close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY12317

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.08.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 12317
(13) C1
(19)
G 01S 13/00
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ИМПУЛЬСНОЙ
РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИЕЙ
(21) Номер заявки: a 20071454
(22) 2007.11.27
(43) 2009.06.30
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Военная академия Республики Беларусь" (BY)
(72) Авторы: Горшков Сергей Анатольевич; Завиженец Виталий Николаевич (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Военная академия Республики Беларусь" (BY)
(56) КУРЛОВИЧ В.И. и др. Основы теории радиосистем.- Минск: ВАРБ, 1999.- С. 180186.
BY 6635 C1, 2004.
RU 2166772 C1, 2001.
RU 2149422 C1, 2000.
RU 2206102 C1, 2003.
RU 2251710 C2, 2005.
DE 3314218 A1, 1984.
DE 3108594 A1, 1982.
BY 12317 C1 2009.08.30
(57)
1. Способ определения радиальной скорости импульсной радиолокационной станцией,
характеризующийся тем, что излучают пачки импульсов с изменяемыми от пачки к пачке
частотой повторения и числом импульсов, осуществляют когерентное накопление принятых от цели сигналов, размножение отсчетов спектров, полученных при дискретном преобразовании Фурье каждой принятой пачки путем циклического повтора от минимально
Фиг. 1
BY 12317 C1 2009.08.30
возможной до максимально возможной частоты Доплера цели, некогерентное накопление
квадратов модулей одноименных отсчетов в анализируемом диапазоне частот Доплера, по
максимуму результата которого получают оценку частоты Доплера, по которой определяют радиальную скорость цели, причем частоту повторения FПi излучаемых импульсов
и их число Li в каждой последующей пачке изменяют таким образом, чтобы выполнялось
F
равенство величин отношения Пi для каждой i-й пачки, где i изменяют от 1 до N.
Li
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при когерентном накоплении увеличивают
число отсчетов входной выборки путем дополнения нулями недостающих сигналов в одинаковое число раз для каждой пачки.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что получают оценку частоты Доплера
методом трехточечной параболической интерполяции.
Изобретение относится к радиолокационным измерителям, в частности к измерителям
скорости, основанным на фазовом или частотном сдвиге, вызванном перемещением объектов, в когерентно-импульсной радиолокационной станции (РЛС).
В радиолокационных станциях радиальная скорость наблюдаемого объекта может
оцениваться путем дифференцирования дальности до объекта либо путем оценки частоты
Доплера отраженного сигнала. Второй способ характеризуется более высокой точностью.
В импульсно-доплеровских РЛС, характеризующихся высокой частотой повторения
зондирующих импульсов, максимальный доплеровский сдвиг частоты отраженного сигнала не превышает половину частоты повторения импульсов, что обуславливает отсутствие неоднозначности при формировании оценок частоты Доплера или радиальной
скорости [6, стр. 363]. В импульсных РЛС обзора, характеризующихся низкой частотой
повторения зондирующих импульсов, частота Доплера отраженного сигнала измеряется
неоднозначно. Это обусловлено тем, что возможные значения частоты Доплера могут существенно превышать величину частоты повторения, а оценка частоты производится
только в пределах частоты повторения.
Известен способ измерения радиальной скорости цели радиолокационной станцией [5],
основанный на генерации, модуляции и излучении совмещенных во времени радиоимпульсов с одинаковым периодом повторения на двух несущих частотах. Однако данный
способ невозможно использовать при реализации в обзорных РЛС с частотным сканированием по углу места.
Известен способ измерения дальности и скорости импульсно-доплеровской радиолокационной станцией [4], основанный на излучении пачек импульсов с изменяемой от пачки к пачке частотой повторения из фиксированного, заранее рассчитанного набора частот повторения,
измерении неоднозначных значений, сопоставлении попарно результатов вычисления, полученных при всех частотах повторения, группировании данных и определении однозначных
координат. Основным недостатком данного способа является решение только задачи отождествления неоднозначных оценок частоты Доплера двух целей. При этом не раскрывается суть
способа получения однозначных оценок, а также не рассматривается отождествление в случае совпадения неоднозначных оценок на одной из частот повторения.
Ближайшим техническим решением к предлагаемому способу измерения радиальной
скорости в импульсной РЛС является нониусный способ [2, стр. 180, 185]. Он основан на
излучении двух пачек с разной частотой повторения импульсов, формировании неоднозначных оценок частоты Доплера по результатам обработки каждой из последовательностей и определении по этим значениям величины однозначной частоты Доплера.
Особенностью выбора значений частот повторения является обеспечение однозначного
2
BY 12317 C1 2009.08.30
FП1FП 2
, превышающего максимально возможную частоту
FП1 − FП 2
Доплера (Fд max ) . Недостатками нониусного способа являются:
интервала по частоте Fодн. max =
ограниченность его применения на всем интервале однозначности, обусловленная невыполнением условия одинакового числа целых вложений частот повторений в значение
однозначной частоты Доплера;
вычисление однозначной частоты Доплера на основе двух неоднозначных оценок, содержащих погрешности измерения;
небольшое значение частоты Fодн. max.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение вероятности и
точности оценивания радиальной скорости за один контакт с целью в импульсных РЛС
при малом отношении сигнал - шум и наличии неоднозначности по частоте Доплера.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе измерения радиальной скорости, основанном на том, что излучают пачки импульсов с изменяемыми от
пачки к пачке частотой повторения и числом импульсов в пачке, когерентно накапливают
сигнал каждой пачки с использованием дискретного преобразования Фурье (ДПФ), циклически повторяют значения дискретных отсчетов спектра в анализируемом диапазоне
частот, некогерентно накапливают сигналы одноименных фильтров, определяют по максимуму накопленного сигнала однозначную частоту Доплера и соответствующую ей радиальную скорость цели.
Согласно изобретению, частоты повторения (FПi) и число излучаемых импульсов в
каждой из пачек (Li) выбирают таким образом, чтобы для каждой i-й пачки отношение
FПi/Li было постоянным, когерентно накапливают принятые дискретные сигналы в KдпфLi
фильтрах ДПФ (где Kдпф - целочисленный коэффициент), дополняя недостающие отсчеты
нулями, размножают квадраты модулей спектральных отсчетов методом циклического
повтора во всем диапазоне возможных частот Доплера цели, суммируют одноименные
отсчеты размноженных спектров, методом трехточечной параболической интерполяции
определяют частоту максимума огибающей, которая, являясь оценкой однозначной частоты Доплера, пересчитывается в однозначную радиальную скорость цели.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 изображена структурная схема способа измерения радиальной скорости в
импульсной РЛС, состоящая из совокупности устройств обработки дискретного сигнала 1,
9 и 10 на каждой из частот повторения: FП1, FП2 и FПN, критерийного устройства 11, сумматора 12, некогерентного накопителя в одноименных фильтрах 13 и устройства оценки
радиальной скорости 14. В состав каждого устройства обработки дискретного сигнала
входят: набор фильтров когерентного накопления 2, квадратичные детекторы 3, пороговые устройства 4, устройство формирования порога 5, схема "ИЛИ" 6, ключевое устройство 7, устройство циклического размножения дискретных отсчетов спектра конечной
последовательности 8;
на фиг. 2 изображена эпюра, поясняющая суть циклического размножения дискретных
спектральных отсчетов конечной последовательности (выделен черным) по номерам
фильтров k;
на фиг. 3 изображены эпюры, поясняющие суть некогерентного накопления отсчетов в
одноименных фильтрах для случая работы на трех частотах повторения, где: а) результат
обработки дискретного сигнала на частоте повторения FП1; б) результат обработки дискретного сигнала на частоте повторения FП2; в) результат обработки дискретного сигнала
на частоте повторения FП3; г) результат некогерентного накопления отсчетов в одноименных фильтрах;
на фиг. 4 изображены эпюры, поясняющие суть метода трехточечной параболической
интерполяции.
3
BY 12317 C1 2009.08.30
Оценивание однозначной радиальной скорости, согласно изобретению, осуществляется следующим образом.
Для каждой из N излучаемых пачек рассчитывается число импульсов L1, …, Li, …, LN
и их частоты повторения FП1, …, FПi, …, FПN таким образом, чтобы обеспечивалось постоянное значение отношения FПi/Li для каждой i-й пачки (i = 1…N). Такой подход обеспечивает равенство полос пропускания фильтров ДПФ (∆fФ).
Принятые сигналы f(tn) поступают на устройство, реализующее алгоритм ДПФ. Для
повышения качества спектрального анализа число фильтров накопления выбирается в
Кдпф раз больше числа импульсов на данной частоте повторения. В этом случае недостающие отсчеты дискретной последовательности дополняются нулями [3, стр. 67]. Дискретные отсчеты спектра конечной последовательности на i-й частоте повторения при
реализации ДПФ определяются следующим образом:
S(i ) (k∆F) = S(ki ) =
K дпф L i −1
∑ f (t
n =0
n
)e
− j( 2 π / K дпф L i ) nk
, k=0…KдпфLi–1,
где k - номер отсчета в частотной области, соответствующий абсолютным значениям частоты, равным 0, ∆F, 2∆F, …, (KдпфLi-1)∆F;
∆f
FПi
∆F = Ф =
- шаг дискретизации по частоте.
K дпф K дпф Li
Отраженный от движущейся цели сигнал, характеризующийся частотой Доплера, выделяется соответствующим фильтром ДПФ 2 и поступает на вход квадратичного детектора 3. Устройство формирования порога 5 вырабатывает пороговый уровень Z*. В случае
превышения полезным сигналом | S(i ) (k∆F) |2 = z (i ) (k∆F) порога обнаружения Z*, импульсы обнаружения с выхода 4 поступают на вход схемы "ИЛИ" 6. Выходные сигналы устройств обработки, являющиеся результатом логического суммирования импульсов
обнаружения по всем частотам повторения, объединяются сумматором 12 и поступают в
критерийное устройство принятия решения 11. В случае выполнения критерия обнаружения l из n результаты обработки сигналов через ключевую схему 7 поступают на устройство циклического размножения спектра периодической последовательности 8.
Периодичность функции еjω обуславливает повторение дискретных отсчетов спектра с периодом в KдпфLi отсчетов (или с периодом FПi по частоте) [3, стр. 63]. В связи с этим в устройстi)
ве циклического размножения спектра 8 формируется функция правдоподобия z (размн
. ( k∆F)
(фиг. 2) путем заполнения частотной оси от минимально возможной (минус Fд max ) до максимально возможной ( Fд max ) частоты Доплера цели дискретными отсчетами спектра (фиг. 3 а, б, в):
i)
(i )
z (размн
. ( k∆F) = z (mod(k∆F, FПi )) ,
где mod(a, b) - остаток от целочисленного деления а на b;
k = − int Fд / ∆F , K int Fд / ∆F - целочисленный коэффициент;
{
max
}
{
max
}
int{…} - операция выделения целой части.
i)
Результат циклического размножения спектральных отсчетов z (размн
(k∆F) поступает
на вход некогерентного накопителя в одноименных фильтрах 13. Выходной сигнал устройства 13 соответствует многомодальной ненормированной апостериорной плотности
вероятности (фиг. 3 г):
N
i)
z нн (k∆F) = ∑ z (размн
. ( k∆F) .
i =1
4
BY 12317 C1 2009.08.30
В устройстве оценки однозначной радиальной скорости 14 производится оценивание
максимума функции правдоподобия и определяется дискретное значение Fдгл. max частоты
настройки фильтра с максимальным выходным сигналом (фиг. 3 г):
Fдгл. max = arg max[z(k∆F)] .
k∆F
Полученное значение частоты настройки фильтра Fдгл. max является грубой оценкой однозначной частоты Доплера (фиг. 3 г, фиг. 4). Для получения уточненной оценки F̂д используется метод трехточечной параболической интерполяции (фиг. 4) с учетом сигналов
соседних фильтров Fдгл. max − ∆F , Fдгл. max + ∆F [1, стр. 258]:
F̂д = F
гл. max
д
∆F[z нн (Fдгл. max − ∆F) − z нн (Fдгл. max + ∆F)]
+
,
2[z нн (Fдгл. max − ∆F) − 2z нн (Fдгл. max ) + z нн (Fдгл. max + ∆F)
где z нн (Fдгл. max ) - дискретный отсчет с максимальным значением;
z нн (Fдгл. max − ∆F)(z нн (Fдгл. max + ∆F)) - значение отсчета, расположенного слева (справа)
от максимального.
Оцененное значение однозначной частоты F̂д , соответствующее максимуму параболы,
пересчитывается в значение радиальной скорости цели.
Источники информации:
1. Алмазов В.Б., Манжос В.Н. Получение и обработка радиолокационной информации. - Харьков: ВИРТА ПВО, 1985. - 427 с.
2. Курлович В.И., Шаляпин С.В. Основы теории радиосистем. - Мн.: ВАРБ, 2000. - 343 с.
3. Рабинер Л., Голд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов / Пер. с
англ.; под ред. Александрова Ю.Н. - М.: Мир, 1978. - 848 с.
4. Способ измерения дальности и скорости импульсно-доплеровской радиолокационной
станцией: пат. 2206102 Рос. Федерация, МПК G 01S 13/00, 13/58/ Ю.И. Белый, А.Ю. Мареев;
заявитель НИИ Приборостроения им. Тихомирова В.В.; № 2001128814/09; заявл.
25.10.2001; опубл. 10.06.2001 // Бюл. № 16.
5. Способ измерения радиальной скорости цели радиолокационной станцией: пат.
2251710 Рос. Федерация, МПК G 01S 13/58, 13/36, 13/524/ А.И.Архипов; заявитель ОАО
"НИИ Приборостроения им. Тихомирова В.В."; № 2003121683/09; заявл. 14.07.2003;
опубл. 10.05.2005 // Бюл. № 13.
6. Справочник по радиолокации / Под ред. Сколника, М.: Нью-Йорк, 1970.- пер. с
англ., (в четырех томах) / под общей ред. Трофимова К.Н.; Том 3. Радиолокационные устройства и системы / под ред. Винницкого А.С. - М.: Сов. радио, 1978. - 528 с.
Фиг. 2
5
BY 12317 C1 2009.08.30
Фиг. 3
Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
7
Размер файла
894 Кб
Теги
by12317, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа