65-80

УДК 621.383
https://doi.org/10.25686/2306-2819.2022.1.65

Программно-аппаратный анализатор спектра для радиофотонных устройств измерения доплеровского сдвига частоты и его знака

О. Г. Морозов¹^*, Г. А. Морозов¹, Г. И. Ильин¹,
И. И. Нуреев¹, А. Ж. Сахабутдинов¹, И. Н. Ростокин², А. В. Мальцев¹,
А. А. Иванов¹, А. А. Лустина¹, Е. П. Денисенко¹, П. Е. Денисенко¹, В. Д. Андреев¹
¹Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ,
Российская Федерация, 420111, Казань, ул. К. Маркса, 10,
OGMorozov@kai.ru^*
²Муромский институт имени В.К. Зворыкина, филиал Владимирского государственного университета им. А.Г. и Н.Г. Столетовых,
Российская Федерация, 602264, Муром, ул. Орловская, 23

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены типовые задачи определения доплеровского сдвига частоты (ДСЧ) и его знака в непрерывных и импульсных РЛС, использующих радиофотонные технологии в режимах одно- и многоцелевого сопровождения. Предложена структура программно-аппаратного анализатора спектра и варианты его математического обеспечения для решения указанных задач. Анализатор функционально универсален, однако, его основное целевое назначение – решение задач определения величины и знака ДСЧ при использовании в РЛС радиофотонного устройства на основе тандемных однопортовых амплитудного и фазового модуляторов (ТАФМ). Для режима сопровождения непрерывной РЛС одной цели предложен метод аппаратного линейного фильтра с наклонной АЧХ и анализом попарных частот биений, а для многоцелевого сопровождения он дополнен БПФ с дальнейшим анализом всех полученных компонент с помощью сканирования программным сверхузкополосным фильтром. Абсолютная погрешность определения ДСЧ по частоте информационных сигналов зависит от полосы пропускания программного сверхузкополосного фильтра (единицы Гц). Относительная погрешность определения амплитуд информационных сигналов не превышает ±10^–3 почти во всём диапазоне амплитуд аппаратного линейного фильтра. Отношение D полученных амплитуд для пары поставленных в соответствие информационных частот ДСЧ определённой цели позволяет определить его знак: при D<1 цель удаляется, при D>1 цель приближается. Методом, аналогичным методу для многоцелевого сопровождения непрерывной РЛС, могут быть решены типовые задачи определения ДСЧ и его знака в импульсных РЛС.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

радиофотоника; радиолокация; непрерывные и импульсные РЛС; одно- и многоцелевой режим сопровождения; доплеровский сдвиг частоты; типовые задачи определения величины доплеровского сдвига частоты и его знака; программно-аппаратный анализатор спектра

ПОЛНЫЙ ТЕКСТ (PDF)

ФИНАНСИРОВАНИЕ

Исследование выполнено частично при поддержке Минобрнауки РФ в рамках выполнения государственного задания КНИТУ-КАИ № 075-03-2020-051, fzsu-2020-0020, программа «Фократ», частично при поддержке Минобрнауки РФ в рамках программы «Приоритет 2030», частично при поддержке гранта Российского научного фонда № 21-19-00378.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.     Морозов О.Г., Ильин Г.И. Амплитудно-фазовая модуляция в системах радиофотоники // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2014. № 1 (20). С. 6-42.
2.     Photonics for microwave measurements / X. Zou, B. Lu, W. Pan et al. // Laser Photon. Rev. 2016. Vol. 10(5). Pp. 711–734.
3.     Pan S., Zhang Y. Microwave Photonic Radars // Journal of Lightwave Technology. 2020. Vol. 38 (19). Pp. 5450-5484.
4.     Photonic approach to wide-frequency-range high-resolution microwave/millimeterwave doppler frequency shift estimation / X. Zou, W. Li, B. Lu et al. // IEEE Trans. Microw. Theory Techn. 2015. Vol. 63(4). Pp. 1421–1430.
5.     Wideband Doppler frequency shift measurement and direction ambiguity resolution using optical frequency shift and optical heterodyning / B. Lu, W. Pan, X. Zou et al. // Opt. Lett. 2015. Vol. 40(10). Pp. 2321–2324.
6.     Wideband microwave doppler frequency shift measurement and direction discrimination using photonic I/Q detection / B. Lu, W. Pan, X. Zou et al. // J. Lightw. Technol. 2016. Vol. 34(20).
Pp. 4639–4645.
7.     A simplified photonic approach to measuring the microwave Doppler frequency shift / L. Xu, Y. Yu, H. Tang et al. // IEEE photonics technology letters. 2018. Vol. 30(3). Pp. 246-249.
8.     Huang C., Chan E.H.W., and Albert C.B. Wideband DFS measurement using a low-frequency reference signal // IEEE photonics technology letters. 2019. Vol. 31(20). Pp. 1643-1646.
9.     Wideband Doppler frequency shift measurement and direction discrimination based on a DPMZM / W. Chen, A. Wen, X. Li et al. // IEEE Photonics Journal. 2017. Vol. 9(2). P. 5501008.
10. Huang C. and Chan E.H.W. All-Optical pulsed signal Doppler frequency shift measurement system // IEEE Photonics Journal. 2021. Vol. 13(6). P. 5800107.
11. Радиофотонный метод определения доплеровского изменения частоты отражённого радиолокационного сигнала на основе тандемной амплитудно-фазовой модуляции / О.Г. Морозов, Г.А .Морозов, Г.И. Ильин и др. // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2021. № 2 (50). С. 63-75.
12. Метод формирования двухчастотного излучения для синтеза солитонов и применения спектрально-эффективной модуляции RZ и CSRZ форматов в оптических сетях доступа / А.А. Талипов, О.Г. Морозов, Г.И .Ильин // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2012. № 2 (16). С. 3-12.
13. Измерение мгновенной частоты микроволновых сигналов с использованием тандемной амплитудно-фазовой модуляции в оптическом диапазоне / О.Г. Морозов, И.И. Нуреев, А.Ж. Сахабутдинов и др. // Фотон-экспресс. 2019. № 5 (157). С. 16-24.
14. Радиофотонный метод определения угла прихода отраженного радиолокационного сигнала на основе тандемной амплитудно-фазовой модуляции / О.Г. Морозов, Г.А. Морозов, Г.И. Ильин и др. // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2021. № 1 (49). С. 50-62.
15. Оценка возможностей применения волоконных решеток Брэгга с гауссовым профилем отражения в качестве датчика температуры / Д.И. Касимова, А.А. Кузнецов, П.П. Крыницкий и др. // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2013. № 2 (18). С. 73-81.
16. Морозов О.Г., Сахабутдинов А.Ж. Адресные волоконные брэгговские структуры в квазираспределённых радиофотонных сенсорных системах // Компьютерная оптика. 2019. Т. 43. № 4. С. 535-543.
17. Многоадресные волоконные брэгговские структуры в радиофотонных сенсорных системах / Т.А. Аглиуллин, В.И. Анфиногентов, Р.Ш. Мисбахов и др. // Труды учебных заведений связи. 2020. Т. 6. № 1. С. 6-13.
18. Радифотонный метод измерения мгновенных частот множества радиосигналов на основе аддитивного частотного смещения с расширенным диапазоном измеряемых частот / А.А. Иванов, О.Г. Морозов, А.Ж. Сахабутдинов и др. // Фотон-экспресс. 2019. № 6 (158). С. 85-86.
19. Многоканальный радиофотонный приемный тракт / С.М. Конторов, А.В. Шипулин, Ф. Кюпперс и др.// Фотоника. 2019. Т. 13. № 9. С. 584-593.
20. Chen H. and Chan E.H.W. Angle of arrival measurement system using double RF modulation technique // IEEE Photonics Journal. 2019. Vol. 11(1). Pp. 1-10.

Для цитирования: Морозов О. Г., Морозов Г. А., Ильин Г. И., Нуреев И. И., Сахабутдинов А. Ж., Ростокин И. Н., Мальцев А.В., Иванов А. А., Лустина А. А., Денисенко Е. П., Денисенко П. Е., Андреев В. Д. Программно-аппаратный анализатор спектра для радиофотонных устройств измерения доплеровского сдвига частоты и его знака // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2022. № 1 (53). С. 65-80. DOI: https://doi.org/10.25686/2306-2819.2022.1.65