Радиолокационные системы с многопозиционной частотной модуляцией
Часто при применении радиолокационных систем необходимо одновременно получать данные о расстоянии и радиальной скорости объекта. Радиолокационные системы непрерывного действия с линейной частотной модуляцией LFMCW и радиолокационные системы с линейной манипуляцией FSK позволяют это сделать. Однако для радиолокационных систем типа LFMCW требуется несколько циклов измерения и применение определённых математических операций для решения неопределённости, а радиолокационные системы типа FSK не обладают достаточным разрешением по расстоянию. Поэтому сотрудником компании Volkswagen [2] было предложено объединение видов модуляции LFMCW и FSK в единый сигнал MFSK (Multiple Frequency-Shift Keying), с использованием многопозиционной частотной модуляции. Сигналы с модуляцией типа MFSK были разработаны специально для автомобильной промышленности и состоял из двух или более частот передачи fA1 и fA2 со смещением частоты fshift, определённой шириной полосы частот fsweep и длительностью TCPI (рисунок 9)
Рисунок 9
Каждый из отражённых сигналов смещает доплеровской частоту и и вызывает задержку по времени в принимаемом сигнале. Оба сигнала конвертируются к их несущим частотам и обрабатываются с помощью преобразования Фурье. Как и в случае с радиолокационными системами непрерывного действия с линейной частотной модуляцией LFMCW, частота биения fB содержит информацию о расстоянии до объекта и радиальной скорости. Как и в случае систем с частотной манипуляцией FSK, разность фаз между взаимосвязанными сигналами в части биения может быть определена и также содержит информацию о расстоянии до объекта и радиальной скорости. Эти данные используются для решения системы уравнений, состоящей из равенств, определяемых по формулам 12 и 13, для множественных целей за один цикл вычислений.
Формула 12
Формула 13
Как и в импульсных радиолокационных системах, разрешение измеряемого расстояния зависит от ширины полосы fsweep. Разрешение радиальной скорости определяется когерентной обработкой TCPI, как в радиолокационных системах непрерывного излучения.
РЛС с внутриимпульсной частотной модуляцией
В системах с многопозиционной частотной модуляцией MFSK используются измерения частоты и фазы для определения расстояния до объекта и радиальной скорости. При использовании систем с многопозиционной частотной модуляцией MFSK измерение расстояние до объекта и радиальной скорости для отражённых сигналов с низким соотношением сигнал/шум имеет меньшую точность по сравнению с системы непрерывного действия с линейной частотной модуляцией LFMCW, так как используются фазовые измерения. Решением является передача сигналов с модуляцией MFSK с положительным и отрицательным уклоном, устранение неопределённости по измерениям фазы и частоты первого частотно модулированного сигнала и корректировка полученных результатов с помощью комбинирования результатов обработки первого и второго измерения частоты биения с использованием отражённых сигналы c внутриимпульсной понижением частоты.
Альтернативным решением являются сигналы с линейной частотной модуляцией непрерывного действия с минимальными перерывами между импульсами [5]. Такая форма сигнала называется внутриимпульсная частотная модуляция (CS — Chirp Sequence) и состоит из нескольких очень коротких частотно модулированных сигналов. Каждый такой сигнал имеет длительность Tchirp и передаётся за время TCPI (см. рисунок 10). Так как одиночный сигнал с внутриимпульсной частотной модуляцией очень короткий, то частота биения fB определяется в основном временем распространения сигнала, а смещение доплеровской частоты fD можно отбросить.
Рисунок 10
Обработка сигнала производиться в соответствии с простым подходом с начальным преобразованием частоты в направлении её уменьшения и преобразованием Фурье каждого частотно модулированного сигнала. Частота биения в основном определяется расстоянием. Соответственно, принимая радиальную скорость за 
расстояние до цели R вычисляется по формуле 
Радиальная скорость за время посылки последовательного пакета частотно модулированных сигналов с длительностью передачи TCPI. Второе преобразование Фурье выполняется относительно оси времени, которая содержит смещение доплеровской частоты fD. После получения смещения доплеровской частоты, можно получить искомую радиальную скорость, а расстояние рассчитать по формуле 8.
Разрешение радиальной скорости зависит от интервала когерентной обработки TCPI, как приведено в формуле 5. Неопределённость радиальной скорости находится в диапазоне 
(смотри формулу 6).
Ссылки
- 1.LUDLOFF, Albrecht K.: Praxiswissen Radar und Radarsignalverarbeitung, Vieweg+Teubner Verlag; Version 4., October 2009, ISBN — 9783834805973
- 2.MEINECKE, Marc-Michael: Zum optimierten Sendesignalentwurf für Automobilradare, Shaker Verlag GmbH, August 2001. – ISBN 9783826592232
- 3.ROHLING, Hermann; MOELLER, Christof: Radar waveform for automotive radar systems and applications, Radar Conference, 2008. RADAR ’08. IEEE , vol., no., pp.1,4, 26-30 May 2008
- 4.ROHLING, Hermann; MEINECKE, Marc-Michael; HEUEL, Steffen; HAEKLI, Janne; NUMMILA, Kaj; HEUER, Michael: Objectives of the ARTRAC initiative in active pedestrian safety, Radar Symposium (IRS), 2013 14th International , vol.2, no., pp.726,731, 19-21 June 2013
- 5.SCHROEDER, Christoph: System Design of an Array Antenna Radar with a Rapid Chirp Waveform, Shaker Verlag GmbH, Germany; March 2013. ISBN — 9783844016666
- 6.SKOLNIK, Merrill I.: Introduction of Radar Systems, McGraw-Hill Inc., ISBN — 978007118189, 1962
- 7.BUES, Roland; MINIHOLD, Roland: Overview of Tests on Radar Systems and Components, Rohde & Schwarz Application Note Nr. 1MA127_2e, 2012
- 8.MINIHOLD, Roland; BUES, Dieter: Introduction to Radar system and Component Tests, Rohde & Schwarz White Paper Nr. 1MA207-1e, 2013
Источники