Разрешение неоднозначности диапазона - Range ambiguity resolution

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

Этот метод обработки сигналов требуется для импульсных доплеровских радаров .

Необработанный обратный сигнал от отражения будет казаться приходящим с расстояния, меньшего, чем истинный диапазон отражения, когда длина волны частоты повторения импульсов (PRF) меньше диапазона отражения. Это приводит к тому , отраженные сигналы , которые будут сложены , так что очевидно диапазон является по модулю функцией истинного диапазона.

Определение

Наложение диапазона происходит, когда отражения приходят с расстояний, превышающих 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.

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

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

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

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 импульс передачи 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 номера 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).

Цикл представляет собой отношение ширины ширины импульса передачи и период между импульсами . ${\ displaystyle \ mathrm {T}}$${\ displaystyle 1 / \ mathrm {PRF}}$

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

Импульсный допплер может надежно определять истинную дальность на всех расстояниях меньше инструментальной дальности . Оптимальная пара PRF, используемая для схемы обнаружения импульса-доплера, должна отличаться как минимум на . Это делает диапазон каждой PRF различным на ширину периода выборки. ${\ displaystyle \ mathrm {PRF} * {\ text {Рабочий цикл}}}$

Разница между номерами отсчетов, в которых обнаружен сигнал отражения для этих двух PRF, будет примерно такой же, как количество неоднозначных интервалов дальности между радаром и рефлектором (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).

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

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

Операция

Следующее - частный случай китайской теоремы об остатках .

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

Лучше всего это 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 год	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 алгоритма цифровой свертки .

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 PRF.

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 , при котором радар может быть слепым для некоторых комбинаций скорости и расстояния.

• Подробное описание радара

Схема с четырьмя PRF обычно используется с двумя парами PRF для процесса обнаружения, чтобы исключить слепые зоны.

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, создают дополнительные степени свободы , требующие 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 одинакового размера или скорости вместе, как группа.

Реализации

• Matlab : disambigCRT1Dи disambiguateClust1Dфункция , которые являются частью военно - морских исследований Лаборатории Соединенных Штатов бесплатно Tracker библиотеки компонентов могут быть использованы для диапазона неоднозначности при наличии нескольких целей и ложных тревог.

Ссылки