cahtНаучный вестник МГТУ ГАCivil Aviation High Technologies2079-06192542-0119Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)10.26467/2079-0619-2018-21-3-169-177caht-1267Research ArticleРадиотехника и связьRadio engineering and communicationДИСКРЕТИЗАЦИЯ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СИГНАЛАTHE DISCRETIZATION OF THE POLARIZED SIGNALКорнеевП. Е.KorneevP. E.

кандидат технических наук, доцент кафедры Технологий автоматизированного производства

Candidate of Technical Science, Associate Professor at the Department of the industrial automation technologies

paul-korn@yandex.ruЕгорьевский технологический институт (филиал) ФГБОУ «Московский государственный технологический университет «СТАНКИН», г. ЕгорьевскРоссияBranch MSTU “STANKIN”, Egorievsk,Russian Federation201803072018213169177Copyright © Корнеев П.Е., 20182018Корнеев П.Е.Korneev P.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/1267

Зачастую решение мониторинговыми системами задач дистанционного зондирования, распознавания (классификации, различения) радиолокационных объектов методами радиополяриметрии требуется в режиме реального масштаба времени с отображением актуальной информации на мониторе радиолокатора. Мониторинговые системы могут быть как стационарными (чаще наземными) так и подвижными (базируемыми на различных транспортных носителях). При проектировании таких систем, наряду с обеспечением требуемого быстродействия и производительности вычислительной машины, важно также обеспечить унификацию блоков и узлов, снижение массогабаритных характеристик, упрощение настройки, повышение эксплуатационной надежности. В этом случае требуется применение блоков цифровой обработки информации. При цифровой обработке поляризованных сигналов необходимо преобразовать входной аналоговый сигнал в цифровую форму, то есть произвести дискретизацию по времени и частоте и осуществить квантование по уровню. В статье рассматриваются особенности дискретизации по времени радиолокационного поляризованного сигнала. Выводятся аналитические выражения для входного поляризованного сигнала с учетом геометрических параметров эллипса поляризации. Приводятся формулы для синфазной и квадратурной составляющих поляризованного сигнала и для комплексной огибающей сигнала. Утверждается, что квадратурная обработка поляризованного сигнала приводит к снижению требований к микросхемам аналого-цифрового преобразования из-за существенного снижения частоты дискретизации. После преобразований, представленных в статье, в мониторинговых системах можно применять электронные компоненты, которые уже сегодня находятся в производстве у Российских компаний радиоэлектронной промышленности. Описанные в статье преобразования поляризованного сигнала во временной области приводят к определенным преобразованиям в частотной области. Речь ведется о преобразовании двухстороннего спектра сигнала в односторонний спектр с переносом его в область видеочастот. Такое преобразование помогает снизить частоту дискретизации с гигагерц до мегагерц. Аналитические выражения во временной области сопровождаются в статье графической интерпретацией спектров сигнала в частотной области. Приводится схема демодуляции синфазной и квадратурной составляющих поляризованного сигнала. Описываются функциональные особенности блоков фильтрации в схеме, акцентируется внимание разработчиков систем цифровой обработки сигналов на требования теоремы Котельникова о дискретизации.

 

Often, the monitoring systems solution of remote sensing problems, recognition (classification, discrimination) of radar objects using radio polarimetry methods is required in real time mode with the display of the current information on the radar monitor. Monitoring systems can be either stationary (more often terrestrial) or mobile (based on various transport vehicles). When designing such systems, along with ensuring the required speed and performance of the computer, it is also important to ensure the unification of the units and assemblies, the reduction of weight and size characteristics, simplification of the tuning, increase of the operational reliability. In this case, the use of blocks of digital information processing is required. When digitally processing polarized signals, it is necessary to convert the input analog signal to digital form, i.e. to sampled by time and frequency and perform level quantization. The peculiarities of the discretization of the radar polarized signal over time are considered in the article. Analytical expressions for the input polarized signal are derived with considering the geometric parameters of the polarization ellipse. Formulas are given for the in-phase and quadrature components of the polarized signal, for a complex signal envelope. It is alleged that quadrature processing of the polarized signal leads to a decrease in the requirements for analog-to-digital conversion chips due to a significant reduction in the sampling frequency. After the transformations presented in the article, electronic components, which are already in production by Russian companies in the radio electronic industry, can be used in monitoring systems. The transformations of a polarized signal in the time domain described in the article lead to certain transformations in the frequency domain. We are talking about converting the two-side signal spectrum into a one-side spectrum with its transfer to the video frequency region. Such a conversion helps to reduce the sampling rate from gigahertz to megahertz. Analytic expressions in the time domain are accompanied in the article by a graphic interpretation of the signal spectra in the frequency domain. A scheme for demodulating the in-phase and quadrature components of the polarized signal is given. Functional features of filtering units in the scheme are described, the attention of the designers of the digital signal processing systems to the requirements of the Kotel'nikov's sampling theorem is emphasized.

поляризация радиолокационных сигналоврадиополяриметриядискретизация сигналовцифровая обработка сигналовpolarized signaldiscretizationdigital signal processingsampling frequencyradio polarimetryReferencesКанарейкин Д.Б., Павлов Н.Ф., Потехин В.А. Поляризация радиолокационных сигналов. М.: Сов. радио, 1966. 440 с.Kanarejkin, D.B., Pavlov, N.F. and Potehin, V.A. (1966). Poljarizacija radiolokacionnyh signalov [Polarization of the radar signals]. Moscow: Sov. Radio, 440 p. (in Russian)Козлов А.И., Логвин А.И., Сарычев В.А. Поляризация радиоволн. Поляризационная структура радиолокационных сигналов. М.: Радиотехника, 2005. 704 с.Kozlov, A.I., Logvin, A.I. and Sarychev, V.A. (2005). Poljarizacija radiovoln. Poljarizacionnaja struktura radiolokacionnyh signalov [Polarization of the radio waves. Polarization structure of the radar signals]. Moscow: Radiotehnika, 704 p. (in Russian)Козлов А.И., Логвин А.И., Сарычев В.А. Поляризация радиоволн. Кн. 3. Радиополяриметрия сложных по структуре сигналов. М.: Радиотехника, 2008. 688 с.Kozlov, A.I., Logvin, A.I. and Sarychev, V.A. (2008). Poljarizacija radiovoln. Kn. 3. Radiopoljarimetrija slozhnyh po strukture signalov [Polarization of the radio waves. Radiopolyarimetry of the structurally complex signals]. Moscow: Radiotehnika, 688 p. (in Russian)Коростелев А.А. Пространственно-временная теория радиосистем. М.: Радио и связь, 1987. 320 с.Korostelev, A.A. (1987). Prostranstvenno-vremennaja teorija radiosistem [The spacetime theory of the radio systems]. Moscow: Radio i svjaz', 320 p. (in Russian)Оппенгейм А., Шафер Р. Цифровая обработка сигналов. 3-е изд., испр. М.: Техносфера, 2012. 1048 с.Oppengejm, A. and Shafer, R. (2012). Cifrovaja obrabotka signalov. 3-e izd., ispr. [Digital signal processing]. Moscow: Tehnosfera, 1048 p. (in Russian)Гадзиковский В.И. Цифровая обработка сигналов. М.: СОЛОН-Пресс, 2013. 769 с.Gadzikovskij, V.I. (2013). Cifrovaja obrabotka signalov [Digital signal processing]. Moscow: SOLON-Press, 769 p. (in Russian)Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 2000. 462 с.Baskakov, S.I. (2000). Radiotehnicheskie cepi i signaly [Radio circuits and signals]. Moscow: Vysshaja shkola, 462 p. (in Russian)Матханов П.Н. Основы синтеза линейных электрических цепей. М.: Высшая школа, 1976. 208 с.Mathanov, P.N. (1976). Osnovy sinteza linejnyh jelektricheskih cepej [Basics of synthesis of the linear electric circuits]. Moscow: Vysshaja shkola, 208 p. (in Russian)Вагапов Р.Х. Дистанционные методы исследования морских льдов / В.П. Гаврило, А.И. Козлов, Г.А. Лебедев, А.И. Логвин. СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. 341 с.Vagapov, R.H., Gavrilo, V.P., Kozlov, A.I., Lebedev, G.A. and Logvin, A.I. (1993). Distancionnye metody issledovanija morskih l'dov [Remote methods for studying sea ice]. St.Petersburg: Gidrometeoizdat, 341 p. (in Russian)Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. 3-е изд. СПб.: БХВ-Петербург, 2011. 768 с.Sergienko, A.B. (2011). Cifrovaja obrabotka signalov [Digital signal processing]. 3-e izd. St.Petersburg: BHV-Peterburg, 768 p. (in Russian)Bartle, R.G. The Elements of Real Analysis. 3rd ed. New York: John Wiley and Sons, 2000.Bartle, R.G. (2000). The Elements of Real Analysis, 3rd ed., New York: John Wiley and Sons.Bertsekas D., Tsitsilis J. Introduction to Probability. 2nd ed. Athena Scientific, Belmont, MA, 2008.Bertsekas, D. and Tsitsilis, J. (2008). Introduction to Probability. 2nd ed., Athena Scientific, Belmont, MA.Bellanger M. Digital Processing of Signals. 3rd ed. New York: Wiley, 2000.Bellanger, M. (2000). Digital Processing of Signals. 3rd ed. New York: Wiley.Gray R.M., Davidson L.D. Introduction to Statistical Signal Processing. Cambridge University Press, 2004.Gray, R.M. and Davidson, L.D. (2004). Introduction to Statistical Signal Processing. Cambridge University Press.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.