СПОСОБ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ С ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ Российский патент 2024 года по МПК G01S13/28 H03M7/30 

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокационных системах с линейной частотной модуляцией. Снижение требований к объему памяти, необходимому для временного хранения входных оцифрованных данных и промежуточных данных, полученных на каждом этапе обработки, а также снижение требований к частоте дискретизации аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в приемном канале, достигается за счет способа обработки сигналов с использованием аналого-информационного преобразователя (АИП), который принимает на вход аналоговый сигнал и, в отличие от традиционных АЦП, выдает на выходе оцифрованную и сжатую версию входного сигнала. Ключевое отличие по сравнению со сжатием цифровых данных заключается в том, что в АИП сигналы сжимаются во время оцифровки, а не после нее, что позволяет существенно уменьшить требования к частоте дискретизации АЦП и объему памяти, без потери полезной информации.

Известен способ обработки радиолокационных данных для формирования их компактного представления, позволяющий решить проблему хранения в памяти и передачи большого объема данных на устройства постобработки путем их сжатия в многоканальных радиосистемах непрерывного излучения с частотной модуляцией /1/. Однако данный способ реализует сжатие путем группировки нескольких данных с нескольких приемных каналов, что применимо только для многоканальных систем.

Также известен способ сжатия данных в радиолокационном датчике непрерывного излучения с частотной модуляцией, позволяющий уменьшить требования к объему памяти для временного хранения цифровых входных данных, за счет их кодирования с экспоненциальным представлением /2/. К недостатку здесь можно отнести нестандартный способ кодирования, который не может быть напрямую считан вычислительным устройством. Для считывания требуется введение дополнительного процесса декодирования, который из-за дополнительного обращения к памяти может значительно снизить производительность обработки в целом.

В качестве прототипа выбран способ сжатой дискретизации при обработке сигнала в радиосистемах непрерывного излучения с частотной модуляцией, описанный в патенте США 20240077604 /3/. Согласно приведенным утверждениям, способ заключается в приеме отраженного сигнала из области, представляющей интерес для формирования радиоизображения;

временной дискретизации сигнала с двумя коэффициентами субдискретизации для получения сжатых во времени дискретизированных сигналов;

создании словаря, на основе временно сжатых дискретизированных сигналов;

формировании изображения интересующей области путем восстановления временно сжатых дискретизированных сигналов.

Описанный способ обеспечивает реализацию подхода к временной дискретизации с экономичной аппаратной реализацией. Однако, недостатком данного способа является недостаточная производительность, вследствие низкого коэффициента передискретизации, который составляет всего 50%, а также возможность применения способа только для сжатия радиоизображений.

Задача изобретения - снижение требований к объему памяти и частоте дискретизации АЦП в радиолокационной системе с линейной частотной модуляцией.

Это достигается способом обработки сигналов в радиолокационных системах с линейной частотной модуляцией, включающем оцифровку сигналов с использованием аналого-информационного преобразователя.

Способ обработки сигналов в радиолокационных системах с линейной частотной модуляцией, включающий сжатую дискретизацию принятых сигналов и восстановление сжатых дискретизированных сигналов путем последующей обработки. Описанный способ отличается тем, что принятый сигнал сначала умножается на широкополосную псевдостучайную последовательность символов в наборе {-1, +1}, обрабатывается фильтром нижних частот, после чего поступает на низкочастотный АЦП, работающий на частоте дискретизации меньшей, чем удвоенная максимальная частота самого сигнала, затем оцифрованный сигнал восстанавливается для его дальнейшей обработки.

Поскольку дискретизация исходного сигнала осуществляется на низкочастотном АЦП, сигнал сжимается непосредственно во время оцифровки, а не после нее. Таким образом, отсутствует потребность в хранении большого объема промежуточных не сжатых данных, и как следствие, снижаются требования к объему памяти, необходимому для хранения этих данных, кроме того снижаются требования к частоте дискретизации АЦП.

На фиг. 1 представлена структурная схема обработки сигналов в радиолокационных системах с линейной частотной модуляцией, где:

1 - генератор широкополосной псевдослучайной последовательности,

2 - смеситель сигналов,

3 - фильтр нижних частот,

4 - низкочастотный аналого-цифровой преобразователь,

5 - блок восстановления сигнала.

Исходный сигнал поступает на смешивающее устройство 2, где умножается на широкополосную псевдостучайную последовательность 1, которая представляет собой последовательность символов в наборе {-1, +1}. В результате смешивания информация исходного сигнала распространяется по всему спектру. Далее, во избежание эффекта наложения частот, смешанный сигнал проходит через фильтр нижних частот 3, после чего дискретизируется на низкочастотном АЦП 4, с частотой дискретизации минимум в 4 раза меньшей, чем удвоенная максимальная частота входного сигнала. Затем оцифрованный сигнал восстанавливается в блоке восстановления данных 5, для его последующей обработки.

В качестве примера осуществления способа можно привести радиолокационную систему, работающую в Ku-частотном диапазоне и имеющую 16 независимых приемных каналов, каждый из которых содержит АЦП, частота дискретизации которого составляет 20 Мвыб/с, что при разрядности в 14 бит дает поток в 4,46 Гбит/с. Данное значение является близким к пределу объема памяти, а также вычислительных возможностей устройства постобработки. При применении описанного способа обработки сигналов в радиолокационных системах с линейной частотной модуляцией принятый сигнал может быть дискретизирован с частотой дискретизации не менее чем 5 Мвыб/с, что дает поток не более 1,115 Гбит/с. Откуда итоговый информационный поток оцифрованных данных, которые необходимо хранить в памяти при применения описанного способа более чем в 4 раза меньше по сравнению с исходной системой.

Представленный способ, в отличие от прототипа, обладает большими возможностями по применению в системах с линейной частотной модуляцией и имеет широкий ряд радиолокационных систем, где может быть применен для уменьшения требований к частоте дискретизации АЦП и объему памяти.

Источники информации

1. Патент США 20190317205.

2. Патент США 11579279.

3. Патент США 20240077604 - прототип.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокационных системах с линейной частотной модуляцией. Техническим результатом изобретения является снижение требований к объему памяти и частоте дискретизации аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в радиолокационной системе с линейной частотной модуляцией. Способ обработки сигналов в радиолокационных системах с линейной частотной модуляцией дополнительно заключается в том, что исходный сигнал умножается на широкополосную псевдослучайную последовательность символов в наборе {-1, +1}, обрабатывается фильтром нижних частот, после чего поступает на низкочастотный АЦП, работающий на частоте дискретизации меньшей, чем удвоенная максимальная частота самого сигнала, после чего восстанавливается для дальнейшей обработки. 1 ил.

Способ обработки сигналов в радиолокационных системах с линейной частотной модуляцией, включающий прием сигнала, сжатую дискретизацию для получения сжатых данных, восстановление и последующую обработку, отличающийся тем, что исходный сигнал умножается на широкополосную псевдослучайную последовательность символов в наборе {-1, +1}, обрабатывается фильтром нижних частот, после чего поступает на низкочастотный аналого-цифровой преобразователь, работающий на частоте дискретизации меньшей, чем удвоенная максимальная частота самого сигнала, после чего восстанавливается для дальнейшей обработки.