RU2809532C1 - Method for classification of objects by inter-frequency correlation feature in single-channel radars - Google Patents

Abstract

FIELD: radio engineering.

SUBSTANCE: digital processing of radar signals. In the claimed method, an estimate of the modulus of the inter-frequency correlation coefficient is formed based on two samples of observations taken for several surveys on two carrier frequencies of the radar, and this estimate is compared with a threshold in each range element. If the threshold in the analysed range element is not exceeded, the object is assigned the sign of an object with a large longitudinal size. In this case, a single-channel radar is used, through which radio pulses are emitted sequentially in time at different carrier frequencies, the first reflected radio signals are delayed with their time alignment with the second reflected radio signals, and an estimate of the modulus of the inter-frequency correlation coefficient is formed, comparing it with the threshold for classifying the object.

EFFECT: ability to use recognition by inter-frequency correlation feature in single-channel radar stations (radars).

2 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемый способ относится к радиотехнике, в частности к цифровой обработке радиолокационных сигналов. Задача классификации коррелированных сигналов по дискретным выборкам конечного объема возникает во многих технических приложениях. Весьма актуальна, например, задача распознавания типов целей. В работе [1] показано, что для классификации отраженных сигналов обнаруженных объектов по их продольному размеру можно использовать характер флюктуаций отраженных сигналов на разных несущих частотах, оценивая межчастотный коэффициент корреляции.The proposed method relates to radio engineering, in particular to digital processing of radar signals. The problem of classifying correlated signals from discrete samples of a finite volume arises in many technical applications. For example, the task of recognizing types of targets is very relevant. It is shown in [1] that to classify the reflected signals of detected objects according to their longitudinal size, one can use the nature of fluctuations of the reflected signals at different carrier frequencies, estimating the inter-frequency correlation coefficient.

где - оценка модуля межчастотного коэффициента корреляции, N - число накоплений по независимым выборкам (обзорам РЛС). Z1_j=x1_j+iy1_j, Z2_j=x2_j+iy2_j комплексные выборки классифицируемых эхо сигналов обнаруженного объекта на входе, принятых в двух частотных каналах на разных несущих частотах. В частности, в основе этого сигнального признака классификации лежит взаимосвязь значения межчастотного коэффициента корреляции с линейными размерами объекта. Чем больше размер объекта, тем меньше межчастотный коэффициент корреляции. Однако способ по формуле (1) обладает недостатком, который проявляется в том, что формируемый межчастотный корреляционный признак чувствителен к мощности принимаемых сигналов. Этого недостатка лишен другой способ классификации обнаруженных объектов по их продольному размеру [2], в котором две выборки наблюдения, принятые на двух разнесенных несущих частотах, перемножаются и их произведение накапливается от обзора к обзору для каждого элемента дальности с обнаруженным объектом и теперь уже нормированный модуль накопленного произведения сравнивается с порогом (2).Where - assessment of the modulus of the inter-frequency correlation coefficient, N - number of accumulations from independent samples (radar surveys). Z1 _j =x1 _j +iy1 _j , Z2 _j =x2 _j +iy2 _j complex samples of classified echo signals of a detected object at the input, received in two frequency channels at different carrier frequencies. In particular, this classification signal is based on the relationship between the value of the inter-frequency correlation coefficient and the linear dimensions of the object. The larger the object size, the lower the inter-frequency correlation coefficient. However, the method according to formula (1) has a disadvantage, which is manifested in the fact that the generated inter-frequency correlation feature is sensitive to the power of the received signals. Another method of classifying detected objects by their longitudinal size does not have this drawback [2], in which two observation samples taken at two spaced apart carrier frequencies are multiplied and their product is accumulated from survey to survey for each range element with a detected object and now a normalized module accumulated product is compared with threshold (2).

Полученная таким образом оценка модуля межчастотного коэффициента корреляции, соответствующая оценке максимального правдоподобия, сравнивается с порогом, на основании чего принимается решение о наличии обнаруженного объекта с большим продольным размером (порог не превышен) или малого продольного размера (порог превышен). Хотя данный способ позволяет осуществлять классификацию объектов по межчастотному корреляционному признаку, однако его использование требует применение двухканальной РЛС с одновременным излучением радиоимпульсов на двух несущих частотах.The thus obtained estimate of the modulus of the inter-frequency correlation coefficient, corresponding to the maximum likelihood estimate, is compared with the threshold, on the basis of which a decision is made about the presence of a detected object with a large longitudinal size (the threshold is not exceeded) or a small longitudinal size (the threshold is exceeded). Although this method makes it possible to classify objects according to inter-frequency correlation, its use requires the use of a two-channel radar with simultaneous emission of radio pulses at two carrier frequencies.

С целью расширения области применения способа классификации по межчастотному корреляционному признаку в одноканальных РЛС предлагается способ классификации обнаруженных объектов по их продольному размеру, отличающийся тем, что с целью использования одноканальной РЛС последовательно во времени излучаются на разных несущих частотах радиоимпульсы, которые, отражаясь от обнаруженной цели, обрабатываются следующим образом. Первые отраженные сигналы подвергаются задержке с целью выравнивания их по времени со вторыми отраженными сигналами для последующего формирования оценки максимального правдоподобия модуля межчастотного коэффициента корреляции.In order to expand the scope of application of the classification method according to the inter-frequency correlation feature in single-channel radars, a method is proposed for classifying detected objects according to their longitudinal size, characterized in that, in order to use a single-channel radar, radio pulses are emitted sequentially in time at different carrier frequencies, which, reflected from the detected target, are processed as follows. The first reflected signals are delayed in order to align them in time with the second reflected signals for subsequent generation of a maximum likelihood estimate of the modulus of the inter-frequency correlation coefficient.

Таким образом, предлагаемый способ раскрывает новые функциональные возможности классификации по межчастотному корреляционному признаку за счет последовательного по времени излучения радиоимпульсов на двух несущих частотах, выравнивания по времени принятых эхо сигналов и расчета на их основе модуля межчастотного коэффициента корреляции. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию "существенные отличия".Thus, the proposed method reveals new functionality for classification based on the inter-frequency correlation feature due to the time-sequential emission of radio pulses at two carrier frequencies, the time alignment of the received echo signals and the calculation on their basis of the modulus of the inter-frequency correlation coefficient. This allows us to conclude that the proposed method meets the “significant differences” criterion.

Для того, чтобы сформировать межчастотный коэффициент корреляции, в известном способе прототипе используют операции в соответствии с формулой (2). Решение о том, что объект протяженный принимается, еслиIn order to form an inter-frequency correlation coefficient, the known prototype method uses operations in accordance with formula (2). The decision that an object is extended is made if

В отличие от прототипа в предлагаемом способе комплексные выборки классифицируемых эхо сигналов обнаруженного объекта на входе, принятые в двух частотных каналах на разных несущих частотах с разносом по времени, отличаются тем, что дополнительная задержка первого отраженного сигнала может приводить к его дополнительной незначительной декорреляции по времени сигнала, которой можно пренебречь из-за малой длительности задержки между последовательно излученными радиоимпульсами.Unlike the prototype in the proposed method, complex samples of classified echo signals of a detected object at the input, received in two frequency channels at different carrier frequencies separated in time, differ in that the additional delay of the first reflected signal can lead to its additional slight decorrelation in signal time , which can be neglected due to the short duration of the delay between successively emitted radio pulses.

Проиллюстрируем работу предлагаемого способа и прототипа на конкретном примере, прибегнув к моделированию с помощью системы MATLAB [2], см. раздел 3.3 на странице 48.Let us illustrate the operation of the proposed method and prototype using a specific example, using simulation using the MATLAB system [2], see section 3.3 on page 48.

Осуществим классификацию протяженного объекта, используя две выборки наблюдений с межчастотным коэффициентом корреляции равным R=0. Корреляционный порог R_ПОР в расчетах будем менять от 0,1 до 0,9. Число независимых накоплений (обзоров) возьмем N=4, 8 и 16. Было проведено моделирование с помощью системы MATLAB [3] для разных значений порога R_пор и числа обзоров N=4, 8 и 16 (см. Фиг. 1, 2 и 3), соответственно, где приведена зависимость вероятности правильной классификации протяженных объектов от порога для прототипа (звездочки) и для предложенного способа (кружочки). Единственное отличие программы предложенного способа от прототипа в [2] - это добавление модифицированных первых задержанных частично декоррелированных выборок.Let us classify an extended object using two samples of observations with an inter-frequency correlation coefficient equal to R=0. In the calculations we will change the correlation threshold R _POR from 0.1 to 0.9. Let us take the number of independent accumulations (reviews) N=4, 8 and 16. Simulation was carried out using the MATLAB system [3] for different values of the threshold R _pores and the number of reviews N=4, 8 and 16 (see Fig. 1, 2 and 3), respectively, which shows the dependence of the probability of correct classification of extended objects on the threshold for the prototype (asterisks) and for the proposed method (circles). The only difference between the program of the proposed method and the prototype in [2] is the addition of modified first delayed partially decorrelated samples.

Результаты моделирования позволяют сделать вывод о возможности использования распознавания по межчастотному корреляционному признаку в одноканальных РЛС.The simulation results allow us to conclude that it is possible to use inter-frequency correlation recognition in single-channel radars.

Дополнительная задержка отраженных сигналов, излученных первыми в одноканальных РЛС, расширяет область применения классификации по межчастотному корреляционному признаку.The additional delay of the reflected signals emitted first in single-channel radars expands the scope of classification based on the inter-frequency correlation feature.

ПЕРЕЧЕНЬ ИСТОЧНИКОВ, ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ПРИ ОФОРМЛЕНИИ ЗАЯВКИLIST OF SOURCES USED WHEN COMPLETING THE APPLICATION

1. Bartenev V. Radar objects classification using inter frequency correlation coefficient. Report on the International conference RADAR 2016. China, Oct. 20161. Bartenev V. Radar objects classification using inter frequency correlation coefficient. Report on the International conference RADAR 2016. China, Oct. 2016

2. Бартенев В.Г. «Модельно-ориентированное проектирование программируемых радиотехнических устройств. Практический курс». Горячая линия-Телеком, М., 2019.2. Bartenev V.G. “Model-based design of programmable radio devices. Practical course." Hotline-Telecom, M., 2019.

3. Потемкин В.Г. «Справочник по MATLAB. Анализ и обработка данных», http://matlab.exponenta.ru/ml/book2/chapter8/3. Potemkin V.G. "Handbook for MATLAB. Data analysis and processing", http://matlab.exponenta.ru/ml/book2/chapter8/

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ ЗАЯВКИBRIEF DESCRIPTION OF THE APPLICATION DRAWINGS

Фиг. 1. Зависимость вероятности правильной классификации протяженных объектов от порога для N=4 в одноканальном классификаторе (кружочки) и в двухканальном классификаторе (звездочки).Fig. 1. Dependence of the probability of correct classification of extended objects on the threshold for N=4 in a single-channel classifier (circles) and in a two-channel classifier (asterisks).

Фиг. 2. Зависимость вероятности правильной классификации протяженных объектов от порога для N=8 в одноканальном классификаторе (кружочки) и в двухканальном классификаторе (звездочки).Fig. 2. Dependence of the probability of correct classification of extended objects on the threshold for N=8 in a single-channel classifier (circles) and in a two-channel classifier (asterisks).

Фиг. 3. Зависимость вероятности правильной классификации протяженных объектов от порога для N=16 в одноканальном классификаторе (кружочки) и в двухканальном классификаторе (звездочки).Fig. 3. Dependence of the probability of correct classification of extended objects on the threshold for N=16 in a single-channel classifier (circles) and in a two-channel classifier (asterisks).

Claims (2)

1. Радиолокационный способ классификации объектов по межчастотному корреляционному признаку, заключающийся в том, что формируют оценку модуля межчастотного коэффициента корреляции на основе двух выборок наблюдений, принятых за несколько обзоров на двух несущих частотах радиолокационной станции (РЛС), и сравнивают эту оценку с порогом в каждом элементе дальности с присвоением при непревышении этого порога в анализируемом элементе дальности признака объекта с большим продольным размером, а в случае превышения оценкой модуля межчастотного коэффициента корреляции этого порога в анализируемом элементе дальности присваивают признак объекта с малым продольным размером, отличающийся тем, что в способе используют одноканальную РЛС, посредством которой осуществляют последовательное по времени излучение радиоимпульсов на двух разных несущих частотах, производя задержку первых отраженных радиосигналов на первой несущей частоте с выравниванием их по времени со вторыми отраженными радиосигналами на второй несущей частоте, и далее формируют оценку модуля межчастотного коэффициента корреляции для классификации обнаруженных объектов по продольному размеру.1. A radar method for classifying objects according to the inter-frequency correlation criterion, which consists in forming an estimate of the modulus of the inter-frequency correlation coefficient based on two samples of observations taken for several surveys at two carrier frequencies of the radar station (radar), and comparing this estimate with a threshold in each range element with the assignment, if this threshold is not exceeded in the analyzed range element, of a sign of an object with a large longitudinal size, and if the estimate of the module of the inter-frequency correlation coefficient exceeds this threshold in the analyzed range element, a sign of an object with a small longitudinal size is assigned, characterized in that the method uses a single-channel A radar through which radio pulses are emitted sequentially in time at two different carrier frequencies, delaying the first reflected radio signals at the first carrier frequency with their time alignment with the second reflected radio signals at the second carrier frequency, and then forming an estimate of the modulus of the inter-frequency correlation coefficient for classifying the detected objects by longitudinal size. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что задержанные выборки наблюдений первых отраженных радиосигналов, принятые за несколько обзоров РЛС, соответствуют выборкам наблюдений вторых отраженных радиосигналов для того же элемента дальности, принятых за те же несколько обзоров РЛС.2. The method according to claim 1, characterized in that the delayed samples of observations of the first reflected radio signals, taken as several radar surveys, correspond to the samples of observations of the second reflected radio signals for the same range element, taken as the same several radar surveys.

Images