Удосконалення математичних моделей зі зсувом часу дво- та трифрагментного сигналів з нелінійною частотною модуляцією
DOI:
https://doi.org/10.20535/RADAP.2023.93.22-30Ключові слова:
сигнали з нелінійною частотною модуляцією, математична модель, стрибок миттєвої фази, автокореляційна функція, максимальний рівень бічних пелюстокАнотація
Використання у радіолокаційних системах сигналів із внутрішньо-імпульсною модуляцією дозволяє збільшити тривалість зондувальних імпульсів, а значить і випромінювану енергію при обмеженнях на пікову потужність. Стиснення сигналу в системі обробки забезпечує необхідне розрізнення за часом, але призводить до появи бічних пелюсток. Це в свою чергу обумовлює «розтягування» зони пасивних перешкод за дальністю та погіршує потенційні можливості з виявлення цілей. Тому зниження рівня бічних пелюсток обробленого сигналу є актуальним завданням радіолокації. Стосовно максимального рівня бічних пелюсток переваги мають сигнали з нелінійною частотною модуляцією, але моделі, що використовуються для їх математичного опису, потребують уточнення. Проведені авторами статті дослідження та отримані результати математичного моделювання пояснюють механізм виникнення стрибків частоти та фази в сигналах з нелінійною частотною модуляцією, що складаються з кількох лінійно-частотно модульованих фрагментів. Зазначені результати отримано для математичної моделі поточного часу, тобто, коли час кожного наступного фрагменту відраховується від кінця попереднього. У статті розглядаються математичні моделі дво- та трифрагментних сигналів, які використовують іншій підхід. Відмінність полягає, у тому, що початковий час кожного наступного лінійно-частотно модульованого фрагменту зсувається на початок відліку, тобто використовується зсунутий час. Перевагою цього підходу є відсутність стрибків частоти на стиках фрагментів, але стрибки фази в ці моменти часу все рівно спостерігаються. Таким чином існує потреба у розробці математичного апарату компенсації таких стрибків. Аналіз відомих публікацій, проведений у першому розділі статті, показує, що для математичних моделей зсунутого часу питання визначення величини стрибків фази на стиках фрагментів та механізми їх компенсації не розглядалися. З цього витікає завдання дослідження, яке сформульовано у другому розділі роботи. Математичні викладки щодо визначення величини фазових стрибків, які виникають в зазначених математичних моделях, а також результати перевірки удосконаленого математичного апарату наведено у третьому розділі роботи. Подальші дослідження планується спрямувати на особливості використання розроблених математичних моделей при вирішенні прикладних завдань у радіолокаційних системах.
Посилання
References
Skolnik M. I. (1990). Radar Handbook. McGraw-Hill Professional, Second edition, 1200 p.
Van Trees H. L. (2001). Detection, Estimation, and Modula-tion Theory, Part III: Radar-Sonar Processing and Gaussian Signals in Noise. John Wiley & Sons, Inc.
Barton D. K. (2004). Radar System Analysis and Modeling. Artech House Publishers, 535 p.
Cook, C. E. and Bernfeld M. (1993). Radar Signals: An Introduction to Theory and Application. Artech House, 552 p.
Melvin W. L., Scheer J. A. (2013). Principles of modern radar, Vol. II: Advanced techniques, Sci Tech Publishing.
Levanon N., and Mozeson E. (2004). Radar Signals. Wiley IEEE Press.
Hryzo A., Alchakov О., Lashkul І., Poltavec V. (2019). Suggestions on the Use of Multifrequency Signal for Upgrading of Jammer Protection Modernized P-18МА and P-18 Malakhit Radar. Science and Technology of the Air Force of Ukraine, No. 2(35), pp. 143-50. doi: 10.30748/nitps.2019.35.18.
Riabukha, V. P., Semeniaka, A. V., Katiushyn, Y. A., et al. (2022). Comparative Experimental Investigations of Adaptive and Non-adaptive MTI Systems in Pulse Radars of Various Applications and Wave Ranges. Radioelectronics and Communications Systems, Vol. 65, No. 4, pp. 165-176. doi: 10.3103/S073527272204001X.
Arnab Das, Venugopalan Pallayil. (2016). Analysis of Effective Signal Design for Active Sensing of Undersea Objects/Bottoms in Tropical Shallow Waters. Conference OCEANS. doi:10.1109/OCEANSAP.2016.7485558.
Song Chen, et al. (2022). A Novel Jamming Method against SAR Using Nonlinear Frequency Modulation Waveform with Very High Sidelobes. Remote Sensing, Vol. 14, Iss. 21, 5370. doi:10.3390/rs14215370.
Anoosha Chukka and Krishna B. T. (2022). Peak Side Lobe Reduction analysis of NLFM and Improved NLFM Radar signal. AIUB Journal of Science and Engineering (AJSE), Vol. 21, Iss. 2, pp. 125–131. doi:10.53799/ajse.v21i2.440.
Adithyavalli N., Rani D. E., Kavitha C. (2019). An Algorithm for Computing Side Lobe Values of a Designed NLFM function. International Journal of Advanced Trends in Computer Science and Engineering, Vol. 8, No. 4, pp. 1026-103. doi:10.30534/ijatcse/2019/07842019.
Valli N. A., Rani D. E., Kavitha C. (2019). Modified Radar Signal Model using NLFM. International Journal of Recent Technology and Engineering (IJRTE), Vol. 8, Iss. 2S3, pp. 513-516. doi: 10.35940/ijrte.B1091.0782S319.
Jeevanmai R., Rani N. D. (2016). Side lobe Reduction using Frequency Modulated Pulse Compression Techniques in Radar. International Journal of Latest Trends in Engineering and Technology, Vol. 7, Iss. 3, pp. 171-179. doi:10.21172/1.73.524.
Chan Y. K., Yam C. M., Koo V. C. (2009). Side lobes reduction using simple two and tri-stages non linear frequency modulation (NLFM). Progress in Electromagnetics Research, Vol. 98, pp. 33-52. doi:10.2528/PIER09073004.
Kostyria O. O., Hryzo A. A., Dodukh O. M. et al. (2023). Mathematical model of the current time for three-fragment radar signal with non-linear frequency modulation. Radio Electronics, Computer Science, Control. Vol. 3 (66). (In press).
Galushko V. G. (2019). Performance Analysis of Using Tapered Windows for Sidelobe Reduction in Chirp-Pulse Compression. Radio Physics and Radio Astronomy, Vol. 24, Iss. 4, pp. 300-313. doi:10.15407/rpra24.04.300.
Jeyanthi J. E., Shenbagavalli A., Mani V. R. S. (2017). Study of Different Radar Waveform Generation Techniques for Automatic Air Target Recognition. International Journal of Engineering Technology Science and Research, Vol. 4, Iss. 8, pp. 742-747.
Swiercz E., Janczak D., Konopko K. (2022). Estimation and Classification of NLFM Signals Based on the Time–Chirp Representation. Sensors, Vol. 22, Iss. 21, 8104. doi: 10.3390/s22218104.
Valli N. A., Rani D. E., Kavitha C. (2019). Windows for Reduction of ACF Sidelobes of Pseudo-NLFM Signal. International Journal of Scientific & Technology Research, Vol. 8, Iss. 10, pp. 2155-2161.
Ghavamirad R., Sebt M. A. (2019). Side lobe Level Reduction in ACF of NLFM Waveform. IET Radar, Sonar & Navigation, Vol. 13, Iss. 1, pp. 74-80. doi:10.1049/iet-rsn.2018.5095.
Valli N. A., Rani D. E., Kavitha C. (2019). Doppler Effect Analysis of NLFM Signals. International Journal of Scientific & Technology Research, Vol. 8, Iss. 11, pp. 1817-1821.
Parwana S., Kumar S. (2015). Analysis of LFM and NLFM Radar Waveforms and their Performance Analysis. International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), Vol. 02, Iss. 02, pp. 334-339.
Doerry A. W. (2006). Technical Report: SAR Processing with Non-Linear FM Chirp Waveforms. Sandia National Laboratories, 66 р. doi:10.2172/902597.
Alphonse S., Williamson G. A. (2014). Novel radar signal models using nonlinear frequency modulation. 22nd European Signal Processing Conference (EUSIPCO), pp. 1024-1028. doi:10.5281/ZENODO.44184.
Kavitha C., Valli N. A., Dasari M. (2020). Optimization of two-stage NLFM signal using Heuristic approach. Indian Journal of Science and Technology, Vol. 13, Iss. 44, pp. 4465-4473. doi:10.17485/IJST/v13i44.1841.
Kurdzo J. M., et al. (2014). A Pulse Compression Waveform for Improved-Sensitivity Weather Radar Observations. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, Vol. 31, Iss. 12, pp. 2713-2731. doi:10.1175/JTECH-D-13-00021.1.
Zhao Y., et al. (2020). Non-continuous piecewise nonlinear frequency modulation pulse with variable sub-pulse duration in a MIMO SAR Radar System. Remote Sensing Letters, Vol. 11, Iss. 3, pp. 283-292. doi:10.1080/2150704X.2019.1711237.
Alphonse S. and Williamson G. A. (2019). Evaluation of a class of NLFM radar signals. EURASIP Journal on Advances in Signal Processing, Article number: 62, 12 p. doi:10.1186/s13634-019-0658-9.
Gomi K., et al. (2017). Pulse Compression Weather Radar with Improved Sensitivity, Range Resolution, and Range Sidelobe. 38th Conference on Radar Meteorology, Poster Session 131, pp. 1-7.
Jin G. et al. (2019). An Advanced Nonlinear Frequency Modulation Waveform for Radar Imaging With Low Sidelobe. IEEE Transactions on Geosciences and Remote Sensing, Vol. 57, pp. 6155–6168. DOI:10.1109/TGRS.2019.2904627.
Fan Z., Meng H. (2021). Coded excitation with Nonlinear Frequency Modulation Carrier in Ultrasound Imaging System. 2020 IEEE Far East NDT New Technology & Application Forum (FENDT), pp. 31-35. doi:10.1109/FENDT50467.2020.9337517.
Prakash B. L., Sajitha G. and Rajeswari K. R. (2016). Generation of Random NLFM Signals for Radars and Sonars and their Ambiguity Studies. Indian Journal of Science and Technology, Vol. 9, Iss. 29, pp. 1-7. doi:10.17485/ijst/2016/v9i29/93653.
Saleh M., Omar S.-M., Grivel E., Legrand P. (2021). A Variable Chirp Rate Stepped Frequency Linear Frequency Modulation Waveform Designed to Approximate Wideband Non-Linear Radar Waveforms. Digital Signal Processing, Vol. 109, 102884. doi:10.1016/j.dsp.2020.102884.
Xu Z., Wang X., Wang Y. (2022). Nonlinear Frequency-Modulated Waveforms Modeling and Optimization for Radar Applications. Mathematics, Vol. 10, Iss. 21, 3939. doi:10.3390/math10213939.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Олександр Костиря, Андрій Гризо, Олексій Нарєжній, Олександр Додух
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у нашому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована нашим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у нашому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення рукопису роботи авторами в мережі Інтернет (наприклад, на arXiv.org або на особистих веб-сайтах). Причому рукописи статей можуть бути розміщенні у відкритих архівах як до подання рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання. Це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії, позитивно позначається на оперативності ознайомлення наукової спільноти з результатами Ваших досліджень і як наслідок на динаміці цитування вже опублікованої у журналі роботи. Детальніше про це: The Effect of Open Access.
