[go: up one dir, main page]

RU2389039C1 - Method of measuring air target radial velocity in carrier frequency adjustment mode from pulse to pulse in accordance with random law at low signal-to-noise ratio - Google Patents

Method of measuring air target radial velocity in carrier frequency adjustment mode from pulse to pulse in accordance with random law at low signal-to-noise ratio Download PDF

Info

Publication number
RU2389039C1
RU2389039C1 RU2008148789/09A RU2008148789A RU2389039C1 RU 2389039 C1 RU2389039 C1 RU 2389039C1 RU 2008148789/09 A RU2008148789/09 A RU 2008148789/09A RU 2008148789 A RU2008148789 A RU 2008148789A RU 2389039 C1 RU2389039 C1 RU 2389039C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
pulse
signal
value
target
Prior art date
Application number
RU2008148789/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Геннадьевич Митрофанов (RU)
Дмитрий Геннадьевич Митрофанов
Николай Владимирович Силаев (RU)
Николай Владимирович Силаев
Дмитрий Александрович Майоров (RU)
Дмитрий Александрович Майоров
Владимир Геннадьевич Тулузаков (RU)
Владимир Геннадьевич Тулузаков
Анатолий Валерьевич Немцов (RU)
Анатолий Валерьевич Немцов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации"
Priority to RU2008148789/09A priority Critical patent/RU2389039C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2389039C1 publication Critical patent/RU2389039C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: physics. ^ SUBSTANCE: method can be used in pulsed Doppler radar with carrier frequency adjustment from pulse to pulse. The random law of variation of probing frequency is algorithmically generated from a linear-stepped law of variation of frequency in a packet of pulsed signals. The centimetre wavelength range with frequency adjustment within the limits of hundreds of MHz is used. The number of signals used in a packet equals 2k, where k=6Ç8. Duration of the packet must not exceed the interval for angular correlation of rotation of the air target. Velocity is measured during one packet using a technique for finding the extremum of the multiplicative coefficient which is a product of the estimated variance and a third central moment for the complex vector of the range portrait, obtained from the frequency characteristic of the target, re-phased with complex factors which take into account selection of all possible radial velocities of the object. ^ EFFECT: increased accuracy of measuring radial velocity and noise-immunity due to adjustment of frequency from pulse to pulse in accordance with a random law and coherent integration of amplitude of reflected pulses during inverse Fourier transformation with a complex vector of the frequency characteristic of the target. ^ 12 dwg, 4 tbl

Description

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для измерения радиальной скорости объекта при использовании режима перестройки несущей частоты от импульса к импульсу по случайному закону, исключающему негативное влияние прицельных по частоте помех.The invention relates to the field of radar and is intended to measure the radial speed of an object when using the mode of tuning the carrier frequency from pulse to pulse according to a random law that eliminates the negative impact of interference-targeted interference frequency.

Известен способ измерения радиальной скорости цели при использовании многочастотных сигналов [1], включающий излучение многочастотных сигналов, состоящих из двух частотных компонент, прием отраженных от цели сигналов двумя частотными каналами РЛС, понижение частоты принимаемых сигналов до промежуточной, усиление принятых сигналов, преобразование принятых сигналов на видеочастоту с помощью двух квадратурных фазовых детекторов, преобразование квадратурных составляющих сигналов в цифровую форму с помощью аналого-цифровых преобразователей и проведение с ними алгоритмической обработки в цифровой вычислительной машине. При алгоритмической обработке в каждом k-м частотном канале находят комплексную сумму

Figure 00000001
попарных произведений комплексно-сопряженных отсчетов отраженных сигналов одной частоты в смежных периодах повторения по формулеA known method of measuring the radial velocity of a target when using multi-frequency signals [1], which includes emitting multi-frequency signals consisting of two frequency components, receiving signals reflected from the target by two frequency channels of the radar, lowering the frequency of the received signals to an intermediate one, amplifying the received signals, converting the received signals to video frequency using two quadrature phase detectors, converting the quadrature components of the signals into digital form using analog-to-digital conversion teli and carrying out with them algorithmic processing in a digital computer. During algorithmic processing, in each k-th frequency channel, the complex sum is found
Figure 00000001
pairwise products of complex conjugate samples of reflected signals of the same frequency in adjacent repetition periods according to the formula

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где символ * означает операцию комплексного сопряжения;where the symbol * means the operation of complex pairing;

k - номер частотного канала, причем k=1,2;k is the number of the frequency channel, with k = 1.2;

j - номер периода повторения многочастотного сигнала.j is the number of the repetition period of the multi-frequency signal.

Затем в каждом частотном канале определяют фазовые аргументы

Figure 00000003
Then, phase arguments are determined in each frequency channel.
Figure 00000003

найденных сумм

Figure 00000004
, которые являются доплеровскими сдвигами фаз сигнала за период повторения сигналов одинаковой частоты Т, вычисляют разность Δφ полученных фазовых аргументов φ(k) сумм в двух, отличающихся частотой излучения, каналахamounts found
Figure 00000004
which are Doppler phase shifts of the signal during the repetition period of signals of the same frequency T, calculate the difference Δφ of the obtained phase arguments φ (k) of the sums in two channels differing in the frequency of radiation

Δφ=φ(1)(2),Δφ = φ (1)(2) ,

где φ(1) и φ(2) - доплеровские сдвиги фаз отраженного сигнала за период повторения Т одночастотных сигналов в первом и втором каналах соответственно. Далее устраняют неоднозначность, связанную с возможностью получения величины Δφ разного знака, а затем по разности фаз Δφ вычисляют оценку радиальной скорости

Figure 00000005
цели по формулеwhere φ (1) and φ (2) are the Doppler phase shifts of the reflected signal during the repetition period T of single-frequency signals in the first and second channels, respectively. Further, the ambiguity associated with the possibility of obtaining the Δφ value of a different sign is eliminated, and then the radial velocity estimate is calculated from the phase difference Δφ
Figure 00000005
goals by formula

Figure 00000006
,
Figure 00000006
,

где с - скорость распространения электромагнитных волн; T - величина периода повторения импульсов одной частоты (период одинаков в обоих частотных каналах);where c is the propagation velocity of electromagnetic waves; T is the value of the pulse repetition period of the same frequency (the period is the same in both frequency channels);

f(1) и f(2) - величины частот зондирования в первом и втором канале соответственно.f (1) and f (2) are the values of the sounding frequencies in the first and second channel, respectively.

Недостатком этого способа является невозможность измерения скорости цели в условиях применения прицельных по частоте помех. Применение одночастотного или двухчастотного сигнала с регулярной сменой частоты создает благоприятные условия для выявления используемой частоты излучения и постановки мощной помехи на выявленной частоте в следующих периодах повторения.The disadvantage of this method is the inability to measure the speed of the target in the conditions of application of interference-oriented interference in frequency. The use of a single-frequency or two-frequency signal with a regular frequency change creates favorable conditions for revealing the radiation frequency used and for setting powerful interference at the detected frequency in the following repetition periods.

Известен способ измерения радиальной скорости воздушной цели в режиме перестройки частоты от импульса к импульсу [2], заключающийся в том, что количество импульсных сигналов, формируемых для излучения, выбирают равным количеству N используемых частот излучения, а число N выбирают равным 2k, где k - целое число, принимающее значение от 6 до 8.A known method of measuring the radial speed of an air target in the frequency-from-pulse to pulse-frequency adjustment mode [2], which consists in the fact that the number of pulse signals generated for radiation is chosen equal to the number N of used radiation frequencies, and the number N is chosen equal to 2 k , where k - an integer that takes a value from 6 to 8.

Время Δt на излучение пачки сигналов с перестройкой частоты выбирают не более интервала угловой корреляции Tук поворота воздушной цели в полете при рысканиях, составляющего величину 5 мс. Отсюда период повторения импульсов Tи выбирается не более Tи=T/(N-1).The time Δt for radiation of a packet of signals with frequency tuning is chosen no more than the interval of angular correlation T y rotation of an air target in flight when yawing, amounting to 5 ms. Hence, the pulse repetition period T and is chosen no more than T and = T / (N-1).

С помощью радиолокационной станции в течение интервала времени Δt излучают пачку сигналов с перестройкой несущей частоты. При излучении импульсов с перестройкой частоты используют случайный закон изменения частоты, для чего в оперативном запоминающем устройстве формируют и предварительно запоминают последовательность величин частот, используемых в пачке от f0 до f0+Fпер с шагом Δf=Fпер/(N-1), где f0 - основная несущая частота зондирующего сигнала сантиметрового диапазона, Fпер=150 МГц - диапазон, в котором осуществляется перестройка частоты от импульса к импульсу. Распределяют номера частот излучения по случайному закону, при котором время излучения tn импульса на n-й частоте f0+nΔf определяется по формулеUsing a radar station, a packet of signals with tuning of the carrier frequency is emitted during the time interval Δt. When emitting pulses with frequency tuning, a random law of frequency variation is used, for which a sequence of frequency values used in a packet from f 0 to f 0 + F per with a step Δf = F per / (N-1) is generated and pre-stored in the random access memory where f 0 is the main carrier frequency of the probe signal of the centimeter range, F per = 150 MHz is the range in which the frequency is tuned from pulse to pulse. The radiation frequency numbers are distributed according to a random law, in which the radiation time t n pulse at the n-th frequency f 0 + nΔf is determined by the formula

Figure 00000007
Figure 00000007

где

Figure 00000008
- порядковый номер импульса на n-й частоте, принимающий значение от 1 до N, единожды повторяющееся в пределах пачки сигналов с перестройкой частоты.Where
Figure 00000008
- the serial number of the pulse at the nth frequency, taking a value from 1 to N, repeating itself once within a packet of signals with frequency tuning.

Принимают отраженные от цели сигналы на n-х частотах, где n - номер частоты сигнала, понижают частоты принимаемых сигналов до промежуточной. При понижении частоты принимаемых сигналов до промежуточной учитывают величину добавки nΔf, используемой при излучении сигнала на n-й частоте f0+nΔf, чтобы разность частот принятого на n-й частоте сигнала f0+nΔf+Fд n, где Fд n - доплеровская частотная добавка отраженного сигнала на n-й частоте, обусловленная радиальной скоростью цели, и сигнала гетеродина (f0-fпр)+nΔf всегда определялась только величиной промежуточной частоты fпр и соответствующей величиной доплеровской добавки Fд n.Receive signals reflected from the target at n-th frequencies, where n is the frequency number of the signal, lower the frequency of the received signals to an intermediate one. When lowering the frequency of the received signals to the intermediate, take into account the value of the additive nΔf used when emitting the signal at the n-th frequency f 0 + nΔf, so that the frequency difference of the signal received at the n-th frequency is f 0 + nΔf + F d n , where F d n - additive Doppler frequency of the reflected signal at n-th frequency due to target radial velocity, and the local oscillator signal (f 0 -f pr) + nΔf always determined only by the magnitude of the intermediate frequency f and corresponding value ave Doppler additives F d n.

Выделяют с помощью квадратурных фазовых детекторов квадратурные составляющие принятых сигналов. Преобразовывают квадратурные составляющие в цифровую форму с помощью аналого-цифровых преобразователей. Преобразовывают каждый отраженный на n-й частоте сигнал в комплексную форму видаUsing quadrature phase detectors, the quadrature components of the received signals are isolated. Quadrature components are converted to digital form using analog-to-digital converters. Each signal reflected at the nth frequency is converted into a complex form of the form

Figure 00000009
,
Figure 00000009
,

где

Figure 00000010
- амплитуда отраженного на n-й частоте сигнала;Where
Figure 00000010
- the amplitude of the signal reflected at the nth frequency;

Figure 00000011
- фаза отраженного на n-й частоте сигнала;
Figure 00000011
- phase of the signal reflected at the nth frequency;

Figure 00000012
и
Figure 00000013
- значения квадратурных составляющих принятого сигнала на n-й частоте.
Figure 00000012
and
Figure 00000013
- the values of the quadrature components of the received signal at the nth frequency.

Расставляют значения

Figure 00000014
в порядке увеличения n. Для этого формируют вектор G из N элементов, записывая в n-й элемент вектора G комплексное значение
Figure 00000015
отраженного на n-й частоте сигнала. Формируют двумерную матрицу D данных из N строк и Z=2Vp max/dV+1 столбцов, где Vp max - максимально возможная радиальная скорость цели, выбираемая заблаговременно, dV - интервал дискретизации радиальной скорости, определяющий точность измерения радиальной скорости, записывают в элемент n-й строки z-го столбца матрицы D комплексную величину
Figure 00000016
, рассчитанную по формулеSet Values
Figure 00000014
in increasing n order. To do this, form a vector G of N elements, writing the complex value to the nth element of the vector G
Figure 00000015
reflected at the nth frequency of the signal. A two-dimensional data matrix D is formed from N rows and Z = 2V p max / dV + 1 columns, where V p max is the maximum possible radial velocity of the target, chosen in advance, dV is the sampling interval of the radial velocity, which determines the accuracy of measuring the radial velocity, is written into the element nth row of the zth column of matrix D is a complex quantity
Figure 00000016
calculated by the formula

Figure 00000017
,
Figure 00000017
,

где

Figure 00000018
- комплексная величина n-го элемента вектора G; z - номер столбца матрицы D. Получают матрицу D1 путем проведения обратного быстрого преобразования Фурье с комплексными векторами данных каждого столбца матрицы D, в результате в каждом столбце получают дальностный портрет (ДлП) воздушной цели. При этом учитывают, что истинный информативный ДлП цели может быть сформирован только при точной фазовой фокусировке принятой реализации сигналов, т.е. при точном устранении фазовых сдвигов, обусловленных радиальном перемещением цели. При игнорировании негативного влияния фазовых сдвигов, обусловленных радиальным перемещением, ДлП получается размытым, т.е. не отражающим взаимного расположения рассеивающих центров поверхности цели в радиальным направлении. В этом случае ДлП имеет шумовую форму. Для поиска условий, при которых формируется информативный ДлП цели находят максимальное значение модуля комплексного сигнала в матрице D1 и делят комплексные величины всех элементов матрицы D1 на это значение, а затем рассчитывают величину энтропии данных Hz для каждого z-го столбца матрицы D1 по формулеWhere
Figure 00000018
is the complex value of the nth element of the vector G; z is the column number of the matrix D. Get the matrix D1 by performing the inverse fast Fourier transform with complex data vectors of each column of the matrix D, as a result in each column receive a long-range portrait (DL) of an air target. At the same time, it is taken into account that a true informative target DL can be formed only with exact phase focusing of the received signal implementation, i.e. with the exact elimination of phase shifts due to radial movement of the target. When ignoring the negative effect of phase shifts due to radial displacement, the DLP is blurred, i.e. not reflecting the relative position of the scattering centers of the target surface in the radial direction. In this case, the DLP has a noise shape. To find the conditions under which an informative DLP is formed, the targets are found the maximum value of the modulus of the complex signal in the matrix D1 and the complex values of all elements of the matrix D1 are divided by this value, and then the entropy value of the data Hz for each z-th column of the matrix D1 is calculated by the formula

Figure 00000019
.
Figure 00000019
.

Определяют номер столбца zmin H, соответствующего наименьшему значению энтропии Hz min, на основании чего определяют оценку радиальной скорости цели по формулеThe column number z min H corresponding to the lowest entropy value H z min is determined, based on which the radial velocity of the target is determined by the formula

Figure 00000020
.
Figure 00000020
.

Найденную оценку принимают в качестве измеренного значения радиальной скорости цели

Figure 00000021
.The found estimate is taken as the measured value of the radial velocity of the target
Figure 00000021
.

Работоспособность данного способа зависит от интенсивности шума [2]. Высокие шумы искажают ДлП настолько, что энтропия элементов, представляющих вектор ДлП, становится случайной величиной. В работе [3] значение минимального отношения сигнал-шум (ОСШ) qmin, при котором допустимо измерение

Figure 00000022
для N=const, определялось по 3000 реализациям. В качестве критерия возможности измерения Vp выбиралось выполнение условия, чтобы ошибка измерения в каждом опыте из 3000 не превосходила 10 м/с. В табл.1 приведены значения qmin, соответствующие различному числу N импульсов в пачке.The performance of this method depends on the intensity of the noise [2]. High noises distort the DL so that the entropy of the elements representing the DL vector becomes a random variable. In [3], the value of the minimum signal-to-noise ratio (SNR) q min at which measurement is permissible
Figure 00000022
for N = const, was determined by 3000 implementations. As a criterion for the possibility of measuring V p, the fulfillment of the condition was chosen so that the measurement error in each experiment out of 3000 does not exceed 10 m / s. Table 1 shows the q min values corresponding to a different number N of pulses in a packet.

Табл.1.Table 1. Зависимость значения минимального отношения сигнал-шум от количества импульсов в пачкеDependence of the minimum signal-to-noise ratio on the number of pulses in a packet NN 6464 128128 256256 512512 10241024 gmin, дБg min , dB 55 1,21,2 -1,4-1.4 -3,4-3.4 -5,5-5.5

Увеличение N приводит к уменьшению минимально допустимого отношения сигнал-шум и СКО ошибки измерения скорости.An increase in N leads to a decrease in the minimum allowable signal-to-noise ratio and standard deviation of the velocity measurement error.

Таким образом, существуют предельные значения уровня шума, ограничивающие применимость приведенного способа. Поэтому представляет интерес разработка способа, обеспечивающего достоверную оценку радиальной скорости при более низком отношении сигнал-шум по сравнению со способом [2].Thus, there are limit values of the noise level, limiting the applicability of the above method. Therefore, it is of interest to develop a method that provides a reliable estimate of the radial velocity at a lower signal-to-noise ratio compared to the method [2].

Задачей изобретения является обеспечение измерения радиальной скорости сопровождаемой по угловым координатам и дальности воздушной цели в режиме перестройки несущей частоты от импульса к импульсу по случайному закону при пониженном отношении сигнал-шум.The objective of the invention is the provision of measuring radial velocity followed by the angular coordinates and range of an air target in the mode of tuning the carrier frequency from pulse to pulse according to a random law with a reduced signal-to-noise ratio.

Для решения данной задачи предлагается в известном способе [2, 3] вместо энтропии элементов ДлП, используемой для поиска значения скорости воздушной цели, использовать мультипликативный коэффициент, рассчитываемый по формулеTo solve this problem, it is proposed in the known method [2, 3] instead of the entropy of the DL elements used to search for the air target’s speed, use the multiplicative coefficient calculated by the formula

Figure 00000023
,
Figure 00000023
,

где

Figure 00000024
- оценка дисперсии амплитуд z-го столбца матрицы D1,Where
Figure 00000024
- assessment of the variance of the amplitudes of the z-th column of the matrix D1,

Figure 00000025
- оценка математического ожидания амплитуд z-го столбца матрицы D1,
Figure 00000025
- assessment of the mathematical expectation of the amplitudes of the z-th column of the matrix D1,

Figure 00000026
Figure 00000026

- оценка третьего центрального момента амплитуд z-го столбца матрицы D1.- estimate of the third central moment of the amplitudes of the z-th column of the matrix D1.

Все остальные операции, отражающие сущность способа [2], целесообразно оставить без изменения.All other operations that reflect the essence of the method [2], it is advisable to leave unchanged.

Таким образом, усовершенствованный способ измерения

Figure 00000021
может быть описан следующей совокупностью последовательных действий. В оперативном запоминающем устройстве формируют последовательность величин частот, используемых в пачке СПЧ, от f0 до f0+Fпер. Затем номера частот излучения распределяют по случайному закону, при котором время излучения tn от начала пачки для импульса на n-й частоте f0+nΔf, где n - номер используемой частоты
Figure 00000027
, определяется по формуле
Figure 00000028
. Например, если в 15-м периоде излучен импульс на 7-й частоте, то
Figure 00000029
при n=7. Порядок использования частот запоминается для последующей расстановки принятых сигналов в порядке линейного увеличения частоты. Величина Tи выбирается, исходя из требования обеспечения однозначности отсчетов по доплеровской частоте во всем диапазоне возможных радиальных скоростей цели [8], что в символьном виде выражается неравенствомThus, an improved measurement method
Figure 00000021
can be described by the following set of sequential actions. In the random access memory, a sequence of frequency values used in the FH bundle is formed, from f 0 to f 0 + F per . Then the radiation frequency numbers are distributed according to a random law, in which the radiation time t n from the beginning of the burst for a pulse at the n-th frequency f 0 + nΔf, where n is the number of the used frequency
Figure 00000027
determined by the formula
Figure 00000028
. For example, if in the 15th period a pulse is emitted at the 7th frequency, then
Figure 00000029
for n = 7. The frequency usage order is remembered for the subsequent arrangement of the received signals in the order of a linear increase in frequency. The value of T and is selected based on the requirement to ensure the uniqueness of the samples at the Doppler frequency in the entire range of possible radial velocities of the target [8], which is symbolically expressed by the inequality

Fи>Fд max,F and > F d max ,

где

Figure 00000030
- частота повторения импульсов внутри пачки;Where
Figure 00000030
- pulse repetition rate inside the packet;

Fд max=2Vp max (f0+Fпер)/c - максимально возможная доплеровская частота цели.F d max = 2V p max (f 0 + F per ) / c - the maximum possible Doppler frequency of the target.

В течение времени Δt, ограниченного интервалом угловой корреляции поворота воздушной цели Tук, составляющим величину не более 5 мс [5, 6], излучают пачку 2k импульсных СПЧ по случайному закону, где k - целое число, принимающее значение от 6 до 8. Число импульсных сигналов удобнее принять равным 2k, так как в этом случае при обработке можно использовать алгоритмы быстрого преобразования Фурье, что позволяет существенно уменьшить объем вычислений.During the time Δt, limited by the interval of the angular correlation of the rotation of the air target T yk , which is not more than 5 ms [5, 6], a packet of 2 k pulsed FHRs is randomly generated, where k is an integer taking a value from 6 to 8. The number of pulse signals is more convenient to take equal to 2 k , since in this case, the processing can use fast Fourier transform algorithms, which can significantly reduce the amount of computation.

Далее предлагается принимать отраженные от цели сигналы на разных частотах f0+nΔf+Fд n, где Fд n - доплеровская частотная добавка отраженного сигнала на n-й частоте, обусловленная радиальной скоростью цели, затем предлагается понижать частоту принимаемых сигналов до промежуточной fпр+Fд n, где fпр - величина промежуточной частоты, при этом учитывать величину добавки nΔf, используемой при излучении сигнала на n-й частоте f0+nΔf, чтобы разность частот fпр n принятого на n-й частоте сигнала f0+nΔf+Fд n и сигнала гетеродина (f0-fпр)+nΔf всегда определялась только величиной промежуточной частоты fпр и соответствующей величиной доплеровской добавки Fд n It is further proposed to receive signals reflected from the target at different frequencies f 0 + nΔf + F d n , where F d n is the Doppler frequency addition of the reflected signal at the nth frequency due to the radial speed of the target, then it is proposed to lower the frequency of the received signals to an intermediate f pr + F d n , where f CR is the value of the intermediate frequency, while taking into account the value of the additive nΔf used when emitting a signal at the n-th frequency f 0 + nΔf, so that the frequency difference f pr n of the signal received at the n-th frequency f 0 + nΔf + F d n and the local oscillator signal (f 0 -f pr) + nΔf always determined Referring only to the intermediate frequency value f etc. and the corresponding value of the Doppler additives F d n

fпр n=(f0+nΔf+Fд n)-[(f0-fпр)+nΔf]=fпр+Fд n.f pr n = (f 0 + nΔf + F d n ) - [(f 0 -f pr ) + nΔf] = f pr + F d n .

Затем следует выделять с помощью квадратурных фазовых детекторов [7] квадратурные составляющие принятых сигналов, преобразовывать квадратурные составляющие в цифровую форму с помощью аналого-цифровых преобразователей, преобразовывать каждый отраженный на n-й частоте сигнал в комплексную форму видаThen, using the quadrature phase detectors [7], it is necessary to extract the quadrature components of the received signals, convert the quadrature components to digital using analog-to-digital converters, and convert each signal reflected at the nth frequency into a complex form of the form

Figure 00000031
.
Figure 00000031
.

Затем предлагается формировать вектор G из N элементов, записывать в n-й элемент вектора G комплексное значение

Figure 00000032
отраженного сигнала на n-й частоте. При этом принятые сигналы внутри вектора G расставляют в порядке линейно-ступенчатого изменения частоты. После этого формируют двумерную матрицу D данных из N строк и Z=2Vp max/dV+1 столбцов. В элемент n-й строки z-го столбца матрицы D записывают комплексную величину
Figure 00000033
, рассчитываемую по формулеThen it is proposed to form a vector G from N elements, write the complex value to the nth element of the vector G
Figure 00000032
reflected signal at the nth frequency. In this case, the received signals inside the vector G are arranged in the order of a linear-step change in frequency. After that form a two-dimensional matrix D of data from N rows and Z = 2V p max / dV + 1 columns. In the element of the nth row of the zth column of the matrix D write the complex value
Figure 00000033
calculated by the formula

Figure 00000034
,
Figure 00000034
,

где

Figure 00000035
- комплексная величина n-го элемента вектора G.Where
Figure 00000035
is the complex value of the nth element of G.

Далее предлагается путем проведения обратного быстрого преобразования Фурье с комплексными векторами данных каждого столбца матрицы D получать матрицу D1, а затем рассчитывать коэффициент kz для каждого z-го столбца матрицы D1 по формулеIt is further proposed by performing the inverse fast Fourier transform with complex data vectors of each column of the matrix D to obtain the matrix D1, and then calculate the coefficient k z for each z-th column of the matrix D1 by the formula

Figure 00000036
.
Figure 00000036
.

На конечном этапе находят находить номер столбца zmax k, соответствующего наибольшему значению коэффициента kz max, с помощью которого определяют оценку радиальной скорости цели

Figure 00000037
по формулеAt the final stage, find the number of the column z max k corresponding to the largest value of the coefficient k z max , with which determine the estimate of the radial velocity of the target
Figure 00000037
according to the formula

Figure 00000038
.
Figure 00000038
.

и принимают эту оценку в качестве измеренного значения радиальной скорости воздушной цели.and take this estimate as the measured value of the radial speed of the air target.

Сущность способа, а именно сущность замены энтропии мультипликативным коэффициентом

Figure 00000039
при измерении радиальной скорости воздушной цели в условиях понижения отношения сигнал-шум состоит в следующем.The essence of the method, namely the essence of replacing entropy with a multiplicative coefficient
Figure 00000039
when measuring the radial speed of an air target in conditions of lowering the signal-to-noise ratio is as follows.

Как известно, дисперсия случайной величины есть характеристика рассеивания, разбросанности величины около ее математического ожидания. В связи с этим она будет увеличивается в случае формирования информативного ДлП (появления в нем неразмытых откликов, по амплитуде превышающих шум ДлП) и будет минимальна при случайном и равномерном распределении комплексных амплитуд отраженных сигналов по номерам элементов ДлП. Такая ситуация наблюдается в случае несовпадения истинного значения радиальной скорости с одним из ее значений, используемых для фазирования векторов в столбцах матрицы D, так как при этом не происходит компенсации фазовых набегов, связанных с перемещением цели, а значит, нарушаются условия формирования информативного ДлП. Дальностный портрет в этом случае представляет собой некоторый вектор со случайно распределенными амплитудами (фиг.1).As is known, the variance of a random variable is a characteristic of dispersion, the dispersion of a quantity near its mathematical expectation. In this regard, it will increase in the case of the formation of an informative DLP (the appearance of unclear responses in amplitude exceeding the DLP noise) and will be minimal if the complex amplitudes of the reflected signals are randomly and evenly distributed over the numbers of the DLP elements. This situation is observed if the true value of the radial velocity does not coincide with one of its values used for phasing the vectors in the columns of the matrix D, since this does not compensate for phase incursions associated with moving the target, which means that the conditions for the formation of an informative DL are violated. The long-range portrait in this case is a vector with randomly distributed amplitudes (Fig. 1).

Такое распределение комплексных амплитуд в несфазированном ДлП является аналогом шумового случайного процесса. Также известно, что третий центральный момент служит для характеристики асимметрии (или «скошенности») распределения. Если распределение симметрично относительно математического ожидания, то данный момент стремится к нулю, т.е. в случае формирования информативного ДлП (фиг.2) данный момент будет иметь максимальное значение.Such a distribution of complex amplitudes in unphased DLP is an analog of a random noise process. It is also known that the third central moment serves to characterize the asymmetry (or “slanting”) of the distribution. If the distribution is symmetric with respect to the mathematical expectation, then the moment tends to zero, i.e. in the case of the formation of informative DLP (figure 2) this moment will have a maximum value.

Следует заметить, что размытые фазовым шумом дальностные портреты будут обладать свойством стационарности, т.е. постоянства числовых характеристик, извлекаемых из векторов их комплексных амплитуд.It should be noted that long-range portraits blurred by phase noise will have the property of stationarity, i.e. constancy of numerical characteristics extracted from vectors of their complex amplitudes.

Целесообразность использования одного обобщенного мультипликативного коэффициента

Figure 00000040
объясняется, во-первых, удобством использования одного числового коэффициента вместо двух при алгоритмизации предлагаемого способа для реализации на ЭВМ, а во-вторых - повышением входного отношения сигнал-шум, при котором предложенный способ сохраняет работоспособность. При расчетах удобнее использовать мультипликативный коэффициент, так как в случае использования аддитивного коэффициента возникает необходимость в нормировке входящих в него слагаемых. На фиг.3, 4, 5 представлены соответственно зависимости энтропии, оценки дисперсии амплитуд z-го столбца матрицы D1, оценки третьего центрального момента амплитуд z-го столбца матрицы D1 от значения радиальной скорости. Проведенные расчеты показали, что, например, при отношении сигнал-шум 10 дБ для 128 импульсов в пачке коэффициент корреляции зависимостей энтропии и оценки дисперсии от значения радиальной скорости равен -0,99. Это означает, что данные функции имеют отрицательную корреляцию и высокую линейную зависимость.Expediency of using one generalized multiplicative coefficient
Figure 00000040
firstly, it is explained by the convenience of using one numerical coefficient instead of two when algorithmizing the proposed method for computer implementation, and secondly, by increasing the input signal-to-noise ratio, in which the proposed method remains operational. In calculations, it is more convenient to use the multiplicative coefficient, since in the case of using the additive coefficient, it becomes necessary to normalize the terms included in it. Figures 3, 4, 5 show, respectively, the dependences of entropy, variance estimates of the amplitudes of the z-th column of the matrix D1, estimates of the third central moment of the amplitudes of the z-th column of the matrix D1 on the radial velocity value. The calculations showed that, for example, at a signal-to-noise ratio of 10 dB for 128 pulses in a packet, the correlation coefficient of the dependences of entropy and dispersion estimate on the value of the radial velocity is -0.99. This means that these functions have a negative correlation and a high linear dependence.

Если из значений функций оценок энтропии и дисперсии, графики которых представлены на фиг.3 и 4, вычесть их средние значения, а затем все значения энтропии разделить на максимальное абсолютное значение энтропии, а значения оценки дисперсии - на максимальное значение дисперсии, то графики новых сформированных функций примут вид, представленный на фиг.6 и 7 соответственно. На фиг.8 представлен результат выполнения описанной выше операции вычитания среднего значения и деления на максимальное значение для функции оценок 3-го центрального момента. Результат почленного сложения функций нормированных значений оценок энтропии и дисперсии показан в графическом виде на фиг.9. Из фиг.9 видно, что разброс значений несоответствий функций находится в диапазоне ±3% по отношению к модулю максимального значения нормированных функций оценок энтропии и дисперсии (равного 1). Это в совокупности с высокой корреляцией функций оценок энтропии и дисперсии позволяет сделать вывод, что возможности энтропии и дисперсии для измерения радиальной скорости практически одинаковы. То есть в известном способе [2] измерение радиальной скорости по экстремальному значению энтропии можно (без потери точности) заменить на ее измерение по экстремальному значению дисперсии. Коэффициент корреляции зависимостей энтропии и оценки третьего центрального момента от значения радиальной скорости при отношении сигнал-шум 0 дБ для 128 импульсов в пачке имеет значение -0.45 и уменьшается с ростом интенсивности шумов.If from the values of the functions of the estimates of entropy and dispersion, the graphs of which are presented in Figs. 3 and 4, subtract their average values, and then divide all the values of entropy by the maximum absolute value of entropy, and the values of the estimates of dispersion by the maximum value of dispersion, then the graphs of the newly formed functions will take the form shown in Fig.6 and 7, respectively. On Fig presents the result of the above operation of subtracting the average value and dividing by the maximum value for the evaluation function of the 3rd central moment. The result of term-by-term addition of the functions of normalized values of the estimates of entropy and dispersion is shown in graphical form in Fig. 9. Figure 9 shows that the scatter of the values of the inconsistencies of the functions is in the range of ± 3% with respect to the modulus of the maximum value of the normalized functions of the estimates of entropy and dispersion (equal to 1). This, combined with a high correlation of the functions of the estimates of entropy and dispersion, allows us to conclude that the possibilities of entropy and dispersion for measuring the radial velocity are almost identical. That is, in the known method [2], the measurement of radial velocity by the extreme value of entropy can (without loss of accuracy) be replaced by its measurement by the extreme value of dispersion. The correlation coefficient of the dependences of the entropy and estimation of the third central moment on the radial velocity value at a signal-to-noise ratio of 0 dB for 128 pulses in a packet has a value of -0.45 and decreases with increasing noise intensity.

Если из значений функций энтропии и оценки третьего центрального момента вычесть их средние значения, а затем все значения энтропии разделить на максимальное значение энтропии, а значения оценки третьего центрального момента - на максимальное положительное значение 3-го центрального момента (фиг.6, 8), и результирующие функции сложить, то результат данного сложения будет иметь графическую интерпретацию, показанную на фиг.10. Видно, что разброс значений несоответствий функций находится в диапазоне более ±65%. При этом на всех графиках (фиг.3, 4, 5) имеется всплеск (экстремум) в районе истинного значения радиальной скорости. При почленном перемножении значений функций оценок дисперсии и третьего центрального момента результат произведения на всех интервалах за исключением точек глобальных экстремумов (где аргумент функции близок к истинному значению радиальной скорости) всегда будет уступать по величине произведению этих функций в точке, соответствующей истинному значению радиальной скорости. Это, как показывают результаты математического моделирования, приводит к увеличению рабочего диапазона отношения сигнал-шум для предлагаемого способа.If we subtract their average values from the values of the entropy functions and the estimates of the third central moment, and then divide all the values of entropy by the maximum value of entropy, and the values of the estimates of the third central moment by the maximum positive value of the 3rd central moment (Figs. 6, 8), and add the resulting functions, then the result of this addition will have the graphical interpretation shown in Fig. 10. It can be seen that the spread in the values of the inconsistencies of the functions is in the range of more than ± 65%. Moreover, on all graphs (Figs. 3, 4, 5) there is a surge (extremum) in the region of the true value of the radial velocity. With the term-by-term multiplication of the values of the variance estimation functions and the third central moment, the product result on all intervals except the points of global extrema (where the function argument is close to the true value of the radial velocity) will always be inferior in magnitude to the product of these functions at the point corresponding to the true value of the radial velocity. This, as shown by the results of mathematical modeling, leads to an increase in the operating range of the signal-to-noise ratio for the proposed method.

Вариант зависимости коэффициента

Figure 00000041
вектора ДлП от предполагаемого значения скорости приведен на фиг.11. График получен методом моделирования на ЭВМ. Оценка радиальной скорости в этом примере составила 100,3 м/с при истинной радиальной скорости объекта 100 м/с при отношении сигнал-шум 0 дБ для 128 импульсов в пачке. Моделирование показывает, что экстремальное значение коэффициента kz в большей степени превышает среднее значение этого коэффициента, чем аналогичное превышение для энтропии в способе [2].Variant of coefficient dependence
Figure 00000041
vector DLP from the estimated value of the speed shown in Fig.11. The graph is obtained by computer simulation. The estimate of the radial velocity in this example was 100.3 m / s with a true radial velocity of the object of 100 m / s with a signal-to-noise ratio of 0 dB for 128 pulses per burst. Modeling shows that the extreme value of the coefficient k z exceeds the average value of this coefficient to a greater extent than the similar excess for the entropy in the method [2].

Существуют предельные значения уровня шума, ограничивающие применимость предложенного способа. Значение минимального отношения сигнал-шум qmin, при котором допустимо измерение Vp для N=const, определялось при математическом моделировании по 3000 реализациям. В качестве критерия возможности измерения Vp выбиралось выполнение условия, чтобы ошибка измерения в каждом опыте из 3000 не превосходила 10 м/с. В табл.2 приведены значения qmin, соответствующие различному числу импульсов в пачке N.There are limit values of the noise level, limiting the applicability of the proposed method. The value of the minimum signal-to-noise ratio q min , at which the measurement of V p is permissible for N = const, was determined during mathematical modeling using 3000 realizations. As a criterion for the possibility of measuring V p, the fulfillment of the condition was chosen so that the measurement error in each experiment out of 3000 does not exceed 10 m / s. Table 2 shows the q min values corresponding to different numbers of pulses in burst N.

Табл.2.Table 2. Зависимости значения минимального отношения сигнал-шум от количества импульсов в пачке и выбранного способа извлечения информацииDependences of the minimum signal-to-noise ratio on the number of pulses in a packet and the selected method of extracting information NN 6464 128128 256256 512512 10241024 qmin, дБ (Энтропия)q min , dB (Entropy) 55 1,21,2 -1,4-1.4 -3,4-3.4 -5,5-5.5 qmin, дБ (Мультипликативный коэффициент)q min , dB (Multiplicative factor) 33 -0,5-0.5 -2,9-2.9 -4,9-4.9 -7-7 Δqmin, дБ (Разность)Δq min , dB (difference) 22 1,71.7 1,51,5 1,51,5 1,51,5

Анализ таблицы 2 позволяет сделать вывод об уменьшении минимально допустимого отношения сигнал-шум при использовании мультипликативного коэффициента kz в среднем на Δq=1,5-2 дБ. Кроме того, при использовании мультипликативного коэффициента kz повышается точность измерения радиальной скорости Vp. В табл.3 показаны значения среднеквадратического отклонения (СКО) ошибки измерения радиальной скорости в зависимости от количества импульсов в пачке, периода повторения импульсов, отношения сигнал-шум для выбранного способа извлечения информации о радиальной скорости при использовании мультипликативного коэффициента kz.Analysis of table 2 allows us to conclude that the minimum allowable signal-to-noise ratio is reduced when using the multiplicative coefficient k z by an average of Δq = 1.5-2 dB. In addition, when using the multiplicative coefficient k z increases the accuracy of measuring the radial velocity V p . Table 3 shows the standard deviation (RMS) of the measurement error of the radial velocity depending on the number of pulses in the packet, pulse repetition period, signal-to-noise ratio for the selected method of extracting radial velocity information using the multiplicative coefficient k z .

В табл.4 показаны значения среднеквадратического отклонения (СКО) ошибки измерения радиальной скорости в зависимости от количества импульсов в пачке, периода повторения импульсов, отношения сигнал-шум для выбранного способа извлечения информации о радиальной скорости из ДлП при использовании энтропииTable 4 shows the standard deviation (RMS) of the error of measuring the radial velocity depending on the number of pulses in the packet, the pulse repetition period, the signal-to-noise ratio for the selected method of extracting information about the radial velocity from the DLP using entropy

Hz.H z .

Figure 00000042
Figure 00000043
Figure 00000042
Figure 00000043

Сравнительный анализ таблиц 3 и 4 позволяет сделать вывод об уменьшении СКО ошибки измерения скорости при N≤256 на 15-20% при использовании коэффициента kz вместо энтропии (фиг.12). При увеличении числа импульсов уменьшение СКО становится более весомым, достигая в некоторых случаях 50%.A comparative analysis of tables 3 and 4 allows us to conclude that the reduction of the standard deviation of the velocity measurement error at N≤256 by 15-20% when using the coefficient k z instead of entropy (Fig. 12). With an increase in the number of pulses, the decrease in the standard deviation becomes more significant, reaching in some cases 50%.

Предложенный способ легко реализуем и имеет следующие достоинства: повышенная помехоустойчивость (увеличение до 40% по сравнению со способом [2]);The proposed method is easily implemented and has the following advantages: increased noise immunity (increase up to 40% compared to the method [2]);

повышенная точность измерения радиальной скорости (увеличение до 50%) по сравнению с прототипом.increased accuracy of measuring radial velocity (increase up to 50%) compared with the prototype.

Предложенный способ, являясь развитием прототипа [2], является на настоящее время единственно реализуемым для построения систем измерения радиальной скорости цели в радиолокаторах с поимпульсной перестройкой несущей частоты.The proposed method, being the development of the prototype [2], is currently the only one implemented for constructing systems for measuring the radial velocity of a target in radars with pulse-frequency tuning of the carrier frequency.

Предложенный способ может найти применение:The proposed method can find application:

в перспективных радиолокационных комплексах при скоростной селекции цели и построении систем селекции движущихся целей;in promising radar systems with high-speed target selection and the construction of moving target selection systems;

в алгоритмах фазовой фокусировки синтезируемых апертур в задачах радиовидения;in phase focusing algorithms for synthesized apertures in radio-vision problems;

в алгоритмах распознавания воздушных целей по их по радиолокационным изображениям [9,10,11].in algorithms for recognizing aerial targets by their radar images [9,10,11].

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2166772. МПК7 G01S 13/58. Обнаружитель-измеритель многочастотных сигналов. / Попов Д.И., Белокрылов А.Г. Заявка №2000105563. Приоритет 6.03.2000 г. Опубл. 10.05.2001 г.(аналог).1. RF patent No. 2166772. IPC 7 G01S 13/58. Detector-meter of multi-frequency signals. / Popov D.I., Belokrylov A.G. Application No. 2000105563. Priority 6.03.2000 Publ. 05/10/2001 (analog).

2. Патент РФ №2326402. МПК7 G01S 13/58. Способ измерения радиальной скорости воздушной цели в режиме перестройки частоты от импульса к импульсу. / Савостьянов В.А., Майоров Д.А., Митрофанов Д.Г., Прохоркин А.Г. Заявка №2007101537. Приотритет 17.01.2007. Опубл. 10.06.2008 г. БИПМ 2008. №16. Ч.3 с.752 (прототип).2. RF patent №2326402. IPC 7 G01S 13/58. A method of measuring the radial speed of an air target in the frequency tuning mode from pulse to pulse. / Savostyanov V.A., Mayorov D.A., Mitrofanov D.G., Prokhorkin A.G. Application No. 2007101537. Priority 01/17/2007. Publ. 06/10/2008, BIPM 2008. No. 16. Part 3 p.752 (prototype).

3. Майоров Д.А., Савостьянов В.А., Митрофанов Д.Г. Измерение радиальной скорости воздушных объектов в режиме перестройки частоты. // Измерительная техника, 2008. №2. с.43-47.3. Mayorov D.A., Savostyanov V.A., Mitrofanov D.G. Measurement of the radial speed of airborne objects in frequency tuning mode. // Measuring equipment, 2008. No. 2. p. 43-47.

4. Григорин-Рябов В.В. Радиолокационные устройства. - М.: Сов. радио, 1970. - 680 с.4. Grigorin-Ryabov VV Radar devices. - M .: Owls. Radio, 1970 .-- 680 p.

5. Бартон Д.К., Вард Г.Р. Справочник по радиолокационным измерениям. Пер. с англ. / Под ред. М.М.Вейсбейна. - М.: Сов. Радио. 1976. - 392 с.5. Barton D.K., Ward G.R. Handbook of radar measurements. Per. from English / Ed. M.M. Weisbane. - M .: Owls. Radio. 1976.- 392 p.

6. Радиолокационные системы многофункциональных самолетов. Т. 1. РЛС - информационная основа боевых действий многофункциональных самолетов. Системы и алгоритмы первичной обработки радиолокационных сигналов. / Под ред. А.И.Канащенкова и В.И.Меркулова - М.: Радиотехника, 2006. - 656 с.6. Radar systems of multifunctional aircraft. T. 1. Radar - the information basis of the combat operations of multifunctional aircraft. Systems and algorithms for primary processing of radar signals. / Ed. A.I. Kanaschenkov and V.I. Merkulov - M .: Radio engineering, 2006. - 656 p.

7. Справочник по радиолокации. / Под ред. М.И.Сколника. Пер. с англ. - М.: Сов. радио, 1967. Т.1. Основы радиолокации. - 456 с.7. Handbook of radar. / Ed. M.I.Skolnika. Per. from English - M .: Owls. Radio, 1967. Vol. 1. Basics of radar. - 456 p.

8. Справочник по основам радиолокационной техники. / Под ред. Дружинина В.В. - М.: Воениздат, 1967. - 768 с.8. Guide to the basics of radar technology. / Ed. Druzhinina V.V. - M .: Military Publishing House, 1967 .-- 768 p.

9. Патент РФ №2234110. МПК7 G01S 13/89. Способ построения двумерного радиолокационного изображения воздушной цели. / Митрофанов Д. Г., Бортовик В.В. и др. Заявка №2003100255. Приоритет 24.01.2003 г. Опубл. 10.08.2004 г. БИПМ 2004. №22.9. RF patent No. 2234110. IPC 7 G01S 13/89. A method of constructing a two-dimensional radar image of an air target. / Mitrofanov D.G., Bortovik V.V. and other Application No. 2003100255. Priority January 24, 2003 Publ. 08/10/2004, BIPM 2004. No. 22.

10. Митрофанов Д.Г. Комплексный адаптивный метод построения радиолокационных изображений в системах управления двойного назначения. // Известия РАН. Теория и системы управления, 2006. №1. с.101-118.10. Mitrofanov D.G. A comprehensive adaptive method for constructing radar images in dual-purpose control systems. // Proceedings of the RAS. Theory and control systems, 2006. No. 1. p. 101-118.

11. Митрофанов Д.Г., Силаев Н.В. Адаптивный многочастотный способ построения радиолокационного изображения флюктуирующей воздушной цели. // Радиотехника, 2002. №1. с.53-60.11. Mitrofanov D.G., Silaev N.V. An adaptive multi-frequency method for constructing a radar image of a fluctuating air target. // Radio engineering, 2002. No. 1. p. 53-60.

Claims (1)

Способ измерения радиальной скорости воздушной цели в режиме перестройки несущей частоты от импульса к импульсу по случайному закону при пониженном отношении сигнал-шум, заключающийся в том, что количество импульсных сигналов, равное количеству используемых частот излучения, в пачке сигналов с перестройкой частоты выбирают равным 2k, где k - целое число, принимающее значение от 6 до 8, время Δt на излучение пачки сигналов с перестройкой частоты выбирают не более интервала угловой корреляции Тук поворота воздушной цели в полете, составляющего величину 5 мс, используют при излучении импульсов с перестройкой частоты случайный закон изменения частоты, для чего в оперативном запоминающем устройстве формируют последовательность величин частот, используемых в пачке сигналов с перестройкой частоты от f0 до f0+Fпер с шагом Δf=Fпер/(N-1), где f0 - основная несущая частота зондирующего сигнала сантиметрового диапазона, Fпер=150 МГц - диапазон, в котором осуществляется перестройка частоты от импульса к импульсу, N - число используемых частот, распределяют номера частот излучения по случайному закону, при котором время излучения tn импульса на n-й частоте f0+nΔf определяется по формуле
Figure 00000044

где Ти - период повторения импульсов внутри пачки, выбираемый исходя из требования обеспечения однозначности отсчетов по доплеровской частоте во всем диапазоне возможных радиальных скоростей цели;
Figure 00000045
- порядковый номер импульса на n-й частоте, принимающий значение от 1 до N, единожды повторяющееся в пределах пачки сигналов с перестройкой частоты, запоминают порядок использования частот при излучении, с помощью радиолокационной станции в течение интервала времени Δt излучают описанную выше пачку сигналов с перестройкой несущей частоты, принимают отраженные от цели сигналы на n-х частотах, где n - номер частоты сигнала, понижают частоты принимаемых сигналов до промежуточной, выделяют с помощью квадратурных фазовых детекторов квадратурные составляющие принятых сигналов, преобразовывают квадратурные составляющие в цифровую форму с помощью аналого-цифровых преобразователей, преобразовывают каждый отраженный на n-й частоте сигнал в комплексную форму вида
Figure 00000046

где
Figure 00000047
- амплитуда отраженного на n-й частоте сигнала;
Figure 00000048
- фаза отраженного на n-й частоте сигнала;
Figure 00000049
и
Figure 00000050
- значения квадратурных составляющих принятого сигнала на n-й частоте, при понижении частоты принимаемых сигналов до промежуточной учитывают величину добавки nΔf, используемой при излучении сигнала на n-й частоте f0+nΔf, чтобы разность частот принятого на n-й частоте сигнала f0+nΔf+Fд n, где Fд n - доплеровская частотная добавка отраженного сигнала на n-й частоте, обусловленная радиальной скоростью цели, и сигнала гетеродина (f0-fпр)+nΔf всегда определялась только величиной промежуточной частоты fпр и соответствующей величиной доплеровской добавки Fд n, формируют вектор G из N элементов, записывают в n-й элемент вектора G комплексное значение
Figure 00000051
отраженного на n-й частоте сигнала, формируют двумерную матрицу данных D из N строк и Z=2Vp max/dV+1 столбцов, где Vp max - максимально возможная радиальная скорость воздушной цели, выбираемая заблаговременно, dV - интервал дискретизации радиальной скорости, определяющий точность измерения радиальной скорости, записывают в элемент n-й строки z-го столбца матрицы данных D комплексную величину
Figure 00000052
рассчитанную по формуле
Figure 00000053

где
Figure 00000054
- комплексная величина n-го элемента вектора G; z - номер столбца матрицы данных D, получают матрицу данных D1 путем проведения обратного быстрого преобразования Фурье с комплексными векторами данных каждого столбца матрицы данных D, отличающийся тем, что для каждого z-гo столбца матрицы данных D1 рассчитывают коэффициент kz по формуле
Figure 00000055

где
Figure 00000056
- оценка дисперсии амплитуд z-го столбца сформированной матрицы данных D1,
Figure 00000057
- оценка математического ожидания амплитуд z-го столбца сформированной матрицы данных D1,
Figure 00000058
- оценка третьего центрального момента амплитуд z-го столбца сформированной матрицы данных D1, находят номер столбца k соответствующего наибольшему значению коэффициента kz, с помощью найденного значения zmax k определяют оценку радиальной скорости цели
Figure 00000059
по формуле
Figure 00000060

и принимают эту оценку в качестве измеренного значения радиальной скорости воздушной цели.
A method for measuring the radial speed of an air target in the mode of tuning the carrier frequency from pulse to pulse according to a random law with a reduced signal-to-noise ratio, namely, that the number of pulse signals equal to the number of radiation frequencies used in the signal packet with frequency tuning is chosen equal to 2 k , where k is an integer taking a value from 6 to 8, the time Δt for radiation of a signal packet with frequency tuning is chosen no more than the interval of angular correlation T y rotation of an air target in flight, amounting to its value is 5 ms, a random law of frequency change is used when emitting pulses with frequency tuning, for which a sequence of frequency values is used in the random access memory used in a packet of signals with frequency tuning from f 0 to f 0 + F per with step Δf = F per / (N-1), where f 0 is the main carrier frequency of the probe signal of the centimeter range, F lane = 150 MHz is the range in which the frequency is tuned from pulse to pulse, N is the number of frequencies used, the radiation frequency numbers are allocated as new law, in which the radiation time t n of the pulse at the n-th frequency f 0 + nΔf is determined by the formula
Figure 00000044

where T and is the pulse repetition period inside the packet, selected on the basis of the requirement to ensure the uniqueness of the samples at the Doppler frequency in the entire range of possible radial velocities of the target;
Figure 00000045
- the serial number of the pulse at the n-th frequency, taking a value from 1 to N, repeating itself once within the burst of signals with frequency tuning, remember the order in which the frequencies are used for radiation, using the radar station for the time interval Δt emit the burst of signals described above with tuning carrier frequency, receive signals reflected from the target at n-th frequencies, where n is the signal frequency number, reduce the frequency of the received signals to an intermediate one, and quadrature phase detectors are extracted using quadrature phase detectors components of the received signals, convert the quadrature components into digital form using analog-to-digital converters, convert each signal reflected at the nth frequency into a complex form of the form
Figure 00000046

Where
Figure 00000047
- the amplitude of the signal reflected at the nth frequency;
Figure 00000048
- phase of the signal reflected at the nth frequency;
Figure 00000049
and
Figure 00000050
- the values of the quadrature components of the received signal at the nth frequency, when lowering the frequency of the received signals to the intermediate, take into account the value of the addition nΔf used when emitting the signal at the n-th frequency f 0 + nΔf so that the frequency difference of the signal received at the nth frequency is f 0 + nΔf + f d n, where f q n - Doppler frequency of the reflected signal to supplement n-th frequency due to target radial velocity, and the local oscillator signal (f 0 -f pr) + nΔf always determined only by the value of the intermediate frequency f and a corresponding straight the magnitude of the Doppler ext forks F d n , form a vector G of N elements, write the complex value to the nth element of the vector G
Figure 00000051
reflected at the nth frequency of the signal, a two-dimensional data matrix D is formed of N rows and Z = 2V p max / dV + 1 columns, where V p max is the maximum possible radial speed of the air target selected in advance, dV is the sampling interval of the radial speed, determining the accuracy of measuring the radial velocity, write the complex quantity into the element of the nth row of the zth column of the data matrix D
Figure 00000052
calculated by the formula
Figure 00000053

Where
Figure 00000054
is the complex value of the nth element of the vector G; z is the column number of the data matrix D, the data matrix D1 is obtained by performing the inverse fast Fourier transform with complex data vectors of each column of the data matrix D, characterized in that for each z-th column of the data matrix D1 the coefficient k z is calculated by
Figure 00000055

Where
Figure 00000056
- assessment of the variance of the amplitudes of the z-th column of the generated data matrix D1,
Figure 00000057
- assessment of the mathematical expectation of the amplitudes of the z-th column of the generated data matrix D1,
Figure 00000058
- estimate of the third central moment of the amplitudes of the z-th column of the generated data matrix D1, find the column number k corresponding to the largest coefficient k z , using the found value z max k determine the target radial velocity estimate
Figure 00000059
according to the formula
Figure 00000060

and take this estimate as the measured value of the radial speed of the air target.
RU2008148789/09A 2008-12-10 2008-12-10 Method of measuring air target radial velocity in carrier frequency adjustment mode from pulse to pulse in accordance with random law at low signal-to-noise ratio RU2389039C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008148789/09A RU2389039C1 (en) 2008-12-10 2008-12-10 Method of measuring air target radial velocity in carrier frequency adjustment mode from pulse to pulse in accordance with random law at low signal-to-noise ratio

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008148789/09A RU2389039C1 (en) 2008-12-10 2008-12-10 Method of measuring air target radial velocity in carrier frequency adjustment mode from pulse to pulse in accordance with random law at low signal-to-noise ratio

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2389039C1 true RU2389039C1 (en) 2010-05-10

Family

ID=42674030

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008148789/09A RU2389039C1 (en) 2008-12-10 2008-12-10 Method of measuring air target radial velocity in carrier frequency adjustment mode from pulse to pulse in accordance with random law at low signal-to-noise ratio

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2389039C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2576654C1 (en) * 2015-02-16 2016-03-10 Георгий Галиуллович Валеев Radio measuring device for measuring radial velocity of object

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4388622A (en) * 1981-04-15 1983-06-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Double sideband linear frequency modulation system for radar applications
RU2099740C1 (en) * 1996-05-16 1997-12-20 Московский научно-исследовательский институт приборной автоматики Method of selection of information on moving air objects with provision for screening of false route radar information and gear for its implementation
RU2150715C1 (en) * 1999-09-08 2000-06-10 Военно-морской институт радиоэлектроники им. А.С. Попова Process of identification of class of air target
WO2005017553A1 (en) * 2003-07-25 2005-02-24 Raytheon Company An improved process for phase-derived range measurements
RU2273033C2 (en) * 2004-05-13 2006-03-27 Тамбовский военный авиационный инженерный институт Method for determining traveling speed of airborne target at ground-based radiolocation station
US7119732B1 (en) * 2005-12-01 2006-10-10 Raytheon Company Bistatic and multistatic system for space situational awareness
EP1806596A1 (en) * 2005-12-30 2007-07-11 VALEO RAYTHEON SYSTEMS Inc. Method and system for generating a target alert
RU2326402C1 (en) * 2007-01-17 2008-06-10 Дмитрий Геннадьевич Митрофанов Method of measurement of radial speed of air target in the mode of frequency tuning from pulse to pulse

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4388622A (en) * 1981-04-15 1983-06-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Double sideband linear frequency modulation system for radar applications
RU2099740C1 (en) * 1996-05-16 1997-12-20 Московский научно-исследовательский институт приборной автоматики Method of selection of information on moving air objects with provision for screening of false route radar information and gear for its implementation
RU2150715C1 (en) * 1999-09-08 2000-06-10 Военно-морской институт радиоэлектроники им. А.С. Попова Process of identification of class of air target
WO2005017553A1 (en) * 2003-07-25 2005-02-24 Raytheon Company An improved process for phase-derived range measurements
RU2273033C2 (en) * 2004-05-13 2006-03-27 Тамбовский военный авиационный инженерный институт Method for determining traveling speed of airborne target at ground-based radiolocation station
US7119732B1 (en) * 2005-12-01 2006-10-10 Raytheon Company Bistatic and multistatic system for space situational awareness
EP1806596A1 (en) * 2005-12-30 2007-07-11 VALEO RAYTHEON SYSTEMS Inc. Method and system for generating a target alert
RU2326402C1 (en) * 2007-01-17 2008-06-10 Дмитрий Геннадьевич Митрофанов Method of measurement of radial speed of air target in the mode of frequency tuning from pulse to pulse

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2576654C1 (en) * 2015-02-16 2016-03-10 Георгий Галиуллович Валеев Radio measuring device for measuring radial velocity of object

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tian et al. Multiband radar signal coherent fusion processing with IAA and apFFT
RU2326402C1 (en) Method of measurement of radial speed of air target in the mode of frequency tuning from pulse to pulse
Wang Large time-bandwidth product MIMO radar waveform design based on chirp rate diversity
Zhu et al. Mixed mode radar coincidence imaging with hybrid excitation radar array
CN108931766A (en) A kind of non-homogeneous STAP jamming target filtering method based on sparse reconstruct
JP6324327B2 (en) Passive radar equipment
Zheng et al. Radar detection and motion parameters estimation of maneuvering target based on the extended keystone transform (July 2018)
RU2419107C1 (en) Method of selecting moving targets in pulse-wise carrier frequency tuning
RU2439611C1 (en) Radar station with pulse-by-pulse carrier frequency tuning, neural network recognition of objects and inverse antenna aperture synthesis
RU2389039C1 (en) Method of measuring air target radial velocity in carrier frequency adjustment mode from pulse to pulse in accordance with random law at low signal-to-noise ratio
Sedivy et al. Doppler frequency estimation using moving target detection filter bank
Zhang et al. Doppler centroid estimation for multireceiver SAS
JP6164936B2 (en) Radar equipment
RU2293997C1 (en) Method for correlation processing of signals, reflected from fast-moving targets
Pang et al. Acceleration target detection based on LFM radar
Sinitsyn et al. Nonparametric signal processing in noise radar
Berngardt et al. Synthesis of Symmetric Sounding Sequences for Ekaterinburg Coherent Decameter Radar
Artyushenko et al. Measurement error estimation of motion variables for extended objects under changing range conditions
Çotuk et al. Detection of marine noise radars with spectral kurtosis method
Rahayu et al. Sequential-compressive-range azimuth estimation in radar signal processing
RU2815730C1 (en) Method for forming range portrait obtained based on use of signals with frequency tuning, from pulse to pulse, by constructing characteristic of changes in radial speed of air object
RU2808449C1 (en) Method for forming range portrait with increased information content based on the use of signals with frequency tuning from pulse to pulse
Sapronov et al. A method of joint high-precision estimation of range and velocity in a radar using ultra-wideband frequency coded waveforms
RU2792196C1 (en) Method for measuring angular coordinates of moving objects with a doppler station
RU2807331C1 (en) Method for determining range and radial speed of target using pulse-doppler radar station

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20111211