Способ повышения помехоустойчивости радиолокационных датчиков с переключением частоты

Изобретение относится к области радиолокации с переключением частоты (ПЧ) радиоволн и может использоваться в бортовых (например, автомобильных) радиолокационных датчиках (РЛД), предназначенных для обнаружения движущихся целей, измерения расстояния до них, а также определения скорости и направления движения. Техническим результатом является повышение устойчивости РЛД с ПЧ к воздействию активных помех, вызванных приемом радиосигналов от иных РЛД, а также к воздействию помех, связанных с переотражениями радиосигналов от подстилающей поверхности. Технический результат предложенного способа достигается благодаря увеличению количества переключаемых частот зондирующих радиосигналов, исключению пораженных помехой результатов обработки сигналов и усреднению полученных данных при определении параметров движения цели. Этим достигается повышение также надежности обнаружения цели в условиях влияния интерференционных замираний радиосигналов из-за наличия их переотражений от подстилающей поверхности, а также повышение точности определения параметров движения цели. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области радиолокации с переключением частоты (ПЧ). Способ может использоваться при обработке сигналов в бортовых (например, автомобильных) радиолокационных датчиках (РЛД), предназначенных для обнаружения движущихся целей, измерения расстояния до них, а также определения скорости и направления движения.

Известный способ радиолокации с ПЧ полагает последовательную передачу зондирующих радиосигналов на двух разных частотах и . Отраженные от цели и вернувшиеся назад в РЛД радиосигналы имеют относительно излучаемых дополнительные набеги фаз и , зависящие от расстояния до цели (см. стр. 218–221 в [1]). Разность фаз между переданными и принятыми радиосигналами для движущихся целей переносится на выходе смесителя приёмника на фазу доплеровских сигналов. Поэтому текущая разность фаз доплеровских сигналов, полученных на разных частотах и , даёт информацию о дальности до цели: , где – разнос частот, – скорость распространения радиоизлучения, причём . Здесь – любая из частот или . При этом однозначность измерения дальности до цели ограничена возможностью измерения разности фаз не более 2π и определяется выбором разноса частот : . Относительная (радиальная) скорость цели находится по частоте доплеровского сигнала . По знаку разности фаз обычно определяется направление движения цели.

Следует отметить, что ПЧ в отличие от других видов модуляции частоты излучения (например, синусоидального, пилообразного и др.) и обработка сигналов являются наиболее простыми в реализации. Этот вид модуляции позволяет достаточно просто разделить в сигнале данные о разности фаз, которая является результатом эффекта Доплера, от данных о разности фаз, которая обусловлена запаздыванием отражённого излучения и связана с дальностью до цели. При этом определение параметров движения цели в РЛД с ПЧ при обработке сигналов выполняется на низкой (доплеровской) частоте, что является также достоинством этого способа радиолокации, поскольку для обработки этих сигналов могут использоваться невысокие по быстродействию и дешевые цифровые сигнальные процессоры (ЦСП) [2-7]. ЦСП в составе РЛД с ПЧ осуществляют управление режимами работы, формирование и обработку сигналов при значительном упрощении конструкции устройств и обеспечивают гибкость изменения алгоритма обработки сигналов благодаря возможности их перепрограммирования (см. стр. 71–77 [8], [9]). Ещё одним достоинством этого способа модуляции для многих приложений является отсутствие требования к линейности модуляционной характеристики передатчика. Поэтому РЛД с ПЧ благодаря отмеченным достоинствам находят широкое применение для решения различных задач [10-13].

Известен способ обработки сигналов РЛД с ПЧ [14-16], в котором последовательность действий обработки сигналов и переключения частоты зондирующего излучения образуют «обратную связь» по частоте. Такое решение позволило разрешить противоречие между, с одной стороны, условием минимизации амплитудно-фазовых искажений доплеровских сигналов, когда период модуляции излучения должен быть значительно меньше минимального периода доплеровского сигнала , по крайней мере, на порядок, и, с другой стороны, условием нормального приёма отражённого радиосигнала и его обработки, при котором время распространения радиосигнала до цели и обратно должно быть меньше половины периода модуляции (см. стр. 45 [17]).

Наиболее близким аналогом (прототипом) по технической сущности, принципу действия и достигаемому положительному эффекту является РЛД с ПЧ, заявленный согласно патенту РФ RU2695799, 29.07.2019, МКИ G01S 13/42, «Способ определения параметров движения объектов локации в радиолокационных датчиках с частотной манипуляцией непрерывного излучения радиоволн и устройство для его реализации» / В.Я. Носков, К.А. Игнатков [16].

Способ определения параметров движения цели РЛД с ПЧ прототипа в соответствие с описанием состоит в следующем: поочерёдно облучают движущуюся цель зондирующим радиосигналом на двух частотах, принимают отраженный от движущейся цели радиосигнал на этих же частотах, смешивают его с частью зондирующего радиосигнала, преобразуют его в область низких частот, получая доплеровский сигнал, формируют в виде временных интервалов, причем срез этих интервалов совпадает с переходом доплеровского сигнала через нуль при одном и том же знаке производной от его мгновенного значения, после этого производят подсчёт целого числа периодов сформированных временных интервалов и дешифрируют результат подсчёта, по завершению подсчёта, переключают частоту зондирующего радиосигнала с одной частоты на другую в моменты перехода доплеровского сигнала через нуль при одном и том же знаке производной от его мгновенного значения, при этом дальность до цели определяют по разности временных интервалов излучения зондирующего радиосигнала на одной и другой частотах, направление движения объекта локации определяют по знаку упомянутой разности временных интервалов, а относительную скорость движения цели определяют исходя из длительности периодов доплеровского сигнала, получаемых после дешифрации.

Анализ известных технических решений, в том числе прототипа, показал, что известные способы определения параметров движения цели имеют общие недостатки. Один из них состоит в том, что известные РЛД с ПЧ не обеспечивают достаточную надежность измерения параметров движения в условиях наличия радиопомех. В случае попадания на вход ДПП с ПЧ радиосигналов от иных РЛД (например, РЛД, установленных на транспортных средствах, движущихся по встречной полосе дороги) и близком расположении рабочих частот возможно появление на выходе ДПП с ПЧ сигналов помехи в виде биений, которые нарушают нормальный процесс обработки доплеровского сигнала и управления. В таком случае вероятен отказ в работе РЛД с ПЧ, который может выражаться в ложном пропуске цели или ложном срабатывании РЛД с ПЧ при отсутствии цели.

Другой недостаток состоит в том, что в случае наличия переотражений зондирующих радиосигналов от посторонних предметов и подстилающей поверхности, например, дорожного полотна, происходит интерференция прямого от цели и переотраженного радиосигналов. В результате интерференции результирующий радиосигнал на входе ДПП с ПЧ сильно изменяет свою амплитуду, вплоть до нуля (см. стр. 276-280 [18]). Это явление приводит к тому, что на некоторых расстояниях радиосигнал от цели может отсутствовать и обнаружение цели становится невозможным. В таком случае также вероятен отказ в работе РЛД с ПЧ, который может выражаться в ложном пропуске цели при ее наличии.

Таким образом, суть проблемы способа-прототипа состоит в том, что он не обеспечивает достаточную помехоустойчивость РЛД с ПЧ к воздействию радиопомех. Это является существенным ограничением известного технического решения, особенно в современных условиях возрастающего числа транспортных средств, оснащенных РЛД и ограниченности частотных диапазонов, отведенных для радиолокации на транспорте.

Решение указанной проблемы состоит в том, чтобы снять указанное ограничение, а именно, повысить устойчивость РЛД с ПЧ к воздействию помех. Это достигается тем, что в способе повышения помехоустойчивости РЛД с ПЧ, при котором поочерёдно облучают движущуюся цель зондирующим радиосигналом на нескольких частотах (здесь и далее ; – конечное число радиосигналов) с шагом , принимают отраженный от движущейся цели радиосигнал на этих же частотах, смешивают с частью зондирующего радиосигнала и преобразуют его в область низких частот, получая при этом доплеровский сигнал от цели, далее получают спектр доплеровского сигнала, запоминают амплитуды и частоты гармонических составляющих в спектре доплеровского сигнала, кроме того, для каждого доплеровского сигнала производят подсчёт целого числа (допустим, N) периодов сигнала, формируя временные интервалы , причем срез этих временных интервалов совпадает с переходом доплеровского сигнала через нуль при одном и том же знаке производной от мгновенного значения доплеровского сигнала, определяют длительности этих временных интервалов, запоминают полученные значения этих длительностей и переключают частоту зондирующего радиосигнала на следующую частоту в сторону ее увеличения в моменты среза временных интервалов , а после завершения прямого цикла облучения движущейся цели зондирующим радиосигналом на M частотах продолжают выполнять перечисленные выше действия на M частотах радиосигналов, запоминая амплитуды и частоты гармонических составляющих в спектре доплеровского сигнала, а также длительности временных интервалов и переключая частоту зондирующего радиосигнала на следующую частоту в моменты среза временных интервалов в обратном порядке, то есть в сторону ее уменьшения , при этом после завершения обратного цикла переключения частоты радиосигнала до ее первоначального значения , выбирают из запомненных значений частоты гармонических составляющих те значения, которые повторяются на большинстве частот радиосигналов, определяют из этих значений среднее арифметическое значение доплеровской частоты, находят частоты радиосигналов, на которых в спектре сигналов присутствуют дополнительные гармонические составляющие, не совпадающие со средним арифметическим значением , исключают из числа запомненных значения амплитуд гармонических составляющих в спектре доплеровского сигнала и значения длительностей и временных интервалов на прямом и обратном цикле, соответствующих частотам радиосигналов и пораженных помехой, исходя из оставшихся в памяти значений , и , если их число на каждом цикле не менее двух (), а значения превышают пороговое значение , определяют параметры движения цели, при этом скорость цели определяют исходя из полученного выше значения средней частоты доплеровского сигнала: , расстояние до цели определяют исходя из разности средних значений длительностей временных интервалов на прямом и обратном циклах: , по знаку разности временных интервалов определяют направление относительного движения цели: знак «плюс» – цель удаляется, а знак «минус» – цель приближается. При этом для получения спектра доплеровского сигнала может использоваться операция быстрого преобразования Фурье (БПФ).

Техническим результатом предложенного способа является повышение устойчивости РЛД с ПЧ к воздействию помех благодаря увеличению количества переключаемых частот зондирующих радиосигналов и исключению пораженных помехой результатов обработки сигналов. Если в устройстве-прототипе достаточно поразить помехой радиосигнал на одной из частот, чтобы устройство перестало работать, то в предлагаемом устройстве количество частот радиосигналов увеличено и вероятность поражения РЛД с ПЧ понижена. Этим достигается, как показано ниже при описании работы устройства, повышение также надежности обнаружения цели в условиях влияния интерференционных замираний радиосигналов из-за наличия их переотражений от подстилающей поверхности, а также повышение точности определения параметров движения цели.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 представлена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ; на фигуре 2 раскрыто содержание БОСУ; на фигурах 3 и 4 приведены временные эпюры, поясняющие принцип действия устройства. Суть предложенного способа будет рассмотрена ниже при описании работы устройства.

РЛД с ПЧ содержит (см. фиг. 1) антенну 1, ДПП с ПЧ 2 и БОСУ 3. При этом антенна 1 и ДПП с ПЧ 2 связаны между собой по высокой частоте, к сигнальному выходу 4 ДПП с ПЧ 2 подключен вход 5 БОСУ 3, а выход 6 БОСУ 3 подключен к входу 7 управления частотой ДПП с ПЧ 2. Выходом устройства является выходная шина 8 БОСУ 3, содержащая данные о скорости , расстоянии и направлении движения цели.

БОСУ 3 (см. фигуру 2) выполняет одновременно функции управления частотой излучаемого радиосигнала ДПП с ПЧ 2 и первичной обработки сигналов, которые поступают с выхода 4 ДПП с ПЧ 2. Он реализован на основе ЦСП 9, например, типа TMS320F2808 фирмы Texas Instrument [9], и цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 10, который предназначен для перестройки частоты ДПП с ПЧ 2 путем формирования ступенчато-пилообразного напряжения. Это напряжение подаётся на вход 7 управления частотой ДПП с ПЧ 2, переключающего частоту излучаемого антенной 1 радиосигнала. В состав ЦСП 9 входят блоки, выполняющие следующие функции: аналого-цифровой преобразователь АЦП 11, предназначенный для оцифровки выходных сигналов ДПП с ПЧ 2; приемо-передатчик шины первого последовательного порта (ПП–1) 12, управляющий работой цифро-аналогового преобразователя ЦАП 10; приемо-передатчик шины второго последовательного порта (ПП–2) 13, который осуществляет обмен информацией с персональным (или бортовым) компьютером 14 через шину данных 8; высокоскоростное вычислительное ядро 15, выполняющее все функции цифровой обработки сигнала (спектральный анализ, цифровую фильтрацию сигнала и формирование данных для переключения частоты ДПП с ПЧ 2 и индикации); постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 16, хранящее программу обработки сигналов и управления; оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 17, выполняющее функции запоминания текущих значений и результатов отработки сигналов.

Радиолокационный датчик с переключением частоты работает следующим образом.

После подачи на устройство напряжения от источника питания (на фигурах 1 и 2 он не показан) в ЦСП 9 производится сначала настройка периферийных устройств ЦСП 9, распределение внутренней памяти, установка значений внутренних переменных, копирование исполняемого кода команд из ПЗУ 16 с низкой производительностью в высокопроизводительное ОЗУ 17. После ее завершения через последовательный порт ПП-1 12 производится выдача на управляющий регистр ЦАП 10 исходного цифрового кода значения частоты ДПП с ПЧ 2. При этом ЦАП 10, получив цифровой код, устанавливает на своём аналоговом выходе напряжение, соответствующее этому цифровому коду. Далее напряжение с выхода ЦАП 10 поступает на вход 7 управления частотой ДПП с ПЧ 2, устанавливая начальную частоту излучаемого антенной 1 радиосигнала. Здесь – текущая частота радиосигнала ДПП с ПЧ 2 внутри цикла из М частот, причем разнос частот между соседними значениями является постоянным и равным .

Формируемый таким образом зондирующий радиосигнал ДПП с ПЧ 2 на частоте поступает в антенну 1 и в соответствие с её диаграммой направленности излучается в контролируемое пространство. Радиосигнал, отраженный от движущейся цели, попадает через антенну 1 обратно в ДПП с ПЧ 2. Там он смешивается с частью излучаемого радиосигнала и в смесителе приемника преобразуется в область низких частот в виде доплеровского сигнала. Амплитуда преобразованного сигнала характеризует отражающую способность цели, а его частота – скорость ее перемещения. Данный сигнал далее поступает на выход 4 ДПП с ПЧ 2. В случае воздействия на устройство активной помехи на отдельных частотах приема радиосигналов, пораженных действием активной помехи, на выходе 4 ДПП с ПЧ 2 наблюдается сигнал биений. Поскольку высокочастотные сигналы биений подавляются на выходе смесителя приемника сопутствующим фильтром нижних частот, то на выход 4 ДПП с ПЧ 2 проходят сигналы биений, частота которых в основном находится в области доплеровских частот. При этом необходимо отметить, что на выходе 4 присутствуют также собственные шумы ДПП с ПЧ 2. Далее аддитивная совокупность доплеровских сигналов и сигналов биений от действия активных помех, а также шумов через вход 5 БОСУ 3 поступает на вход АЦП 11 ЦСП 9.

Рассмотрим работу устройства сначала при наличии на входе АЦП 11 только аддитивной смеси доплеровского сигнала и собственных шумов ДПП с ПЧ 2. В этом случае АЦП 11 производит оцифровку мгновенных значений аддитивной смеси сигнала и шума с частотой выборки , причем , где – частота доплеровского сигнала при максимальной ожидаемой скорости цели. Полученный при этом массив исходных данных заполняется в память ОЗУ 17 для последующей обработки аддитивной смеси сигнала и помех.

Далее вычислительным ядром 15 ЦСП 9 к исходным данным аддитивной смеси сигнала и шума последовательно применяют операции «скользящее среднее», которая выступает в качестве фильтра нижних частот, и «экстраполяция», обеспечивающая нахождение на оси времени точек пересечения сигналом «нулей» и дополнение этими данными массива новых «сглаженных» данных о сигнале в ОЗУ 17.

После этого вычислительным ядром 15 ЦСП 9 с массивом данных доплеровского сигнала выполняется операция быстрого преобразования Фурье (БПФ). Данная операция реализовано на основе стандартной библиотеки функций по алгоритму «Radix2» с применением оконной функции Хеннинга, оптимизированных для используемого в ЦСП 9 вычислительного ядра 15. В результате выполнения операции БПФ из массива «сглаженных» данных о сигнале в ОЗУ 17, дополненных данными о переходах сигналов через нуль, формируется еще одна последовательность данных, отображающих картину спектра смеси доплеровского сигнала и шума. «Пьедестал» этого спектра определяется уровнем шума ДПП с ПЧ 2, а присутствующая в спектре гармоническая составляющая определяется наличием доплеровского сигнала от движущейся цели в поле излучения антенны 1. При этом амплитуда гармонической составляющей пропорциональна уровню принятого от цели радиосигнала, а ее частота – пропорциональна скорости движения цели в соответствие с эффектом Доплера. Далее вычислительным ядром 15 ЦСП 9 значение полученной в результате БПФ частоты гармонической доплеровской составляющей и величины ее амплитуды записываются в память ОЗУ 17.

После этого вычислительным ядром 15 ЦСП 9 определяется продолжительность временного интервала от момента предыдущего переключения частоты ДПП с ПЧ 2 до момента последующего переключения на частоту , определяемого как момент времени N-го перехода мгновенного значения смеси сигнала и шума через нуль при одном и том же значении производной от мгновенного значения. Здесь смысл N – это коэффициент деления частоты доплеровского сигнала, который может выбираться в пределах от единицы до десятков раз. Полученное значение временного интервала заносится в память ОЗУ 17. При этом в момент завершения формирования временного интервала производится переход к следующей частоте радиосигнала. Для этого через последовательный порт ПП-1 12 на управляющий регистр ЦАП 10 поступает цифровой код следующего значения частоты радиосигнала ДПП с ПЧ 2, отличающейся от предыдущего значения частоты на величину . ЦАП 10, получив очередной цифровой код, устанавливает на своём аналоговом выходе напряжение, соответствующее этому цифровому коду. После его установки на частоте радиосигнала повторяется последовательность упомянутых выше действий выборки из АЦП и сохранение результата в памяти массива данных о сигнале, фильтрация сигнала и его экстраполяция, БПФ, измерение временных интервалов и так далее до завершения прямого цикла, когда число обработанных сигналов достигнет значения : . При этом завершается цикл прямой последовательности переключения частоты ДПП с ПЧ, когда разность (см. фиг. 3).

После завершения прямого цикла повторяющейся последовательности команд вычислительное ядро 15 ЦСП 9 продолжает выполнение цикла повторяющейся последовательности действий по установки значения частоты, выборки из АЦП и сохранение результата в памяти массива данных о сигнале, фильтрация сигнала и его экстраполяция, БПФ и измерение временных интервалов. Однако в этом случае при выполнении действия по установке нового значения частоты вычислительным ядром 15 формируется обратный цикл изменения частоты радиосигнала ДПП с ПЧ 2, т.е. каждая последующая частота радиосигнала уменьшается на величину , т.е. (см. фиг. 3). При этом, как и на прямом цикле действий, в память ОЗУ 17 на обратном цикле также заносятся значения частот гармонических доплеровских составляющих и величины их амплитуд , а также полученные значения временных интервалов, которые для отличия от предыдущего случая (прямого цикла) обозначим с верхним индексом минус: .

После завершения обратного цикла повторяющейся последовательности действий, когда частота радиосигнала ДПП с ПЧ 2 снова становится равной первоначальной частоте , вычислительное ядро 15 ЦСП 9 выполняет следующее действие, связанное с анализом результатов обработки сигналов и подавление помех. Это действие выполняется вычислительным ядром 15 ЦСП 3 во всех случаях, как наличия, так и отсутствия помех. В случае воздействия на устройство активных помех, как отмечалось выше, на отдельных частотах приема радиосигналов на выходе 4 ДПП с ПЧ 2 и, соответственно, входе 5 БОСУ 3 кроме доплеровского сигнала наблюдается сигнал биений, который вызывают нарушения процессов формирования временных интервалов и последующей обработки сигналов на частотах . В результате выполнения действия БПФ в спектре сигналов присутствуют не только гармонические составляющие , обусловленные доплеровским эффектом, но и дополнительные гармонические составляющие, связанные с воздействием помех . При этом отличительными признаками доплеровских составляющих является их присутствие в спектре сигналов практически на всех частотах радиосигналов и группировка их значений в пределах полосы частот с относительным разбросом значений не более от их среднего арифметического значения . Здесь – эффективная ширина спектра излучения ДПП с ПЧ 2; . Активные помехи, если они не преднамеренные и не являются ретрансляционными, в принципе, как отмечалось выше, не могут поразить РЛД с ПЧ на всех частотах радиосигналов, и они не обладают взаимной когерентностью. Поэтому после выполнения действия БПФ сигналы биений в своем спектре содержат гармонические составляющие , которые имеют значительный разброс, а их присутствие возможно лишь на отдельных частотах радиосигналов.

Для выявления пораженных помехой данных, содержащихся в ОЗУ 17 на частоте гармонических составляющих и длительности временных интервалов, вычислительным ядром 15 ЦСП 9 выполняется перебор значений частот и гармонических составляющих, полученных на каждой из частот . Находятся между ними повторяющиеся частоты с относительным разбросом значений не более от их среднего арифметического значения . Если на частотах радиосигналов, на которых выявлены спектральные составляющие , не совпадающие с частотой на иных частотах радиосигналов, то полученные данные считаются пораженными помехой. Поэтому в ходе выполнения настоящего действия из памяти ОЗУ 17 исключаются данные о временных интервалах и , относительных амплитудах , частотах и гармонических составляющих. В случаях, когда активные помехи отсутствуют, операция исключения данных из памяти ОЗУ 17, естественно, не выполняется. В случае наличия активной помехи при отсутствии сигнала от цели частоты гармонических составляющих на различных частотах радиосигналов не могут быть близкими и, тем более, когерентными. Поэтому они при выполнении действия, связанного с анализом результатов обработки сигналов и подавлением помех вычислительным ядром 15 ЦСП 9 будут выявлены, как пораженные помехой, и полученные данные будут удалены.

Следующие действия связаны с обнаружением цели и расчетом ее параметров движения выполняются следующим образом. Вычислительным ядром 15 ЦСП 9 из памяти ОЗУ 17 выбираются значения амплитуд гармонических составляющих из числа оставшихся после выполнения предыдущей команды. Каждое значение сравнивается с пороговым значением . Если во множестве значений на каждом цикле ПЧ (прямом и обратном) насчитывается значений, причем , которые превышают пороговое значение (), то принимается решение об обнаружении цели и определяют параметры движения цели. Для этого вычислительным ядром 15 ЦСП 9 из памяти ОЗУ 17 берется полученное выше среднеарифметическое значение частоты доплеровского сигнала и определяется скорость движения цели: . Прежде чем описывать дальнейший порядок расчета, рассмотрим сам принцип определения дальности до цели и направления движения, который поясняется временными эпюрами, представленными на фиг. 4.

На эпюрах (а) и (в) фигуры 4 приведены графики мгновенных значений доплеровских сигналов , и , полученных от движущейся цели соответственно на частотах , и радиосигналов ДПП с ПЧ 2 для прямой последовательности переключения частоты (см. эпюры а) и обратной (см. эпюры в) соответственно. На этих же эпюрах стрелками около графиков сигналов , и показано перемещение по оси времени изображающей точки мгновенного значения доплеровского сигнала при движении удаляющейся цели. Значение количества подсчитываемых периодов N доплеровского сигнала здесь и далее принято равным двум. На эпюрах (б) и (г) фигуры 4 представлены графики изменения управляющего напряжения на выходе 6 БОСУ 3 соответственно для прямой и обратной последовательности ПЧ радиосигнала. Показаны период доплеровского сигнала, а также временные интервалы и , соответствующие работе устройства на частотах и радиосигнала ДПП с ПЧ 2 для прямой (возрастающей) последовательности переключения частоты зондирующего радиосигнала. Для обратной (убывающей) последовательности ПЧ показаны временные интервалы и , соответствующие работе устройства на частотах и радиосигнала. Для наглядности здесь рассмотрен случай, когда время распространения излучения до цели и обратно пренебрежимо мало по сравнению с периодом доплеровского сигнала: .

В реальной ситуации сравнительно больших дальностей и высоких значений частоты доплеровского сигнала, когда время распространения радиосигналов до цели и обратно соизмеримо с периодом доплеровского сигнала, как показано в [16], необходимо учитывать время распространения радиосигналов до цели и обратно. Переключение частоты радиосигнала ДПП с ПЧ 2 с частоты на частоту на прямом цикле вызывает (после прихода через время отражённого излучения) скачок фазы доплеровского сигнала на угол : (см. формулу 8.76 в [1]) и здесь . На обратном цикле ПЧ, где , имеем отрицательный скачок фазы, т.е. . При этом для учета времени распространения радиосигналов до цели и обратно к каждому интервалу времени , , и , как для прямой, так и обратной последовательности ПЧ, необходимо прибавить время . Так, при работе на частоте для прямой последовательности радиосигналов имеем: , а для обратной: , где , – временные интервалы, вызванные скачками фазы и при переключении частоты излучения с частоты на частоту на прямом и обратном циклах соответственно, причем по абсолютной величине . Значения и легко найти, взяв разность любой пары временных интервалов , соответствующих прямому и обратному циклу последовательностей переключения частоты радиосигнала ДПП с ПЧ 2: .

Полученное в результате вычитания значение позволяет при известном периоде доплеровского сигнала (или его частоты ) определить разность фаз и, соответственно, расстояние до цели: , где – масштабный коэффициент расстояния, который можно определить по следующим формулам: .

При изменении направления движения цели знаки скачков фазы и при переключении частоты радиосигналов на прямом цикле и обратном последовательностей, а также соответствующие им изменения интервалов времени и меняются на обратные. В связи с этим длительности временных интервалов и тоже изменяются. При этом полярность результата их вычитания также изменяет знак. Поэтому по знаку разности временных интервалов можно определять направление относительного движения цели.

В соответствие с описанным принципом получения данных о цели вычислительное ядро 15 ЦСП 9 из множества значений временных интервалов для прямого и соответственно для обратного цикла последовательности ПЧ определяет средние значения , , затем находит разность между ними и расстояние до цели: ; , где ; , – количество оставшихся в памяти ОЗУ 17 значений временных интервалов и . При этом знак разности указывает направление относительного движения цели: знак «плюс» – цель удаляется, а знак «минус» – цель приближается.

После завершения действий, связанных с определением параметров движения цели, вычислительное ядро 15 ЦСП 9 через последовательный порт ПП-2 13 и шину данных 8 отправляет полученную информацию о расстоянии , скорости и направлении движения цели в персональный или бортовой компьютер для ее последующей вторичной обработки и отображения.

Исходя из описания принципа действия устройства следует, что предлагаемый способ по сравнению со способом прототипа обладает повышенной помехоустойчивостью к воздействию активных помех. Кроме того, очевидно, что использование множества значений доплеровских частот в спектре сигнала при определении среднего значения доплеровской частоты, а также множества временных интервалов для прямой последовательности и соответственно для обратной последовательности ПЧ позволяет усреднить результат вычисления и, тем самым, повысить точность определения скорость цели и расстояния до нее.

При этом необходимо отметить, что предлагаемый способ обеспечивает РЛД с ПЧ еще одно достоинство. При значительном расширении спектра излучения радиосигналов (при выборе большого числа переключаемых частот, когда ) повышается защищенность РЛД с ПЧ к воздействию помех от подстилающей поверхности, например, от дорожного полотна. Эти помехи возникают при интерференции прямых и переотраженных от поверхности радиосигналов, поступающих на входе ДПП с ПЧ 2. При значительном расширении спектра радиосигналов на одних частотах прямые и переотраженные радиосигналы могут находиться в противофазе (вычитаться), то на других частотах они могут быть в фазе (складываться).

Таким образом, предложенный способ обработки сигналов в РЛД с ПЧ при сохранении функциональных возможностей прототипа обеспечивает повышение помехоустойчивости к воздействию активных помех и воздействию помех, связанных с переотражениями радиосигналов от подстилающей поверхности, а также повышение точности определения скорости цели и расстояния до нее.

1. Способ повышения помехоустойчивости радиолокационных датчиков с переключением частоты, при котором поочерёдно облучают движущуюся цель зондирующим радиосигналом на нескольких частотах с постоянным шагом , принимают отраженный от движущейся цели радиосигнал на этих же частотах, смешивают его с частью зондирующего радиосигнала и преобразуют в область низких частот, получая при этом доплеровский сигнал, находят моменты перехода этим сигналом через нуль, производят подсчёт целого числа периодов доплеровского сигнала, формируя временные интервалы , причем срез этих временных интервалов совпадает с переходом доплеровского сигнала через нуль при одном и том же знаке производной от мгновенного значения доплеровского сигнала, определяют длительности этих временных интервалов и переключают частоту зондирующего радиосигнала на следующую частоту в моменты среза временных интервалов , отличающийся тем, что получают спектр доплеровского сигнала, запоминают амплитуды и частоты гармонических составляющих спектра доплеровского сигнала на каждой частоте зондирующего радиосигнала, после завершения прямого цикла переключения частоты зондирующего радиосигнала на M частотах продолжают выполнять перечисленные выше действия на M частотах радиосигналов, переключая частоту зондирующего радиосигнала на следующую частоту в обратном порядке, то есть в сторону ее уменьшения , при этом после завершения обратного цикла переключения частоты радиосигнала , когда она достигает своего первоначального значения , выбирают из запомненных значений частоты гармонических составляющих спектра доплеровского сигнала те значения, которые повторяются на большинстве частот радиосигналов, определяют из этих значений среднее арифметическое значение доплеровской частоты, находят частоты радиосигналов, пораженных помехой, на которых в спектре доплеровских сигналов присутствуют дополнительные гармонические составляющие, не совпадающие со средним арифметическим значением , исключают из числа запомненных значений амплитуды и частоты гармонических составляющих в спектре доплеровского сигнала, а также значения длительностей и временных интервалов на прямом и обратном циклах, соответствующие пораженным помехой частотам радиосигналов, и, исходя из оставшихся в памяти значений , и , если их число на каждом цикле не менее двух (), а значения превышают пороговое значение , определяют параметры движения цели, при этом скорость цели определяют исходя из полученного выше значения средней частоты доплеровского сигнала: , расстояние до цели определяют исходя из разности средних значений длительностей временных интервалов на прямом и обратном циклах: , при этом по знаку разности временных интервалов определяют направление относительного движения цели: знак «плюс» – цель удаляется, а знак «минус» – цель приближается.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что спектр доплеровского сигнала получают путем выполнения операции быстрого преобразования Фурье.