Разрешение неоднозначности диапазона - Range ambiguity resolution

Разрешение неоднозначности диапазона это техника, используемая со средним Частота следования импульсов (PRF) радар для получения информации о дальности для расстояний, превышающих расстояние между передаваемыми импульсами.

Этот метод обработки сигналов требуется с импульсно-доплеровский радар.^[1]^[2]^[3]

Необработанный обратный сигнал от отражения будет казаться поступающим с расстояния, меньшего, чем истинный диапазон отражения, когда длина волны частоты повторения импульсов (PRF) меньше диапазона отражения. Это приводит к тому, что отраженные сигналы сложенный, так что видимый диапазон функция по модулю истинного диапазона.

Определение

Наложение диапазона происходит, когда отражения приходят с расстояний, превышающих расстояние между передаваемыми импульсами на определенном частота следования импульсов (PRF).

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

{ displaystyle { text {Distance}}> left ({ frac {c} {2 times mathrm {PRF}}} right)}

Здесь c - скорость сигнала, которая для радара является скорость света. Выполненные таким образом измерения дальности дают по модулю функция истинного диапазона.

{ displaystyle { text {Видимый диапазон}} = ({ text {True Range}}) mod left ({ frac {c} {2 times mathrm {PRF}}} right)}

Теория

Чтобы найти истинную дальность, радар должен измерить видимую дальность с использованием двух или более разных PRF.

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

{ displaystyle Two PRF Combination { begin {cases} Pulse Spacing (Ambiguous Range) = { frac {1} { mathrm {PRF}}} { frac {1} { mathrm {PRF} _ {A}}} - { frac {1} { mathrm {PRF} _ {B}}} = pm Transmit Pulse Width end {cases}}}

Каждый передаваемый импульс разделен на расстояние неопределенным интервалом дальности. 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 для дальности действия следующие.

Каждый образец обрабатывается, чтобы определить, есть ли отраженный сигнал (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).

В рабочий цикл - отношение ширины передаваемого импульса к ширине ${ Displaystyle mathrm {T}}$ и период между импульсами ${ displaystyle 1 / mathrm {PRF}}$ .^[4]

{ displaystyle { begin {align} Transmitter Характеристики end {align}} { begin {cases} Duty Cycle = mathrm {PRF} times Transmit Pulse Width Pulse Spacing = left ({ frac {c} { mathrm {PRF}}} right) end {case}}}

Импульсный доплер может надежно определить истинную дальность на всех расстояниях, меньших Инструментальный диапазон. Оптимальная пара PRF, используемая для схемы импульсно-доплеровского обнаружения, должна отличаться как минимум на ${ displaystyle mathrm {PRF} * { text {Рабочий цикл}}}$ . Это делает диапазон каждой PRF различным на ширину периода выборки.

Разница между номерами выборок, где обнаружен сигнал отражения для этих двух PRF, будет примерно такой же, как количество неоднозначных интервалов дальности между радаром и отражателем (то есть: если отражение попадает в образец 3 для PRF 1 и в образец 5 для PRF 2, то отражатель находится в интервале неопределенного диапазона 2 = 5-3).

{ displaystyle { begin {align} Instrumented Range end {align}} { begin {cases} Minimum Sample Width = left ({ frac {Duty Cycle} { mathrm {PRF}}} right) Maximum Distance = left ({ frac {Pulse Spacing} {Sample Width}} right) = left ({ frac {c} {Sample Width times 2 times mathrm {PRF} ^ {2}}} right) Samples Per Transmit Pulse = left ({ frac {1} {Minimum Sample Width}} - 1 right) end {случаи}}}

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

Операция

Ниже приводится частный случай Китайская теорема об остатках.

Каждый образец неоднозначного диапазона содержит сигнал приема из нескольких различных местоположений диапазона. Обработка неоднозначности определяет истинный диапазон.

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

Передать	1 км Образец	2 км Образец	3 км Образец	4 км Образец	5 км Образец
		Целевой PRF A
				Целевой PRF B

Кажущийся диапазон для PRF A попадает в выборку 2 км, а кажущийся 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.

0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	29	29
		А						А						А						А						А
				B					B					B					B					B					B

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

Этот процесс использует справочную таблицу, когда есть только одно обнаружение. Размер таблицы ограничивает максимальный диапазон.

Показанный выше процесс является разновидностью цифрового свертка алгоритм.

Ограничения

У этого метода есть два ограничения.

Слепые зоны
Несколько целей

Описанный выше процесс в реальных системах немного сложнее, 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 диапазоны, где импульс передатчика возникает одновременно с сигналом отражения цели, возвращающимся на радар. Каждая отдельная PRF имеет слепые скорости, при которых скорость самолета будет оставаться постоянной. Это вызывает гребешок, где радар может быть слепым для некоторых комбинаций скорости и расстояния.

Подробное описание радара

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

Антенна должна находиться в одном и том же положении по крайней мере 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 какой-либо тип кластеризации^[5]^[6] 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 одинакового размера или скорости вместе, как группа.

Реализации

Matlab: The disambigCRT1D и устранение неоднозначности функции, которые являются частью Лаборатория военно-морских исследований США свободный Библиотека компонентов трекера^[7] может использоваться для устранения неоднозначности дальности при наличии нескольких целей и ложных срабатываний.