Résolution d'ambiguïté de plage - Range ambiguity resolution

La résolution d'ambiguïté de distance est une technique utilisée avec un radar à fréquence de répétition d'impulsion moyenne (PRF) pour obtenir des informations de distance pour des distances qui dépassent la distance entre les impulsions émises.

Cette technique de traitement du signal est nécessaire avec un radar Doppler à impulsions .

Le signal de retour brut d'une réflexion semblera arriver d'une distance inférieure à la plage réelle de la réflexion lorsque la longueur d'onde de la fréquence de répétition des impulsions (PRF) est inférieure à la plage de la réflexion. Cela provoque le repli des signaux réfléchis , de sorte que la plage apparente est une fonction modulo de la plage vraie.

Définition

Le crénelage de plage se produit lorsque des réflexions arrivent à partir de distances qui dépassent la distance entre les impulsions d'émission à une fréquence de répétition d'impulsion (PRF) spécifique .

Une résolution d'ambiguïté de plage est nécessaire pour obtenir la plage vraie lorsque les mesures sont effectuées à l'aide d'un système où l'inégalité suivante est vraie.

${\ displaystyle {\ text {Distance}}> \ left ({\ frac {c} {2 \ times \ mathrm {PRF}}} \ right)}$

Ici c est la vitesse du signal, qui pour le radar est la vitesse de la lumière . Les mesures de distance effectuées de cette manière produisent une fonction modulo de la plage réelle.

${\ displaystyle {\ text {Plage apparente}} = ({\ text {Plage vraie}}) \ mod \ left ({\ frac {c} {2 \ times \ mathrm {PRF}}} \ right)}$

Théorie

Pour trouver la vraie distance, le radar doit mesurer la distance apparente en utilisant deux ou plusieurs PRF différents.

Supposons qu'une combinaison de deux PRF soit choisie où la distance entre les impulsions d'émission (espacement des impulsions) est différente de la largeur d'impulsion de l'émetteur.

${\ displaystyle Two \ PRF \ Combination {\ begin {cases} Pulse \ Spacing \ (Ambiguous \ Range) = {\ frac {1} {\ mathrm {PRF}}} \\\\ {\ frac {1} {\ mathrm {PRF} _ {A}}} - {\ frac {1} {\ mathrm {PRF} _ {B}}} = \ pm \ Transmit \ Pulse \ Width \ end {cases}}}$

Chaque impulsion d'émission est séparée en distance de l'intervalle de distance ambigu. Plusieurs échantillons sont prélevés entre les impulsions de transmission.

Si le signal de réception tombe dans le même nombre d'échantillons pour les deux PRF, alors l'objet est dans le premier intervalle de plage ambigu. Si le signal de réception tombe dans des nombres d'échantillons différents de un, alors l'objet se trouve dans le deuxième intervalle de plage ambigu. Si le signal de réception tombe dans des nombres d'échantillons qui sont différents de deux, alors l'objet est dans le troisième intervalle de plage ambigu.

Les contraintes générales pour les performances de la gamme sont les suivantes.

Chaque échantillon est traité pour déterminer s'il y a un signal réfléchi (détection). C'est ce qu'on appelle la détection de signal.

La détection effectuée à l'aide des deux PRF peut être comparée pour identifier la plage réelle. Cette comparaison dépend du cycle de service de l'émetteur (le rapport entre marche et arrêt).

Le rapport cyclique est le rapport de la largeur de la largeur d'impulsion d'émission et de la période entre les impulsions . ${\ displaystyle \ mathrm {T}}$${\ displaystyle 1 / \ mathrm {PRF}}$

${\ displaystyle {\ begin {aligné} Émetteur \\ Caractéristiques \ end {aligné}} {\ begin {cases} Duty \ Cycle = \ mathrm {PRF} \ times Transmit \ Pulse \ Width \\\\ Pulse \ Spacing = \ gauche ({\ frac {c} {\ mathrm {PRF}}} \ droite) \ end {cases}}}$

Le Pulse-Doppler peut résoudre de manière fiable la portée réelle à toutes les distances inférieures à la portée instrumentée . La paire optimale de PRF utilisée pour un schéma de détection impulsion-Doppler doit être différente d'au moins . Cela rend la plage de chaque PRF différente de la largeur de la période d'échantillonnage. ${\ displaystyle \ mathrm {PRF} * {\ text {Cycle de service}}}$

La différence entre les nombres d'échantillons où le signal de réflexion est trouvé pour ces deux PRF sera à peu près le même que le nombre d'intervalles de distance ambigus entre le radar et le réflecteur (c'est-à-dire si la réflexion tombe dans l'échantillon 3 pour PRF 1 et dans l'échantillon 5 pour PRF 2, alors le réflecteur est dans l'intervalle de plage ambigu 2 = 5-3).

${\ displaystyle {\ begin {Aligné} Instrumenté \\ Plage \ end {aligné}} {\ begin {cases} Minimum \ Sample \ Width = \ left ({\ frac {Duty \ Cycle} {\ mathrm {PRF}}} \ right) \\\\ Maximum \ Distance = \ left ({\ frac {Pulse \ Spacing} {Sample \ Width}} \ right) = \ left ({\ frac {c} {Sample \ Width \ times 2 \ times \ mathrm {PRF} ^ {2}}} \ right) \\\\ Samples \ Per \ Transmit \ Pulse = \ left ({\ frac {1} {Minimum \ Sample \ Width}} - 1 \ right) \ end {cas}}}$

Il n'y a aucune garantie que la vraie portée sera trouvée pour les objets au-delà de cette distance.

Opération

Ce qui suit est un cas particulier du théorème du reste chinois .

Chaque échantillon de plage ambiguë contient le signal de réception de plusieurs emplacements de plage différents. Le traitement de l'ambiguïté détermine la plage réelle.

Ceci est mieux expliqué en utilisant l'exemple suivant, où PRF A produit une impulsion d'émission tous les 6 km et PRF B produit une impulsion d'émission tous les 5 km.

Transmettre	Échantillon de 1 km	Échantillon de 2 km	Échantillon de 3 km	Échantillon de 4 km	Échantillon de 5 km
		Objectif PRF A
				Cible PRF B

La plage apparente pour PRF A se situe dans l'échantillon de 2 km, et la plage apparente pour PRF B tombe dans l'échantillon de 4 km. Cette combinaison place la vraie distance cible à 14 km (2x6 + 2 ou 2x5 + 4). Cela peut être vu graphiquement lorsque les intervalles de plage sont empilés de bout en bout, comme indiqué ci-dessous.

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

"A" représente les possibilités de gamme cible pour PRF A, et "B" représente les possibilités de gamme cible pour PRF B.

Ce processus utilise une table de consultation lorsqu'il n'y a qu'une seule détection. La taille du tableau limite la plage maximale.

Le processus illustré ci-dessus est un type d' algorithme de convolution numérique .

Limites

Cette technique a deux limites.

• Zones aveugles
• Cibles multiples

Le processus décrit ci-dessus est légèrement plus complexe dans les systèmes réels car plus d'un signal de détection peut se produire dans le faisceau radar. La fréquence du pouls doit alterner rapidement entre au moins 4 PRF différents pour gérer ces complexités.

Zones aveugles

Chaque PRF individuel a des portées aveugles, où l'impulsion de l'émetteur se produit en même temps que le signal de réflexion de la cible revient au radar. Chaque PRF individuel a des vitesses aveugles où la vitesse de l'aéronef apparaîtra stationnaire. Cela provoque des festons , où le radar peut être aveugle pour certaines combinaisons de vitesse et de distance.

• Explication détaillée du festonnage radar

Un schéma à quatre PRF est généralement utilisé avec deux paires de PRF pour le processus de détection afin que les zones aveugles soient éliminées.

L'antenne doit demeurer dans la même position pendant au moins trois PRF différents. Cela impose une limite de temps minimum pour le volume à analyser.

Cibles multiples

Plusieurs aéronefs dans le faisceau radar séparés de plus de 500 mètres introduisent des degrés de liberté supplémentaires qui nécessitent des informations supplémentaires et un traitement supplémentaire. Ceci est mathématiquement équivalent à plusieurs quantités inconnues qui nécessitent plusieurs équations. Les algorithmes qui gèrent plusieurs cibles utilisent souvent un certain type de clustering pour déterminer le nombre de cibles présentes.

Le décalage de fréquence Doppler induit par la modification de la fréquence d'émission réduit les degrés de liberté inconnus.

Le tri des détections par ordre d'amplitude réduit les degrés de liberté inconnus.

La résolution d'ambiguïté repose sur le traitement des détections de taille ou de vitesse similaire en tant que groupe.

Implémentations

• Matlab : Les fonctions disambigCRT1Det disambiguateClust1Dqui font partie de la bibliothèque gratuite de composants de suivi du laboratoire de recherche navale des États-Unis peuvent être utilisées pour lever l'ambiguïté de la portée en présence de plusieurs cibles et de fausses alarmes.

Les références