ITRM20130290A1 - CONSISTENT RADAR - Google Patents
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Description
RADAR COERENTE COHERENT RADAR
Campo dell’invenzione Field of invention
La presente invenzione si riferisce al settore tecnico dei radar coerenti, ad esempio utilizzabili a bordo delle imbarcazioni o per la sorveglianza marittima dalla costa. Tali apparati sono chiamati indifferentemente radar marittimi (marine radar in inglese) oppure radar di navigazione. Altri utilizzi per radar coerenti possono essere previsti, ad esempio, su autoveicoli con funzione di anticollisione e/o di controllo del veicolo. The present invention refers to the technical field of coherent radars, for example usable on board boats or for maritime surveillance from the coast. These devices are indifferently called maritime radar (marine radar in English) or navigation radar. Other uses for coherent radars can be envisaged, for example, on motor vehicles with anti-collision and / or vehicle control functions.
Stato della tecnica State of the art
La localizzazione con onde elettromagnetiche di natanti, ed in generale di mezzi mobili o di ostacoli, per scopi di sorveglianza e navigazione à ̈ una tecnica antica, che risale agli inizi del secolo scorso, e, come noto, il principale sistema utilizzato per rivelare e localizzare oggetti a distanza anche assai grandi (centinaia di km) à ̈ il radar, che illumina tali oggetti con segnali elettromagnetici di alta potenza e analizza il segnale di ritorno (eco radar). Da oltre mezzo secolo le imbarcazioni utilizzano apparati radar per la navigazione in condizioni di limitata visibilità (nebbia, ore notturne) e per la localizzazione di bersagli di superficie. Tali apparati sono essenziali per la rivelazione e la localizzazione di natanti e di ostacoli di varia natura, e indispensabili per una navigazione sicura, in particolare di notte e/o con nebbia. Radar di simile costruzione sono anche utilizzati per sorvegliare le imbarcazioni da postazione costiera, principalmente per la gestione del traffico navale, oggi necessaria nei cosiddetti Vessel Traffic Services (VTS) oppure per il Vessel Traffic Management Information System (VTMIS). The localization with electromagnetic waves of boats, and in general of mobile vehicles or obstacles, for surveillance and navigation purposes is an ancient technique, which dates back to the beginning of the last century, and, as is known, the main system used to detect and locating objects even at a very large distance (hundreds of km) is the radar, which illuminates these objects with high-power electromagnetic signals and analyzes the return signal (echo radar). For over half a century, boats have used radar equipment for navigation in conditions of limited visibility (fog, night hours) and for locating surface targets. These devices are essential for the detection and localization of vessels and obstacles of various kinds, and indispensable for safe navigation, in particular at night and / or in fog. Radars of a similar construction are also used to monitor boats from a coastal position, mainly for the management of ship traffic, now necessary in the so-called Vessel Traffic Services (VTS) or for the Vessel Traffic Management Information System (VTMIS).
Un quadro generale di questi apparati e dei sistemi che li utilizzano à ̈ presentato in due volumi: An overview of these devices and the systems that use them is presented in two volumes:
- “Target Detection by Marine Radar†di J.N. Briggs, IEE Radar, Sonar and Navigation Series 16, The Institute of Electrical Engineers, London, 2004; - â € œTarget Detection by Marine Radarâ € by J.N. Briggs, IEE Radar, Sonar and Navigation Series 16, The Institute of Electrical Engineers, London, 2004;
- “Radar and ARPA Manual†di A. Bole, B. Dineley e A. Wall, Elsevier, Second Edition, 2005. - â € œRadar and ARPA Manualâ € by A. Bole, B. Dineley and A. Wall, Elsevier, Second Edition, 2005.
Gli apparati radar di navigazione con trasmettitore a magnetron, notevolmente i più diffusi, operano con durata dell’impulso da un minimo variabile tra 0,055 µs e 0,08 µs (con risoluzione nominale in distanza tra 8m e 12m) con un massimo dell’ordine del µs, ad esempio 0,9 µs. I valori della frequenza di ripetizione degli impulsi (impulsi/s) e della durata dell’impulso (s) dipendono dal fondo scala impostato, e il loro prodotto à ̈ mantenuto circa costante in maniera da rispettare il vincolo del ciclo di lavoro del trasmettitore, dell’ordine di poche unità su diecimila: il ricetrasmettitore trasmette per la frazione (cosiddetto duty cycle) 0,0002 – 0,0007 del tempo, come ordine di grandezza, e riceve per la restante frazione del tempo. The radar navigation equipment with magnetron transmitter, considerably the most widespread, operate with a pulse duration from a minimum variable between 0.055 µs and 0.08 µs (with nominal resolution in a distance between 8m and 12m) with a maximum of ™ order of µs, for example 0.9 µs. The values of the repetition frequency of the impulses (impulses / s) and the duration of the impulse (s) depend on the set full scale, and their product is kept approximately constant in order to respect the constraint of the duty cycle of the transmitter. , of the order of a few units out of ten thousand: the transceiver transmits for the fraction (so-called duty cycle) 0.0002 - 0.0007 of the time, as an order of magnitude, and receives for the remaining fraction of the time.
Recentemente sono stati proposti sul mercato dei radar di navigazione basati su trasmettitori allo stato solido, con potenze di picco tra 170 e 250 W (valori ben più bassi dei ricetrasmettitori a magnetron, e durate dell’impulso molto maggiori), con valori del duty cycle dell’ordine del 10-13%, cioà ̈ da 200 a 500 volte quello tipico dei radar a magnetron. Si nota che tra la tecnica “stato solido†e la tecnica “magnetron†l’energia emessa sul bersaglio rimane sostanzialmente invariata, poiché la minore potenza di picco dell’impulso à ̈ compensata dalla sua maggiore durata, oltre che dal guadagno d’integrazione coerente degli impulsi nel tempo d’illuminazione. Navigation radars based on solid state transmitters have recently been proposed on the market, with peak powers between 170 and 250 W (much lower values than magnetron transceivers, and much longer pulse durations), with duty values cycle of the order of 10-13%, that is from 200 to 500 times that typical of magnetron radar. It is noted that between the `` solid state '' technique and the `` magnetron '' technique, the energy emitted on the target remains substantially unchanged, since the lower peak power of the impulse is compensated by its longer duration, as well as from the gain of coherent integration of the impulses in the time of illumination.
Un noto problema posto dai radar di navigazione à ̈ quello della loro mutua interferenza, dovuta al gran numero di unità navali equipaggiate con questi apparati e al fatto che essi operano, per normativa internazionale, in alcune, relativamente strette, bande di frequenza. Gli apparati in banda S (utilizzati principalmente in caso di pioggia e, insieme alla banda X, da imbarcazioni mediograndi) operano da 3020 a 3080 MHz, e gli apparati in banda X, largamente utilizzati anche da piccole imbarcazioni, operano da 9300 a 9500 MHz. Quello dell’interferenza à ̈ un problema che ha portato ad alcune norme internazionali, relative ai radar di navigazione, che hanno fatto crescere il costo degli apparati senza un diretto beneficio per il singolo utente. Si tratta di una norma del 2003 per la “riduzione delle emissioni fuori banda e sui lobi laterali dello spettro†e di una norma del 2006 par la “riduzione delle emissioni spurie†. Fino ad oggi i radar per uso marittimo si sono difesi dalle interferenze di radar omologhi sfruttando proprio il limitato “duty cycle†. Infatti, anche alla presenza di un gran numero di radar in visibilità , se, come avviene di solito, la frequenza di ripetizione degli impulsi à ̈ diversa da apparato ad apparato, con temporizzazioni di emissione diversificate, gli impulsi dei radar disturbanti vengono a trovarsi in posizioni tali da non essere integrati nel processo azimutale, e possono essere soppressi in tale processo. Questo rimedio risulterà non più valido quando verranno installati numerosi radar marittimi allo stato solido che, come illustrato, avranno valori del duty cycle da 200 a 500 volte maggiori dell’attuale. A known problem posed by navigation radars is that of their mutual interference, due to the large number of naval units equipped with these devices and to the fact that they operate, by international law, in some relatively narrow frequency bands. The devices in the S band (mainly used in case of rain and, together with the X band, by medium-large boats) operate from 3020 to 3080 MHz, and the devices in the X band, also widely used by small boats, operate from 9300 to 9500 MHz Interference is a problem that has led to some international standards, relating to navigation radars, which have increased the cost of the equipment without a direct benefit for the individual user. This is a 2003 standard for the â € œreduction of out-of-band and side-lobe emissions of the spectrumâ € and a 2006 standard for the â € œreduction of spurious emissionsâ €. Up to now, maritime radars have defended themselves from the interference of homologous radars by exploiting the limited â € œduty cycleâ €. In fact, even in the presence of a large number of visible radars, if, as usually happens, the repetition frequency of the impulses differs from apparatus to apparatus, with different emission timings, the impulses of the disturbing radars are found in positions that are not integrated into the azimuth process, and can be suppressed in that process. This remedy will no longer be valid when numerous solid state marine radars are installed which, as illustrated, will have duty cycle values from 200 to 500 times greater than the current one.
E’ pertanto sentita l’esigenza di realizzare un radar innovativo capace di superare i suddetti inconvenienti. The need is therefore felt to create an innovative radar capable of overcoming the aforementioned drawbacks.
Sommario dell’invenzione Summary of the invention
Scopo primario della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un radar di tipo coerente che permette la trasmissione di forme d’onda pseudocasuali, di tipo rumoroso, non prevedibili da un osservatore esterno, generata con tecniche numeriche “digitali†. The primary purpose of the present invention is that of realizing a coherent type radar that allows the transmission of noisy pseudorandom wave forms, unpredictable by an external observer, generated with â € œdigitalâ € numerical techniques.
Un altro scopo dell’invenzione à ̈ quello di prevedere un relativo processo di sintesi di forme d’onda pseudocasuali “ortogonali†in un numero praticamente illimitato. Attribuendone ciascuna di queste forme d’onda a un diverso radar si riduce di due o tre ordini di grandezza l’effetto di mutuo disturbo. Another purpose of the invention is to foresee a relative process of synthesis of “orthogonal” pseudorandom waveforms in a practically unlimited number. By attributing each of these waveforms to a different radar, the mutual disturbance effect is reduced by two or three orders of magnitude.
In questa descrizione le forme d’onda pseudo-casuali, trasmesse dai radar oggetto dell’invenzione, sono definite “ortogonali†quando la funzione di mutua correlazione à ̈ prossima a zero, cioà ̈ ha valori di almeno due o tre ordini di grandezza inferiori rispetto all’autocorrelazione di ciascuna di esse. In this description the pseudo-random waveforms, transmitted by the radar object of the invention, are defined as â € œorthogonalâ € when the mutual correlation function is close to zero, that is, it has values of at least two or three orders smaller than the autocorrelation of each of them.
La presente invenzione, pertanto, si propone di raggiungere gli scopi sopra discussi realizzando un radar coerente che presenta le caratteristiche della rivendicazione 1. The present invention therefore proposes to achieve the objects discussed above by producing a coherent radar which has the characteristics of claim 1.
Un secondo aspetto della presente invenzione prevede un processo di sintesi di forme d’onda pseudo-casuali, che vengono trasmesse dal suddetto radar. Tale processo comprende gli stadi della rivendicazione 9. A second aspect of the present invention provides for a process of synthesis of pseudo-random waveforms, which are transmitted by the aforementioned radar. This process comprises the steps of claim 9.
Come appena introdotto, i problemi sopra descritti sono superati, nella presente invenzione, utilizzando per la trasmissione radar forme d’onda pseudo-casuali, secondo un concetto che, nelle applicazioni militari, à ̈ noto come quello dei Noise Radar, apparati che emettono segnali di tipo pseudo casuale. Con questo metodo di trasmissione, grazie alle caratteristiche delle forme d’onda emesse, à ̈ assai difficile intercettare tali radar e quindi localizzarli e ostacolarne il funzionamento. La presente invenzione ha per oggetto un sistema radar di nuova concezione che, insieme ad altri concetti, utilizza, migliorandone le prestazioni, il concetto del Noise Radar già noto per applicazioni militari, ampliandone le capacità e le applicazioni. Nella presente invenzione le forme d’onda pseudo-casuali sono utilizzate non allo scopo di rendere difficile l’intercettazione del radar, cosa che non ha alcun pratico interesse nel campo dei radar civili, ma per minimizzare l’interferenza mutua dei numerosi radar presenti in uno specchio d’acqua o nel traffico stradale sfruttando la mutua ortogonalità di dette forme d’onda pseudocasuali. As just introduced, the problems described above are overcome, in the present invention, by using pseudo-random waveforms for radar transmission, according to a concept that, in military applications, is known as that of Noise Radar, devices that emit pseudo-random signals. With this method of transmission, thanks to the characteristics of the waveforms emitted, it is very difficult to intercept these radars and therefore locate them and hinder their operation. The present invention relates to a newly conceived radar system which, together with other concepts, uses, improving its performance, the concept of the Noise Radar already known for military applications, expanding its capabilities and applications. In the present invention the pseudo-random waveforms are used not for the purpose of making radar interception difficult, which has no practical interest in the field of civil radars, but to minimize the mutual interference of numerous radar present in a stretch of water or in road traffic by exploiting the mutual orthogonality of these pseudorandom waveforms.
Nel paragrafo precedente à ̈ stato mostrato che, una volta completato il passaggio - già in fase di avvio - dalla tecnologia a magnetron a quella con trasmettitore allo stato solido, i fenomeni interferenti avranno una rilevanza da 200 a 500 volte maggiore, rendendo difficile se non impossibile l’uso del radar in ambienti di denso traffico, proprio quelli in cui il radar à ̈ maggiormente necessario. E’ noto agli esperti del settore che in un sistema di radar i segnali interferenti possono essere separati, e possibilmente neutralizzati, con una o più di queste tecniche note: (a) mediante filtri, sfruttando la differenza di frequenza (più esattamente, la differente occupazione di banda); (b) sfruttando la differenza spaziale mediante antenne fortemente direttive e lobi laterali molto bassi, oppure con un filtraggio d’antenna mediante array processing; (c) sfruttando la differenza dei tempi di emissione dei diversi radar. La soluzione (c), come già illustrato, viene comunemente praticata nei radar marittimi che, attualmente dotati di magnetron, trasmettono impulsi molto brevi (di durata tipicamente sotto il microsecondo). Tuttavia detta soluzione non avrà efficacia sufficiente nel caso di radar a stato solido, con impulsi centinaia di volte più lunghi. La soluzione (a) à ̈ poco praticabile e comunque di limitato vantaggio data la ristretta gamma di frequenze (9300-9500 MHz) disponibile, come già illustrato. Infine la soluzione (b), tipica dei radar militari, non à ̈ adatta alla specifica applicazione per evidenti ragioni di complessità e costo. In the previous paragraph it was shown that, once the transition from magnetron technology to solid state transmitter technology is completed - already in the start-up phase - the interfering phenomena will have a significance from 200 to 500 times greater, making it difficult if not it is impossible to use radar in dense traffic environments, precisely those where radar is most needed. It is known to those skilled in the art that in a radar system the interfering signals can be separated, and possibly neutralized, with one or more of these known techniques: (a) by means of filters, exploiting the frequency difference (more precisely, the different band occupation); (b) exploiting the spatial difference by means of strongly directing antennas and very low lateral lobes, or with an antenna filtering by means of array processing; (c) exploiting the difference in the emission times of the different radars. The solution (c), as already illustrated, is commonly practiced in maritime radars which, currently equipped with magnetron, transmit very short pulses (typically lasting under one microsecond). However, this solution will not be sufficiently effective in the case of solid state radar, with pulses hundreds of times longer. Solution (a) is impractical and in any case of limited advantage given the limited frequency range (9300-9500 MHz) available, as already illustrated. Finally, solution (b), typical of military radars, is not suitable for the specific application for obvious reasons of complexity and cost.
Nell’ambito della presente invenzione si utilizza, quindi, una quarta soluzione basata sull’ortogonalità dei segnali pseudo-casuali trasmessi dalla nuova famiglia di radar oggetto della presente invenzione. E’ noto (vedere ad esempio il libro “Il rumore elettrico - dalla fisica alla progettazione†di G.V. Pallottino, edito da Spinger Verlag Italia, 2011) che un rumore (ottenibile ad esempio per filtraggio del rumore termico), che occupa un intervallo di frequenze (banda) B ed ha durata T, ha una funzione di autocorrelazione di durata 2T ed un picco a ritardo zero di ampiezza proporzionale al prodotto BT e larghezza, o tempo di decorrelazione, 1/B. I lobi casuali fuori dalla zona del picco hanno ampiezza media - bassa rispetto al picco, decrescente con la distanza dal picco. Segmenti di rumore di durata T, con T>>1/B, presi a tempi disgiunti costituiscono forme d’onda con una mutua correlazione molto più bassa della autocorrelazione di ciascuno di esse, e tendente a zero quando T tende a infinito. E’ quindi possibile generare forme d’onda concettualmente ortogonali nel senso detto sopra, in un numero sostanzialmente illimitato. Attribuendone ciascuna forma d’onda a un diverso radar, si riduce l’effetto di mutuo disturbo di due o tre ordini di grandezza. In the context of the present invention, therefore, a fourth solution is used based on the orthogonality of the pseudo-random signals transmitted by the new family of radars object of the present invention. It is known (see for example the book â € œThe electrical noise - from physics to designâ € by G.V. Pallottino, published by Spinger Verlag Italia, 2011) that a noise (obtainable for example by filtering thermal noise), which occupies a frequency interval (band) B and has duration T, has an autocorrelation function of duration 2T and a zero delay peak of amplitude proportional to the product BT and width, or decorrelation time, 1 / B. Random lobes outside the peak zone have low - medium amplitude relative to the peak, decreasing with distance from the peak. Noise segments of duration T, with T >> 1 / B, taken at disjoint times constitute waveforms with a mutual correlation much lower than the autocorrelation of each of them, and tending to zero when T tends to infinity. It is therefore possible to generate conceptually orthogonal waveforms in the sense mentioned above, in a substantially unlimited number. By attributing each waveform to a different radar, the mutual disturbance effect is reduced by two or three orders of magnitude.
In una forma di realizzazione della presente invenzione si preferisce utilizzare forme d’onda pseudocasuali opportunamente generate e registrate su una memoria di massa, ad esempio un disco rigido. Il numero di dette forme d’onda pseudocasuali varia con la particolare applicazione del radar dell’invenzione e può agevolmente raggiungere valori dell’ordine delle decine o centinaia di miliardi, ampiamente compatibili con le normali capacità dei dischi rigidi. Questi numeri sono tali che la probabilità che due radar si trovino per caso a trasmettere la stessa sequenza in modo sincrono à ̈ dell’ordine di uno a dieci milioni o anche inferiore. In an embodiment of the present invention it is preferred to use pseudorandom waveforms suitably generated and recorded on a mass memory, for example a hard disk. The number of said pseudorandom waveforms varies with the particular application of the radar of the invention and can easily reach values of the order of tens or hundreds of billions, largely compatible with the normal capacities of hard disks. These numbers are such that the probability that two radars accidentally find themselves transmitting the same sequence synchronously is of the order of one to ten million or even less.
Vantaggiosamente il radar e il processo dell’invenzione permettono di ottenere: - un rapporto picco-lobi della funzione di autocorrelazione sufficientemente alto (dell’ordine di 35 dB o anche superiore in dipendenza della particolare configurazione) per evitare il mascheramento di oggetti piccoli vicini ad un bersaglio principale; Advantageously, the radar and the process of the invention allow to obtain: - a sufficiently high peak-lobe ratio of the autocorrelation function (of the order of 35 dB or even higher depending on the particular configuration) to avoid masking of small objects close to a main target;
- una mutua correlazione sufficientemente bassa (25 dB o anche meno rispetto al picco dell’autocorrelazione) per limitare a valori tollerabili, non superiori a quello degli attuali radar a magnetron, il disturbo dovuto ad altri radar presenti nel teatro operativo; - a sufficiently low mutual correlation (25 dB or even less with respect to the autocorrelation peak) to limit the disturbance due to other radars present in the operating theater to tolerable values, not higher than that of current magnetron radars;
- un fattore di picco (rapporto tra potenza di picco e potenza media, o equivalentemente tra ampiezza di picco ed ampiezza media) prossimo o uguale all’unità per sfruttare al massimo le capacità del trasmettitore allo stato solido, facendolo lavorare in regime di saturazione. Questo à ̈ particolarmente vantaggioso per la localizzazione a grande distanza con trasmissione di impulso lungo. - a peak factor (ratio between peak power and average power, or equivalently between peak amplitude and average amplitude) close to or equal to the unit to make the most of the capacities of the solid state transmitter, making it work in saturation regime . This is particularly advantageous for long distance localization with long pulse transmission.
Il generatore digitale di forme d’onda del radar dell’invenzione opera in maniera ricorsiva, generando anzitutto dei numeri pseudocasuali indipendenti, filtrandoli in maniera passa-basso ottenendo una densità spettrale tale da occupare un definito intervallo di frequenze, applicando una trasformazione non lineare senza memoria per rendere circa uguale all’unità il fattore di picco, ed iterando il procedimento per un numero di passi predefinito, atto a raggiungere un adeguato grado di convergenza, dopo il quale la sequenza di coppie numeriche viene passata ad un blocco di registrazione e selezione. The digital waveform generator of the radar of the invention operates in a recursive manner, first of all generating independent pseudorandom numbers, filtering them in a low-pass manner, obtaining a spectral density such as to occupy a defined range of frequencies, applying a transformation not linear without memory to make the peak factor approximately equal to unity, and by iterating the procedure for a predefined number of steps, designed to reach an adequate degree of convergence, after which the sequence of numeric pairs is passed to a block of registration and selection.
Le forme d’onda da trasmettere contenute nella memoria del radar sono preventivamente selezionate in detto blocco di registrazione e selezione, allo scopo di ottenere un rapporto picco-lobi della funzione di autocorrelazione di almeno 35 dB ed il minimo valore possibile nella funzione di mutua correlazione, indicativamente inferiore a 25 dB sotto il picco dell’autocorrelazione, minimizzando i falsi bersagli e le interferenze tra radar operanti nello stesso ambiente. The waveforms to be transmitted contained in the radar memory are previously selected in said recording and selection block, in order to obtain a peak-lobe ratio of the autocorrelation function of at least 35 dB and the minimum possible value in the mutual function. correlation, approximately less than 25 dB below the autocorrelation peak, minimizing false targets and interference between radars operating in the same environment.
Le rivendicazioni dipendenti descrivono forme di realizzazione preferite dell’invenzione. The dependent claims describe preferred embodiments of the invention.
Breve descrizione delle figure Brief description of the figures
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, di un radar, illustrato a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio delle unite tavole di disegno in cui: Further characteristics and advantages of the invention will become more evident in the light of the detailed description of a preferred, but not exclusive, embodiment of a radar, illustrated by way of non-limiting example, with the aid of the attached drawing tables in which:
la Fig. 1 rappresenta uno schema generale del radar oggetto della presente invenzione, con illustrazione dei segnali in esso scambiati; Fig. 1 represents a general diagram of the radar object of the present invention, with an illustration of the signals exchanged therein;
la Figura 2 rappresenta uno schema di un modulatore coerente, parte del radar della presente invenzione; Figure 2 represents a schematic of a coherent modulator, part of the radar of the present invention;
la Figura 3 rappresenta uno schema di un demodulatore coerente, parte del radar della presente invenzione; Figure 3 represents a schematic of a coherent demodulator, part of the radar of the present invention;
la Figura 4 rappresenta uno schema di generazione delle forma d’onda che sono trasmesse dal radar della presente invenzione. Figure 4 represents a diagram of generation of the waveforms which are transmitted by the radar of the present invention.
Gli stessi numeri di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti. The same reference numbers in the figures identify the same elements or components.
Descrizione in dettaglio di una forma di realizzazione preferita dell’invenzione Con riferimento alla Figure à ̈ rappresentata una prima forma di realizzazione di un radar coerente secondo l’invenzione. Tale radar, oggetto della presente invenzione, comprende: Detailed description of a preferred embodiment of the invention With reference to the Figure, a first embodiment of a coherent radar according to the invention is shown. This radar, object of the present invention, comprises:
- un generatore digitale 1 di forme d’onda pseudo-casuali in forma di sequenze di prime coppie numeriche I, Q (in fase e in quadratura); - a digital generator 1 of pseudo-random waveforms in the form of sequences of first numerical pairs I, Q (in phase and in quadrature);
- una memoria di massa 2, ad esempio un disco rigido, atta alla registrazione su di essa di almeno una selezione di dette sequenze di prime coppie numeriche I, Q che rappresentano, e consentono di generare, segnali analogici ricadenti nella gamma di frequenze di lavoro del radar ed idonei alla trasmissione da parte del radar stesso; - a mass memory 2, for example a hard disk, suitable for recording on it at least a selection of said sequences of first numerical pairs I, Q which represent, and allow to generate, analog signals falling within the range of working frequencies radar and suitable for transmission by the radar itself;
- un ricetrasmettitore coerente comprendente a sua volta - a coherent transceiver comprising in turn
- un modulatore coerente 3, atto a ricevere detta almeno una selezione delle sequenze di prime coppie numeriche I, Q, lette dalla memoria di massa 2, ed a generare rispettivi segnali analogici; - a coherent modulator 3, adapted to receive said at least one selection of the sequences of first numerical pairs I, Q, read from the mass memory 2, and to generate respective analog signals;
- un amplificatore di potenza 4 per amplificare detti segnali analogici; - a power amplifier 4 for amplifying said analog signals;
- almeno un’antenna 6 per trasmettere detti segnali analogici e ricevere segnali analogici riflessi da uno o più bersagli radar; - at least one antenna 6 for transmitting said analog signals and receiving analog signals reflected from one or more radar targets;
- un demodulatore coerente 7 atto a ricevere detti segnali analogici riflessi ed a generare segnali digitali, rappresentativi di detti segnali analogici riflessi, in forma di sequenze di seconde coppie numeriche I’, Q’; - a coherent demodulator 7 adapted to receive said reflected analog signals and to generate digital signals, representative of said reflected analog signals, in the form of sequences of second numerical pairs Iâ € ™, Qâ € ™;
- un sintetizzatore 8 di frequenza atto a generare frequenze di riferimento fc, fsutilizzate dal modulatore coerente 3 e dal demodulatore coerente 7; - a frequency synthesizer 8 adapted to generate reference frequencies fc, used by the coherent modulator 3 and by the coherent demodulator 7;
- un ricevitore 9 del tipo a correlazione digitale per calcolare la funzione di mutua correlazione tra detta selezione di sequenze di prime coppie numeriche I, Q e dette sequenze di seconde coppie numeriche I’, Q’, idoneo a rilevare i bersagli radar e determinarne la distanza. - a receiver 9 of the digital correlation type for calculating the mutual correlation function between said selection of sequences of first numerical pairs I, Q and said sequences of second numerical pairs Iâ € ™, Qâ € ™, suitable for detecting radar targets and determine its distance.
Detto ricevitore 9 esegue, in sostanza, una correlazione digitale tra le forme d’onda pseudo-casuali trasmesse e le forme d’onda pseudo-casuali ricevute, per calcolare la funzione di correlazione tra l’eco elettromagnetico causato dal bersaglio radar ed un riferimento costituito dalla replica della forma d’onda trasmessa sul bersaglio stesso. Said receiver 9 essentially performs a digital correlation between the pseudo-random waveforms transmitted and the pseudo-random waveforms received, to calculate the correlation function between the electromagnetic echo caused by the radar target and a reference constituted by the replica of the waveform transmitted on the target itself.
Quando in un certo ambiente di traffico navale, stradale o similare à ̈ presente una pluralità di radar secondo l’invenzione, i segnali trasmessi da detti radar sono di tipo pseudo-casuale, variabili nel tempo e diversi da radar a radar, e progettati in modo tale da evitare il più possibile mutue interferenze tra detta pluralità di radar operanti nello stesso ambiente. When a plurality of radars according to the invention is present in a certain environment of naval, road or similar traffic, the signals transmitted by said radars are of the pseudo-random type, variable in time and different from radar to radar, and designed in such a way as to avoid as much as possible mutual interference between said plurality of radars operating in the same environment.
Vantaggiosamente il generatore digitale 1 di forme d’onda pseudo-casuali, che in una variante preferita può invece non far parte del radar, ossia essere un componente distinto ed esterno al radar, comprende in successione: Advantageously, the digital generator 1 of pseudo-random waveforms, which in a preferred variant may instead not be part of the radar, ie be a distinct component external to the radar, comprises in succession:
- un elaboratore 32 per generare le sequenze di prime coppie numeriche I, Q con i ben noti metodi numerici di generazione di numeri pseudo-casuali incorrelati; - a processor 32 for generating the sequences of first numerical pairs I, Q with the well known numerical methods of generating uncorrelated pseudo-random numbers;
- un filtro passa-basso 33 atto a trasformare linearmente dette sequenze di prime coppie numeriche I, Q per correlare dette prime coppie definendo uno spettro di potenza di dette sequenze di prime coppie numeriche, considerato a valle di detta trasformazione, tale da renderle rappresentative di un segnale analogico contenuto nella gamma di frequenze di lavoro del radar, detto filtro passa-basso 33 fornendo in uscita sequenze di terze coppie numeriche in fase ed in quadratura I1, Q1; - a low-pass filter 33 adapted to linearly transform said sequences of first numeric pairs I, Q to correlate said first pairs by defining a power spectrum of said sequences of first numeric pairs, considered downstream of said transformation, such as to make them representative of an analog signal contained in the range of operating frequencies of the radar, said low-pass filter 33 providing at the output sequences of third numeric pairs in phase and in quadrature I1, Q1;
- mezzi 34 di trasformazione non lineare senza memoria (ZMNL) di dette sequenze di terze coppie numeriche I1, Q1per produrre sequenze di quarte coppie numeriche I2, Q2caratterizzate da un fattore di picco prossimo o uguale a 1 ed inviare dette sequenze di quarte coppie numeriche I2, Q2nuovamente a detto filtro passa-basso 33 fino a che sussiste la condizione n<N, dove n à ̈ il numero di iterazioni corrente ed N à ̈ un valore predefinito sufficiente a raggiungere una convergenza del processo iterativo, oppure inviare per n=N dette sequenze di quarte coppie numeriche I2, Q2ad un blocco di registrazione e selezione 36; - means 34 for the non-linear transformation without memory (ZMNL) of said sequences of third numerical pairs I1, Q1 to produce sequences of fourth numerical pairs I2, Q2 characterized by a peak factor close to or equal to 1 and to send said sequences of fourth numerical pairs I2 , Q2 again to said low-pass filter 33 as long as the condition n <N exists, where n is the current number of iterations and N is a predefined value sufficient to reach a convergence of the iterative process, or send for n = N said sequences of fourth numerical pairs I2, Q2 to a registration and selection block 36;
- detto blocco di registrazione e selezione 36 essendo atto a registrare e selezionare un sottoinsieme di dette sequenze di quarte coppie numeriche I2, Q2caratterizzato da valori di almeno 35 dB del rapporto picco/lobi della funzione di autocorrelazione e valori della funzione di mutua correlazione inferiori di almeno 25 dB rispetto al picco della funzione di autocorrelazione, detto sottoinsieme di dette sequenze di quarte coppie numeriche I2, Q2definendo la suddetta almeno una selezione di sequenze di prime coppie numeriche I, Q. - said recording and selection block 36 being adapted to record and select a subset of said sequences of fourth numerical pairs I2, Q2 characterized by values of at least 35 dB of the peak / lobe ratio of the autocorrelation function and values of the mutual correlation function lower than at least 25 dB with respect to the peak of the autocorrelation function, called subset of said sequences of fourth numerical pairs I2, Q2 defining the aforementioned at least one selection of sequences of first numerical pairs I, Q.
A valle del ricevitore 9 del tipo a correlazione digitale, o semplicemente correlatore digitale 9, sono previsti filtri Doppler 10 per separare i bersagli radar, tra di loro e dai disturbi ambientali, a diverse velocità radiali. Su ogni filtro Doppler 10 à ̈ applicato un sistema di soglie 11 atto a rilevare i bersagli radar di interesse. Downstream of the receiver 9 of the digital correlation type, or simply digital correlator 9, Doppler filters 10 are provided to separate the radar targets, from each other and from environmental disturbances, at different radial speeds. A system of thresholds 11 is applied to each Doppler filter 10 to detect the radar targets of interest.
Lo schema complessivo del radar dell’invenzione à ̈ mostrato in Figura 1. Le sequenze numeriche generate dal generatore digitale 1 sono registrate nella memoria di massa 2 sotto forma di campioni “in fase†e “in quadratura†, cioà ̈ come coppie I, Q nella rappresentazione ben nota agli esperti di trattamento numerico dei segnali e dei radar (vedere ad esempio il testo “Teoria e Tecnica Radar†di G. Galati, edizioni Texmat, Roma, 2009). Dette sequenze di coppie numeriche I, Q, lette dalla memoria 2, sono inviate al modulatore coerente 3 la cui uscita, che à ̈ il segnale analogico da trasmettere, à ̈ inviata all’amplificatore di potenza 4 e, in una prima variante preferita che utilizza la stessa antenna 6 sia per trasmettere che per ricevere, al duplexer 5 ed infine a detta antenna 6. In una seconda variante (non illustrata) non à ̈ previsto il duplexer ma sono previste due antenne: una prima antenna trasmittente ed una seconda antenna ricevente. The overall scheme of the radar of the invention is shown in Figure 1. The numerical sequences generated by the digital generator 1 are recorded in the mass memory 2 in the form of `` in phase '' and `` quadrature '' samples, i.e. as pairs I, Q in the representation well known to experts in numerical processing of signals and radar (see for example the text â € œTheory and Radar Techniqueâ € by G. Galati, Texmat editions, Rome, 2009). Said sequences of numerical pairs I, Q, read from memory 2, are sent to the coherent modulator 3 whose output, which is the analog signal to be transmitted, is sent to the power amplifier 4 and, in a first preferred variant which uses the same antenna 6 to both transmit and receive, to the duplexer 5 and finally to said antenna 6. In a second variant (not shown) the duplexer is not provided but two antennas are provided: a first transmitting antenna and a second receiving antenna.
In fase di ricezione l’eco del bersaglio, ossia il segnale analogico riflesso, captato dall’antenna 6 viene inviato al demodulatore coerente 7. Il demodulatore 7 ed il modulatore 3, come ben noto agli esperti del settore, utilizzano delle frequenze di riferimento che, in numero di due (fs, fc) nella realizzazione preferita, sono generate dal sintetizzatore 8, che comprende un oscillatore ad alta stabilità ed opportuni circuiti di moltiplicazione e somma delle frequenze. L’uscita del demodulatore coerente 7 à ̈ costituita da segnali digitali, rappresentativi dei segnali analogici riflessi, in forma di una sequenza di seconde coppie numeriche I’, Q’ che viene inviata al correlatore digitale 9. In esso viene eseguito il calcolo della correlazione delle sequenze di coppie I’, Q’ con le sequenze di coppie I, Q lette dalla memoria 2. Com’à ̈ noto agli esperti di radar, la correlazione realizza un filtraggio adattato alla forma d’onda trasmessa e permette di rivelare i bersagli e determinarne la distanza. L’uscita del correlatore à ̈ inviata ad un blocco provvisto di filtri Doppler 10 dove ha luogo il filtraggio Doppler che permette di separare i bersagli a diverse velocità radiali, inclusa quella nulla. Su ogni filtro Doppler 10 à ̈ applicato un sistema di soglie 11 che permette di rilevare i bersagli in presenza di rumore e disturbi, creando i cosiddetti “target report†che vanno all’elaboratore dei dati radar e successivamente, sotto forma di tracce radar, agli utenti. During the reception phase, the echo of the target, that is the reflected analog signal, picked up by the antenna 6 is sent to the coherent demodulator 7. The demodulator 7 and the modulator 3, as well known to those skilled in the art, use frequencies of reference which, in number of two (fs, fc) in the preferred embodiment, are generated by the synthesizer 8, which comprises a high stability oscillator and suitable multiplication and sum of frequencies circuits. The output of the coherent demodulator 7 is made up of digital signals, representative of the reflected analog signals, in the form of a sequence of second numeric pairs Iâ € ™, Qâ € ™ which is sent to the digital correlator 9. In it, the calculation of the correlation of the sequences of pairs Iâ € ™, Qâ € ™ with the sequences of pairs I, Q read from memory 2. As is known to radar experts, the correlation achieves a filtering adapted to the waveform transmitted and allows you to detect targets and determine their distance. The output of the correlator is sent to a block equipped with Doppler filters 10 where Doppler filtering takes place which allows to separate the targets at different radial speeds, including zero speed. A system of thresholds 11 is applied to each Doppler 10 filter which allows to detect targets in the presence of noise and disturbances, creating the so-called `` target reports '' that go to the radar data processor and subsequently, in the form of traces radar, to users.
Il modulatore coerente 3 à ̈ illustrato, in una sua variante preferita, in Figura 2. La sua configurazione preferita à ̈ quella di un ricevitore supereterodina a doppia conversione con due oscillatori di riferimento: lo STALO alla frequenza fsed il COHO alla frequenza fc. La frequenza di trasmissione del radar à ̈, nella forma di realizzazione qui descritta, la somma (fs+ fc) delle frequenze fsed fc. The coherent modulator 3 is illustrated, in a preferred variant, in Figure 2. Its preferred configuration is that of a double conversion superheterodyne receiver with two reference oscillators: the STALO at the frequency fs and the COHO at the frequency fc. The transmission frequency of the radar is, in the embodiment described here, the sum (fs + fc) of the frequencies fs and fc.
Le sequenze numeriche I, Q lette dalla memoria 2 sono convertite in forma analogica dalla coppia di convertitori 12, 13 e traslate alla frequenza fccon la coppia di mescolatori 14, 15. Sul mescolatore 14 arriva il riferimento, proveniente dal sintetizzatore 8, alla frequenza fc, mentre sul mescolatore 15 arriva il riferimento alla frequenza fcsfasato di novanta gradi grazie al transito nel blocco 16. I due segnali a frequenza fccosì ottenuti sono sommati nel blocco 17 e il risultato à ̈ filtrato nel blocco 18 per eliminare sostanzialmente le componenti frequenziali di trasmissione al di fuori della gamma di frequenze di lavoro del radar. Il mescolatore 19 permette di traslare il segnale risultante alla frequenza di trasmissione (fs+ fc) del radar. Dopo il filtraggio mediante il blocco 20, per eliminare le componenti frequenziali indesiderate, ossia al di fuori della gamma di frequenze di lavoro del radar, il segnale alla frequenza di trasmissione (fs+ fc) viene inviato all’amplificatore 4 per l’amplificazione e la successiva trasmissione. In una variante alternativa (non illustrata nelle figure), modulando il blocco 20 di filtraggio, la frequenza di trasmissione del radar può essere la differenza (fs- fc) delle frequenze fsed fc. The numerical sequences I, Q read from memory 2 are converted into analog form by the pair of converters 12, 13 and translated to the frequency fc with the pair of mixers 14, 15. The reference, coming from the synthesizer 8, arrives at the frequency fc on the mixer 14 , while on the mixer 15 the reference to the frequency fcsphased by ninety degrees arrives thanks to the transit in block 16. The two signals at frequency fc so obtained are summed in block 17 and the result is filtered in block 18 to substantially eliminate the frequency components of transmission outside the radar working frequency range. The mixer 19 allows the resulting signal to be translated to the transmission frequency (fs + fc) of the radar. After filtering by means of block 20, to eliminate unwanted frequency components, i.e. outside the radar working frequency range, the signal at the transmission frequency (fs + fc) is sent to amplifier 4 for amplification and subsequent transmission. In an alternative variant (not shown in the figures), by modulating the filtering block 20, the transmission frequency of the radar can be the difference (fs-fc) of the frequencies fs and fc.
Il demodulatore coerente 7 à ̈ illustrato, in una sua prima variante preferita, in Figura 3. Il segnale analogico ricevuto, proveniente dal duplexer 5 o direttamente dall’antenna ricevente, à ̈ amplificato con un amplificatore a basso rumore 21, traslato alla frequenza fccon il mescolatore 22, filtrato con il filtro passabanda 23, amplificato con l’amplificatore 24 e traslato alla frequenza video (ossia su una banda centrata alla frequenza zero) mediante i due mescolatori 25 e 26. Sul mescolatore 25 arriva il riferimento, proveniente dal sintetizzatore 8, alla frequenza fc, mentre sul mescolatore 26 arriva il riferimento alla frequenza fcsfasata di novanta gradi grazie al transito nel blocco 27. Mediante i filtri passa-basso 28 e 29 si ottengono due segnali video, sostanzialmente privi di componenti al di fuori della gamma di frequenze di lavoro del radar, le cui uscite, dopo la conversione da analogico a digitale rispettivamente nei convertitori 30 e 31, sono le sequenze di coppie numeriche I’ e Q’ che vengono inviate al correlatore digitale 9. The coherent demodulator 7 is illustrated, in a first preferred variant, in Figure 3. The received analog signal, coming from the duplexer 5 or directly from the receiving antenna, is amplified with a low noise amplifier 21, translated to the frequency fcc with the mixer 22, filtered with the bandpass filter 23, amplified with the amplifier 24 and translated to the video frequency (ie on a band centered at the zero frequency) by means of the two mixers 25 and 26. On the mixer 25 the reference arrives, coming from the synthesizer 8, at frequency fc, while on the mixer 26 comes the reference at the frequency fcs phased by ninety degrees thanks to the transit in block 27. By means of the low-pass filters 28 and 29 two video signals are obtained, substantially without components outside of the range of working frequencies of the radar, whose outputs, after the conversion from analog to digital respectively in the converters 30 and 31, are the sequences of pairs numerical Iâ € ™ and Qâ € ™ which are sent to the digital correlator 9.
In una seconda variante alternativa (non illustrata), capace di fornire l’identico risultato per quanto riguarda le uscite, il demodulatore coerente contiene un solo mescolatore ed un solo convertitore analogico-digitale operante con frequenza di conversione più elevata (almeno doppia) dei due convertitori 30, 31 della prima variante sopra descritta. Un’elaborazione opportuna, ben nota agli esperti del trattamento dei segnali radar e basata sul filtro di Hilbert, trasforma l’uscita del detto singolo convertitore analogico-digitale nelle sequenze di coppie numeriche I’ e Q’ che vengono inviate al correlatore digitale 9. In a second alternative variant (not shown), capable of providing the same result as regards the outputs, the coherent demodulator contains a single mixer and a single analog-digital converter operating with a higher conversion frequency (at least double) than the two converters 30, 31 of the first variant described above. An appropriate processing, well known to experts in the treatment of radar signals and based on the Hilbert filter, transforms the output of said single analog-digital converter into the sequences of numerical pairs I 'and Q' which are sent to the digital correlator 9.
Viene di seguito descritto, con riferimento alla Figura 4, il processo di sintesi di forme d’onda pseudo-casuali secondo la presente invenzione, ossia il processo di generazione digitale della forma d’onda trasmessa dal radar dell’invenzione. The process of synthesis of pseudo-random waveforms according to the present invention is described below, with reference to Figure 4, ie the process of digital generation of the waveform transmitted by the radar of the invention.
Tale processo comprende i seguenti stadi: This process includes the following stages:
- generazione di forme d’onda pseudo-casuali in forma di sequenze di prime coppie numeriche incorrelate I, Q in fase e in quadratura mediante l’elaboratore 32; - generation of pseudo-random waveforms in the form of sequences of uncorrelated first numeric pairs I, Q in phase and in quadrature by means of computer 32;
- trasformazione lineare di dette sequenze di prime coppie numeriche I, Q, mediante il filtro passa-basso 33 per definire uno spettro di potenza di dette sequenze di prime coppie numeriche tale da renderle rappresentative di un segnale analogico contenuto nella gamma di frequenze di lavoro del radar, detto filtro passa-basso 33 fornendo in uscita sequenze di terze coppie numeriche I1, Q1in fase ed in quadratura; - linear transformation of said sequences of first numerical pairs I, Q, by means of the low-pass filter 33 to define a power spectrum of said sequences of first numerical pairs such as to make them representative of an analog signal contained in the operating frequency range of the radar, said low-pass filter 33 providing in output sequences of third numerical pairs I1, Q1 in phase and in quadrature;
- trasformazione non lineare senza memoria (ZMNL) di dette sequenze di terze coppie numeriche I1, Q1per produrre sequenze di quarte coppie numeriche I2, Q2caratterizzate da un fattore di picco prossimo o uguale a 1; - non-linear transformation without memory (ZMNL) of said sequences of third numerical pairs I1, Q1 to produce sequences of fourth numerical pairs I2, Q2 characterized by a peak factor close to or equal to 1;
- invio di dette sequenze di quarte coppie numeriche I2, Q2a detto filtro passabasso 33 fino a che sussiste la condizione n<N, dove n à ̈ il numero di iterazioni corrente ed N à ̈ un valore predefinito sufficiente a raggiungere una convergenza del processo iterativo, oppure per n=N invio di dette sequenze di quarte coppie numeriche I2, Q2al blocco di registrazione e selezione 36; - sending said sequences of fourth numerical pairs I2, Q2a said low-pass filter 33 as long as the condition n <N exists, where n is the current number of iterations and N is a predefined value sufficient to reach a convergence of the iterative process , or for n = N sending of said sequences of fourth numerical pairs I2, Q2 to the recording and selection block 36;
- registrazione di dette sequenze di quarte coppie numeriche I2, Q2e selezione, mediante detto blocco di registrazione e selezione 36, di un sottoinsieme di dette sequenze di quarte coppie numeriche I2, Q2caratterizzato da valori di almeno 35 dB del rapporto picco/lobi della funzione di autocorrelazione e valori della funzione di mutua correlazione inferiori di almeno 25 dB rispetto al picco della funzione di autocorrelazione, detto sottoinsieme di dette sequenze di quarte coppie numeriche I2, Q2definendo la selezione di dette sequenze di prime coppie numeriche I, Q che rappresentano, e consentono di generare, segnali analogici ricadenti nella gamma di frequenze di lavoro di detto radar ed idonei alla trasmissione da parte del radar stesso. - recording of said sequences of fourth numerical pairs I2, Q2 and selection, by means of said recording and selection block 36, of a subset of said sequences of fourth numerical pairs I2, Q2 characterized by values of at least 35 dB of the peak / lobe ratio of the autocorrelation and values of the mutual correlation function lower by at least 25 dB with respect to the peak of the autocorrelation function, called subset of said sequences of fourth numerical pairs I2, Q2 defining the selection of said sequences of first numerical pairs I, Q which represent, and allow to generate analog signals falling within the range of working frequencies of said radar and suitable for transmission by the radar itself.
La generazione di sequenze di numeri o variabili pseudocasuali Gaussiane indipendenti, realizzata mediante un elaboratore numerico 32 con uno dei numerosi algoritmi noti agli esperti e che fornisce sequenze di campioni in fase in quadratura I, Q, ha in uscita il filtro numerico passa-basso 33, che definisce la forma e la larghezza ottimale B dello spettro di potenza della sequenza. The generation of sequences of numbers or independent Gaussian pseudorandom variables, carried out by means of a numerical processor 32 with one of the numerous algorithms known to experts and which provides sequences of samples in phase in quadrature I, Q, has the output of the numerical low-pass filter 33 , which defines the optimal shape and width B of the power spectrum of the sequence.
Allo scopo di utilizzare al meglio la potenza del trasmettitore, realizzato con l’amplificatore di potenza 4, le sequenze I1, Q1in uscita dal filtro passa-basso 33 sono trattate in modo non-lineare e senza memoria nel blocco 34, che realizza una trasformazione non lineare senza memoria (ZMNL, acronimo di Zero Memory Non Linearity). In order to make the best use of the power of the transmitter, made with the power amplifier 4, the sequences I1, Q1 at the output of the low-pass filter 33 are treated in a non-linear and memoryless way in block 34, which creates a non-linear transformation without memory (ZMNL, acronym for Zero Memory Non Linearity).
Una variante preferita della trasformazione ZMNL delle sequenze di terze coppie numeriche I1, Q1avviene imponendo al segnale complesso di componenti I1e Q1un’ampiezza M=(I<2>A preferred variant of the ZMNL transformation of the sequences of third numerical pairs I1, Q1 takes place by imposing on the complex signal of components I1 and Q1 an amplitude M = (I <2>
1Q1<2>)<1/2>uguale ad un valore costante fissato, convenzionalmente, eguale all’unità . Questa variante preferita ottiene questa trasformazione dividendo ciascun valore I1, Q1per l’ampiezza M, ottenendo I2=I1/M e Q2=Q1/M. Altri metodi per la trasformazione ZMNL, pure efficaci, sono tuttavia possibili, ad esempio metodi che utilizzano algoritmi computazionalmente semplici per la radice quadrata e la divisione, oppure metodi che applicano la divisione per M solo a quei valori che superano una data soglia, oppure metodi che utilizzano funzioni non lineari differenti dalla divisione per la radice quadrata del modulo, funzioni comunque volte a realizzare una saturazione che per alcune di dette funzioni può essere “dolce†, diversa quindi da quella “dura†appena descritta. 1Q1 <2>) <1/2> equal to a fixed constant value, conventionally equal to the unit. This preferred variant achieves this transformation by dividing each value I1, Q1 by the amplitude M, obtaining I2 = I1 / M and Q2 = Q1 / M. Other methods for the ZMNL transformation, also effective, are however possible, for example methods that use computationally simple algorithms for the square root and division, or methods that apply division by M only to those values that exceed a given threshold, or methods which use non-linear functions different from the division by the square root of the module, functions however aimed at achieving a saturation that for some of these functions can be â € œsweetâ €, therefore different from the â € œhardâ € one just described.
L’uscita dal blocco 34 di trasformazione non lineare senza memoria, indicata come sequenza di quarte coppie numeriche I2, Q2e caratterizzata da un fattore di picco prossimo o uguale all’unità , viene trattata in accordo alla decisione del successivo blocco di iterazione 35. In particolare, se il numero n d’iterazioni à ̈ maggiore di 1 ma minore di un predefinito valore N sufficiente a raggiungere una sostanziale convergenza del metodo iterativo, la sequenza I2, Q2viene inviata all’ingresso del filtro passa-basso 33 (sostituendo quindi l’uscita dell’elaboratore numerico 32, che viene utilizzata solo se n =1), altrimenti la sequenza I2, Q2viene inviata al blocco di registrazione e selezione 36. The output from non-linear transformation block 34 without memory, indicated as a sequence of fourth numeric pairs I2, Q2e characterized by a peak factor close to or equal to unity, is treated according to the decision of the subsequent iteration block 35 In particular, if the number n of iterations is greater than 1 but less than a predefined value N sufficient to reach a substantial convergence of the iterative method, the sequence I2, Q2 is sent to the input of the low-pass filter 33 (thus replacing the output of the digital processor 32, which is used only if n = 1), otherwise the sequence I2, Q2 is sent to the recording and selection block 36.
In detto blocco 36 sono scartate le eventuali sequenze I2, Q2la cui funzione di autocorrelazione à ̈ insoddisfacente per gli scopi del radar della presente invenzione (lobi laterali troppo alti) e si registrano le altre sulla memoria di massa 2. In particolare sono selezionate e registrate sulla memoria di massa 2 le sequenze di quarte coppie numeriche I2, Q2caratterizzate da valori di almeno 35 dB del rapporto picco/lobi della funzione di mutua autocorrelazione, preferibilmente di almeno 50 dB. In said block 36 any sequences I2, Q2 whose autocorrelation function is unsatisfactory for the purposes of the radar of the present invention (side lobes too high) are discarded and the others are recorded on mass memory 2. In particular, they are selected and recorded on the mass memory 2 the sequences of fourth numerical pairs I2, Q2 characterized by values of at least 35 dB of the peak / lobe ratio of the mutual autocorrelation function, preferably of at least 50 dB.
Una successiva analisi, sempre all’interno del blocco 36, fatta a livello di coppie di sequenze I2, Q2, permette di eliminare eventuali sequenze la cui funzione di mutua correlazione à ̈ insoddisfacente per gli scopi del radar della presente invenzione (picchi eccessivi, valore medio troppo alto). In particolare sono selezionate e registrate sulla memoria di massa 2 le sequenze di quarte coppie numeriche I2, Q2caratterizzate da valori della funzione di mutua correlazione inferiori di almeno 25 dB rispetto al picco dell’autocorrelazione, preferibilmente di almeno 30 dB. A subsequent analysis, again within block 36, made at the level of pairs of sequences I2, Q2, allows to eliminate any sequences whose mutual correlation function is unsatisfactory for the purposes of the radar of the present invention (excessive peaks, average value too high). In particular, the sequences of fourth numerical pairs I2, Q2, characterized by values of the mutual correlation function lower by at least 25 dB with respect to the peak of the autocorrelation, are selected and recorded on the mass memory 2, preferably by at least 30 dB.
Una realizzazione possibile del filtraggio passa-basso à ̈, a solo titolo esemplificativo, quella eseguita nel dominio della frequenza con una trasformata rapida di Fourier, con un pesaggio nel dominio della frequenza che permette di definire la forma preferita della densità spettrale di potenza e, quindi, dell’autocorrelazione (ad esempio, quella gaussiana) e con una trasformata rapida di Fourier inversa per ritornare nel dominio del tempo. A possible realization of the low-pass filtering is, by way of example only, the one performed in the frequency domain with a fast Fourier transform, with a weighting in the frequency domain that allows to define the preferred form of the power spectral density and, therefore, of the autocorrelation (for example, the Gaussian one) and with a fast inverse Fourier transform to return to the time domain.
Il processo di sintesi, sopra illustrato e spiegato, permette vantaggiosamente di massimizzare il rapporto tra ampiezza media ed ampiezza di picco delle forma d’onda rendendo nel contempo sufficientemente bassa la potenza trasmessa in quelle gamme di frequenza dello spettro elettromagnetico che possono essere utilizzate da altri utenti in modo da non creare disturbo ad essi. The synthesis process, illustrated and explained above, advantageously allows to maximize the ratio between average amplitude and peak amplitude of the waveform while making the transmitted power sufficiently low in those frequency ranges of the electromagnetic spectrum that can be used by other users so as not to disturb them.
Tale processo di sintesi può essere realizzato all’interno del radar dell’invenzione mediante il generatore digitale 1 di forme d’onda pseudo-causali sopra descritto, integrato in detto radar, oppure può essere realizzato fuori linea meadiante un generatore digitale distinto ed esterno al radar. This synthesis process can be carried out inside the radar of the invention by means of the digital generator 1 of pseudo-causal waveforms described above, integrated in said radar, or it can be carried out off-line by means of a separate digital generator and outside the radar.
Tra i possibili usi del radar coerente dell’invenzione vi sono: Among the possible uses of the coherent radar of the invention are:
- uso del radar per applicazioni marittime o di navigazione, potendo esso essere installato su natanti o installato sulla costa o in ambito portuale per il controllo del traffico navale; - use of radar for maritime or navigation applications, as it can be installed on boats or installed on the coast or in the port area for the control of ship traffic;
- uso di un radar su veicoli stradali per scopi di anticollisione e/o di controllo del veicolo, preferibilmente mediante aggancio della velocità del veicolo a quella di un ulteriore veicolo che lo precede. - use of a radar on road vehicles for anti-collision and / or vehicle control purposes, preferably by coupling the speed of the vehicle to that of another vehicle in front of it.
Il radar coerente, oggetto della presente invenzione, può essere del tipo a compressione d’impulso. The coherent radar object of the present invention can be of the pulse compression type.
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