RU2635875C2 - Способ формирования и обработки радиолокационных модифицированных фазоманипулированных сигналов - Google Patents
Способ формирования и обработки радиолокационных модифицированных фазоманипулированных сигналов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2635875C2 RU2635875C2 RU2015114507A RU2015114507A RU2635875C2 RU 2635875 C2 RU2635875 C2 RU 2635875C2 RU 2015114507 A RU2015114507 A RU 2015114507A RU 2015114507 A RU2015114507 A RU 2015114507A RU 2635875 C2 RU2635875 C2 RU 2635875C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pulse
- pulses
- adder
- signal
- phase
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/04—Systems determining presence of a target
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/18—Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для формирования и обработки радиолокационных модифицированных фазоманипулированных (ФМ) сигналов в радиолокационных станциях. Техническим результатом является формирование модифицированного ФМ-сигнала, имеющего минимальные энергетические потери на передачу, и прием с сохранением одноканального дискретного фильтра с небольшими потерями. В способе осуществляют формирование, усиление и излучение ФМ-сигналов с последующим приемом, фильтрацией и обработкой, при формировании осуществляют деление ФМ-сигнала на три ФМ-импульса, сдвинутых по времени относительно друг друга, при этом два из них (второй и третий) предназначены для формирования узких импульсов, заполняющих провалы в местах инверсии фазы первого ФМ-импульса, для чего первый ФМ-импульс подают на первый сумматор, являющийся общим для трех ФМ-импульсов, с временем задержки t=τ/8, второй ФМ-импульс с поворотом фазы на -90° и третий ФМ-импульс с временем задержки t=τ/4 и с поворотом фазы на +90° суммируют на втором сумматоре, в результате чего на первом сумматоре возникают несколько коротких импульсов, заполняющих провалы в местах инверсии фазы первого (среднего по времени) ФМ-импульса, а принятый сигнал обрабатывают в оптимальном фильтре. 6 ил.
Description
Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для формирования и обработки радиолокационных модифицированных фазоманипулированных (ФМ) сигналов в радиолокационных станциях.
Один из известных способов формирования ФМ-сигналов основан на использовании балансного модулятора (БМ), в котором вся длительность радиосигнала τ разбивается на ряд парциальных радиоимпульсов с длительностью τ0, имеющих определенные фазовые сдвиги 2π/k, где k - номер элемента кода. При k>2 - манипуляция многофазная, а при k=2 - противофазная, т.к. возможны лишь фазовые сдвиги 0 и π. Кодировка чередования фаз часто производится в соответствии с кодом Баркера. Выражение для ФМ-сигнала со скачкообразным изменением фазы записывается следующим образом [1]:
где: n - размер кода или база сигнала (число импульсов последовательности),
k - номер элемента кода,
Pk - элемент кодовой последовательности, принимающий значения +1 или -1 и определяющий код модуляции фазы,
U(t) - огибающая ФМ-сигнала,
Так как для формирования ФМ-сигналов используется БМ, то, в соответствии с кодом Баркера, переходные процессы сведены к минимуму при переключении фаз с 0 на π и наоборот. Следует отметить, что при таком способе формирования ФМ-сигналов в точках инверсии фазы несущей нарушается ее непрерывность, приводящая к нежелательному расширению эффективной ширины спектра сигнала [2]. Обычно, в связи с требованиями по электромагнитной совместимости (ЭМС), в передающем устройстве перед излучающим каскадом ставится полосовой фильтр, ограничивающий ширину спектра излучаемого сигнала. Наличие такого фильтра приводит к появлению провалов в области инверсии фазы (фиг. 1), ширина которых пропорциональна ширине полосы фильтра ЭМС. Это приводит к потере энергии излучаемого импульса. Потери возникают и в приемном модуле, где на входе установлен фильтр с более узкой (по сравнению с фильтром ЭМС) оптимальной полосой ΔF=1,37/τ0, где τ0 - длительность парциального импульса ФМ-сигнала. По результатам моделирования энергетические потери могут составлять величину порядка 1,5-2 дБ.
Одним из способов устранения указанных потерь является использование не скачкообразного, а плавного изменения фазы между парциальными импульсами [1]. Плавное изменение фазы на 180° достигается за счет изменения центральной частоты f0 на величину F в малом интервале Δτ=ξτ (ξ<1), охватывающем область инверсии фазы. Выражение для комплексной огибающей ФМ-сигнала с плавным изменением фазы между импульсами можно представить следующим образом:
где: Ω=2πF, причем ΩΔτ=2πFτ0ξ=π;
С учетом изложенного этот способ формирования модифицированных ФМ-сигналов выберем в качестве прототипа. Недостатком прототипа, как показал его анализ в работе [1], является увеличение ширины главного лепестка и максимальных уровней первой пары боковых лепестков спектральной плотности сигнала. Кроме того, наблюдаются потери в отношении сигнал/шум, пропорциональные длительности Δτ области с плавным изменением фазы. Данные потери связаны с нарушением оптимальности при приеме модифицированного ФМ-сигнала с плавным изменением фазы. В приемном устройстве для уменьшения потерь, возникающих при дискретизации сигналов в аналого-цифровом преобразователе (АЦП), вызванных разным временным положением аналогового сигнала относительно моментов дискретизации, требуется набор дискретных фильтров, расставленных с некоторым временным шагом Δt, что приводит к увеличению аппаратурных затрат.
Переход к одноканальной схеме наряду с экономией вычислительных ресурсов влечет за собой потери в обнаружении информационного канала на фоне шума.
Выход из этого положения был найден [3] с помощью применения аналого-дискретного фильтра (АДФ) с передаточной характеристикой, определяемой формулой:
где: ω - частота;
Δt - шаг временной дискретизации;
S(ω) - комплексно-сопряженный спектр полезного сигнала;
N(ω) - спектральная плотность мощности шума.
Применение АДФ расширяет импульс сигнала до дискретизации, при этом отношение сигнал/шум уменьшается на некоторую величину. Как показало моделирование, при сжатии модифицированного ФМ-сигнала, применяемого в предлагаемом способе формирования и обработки радиолокационных модифицированных ФМ-сигналов, импульс получается более широкий, чем при сжатии ФМ-сигнала, например с плавным изменением фазы. Поэтому в предлагаемом способе не требуется использовать дополнительный аналоговый фильтр с характеристикой, описываемой формулой (3).
Техническим результатом предлагаемого изобретения является формирование модифицированного ФМ-сигнала, имеющего минимальные энергетические потери на передачу, и прием с сохранением одноканального дискретного фильтра с небольшими потерями.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный способ, заключающийся в формировании, усилении и излучении ФМ-сигналов, последующем их приеме, фильтрации и обработке, введено при формировании деление ФМ-сигнала на три ФМ-импульса, сдвинутых по времени относительно друг друга, при этом два из них (второй и третий) предназначены для формирования узких импульсов, заполняющих провалы в местах инверсии фазы первого ФМ-импульса, для чего первый ФМ-импульс подают на первый сумматор, являющийся общим для трех ФМ-импульсов, с временем задержки t=τ/8, второй ФМ-импульс с поворотом фазы на -90° и третий ФМ-импульс с временем задержки t=τ/4 и с поворотом фазы на +90° суммируют на втором сумматоре, в результате чего на первом сумматоре возникают несколько коротких импульсов, заполняющих провалы в местах инверсии фазы первого (среднего по времени) ФМ-импульса, а принятый сигнал обрабатывают в оптимальном фильтре.
Для лучшего понимания предлагаемого способа формирования и обработки радиолокационных модифицированных ФМ-сигналов рассмотрим блок-схему его реализации, показанную на фиг. 2, где приняты следующие обозначения:
1 - передающий модуль;
2 - приемный модуль;
3 - балансный модулятор (БМ);
4 - фильтр ЭМС (Фэмс);
5 - формирователь модифицированного ФМ-сигнала;
6 - линия задержки на τ/8;
7 - первый сумматор;
8 - выходной каскад;
9 - делитель;
10 - фазовращатель на -90°;
11 - второй сумматор;
12 - линия задержки на τ/4;
13 - фазовращатель на +90°;
14 - фильтр (Ф0);
15 - оптимальный фильтр;
16 - линия задержки на τ/8;
17 - первый сумматор;
18 - сжимающий фильтр (СФ);
19 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
20 - делитель;
21 - фазовращатель на -90°;
22 - второй сумматор;
23 - линия задержки на τ/4;
24 - фазовращатель на +90°;
25 - блок цифровой обработки.
Как видно из фиг. 2, в состав устройства входят передающий 1 и приемный 2 модули. Передающий модуль 1 состоит из последовательно соединенных БМ 3, Фэмс 4, формирователя 5 модифицированного ФМ-сигнала и выходного каскада 8 передающего модуля 1, выходом соединенного с антенной. Причем формирователь 5 модифицированного ФМ-сигнала состоит из делителя 9, вход которого подключен к выходу Фэмс 4, а первый выход - ко входу линии задержки 6 на τ/8, выход которой соединен с первым входом первого сумматора 7, выход которого соединен со входом выходного каскада 8 передающего модуля 1. Второй выход делителя 9 через фазовращатель 10 на -90° подключен к первому входу второго сумматора 11, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора 7. Третий выход делителя 9 через последовательно соединенные линию задержки 12 на τ/4 и фазовращатель 13 на +90° подключен ко второму входу второго сумматора 11.
Приемный модуль 2 состоит из последовательно соединенных Ф0 14 с оптимальной полосой F=1,37/τ0, оптимального фильтра 15, СФ 18, АЦП 19 и блока цифровой обработки 25, причем вход Ф0 14 подключен к антенне. Оптимальный фильтр 15 содержит делитель 20, входом подключенный ко выходу Ф0 14, а первым выходом через линию задержки 16 на τ/8 - к первому входу первого сумматора 17 и далее - ко входу СФ 18. Второй выход делителя 20 через фазовращатель 21 на -90° соединен с первым входом второго сумматора 22, выходом подключенного ко второму входу первого сумматора 17. Третий выход делителя 20 соединен последовательно с линией задержки 23 на τ/4, фазовращателем 24 на +90°, вторым входом второго сумматора 22.
Принцип работы устройства, реализующего предлагаемый способ, следующий.
ФМ-сигнал длительностью τ, вышедший из БМ 3 передающего модуля 1, подается через Фэмс 4 на вход делителя 9 формирователя 5 модифицированного ФМ-сигнала, где делится на три элементарных импульса τ0. Первый импульс с первого выхода делителя 9 через линию задержки 6 с временем задержки t=τ/8 подается на первый вход первого сумматора 7. Второй импульс со второго выхода делителя 9 с поворотом фазы в фазовращателе 10 на -90° поступает на первый вход второго сумматора 11. Третий импульс с третьего выхода делителя 9 через последовательно соединенные линию задержки 12 на τ/4 и фазовращатель 13 на +90° подается на второй вход второго сумматора 11.
В результате сложения второго импульса с третьим импульсом во втором сумматоре 11 возникает несколько узких импульсов, длительность которых пропорциональна ширине провалов, расположенных в местах инверсии фазы первого ФМ-импульса, показанных на фиг. 3. При подаче их на первый сумматор 7 они заполняют провалы в первом ФМ-импульсе и его общий вид становится таким, как показано на фиг. 4. С выхода первого сумматора 7 сформированный ФМ-сигнал поступает на выходной каскад 8 передающего модуля 1, где усиливается по мощности, и далее - через антенну излучается в пространство.
Принятый от антенны сигнал поступает на фильтр Ф0 14 приемного модуля 2 и далее - в оптимальный фильтр 15, согласованный с модифицированным ФМ-сигналом, по строению похожий на формирователь 5 модифицированного ФМ-сигнала, комплексно сопряженный с ним. Комплексное сопряжение обеспечивается отрицательным знаком сигнала, приходящего с выхода второго сумматора 22 на второй вход первого сумматора 17. С выхода первого сумматора 17 сигнал поступает на вход СФ 18, и далее через АЦП 19 - на вход блока цифровой обработки 25. Вид сигнала на выходе СФ 18 показан на фиг. 5.
На фиг. 6 показан сжатый ФМ-сигнал, не прошедший через оптимальный фильтр, согласованный с модифицированным ФМ-сигналом. Из их сравнения видно, что сигнал прошедший через оптимальный фильтр, более широкий, а, следовательно, имеет меньшие потери при дискретизации.
Анализ предлагаемого способа формирования и обработки радиолокационных модифицированных ФМ-сигналов показал его достоинства относительно прототипа. Благодаря отсутствию провалов отсутствуют энергетические потери, а благодаря наличию оптимального фильтра, согласованного с модифицированным ФМ-сигналом, отсутствуют потери, связанные с модификацией ФМ-импульса, в отличие от прототипа, где величина потерь связана с длительностью участка ФМ-импульса, на котором происходит плавное изменение фазы и отсутствует оптимальный фильтр при приеме такого модифицированного ФМ-сигнала. При дискретной обработке ФМ-сигнала в предлагаемом способе потери получаются минимальными поскольку сжатый ФМ-сигнал более широкий относительно ФМ-сигнала с плавным изменением фазы, поэтому при использовании способа-прототипа необходимо ставить фильтр для его расширения, чтобы избежать потерь.
Источники информации
1. Г.С. Нахмансон, А.В. Суслин «Корреляционные и спектральные характеристики радиолокационного фазоманипулированного сигнала с плавным изменением фазы», «Успехи современной радиоэлектроники» №4, 2012 г., стр. 7-11;
2. Ч. Кук, М. Бернфельд «Радиолокационные сигналы», «Советское радио», Москва, - 1971 г., стр. 262;
3. Патент РФ №2291463 «Способ аналого-дискретной обработки радиолокационных импульсных сигналов», опубликовано 10.01.2007, автор П.В. Михеев.
Claims (1)
- Способ формирования и обработки радиолокационных модифицированных фазоманипулированных (ФМ) сигналов, заключающийся в формировании, усилении и излучении ФМ-сигналов, последующем их приеме, фильтрации и обработке, отличающийся тем, что при формировании ФМ-сигнал делят на три ФМ-импульса, сдвинутых по времени относительно друг друга, при этом второй и третий ФМ-импульсы предназначены для формирования узких импульсов, заполняющих провалы в местах инверсии фазы первого ФМ-импульса, для чего первый ФМ-импульс подают на первый сумматор, являющийся общим для трех ФМ-импульсов, с временем задержки t=τ/8, а второй ФМ-импульс с поворотом фазы на -90° и третий ФМ-импульс с временем задержки t=τ/4 и с поворотом фазы на +90° суммируют, в результате чего на первом сумматоре возникают несколько коротких импульсов, заполняющих провалы в местах инверсии фазы первого ФМ-импульса, причем принятый сигнал обрабатывают в оптимальном фильтре.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015114507A RU2635875C2 (ru) | 2015-04-17 | 2015-04-17 | Способ формирования и обработки радиолокационных модифицированных фазоманипулированных сигналов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015114507A RU2635875C2 (ru) | 2015-04-17 | 2015-04-17 | Способ формирования и обработки радиолокационных модифицированных фазоманипулированных сигналов |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015114507A RU2015114507A (ru) | 2016-11-10 |
RU2635875C2 true RU2635875C2 (ru) | 2017-11-16 |
Family
ID=57267540
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015114507A RU2635875C2 (ru) | 2015-04-17 | 2015-04-17 | Способ формирования и обработки радиолокационных модифицированных фазоманипулированных сигналов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2635875C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2792418C1 (ru) * | 2022-01-02 | 2023-03-22 | Акционерное общество "Челябинский Радиозавод "Полет" | Многоканальное устройство обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2025903C1 (ru) * | 1990-07-23 | 1994-12-30 | Всероссийский научно-исследовательский институт радиотехники | Способ формирования фазоманипулированного сигнала и устройство для его осуществления |
US6281838B1 (en) * | 1999-04-30 | 2001-08-28 | Rockwell Science Center, Llc | Base-3 switched-line phase shifter using micro electro mechanical (MEMS) technology |
US20080224919A1 (en) * | 2007-03-13 | 2008-09-18 | Walker William H | System and method for dual polarization radar with automatic built-in test equipment and calibration |
RU2365052C1 (ru) * | 2008-05-26 | 2009-08-20 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" | Адаптивный классификатор сложных широкополосных импульсных сигналов |
US20120092211A1 (en) * | 2008-11-27 | 2012-04-19 | Iad Gesellschaft Fur Informatik, Automatisierung Und Datenverarbeitung Mbh | Device for receiving secondary radio signals with quasi-dynamic or dynamic sectoring of the space to be monitored and corresponding method |
-
2015
- 2015-04-17 RU RU2015114507A patent/RU2635875C2/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2025903C1 (ru) * | 1990-07-23 | 1994-12-30 | Всероссийский научно-исследовательский институт радиотехники | Способ формирования фазоманипулированного сигнала и устройство для его осуществления |
US6281838B1 (en) * | 1999-04-30 | 2001-08-28 | Rockwell Science Center, Llc | Base-3 switched-line phase shifter using micro electro mechanical (MEMS) technology |
US20080224919A1 (en) * | 2007-03-13 | 2008-09-18 | Walker William H | System and method for dual polarization radar with automatic built-in test equipment and calibration |
RU2365052C1 (ru) * | 2008-05-26 | 2009-08-20 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" | Адаптивный классификатор сложных широкополосных импульсных сигналов |
US20120092211A1 (en) * | 2008-11-27 | 2012-04-19 | Iad Gesellschaft Fur Informatik, Automatisierung Und Datenverarbeitung Mbh | Device for receiving secondary radio signals with quasi-dynamic or dynamic sectoring of the space to be monitored and corresponding method |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2792418C1 (ru) * | 2022-01-02 | 2023-03-22 | Акционерное общество "Челябинский Радиозавод "Полет" | Многоканальное устройство обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015114507A (ru) | 2016-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10145949B2 (en) | Radar apparatus | |
US8054908B2 (en) | Transmitter circuit and radio transmission apparatus for transmitting data via radio by using impulses | |
RU2192094C1 (ru) | Способ когерентной разнесенной передачи сигнала | |
US11005520B2 (en) | Method and system for spread spectrum code acquisition | |
Hahn | Theoretical diversity improvement in multiple frequency shift keying | |
US11428778B2 (en) | System and method for performing spillover cancellation | |
KR20000052914A (ko) | 전송방법 및 그 방법의 실행을 위한 장치 | |
JP2007040953A (ja) | 相関受信処理装置 | |
US7570707B2 (en) | Digital delay element for delay mismatch cancellation in wireless polar transmitters | |
Thakur et al. | A novel pulse compression technique for side-lobe reduction using woo filter concepts | |
US7593471B2 (en) | Frequency combining apparatus and frequency combining method | |
RU2635875C2 (ru) | Способ формирования и обработки радиолокационных модифицированных фазоманипулированных сигналов | |
JP2002502163A (ja) | 符号分割多重接続信号を処理するための複素擬似雑音シーケンスを生成する方法およびシステム | |
US7002425B2 (en) | Pulse modulation | |
JP4549730B2 (ja) | 符号変調パルス圧縮方式及び符号変調パルス圧縮方法 | |
JP6079825B2 (ja) | 送受信装置及び送受信方法 | |
Ozdil et al. | Channelized DRFM for wideband signals | |
RU2262802C1 (ru) | Устройство для передачи и приема модулированных по фазе и частоте широкополосных сигналов | |
RU2630161C1 (ru) | Устройство подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов Р3 и Р4 (варианты) | |
RU2702899C1 (ru) | Способ цифрового квадратурного формирования фазоманипулированного радиосигнала с расширенным спектром | |
RU2628475C1 (ru) | Устройство подавления боковых лепестков при импульсном сжатии симметрично усеченных многофазных кодов (варианты) | |
RU2688135C1 (ru) | Устройство формирования сигналов с многопозиционной манипуляцией | |
JPH10200424A (ja) | 時間拡散ルートナイキストフィルタ | |
Doerry | Mathematics of Signal Manipulation and Processing for Radar. | |
Yong | A study on a delay-Doppler estimation method in fast fading channels of high-speed mobile vehicles |