ISSN: 2306-2819
Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия «Радиотехнические и инфокоммуникационные системы»
Программно-аппаратный анализатор спектра для радиофотонных устройств измерения доплеровского сдвига частоты и его знака
PDF
Опубликована: 2025-04-16
Выпуск
№ 1(53) (2022): Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия «Радиотехнические и инфокоммуникационные системы»
Раздел
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
  • Олег Геннадьевич МОРОЗОВ Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ, Российская Федерация, 420111, Казань, ул. К. Маркса, 10
  • Геннадий Александрович МОРОЗОВ Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ, Российская Федерация, 420111, Казань, ул. К. Маркса, 10
  • Герман Иванович ИЛЬИН Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ, Российская Федерация, 420111, Казань, ул. К. Маркса, 10
  • Ильнур Ильдарович НУРЕЕВ Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ, Российская Федерация, 420111, Казань, ул. К. Маркса, 10
  • Айрат Жавдатович САХАБУТДИНОВ Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ, Российская Федерация, 420111, Казань, ул. К. Маркса, 10
  • Илья Николаевич РОСТОКИН 2Муромский институт имени В.К. Зворыкина, филиал Владимирского государственного университета им. А.Г. и Н.Г. Столетовых; 602264, Муром, ул. Орловская, .23
  • Андрей Владимирович МАЛЬЦЕВ Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ, Российская Федерация, 420111, Казань, ул. К. Маркса, 10
  • Александр Алексеевич ИВАНОВ Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ, Российская Федерация, 420111, Казань, ул. К. Маркса, 10
  • Александра Алексеевна ЛУСТИНА Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ, Российская Федерация, 420111, Казань, ул. К. Маркса, 10
  • Евгений Петрович ДЕНИСЕНКО Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ, Российская Федерация, 420111, Казань, ул. К. Маркса, 10
  • Павел Евгеньевич ДЕНИСЕНКО Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ, Российская Федерация, 420111, Казань, ул. К. Маркса, 10
  • Владимир Дмитриевич АНДРЕЕВ Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ, Российская Федерация, 420111, Казань, ул. К. Маркса, 10

Аннотация

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

Литература

1. Морозов О.Г., Ильин Г.И. Амплитудно-фазо¬вая модуляция в системах радиофотоники // Вестник Поволжского государственного техноло-гического 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 meas-urement and direction ambiguity resolution using op-tical 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 meas-urement and direction discrimination based on a DPMZM / W. Chen, A. Wen, X. Li et al. // IEEE Pho-tonics 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 до-плеровского изменения частоты отражённого ра-диолокационного сигнала на основе тандемной амплитудно-фазовой модуляции / О.Г. Морозов, Г.А .Морозов, Г.И. Ильин и др. // Вестник Поволж-ского государственного технологического универ-ситета. Сер.: Радиотехнические и инфокоммуни-кационные системы. 2021. № 2 (50). С. 63-75.
12. Метод формирования двухчастотного из-лучения 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 инфоком-муникационные системы. 2012. № 2 (16). С. 3-12.
13. Измерение мгновенной частоты микро-волновых сигналов с использованием тандемной амплитудно-фазовой модуляции в оптическом диапазоне / О.Г. Морозов, И.И. Нуреев, А.Ж. Са-хабутдинов и др. // Фотон-экспресс. 2019. № 5 (157). С. 16-24.
14. Радиофотонный метод определения угла прихода отраженного радиолокационного сигна-ла на основе тандемной амплитудно-фазовой мо-дуляции / О.Г. Морозов, Г.А. Морозов, Г.И. Ильин и др. // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотех-нические и инфокоммуникационные системы. 2021. № 1 (49). С. 50-62.
15. Оценка возможностей применения воло-конных решеток Брэгга с гауссовым профилем отражения в качестве датчика температуры / Д.И. Касимова, А.А. Кузнецов, П.П. Крыницкий и др. // Вестник Поволжского государственного тех-нологического университета. Серия: Радиотехни-ческие и инфокоммуникационные системы. 2013. № 2 (18). С. 73-81.
16. Морозов О.Г., Сахабутдинов А.Ж. Адрес-ные волоконные брэгговские структуры в квази-распределённых радиофотонных сенсорных си-стемах // 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. Мисба-хов и др. // Труды учебных заведений связи. 2020. Т. 6. № 1. С. 6-13.
18. Радифотонный метод измерения мгновен-ных 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 прием-ный 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.

Финансирование: Исследование выполнено частично при поддержке Минобрнауки РФ в рамках вы-полнения государственного задания КНИТУ-КАИ № 075-03-2020-051, fzsu-2020-0020, программа «Фо-крат», частично при поддержке Минобрнауки РФ в рамках программы «Приоритет 2030», частично при поддержке гранта Российского научного фонда № 21-19-00378.
Читать полностью