범위 모호성 해결

Range ambiguity resolution

범위 모호성 분해능은 전송 펄스 사이의 거리를 초과하는 거리에 대한 범위 정보를 얻기 위해 중간 펄스 반복 주파수(PRF) 레이더와 함께 사용되는 기법이다.

이 신호 처리 기술은 펄스 도플러 레이더에 필요하다.[1][2][3]

반사에서 나오는 원시 복귀 신호는 펄스 반복 주파수(PRF)의 파장이 반사 범위보다 작을 때 반사의 실제 범위보다 작은 거리에서 도달하는 것처럼 보일 것이다. 이로 인해 반사 신호가 접히므로 겉보기 범위는 실제 범위의 모듈로 함수가 된다.

정의

레인지 앨리어싱은 특정 펄스 반복 주파수(PRF)에서 전송 펄스 사이의 거리를 초과하는 거리에서 반사가 도착할 때 발생한다.

다음과 같은 불평등이 참인 시스템을 사용하여 측정을 수행할 때 실제 범위를 얻으려면 범위 모호성 분해능이 필요하다.

여기 c는 신호 속도인데, 레이더의 경우 빛의 속도다. 이러한 방법으로 측정한 범위 측정은 실제 범위의 모듈로 함수를 생성한다.

이론

실제 범위를 찾으려면 레이더가 둘 이상의 다른 PRF를 사용하여 겉보기 범위를 측정해야 한다.

송신기의 펄스 폭에 의해 송신 펄스 사이의 거리(펄스 간격)가 다른 경우 두 PRF 조합을 선택한다고 가정합시다.

각 전송 펄스는 모호한 범위 구간에서 분리된다. 전송 펄스 사이에서 여러 개의 샘플을 채취한다.

수신 신호가 두 PRF에 대해 동일한 샘플 번호로 떨어지면 개체가 첫 번째 모호한 범위 간격에 있는 것이다. 수신 신호가 1개씩 다른 샘플 번호로 떨어지면 개체는 두 번째 모호한 범위 간격 내에 있게 된다. 수신 신호가 2씩 다른 샘플 번호로 떨어지면 물체는 세 번째 모호한 범위 간격 내에 있다.

범위 성과에 대한 일반적인 제약조건은 다음과 같다.

각 샘플은 반사신호(탐지)가 있는지 확인하기 위해 처리된다. 이것을 신호 감지라고 한다.

두 PRF를 모두 사용하여 이루어진 검출은 실제 범위를 식별하기 위해 비교할 수 있다. 이 비교는 송신기 듀티 사이클(켜짐과 꺼짐의 비율)에 따라 달라진다.

듀티 사이클은 전송 펄스 폭 의 폭과 펄스 / R 1사이의 주기의 비율이다[4]

Pulse-Doppler는 계측 범위보다 작은 모든 거리에서 실제 범위를 신뢰성 있게 해결할 수 있다. 펄스 도플러 검출 체계에 사용되는 최적의 PRF 쌍은 최소한 . 이는 각 PRF의 범위를 샘플링 기간의 폭에 따라 다르게 만든다.

이 두 PRF에 대해 반사 신호가 발견되는 샘플 번호의 차이는 레이더와 반사기 사이의 모호한 범위 간격의 수와 거의 동일할 것이다(즉, PRF 1의 샘플 3과 PRF 2의 샘플 5에 반사가 있으면 반사기는 모호한 범위 간격 2=5-3).

이 거리를 벗어난 물체에 대해 진정한 범위가 발견된다는 보장은 없다.

작전

다음은 중국 나머지 정리의 특수한 경우다.

각 모호한 범위 샘플은 여러 다른 범위 위치로부터의 수신 신호를 포함한다. 모호성 처리에 의해 실제 범위가 결정된다.

이는 PRF A가 6km마다 전송 펄스를 생성하고 PRF B가 5km마다 전송 펄스를 생성하는 다음 예를 사용하여 가장 잘 설명된다.

전송하다 1km 샘플 2km 샘플 3km 샘플 4km 샘플 5km 샘플
대상 PRF A
대상 PRF B

PRF A의 겉보기 범위는 2km 표본에 속하고, PRF B의 겉보기 범위는 4km 표본에 속한다. 이 조합은 실제 목표 거리를 14km(2x6+2 또는 2x5+4)에 둔다. 이는 아래와 같이 범위 구간이 종단 대 종단위로 쌓였을 때 그래픽으로 확인할 수 있다.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 29 29
A A A A A
B B B B B B

"A"는 PRF A의 목표 범위 가능성을 나타내고, "B"는 PRF B의 목표 범위 가능성을 나타낸다.

이 과정은 단 하나의 검출이 있을 때 조회표를 사용한다. 테이블의 크기는 최대 범위를 제한한다.

위와 같은 과정은 디지털 콘볼루션 알고리즘의 일종이다.

제한 사항

이 기법은 두 가지 한계가 있다.

  • 블라인드 존
  • 다중 대상

위에서 설명한 프로세스는 레이더 빔 내에서 둘 이상의 탐지 신호가 발생할 수 있기 때문에 실제 시스템에서 약간 더 복잡하다. 펄스 속도는 이러한 복잡성을 처리하기 위해 최소 4개의 서로 다른 PRF 사이에서 빠르게 교대해야 한다.

블라인드 존

각 PRF에는 사각 범위가 있으며, 송신기 펄스는 대상 반사 신호가 레이더에 다시 도달하는 것과 동시에 발생한다. 각 개인 PRF는 항공기 속도가 정지된 상태로 나타나는 맹목적인 속도를 가지고 있다. 이것은 속도 및 거리의 일부 조합에 대해 레이더가 맹목적일 수 있는 가리비를 유발한다.

사각지대가 제거되도록 검출 프로세스에 일반적으로 두 쌍의 PRF와 함께 네 개의 PRF 체계가 사용된다.

안테나는 최소한 3개의 서로 다른 PRF에 대해 동일한 위치에 있어야 한다. 이것은 스캔할 볼륨에 대한 최소 시간 제한을 부과한다.

다중 대상

500m 이상 떨어져 있는 레이더 빔 내에 여러 대의 항공기가 추가 정보 및 추가 처리가 필요한 추가 자유도를 도입한다. 이것은 수학적으로 복수의 방정식을 필요로 하는 미지의 수량에 상당한다. 여러 대상을 처리하는 알고리즘은 종종 얼마나 많은 대상이 존재하는지 판단하기 위해 어떤 유형의[5][6] 클러스터링을 채택한다.

송신 주파수의 변화에 의해 유도된 도플러 주파수 시프트는 알려지지 않은 자유도를 감소시킨다.

진폭 순서대로 탐지를 정렬하면 알 수 없는 자유도가 감소한다.

모호성 해결은 그룹과 유사한 크기나 속도를 가진 탐지를 함께 처리하는 것에 의존한다.

구현

참조

  1. ^ "Multi-PRI Signal Processing For The Terminal Doppler Weather Radar. Part II: Range-Velocity Ambiguity Mitigation" (PDF). MIT.
  2. ^ "Radar Range Velocity Ambiguity Mitigation". Cooperative Institute for Mesoscale Meteorological Studies, University of Oklahoma. Archived from the original on 2011-09-28.
  3. ^ "A Guide for Interpreting Doppler Velocity Patterns". National Oceanic and Atmospheric Administration.
  4. ^ "555 타이머" Doctronics의 웨이백 머신에 2011-09-03 보관, 2011-03-23 액세스
  5. ^ Stinco, P.; Greco, M.; Gini, F.; Farina, A.; Timmoneri, L. (12–16 October 2009). Analysis and Comparison of Two Disambiguity Algorithms: The modified CA and CRT. Proceeding of the International Radar Conference. Bordeaux, France.
  6. ^ Trunk, G.; Brockett, S. (20–22 April 1993). Range and velocity ambiguity resolution. IEEE National Radar Conference. Lynnfield, MA.
  7. ^ "Tracker Component Library". Matlab Repository. Retrieved January 12, 2019.