Тенденции развития используемых сигналов
До настоящего времени растущая необходимость в радиолокационных системах с поддержкой различных технологий, таких как высокоточное определение множественных целей, а также повышенной дальности действия и точности измерений радиальной скорости удовлетворялась использованием комбинации сигналов с различными видами модуляции.
В качестве примера можно привести сигнал MFSK (Multiple Frequency-Shift Keying), который использует и частотную манипуляцию FSK (Frequency-Shift Keying) и непрерывную линейно-частотную модуляцию LFMCW (Linear Frequency Modulated Continuous Wave) для определения расстояния до цели и радиальной скорости за один цикл измерений. Модуляция MFSK позволяет использовать дополнительную разность фаз для компенсации недостатков непрерывной линейно-частотной модуляции LFMCW, устраняемых путём использования нескольких последовательных частотно модулированных сигналов с различными склонами, для одновременного определения обоих параметров объекта. Часть радиолокационных систем использует модуляцию MFSK с положительным и отрицательным склоном, избавляются от неопределённости, вызванной измерениями фазы и частоты MFSK сигнала и повышают точность измерений, комбинируя измерения частоты последовательных частотно модулированных сигналов.
Другие радиолокационные системы, чтобы точно измерить расстояние до цели и радиальную скорость за один цикл измерений, используют сигналы с внутриимпульсной частотной модуляцией, т.к. в этом случае требуется измерить только частоту. Однако высокое разрешение привносит неопределённость. Для увеличения точности определения дальности сигналы с внутриимпульсной частотной модуляции можно использовать совместно с другими сигналами. Чтобы расширить интервал точности определения радиальной скорости, можно применять последовательные интервалы обработки с различную длиной TCPI. Благодаря посылке трёх последовательностей с разными TCPI можно значительно увеличить максимальную радиальную скорость.
Кроме того, можно использовать виды модуля для беспроводных телекоммуникационных сигналов (например, OFDM, используемое в LTE) в радиолокации. Преимущество использования сигналов с такими видами модуляции в том, что для решения телекоммуникационных и радиолокационных задачи можно будет использовать одно и тоже оборудование. В этом случае будут отличаться только алгоритмы обработки сигналов. Применение сигналов с такими видами модуляции в радиолокационных системах в аэрокосмической и военной области, как в и коммерческой области принесёт свои выгоды с точки зрения стоимости и объёма производства.
Приведённые примеры позволяют оценить идеи, которые были применены в уже имеющихся разработках, а также идеи, которые можно использовать в будущих разработках, которые получаются комбинированием различных видов модуляции радиочастотных сигналов, которые можно назвать как «гибридные радиолокационные сигналы», или даже использование видов модуляции, которые применяются в телекоммуникационных системах.
Сложность выбора
Радиолокационные системы с частотно модулированные сигналом непрерывного действия и импульсно-допплеровские радиолокационные системы используют одни и те же законы физики. Кроме возможности одновременного измерения расстояния до цели и радиальной скорости за один цикл измерений, эти сигналы интересны низкой мощностью передатчика и относительно простотой аппаратной части. Дополнительно, необходимая полоса частот импульсно-доплеровской радиолокационной системы обратно пропорциональна ширине импульса, поэтому, радиолокационные системы с модуляцией LFMCW требуют более узкой полосы частот аналогового сигнала. В соответствии с указанными выше причинами радиолокационные системы непрерывного излучения часто используются в мобильных станциях военного применения и устройствах с максимальным радиусом действия до десятков километров или в автомобильных радарах, которым критически важно одновременно быстро и точно измерить характеристики нескольких объектов.
Радиолокационные системы с импульсно-доплеровским принципом действия используют индикатор движущихся целей (MTI — Moving Target Indicator) для фильтрации малоподвижных объектов и снижения вероятности ложных срабатываний, провоцируемых деревьями или кустами. Такие объекты могут иметь определённую доплеровскую частоту в ветреную погоду. Но при использовании таких ограничений, объекты, перемещающиеся со скоростью меньше граничной или двигающиеся по касательной, могут остаться необнаруженными. Радиолокационные системы с модуляцией LFMCW не подвержены проблемам со слепыми зонами или слепой скоростью.
С другой стороны, импульсно-доплеровская радиолокационная система может работать на больших расстояниях за счёт подавления помех, а также переключаться между передачей и приёмом, что позволяет использовать магнетроны для передачи сигналов высокой мощности. В радиолокационных системах типа LFMCW приёмные и передающие тракты необходимо изолировать друг от друга при мощности передачи в несколько ватт с помощью твердотельных усилителей. Такие особенности обеспечивают гибкость в организации питания и лёгкости монтажа. Кроме того, это означает меньшую опасность для людей, находящихся вблизи антенны. Но для корректного сравнения необходимо учитывать мощность передачи.
Для коротких расстояний важную роль играют и время переключения с передачи на приём, и малая ширина импульсов, для которых необходима широкая полоса пропускания частот. К радиолокационным системам типа LFMCW не применимо понятие минимальной дистанции обнаружения, т.к. приёмник всегда работает. Ширина полосы частот только определяет разрешение расстояние и влияет на уровень помех приёмника. Однако, в случае более узкой полосы частот, уровень помех приёмника становится достаточно низким для обнаружения цели.
В зависимости от области применения, радиочастотные системы непрерывного действия с частотным модулированием FMCW имеют преимущество перед импульсно-допплеровскими радиолокаторами. Большинство широко используемых импульсно-доплеровских радиолокационных систем ведут свое происхождение от военных радиолокационных систем. С другой стороны, новое поколение портативных и мобильных радиолокационных станций тип LFMCW эволюционирует в сторону контроля больших областей и контроля безопасности объектов. Радиолокаторы такого типа мгновенно включаются, у них отсутствует период ожидания. Кроме того, они способны обнаруживать, вести и классифицировать различные типы целей, определять их скорость, углы, дистанцию до них, а также определять тип целей по паттерну отражённого сигнала. Существует множество общих черт и отличий между развитыми импульсно-доплеровской радиолокационными системами и системами с непрерывной линейно-частотной модуляцией, однако последние только в начале своего развития.
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
Материал предназначен для использования в образовательных целях