностей. Для компенсации траекторных нестабильностей второго порядка опорная функция h(t,θH) может быть представлена по формуле:Coordinated signal processing is as follows. Since analog-to-digital signal conversion was previously carried out, the chirp pulse signals compressed in the signal processor (8) are presented in the form of an array digital samples by range elements (columns) for each repetition period T P (rows). In the signal processor (8), M samples are read for each range element over repetition periods. Counts multiplied by the reference function necessary to compensate for trajectory instabilities caused by the movement of the on-board radar carrier, for example, according to the relationships given in the source [Multifunctional radar systems / ed. B.G. Tatarsky. M.: Bustard LLC, 2007, p. 269]. The choice depends on the order of the compensated trajectory instabilities. To compensate for second-order trajectory instabilities, the support function h(t,θH) can be represented by the formula:
где Where
t - отсчет времени, θН - азимут центра зоны обзора, W(t) - весовая функция, V - скорость носителя БРЛС, λ - длина волны, DH - наклонная дальность, j - мнимая единица.t - time count, θ H - azimuth of the center of the viewing area, W(t) - weighting function, V - radar carrier speed, λ - wavelength, DH - slant range, j - imaginary unit.
После перемножения осуществляют М-точечное преобразование Фурье отсчетов сигнала. При выполнении преобразования Фурье, например Быстрого преобразования Фурье, осуществляется когерентное суммирование М отсчетов сжатых сигналов , при этом ширина главного лепестка сжатого сигнала неизменна для всех импульсов, а его амплитуда при суммировании растет линейно, при этом боковые лепестки формируются за счет суммирования со случайной фазой, что обусловлено случайным изменением средней частоты каждого ЛЧМ импульсного сигнала от периода к периоду повторения ТП. При согласованной обработке аналогичным образом происходит суммирование сигналов, принятых с кратных дальностей со случайной фазой, что приводит к их подавлению. Таким образом, осуществляется уменьшение уровня боковых лепестков сжатого ЛЧМ импульсного сигнала и подавление сигналов, принятых с кратных дальностей, и формируется сигнал где i - отсчет по азимуту, k - отсчет по дальности.After multiplication, an M-point Fourier transform of the signal samples is performed. When performing a Fourier transform, for example the Fast Fourier transform, a coherent summation of M samples of compressed signals is carried out , while the width of the main lobe of the compressed signal is constant for all pulses, and its amplitude during summation increases linearly, while the side lobes are formed due to summation with a random phase, which is caused by a random change in the average frequency of each chirp pulse signal from period to repetition period T P . With coordinated processing, signals received from multiple ranges with a random phase are summed in a similar way, which leads to their suppression. Thus, the level of the side lobes of the compressed chirp pulse signal is reduced and signals received from multiple ranges are suppressed, and a signal is generated where i is the azimuth reading, k is the range reading.
Далее осуществляют формирование амплитуд яркости радиолокационного изображения детектированием комплексных сигналов .Next, the brightness amplitudes of the radar image are formed by detecting complex signals .
Детектирование осуществляют в сигнальном процессоре (8) как корень квадратный из суммы квадратов действительной (Re) и мнимой (Im) частей комплексных амплитуд по соотношению:Detection is carried out in the signal processor (8) as the square root of the sum of squares of the real (Re) and imaginary (Im) parts of the complex amplitudes according to the relation:
Далее сформированный массив амплитуд АРЛИ[i,k] выводится на индикатор в виде уровней яркости РЛИ.Next, the generated array of radar image amplitudes A [i,k] is displayed on the indicator in the form of radar image brightness levels.
На Фигуре 2 показаны графики амплитуд РЛИ по способу прототипа и заявляемому способу для двух наземных объектов. На первом графике (10) показаны амплитуды принятых сигналов от двух наземных объектов. Амплитуда первого сигнала (11) высокая, а амплитуда второго сигнала (12) на уровне боковых лепестков первого сигнала (11) 30-35 дБ, что приводит к малому динамическому диапазону РЛИ. На втором графике (13) с формированием РЛИ по заявляемому способу - боковые лепестки первого сигнала (11) подавлены до уровня 50-60 дБ что, соответственно, расширяет динамический диапазон РЛИ, и второй объект (второй сигнал (12)) будет обнаружен с высокой вероятностью.Figure 2 shows graphs of radar image amplitudes according to the prototype method and the proposed method for two ground objects. The first graph (10) shows the amplitudes of received signals from two ground objects. The amplitude of the first signal (11) is high, and the amplitude of the second signal (12) at the level of the side lobes of the first signal (11) is 30-35 dB, which leads to a small dynamic range of the radar image. In the second graph (13) with the formation of radar images according to the claimed method, the side lobes of the first signal (11) are suppressed to a level of 50-60 dB, which, accordingly, expands the dynamic range of radar images, and the second object (second signal (12)) will be detected with high probability.
На Фигуре 3 показаны графики амплитуд РЛИ по способу прототипа и заявляемому способу для двух наземных объектов и сигнала принятого с кратной дальности (через период неоднозначности). На первом графике (14) показаны амплитуды принятых сигналов (15), (16) отраженных от наземных объектов и амплитуда сигнала (17), принятого с кратной дальности от объекта, расположенного за зоной приема. Как видно на графике (14) амплитуда сигнала (17) превышает амплитуду сигнала (16) на 20 дБ, что снижает динамический диапазон РЛИ и может привести к слиянию всех трех сигналов на РЛИ. На графике (18) при формировании РЛИ по заявляемому способу показано, что сигнал (17), принятый с кратной дальности, подавляется до уровня 50-55 дБ и становится неразличим на графике. Боковые лепестки сигналов (15), (16) также подавляются до уровня 50-55 дБ. Таким образом, расширяется динамический диапазон РЛИ и по сигналам (15), (16) на РЛИ с высокой вероятностью будут обнаружены два наземных объекта.Figure 3 shows graphs of radar image amplitudes according to the prototype method and the proposed method for two ground objects and a signal received from a multiple range (through a period of ambiguity). The first graph (14) shows the amplitudes of the received signals (15), (16) reflected from ground objects and the amplitude of the signal (17) received from a multiple distance from an object located behind the reception area. As can be seen in graph (14), the amplitude of signal (17) exceeds the amplitude of signal (16) by 20 dB, which reduces the dynamic range of the radar image and can lead to the merging of all three signals on the radar image. Graph (18) when generating radar images using the claimed method shows that signal (17), received from a multiple range, is suppressed to a level of 50-55 dB and becomes indistinguishable on the graph. The side lobes of signals (15), (16) are also suppressed to a level of 50-55 dB. Thus, the dynamic range of the radar image is expanded and, based on signals (15), (16), two ground objects will be detected on the radar image with a high probability.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет подавлять боковые лепестки сжатого сигнала и сигналы, принятые с кратных дальностей, что повышает динамический диапазон РЛИ до 50-60 дБ и соответственно вероятность обнаружения объектов на РЛИ как с большим уровнем, так и с малым уровнем отраженного сигнала.Thus, the proposed method makes it possible to suppress the side lobes of a compressed signal and signals received from multiple ranges, which increases the dynamic range of the radar image to 50-60 dB and, accordingly, the probability of detecting objects on the radar image with both a high level and a low level of the reflected signal.
Claims (4)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2806651C1 true RU2806651C1 (en) | 2023-11-02 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2624769C1 (en) * | 2016-07-18 | 2017-07-06 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method of side lobe suppression of lfm signal with interference extension of the spectrum |
| RU2632898C1 (en) * | 2016-02-08 | 2017-10-11 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт современных телекоммуникационных технологий" | Method of forming radar image in radar station with synthesized antenna aperture |
| RU2692238C2 (en) * | 2017-12-18 | 2019-06-24 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Radar station with synthesis of aperture and continuous linear-frequency-modulated radiation |
| RU2717256C1 (en) * | 2019-09-11 | 2020-03-19 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method of forming radar image of earth surface by onboard radar station |
| CN114217310A (en) * | 2021-11-10 | 2022-03-22 | 中国人民解放军国防科技大学 | Amplitude coding modulation linear frequency modulation signal imaging method |
| CN114442087A (en) * | 2022-02-16 | 2022-05-06 | 大连中睿科技发展有限公司 | Low-cost linear frequency modulation ground penetrating radar system and use method |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2632898C1 (en) * | 2016-02-08 | 2017-10-11 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт современных телекоммуникационных технологий" | Method of forming radar image in radar station with synthesized antenna aperture |
| RU2624769C1 (en) * | 2016-07-18 | 2017-07-06 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method of side lobe suppression of lfm signal with interference extension of the spectrum |
| RU2692238C2 (en) * | 2017-12-18 | 2019-06-24 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Radar station with synthesis of aperture and continuous linear-frequency-modulated radiation |
| RU2717256C1 (en) * | 2019-09-11 | 2020-03-19 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method of forming radar image of earth surface by onboard radar station |
| CN114217310A (en) * | 2021-11-10 | 2022-03-22 | 中国人民解放军国防科技大学 | Amplitude coding modulation linear frequency modulation signal imaging method |
| CN114442087A (en) * | 2022-02-16 | 2022-05-06 | 大连中睿科技发展有限公司 | Low-cost linear frequency modulation ground penetrating radar system and use method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Axelsson | Noise radar using random phase and frequency modulation | |
| US9103910B2 (en) | Using orthogonal space projections to generate a constant false alarm rate control parameter | |
| CN110892288A (en) | Direct detection lidar system and method employing synthetic doppler processing | |
| US7030805B2 (en) | Methods and system suppressing clutter in a gain-block, radar-responsive tag system | |
| Axelsson | Noise radar for range/Doppler processing and digital beamforming using low-bit ADC | |
| JP3798247B2 (en) | A radar ice sounder with parallel Doppler processing. | |
| JP2017003553A (en) | Phase calibration of stepwise chirp signal for synthetic aperture radar | |
| Savci et al. | Noise radar—overview and recent developments | |
| US20200025855A1 (en) | Method and apparatus for providing a passive transmitter based synthetic aperture radar | |
| RU2518443C2 (en) | Composite optimum filtering method for detection of weak signals | |
| Sugavanam et al. | High resolution mimo radar sensing with compressive illuminations | |
| Rosu et al. | Multiaperture focusing for spaceborne transmitter/ground-based receiver bistatic SAR | |
| De Martín et al. | Sidelobe mitigation in noise radar using sparse signal processing | |
| RU2806651C1 (en) | Method for forming radar image of the earth's surface by airborne radar station | |
| RU2660450C1 (en) | Device of radar location station with continuous linear-frequency-modulated signal and synthesis of aperture | |
| JP4005947B2 (en) | Pulse radar apparatus and signal processing method thereof | |
| RU2709484C1 (en) | Method of obtaining three-dimensional image in radar of frontal-view with synthesis of antenna aperture | |
| RU2296345C2 (en) | Mode of targets radar station clearance according to distance and a pulse radar station with compression of pulses and restoration of signals | |
| RU2740782C1 (en) | Method of radar surveying of earth and near-earth space by radar with synthesized antenna aperture in band with ambiguous range with selection of moving targets on background of reflections from underlying surface and radar with synthesized antenna aperture for implementation thereof | |
| RU2596229C1 (en) | Method for increasing range resolution of radar station | |
| RU2806652C1 (en) | Method for generating and processing pulsed radar signals with linear frequency modulation | |
| RU2717256C1 (en) | Method of forming radar image of earth surface by onboard radar station | |
| RU2309425C2 (en) | Method of forming calibration data for radio direction finder/ range finder (versions) | |
| Compaleo et al. | Preliminary refractivity from clutter (RFC) evaporation duct inversion results from CASPER west experiment | |
| CN113820678A (en) | Coherent accumulation method for high repetition frequency hopping signals of external radiation source radar |