Darbe-Doppler sinyal işleme - Pulse-Doppler signal processing

Darbe-Doppler sinyal işleme bir olan radar ve CEUS küçük yüksek hızlı nesneleri büyük yavaş hareket eden nesnelere yakın tespit edilmesini sağlar performans geliştirme stratejisi. 1,000,000 sırasına Algılama iyileştirmeler: 1 yaygındır. Küçük Hızlı hareket eden nesnelerin deniz yüzeyine yakın ve fırtınalara içinde yakın araziye tespit edilebilir.

Bu sinyal işleme strateji kullanılır darbe Doppler radar sonra, bilgisayar yazılımı ve operatörler ezici olmadan yavaş hareket eden reflektör çok sayıda içeren bölgelere işaret edilebilir ve çok modlu radar. Diğer sinyal işleme stratejileri gibi hedef göstergesini hareketli , iyi huylu masmavi gökyüzü ortamları için daha uygundur.

Aynı zamanda, kan akışını ölçmek için kullanılan Doppler .

çevre

Darbe-Doppler sinyali işleme çoklu iletim darbeleri arasında alınan numuneler ile başlar. bir iletim darbesi için genişletilmiş Örnek stratejisi gösterilmektedir.

Darbe-Doppler bir anten ya da dönüştürücüye üzerinden iletilen tutarlı darbeleri ile başlar.

iletim darbesi üzerinde hiçbir modülasyon yoktur. Her darbe mükemmel tutarlı tonu ise tamamen temiz dilimi. tutarlı sesi yerel osilatör tarafından üretilir.

anten ve reflektör arasındaki iletim darbeler onlarca olabilir. Düşmanca bir ortamda, yavaş hareketli veya sabit nesnelerle diğer yansımaları milyonlarca olabilir.

İletim darbeleri de gönderilir darbe tekrarlama frekansı .

Onlar reflektörler tarafından bozulduğu kadar iletim darbelerinden Enerji uzayda yaymak. Bu bozulma iletim enerjisinin bir kısmı ile birlikte, geri radar anteni ya da dönüştürücüye yansıtılmasına neden faz modülasyonu hareketinin neden olduğu. İletim darbeleri üretmek için kullanılan aynı tonu da kullanılır aşağı-değiştirmek üzere, alınan sinyallerin ana bant .

Baz-bandında aşağı-dönüştürülmüş yansıyan enerji örneklenir.

Her bir iletim darbesi söndürülür sonra Örnekleme başlar. Bu durum, vericinin hareketsiz evredir.

hareketsiz faz eşit aralıklı örnek aralıkları ayrılmıştır. Radar başka iletim darbesi yangın başlayana kadar numuneler toplanmıştır.

Her numunenin darbe genişliği iletim darbesi pals genişliği ile aynı.

Yeteri kadar numune darbe Doppler filtrenin girişine hareket alınmalıdır.

Örnekleme

Darbe-Doppler sinyali işleme, I ve Q örnekleri ile başlar.

lokal osilatör 90 derece kayıktır iki sinyal halinde bölünür ve her bir alınan sinyal ile karıştırılır. Bu karıştırma I (t) ve Q (t) üretir. iletim sinyalinin faz tutarlılık darbe Doppler işlemi için çok önemlidir. Diyagramda, üst I / Q dalga ön aşamalarını göstermektedir.

Bu diyagramda gösterilen disklerin her biri, nakil döneminde (1 / PRF) ile telafi aynı örnek, yani birden fazla verici pals alınan tek bir örnek göstermektedir. Bu belirsiz aralığıdır. Her bir numune, benzer ancak gösterilmiştir o arkasında bir veya daha fazla darbe genişliklerinin gecikme olur. Her bir numunedeki sinyalleri çoklu aralıklar yansımalar gelen sinyallerin oluşmaktadır.

diyagram gelen hareket ile karşılık gelen bir saat yönünün tersine sarmal göstermektedir. Bu yukarı Doppler olduğunu. Aşağı Doppler saat yönünde spiral üretecektir.

Pencereleme

dijital örnekleme işlemi yavaş hareket eden nesneleri yansıyan sinyaller bertaraf için kullanılan filtreler çınlaması neden olur. Örnekleme frekansı yan lob bir saf ton bir giriş için de geçerlidir sinyaline bitişik üretilmesine neden olur. Pencereleme örnekleme işlemi ile indüklenen yan lob bastırır.

cam filtre için bir girdi olarak kullanılır örnek sayısıdır.

cam süreci karmaşık sabitleri içermekte ve örnek filtreye tatbik edilmeden önce, karşılık gelen pencere sabiti ile her numune ile çarpar.

• pencereleme ayrıntılı açıklaması

Dolph-Chebyshev pencereleme uygun işlem yan lob giderilmesini sağlar.

süzme

Darbe-Doppler sinyal işleme. Kapsama Örnek ekseni her bir iletim sinyali arasındaki alınan bireysel örnekler temsil eder. Darbe aralığı eksen örnekleri alınır sırasında birbirini takip eden her verici sinyali aralığını temsil eder. İşlem Transform Hızlı Fourier frekans tayfı olarak zaman-etki alanı örnekleri dönüştürür. Bu bazen denir çivi yatağı .

Darbe-Doppler sinyali işleme ayrılır ve frekans filtreleri bir dizi halinde yansıyan sinyaller. Her belirsiz aralığı için filtreler ayrı bir set var. Yukarıda tarif edilen I ve Q örnekleri filtreleme işlemini başlatmak için kullanılır.

Bu örnekler mxn halinde düzenlenmiştir matris arasında zaman etki alanı diyagramının üst yarısında gösterilen örnekler.

Zaman etki alanı örnekleri dönüştürülür frekans alanında , dijital filtre kullanılarak. Bu genellikle içeren hızlı Fourier dönüşümü (FFT). Yan-loblar gibi sinyal işleme ve bir yan lob bastırma stratejisi sırasında üretilen Dolph-Chebyshev pencere fonksiyonu , yanlış alarmları azaltmak için gereklidir.

Alınan numunelerin tümü, Numune 1 bir numune periyodu filtrelerin birinci setine giriş oluşturur. Bu, ilk belirsiz aralık aralığıdır.

Alınan numunelerin tümü, Örnek 2 örnek süresi filtrelerin ikinci dizi giriş oluşturur. Bu ikinci belirsiz aralığı aralığıdır.

Alınan örnekler kadar devam Örnek K örnek süresi filtreler son grubu girişi oluşturmaktadır. Bu uzak belirsiz aralığı aralığıdır.

sonuç her belirsiz aralığı bu aralık Doppler frekansları her tekabül eden ayrı bir spektrumunu meydana getiren olmasıdır.

dijital filtre örnekleme için kullanılan iletim darbelerin sayısı kadar frekans çıkışı üretir. 1024 frekans çıkışı ile bir FFT üretimi girişi 1024 iletim darbeleri gerektirir.

bulma

Darbe-Doppler için algılama işleme belirsiz bir aralığı ve aralık örneklerinden biri FFT çıkışlarından birine karşılık gelen belirsiz hız üretir. yansımalar aralığında farklı hız bölgelerine hava fenomen, arazi ve uçak ayrı farklı frekanslara karşılık gelen filtre içine düşer.

bir sinyal algılaması olarak hak önce Aynı anda birden fazla kriter gerekmektedir.

Sabit Yanlış Alarm Oranı algılama FFT çıkışına gerçekleştirdi.

Sabit Yanlış Alarm Oranı işleme sinyallerini tespit etmek için her bir FFT çıkış incelemek için kullanılır. Bu arka plan gürültüsü ve çevresel etkilere karşı otomatik olarak ayarlayan bir adaptif bir süreçtir. Bir bulunmaktadır test edilen hücre çevreleyen hücreler, araya ilave edilen bir sabit ile çarpılır ve bir eşiği oluşturmak için kullanılmıştır.

${\ Displaystyle Eşik \ Kriterleri {\ başlar {olgu} \ mathrm {\ başlar {hizalanmış} Hücre (n)> [Celi (n-2) + \\ Celi (n-1) + \\ Celi, (n + 1) + \\ Celi (n + 2)] \ günlerin \\ sabit \ ucu {hizalanmış}} \ ucu {olgu}}}$

Algılama çevresi eğimin işareti değiştirir belirlemek için incelenir için algılama (yerel maksimum) konumu olan. Tek belirsiz aralığı için tespitler genliği azalan sırası halinde sıralanır. ${\ Displaystyle +}$${\ Displaystyle -}$

${\ Displaystyle Tepe \ Kriterleri {\ başlamak {olgu} \ mathrm {\ sol ({\ frac {\ Delta Genlik} {\ Delta Frekans}} \ sağda) Hücre (n-1) <0} \\\ mathrm {\ sol ({\ frac {\ Delta Genlik} {\ Delta Frekans}} \ sağda) Hücre (n + 1)> 0} \ end {olgu}}}$

Algılama yalnızca hız ret ayarını aşan hızlarını kapsar. Hızlı reddi 75 mil / saat olarak ayarlanır, örneğin, daha sonra tespit edilemez bir fırtına içinde 50 mil / saat hızla hareket dolu, ancak bir uçak 100 mil hareket / saat algılanır.

${\ Displaystyle Hız \ Kriterleri {\ başlamak {olgu} \ mathrm {\ sol ({\ frac {C \ times Doppler \ Frekans} {2 \ kere İletim \ Frekans}} \ sağda)> Ret} \ end {olgu}} }$

İçin tek darbeli radar , sinyal işleme için aynıdır ana lob ve boşluk yan lob kanalları. Nesnenin konumu ise, bu tanımlar , ana lob veya yukarıda ofset durumunda, aşağıda, sol veya sağ anten ışın .

${\ Displaystyle Mainlobe \ Kriterleri {\ başlamak {olgu} \ mathrm {Ana \ Lob> Sabit \ times Yan \ Lob} \ end {olgu}}}$

Bu kriterlerin tümünü karşılamak sinyaller tespitleri bulunmaktadır. Bunlar (en küçük en büyük) genliği azalan sırasına göre sıralanır.

Sıralanmış tespitler ile işlenir menzil belirsizlik çözümü hedef yansıma gerçek menzil ve hızını tespit etmek algoritması.

belirsizlik çözünürlüğü

Darbe-Doppler belirsizlik bölgeleri. etiketi ile her mavi bölge kesin bölgeye katlanmış olacak bir hız / aralık kombinasyonunu temsil etmektedir. Mavi bölgeler dışında Alanı kör aralıkları ve çoklu PRF ve hızlı frekans kullanılarak doldurulur kör hızları vardır.

Darbe Doppler radar radar ve reflektör arasında 50 veya daha fazla darbeleri sahip olabilir.

Darbe Doppler 30 kHz 3 kHz ila orta darbe tekrarlama frekansı (PRF) dayanır. Her bir iletim darbesi 50 km mesafe 5 km ile ayrılır.

Sınıf ve hedefin hızı ile katlanmaktadır modüllük işlemde örnekleme işlemi ile üretilen.

Gerçek menzil belirsizlik çözümü süreci kullanılarak bulunur.

• Belirsizlik çözüm süreci açıklaması

Birden PRF alınan sinyaller aralığı belirsizlik çözümü işlemi kullanılarak karşılaştırılmıştır.

• Menzil belirsizlik çözümü süreci açıklaması

alınan sinyaller, frekans belirsizliği çözünürlüğü işlemi kullanılarak karşılaştırılmıştır.

• Frekans belirsizlik çözümü süreci açıklaması

Kilit

reflektörün hızı kısa bir zaman dilimi içinde yansıtıcı aralığında değişimi ölçülerek belirlenir. aralığında bu değişiklik hızının belirlenmesi için bir zaman aralığı ile bölünür.

hız, saptama için aynca Doppler frekansı kullanılarak bulunur.

İki çıkarıldığı ve fark kısaca ortalaması alınır.

$sol \ ({\ frac {C \ - {\ displaystyle {\ metni {Kilit kriterleri}} {\ \ mathrm {\ sol ({\ frac {\ Delta R} {\ Delta T}} \ sağda)} {vakaları başlayacak Zaman {\ metni {Doppler Frekans}}} {2 \ times {\ metni {İletim Frekans}}}} \ sağda) <{\ text {Eşik}}} \ end {olgu}}}$

Ortalama fark, bir eşiğin altına düşerse, o zaman sinyal olduğunu kilit .

Kilit sinyali itaat demektir Newton mekaniği . Geçerli reflektörler bir kilit üretir. Geçersiz sinyaller yok. Geçersiz yansımalar Doppler araç hava yoluyla hareket ediyor hızı karşılık gelmezse helikopter bıçakları, gibi şeyleri içerir. Geçersiz sinyaller gibi, verici ayrı kaynaklar tarafından yapılan mikrodalga fırın , radar karıştırma ve aldatma .

Bir kilit sinyali üretmeyen Reflektörler geleneksel teknik kullanılarak izlenemez. Bu aracın ana gövde reddi hız (sadece kanatlar görülebilir) altında olabilir, çünkü geri besleme döngüsü helikopterler gibi nesneler için açılması gerektiği anlamına gelir.

izlemek için Geçiş kilit üretmek tespitleri için otomatiktir.

izlemek için geçiş Newtonian olmayan sinyal kaynakları normal olarak elle, fakat ek sinyal işleme işlemi otomatik hale getirmek için kullanılabilir. Doppler hız geribesleme iz verilerini geliştirmek için sinyal kaynağının yakınında devre dışı bırakılmalıdır.

Izlemek

bir tespit belirli bir konumda sürekli olduğunda Rota modu başlar.

İzleme sırasında, reflektörün XYZ pozisyonlar kullanılarak belirlenir Kartezyen koordinat sisteminin , ve reflektör XYZ hızı gelecekteki konum tahmin etmek için ölçülür. Bu operasyon benzer Kalman filtresi . XYZ hızı anten için, yeni hedef nokta belirlemek için tarar arasındaki süre ile çarpılır.

Radar kullanan polar koordinat sistemi . Şarkı pozisyonunu sağ-sol belirlemek için kullanılır ve yukarı-aşağı gelecekte anten konumu için noktayı hedefleyen. Anten aksi radar az etkili olacaktır, bunun arkasında sürüklenen maksimum enerji ve değil ile hedef boya olacaktır pozisyonda yönlendirilmiş olması gerekir.

bir yansıtıcı tahmin mesafe ölçülen mesafe ile karşılaştırılmaktadır. fark mesafesi hatasıdır. Mesafe hata iz verileri için pozisyon ve hız bilgilerini düzeltmek için kullanılan bir geri besleme sinyalidir.

Doppler frekansı kullanılan geri besleme benzeyen ek geri besleme sinyali sağlar faz kilitlemeli bir döngü . Bu konum ve hız bilgilerinin doğruluğunu ve güvenilirliğini arttırır.

Reflektör tarafından döndürülen sinyali genlik ve faz kullanılarak işlenir tek darbeli radarlar parça boyunca teknikleri. Bu anten işaret pozisyonu ve nesnenin konumu arasındaki ofset ölçer. Bu denir açı hatası .

Her biri ayrı bir nesne kendi bağımsız parça bilgilerini olması gerekir. Bu parça geçmişi denir ve bu sürenin kısa sürede geri uzanır. Bu havadan nesneler için bir saat kadar olabilir. sualtı nesneler için zaman aralığı bir hafta veya daha fazla geri uzatabilir.

Nesne bir algılama üreten parçalar olarak adlandırılır aktif parça .

Pist herhangi tespitlerde yokluğunda kısaca devam edilir. Hiçbir saptama yapabilen Parçalar olan geçindi izler . Hız bilgisi anten amaçlayan pozisyonları tahmin etmek için kullanılır. Bunlar, kısa bir süre sonra bırakılır.

Her parça çevreleyen vardır yakalama hacmi , bir futbol yaklaşık şeklini. Yakalama hacim çapı yaklaşık hızlı tespit araç darbe Doppler radar alıcı bant geçiş filtresi tarafından belirlendiği hacmi, arka arkaya tarama arasında seyahat mesafedir.

Bir coasted parçanın yakalama hacmi giren Yeni parçalar yakındaki coasted Parçanın parça tarihi ile ilişkili bir köprüdür. Pozisyon ve hız uyumluysa, o zaman coasted parça geçmişi yeni parça ile birleştirilmiştir. Bu denir katılmak iz .

Aktif bir parçanın yakalama hacmi içinde Yeni bir parça olarak adlandırılır bölünmüş parça .

Darbe-Doppler parça bilgi parçalarını ve split parçaları birleştirmek içeren karar mantığının bir parçası olan nesne alanı, hataları, hızlanma ve kilit durumunu içerir.

Diğer stratejiler tatmin olmayan nesneler için kullanılır Newton fiziği .

Kullanıcılar genellikle iz veri ve ham tespit sinyallerden bilgiler gösterir kaç ekranı olan sunulmuştur.

• Plan pozisyon göstergesi
• Yeni parçalar için Kaydırma bildirimleri, split parçaları ve parçaları birleştirmek
• Menzil genlik görüntüleme
• Menzil yüksekliği göstergesi
• Açı hata ekranı

Plan pozisyon göstergesi ve kaydırma bildirimleri otomatik ve hiçbir kullanıcı eylemi gerektirir. Kalan görüntüler bir parça kullanıcı tarafından seçilir sadece ek bilgileri göstermek için etkinleştirin.

Referanslar