Способ измерения радиальной скорости импульсной радиолокационной станцией

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ИМПУЛЬСНОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИЕЙ(71) Заявитель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(72) Авторы Горшков Сергей Анатольевич Завиженец Виталий Николаевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(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 12317 1 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 П излучаемых импульсов и их числов каждой последующей пачке изменяют таким образом, чтобы выполнялось равенство величин отношения П для каждой -й пачки, гдеизменяют от 1 до . 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, превышающего максимально возможную частоту П 1 П 2 Доплера (д) . Недостатками нониусного способа являются интервала по частоте одн. 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 одн. . 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 (П) и число излучаемых импульсов в каждой из пачеквыбирают таким образом, чтобы для каждой -й пачки отношение П/ было постоянным, когерентно накапливают принятые дискретные сигналы в дпф фильтрах ДПФ (где дпф - 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 П 1, П 2 и П, 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 фильтровна 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 П 1 б) результат обработки дискретного сигнала на частоте повторения П 2 в) результат обработки дискретного сигнала на частоте повторения П 3 г) результат некогерентного накопления отсчетов в одноименных фильтрах на фиг. 4 изображены эпюры, поясняющие суть метода трехточечной параболической интерполяции. 12317 1 2009.08.30 Оценивание однозначной радиальной скорости, согласно изобретению, осуществляется следующим образом. Для каждой изизлучаемых пачек рассчитывается число импульсов 1, , , ,и их частоты повторения П 1, , П, , П таким образом, чтобы обеспечивалось постоянное значение отношения П/ для каждой -й пачки (1). Такой подход обеспечивает равенство полос пропускания фильтров ДПФ (Ф). Принятые сигналыпоступают 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 -й частоте повторения при реализации ДПФ определяются следующим образом, 0 дпф 1, где- номер отсчета в частотной области, соответствующий абсолютным значениям частоты, равным 0, , 2, , (дпф-1)- шаг дискретизации по частоте.дпфдпфОтраженный 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 . В случае превышения полезным сигналом( )2( )порога обнаружения , 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 обнаруженияизрезультаты обработки сигналов через ключевую схему 7 поступают на устройство циклического размножения спектра периодической последовательности 8. Периодичность функции е обуславливает повторение дискретных отсчетов спектра с периодом в дпф отсчетов (или с периодом П по частоте) 3, стр. 63. В связи с этим в устройстве циклического размножения спектра 8 формируется функция правдоподобия( ) .размн(фиг. 2) путем заполнения частотной оси от минимально возможной (минус д) до максимально возможной ( д) частоты Доплера цели дискретными отсчетами спектра (фиг. 3 а, б, в))(размн.( ) , П,где (, ) - остаток от целочисленного деления а над /,д /- целочисленный коэффициент- операция выделения целой части. Результат циклического размножения спектральных отсчетов( )поступает размн на вход некогерентного накопителя в одноименных фильтрах 13. Выходной сигнал устройства 13 соответствует многомодальной ненормированной апостериорной плотности вероятности (фиг. 3 г) 12317 1 2009.08.30 В устройстве оценки однозначной радиальной скорости 14 производится оценивание гл максимума функции правдоподобия и определяется дискретное значение д .частоты настройки фильтра с максимальным выходным сигналом (фиг. 3 г) дгл.. гл Полученное значение частоты настройки фильтра д .является грубой оценкой од нозначной частоты Доплера (фиг. 3 г, фиг. 4). Для получения уточненной оценкиис д пользуется метод трехточечной параболической интерполяции (фиг. 4) с учетом сигналов соседних фильтров дгл., дгл.1, стр. 258 гл гденн (д .) - дискретный отсчет с максимальным значением гл глнн (д .)( нн (д .- значение отсчета, расположенного слева (справа) от максимального. Оцененное значение однозначной частоты д , соответствующее максимуму параболы,пересчитывается в значение радиальной скорости цели. 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 01 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 01 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. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.