Простой модуль локационных измерений доплеровского сдвига частоты и угла прихода на основе двухканальной поляризационной тандемной амплитудно-фазовой модуляции. Часть 2

О.|O. Г.|G. Морозов|Morozov; Г.|G. А.|A. Морозов|Morozov; Г.|G. И.|I. Ильин|Ilin; П.|P. Е.|E. Денисенко|Denisenko; В.|V. Д.|D. Андреев|Andreev; А.|A. А.|A. Иванов|Ivanov; А.|A. Ж.|Zh. Сахабутдинов|Sakhabutdinov

PDF

Опубликована: 2023-09-28

Выпуск

№ 2(58) (2023)

Раздел

ПРИБОРОСТРОЕНИЕ

О. Г. Морозов КНИТУ им. А.Н. Туполева–КАИ http://orcid.org/0000-0003-4779-4656
Г. А. Морозов КНИТУ им. А.Н. Туполева–КАИ http://orcid.org/0000-0002-9420-0710
Г. И. Ильин КНИТУ им. А.Н. Туполева–КАИ http://orcid.org/0000-0002-8915-940X
П. Е. Денисенко КНИТУ им. А.Н. Туполева–КАИ http://orcid.org/0000-0003-3452-2723
В. Д. Андреев КНИТУ им. А.Н. Туполева–КАИ http://orcid.org/0000-0001-9161-8348
А. А. Иванов КНИТУ им. А.Н. Туполева–КАИ http://orcid.org/0000-0002-7238-271X
А. Ж. Сахабутдинов КНИТУ им. А.Н. Туполева–КАИ http://orcid.org/0000-0002-0713-7806

Аннотация

В статье приводятся результаты модельных и экспериментальных исследований радиофотонного модуля измерения доплеровского сдвига частоты и угла прихода эхосигналов в системах автономного вождения, который был представлен в первой части статьи [Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2022. № 3 (55). С. 58–71]. Обработка информации, полученной в радиофотонной части модуля, производится в программно-аппаратном анализаторе спектра путём сравнения частоты и фазы огибающих биений двух каналов, разделённых по поляризации, за малый период времени. Дополнительная информация о знаке доплеровского сдвига частоты и его значении при угле прихода 90° выделяется в анализаторе путём оценки полученных значений с учётом параметров опорного гетеродинного сигнала с заданной частотой и фазой. Показано, что целевые характеристики модуля, определённые в первой части статьи и заключающиеся в измерении доплеровского сдвига частоты в диапазоне ±100 кГц и диапазоне локационных частот 5–40 ГГц с погрешностью в ±10 Гц и измерении угла прихода в диапазоне от 0 до ±π/2 с погрешностью менее ±1,7 мрад, модельно и экспериментально достигнуты.

Биографии авторов

О. Г. Морозов, КНИТУ им. А.Н. Туполева–КАИ

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой радиофотоники и микроволновых технологий; директор НИИ прикладной электродинамики, фотоники и живых систем, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ. Область научных интересов – микроволновая фотоника, радиофотонные технологии сенсорики и телекоммуникаций. Автор 455 научных публикаций и патентов.

Г. А. Морозов, КНИТУ им. А.Н. Туполева–КАИ

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры радиоэлектронных и телекоммуникационных систем, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ. Область научных интересов – антенны, микроволновые технологии, микроволновая фотоника. Автор 365 научных публикаций и патентов.

Г. И. Ильин, КНИТУ им. А.Н. Туполева–КАИ

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры электронных и квантовых систем передачи информации, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ. Область научных интересов – лазерные и радиотехнические системы, теория потенциальной помехоустойчивости. Автор 355 научных публикаций и патентов.

П. Е. Денисенко, КНИТУ им. А.Н. Туполева–КАИ

кандидиат технических наук, доцент кафедры радиофотоники и микроволновых технологий, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ. Область научных интересов – микроволновая фотоника; волоконно-оптические сенсоры и системы интеррогации. Автор 50 научных публикаций и патентов.

В. Д. Андреев, КНИТУ им. А.Н. Туполева–КАИ

ассистент кафедры радиофотоники и микроволновых технологий, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ. Область научных интересов – микроволновая фотоника; волоконнооптические сенсоры и системы интеррогации. Автор 25 научных публикаций и патентов.

А. А. Иванов, КНИТУ им. А.Н. Туполева–КАИ

кандидат технических наук, доцент кафедры радиофотоники и микроволновых технологий, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ. Область научных интересов – радиофотонные системы обработки радиосигналов. Автор 100 научных публикаций.

А. Ж. Сахабутдинов, КНИТУ им. А.Н. Туполева–КАИ

доктор технических наук, доцент, профессор кафедры радиофотоники и микроволновых технологий, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ. Область научных интересов – микроволновая фотоника, волоконно-оптические сенсоры и системы интеррогации. Автор 318 научных публикаций.

Литература

1. Automotive radars: a review of signal processing techniques / S. Patole, M. Torlak, D. Wang et al. // IEEE Signal Process. Mag. 2017. Vol. 34 (2). Pp. 22-35.
2. Millimeter-wave technology for automotive radar sensors in the 77 GHz frequency band / J. Hasch, E. Topak, R. Schnabel et al. // IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 2012. Vol. 60. Pp. 845-860.
3. Tang Z. & Pan S. Simultaneous measurement of Doppler-frequency shift and angle-of-arrival of microwave signals for automotive radars // Proc. Int. Topical Meeting Microw. Photon. 2019. Pp. 1-4.
4. Tian Z., Ye C., & Jin Y. Device-free indoor tracking via joint estimation of DFS and AoA using CSI amplitude // Proc. Int. Conf. Microw. Millimeter Wave Technol. 2021. Pp. 685-687.
5. Full-band direct-conversion receiver with enhanced port isolation and I/Q phase balance using microwave photonic I/Q mixer (invited paper) / J. Li, J. Xiao, X. Song et al. // Chin. Opt. Lett. 2017. Vol. 15. P. 010014.
6. Novel photonic approach to microwave frequency measurement using tunable group delay line / P. Wu, X. Han, Y. Gu et al. // Chin. Opt. Lett. 2011. Vol. 9. P. 081301.
7. Simple approach for Doppler frequency shift estimation based on a dual-polarization quadrature phase shift keying (DP-QPSK) modulator / J. Li, W. Yu, Z. Zhang et al. // Applied Optics. 2020. Vol. 59 (7). Pp. 2114-2120.
8. Chen H. & Chan E. H. Simple approach to measure angle of arrival of a microwave signal // IEEE Photon. Technol. Lett. 2019. Vol. 31. Pp. 1795-1798.
9. Chen H. & Chan E. H. Photonics-based CW/pulsed microwave signal AOA measurement system // J. Lightwave Technol. 2020. Vol. 38. Pp. 2292-2298.
10. Измерение мгновенной частоты СВЧ-радио-сигналов в оптическом диапазоне на основе преобразования "частота-амплитуда" в волоконной решётке Брэгга с фазовым пи-сдвигом / О. Г. Морозов, М. Р. Нургазизов, А. А. Талипов и др. // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2013. № 3 (19). С. 30-41.
11. 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.
12. 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.
13. 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. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2021. № 2 (50). С. 63-75.
14. Программно-аппаратный анализатор спектра для радиофотонных устройств измерения доплеровского сдвига частоты и его знака / О. Г. Морозов, Г. А. Морозов, Г. И. Ильин и др. // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2022. № 1 (53). С. 65-80.
15. Радиофотонный метод определения угла прихода 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. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2021. № 1 (49). С. 50-62.
16. Морозов О. Г., Айбатов Д. Л., Садеев Т. С. Синтез двухчастотного излучения и его применение в волоконно-оптических системах распределенных и мультиплексированных измерений // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2010. Т. 13. № 3. С. 84-91.
17. External amplitude-phase modulation of laser radiation for generation of microwave frequency carriers and optical poly-harmonic signals: an overview / O. G. Morozov, G. I. Il'in, G. A. Morozov et al. // Proc. SPIE. 2016. Vol. 9807. P. 980711.
18. Il'in G. I., Morozov O. G., & Il'in А. G. Theory of symmetrical two-frequency signals and key aspects of its application // Proc. SPIE. 2014. Vol. 9156. P. 91560M.
19. A Simple Photonics-Based Measurement Method for microwave DFS and AOA / Q. Jia, J. Li, L. Sun et al. // IEEE photonics journal. 2022. Vol. 14 (3). P. 5532108.
20. Photonic approach for simultaneous measurements of Doppler-frequency shift and angle-of-arrival of microwave signals / P. Li, L. Yan, Ye J. et al. // Opt. Express. 2019. Vol. 27. Pp. 8709-8716.
21. Huang C., Chen H. & Chan E. H. Simple photonics-based system for Doppler frequency shift and angle of arrival measurement // Opt. Express. 2020. Vol. 28. Pp. 14028-14037.
22. Простой модуль локационных измерений доплеровского сдвига частоты и угла прихода на основе двухканальной поляризационной тандемной амплитудно-фазовой модуляции. Часть 1 / О. Г. Морозов, Г. А. Морозов, Г. И. Ильин и др. // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2022. № 3 (55). С. 58-71.
23. Hi-Accuracy method for spectrum shift determination / N. Pavlycheva, A. Niyazgulyyewa, A. Sakhabutdinov et al. // Fibers. 2023. Vol. 11 (7). P. 60.
24. Initialization of the upstream central wavelength in 5G transport WDM-PON domain, part II: reflectometric initialization / I. A. Makarov, G. A. Moro-zov, L. M. Sarvarova et al. // Proc. SPIE. 2020. Vol. 11793. P. 1179305.
25. Initialization of the upstream central wavelength in 5G transport WDM-PON domain, part II: straight initialization / I. A. Makarov, G. A. Morozov, L. M. Sarvarova et al. // Proc. SPIE. 2020. Vol. 11793. P. 1179304.
26. Zhuo H. & Wen A. A photonic approach for Doppler-frequency-shift and angle-of-arrival measurement without direction ambiguity // J. Lightwave Technol. 2021. Vol. 39 (6). Pp. 1688-1695.
27. Применение нейросетевых алгоритмов для определения центральной длины волны в задачах оптоволоконной сенсорики / А. Ф. Аглиуллин, Т. А. Аглиуллин, Б. И. Валеев и др. // Электроника, фотоника и киберфизические системы. 2023. Т. 3. № 1. С. 55-68.
28. Zhang L., Chen L. & Bao X. Unveiling delay-time-resolved phase noise statistics of narrow-linewidth laser via coherent optical time domain reflectometry // Optics Express. 2020. Vol. 28. No. 5. Pp. 6719-6733.

Читать полностью