Фазовая дальнометрия на основе цифрового спектрального анализа N-OFDM сигналов

Автор(и)

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

##submission.downloads##

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

Том 64 № 7 (2021)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 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.