RU2204842C2 - Method and device for measuring object-scattering polarization matrix - Google Patents
Method and device for measuring object-scattering polarization matrix Download PDFInfo
- Publication number
- RU2204842C2 RU2204842C2 RU2001112309/09A RU2001112309A RU2204842C2 RU 2204842 C2 RU2204842 C2 RU 2204842C2 RU 2001112309/09 A RU2001112309/09 A RU 2001112309/09A RU 2001112309 A RU2001112309 A RU 2001112309A RU 2204842 C2 RU2204842 C2 RU 2204842C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- inputs
- radio signals
- frequency
- orthogonal
- Prior art date
Links
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к области радиолокации и могут быть использованы в оптической локации, а также в оптической и радионавигации. The invention relates to the field of radar and can be used in optical location, as well as in optical and radio navigation.
Известен способ измерения поляризационной матрицы рассеяния объекта, заключающийся в том, что одновременно излучают на ортогональных поляризациях одинаковые по структуре радиосигналы на разных несущих частотах, принимают соответствующие излученным ортогонально поляризованные составляющие отраженных от объекта радиосигналов. Одинаковые по поляризации составляющие отраженных радиосигналов, принятые каждым приемным каналом, разделяют за счет использования фильтров, настроенных на частоты, соответствующие частотам излученных сигналов, измеряют амплитуды и фазы каждой из выделенных ортогонально поляризованных составляющих отраженных сигналов и получают совокупность результатов измерений, которая определяет измеренное значение поляризационной матрицы рассеяния объекта [1, 2, 3]. A known method of measuring the polarization matrix of the scattering of the object, which consists in the fact that at the same time orthogonal polarizations emit identical in structure radio signals at different carrier frequencies, receive the corresponding radiated orthogonally polarized components of the radio signals reflected from the object. Equally polarized components of the reflected radio signals received by each receiving channel are separated by using filters tuned to the frequencies corresponding to the frequencies of the emitted signals, the amplitudes and phases of each of the extracted orthogonally polarized components of the reflected signals are measured, and a set of measurement results that determines the measured value of the polarization scattering matrices of an object [1, 2, 3].
Здесь и далее полагается, что структура радиосигнала определяется видом и параметрами его модуляции, т.е. следует понимать, что одинаковые по структуре радиосигналы имеют одинаковые параметры заданного вида модуляции. Hereinafter, it is assumed that the structure of the radio signal is determined by the type and parameters of its modulation, i.e. it should be understood that identical in structure radio signals have the same parameters of a given type of modulation.
К недостаткам известного способа относится методическая погрешность, которая предопределяет низкую точность измерения поляризационных матриц рассеяния объектов. Известно [1, 2, 3], что поляризационные матрицы рассеяния объектов существенно зависят от частоты. Поэтому измерение амплитуд и фаз ортогональных по поляризации составляющих отраженных от объекта радиосигналов, соответствующих элементам одного столбца поляризационной матрицы рассеяния объекта, на одной частоте, а амплитуд и фаз ортогональных по поляризации составляющих отраженных от объекта радиосигналов, соответствующих элементам другого, на другой частоте неизбежно приведет к ошибкам измерения матрицы рассеяния в целом. Покажем это на конкретном примере. The disadvantages of this method include the methodological error, which determines the low accuracy of the measurement of polarization scattering matrices of objects. It is known [1, 2, 3] that the polarization scattering matrices of objects substantially depend on the frequency. Therefore, the measurement of the amplitudes and phases of the polarized orthogonal components of the radio signals reflected from the object corresponding to the elements of one column of the polarization scattering matrix of the object at one frequency, and the amplitudes and phases of the polarized orthogonal components of the polarized components reflected from the object of the radio signals corresponding to the elements of the other, at a different frequency will inevitably lead to errors in measuring the scattering matrix as a whole. We show this with a concrete example.
Известно, что нормированная диаграмма обратного вторичного излучения объекта, состоящего из двух "блестящих точек", определяется формулой
где L - расстояние между точками, θ - угол между направлением на источник излучения и нормалью к линии, соединяющей "блестящие точки".It is known that the normalized diagram of the reverse secondary radiation of an object consisting of two "brilliant points" is determined by the formula
where L is the distance between the points, θ is the angle between the direction to the radiation source and the normal to the line connecting the "shiny points".
Расчеты по этой формуле показывают, что при расстоянии между "блестящими точками", равном 15 м, ошибка в измерении амплитуды отраженного сигнала за счет разности между частотами облучения f1=3 ГГц и f2=3,003 ГГц может достигать (в зависимости от угла θ) 100% от измеряемой величины. Аналогично можно показать, что ошибки измерения фаз элементов поляризационной матрицы рассеяния на разных частотах также определяются методом измерения при прочих равных условиях.Calculations using this formula show that when the distance between the “brilliant points” is 15 m, the error in measuring the amplitude of the reflected signal due to the difference between the irradiation frequencies f 1 = 3 GHz and f 2 = 3,003 GHz can reach (depending on the angle θ ) 100% of the measured value. Similarly, it can be shown that the measurement errors of the phases of the elements of the polarization scattering matrix at different frequencies are also determined by the measurement method, all other things being equal.
Наиболее близким к предлагаемому техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ измерения поляризационной матрицы рассеяния объекта, заключающийся в том, что излучают на одной несущей частоте последовательно на ортогональных поляризациях одинаковые по структуре радиосигналы, после каждого излучения принимают обе ортогонально поляризованные составляющие отраженных от объекта радиосигналов, измеряют их амплитуды и фазы и за два последовательных излучения радиосигналов на разных поляризациях получают совокупность результатов измерений, которая определяет измеренное значение поляризационной матрицы рассеяния объекта [1, 2]. Closest to the proposed technical solution, selected as a prototype, is a method of measuring the polarization matrix of the scattering of an object, which consists in emitting at the same carrier frequency sequentially on orthogonal polarizations the same radio signals in structure, after each radiation both orthogonally polarized components reflected from the object are received of radio signals, their amplitudes and phases are measured, and for two successive radiation of radio signals at different polarizations, they receive a combination of awn measurement results, which determines the measured value of the polarization scattering matrix of object [1, 2].
Недостатком указанного способа является методическая погрешность, обусловливающая низкую точность измерения поляризационных матриц рассеяния объектов с не постоянной в пространстве и во времени отражающей способностью. Непостоянство отражающей поверхности в пространстве характерно для любых форм реальных объектов, кроме сферической. Поэтому отражающая способность объекта может изменяться во времени за счет изменения ориентации объекта относительно радиолокатора, а также за счет изменения формы и размеров объекта или за счет применения специальных мер. При последовательном во времени способе измерения поляризационных матриц рассеяния таких объектов амплитуды и фазы ортогональных по поляризации составляющих отраженных радиосигналов, соответствующие элементам одного столбца этой матрицы, будут измерены в один момент времени, а амплитуды и фазы ортогональных по поляризации составляющих отраженных радиосигналов, соответствующие элементам другого, - в другой. Поскольку отражающая способность объекта изменяется за время между измерениями, то величины ошибок измерений в первом приближении будут пропорциональны интервалу времени между измерениями и скорости изменения отражающей способности объекта. Другим недостатком прототипа является большое время измерения поляризационной матрицы рассеяния объекта, достигающее двух периодов зондирования. The disadvantage of this method is the methodological error, which determines the low accuracy of the measurement of polarization scattering matrices of objects with a constant reflectivity in space and time. The inconstancy of the reflecting surface in space is characteristic of all forms of real objects except spherical. Therefore, the reflectivity of an object can change over time by changing the orientation of the object relative to the radar, as well as by changing the shape and size of the object or by applying special measures. With a time-consistent method of measuring the polarization scattering matrices of such objects, the amplitudes and phases of the components of the reflected radio signals orthogonal to the polarization corresponding to the elements of one column of this matrix will be measured at one point in time, and the amplitudes and phases of the polarized orthogonal components of the reflected radio signals corresponding to the elements of another - in another. Since the reflectivity of an object changes during the time between measurements, the magnitude of the measurement errors in a first approximation will be proportional to the time interval between measurements and the rate of change of the reflectivity of the object. Another disadvantage of the prototype is the long measurement time of the polarization matrix of the scattering of the object, reaching two periods of sounding.
Способ, выбранный в качестве прототипа, может быть осуществлен с помощью устройства измерения поляризационной матрицы рассеяния объекта, включающего: две антенны ортогональных поляризаций, два антенных переключателя, коммутатор каналов, передатчик, гетеродин, два смесителя, два усилителя напряжений промежуточной частоты, два синхронных детектора, коммутатор принятых сигналов, блок измерения разности фаз, четыре линии постоянной задержки, одну линию переменной задержки, схему деления, синхронизатор и оконечное устройство. Причем первый выход синхронизатора непосредственно и через первую линию постоянной задержки подключен к первому входу передатчика и ко второму входу коммутатора каналов, выход передатчика подключен к первому входу коммутатора каналов, первый и второй выходы которого через антенные переключатели подключены к соответствующим антеннам, вторые выходы антенных переключателей подключены к первым входам первого и второго смесителей соответственно, а вторые входы смесителей подключены к соответствующим выходам гетеродина, выходы первого и второго смесителей через усилители напряжений промежуточной частоты подключены к первым входам первого и второго синхронных детекторов, вторые входы которых подключены ко второму выходу синхронизатора через линию переменной задержки, выход которой непосредственно подключен ко второму входу коммутатора принятых сигналов, кроме того, через вторую линию постоянной задержки подключен к третьим входам синхронных детекторов, к первым входам коммутатора принятых сигналов и оконечного устройства, выходы первого и второго синхронных детекторов подключены к третьему и четвертому входам коммутатора принятых сигналов, первый выход которого является первым выходом устройства и подключен ко вторым входам схемы деления и блока измерения разности фаз, а второй выход подключен к первым входам схемы деления и блока измерения разности фаз, выход схемы деления является третьим выходом устройства, а через третью линию постоянной задержки подключен к его второму выходу, выход блока измерения разности фаз является четвертым выходом устройства и через четвертую линию постоянной задержки подключен к пятому выходу устройства [2, 3]. The method selected as a prototype can be implemented using a device for measuring the polarization matrix of the scattering of an object, including: two antennas of orthogonal polarizations, two antenna switches, a channel switcher, a transmitter, a local oscillator, two mixers, two amplifiers of intermediate frequency voltage, two synchronous detectors, a received signal switch, a phase difference measuring unit, four constant delay lines, one variable delay line, a division circuit, a synchronizer and a terminal device. Moreover, the first synchronizer output is connected directly and through the first constant delay line to the first input of the transmitter and to the second input of the channel switch, the output of the transmitter is connected to the first input of the channel switch, the first and second outputs of which are connected to the corresponding antennas through the antenna switches, and the second outputs of the antenna switches are connected to the first inputs of the first and second mixers, respectively, and the second inputs of the mixers are connected to the corresponding outputs of the local oscillator, the outputs of the first the second mixer through the voltage amplifiers of the intermediate frequency are connected to the first inputs of the first and second synchronous detectors, the second inputs of which are connected to the second output of the synchronizer through a variable delay line, the output of which is directly connected to the second input of the switch of the received signals, in addition, through the second constant delay line is connected to the third inputs of synchronous detectors, to the first inputs of the switch of the received signals and the terminal device, the outputs of the first and second synchronous det tori are connected to the third and fourth inputs of the received signal switch, the first output of which is the first output of the device and connected to the second inputs of the division circuit and the phase difference measurement unit, and the second output is connected to the first inputs of the division circuit and the phase difference measurement unit, the output of the division circuit is the third output of the device, and through the third line of the constant delay is connected to its second output, the output of the phase difference measuring unit is the fourth output of the device and through the fourth line of the constant rzhki connected to the fifth output device [2, 3].
Недостатком этого устройства является низкая точность измерения поляризационных матриц рассеяния объектов из-за того, что амплитуды и фазы радиосигналов, соответствующих элементам одного столбца этой матрицы, измеряют в один момент времени, а амплитуды и фазы радиосигналов, соответствующие элементам другого столбца, - в другой. The disadvantage of this device is the low accuracy of measuring polarization scattering matrices of objects due to the fact that the amplitudes and phases of the radio signals corresponding to the elements of one column of this matrix are measured at one moment in time, and the amplitudes and phases of the radio signals corresponding to the elements of another column are measured at another.
В качестве прототипа выбрано наиболее близкое к предлагаемому техническому решению устройство измерения поляризационной матрицы рассеяния объекта, включающее двухканальную по поляризации антенну, два переключателя прием-передача, два передатчика, работающих на достаточно близких частотах, два генератора высокочастотных колебаний, четыре приемных канала, каждый из которых включает последовательно соединенные частотный фильтр, смеситель, усилитель напряжения промежуточной частоты (согласованный фильтр) и амплитудный детектор, два блока измерения разности фаз, три сумматора и синхронизатор. Причем выход синхронизатора подключен ко входам передатчиков, выходы которых через переключатели прием-передача подключены к соответствующим входам двухканальной по поляризации антенны, второй выход одного переключателя прием-передача подключен ко входам частотных фильтров первого и третьего приемных каналов, а другого переключателя прием-передача - ко входам частотных фильтров второго и четвертого приемных каналов, выход первого генератора высокочастотных колебаний подключен ко входам смесителей первого и второго приемных каналов, а выход второго генератора высокочастотных колебаний подключен ко входам смесителей третьего и четвертого приемных каналов, выходы согласованных фильтров первого и второго приемных каналов подключены к соответствующим входам первого блока измерения разности фаз, а выходы согласованных фильтров третьего и четвертого приемных каналов подключены ко входам второго блока измерения разности фаз, выход согласованного фильтра каждого из приемных каналов подключен ко входу соответствующего амплитудного детектора, выходы амплитудных детекторов первого и второго приемных каналов подключены через первый сумматор, а выходы амплитудных детекторов третьего и четвертого через второй сумматор подключены ко входам третьего сумматора, выходы первого и второго блоков измерения разности фаз, амплитудных детекторов четырех приемных каналов и третьего сумматора являются выходами устройства [2, 3]. Недостатком этого устройства является низкая точность измерения поляризационных матриц рассеяния объектов, т. к. амплитуды и фазы ортогонально поляризованных компонентов отраженных от объектов радиосигналов, соответствующие элементам одного столбца поляризационной матрицы рассеяния, измеряют на одной частоте, а другого - на другой частоте. As a prototype, the device closest to the proposed technical solution for measuring the polarization matrix of the scattering of the object, including a two-channel polarized antenna, two transmit-receive switches, two transmitters operating at fairly close frequencies, two high-frequency oscillation generators, four receiving channels, each of which includes series-connected frequency filter, mixer, intermediate frequency voltage amplifier (matched filter) and amplitude detector, two b phase difference measurement loka, three adders and a synchronizer. Moreover, the output of the synchronizer is connected to the inputs of the transmitters, the outputs of which are connected via transmit-receive switches to the corresponding inputs of the two-channel polarized antenna, the second output of one receive-transmit switch is connected to the inputs of the frequency filters of the first and third receive channels, and the other receive-transmit switch the inputs of the frequency filters of the second and fourth receiving channels, the output of the first generator of high-frequency oscillations is connected to the inputs of the mixers of the first and second receiving channels c, and the output of the second high-frequency oscillation generator is connected to the inputs of the mixers of the third and fourth receiving channels, the outputs of the matched filters of the first and second receiving channels are connected to the corresponding inputs of the first unit of the phase difference measurement, and the outputs of the matched filters of the third and fourth receiving channels are connected to the inputs of the second block measuring the phase difference, the output of the matched filter of each of the receiving channels is connected to the input of the corresponding amplitude detector, the outputs of the amplitude det the vectors of the first and second receiving channels are connected through the first adder, and the outputs of the amplitude detectors of the third and fourth through the second adder are connected to the inputs of the third adder, the outputs of the first and second blocks of the phase difference, the amplitude detectors of the four receiving channels and the third adder are the outputs of the device [2, 3]. The disadvantage of this device is the low accuracy of measuring the polarization scattering matrices of objects, because the amplitudes and phases of the orthogonally polarized components of the radio signals reflected from the objects, corresponding to the elements of one column of the polarization scattering matrix, are measured at one frequency and the other at another frequency.
В основу изобретений положена задача создать способ измерения поляризационной матрицы рассеяния объекта, который путем одновременного излучения на ортогональных поляризациях соответствующих ортогональных по структуре радиосигналов на одной несущей частоте позволил бы устранить методическую погрешность известных способов и тем самым повысить точность измерения поляризационной матрицы рассеяния объекта, а также сократить время ее измерения до значений, равных длительности зондирующего импульса. The inventions are based on the task of creating a method for measuring an object’s polarization scattering matrix, which, by simultaneously emitting at orthogonal polarizations the corresponding radio signals orthogonal in structure at one carrier frequency, would eliminate the methodological error of the known methods and thereby increase the measurement accuracy of the object’s polarization matrix, and also reduce the time of its measurement to values equal to the duration of the probe pulse.
Для решения поставленной задачи в способе измерения поляризационной матрицы рассеяния объекта, выбранном за прототип, заключающемся в том, что излучают на одной несущей частоте последовательно на ортогональных поляризациях одинаковые по структуре радиосигналы, после каждого излучения принимают обе ортогонально поляризованные составляющие отраженных от объекта радиосигналов, измеряют их амплитуды и фазы и за два последовательных излучения радиосигналов на разных поляризациях получают совокупность результатов измерений, которая определяет измеренное значение поляризационной матрицы рассеяния объекта, вместо последовательного излучения на ортогональных поляризациях одинаковых по структуре радиосигналов на одной несущей частоте производят одновременное излучение на ортогональных поляризациях соответствующих ортогональных по структуре радиосигналов на одной несущей частоте, одновременно принимают все ортогонально поляризованные составляющие отраженных от объекта радиосигналов, выходные радиосигналы каждого, соответствующего по поляризации, канала приемника подают на фильтры, каждый из которых согласован с одним из излученных ортогональных по структуре радиосигналов, измеряют параметры выходного радиосигнала каждого согласованного фильтра, определяющие соответствующий элемент поляризационной матрицы рассеяния объекта, и получают совокупность результатов измерений, которая определяет ее измеренное значение. To solve the problem in the method of measuring the polarization matrix of the scattering of the object, selected for the prototype, which consists in the fact that they emit at the same carrier frequency sequentially on orthogonal polarizations the same radio signals in structure, after each radiation both orthogonally polarized components of the radio signals reflected from the object are received, measure them amplitudes and phases and for two consecutive radiations of radio signals at different polarizations receive a set of measurement results, which distributes the measured value of the scattering polarization matrix of the object, instead of sequential radiation on orthogonal polarizations of identical in structure radio signals on one carrier frequency, produce simultaneous radiation on orthogonal polarizations of the corresponding orthogonal in structure of radio signals on one carrier frequency, simultaneously receive all orthogonally polarized components of the radio signals reflected from the object, the output radio signals of each corresponding polarization reception channel The nickname is fed to filters, each of which is matched to one of the emitted radio signals that are orthogonal in structure, measure the parameters of the output radio signal of each matched filter, which determine the corresponding element of the object’s polarization dispersion matrix, and obtain a set of measurement results that determines its measured value.
Характеристики согласованных фильтров могут быть описаны с помощью частотной либо временной функции отклика, которые связаны между собой преобразованием Фурье. В пространстве частот переходная функция согласованного фильтра Н(ω) есть комплексно-сопряженная функция спектра сигнала, который должен быть обработан оптимальным образом. Соответствующая зависимость во временной области между сигналом, который должен быть обработан, и характеристикой согласованного фильтра получается в результате обратного преобразования Фурье Н(ω). Это приводит к тому, что импульсный отклик фильтра представляет собой обращенную во времени копию известной временной функции, описывающей сигнал [4]. The characteristics of matched filters can be described using the frequency or time response function, which are interconnected by the Fourier transform. In the frequency space, the transition function of the matched filter H (ω) is the complex conjugate function of the spectrum of the signal, which should be processed in an optimal way. The corresponding dependence in the time domain between the signal to be processed and the characteristic of the matched filter is obtained as a result of the inverse Fourier transform H (ω). This leads to the fact that the pulse response of the filter is a time-reversed copy of the known time function that describes the signal [4].
Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в том, что производят одновременное излучение на ортогональных поляризациях соответствующих ортогональных по структуре радиосигналов на одной несущей частоте, одновременно принимают все четыре ортогонально поляризованные составляющие отраженных от объекта радиосигналов, выходные радиосигналы каждого, соответствующего по поляризации, канала приемника подают на фильтры, каждый из которых согласован с одним из излученных ортогональных по структуре радиосигналов, измеряют параметры выходного радиосигнала каждого согласованного фильтра, например, в виде его квадратурной составляющей, что позволяет устранить методическую погрешность известных способов и тем самым повысить точность измерения поляризационной матрицы рассеяния объекта, а также сократить время ее измерения до значений, равных длительности зондирующего импульса. Distinctive features of the proposed method are that they produce simultaneous radiation on orthogonal polarizations of the corresponding radio signals orthogonal in structure at one carrier frequency, simultaneously receive all four orthogonally polarized components of the radio signals reflected from the object, the output radio signals of each receiver channel corresponding to the polarization are fed to the filters , each of which is consistent with one of the radiated radio signals, orthogonal in structure, measure pa ametry output radio signal of each matched filter, for example, as its quadrature component, which eliminates the systematic error known methods and thereby improve measurement accuracy of the polarization scattering matrix of the object, as well as reduce the time of its measurement to values equal to the duration of the probe pulse.
Сущность предложенного способа заключается в следующем. Объект одновременно облучают ортогональными по структуре радиосигналами на соответствующих ортогональных поляризациях на одной несущей частоте. Одновременно принимают все (четыре) ортогонально поляризованные составляющие отраженных от объекта радиосигналов двумя, соответствующими по поляризации, каналами приемника. Для разделения ортогональных по структуре одинаково поляризованных составляющих отраженных радиосигналов, принятых соответствующим по поляризации каналом приемника, выходной радиосигнал каждого канала приемника подают на два фильтра, каждый из которых согласован с одним из излученных ортогональных по структуре радиосигналов. Измеряют параметры выходного радиосигнала каждого согласованного фильтра, определяющие соответствующий элемент поляризационной матрицы рассеяния объекта. Одновременно в течение времени, равного длительности зондирующего радиосигнала, получают совокупность измерений параметров выходных радиосигналов четырех согласованных фильтров, которая определяет измеренное значение поляризационной матрицы рассеяния объекта. The essence of the proposed method is as follows. The object is simultaneously irradiated with orthogonal in structure radio signals at the corresponding orthogonal polarizations at one carrier frequency. At the same time, all (four) orthogonally polarized components of the radio signals reflected from the object are received by two receiver channels corresponding in polarization. To separate equally polarized components of the reflected radio signals orthogonal in structure, received by the receiver channel corresponding in polarization, the output radio signal of each receiver channel is fed to two filters, each of which is matched to one of the radiated radio signals orthogonal in structure. The parameters of the output radio signal of each matched filter are measured, which determine the corresponding element of the object’s polarization scattering matrix. At the same time, during a time equal to the duration of the probing radio signal, a set of measurements of the parameters of the output radio signals of the four matched filters is obtained, which determines the measured value of the object’s polarization scattering matrix.
Предлагаемый способ может быть реализован, например, с помощью устройства, структурная схема которого приведена на чертеже. The proposed method can be implemented, for example, using a device, a structural diagram of which is shown in the drawing.
Предлагаемое устройство содержит: двухканальную по поляризации антенну 1, два переключателя прием-передача 2 и 3, два передатчика 4 и 5, формирователь ортогональных сигналов (ФОС) 6, генераторы высокочастотных колебаний 7 и 8, синхронизатор 9, два частотных фильтра 10 и 11, два смесителя 12 и 13, согласованные фильтры (СФ) 14, 15, 16, 17, блоки квадратурных фазовых детекторов (БКФД) 18, 19, 20, 21 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 22. The proposed device contains: two-channel polarization antenna 1, two transmit-receive switches 2 and 3, two transmitters 4 and 5, an orthogonal signal shaper (FOS) 6, high-frequency oscillation generators 7 and 8, a synchronizer 9, two frequency filters 10 and 11, two mixers 12 and 13, matched filters (SF) 14, 15, 16, 17, blocks of quadrature phase detectors (BKFD) 18, 19, 20, 21 and analog-to-digital converter (ADC) 22.
Каждый блок квадратурных фазовых детекторов состоит из двух фазовых детекторов, на сигнальные входы которых подается один и тот же радиосигнал, а опорное напряжение подается на вход одного непосредственно, а на вход другого со сдвигом фаз на 90 градусов относительно первого. Такой блок выдает два напряжения в квадратуре: пропорциональные произведениям амплитуд на косинус и на синус разности фаз между сигнальным и опорным напряжениями, поступающими на его входы. Остальные элементы, входящие в устройство, являются известными. Each block of quadrature phase detectors consists of two phase detectors, the signal inputs of which supply the same radio signal, and the reference voltage is applied to the input of one directly and to the input of the other with a phase shift of 90 degrees relative to the first. Such a unit produces two voltages in quadrature: proportional to the products of the amplitudes by the cosine and by the sine of the phase difference between the signal and reference voltages supplied to its inputs. The remaining elements included in the device are known.
Первый выход синхронизатора 9 подключен к первым входам передатчиков 4 и 5 и к первому входу ФОС 6. Ко вторым входам передатчиков 4 и 5 подключен выход генератора высочастотных колебаний 7. К третьим входам передатчиков 4 и 5 подключены первый и второй выходы ФОС 6 соответственно. Выходы передатчиков 4 и 5 через соответствующие переключатели прием-передача 2 и 3 подключены к первому и второму входам двухканальной по поляризации антенны 1. Вторые выходы переключателей прием-передача 2 и 3 через соответствующие частотные фильтры 10 и 11 подключены к первым входам смесителей 12 и 13 соответственно, ко вторым входам которых подключен выход генератора высокочастотных колебаний 7. Выход смесителя 12 через СФ 14 подключен ко второму входу БКФД 18, а через СФ 15 - ко второму входу БКФД 19. Выход смесителя 13 через СФ 16 подключен ко второму входу БКФД 20, а через СФ 17 - ко второму входу БКФД 21. Выход генератора высокочастотных колебаний 8 подключен ко второму входу ФОС 6 и к первым входам БКФД 18, 19, 20, 21. Второй выход синхронизатора 9, а также выходы БКФД 18, 19, 20, 21 подключены к соответствующим входам АЦП 22, выходы которого является выходами устройства. The first output of the synchronizer 9 is connected to the first inputs of the transmitters 4 and 5 and to the first input of the FOS 6. The second inputs of the transmitters 4 and 5 are connected to the output of the high-frequency oscillation generator 7. The first and second outputs of the FOS 6 are connected to the third inputs of the transmitters 4 and 5, respectively. The outputs of the transmitters 4 and 5 through the corresponding transmit-receive switches 2 and 3 are connected to the first and second inputs of the two-channel polarized antenna 1. The second outputs of the transmit-receive switches 2 and 3 are connected to the first inputs of the mixers 12 and 13 through the corresponding frequency filters 10 and 11 respectively, to the second inputs of which the output of the high-frequency oscillation generator is connected 7. The output of the mixer 12 is connected through the SF 14 to the second input of the BKFD 18, and through the SF 15 to the second input of the BKFD 19. The output of the mixer 13 through the SF 16 is connected to the second input BKFD 20, and through SF 17 to the second input of BKFD 21. The output of the high-frequency oscillation generator 8 is connected to the second input of FOS 6 and to the first inputs of BKFD 18, 19, 20, 21. The second output of the synchronizer 9, as well as the outputs of BKFD 18, 19, 20, 21 are connected to the corresponding inputs of the ADC 22, the outputs of which are the outputs of the device.
Отличительными признаками заявляемого устройства является то, что дополнительно введены формирователь ортогональных сигналов, четыре блока квадратурных фазовых детекторов и аналого-цифровой преобразователь, причем выход первого генератора высокочастотных колебаний подключен ко вторым входам передатчиков, к третьим входам которых подключены соответствующие выходы формирователя ортогональных сигналов, к первому входу которого подключен первый выход синхронизатора, а ко второму входу подсоединен выход второго генератора высокочастотных колебаний, выход первого смесителя подключен к двум согласованным фильтрам с ортогональными переходными функциями, а выход второго смесителя - к двум другим согласованным фильтрам с ортогональными переходными функциями, к первым входам блоков квадратурных фазовых детекторов подключен выход второго генератора высокочастотных колебаний, а ко вторым входам каждого блока фазовых детекторов подключен выход соответствующего согласованного фильтра; второй выход синхронизатора и выходы блоков квадратурных фазовых детекторов подключены к соответствующим входам аналого-цифрового преобразователя, выходы которого являются выходами устройства. Distinctive features of the claimed device is that an additional driver of orthogonal signals, four blocks of quadrature phase detectors and an analog-to-digital converter are introduced, the output of the first generator of high-frequency oscillations connected to the second inputs of the transmitters, to the third inputs of which the corresponding outputs of the driver of orthogonal signals are connected, to the first the input of which the first output of the synchronizer is connected, and the output of the second generator is connected to the second input total oscillations, the output of the first mixer is connected to two matched filters with orthogonal transient functions, and the output of the second mixer is connected to two other matched filters with orthogonal transient functions, the output of the second high-frequency oscillator is connected to the first inputs of the blocks of quadrature phase detectors, and to the second inputs of each the phase detector unit is connected to the output of the corresponding matched filter; the second synchronizer output and the outputs of the quadrature phase detector units are connected to the corresponding inputs of the analog-to-digital converter, the outputs of which are the outputs of the device.
Устройство работает следующим образом. Генератор высокочастотных колебаний 8 вырабатывает гармоническое напряжение промежуточной частоты, которое поступает на второй вход ФОС 6. ФОС по синхронизирующему импульсу, поступающему на его первый вход с первого выхода синхронизатора 9, вырабатывает два сложномодулированных радиосигнала S1 и S2 и таких, что их взаимная временная корреляционная функция равна нулю (практически достаточно мала). В частности, в качестве таких ортогональных радиосигналов могут быть использованы две М-последовательности, сдвинутые относительно друг друга на половину периода. При соответствующем подборе сдвига фаз заполнения в соседних парциальных импульсах М-последовательности можно добиться практически нулевой взаимной корреляции. Сформированные на промежуточной частоте ортогональные радиосигналы S1 и S2 поступают на третьи входы соответствующих передатчиков 4 и 5, на вторые входы которых подаются высокочастотные колебания от генератора 7. В передатчиках осуществляется перенос поступающих колебаний на несущую частоту и усиление полученных радиосигналов по мощности. Импульсы синхронизатора 9, поступающие на первые входы передатчиков 4 и 5, обеспечивают их синхронную работу. Выходные радиосигналы передатчиков 4 и 5 через переключатели прием-передача 2 и 3 подводятся к соответствующим ортогональным по поляризации каналам двухканальной по поляризации антенны 1, которая одновременно излучает их в направлении объекта.The device operates as follows. The generator of high-frequency oscillations 8 generates a harmonic voltage of an intermediate frequency, which is supplied to the second input of the FSB 6. The FSB by the synchronizing pulse supplied to its first input from the first output of the synchronizer 9, generates two complex modulated radio signals S 1 and S 2 and such that their mutual time the correlation function is zero (almost small enough). In particular, two M-sequences shifted relative to each other by half a period can be used as such orthogonal radio signals. With the appropriate selection of the shift of the filling phases in the adjacent partial pulses of the M-sequence, almost zero cross-correlation can be achieved. The orthogonal radio signals S 1 and S 2 formed at the intermediate frequency are fed to the third inputs of the respective transmitters 4 and 5, the second inputs of which are supplied with high-frequency oscillations from the generator 7. The transmitters transfer the incoming oscillations to the carrier frequency and amplify the received radio signals in power. The pulses of the synchronizer 9, arriving at the first inputs of the transmitters 4 and 5, ensure their synchronous operation. The output radio signals of the transmitters 4 and 5 through the transmit-receive switches 2 and 3 are fed to the corresponding polarization channels of the two-channel polarized antenna 1, which simultaneously emits them in the direction of the object.
При приеме каждым каналом антенны принимается сумма двух ортогональных по структуре составляющих отраженных сигналов: основного по поляризации компонента для данного канала и перекрестного по поляризации компонента для канала, ортогонального первому. Эти суммы сигналов через переключатели прием-передача 2 и 3 и соответствующие частотные фильтры 10 и 11 подаются на входы смесителей 12 и 13 соответственно. Поскольку в смесителях в качестве напряжений гетеродина используются колебания высокочастотного генератора 7, то частота радиосигнала на выходе каждого из них, с точностью до частоты Доплера, будет равна частоте, вырабатываемой генератором высокочастотных колебаний 8. Выход каждого смесителя подключен ко входам двух фильтров, каждый из которых согласован с соответствующим радиосигналом, вырабатываемым ФОС 6. Это позволяет на выходах согласованных фильтров 14, 15, 16, 17 одновременно получить четыре радиосигнала, соответствующих четырем ортогонально поляризованным составляющим отраженных от объекта радиосигналов, которые определяют поляризационную матрицу рассеяния объекта. Выходные напряжения каждого из согласованных фильтров подаются на вторые входы соответствующих БКФД 18, 19, 20, 21, на первые входы которых в качестве опорного подается напряжение промежуточной частоты, вырабатываемое генератором высокочастотных колебаний 8. Последнее позволяет учесть случайные начальные фазы передатчиков. Каждый БКФД имеет два выхода. По первому выходу выдается напряжение, пропорциональное произведениям амплитуд на косинус, а по второму - на синус разности фаз колебаний, поступающих на входы БКФД. Аналого-цифровой преобразователь 22 производит измерение напряжений сигналов, поступающих с выходов БКФД, осуществляя оцифровку их значений. По сигналам со второго выхода синхронизатора 9 измеренные значения амплитуд квадратурных составляющих, определяющих измеренные значения элементов поляризационной матрицы рассеяния объекта, выдаются потребителю, которым, в частности, может быть спецвычислитель. When each channel receives an antenna, the sum of two orthogonal in structure of the components of the reflected signals is received: the main component in polarization for a given channel and the component that is cross-polarized for the channel orthogonal to the first. These sums of signals through the transmit-receive switches 2 and 3 and the corresponding frequency filters 10 and 11 are fed to the inputs of the mixers 12 and 13, respectively. Since the oscillators of the high-frequency oscillator 7 are used as the oscillator voltages in the mixers, the frequency of the radio signal at the output of each of them, accurate to the Doppler frequency, will be equal to the frequency generated by the high-frequency oscillation generator 8. The output of each mixer is connected to the inputs of two filters, each of which matched with the corresponding radio signal generated by FOS 6. This allows you to simultaneously receive four radio signals corresponding to four orths at the outputs of the matched filters 14, 15, 16, 17 the ogonally polarized component of the radio signals reflected from the object, which determine the polarization scattering matrix of the object. The output voltages of each of the matched filters are supplied to the second inputs of the corresponding BKFD 18, 19, 20, 21, the first inputs of which are supplied with the intermediate frequency voltage generated by the high-frequency oscillation generator 8. The latter makes it possible to take into account random initial phases of the transmitters. Each BKFD has two exits. The first output produces a voltage proportional to the products of the amplitudes by the cosine, and by the second - the sine of the phase difference of the oscillations supplied to the inputs of the BKFD. The analog-to-digital Converter 22 measures the voltage of the signals coming from the outputs of the BKFD, digitizing their values. By signals from the second output of the synchronizer 9, the measured values of the amplitudes of the quadrature components that determine the measured values of the elements of the polarization matrix of the scattering of the object are given to the consumer, which, in particular, can be a special calculator.
Использование предлагаемых изобретений позволяет повысить точность измерения поляризационной матрицы рассеяния объекта и одновременно сократить время ее измерения до значений, равных длительности зондирующего импульса. Using the proposed inventions allows to increase the accuracy of measurement of the polarization matrix of the scattering of the object and at the same time reduce the time of its measurement to values equal to the duration of the probe pulse.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Хойнен. Измерение матрицы рассеяния цели. ТИИЭР, т. 53, 8, 1965, с. 1074-1084.SOURCES OF INFORMATION
1. Hoinen. Measurement of the target scattering matrix. TIIER, v. 53, 8, 1965, p. 1074-1084.
2. Д. Б. Канарейкин, М.В. Павлов, В.А. Потехин. Поляризация радиолокационных сигналов. М.: Сов. Радио, 1966, с. 118-124, 282-293. 2. D. B. Kanareykin, M.V. Pavlov, V.A. Potekhin. Polarization of radar signals. M .: Sov. Radio, 1966, p. 118-124, 282-293.
3. Д.Б. Канарейкин, В.А. Потехин, И.Ф. Шишкин. Морская поляриметрия. Ленинград: изд-во Судостроение, 1968, с. 78-85. 3.D.B. Kanareykin, V.A. Potekhin, I.F. Shishkin. Marine polarimetry. Leningrad: Publishing House Shipbuilding, 1968, p. 78-85.
4. Ч. Кук, М. Бернфельд. Радиолокационные сигналы. Теория и применение. М.: Сов. радио, 1971, с. 15. 4. C. Cook, M. Bernfeld. Radar signals. Theory and application. M .: Sov. radio, 1971, p. fifteen.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001112309/09A RU2204842C2 (en) | 2001-05-04 | 2001-05-04 | Method and device for measuring object-scattering polarization matrix |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001112309/09A RU2204842C2 (en) | 2001-05-04 | 2001-05-04 | Method and device for measuring object-scattering polarization matrix |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2204842C2 true RU2204842C2 (en) | 2003-05-20 |
| RU2001112309A RU2001112309A (en) | 2003-05-27 |
Family
ID=20249317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001112309/09A RU2204842C2 (en) | 2001-05-04 | 2001-05-04 | Method and device for measuring object-scattering polarization matrix |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2204842C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2619769C1 (en) * | 2016-05-04 | 2017-05-18 | Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" | Method of measurement of the polarization matrix of the object scattering |
| RU2638559C1 (en) * | 2017-02-03 | 2017-12-14 | Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" | Method of measurement of object polarization scattering matrix with distortion compensation |
| RU2783473C1 (en) * | 2021-11-23 | 2022-11-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Installation for measuring matrix of non-reciprocal backscattering of objects |
-
2001
- 2001-05-04 RU RU2001112309/09A patent/RU2204842C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КАНАРЕЙКИН Д.Б., ПАВЛОВ Н.Ф., ПОТЕХИН В.А. Поляризация радиолокационных сигналов. - М.: Советское радио, 1966. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2619769C1 (en) * | 2016-05-04 | 2017-05-18 | Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" | Method of measurement of the polarization matrix of the object scattering |
| RU2638559C1 (en) * | 2017-02-03 | 2017-12-14 | Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" | Method of measurement of object polarization scattering matrix with distortion compensation |
| RU2783473C1 (en) * | 2021-11-23 | 2022-11-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Installation for measuring matrix of non-reciprocal backscattering of objects |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10330778B2 (en) | Coherent lidar system using tunable carrier-suppressed single-sideband modulation | |
| US10962634B2 (en) | Method in a radar system, radar system, and/or device of a radar system | |
| US5889490A (en) | Method and apparatus for improved ranging | |
| JP2990097B2 (en) | Continuous-wave wide-band precision ranging radar equipment. | |
| KR101060389B1 (en) | Multiple Separation Method and Apparatus for Near Field Measurement Radar | |
| JP2008524563A (en) | Single channel heterodyne distance measurement method | |
| RU2553272C1 (en) | Method of measuring range and radial velocity in radar station with probing composite pseudorandom chirp pulse | |
| CN110850380B (en) | Method for realizing weather radar digital calibration unit | |
| JP2008524562A (en) | Electronic measurement method | |
| US4067014A (en) | Correlation receiver for doppler microwave landing system | |
| RU2625567C1 (en) | Device for imitation of a false radar objective at sensing with signals with linear frequency modulation | |
| CN109632043B (en) | Method for determining the fill level of a medium by means of continuous wave radar measurement and fill level measuring device | |
| US20090189740A1 (en) | Method and system for detecting vital signs of living bodies | |
| RU2410650C2 (en) | Method to measure level of material in reservoir | |
| RU2204842C2 (en) | Method and device for measuring object-scattering polarization matrix | |
| RU2296432C1 (en) | Method for autocorrelation receipt of noise-like signals | |
| RU2187129C1 (en) | Procedure and device measuring polarization matrix of scattering of object | |
| RU59262U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING THE PLACE OF DAMAGE TO ELECTRIC TRANSMISSION LINES AND COMMUNICATIONS | |
| RU2435171C1 (en) | Phase direction finding method and phase direction finder for implementing said method | |
| RU2190239C1 (en) | Method and device measuring polarization scattering matrix of object | |
| RU2695077C1 (en) | Method and apparatus for processing vector radio signals in full polarization radar stations | |
| RU2183022C1 (en) | Device measuring polarization matrix of scattering of object | |
| RU2534220C1 (en) | Apparatus for determining motion parameters of object | |
| RU2330298C2 (en) | Method for detection of damage point in power transmission and communication lines and device for its implementation | |
| RU2327185C1 (en) | Nonlinear radar for eavesdropping devices |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070505 |