Разрешение неоднозначности диапазона

Разрешение неоднозначности диапазона - это метод, используемый радарами со средней частотой повторения импульсов (PRF) для получать информацию о дальности для расстояний, превышающих расстояние между передаваемыми импульсами.

Этот метод обработки сигналов требуется для импульсного доплеровского радара.

Необработанный обратный сигнал от отражения будет казаться поступающим с расстояния, меньшего, чем истинный диапазон отражения, когда длина волны частота следования импульсов (PRF) меньше диапазона отражения. Это приводит к тому, что отраженные сигналы сгибаются, так что видимый диапазон представляет собой функцию по модулю истинного диапазона.

• 1 Определение
  • 1.1 Теория
  • 1.2 Работа
• 2 Ограничения
  • 2.1 Мертвые зоны
  • 2.2 Множественные цели
• 3 Реализации
• 4 Ссылки

Наложение диапазона происходит, когда отражения прибывают с расстояний, которые превышают расстояние между передаваемыми импульсами с определенной частотой повторения импульсов (PRF).

Разрешение неоднозначности диапазона требуется для получения истинного диапазона, когда измерения выполняются с использованием системы, в которой выполняется следующее неравенство.

$Расстояние>(c\; 2\; \times \; PRF)\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; text\; \{Distance\}\}>\backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{c\}\; \{2\; \backslash \; times\; \backslash \; mathrm\; \{PRF\}\}\}\; \backslash \; right)\}$

Здесь c - скорость сигнала, которая для радара равна скорости света. Измерения дальности, выполненные таким образом, дают функция по модулю истинного диапазона.

$Кажущийся\; диапазон\; =\; (Истинный\; диапазон)\; mod\; (c\; 2\; \times \; PRF)\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; text\; \{Кажущийся\; диапазон\}\}\; =\; (\{\backslash \; text\; \{Истинный\; диапазон\; \}\})\; \backslash \; mod\; \backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{c\}\; \{2\; \backslash \; times\; \backslash \; mathrm\; \{PRF\}\}\}\; \backslash \; right)\}$

Теория

Чтобы определить истинную дальность, радар должен измерить видимый диапазон с использованием двух или более различных PRF.

Предположим, что выбрана комбинация из двух PRF, где расстояние между импульсами передачи (интервал между импульсами) отличается на ширину импульса передатчика.

$Комбинация\; двух\; PRFC\; \{\; P\; ulse\; S\; paci\; ng\; (a\; mbiguous\; R\; ange)\; =\; 1\; PRF\; 1\; PRFA\; -\; 1\; PRFB\; =\; \pm \; T\; ransmit\; P\; ulse\; W\; idth\; \{\backslash \; displaystyle\; Two\; \backslash \; PRF\; \backslash \; Combination\; \{\backslash \; begin\; \{cases\}\; Pulse\; \backslash \; Spacing\; \backslash \; (Ambiguous\; \backslash \; Range)\; =\; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{\backslash \; mathrm\; \{PRF\}\}\}\; \backslash \backslash \backslash \backslash \; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{\backslash \; mathrm\; \{PRF\}\; \_\; \{A\}\}\}\; -\; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{\backslash \; mathrm\; \{PRF\}\; \_\; \{B\}\; \}\}\; =\; \backslash \; pm\; \backslash \; Transmit\; \backslash \; Pulse\; \backslash \; Width\; \backslash \; end\; \{cases\}\}\}$

Каждый импульс передачи разделен на расстояние неопределенного интервала диапазона. Между импульсами передачи берутся несколько выборок.

Если сигнал приема попадает в один и тот же номер выборки для обоих PRF, то объект находится в первом интервале неоднозначного диапазона. Если принимаемый сигнал попадает в число отсчетов, которые отличаются на единицу, то объект находится во втором интервале неоднозначного диапазона. Если принимаемый сигнал попадает в число отсчетов, которые отличаются на два, то объект находится в третьем неоднозначном интервале диапазона.

Общие ограничения дальности действия следующие.

Каждая выборка обрабатывается для определения наличия отраженного сигнала (обнаружение). Это называется обнаружением сигнала.

Обнаружение, сделанное с использованием обоих PRF, можно сравнить, чтобы определить истинный диапазон. Это сравнение зависит от рабочего цикла передатчика (отношения между включенным и выключенным).

рабочий цикл - это отношение ширины передаваемого импульса $T\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathrm\; \{T\}\}$и периода между импульсами $1\; /\; PRF\; \{\backslash \; displaystyle\; 1\; /\; \backslash \; mathrm\; \{PRF\}\}$.

$Характеристики\; передатчика\; C\; \{D\; uty\; C\; ycle\; =\; PRF\; \times \; T\; ransmit\; P\; ulse\; W\; idth\; P\; ulse\; S\; pacing\; =\; (c\; PRF)\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; begin\; \{align\}\; Transmitter\; \backslash \backslash \; Характеристики\; \backslash \; end\; \{align\}\}\; \{\backslash \; begin\; \{cases\}\; Duty\; \backslash \; Cycle\; =\; \backslash \; mathrm\; \{PRF\}\; \backslash \; times\; Transmit\; \backslash \; Pulse\; \backslash \; Width\; \backslash \backslash \backslash \backslash \; Pulse\; \backslash \; Spacing\; =\; \backslash \; left\; (\{\; \backslash \; frac\; \{c\}\; \{\backslash \; mathrm\; \{PRF\}\}\}\; \backslash \; right)\; \backslash \; end\; \{ases\}\}\}$

Импульсный допплер может надежно определить истинный диапазон на всех расстояниях, меньших, чем инструментальный диапазон . Оптимальная пара PRF, используемая для схемы обнаружения доплеровского импульса, должна отличаться как минимум $PRF\; \ast \; Duty\; Cycle\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathrm\; \{PRF\}\; *\; \{\backslash \; text\; \{Duty\; Cycle\}\}\}$. Это делает диапазон каждой PRF различным на ширину периода выборки.

Разница между номерами выборок, в которых обнаружен сигнал отражения для этих двух PRF, будет примерно такой же, как количество неоднозначных интервалов дальности между радаром и отражателем (т. Е. Если отражение попадает в образец 3 для PRF 1 и в образце 5 для PRF 2, тогда отражатель находится в интервале неопределенного диапазона 2 = 5-3).

$Инструментальный\; диапазон\; \{M\; inimum\; S\; ample\; W\; idth\; =\; (D\; uty\; C\; ycle\; PRF)\; M\; aximum\; D\; istance\; =\; (P\; ulse\; S\; pacing\; S\; ample\; W\; idth)\; =\; (c\; S\; ample\; W\; idth\; \times \; 2\; \times \; PRF\; 2)\; Размеров\; на\; передачу\; P\; ulse\; =\; (Минимальная\; ширина\; 1\; M\; -\; 1)\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; begin\; \{align\}\; Instrumented\; \backslash \backslash \; Range\; \backslash \; end\; \{align\}\}\; \{\backslash \; begin\; \{cases\}\; Minimum\; \backslash \; Sample\; \backslash \; Width\; =\; \backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{Duty\; \backslash \; Cycle\}\; \{\backslash \; mathrm\; \{PRF\}\}\}\; \backslash \; right)\; \backslash \backslash \backslash \backslash \; Maximum\; \backslash \; Distance\; =\; \backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{Pulse\; \backslash \; Spacing\}\; \{Sample\; \backslash \; Width\}\}\; \backslash \; right)\; =\; \backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{c\}\; \{Sample\; \backslash \; Width\; \backslash \; times\; 2\; \backslash \; times\; \backslash \; mathrm\; \{PRF\}\; ^\; \{2\}\}\}\; \backslash \; right)\; \backslash \backslash \backslash \backslash \; Samples\; \backslash \; Per\; \backslash \; Transmit\; \backslash \; Pulse\; =\; \backslash \; left\; (\{\; \backslash \; frac\; \{1\}\; \{Minimum\; \backslash \; Sample\; \backslash \; Width\}\}\; -\; 1\; \backslash \; right)\; \backslash \; end\; \{cases\}\}\}$

Нет гарантии, что истинный диапазон будет найден для объектов за пределами этого расстояния.

Операция

Ниже приводится частный случай китайской теоремы об остатках.

. Каждая неоднозначная выборка диапазона содержит сигнал приема из нескольких различных местоположений диапазона. Обработка неоднозначности определяет истинный диапазон.

Это лучше всего поясняется на следующем примере, где PRF A создает импульс передачи каждые 6 км, а PRF B создает импульс передачи каждые 5 км.

Кажущийся диапазон для PRF A попадает в выборку 2 км, а видимый диапазон для PRF B попадает в выборку 4 км. Эта комбинация устанавливает истинное расстояние до цели 14 км (2x6 + 2 или 2x5 + 4). Это можно увидеть графически, когда интервалы диапазонов складываются из конца в конец, как показано ниже.

«A» представляет возможности целевого диапазона для PRF A, а «B» представляет возможности целевого диапазона для PRF B.

В этом процессе используется справочная таблица, когда есть только одно обнаружение. Размер таблицы ограничивает максимальный диапазон.

Показанный выше процесс представляет собой тип цифрового алгоритма свертки.

У этого метода есть два ограничения.

• Слепые зоны
• Множественные цели

Процесс, описанный выше, немного сложнее в реальных системах, поскольку в луче радара может возникнуть более одного сигнала обнаружения. Чтобы справиться с этими сложностями, частота пульса должна быстро меняться, по крайней мере, между 4 различными ЧСИ.

Слепые зоны

У каждого отдельного PRF есть слепые зоны, где импульс передатчика появляется одновременно с сигналом отражения цели, возвращающимся обратно на радар. У каждой отдельной PRF есть слепые скорости, при которых скорость самолета будет оставаться постоянной. Это вызывает зубчатую форму, когда радар может быть слепым для некоторых комбинаций скорости и расстояния.

• Подробное объяснение зубчатой ​​передачи радара

Схема с четырьмя PRF обычно используется с двумя парами PRF для процесса обнаружения, так что слепые зоны устраняются.

Антенна должна находиться в одном и том же положении как минимум для трех разных PRF. Это накладывает минимальный предел времени для сканирования тома.

Несколько целей

Несколько самолетов в луче радара, разделенных более чем на 500 метров, вводят дополнительные степени свободы, что требует дополнительной информации и дополнительной обработки. Это математически эквивалентно множеству неизвестных величин, для которых требуется несколько уравнений. Алгоритмы, которые обрабатывают несколько целей, часто используют некоторый тип кластеризации, чтобы определить, сколько целей присутствует.

Доплеровский сдвиг частоты, вызванный изменением частоты передачи, уменьшает неизвестные степени свободы.

Сортировка обнаружений по амплитуде уменьшает неизвестные степени свободы.

Разрешение неоднозначности зависит от обработки обнаружений с одинаковым размером или скоростью вместе как группа.

• Matlab : функции disambigCRT1Dи disambiguateClust1D, которые являются частью бесплатной версии Лаборатории военно-морских исследований США. использоваться для устранения неоднозначности дальности при наличии нескольких целей и ложных срабатываний.