Математичне моделювання роботи FMCW-радара: сигнал зондування

Автор(и)

  • Олег Ігоревич Павлов Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського", Київ, Україна https://orcid.org/0000-0003-1091-3009
  • Олена Володимирівна Гусева Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського", Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-6353-6123
  • Євген Михайлович Ящишин Варшавський політехнічний інститут, Варшава, Польща https://orcid.org/0000-0001-8378-1399
  • Теодор Миколайович Наритнік Інститут високих технологій Польської академії наук, Варшава, Польща https://orcid.org/0009-0008-3152-4356
  • Володимир Сайко Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-3059-6787
  • Гліб Леонідович Авдєєнко Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського", Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-4788-7273

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347022090011

Ключові слова:

математичне моделювання, радар неперервного випромінювання з частотною модуляцією, ефект Доплера, моделювання сигналу зондування

Анотація

В роботі представлено моделі зміни миттєвої частоти, миттєвої фази та самого сигналу в будь-який момент часу для складного широкосмугового двобічного нескінченного неперервного сигналу FMCW-радара (Frequency Modulated Continuous Wave) з лінійною частотною модуляцією (ЛЧМ), закон зміни якої має форму рівнобічного трикутника. Запропоновані моделі є простими в реалізації і можуть бути корисними при подальшому моделюванні в дискретному часі роботи FMCW-радара та будь-яких процесів в ньому. При цьому з’являється можливість отримати складний широкосмуговий сигнал як результат часового аналізу, а не обрахунок складних аналітичних викладок. Моделі враховують різні варіанти розповсюдження, включаючи випадок сигналу, який випромінюється рухомим передавачем, поширюється в бік рухомої цілі, відбивається від неї та повертається до рухомого приймача. Можливість визначення окремих значень сигналу в довільні моменти часу на нескінченому часовому інтервалі дозволяє врахувати не тільки ефект Доплера, як зміну окремої частоти коливання, пов’язану з рухом радара та цілі, але також зміну форми і тривалості складного сигналу, та зсув спектру і зміну його ширини. Моделі дозволяють здійснювати моделювання зміни швидкості годинників в передавачі та приймачі через зміну частот дискретизації в їх АЦП та ЦАП.

Біографії авторів

Євген Михайлович Ящишин, Варшавський політехнічний інститут, Варшава

Інститут радіоелектроніки і мультимедійних технологій

Гліб Леонідович Авдєєнко, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського", Київ

Навчально-науковий інститут телекомунікаційних систем

Посилання

Y. Zhang, “Pushing the limit of range resolution beyond bandwidth constraint with triangle FMCW.” Singapore, 2024, doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2404.04606.

K. Hofrichter, C. Linnhoff, L. Elster, S. Peters, “FMCW lidar simulation with ray tracing and standardized interfaces.” 05-Apr-2024, doi: https://doi.org/10.47953/SAE-PP-00387.

A. El-Awamry, F. Zheng, T. Kaiser, M. Khaliel, “Harmonic FMCW radar system: Passive tag detection and precise ranging estimation,” Sensors, vol. 24, no. 8, p. 2541, 2024, doi: https://doi.org/10.3390/s24082541.

Y.-J. Mon, “Simulation and implementation of signal processing for LFM radar using DSK 6713,” Electronics, vol. 12, no. 17, p. 3682, 2023, doi: https://doi.org/10.3390/electronics12173682.

G. Sumen, G. K. Kurt, A. Gorcin, “A novel LFM waveform for terahertz-band joint radar and communications over inter-satellite links,” in GLOBECOM 2022 - 2022 IEEE Global Communications Conference, 2022, pp. 6439–6444, doi: https://doi.org/10.1109/GLOBECOM48099.2022.10001142.

D.-H. Jung, D.-H. Kim, M. T. Azim, J. Park, S.-O. Park, “A novel signal processing technique for Ku-band automobile FMCW fully polarimetric SAR system using triangular LFM,” IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 70, pp. 1–10, 2021, doi: https://doi.org/10.1109/TIM.2020.3011601.

Q. Cai, F. Yuan, J. Li, C. Gao, “Symmetrical triangular LFM for underwater acoustic communications,” in OCEANS 2019 Seattle, Washington State Convention Center, 2019, pp. 1–5.

S. R. Wang et al., “Radar micro‐Doppler signature generation based on time‐domain digital coding metasurface,” Adv. Sci., vol. 11, no. 19, 2024, doi: https://doi.org/10.1002/advs.202306850.

A. W. Doerry, “Coherent processing of up/down linear frequency modulated chirps. Technical Report SAND2020-12165,” 2020.

“Automotive adaptive cruise control using FMCW technology,” Help Center MathWorks. https://www.mathworks.com/help/radar/ug/automotive-adaptive-cruise-control-using-fmcw-technology.html.

C. Karnfelt, A. Peden, A. Bazzi, G. El Haj Shhade, M. Abbas, T. Chonavel, “77 GHz ACC radar simulation platform,” in 2009 9th International Conference on Intelligent Transport Systems Telecommunications, (ITST), 2009, pp. 209–214, doi: https://doi.org/10.1109/ITST.2009.5399354.

Трикутний рівнобічний закон зміни частоти і частоти биття на виході змішувача при прямому і зворотному бігу розгортки

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-12-25 — Оновлено 2023-12-25

Як цитувати

Павлов, О. І., Гусева, О. В., Ящишин, Є. М., Наритнік, Т. М., Сайко, В., & Авдєєнко, Г. Л. (2023). Математичне моделювання роботи FMCW-радара: сигнал зондування. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 66(12), 726–735. https://doi.org/10.20535/S0021347022090011

Номер

Том 66 № 12 (2023)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.