Фазовая дальнометрия на основе цифрового спектрального анализа N-OFDM сигналов

Автор(и)

  • Максим Васильевич Бондаренко Untether AI Corp., Торонто, Canada https://orcid.org/0000-0002-6296-1080
  • Вадим Иванович Слюсар Центральный научно-исследовательский институт вооружения и военной техники Вооруженных Сил Украины, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-2912-3149

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347021070037

Ключові слова:

фазовая дальнометрия, аналого-цифровое преобразование, дискретное преобразование Фурье, теория многоканального анализа, ортогональные сигналы

Анотація

В работе предложены методы фазового многочастотного радиолокационного измерения дальности с позиций решения задачи цифрового спектрального анализа. В настоящее время для решения дальномерных задач широкое распространение получили ортогональные сигналы типа OFDM. Однако основанные на их использовании методы измерения приводят к погрешностям определения дальности при наличии допплеровского смещения частоты, имеют ограниченную спектральную эффективность и помехозащищенность. Это все в полной мере относится и к известным методам сверхразрешения.

Принципиальным отличием предложенного в статье подхода является использование многочастотных неортогональных сигналов (N-OFDM), в которых расположение частот гармонических составляющих не привязано к максимумам амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) фильтров, синтезированных посредством быстрого преобразования Фурье (БПФ). Рассмотренные в данной работе методы с использованием неортогональных сигналов следует рассматривать как более общий случай по отношению к OFDM. Преимуществом предлагаемого подхода является возможность произвольного изменения таких параметров многочастотного сигнала, как частоты гармонических составляющих (поднесущих) и длина наблюдаемой выборки. Это позволяет учесть доплеровский сдвиг поднесущих, обеспечить управление величиной разрешающей способности по дальности и достигаемого отношения сигнал/шум. Такой подход позволяет реализовать адаптивную отстройку от сосредоточенных по частоте помех путем выбора значений частот поднесущих, минимально подверженных негативному воздействию, уменьшить пик-фактор многочастотной сигнальной смеси, улучшить электромагнитную совместимость радиолокационных средств за счет сужения полосы частот сигналов. Кроме того, неортогональный частотный план не позволяет средствам радиотехнической разведки определять дальность до РЛС по той же разности фаз поднесущих, что в принципе возможно при использовании фиксированной сетки частот в случае OFDM сигналов.

На основе теории многоканального анализа в статье сформулирована система уравнений, обеспечивающая ее решение в случае нескольких целей. Предложенный в статье метод оценивания дальности на основе максимального правдоподобия потенциально гарантирует достижение нижней границы Крамера–Рао для дисперсий несмещенных оценок параметров сигналов. При этом все другие методы сверхразрешения по отношению к методу максимального правдоподобия являются квазиоптимальными.

Біографія автора

Вадим Иванович Слюсар, Центральный научно-исследовательский институт вооружения и военной техники Вооруженных Сил Украины

He is included in the book "Who's Who in the World" Scopus author ID: 7004240035 iD ORCID: http://orcid.org/0000-0002-2912-3149

Посилання

Сайбель А.Г. Основы радиодальнометрии / А. Г. Сайбель. – М.: Оборонгиз, 1960. — 114 с.

Радиолокационные устройства (теория и принципы построения) / В. В. Васин, О. В. Власов, В. В. Григорин-Рябов [и др.]; под ред. В. В. Григорина-Рябова. — М.: Сов.радио, 1970. — 680 с.

Iizuka K. Detection of nonmetallic buried objects by a step frequency radar / K. Iizuka, A. P. Freundorfer // // Proc.IEEE, – 1983. – Vol. 71, №2. – Pp. 276 – 279.

Sturm C. A novel approach to OFDM radar processing / C. Sturm, E. Pancera, T. Zwick, W. Wiesbeck // IEEE Radar Conference. — 2009. Pp. 1 4.

Donnet B.J. Combining MIMO Radar with OFDM Communications / B. J. Donnet, I. D. Longstaff // 3rd European Radar Conference EuRAD. 2006. Pp. 37 40.

Слюсар В.И. Метод неортогональной дискретной частотной модуляции сигналов для узкополосных каналов связи / В. И. Слюсар, В. Г. Смоляр // Известия вузов. Сер. Радиоэлектроника. 2004. Том 47, № 4. С. 53 59.

Варюхин В. А. Основы теории многоканального анализа / В. А. Варюхин. – Ки-ев: ВА ПВО СВ, 1993. – 171 с.

Солощев O. Н. Фазовый метод измерения дальности на основе теории многока-нального анализа./ O. Н. Солощев, В. И. Слюсар, В. В. Твердохлебов // Артиллерийское и стрелковое вооружение. – 2007. № 2(23). C. 29 – 32.

Слюсар В.І Визначення відстаней в MIMO-системах зв’язку та радіолокації на основі фазових вимірів / В. І. Слюсар, А. О. Зинченко // Сучасні інформаційні технології у сфері безпеки та оборони. НАОУ. 2012. № 2(14). – С. 26 30.

Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях / Ж. Макс. – Том 1. - Издательство: Мир. – 1983. – 312 с.

Корн Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров. / Г. Корн, Т. Корн. — М.: Изд-во «Наука». — 1968. — 720 с.

Gu X. Resolution threshold analysis of MUSIC algorithm in radar range imaging / X. Gu, Y. H. Zhang // Progress In Electromagnetics Research B. – 2011. Vol. 31. – Pp. 297 – 321.

Бондаренко М.В. Влияние джиттера АЦП на точность пеленгации цифровыми антенными решетками / В. И. Слюсар, М. В. Бондаренко. // Радиоэлектроника. – 2011.– том 54. – №8. – С. 41 – 49. (Изв.вузов).

Компенсация эффекта Доплера для 8 N-OFDM поднесущих по сравнению с OFDM сигналом без учета доплеровского смещения

Опубліковано

2021-07-30 — Оновлено 2021-07-27

Як цитувати

Бондаренко, М. В., & Слюсар, В. И. (2021). Фазовая дальнометрия на основе цифрового спектрального анализа N-OFDM сигналов. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 64(7), 422–437. https://doi.org/10.20535/S0021347021070037

Номер

Розділ

Статті