Pulse-Doppler signal processing
पल्स-डॉपलर सिग्नल प्रोसेसिंग एक रडार और सी. ई. यू. एस. प्रदर्शन वृद्धि रणनीति है जो बड़ी धीमी गति से चलने वाली वस्तुओं के निकटता में छोटी उच्च गति वाली वस्तुओं का पता लगाने की अनुमति देती है। 1,000,000:1 के क्रम में पहचान में सुधार आम हैं। छोटी तेजी से चलने वाली वस्तुओं को इलाके के करीब, समुद्र की सतह के पास और तूफानों के अंदर पहचाना जा सकता है। इस संकेत प्रसंस्करण रणनीति का उपयोग पल्स-डॉपलर रडार और मल्टी-मोड रडार में किया जाता है, जिसे फिर भारी कंप्यूटर सॉफ्टवेयर और ऑपरेटरों के बिना बड़ी संख्या में धीमी गति से चलने वाले परावर्तकों वाले क्षेत्रों में इंगित किया जा सकता है। अन्य संकेत प्रसंस्करण रणनीतियाँ, जैसे लक्ष्य संकेत को स्थानांतरित करना, सौम्य स्पष्ट नीले आकाश वातावरण के लिए अधिक उपयुक्त हैं। इसका उपयोग डॉप्लर अल्ट्रासोनोग्राफी में रक्त प्रवाह को मापने के लिए भी किया जाता है। पर्यावरण पल्स-डॉपलर एक एंटीना या ट्रांसड्यूसर के माध्यम से प्रेषित सुसंगत पल्स के साथ शुरू होता है। संचारित पल्स पर कोई मॉडुलन नहीं होता है। प्रत्येक नाड़ी एक परिपूर्ण सुसंगत स्वर का एक पूरी तरह से साफ टुकड़ा है। सुसंगत स्वर स्थानीय ऑसिलेटर द्वारा उत्पादित किया जाता है। एंटीना और परावर्तक के बीच दर्जनों संचारित स्पंद हो सकते हैं। शत्रुतापूर्ण वातावरण में, धीमी गति से चलने वाली या स्थिर वस्तुओं से लाखों अन्य प्रतिबिंब हो सकते हैं। संचारित स्पंदों को स्पंद पुनरावृत्ति आवृत्ति पर भेजा जाता है। संचारित दालों से ऊर्जा अंतरिक्ष के माध्यम से तब तक फैलती है जब तक कि वे परावर्तकों द्वारा बाधित नहीं हो जाते। यह व्यवधान गति के कारण होने वाले चरण मॉडुलन के साथ-साथ कुछ संचारित ऊर्जा को रडार एंटीना या ट्रांसड्यूसर में वापस परावर्तित करने का कारण बनता है। वही स्वर जिसका उपयोग संचारित स्पंद उत्पन्न करने के लिए किया जाता है, प्राप्त संकेतों को बेसबैंड में डाउन-कन्वर्ट करने के लिए भी उपयोग किया जाता है। परावर्तित ऊर्जा जिसे बेसबैंड में डाउन-कन्वर्ट किया गया है, उसका नमूना लिया जाता है। प्रत्येक संचारित नाड़ी के बुझ जाने के बाद नमूना लेना शुरू हो जाता है। यह ट्रांसमीटर का शांत चरण है। शांत चरण को समान अंतराल वाले नमूना अंतरालों में विभाजित किया गया है। नमूने तब तक एकत्र किए जाते हैं जब तक कि रडार एक और संचारित पल्स को फायर करना शुरू नहीं कर देता। प्रत्येक नमूने की नाड़ी की चौड़ाई संचारित नाड़ी की नाड़ी की चौड़ाई से मेल खाती है। पल्स-डॉपलर फिल्टर में इनपुट के रूप में कार्य करने के लिए पर्याप्त नमूने लिए जाने चाहिए। स्थानीय ऑसिलेटर को दो संकेतों में विभाजित किया जाता है जो 90 डिग्री से ऑफसेट होते हैं, और प्रत्येक को प्राप्त संकेत के साथ मिलाया जाता है। यह मिश्रण I (t) और Q (t) उत्पन्न करता है। पल्स-डॉपलर संचालन के लिए संचारित संकेत का चरण सुसंगतता महत्वपूर्ण है। आरेख में, शीर्ष I/Q में तरंग-मोर्चे के चरणों को दर्शाता है। इस आरेख में दिखाई गई प्रत्येक डिस्क कई संचारित स्पंदों से लिए गए एकल नमूने का प्रतिनिधित्व करती है, अर्थात। समान नमूना संचरण अवधि (1/पी. आर. एफ.) द्वारा ऑफसेट किया जाता है। यह अस्पष्ट सीमा है। प्रत्येक नमूना समान होगा लेकिन दिखाए गए लोगों के पीछे एक या अधिक नाड़ी की चौड़ाई से विलंबित होगा। प्रत्येक नमूने में संकेत कई श्रेणियों में प्रतिबिंबों से संकेतों से बने होते हैं। आरेख घड़ी की विपरीत दिशा में सर्पिल दिखाता है, जो इनबाउंड गति से मेल खाता है। यह अप-डॉपलर है। डाउन-डॉपलर घड़ी की दिशा में एक सर्पिल उत्पन्न करेगा। डिजिटल सैंपलिंग की प्रक्रिया फिल्टर में बजने का कारण बनती है जिसका उपयोग धीमी गति से चलने वाली वस्तुओं से परावर्तित संकेतों को हटाने के लिए किया जाता है। नमूना लेने से एक शुद्ध स्वर वाले इनपुट के लिए सही संकेत के बगल में आवृत्ति साइडलोब्स का उत्पादन होता है। विंडोइंग नमूना प्रक्रिया द्वारा प्रेरित साइडलोब्स को दबा देता है। विंडो उन नमूनों की संख्या है जिनका उपयोग फ़िल्टर में इनपुट के रूप में किया जाता है। विंडो प्रक्रिया जटिल स्थिरांकों की एक श्रृंखला लेती है और फिल्टर पर नमूने को लागू करने से पहले प्रत्येक नमूने को उसके संबंधित विंडो स्थिरांक से गुणा करती है। विंडोइंग डॉल्फ-चेबीचेव विंडोइंग की विस्तृत व्याख्या इष्टतम प्रसंस्करण साइडलोब दमन प्रदान करती है। पल्स-डॉपलर संकेत प्रक्रमण को छानना परावर्तित संकेतों को कई आवृत्ति फिल्टरों में अलग करता है। प्रत्येक अस्पष्ट श्रेणी के लिए फिल्टर का एक अलग सेट होता है। ऊपर वर्णित आई और क्यू नमूनों का उपयोग फ़िल्टरिंग प्रक्रिया शुरू करने के लिए किया जाता है। इन नमूनों को आरेख के ऊपरी आधे हिस्से में दिखाए गए समय क्षेत्र के नमूनों के m × n मैट्रिक्स में व्यवस्थित किया गया है। समय क्षेत्र के नमूनों को डिजिटल फिल्टर का उपयोग करके आवृत्ति क्षेत्र में परिवर्तित किया जाता है। इसमें आमतौर पर एक तेज फूरियर परिवर्तन (एफ. एफ. टी.) शामिल होता है। सिग्नल प्रोसेसिंग के दौरान साइड-लोब का उत्पादन किया जाता है और गलत अलार्म को कम करने के लिए डॉल्फ-चेबिशेव विंडो फंक्शन जैसी साइड-लोब दमन रणनीति की आवश्यकता होती है। नमूना 1 नमूना अवधि से लिए गए सभी नमूने फिल्टर के पहले सेट के लिए इनपुट बनाते हैं। यह पहला अस्पष्ट सीमा अंतराल है। नमूना 2 नमूना अवधि से लिए गए सभी नमूने फिल्टर के दूसरे सेट के लिए इनपुट बनाते हैं। यह दूसरा अस्पष्ट सीमा अंतराल है। यह तब तक जारी रहता है जब तक कि नमूना एन नमूना अवधि से लिए गए नमूने फिल्टर के अंतिम सेट में इनपुट नहीं बनाते हैं। यह सबसे दूर का अस्पष्ट सीमा अंतराल है। परिणाम यह है कि प्रत्येक अस्पष्ट सीमा उस सीमा पर सभी डॉपलर आवृत्तियों के अनुरूप एक अलग स्पेक्ट्रम का उत्पादन करेगी। डिजिटल फिल्टर सैंपलिंग के लिए उपयोग की जाने वाली संचारित दालों की संख्या के रूप में कई आवृत्ति आउटपुट का उत्पादन करता है। 1024 आवृत्ति आउटपुट के साथ एक एफ. एफ. टी. के उत्पादन के लिए इनपुट के लिए 1024 संचारित दालों की आवश्यकता होती है। पल्स-डॉपलर के लिए डिटेक्शन डिटेक्शन प्रोसेसिंग रेंज के नमूनों में से एक से एफ. एफ. टी. आउटपुट के अनुरूप एक अस्पष्ट सीमा और अस्पष्ट वेग पैदा करती है। परावर्तन अलग-अलग आवृत्तियों के अनुरूप फिल्टर में आते हैं जो मौसम की घटना, इलाके और विमान को प्रत्येक सीमा पर अलग-अलग वेग क्षेत्रों में अलग करते हैं। एक संकेत के पहचान के रूप में अर्हता प्राप्त करने से पहले कई एक साथ मानदंडों की आवश्यकता होती है। संकेतों का पता लगाने के लिए प्रत्येक एफ. एफ. टी. आउटपुट की जांच करने के लिए निरंतर गलत अलार्म दर प्रसंस्करण का उपयोग किया जाता है। यह एक अनुकूली प्रक्रिया है जो पृष्ठभूमि शोर और पर्यावरणीय प्रभावों के लिए स्वचालित रूप से समायोजित होती है। परीक्षण के तहत एक कोशिका होती है, जहाँ आसपास की कोशिकाओं को एक साथ जोड़ा जाता है, एक स्थिरांक से गुणा किया जाता है, और एक सीमा स्थापित करने के लिए उपयोग किया जाता है। पता लगाने के आसपास के क्षेत्र की जांच यह निर्धारित करने के लिए की जाती है कि ढलान का संकेत कब से बदल जाता है, जो पता लगाने का स्थान (स्थानीय अधिकतम) है। एकल अस्पष्ट सीमा के लिए खोज को अवरोही आयाम के क्रम में क्रमबद्ध किया जाता है। पहचान केवल उन वेगों को शामिल करती है जो गति अस्वीकृति सेटिंग से अधिक हैं। उदाहरण के लिए, यदि गति अस्वीकृति को 75 मील/घंटे पर सेट किया जाता है, तो आंधी के अंदर 50 मील/घंटे की गति से आगे बढ़ने वाले ओलों का पता नहीं चलेगा, लेकिन 100 मील/घंटे की गति से आगे बढ़ने वाले विमान का पता लगाया जाएगा। मोनोपल्स रडार के लिए, सिग्नल प्रोसेसिंग मुख्य लोब और साइडलोब ब्लैंकिंग चैनलों के लिए समान है। यह पहचान करता है कि क्या वस्तु का स्थान मुख्य लोब में है या क्या यह एंटीना बीम के ऊपर, नीचे, बाएँ या दाएँ ऑफसेट है। इन सभी मानदंडों को पूरा करने वाले संकेत पहचान हैं। इन्हें अवरोही आयाम (सबसे बड़े से सबसे छोटे) के क्रम में क्रमबद्ध किया जाता है। लक्ष्य परावर्तन की वास्तविक सीमा और वेग की पहचान करने के लिए क्रमबद्ध पहचान को एक सीमा अस्पष्टता समाधान एल्गोरिदम के साथ संसाधित किया जाता है। अस्पष्टता रिज़ॉल्यूशन पल्स डॉपलर रडार में रडार और परावर्तक के बीच 50 या अधिक पल्स हो सकते हैं। पल्स डॉप्लर लगभग 3 किलोहर्ट्ज़ से 30 किलोहर्ट्ज़ तक मध्यम पल्स पुनरावृत्ति आवृत्ति (पी. आर. एफ.) पर निर्भर करता है। प्रत्येक संचारित नाड़ी को 5 किमी से 50 किमी की दूरी से अलग किया जाता है। लक्ष्य की सीमा और गति को नमूना प्रक्रिया द्वारा उत्पादित मॉड्यूलो ऑपरेशन द्वारा मोड़ दिया जाता है। वास्तविक सीमा अस्पष्टता समाधान प्रक्रिया का उपयोग करके पाई जाती है। अस्पष्टता समाधान प्रक्रिया स्पष्टीकरण कई पी. आर. एफ. से प्राप्त संकेतों की तुलना सीमा अस्पष्टता समाधान प्रक्रिया का उपयोग करके की जाती है। सीमा अस्पष्टता समाधान प्रक्रिया स्पष्टीकरण प्राप्त संकेतों की तुलना आवृत्ति अस्पष्टता समाधान प्रक्रिया का उपयोग करके भी की जाती है। आवृत्ति अस्पष्टता समाधान प्रक्रिया व्याख्या लॉक परावर्तक का वेग थोड़े समय में परावर्तक की सीमा में परिवर्तन को मापकर निर्धारित किया जाता है। सीमा में इस परिवर्तन को वेग निर्धारित करने के लिए समय अवधि से विभाजित किया जाता है। पता लगाने के लिए डोपलर आवृत्ति का उपयोग करके भी वेग पाया जाता है। दोनों को घटाया जाता है, और अंतर को संक्षेप में औसत किया जाता है। यदि औसत अंतर एक सीमा से नीचे गिरता है, तो संकेत एक ताला है। लॉक का अर्थ है कि संकेत न्यूटनियन यांत्रिकी का पालन करता है। वैध परावर्तक एक ताला उत्पन्न करते हैं। अमान्य संकेत नहीं होते हैं। अमान्य प्रतिबिंबों में हेलीकॉप्टर ब्लेड जैसी चीजें शामिल हैं, जहां डॉपलर उस वेग के अनुरूप नहीं है जो वाहन हवा में आगे बढ़ रहा है। अमान्य संकेतों में ट्रांसमीटर से अलग स्रोतों द्वारा बनाए गए माइक्रोवेव शामिल हैं, जैसे कि रडार जामिंग और धोखे। जो परावर्तक ताला संकेत का उत्पादन नहीं करते हैं, उन्हें पारंपरिक तकनीक का उपयोग करके ट्रैक नहीं किया जा सकता है। इसका मतलब है कि प्रतिक्रिया लूप को हेलीकॉप्टर जैसी वस्तुओं के लिए खोला जाना चाहिए क्योंकि वाहन का मुख्य भाग अस्वीकृति वेग से नीचे हो सकता है (केवल ब्लेड दिखाई देते हैं)। ट्रैक करने के लिए संक्रमण उन पहचानों के लिए स्वचालित है जो एक ताला उत्पन्न करते हैं। ट्रैक करने के लिए संक्रमण आम तौर पर गैर-न्यूटोनियन संकेत स्रोतों के लिए मैनुअल होता है, लेकिन प्रक्रिया को स्वचालित करने के लिए अतिरिक्त संकेत प्रसंस्करण का उपयोग किया जा सकता है। ट्रैक डेटा विकसित करने के लिए सिग्नल स्रोत के आसपास डॉप्लर वेग प्रतिक्रिया को अक्षम किया जाना चाहिए। ट्रैक ट्रैक मोड तब शुरू होता है जब एक विशिष्ट स्थान पर पता लगाया जाता है। ट्रैक के दौरान, परावर्तक की XYZ स्थिति एक कार्टेशियन निर्देशांक प्रणाली का उपयोग करके निर्धारित की जाती है, और परावर्तक के XYZ वेग को भविष्य की स्थिति का अनुमान लगाने के लिए मापा जाता है। यह एक कालमन फिल्टर के संचालन के समान है। एंटीना के लिए प्रत्येक नए लक्ष्य बिंदु को निर्धारित करने के लिए स्कैन के बीच के समय से XYZ वेग को गुणा किया जाता है। रडार एक ध्रुवीय निर्देशांक प्रणाली का उपयोग करता है। ट्रैक स्थिति का उपयोग भविष्य में एंटीना स्थिति के लिए बाएं-दाएं और ऊपर-नीचे लक्ष्य बिंदु को निर्धारित करने के लिए किया जाता है। एंटीना को उस स्थिति पर लक्षित होना चाहिए जो लक्ष्य को अधिकतम ऊर्जा के साथ चित्रित करेगा और उसके पीछे नहीं खींचेगा, अन्यथा रडार कम प्रभावी होगा। एक परावर्तक की अनुमानित दूरी की तुलना मापी गई दूरी से की जाती है। अंतर दूरी त्रुटि है। दूरी त्रुटि एक प्रतिक्रिया संकेत है जिसका उपयोग ट्रैक डेटा के लिए स्थिति और वेग जानकारी को सही करने के लिए किया जाता है। डॉपलर आवृत्ति एक चरण-बंद लूप में उपयोग की जाने वाली प्रतिक्रिया के समान एक अतिरिक्त प्रतिक्रिया संकेत प्रदान करती है। यह स्थिति और वेग जानकारी की सटीकता और विश्वसनीयता में सुधार करता है। परावर्तक द्वारा लौटाए गए संकेत के आयाम और चरण को ट्रैक के दौरान मोनोपल्स रडार तकनीकों का उपयोग करके संसाधित किया जाता है। यह एंटीना की इंगित स्थिति और वस्तु की स्थिति के बीच ऑफसेट को मापता है। इसे कोण त्रुटि कहा जाता है। प्रत्येक अलग वस्तु की अपनी स्वतंत्र ट्रैक जानकारी होनी चाहिए। इसे ट्रैक हिस्ट्री कहा जाता है, और यह थोड़े समय के लिए चलता है। हवा में उड़ने वाली वस्तुओं के लिए यह एक घंटे तक का समय हो सकता है। पानी के नीचे की वस्तुओं के लिए समयावधि एक सप्ताह या उससे अधिक हो सकती है। ट्रैक जहाँ वस्तु पता लगाती है उसे सक्रिय ट्रैक कहा जाता है। ट्रैक को किसी भी पहचान के अभाव में संक्षिप्त रूप से जारी रखा जाता है। जिन पटरियों का कोई पता नहीं है, वे तटवर्ती पटरियां हैं। वेग जानकारी का उपयोग एंटीना लक्ष्य की स्थिति का अनुमान लगाने के लिए किया जाता है। इन्हें थोड़े समय के बाद छोड़ दिया जाता है। प्रत्येक ट्रैक में एक आसपास की पकड़ की मात्रा होती है, लगभग एक फुटबॉल के आकार की। कैप्चर वॉल्यूम की त्रिज्या लगभग वह दूरी है जो सबसे तेजी से पता लगाने योग्य वाहन उस मात्रा के क्रमिक स्कैन के बीच यात्रा कर सकता है, जो पल्स-डॉपलर रडार में रिसीवर बैंड पास फिल्टर द्वारा निर्धारित किया जाता है। नई पटरियाँ जो तटवर्ती पटरियों की पकड़ की मात्रा के भीतर आती हैं, वे पास के तटवर्ती पटरियों के पटरियों के इतिहास के साथ क्रॉस सहसंबद्ध हैं। यदि स्थिति और गति संगत हैं, तो तटवर्ती ट्रैक इतिहास को नए ट्रैक के साथ जोड़ा जाता है। इसे जॉइन ट्रैक कहा जाता है। एक सक्रिय ट्रैक के कैप्चर वॉल्यूम के भीतर एक नए ट्रैक को स्प्लिट ट्रैक कहा जाता है। पल्स-डॉपलर ट्रैक जानकारी में ऑब्जेक्ट एरिया, एरर, एक्सेलरेशन और लॉक स्टेट शामिल हैं, जो जॉइन ट्रैक और स्प्लिट ट्रैक से जुड़े निर्णय तर्क का हिस्सा हैं। अन्य रणनीतियों का उपयोग उन वस्तुओं के लिए किया जाता है जो न्यूटनियन भौतिकी को संतुष्ट नहीं करती हैं। उपयोगकर्ताओं को आम तौर पर कई प्रदर्शनों के साथ प्रस्तुत किया जाता है जो ट्रैक डेटा और कच्चे खोजे गए संकेतों से जानकारी दिखाते हैं। योजना स्थिति सूचक नए पटरियों, विभाजित पटरियों के लिए स्क्रॉलिंग अधिसूचनाएँ, और जॉइन पटरियों के लिए रेंज आयाम प्रदर्शन रेंज ऊंचाई सूचक कोण त्रुटि प्रदर्शन योजना स्थिति सूचक और स्क्रॉलिंग अधिसूचनाएँ स्वचालित हैं और किसी भी उपयोगकर्ता कार्रवाई की आवश्यकता नहीं है। शेष प्रदर्शन अतिरिक्त जानकारी दिखाने के लिए तभी सक्रिय होते हैं जब उपयोगकर्ता द्वारा ट्रैक का चयन किया जाता है। संदर्भ रडार रडार संकेत प्रसंस्करण