RU194683U1 - Frequency Scan Digital Charting Device - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области СВЧ-техники, в частности к РЛС, использующим линейную частотную модуляцию. Решение может быть применено в перспективных радиолокационных системах, в том числе РЛС непрерывного излучения. Сущность полезной модели заключается в излучении и приеме отраженного сигнала с ЧМ, его демодуляции, сохранении оцифрованного с помощью АЦП сигнала биений во входном буфере обмена для всего периода излучения, а также последующей обработкой методом скользящего окна с цифровым формированием диаграммы направленности. Во входном буфере обмена производится выделение отрезков сигнала биений, соответствующего каждому положению скользящего окна, причем отношение длины всего принятого сигнала к длине окна существенно меньше числа положений главного луча ДН устройства. Выделенные отрезки оцифрованного сигнала биений подаются на входы оконного быстрого преобразования Фурье, выходы которых соединены с соответствующими входами выходных буферов обмена, в которых формируется двумерное радиолокационное изображение для каждого приемного канала, выходы которых являются выходами устройства. Техническим результатом, который обеспечивается всей совокупностью признаков полезной модели, является увеличение точности определения радиальной дальности до объектов без потери разрешения РЛС по углу. 9 ил.The utility model relates to the field of microwave technology, in particular to radars using linear frequency modulation. The solution can be applied in advanced radar systems, including continuous-wave radars. The essence of the utility model is the emission and reception of the reflected signal from the FM, its demodulation, saving the beat signal digitized by the ADC in the input clipboard for the entire radiation period, as well as the subsequent processing by the moving window method with digital beamforming. In the input clipboard, segments of the beat signal corresponding to each position of the sliding window are selected, and the ratio of the length of the entire received signal to the length of the window is significantly less than the number of positions of the main beam of the device bottom. The selected segments of the digitized beat signal are fed to the inputs of the window fast Fourier transform, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the output clipboards, in which a two-dimensional radar image is formed for each receiving channel, the outputs of which are the outputs of the device. The technical result, which is provided by the totality of the features of the utility model, is to increase the accuracy of determining the radial range to objects without loss of radar resolution in the angle. 9 ill.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области СВЧ-техники, в частности к радиолокационным системам (РЛС) с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Решение может быть применено в перспективных радиолокационных системах, в том числе, РЛС непрерывного излучения, предназначенных для построения трехмерным радиолокационных изображений. Из [Теоретические основы радиолокации, ред. Ширмана Я.Д., с. 375-377] известен способ электронного сканирования лучом по одной из угловых координат (в угломестной или азимутальной плоскости) при непрерывном излучении широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией, суть которого заключается в том, что при изменении частоты излучаемых колебаний, диаграмма направленности антенны занимает ряд последовательных положений, для каждого из которых излучается ограниченный спектр частот (1):The proposed utility model relates to the field of microwave technology, in particular to radar systems (radar) with linear frequency modulation (LFM). The solution can be applied in promising radar systems, including continuous-wave radars, designed to build three-dimensional radar images. From [Theoretical Foundations of Radar, ed. Shirmana Y.D., p. 375-377] there is a known method of electron beam scanning along one of the angular coordinates (in the elevation or azimuthal plane) with continuous emission of broadband signals with linear frequency modulation, the essence of which is that when the frequency of the emitted oscillations changes, the antenna radiation pattern takes a number of consecutive provisions for each of which a limited frequency spectrum is emitted (1):

где Δθ - ширина главного лепестка диаграммы направленности антенны по уровню половины мощности (фигура 1). Очевидно, что при линейной частотной модуляции этот спектр будет соответствовать сигналу ограниченной длительности:where Δθ is the width of the main lobe of the antenna radiation pattern at the level of half the power (figure 1). Obviously, with linear frequency modulation, this spectrum will correspond to a signal of limited duration:

Подробно метод представлен в работе [Шишанов С.В., Применение антенной решетки с частотным качанием луча в автомобильном радаре. - Датчики и системы №5. - 2014. - С. 31-35] и иллюстрируется фигурой 1.The method is described in detail in [Shishanov SV, Application of an antenna array with frequency beam swing in a car radar. - Sensors and systems No. 5. - 2014. - S. 31-35] and is illustrated by figure 1.

Из существующего уровня техники известны реализации данного метода для радиолокационных систем с использованием линейной частотной модуляции излучаемого сигнала.Implementation of this method for radar systems using linear frequency modulation of the emitted signal is known from the prior art.

Радиолокационный приемо-передающий модуль, описанный в «Корабельная трехкоординатная радиолокационная станция и антенное устройство для нее» [WO 2005/038484 А1 опубликовано 28.04.2005, МПК G01S 13/44, H01Q 1/18], содержащий два канала, работающих в разнесенных поддиапазонах частот. Каждый канал состоит из отдельной приемопередающей антенной решетки с цифровым сканированием. Сканирование в вертикальной плоскости осуществляется за счет изменения частоты излучаемых сигналов по специальным программам, соответствующим установленным режимам работы. Программы задают очередность следования лучей и виды зондирующих сигналов, при этом электронное сканирование лучей в зонах обзора по углу места обеспечивается за счет дискретного изменения несущей частоты каждого из каналов. Таким образом, сканирование в вертикальной плоскости осуществляется за счет последовательного во времени излучения и приема сигнала на своей центральной (несущей) частоте, дискретно изменяемой для каждого положения луча. Недостатком данного решения является существенно увеличенный период обзора сектора сканирования из-за последовательного изменения положения главного луча (ГЛ) диаграммы направленности (ДН), формирующегося за счет изменения центральной частоты излучаемого сигнала.The radar transceiver module described in “Shipborne three-coordinate radar station and antenna device for it” [WO 2005/038484 A1 published 04/28/2005, IPC G01S 13/44, H01Q 1/18] containing two channels operating in separated sub-bands frequencies. Each channel consists of a separate transceiver antenna array with digital scanning. Scanning in the vertical plane is carried out by changing the frequency of the emitted signals according to special programs corresponding to the established operating modes. The programs specify the sequence of the rays and the types of sounding signals, while electronic scanning of the rays in the viewing areas by elevation is provided by a discrete change in the carrier frequency of each channel. Thus, scanning in the vertical plane is carried out by sequentially emitting and receiving a signal at its central (carrier) frequency, discretely changed for each position of the beam. The disadvantage of this solution is a significantly increased period of review of the scanning sector due to the sequential change in the position of the main beam (GL) of the radiation pattern (DD), which is formed due to a change in the central frequency of the emitted signal.

Радиолокационная система миллиметрового диапазона для построения изображений, описанная в «Imaging millimeter wave radar system» [US 7019682 B1 опубликовано 28.03.2006, МПК G01S 13/89, G01S 13/93]. Приемная антенна данного устройства является антенной решеткой змеевидных щелевых элементов с диапазоном качания от 10,5 град до 20,5 град. Передающая антенна состоит из одного излучающего элемента. Приемная антенна выполнена с использованием линзы Ротмана с 192 выходными элементами, и, соответственно, 192 положениями главного лепестка диаграммы направленности в азимутальной плоскости. Качание луча в плоскости угла места осуществляется путем линейного изменения частоты излучаемого и принимаемого сигнала. Информация о радиальной дальности до объекта извлекается с помощью преобразования Фурье, при этом скорость изменения частоты составляет 180 Гц/с. Положениям главного лепестка диаграммы направленности в плоскости угла места соответствует 22 неперекрывающихся окна обработки временных отсчетов принятых сигналов биений. Недостатком данного технического решения является низкое разрешение по дальности, обусловленное малой длиной окон обработки (1/22 от длины всего принятого сигнала биений). Кроме того, отсутствие весовой функции при оконной обработке приводит к увеличению боковых лепестков диаграммы направленности.The millimeter-wave radar system for imaging described in the "Imaging millimeter wave radar system" [US 7019682 B1 published March 28, 2006, IPC G01S 13/89, G01S 13/93]. The receiving antenna of this device is an antenna array of serpentine slit elements with a swing range of 10.5 degrees to 20.5 degrees. The transmitting antenna consists of one radiating element. The receiving antenna is made using a Rotman lens with 192 output elements, and, accordingly, 192 positions of the main lobe of the radiation pattern in the azimuthal plane. The swing of the beam in the plane of the elevation angle is carried out by linearly changing the frequency of the emitted and received signal. Information about the radial range to the object is extracted using the Fourier transform, while the rate of change of frequency is 180 Hz / s. The position of the main lobe of the radiation pattern in the elevation plane corresponds to 22 non-overlapping windows for processing time samples of received beat signals. The disadvantage of this technical solution is the low resolution in range due to the small length of the processing windows (1/22 of the length of the entire received beat signal). In addition, the lack of weight function during window processing leads to an increase in the side lobes of the radiation pattern.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является радиолокационная система миллиметрового диапазона для дальней зоны, описанная в «Long range millimeter wave surface imaging radar system» [US 8362948 B2, опубликовано 29.01.2013, МПК G01S 13/89]. Данная система построения изображений подстилающей поверхности отличается тем, что в ней для построения двумерного изображения, соответствующего каждому положению главного лепестка диаграммы направленности по углу места, используются взвешенные окном Хэмминга диапазоны отсчетов оцифрованных сигналов биений (размером 1/12 от длины принятого сигнала биений) с половинным перекрытием, что позволяет увеличить точность определения угловых координат за счет улучшения формы ДН.Closest to the claimed technical solution is the radar system of the millimeter range for the far zone, described in the "Long range millimeter wave surface imaging radar system" [US 8362948 B2, published 01.29.2013, IPC G01S 13/89]. This system for constructing images of the underlying surface is characterized in that in it to construct a two-dimensional image corresponding to each position of the main lobe of the radiation pattern by elevation, the Hamming window weighed the sample ranges of the digitized beat signals (1/12 of the length of the received beat signal) with half overlapping, which allows to increase the accuracy of determining the angular coordinates by improving the shape of the beam.

Недостатком данного технического решения остается низкое разрешение по дальности, обусловленное малой длительностью используемых окон обработки. Результаты работы описанного в [US 8362948 В2, опубликовано 29.01.2013, МПК G01S 13/89] метода, полученные с помощью моделирования, представлены на фигуре 3. Кроме того, при уменьшении общего числа отсчетов до 1000-2000 (характерно для реальных РЛС), характеристики данного метода по разрешению и форме ДН значительно ухудшаются. Результаты моделирования для этого случая представлены на фигуре 4.The disadvantage of this technical solution is the low resolution in range, due to the short duration of the used processing windows. The results of the work described in [US 8362948 B2, published January 29, 2013, IPC G01S 13/89] of the method obtained by simulation are presented in figure 3. In addition, when reducing the total number of samples to 1000-2000 (typical for real radars) , the characteristics of this method in terms of resolution and shape of the pattern are significantly degraded. The simulation results for this case are presented in figure 4.

Техническим результатом, который обеспечивается всей совокупностью признаков данной полезной модели, является увеличение точности определения радиальной дальности до объектов без значительного снижения разрешения РЛС по углу (азимута или угла места, в зависимости от плоскости, в которой происходит частотное качание) в области видимости РЛС (фигура 2). Преимущество демонстрируется фигурой 5, на которой показан эффект незначительного уширения главного лепестка ДН при использовании перекрывающихся окон длиной 1/4 длины всего интервала обработки и перекрытием между соседними окнами в 15/16 длины окна. При этом разрешение по радиальной дальности увеличивается в 3 раза, а разрешение по углу снижается только в 1,2 раза. Для случая обработки данных в реальных условиях длина выборки значительно меньше - до 1000-2000 отсчетов, результаты моделирования представлены на фигуре 6 (где длина кона составляет 1/4 длины оцифрованного сигнала биений, а перекрытие - 15/16 длины окна).The technical result, which is ensured by the totality of the features of this utility model, is to increase the accuracy of determining the radial range to objects without significantly reducing the radar resolution in the angle (azimuth or elevation angle, depending on the plane in which the frequency swing) in the radar visibility (figure 2). The advantage is demonstrated by figure 5, which shows the effect of a slight broadening of the main lobe of the NAM when using overlapping windows with a length of 1/4 of the entire processing interval and overlapping between adjacent windows of 15/16 of the window length. In this case, the resolution in radial range increases by 3 times, and the resolution in angle decreases only by 1.2 times. For the case of data processing in real conditions, the sample length is much shorter - up to 1000-2000 samples, the simulation results are presented in figure 6 (where the length of the cone is 1/4 of the length of the digitized beat signal, and the overlap is 15/16 of the window length).

Технический результат достигается следующим образом. Устройство цифрового диаграммообразования для антенной системы с частотным сканированием, содержащее модуль излучателя, выходы которого соединены со входами N приемных каналов со смесителями, приемник с N приемными каналами, причем N∈N, выходы каждого из которых соединены соответственно со входами N аналого-цифровых преобразователей, выходы каждого из N аналого-цифровых преобразователей соединены со входами N входных буферов обмена, выходы которых соединены с N входами модуля настраиваемой системы сдвига скользящего окна, причем выход модуля управления скользящего окна соединен с N+1 входом модуля настраиваемой системы сдвига скользящего окна, а N выходов модуля настраиваемой системы сдвига скользящего окна соединены со входами N промежуточных буферов обмена переменной длины, выходы которых соединены соответственно со входами N модулей оконного быстрого преобразования Фурье, а выходы N модулей оконного быстрого преобразования Фурье соответственно соединены со входами N выходных буферов обмена переменной длины, выходы которых являются выходами устройства.The technical result is achieved as follows. A digital beam-forming device for an antenna system with frequency scanning, comprising a radiator module, the outputs of which are connected to the inputs of N receiving channels with mixers, a receiver with N receiving channels, and N∈N, the outputs of each of which are connected respectively to the inputs of N analog-to-digital converters, the outputs of each of the N analog-to-digital converters are connected to the inputs of N input clipboards, the outputs of which are connected to the N inputs of a module of a custom sliding window shift system, the output of the sliding window control module is connected to the N + 1 input of the module of the custom sliding window shift system, and the N outputs of the module of the custom sliding window shifting system are connected to the inputs of N intermediate variable-length clipboards, the outputs of which are connected respectively to the inputs of the N modules of the fast window Fourier transform, and the outputs of the N modules of the fast window Fourier transform are respectively connected to the inputs of the N output clipboards of variable length, the outputs of which are the outputs of the device.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображена схема расположения ГЛ ДН; на фигуре 2 - сектор сканирования РЛС; на фигуре 3 - результаты моделирования работы ближайшего аналога; на фигуре 4 - результаты работы ближайшего аналога в условиях, приближенных к реальным; на фигуре 5 - результаты моделирования работы предлагаемой полезной модели; на фигуре 6 - результаты моделирования работы предлагаемой полезной модели в условиях, приближенных к реальным; на фигуре 7 - блок-схема полезной модели, где приемник 1, N приемных трактов 2, N аналогово-цифровых преобразователей (АЦП) 3, модуля 4 управления скользящим окном, N входных буферов 5 обмена, модуль 6 настраиваемой системы сдвига скользящего окна, N промежуточных буферов 7 обмена переменной длины, N*K модулей 8 оконного быстрого преобразования Фурье, N выходных буферов 9 обмена переменной длины, модуль излучателя 10; на фигуре 8 - иллюстрация положений скользящего окна, на фигуре 9 - блок-схема варианта реализации полезной модели, где приемник 1, N приемных трактов 2, N АЦП 3, модуль 4 управления скользящим окном, N модулей 5 настраиваемой системы сдвига скользящего окна, N*K промежуточных буферов 6 обмена, N*K модулей 7 оконного быстрого преобразования Фурье, N выходных буферов 8 обмена, выходы которых являются выходами устройства.The utility model is illustrated by drawings, where figure 1 shows the layout of the GL GL; figure 2 - sector scanning radar; figure 3 - simulation results of the closest analogue; figure 4 - the results of the closest analogue in conditions close to real; figure 5 - simulation results of the proposed utility model; figure 6 - simulation results of the proposed utility model in conditions close to real; figure 7 is a block diagram of a utility model, where the receiver 1, N receiving paths 2, N analog-to-digital converters (ADC) 3, the sliding window control module 4, N input exchange buffers 5, the module 6 of the adjustable sliding window shift system, N intermediate buffers 7 exchange variable length, N * K modules 8 window fast Fourier transform, N output buffers 9 exchange variable length, emitter module 10; figure 8 is an illustration of the position of the sliding window, figure 9 is a block diagram of an embodiment of the utility model, where the receiver 1, N receiving paths 2, N ADC 3, the sliding window control module 4, N modules 5 of the custom sliding window shift system, N * K intermediate exchange buffers 6, N * K modules 7 of the window fast Fourier transform, N output exchange buffers 8, the outputs of which are the outputs of the device.

Устройство цифрового диаграммообразования с частотным сканированием состоит из приемника 1, содержащего N приемных трактов 2, N АЦП 3, N входных буферов 5 обмена, модуля 4 управления скользящим окном, модуля 6 настраиваемой системы сдвига скользящего окна, N промежуточных буферов 7 обмена переменной длины, N модулей 8 оконного преобразования Фурье, N выходных буферов 9 обмена переменной длины, модуля излучателя 10.A frequency-scanning digital chart-forming device consists of a receiver 1 containing N receiving paths 2, N ADC 3, N input exchange buffers 5, a sliding window control module 4, a custom sliding window shift system module 6, N variable-length intermediate buffers 7, N modules 8 window Fourier transform, N output buffers 9 exchange variable length, the emitter module 10.

Выходы модуля излучателя 10 соединены с входами N приемных трактов 2 со смесителями, N приемных трактов 2 приемника 1 соединены с входами N АЦП 3, выходы которых соединены с входами N входных буферов 5 обмена, выходы которых соединены с N входами модуля 6 настраиваемой системы сдвига скользящего окна, на вход которой подается управляющее воздействие от модуля 4 управления скользящим окном, а N выходов соединены через N промежуточных буферов 7 обмена переменной длины с входами N модулей 8 оконного быстрого преобразования Фурье, выходы которых соединены с входом N выходных буферов 9 обмена, выходы которых являются выходами устройства.The outputs of the emitter module 10 are connected to the inputs of the N receiving paths 2 with mixers, N of the receiving paths 2 of the receiver 1 are connected to the inputs of the N ADC 3, the outputs of which are connected to the inputs of the N input buffers 5 of the exchange, the outputs of which are connected to the N inputs of the module 6 of the adjustable sliding shift system windows, the input of which is supplied with a control action from the sliding window control module 4, and N outputs are connected through N intermediate buffers 7 of variable length exchange with inputs of N modules 8 of the window fast Fourier transform, the outputs of which are connected are connected with the input of N output buffers 9 exchange, the outputs of which are the outputs of the device.

Сущность заявленного решения заключается в приеме с помощью антенны с частотным сканированием отраженного сигнала ЛЧМ, его демодуляции в приемном тракте, сохранении оцифрованного с помощью АЦП сигнала биений во входном буфере обмена для всего периода излучения сигнала, а также последующей обработкой методом скользящего окна с цифровым формированием диаграммы направленности. Во входном буфере обмена настраиваемой системой сдвига скользящего окна производится выделение отрезков оцифрованного сигнала биений, соответствующего каждому положению скользящего окна, которые подаются на входы оконного быстрого преобразования Фурье, выходы которых соединены с соответствующими входами выходных буферов обмена, в которых формируется двумерное радиолокационное изображение в каждом приемном канале. Выходы выходных буферов обмена являются выходами устройства.The essence of the claimed solution consists in receiving, using an antenna with frequency scanning, the reflected LFM signal, demodulating it in the receiving path, storing the beats digitized by the ADC in the input clipboard for the entire period of the signal emission, as well as subsequent processing by the sliding window method with digital charting directionality. In the input clipboard of the adjustable sliding window shift system, the segments of the digitized beat signal corresponding to each position of the sliding window are selected, which are fed to the inputs of the window fast Fourier transform, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the output clipboards, in which a two-dimensional radar image is formed in each receiving channel. The outputs of the output clipboards are the outputs of the device.

Новым в предлагаемом техническом решении является то, что дополнительно введен модуль управления скользящим окном, в котором задаются размер и сдвиг скользящих окон, определяющие параметры цифровой диаграммы направленности по углу при частотном сканировании; а также модуль настраиваемой системы сдвига скользящего окна, с помощью которого непосредственно производится выделение необходимых отсчетов оцифрованных сигналов биений, соответствующих конкретным положением скользящего окна. В приемных трактах приемника формируются сигналы биений, которые оцифровываются с помощью АЦП. Выходы АЦП соединены с входным буфером обмена, в котором исходный сигнал биений разбивается на участки, соответствующие положениям скользящих окон, параметры которых подаются с выходов блока управления. Выходы входных буферов соединены со входами модулей оконного быстрого преобразования Фурье, в которых сигнал переводится в частотную область. Выходы модулей оконного преобразования Фурье соединены с входами соответствующих выходных буферов обмена, в которых производится формирование двумерного радиолокационного изображения, полученное в соответствующем приемном канале.New in the proposed technical solution is that a sliding window control module is additionally introduced, in which the size and shift of the sliding windows are set, which determine the parameters of the digital radiation pattern along the corner during frequency scanning; as well as a module of a custom sliding window shift system, with the help of which the necessary samples of digitized beat signals corresponding to a specific position of the sliding window are directly extracted. Beat signals are generated in the receiver receiving paths, which are digitized using the ADC. The ADC outputs are connected to the input clipboard, in which the initial beat signal is divided into sections corresponding to the positions of the sliding windows, the parameters of which are supplied from the outputs of the control unit. The outputs of the input buffers are connected to the inputs of the window fast Fourier transform modules, in which the signal is transferred to the frequency domain. The outputs of the window Fourier transform modules are connected to the inputs of the corresponding output clipboards, in which the formation of a two-dimensional radar image obtained in the corresponding receiving channel is performed.

Устройство цифрового диаграммообразования с частотным сканированием работает следующим образом.The digital chart-forming device with frequency scanning operates as follows.

Приемник содержит N (где N∈N, и при N=1 формируется ДН только в одной плоскости, а при N≠1 в одной плоскости формируется ДН за счет частотного качания ГЛ ДН, а в другой формируется классическая многоканальная ДН) каналов с приемными трактами, содержащими смесители, с выходов которых на вход АЦП поступают сигналы биений. В АЦП происходит оцифровка соответствующих сигналов биений. В модуле управления скользящим окном формируется информация о параметрах скользящего окна, а именно его длина в отсчетах Nwin и сдвиг между различными положениями скользящего окна Nshift, которые поясняются фигурой 8. При этом количество различных положений скользящего окна (количество положений сканирующего луча по углу) К определяются по формуле:The receiver contains N (where N∈N, and when N = 1, the beam pattern is formed in only one plane, and for N ≠ 1, the beam pattern is formed in one plane due to the frequency swing of the beam pattern, and the classical multichannel beam pattern is formed in the other) channels with receive paths containing mixers, from the outputs of which the input of the ADC receives beating signals. In the ADC, the corresponding beat signals are digitized. Information about the parameters of the sliding window is generated in the sliding window control module, namely, its length in the Nwin samples and the shift between the different positions of the Nshift sliding window, which are illustrated by figure 8. The number of different sliding window positions (the number of scanning beam positions by angle) K are determined according to the formula:

где М - длина сигнала биений в отсчетах АЦП, Nwin - длина окна в отсчетах АЦП, Nshift - длина сдвига между соседними окнами в отсчетах АЦП, а

- целая часть О. Управляющее воздействие от модуля управления скользящим окном поступает на вход настраиваемой системы сдвига скользящего окна, с помощью которой из входного буфера обмена каждого из N каналов последовательно выделяются отсчеты, соответствующие текущему положению скользящего окна. Номера отсчетов АЦП для каждого положения скользящего окна представлены в таблице 1. При этом в случае выхода крайнего положения окна за границы массива отсчетов АЦП реализуется один из способов, указываемых в настройках модуля управления скользящим окном:where M is the length of the beat signal in the ADC samples, Nwin is the window length in the ADC samples, Nshift is the shift length between adjacent windows in the ADC samples, and

- the whole part of O. The control action from the sliding window control module is fed to the input of a custom sliding window shift system, with the help of which samples corresponding to the current position of the sliding window are sequentially extracted from the input clipboard of each of the N channels. The numbers of the ADC samples for each position of the sliding window are presented in Table 1. In this case, in the case when the window reaches the extreme position beyond the boundaries of the array of ADC samples, one of the methods specified in the settings of the sliding window control module is implemented:

1) Недостающие значения в начале и/или в конце задаются нулями (фигура 8), при этом происходит смещение положений главного луча ДН, а также увеличивается число положений главного луча:1) Missing values at the beginning and / or at the end are set to zeros (Figure 8), while the position of the main beam of the beam is shifted, and the number of positions of the main beam increases:

- в случае дополнения нулями и в начале, и в конце;

- in case of padding with zeros both at the beginning and at the end;

- в случае дополнения нулями только в начале или только в конце;

- in the case of padding with zeros only at the beginning or only at the end;

2) крайнее положение скользящего окна исключается из рассмотрения.2) the extreme position of the sliding window is excluded from consideration.

Выделенные для каждого положения скользящего окна отсчеты АЦП последовательно подаются через промежуточный буфер обмена переменной длины на вход модуля оконного быстрого преобразования Фурье, в котором производится две операции:The ADC samples allocated for each position of the sliding window are successively fed through an intermediate clipboard of variable length to the input of the window fast Fourier transform module, in which two operations are performed:

- Взвешивание отсчетов АЦП с помощью оконной функции, которое поясняется следующей формулой:- Weighing the ADC samples using a window function, which is illustrated by the following formula:

где Signal(n) - взвешенные отсчеты АЦП, Buff(N:N+Nwin) - исходные отсчеты АЦП, соответствующие конкретному положению скользящего окна, w(n) - используемая оконная функция, а

- операция поэлементного умножения.where Signal (n) are the weighted ADC samples, Buff (N: N + Nwin) are the original ADC samples corresponding to the specific position of the sliding window, w (n) is the window function used, and

- operation of elementwise multiplication.

- Быстрое преобразование Фурье вектора сформированных отсчетов Signal(n).- Fast Fourier transform of a vector of generated Signal samples (n).

Результат последней операции записывается в выходной буфер обмена, в котором формируется двумерное радиолокационное изображение (после формирования ДН в другой плоскости), а выход является выходом устройства.The result of the last operation is recorded in the output clipboard, in which a two-dimensional radar image is formed (after the formation of the beam in another plane), and the output is the output of the device.

Таким образом достигается заявленный технический результат, продемонстрированный на фигурах 4, 6 и заключающийся в увеличении точности определения радиальной дальности до объектов и их углового положения без снижения разрешения РЛС по углу в области видимости РЛС, за счет использования скользящего окна большой длины и небольшим смещением, параметры которого могут гибко изменятся для получения требуемого соотношения разрешения по углу и радиальной дальности.Thus, the claimed technical result is achieved, which is shown in figures 4, 6 and which consists in increasing the accuracy of determining the radial range to objects and their angular position without reducing the resolution of the radar in angle in the visibility of the radar, due to the use of a sliding window of large length and small offset, parameters which can be flexibly changed to obtain the required ratio of resolution in angle and radial range.

Описанная полезная модель может быть также осуществлена следующим образом. В приемные тракты со смесителями на входы поступает принятый ЛЧМ сигнал и излученный ЛЧМ сигнал от модуля излучателя, где сигнал биений формируется и оцифровывается с помощью АЦП. Оцифрованный сигнал биений через входной буфер обмена и указания от блока управления поступают на входы соответствующих входных буферов обмена. Оцифрованный сигнал биений каждого канала и указания от модуля управления скользящим окном поступают на входы модуля настраиваемой системы управления скользящим окном, с помощью которой из сигналов биений выделяются отсчеты, соответствующие всем положениям скользящего окна. Выделенные интервалы отсчетов сигналов биений в каждом канале и для каждого положения скользящего окна поступают соответственно на входы N*K промежуточных буферов обмена переменной длины, откуда далее поступают на вход модулей оконного быстрого преобразования Фурье, в которых производится параллельная обработка отрезков исходного сигнала биений: оконное взвешивание и перевод сигнала из временной области в частотную. Полученные спектры в каждом из N каналов поступают на К входов соответствующего выходного буфера обмена переменной длины, в котором формируется двумерное изображение для каждого приемного канала. Выходы N выходных буферов обмена являются выходами устройства. Данный вариант реализации поясняется блок-схемой на фигуре 9.The described utility model can also be implemented as follows. The received LFM signal and the emitted LFM signal from the emitter module, where the beat signal is generated and digitized using the ADC, are fed into the receiving paths with mixers at the inputs. The digitized beat signal through the input clipboard and the instructions from the control unit go to the inputs of the corresponding input clipboards. The digitized beat signal of each channel and the instructions from the sliding window control module are fed to the inputs of the module of the adjustable sliding window control system, with the help of which the samples corresponding to all the positions of the sliding window are extracted from the beat signals. The selected intervals of the beating signal samples in each channel and for each position of the sliding window are respectively supplied to the inputs N * K of the intermediate variable-length clipboards, from where they then go to the input of the window fast Fourier transform modules, in which parallel processing of the segments of the initial beat signal is performed: window weighting and transferring the signal from the time domain to the frequency domain. The obtained spectra in each of the N channels are fed to the K inputs of the corresponding output clipboard of variable length, in which a two-dimensional image is formed for each receiving channel. The outputs of N output clipboards are the outputs of the device. This implementation option is illustrated by the flowchart in figure 9.

Claims (1)

Устройство цифрового диаграммообразования для антенной системы с частотным сканированием, содержащее модуль излучателя, выходы которого соединены со входами N приемных каналов со смесителями, приемник с N приемными каналами, причем N∈N, выходы каждого из которых соединены соответственно со входами N аналого-цифровых преобразователей, выходы каждого из N аналого-цифровых преобразователей соединены со входами N входных буферов обмена, выходы которых соединены с N входами модуля настраиваемой системы сдвига скользящего окна, причем выход модуля управления скользящего окна соединен с N+1 входом модуля настраиваемой системы сдвига скользящего окна, а N выходов модуля настраиваемой системы сдвига скользящего окна соединены со входами N промежуточных буферов обмена переменной длины, выходы которых соединены соответственно со входами N модулей оконного быстрого преобразования Фурье, а выходы N модулей оконного быстрого преобразования Фурье соответственно соединены со входами N выходных буферов обмена переменной длины, выходы которых являются выходами устройства.A digital beam-forming device for an antenna system with frequency scanning, comprising a radiator module, the outputs of which are connected to the inputs of N receiving channels with mixers, a receiver with N receiving channels, and N∈N, the outputs of each of which are connected respectively to the inputs of N analog-to-digital converters, the outputs of each of the N analog-to-digital converters are connected to the inputs of N input clipboards, the outputs of which are connected to the N inputs of a module of a custom sliding window shift system, the output of the sliding window control module is connected to the N + 1 input of the module of the custom sliding window shift system, and the N outputs of the module of the custom sliding window shifting system are connected to the inputs of N intermediate variable-length clipboards, the outputs of which are connected respectively to the inputs of the N modules of the fast window Fourier transform, and the outputs of the N modules of the fast window Fourier transform are respectively connected to the inputs of the N output clipboards of variable length, the outputs of which are the outputs of the device.

Images