Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2022, № 7 · RADIO ENGINEERING

Requirements for the coding matrix of the phase-coded probing signal with zero autocorrelation zone

R.N. Ipanov1

1 National Research University MPEI, Moscow, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2022.7.5 UDC 621.391.81 EDN ONGNIO

Abstract

Optimal discrete signals does not allow solving the problem of radar range resolution for echo signals overlapping in time with significantly different amplitudes. Also, these signals limit the possibility of improving the quality of the radar image in radar of different applications due correlation noise. Therefore, to solve the above problem, it is of interest to use a probing signal with a zero autocorrelation zone. To form an autocorrelation function with a zero sidelobes region, the probing signal must be a pulse train of two or more phase-code-manipulated pulses. It is analytically substantiated in the paper that in order to form a zero autocorrelation zone, a pulse train of pulses must be coded by an ensemble of complementary or orthogonal sequences. In this case, the probing signal will have a large number of pulses in a pulse train, which makes it difficult to use it in a radar with a common transmitting and receiving antenna. It is shown that when coding by an ensemble of complementary sequences, the complex envelopes of all discrete pulses in a pulse train must be equal. In this case, the compressed signal will have a sufficiently high sidelobe ratios in a zero autocorrelation zone with Doppler mismatch. It has also been analytically proved that in order to form a zero autocorrelation zone, a pulse train of pulses can be coded by rows of a block matrix, consisting of a set of mutually orthogonal matrices. Then the complex envelopes of discrete pulses in a pulse train can be different, which makes it possible to suppress the level of sidelobes in a zero autocorrelation zone with Doppler mismatch. The paper also contains the requirements for the coding matrix of a polyphase ( p-phase, where р ≥ 2 - prime number) probing signal with a zero autocorrelation zone, consisting of a minimum number of pulses in a pulse train equal to p , called a coherent complemented signal.

  • autocorrelation function
  • complementary sequences
  • optimal discrete signal
  • Orthogonal sequences
  • pulse train
  • probing signal
  • zero autocorrelation zone
Аннотация (на русском)

Требования к кодирующей матрице фазокодоманипулированного зондирующего сигнала с нулевой зоной автокорреляции

Оптимальные дискретные сигналы не позволяют решать радиолокационную задачу разрешения по дальности перекрывающихся по времени эхо-сигналов, значительно различающихся по амплитуде. Также эти сигналы из-за наличия корреляционного шума ограничивают возможность улучшения качества радиолокационного изображения в РЛС различного назначения. В этом случае для решения названных радиолокационных задач представляет интерес применения зондирующего сигнала с нулевой зоной автокорреляции. Для формирования автокорреляционной функции с областью нулевых боковых лепестков зондирующий сигнал должен представлять собой пачку из двух и более фазокодоманипулированных импульсов. В работе аналитически обосновано, что для формирования нулевой зоны автокорреляции пачка импульсов должна быть кодирована ансамблем комплементарных или ортогональных последовательностей. В этом случае зондирующий сигнал будет иметь большое количество импульсов в пачке, что затрудняет его использование в РЛС с излучением и приемом на одну антенну. Показано, что при кодировании ансамблем комплементарных последовательностей комплексные огибающие дискрет всех импульсов пачки должны быть равны. В этом случае сжатый сигнал будет иметь достаточно высокий уровень боковых лепестков вне нулевой зоны автокорреляции, а также в нулевой зоне автокорреляции при рассогласовании по частоте Доплера. Аналитически также доказано, что для формирования нулевой зоны автокорреляции пачка импульсов может быть кодирована строками блочной матрицы, состоящей из набора взаимноортогональных матриц. Тогда комплексные огибающие дискрет импульсов пачки могут быть различны, что позволяет уменьшить уровень боковых лепестков вне нулевой зоны автокорреляции, а также подавить боковые лепестки в нулевой зоне автокорреляции при рассогласовании по частоте Доплера. В работе также получены требования к кодирующей матрице полифазного ( p-фазного, р ≥ 2 - простое число) зондирующего сигнала с нулевой зоной автокорреляции, состоящего из минимального количества импульсов в пачке, равного p , названного когерентным дополнительным сигналом.

For citation

Ipanov R.N. Requirements for the coding matrix of the phase-coded probing signal with zero autocorrelation zone // Journal of Radio Electronics. – 2022. – No. 7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.7.5

References

  1. Свердлик М.Б. Оптимальные дискретные сигналы. Москва, Советское радио. 1975. 200 с.
  2. Ипатов В.П. Широкополосные системы и кодовое разделение сигналов: Принципы и приложения. Москва, Техносфера. 2007. 488 с.
  3. Nunn C.J., Coxson G.E. Polyphase pulse compression codes with optimal peak and integrated sidelobes. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2009. V.45. №2. P.775-781. https://doi.org/10.1109/TAES.2009.5089560.
  4. Ипанов Р.Н. Импульсные фазоманипулированные сигналы с нулевой зоной автокорреляции. Радиотехника и электроника. 2018. Т.63. №8. С.823-830. https://doi.org/10.1134/S0033849418080077.
  5. Levanon N., Mozeson E. Radar Signals. Hoboken, Wiley. 2004. 411 p.
  6. Mozeson E., Levanon N. Removing autocorrelation sidelobes by overlaying orthogonal coding on any train of identical pulses. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2003. V.39. №2. P.583-603. https://doi.org/10.1109/EEEI.2002.1178487
  7. Chebanov D. Some autocorrelation properties of phase-coded waveforms. 2009 43rd Annual Conference on Information Sciences and Systems. Baltimore. 2009. P.371-376. https://doi.org/10.1109/CISS.2009.5054748
  8. Chebanov D., Lu G. Removing autocorrelation sidelobes of phase-coded waveforms. 2010 IEEE Radar Conference. Arlington. 2010. P.1428-1433. https://doi.org/10.1109/RADAR.2010.5494391
  9. Ипанов Р.Н. Когерентные дополнительные сигналы и их применение в радиолокации. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2015. №2. http://jre.cplire.ru/jre/feb15/8/text.pdf
  10. Ипанов Р.Н. Полифазные когерентные дополнительные сигналы. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2017. №1. http://jre.cplire.ru/jre/jan17/14/text.pdf
  11. Ипанов Р.Н. Когерентные дополнительные сигналы и алгоритм их сжатия. DSPA: Вопросы применения цифровой обработки сигналов. 2018. Т.8. №1. С.90-94.
  12. Ipanov R.N., Baskakov A.I., Olyunin N., Ka Min-Ho. Radar Signals with ZACZ Based on Pairs of D-Code Sequences and Their Compression Algorithm. IEEE Signal Processing Letters. 2018. V.25. №10. P.1560-1564. https://doi.org/10.1109/LSP.2018.2867734.
  13. Баскаков А.И., Ипанов Р.Н., Комаров А.А. Фазокодоманипулированные радиолокационные сигналы для точного определения дальности и скорости малоразмерных космических объектов. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2018. №12. http://jre.cplire.ru/jre/dec18/7/text.pdf
  14. Ипанов Р.Н., Мурзабулатова А.Ф. Полифазные радиолокационные сигналы с нулевой зоной автокорреляции и алгоритм их сжатия. 21-я Международная конференции "Цифровая обработка сигналов и ее применение". Москва. 2019. Т.2. С.43-47.
  15. Baskakov A.I., Ipanov R.N., Komarov A.A. The Use of Phase-shift Keyed Signals with a Zero Autocorrelation Zone in a Multi-position Radar System for Searching and Detecting of Space Debris Objects. 2019 PhotonIcs & Electromagnetics Research Symposium. Rome. 2019. P.1043-1049. https://doi.org/10.1109/PIERS-Spring46901.2019.9017759
  16. Ипанов Р.Н. Зондирующие сигналы с нулевой зоной автокорреляции для радиолокаторов с синтезированной апертурой. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. №8. http://jre.cplire.ru/jre/aug19/7/text.pdf
  17. Ipanov R.N. Signals with zero autocorrelation zone for the synthesised aperture radar. Electronics Letters. 2019. V.55. №19. P.1063-1065. https://doi.org/10.1049/el.2019.1918
  18. Ipanov R.N. Polyphase Radar Signals with ZACZ Based on p-Pairs D-Code Sequences and Their Compression Algorithm. Infocommunications Journal. 2019. V.11. №3. P.21-27. https://doi.org/10.36244/ICJ.2019.3.4
  19. Ipanov R.N., Komarov A.A., Klimova A.P. Phase-Code Shift Keyed Probing Signals with Discrete Linear Frequency Shift Keying and Zero Autocorrelation Zone. 2019 International Conference on Engineering and Telecommunication. Dolgoprudny. 2019. P.1-5. https://doi.org/10.1109/EnT47717.2019.9030566
  20. Ipanov R.N. Phase-Code Shift Keyed Probing Signals with Discrete Linear Frequency Modulation and Zero Autocorrelation Zone. Infocommunications Journal. 2020. V.12. №1. P.45-52. https://doi.org/10.36244/ICJ.2020.1.7
  21. Ipanov R.N., Smolskiy S.M. Polyphase Radar Signals with Zero Autocorrelation Zone and Their Compression Algorithm.Intelligent Systems Reference Library. Advances in Signal Processing. 2020. V.184. P.5-19. https://doi.org/10.1007/978-3-030-40312-6_2
  22. Ипанов Р.Н. Импульсные полифазные сигналы с нулевой зоной автокорреляции и алгоритм их сжатия. Радиотехника и электроника. 2020. Т.65. №6. С.578-586. https://doi.org/10.31857/S0033849420060121
  23. Ипанов Р.Н. Полифазные частотно-манипулированные зондирующие сигналы с нулевой зоной автокорреляции для радиолокаторов с синтезированной апертурой. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. №6. http://jre.cplire.ru/jre/jun20/11/text.pdf
  24. Ипанов Р.Н. Импульсные сигналы с нулевой зоной автокорреляции для радиолокаторов с синтезированной апертурой. Радиотехника и электроника. 2020. Т.65. №9. С.894-901. https://doi.org/10.31857/S0033849420080069
  25. Ipanov R.N., Komarov A.A. Polyphase signals with discrete frequency shift keying and zero autocorrelation zone for the remote sensing radar. Journal of Applied Remote Sensing. 2020. V.14. №4. P.040501. https://doi.org/10.1117/1.JRS.14.040501
  26. Ipanov R.N., Komarov A.A. Probing signals with ZACZ for GPR onboard of unmanned aerial vehicle. Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science. 2021. V.21. №1. P.110-117. https://doi.org/10.11591/ijeecs.v21.i1.pp110-117
  27. Blahut R.E. Theory of remote surveillance algorithms. Radar and Sonar. Part 1. 1991. V.32. P.1-65.
  28. Sivaswamy R. Digital and analog subcomplementary sequences for pulse compression. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 1978. V.AES-14. №2. P.343-350. https://doi.org/10.1109/TAES.1978.308657
  29. Tseng C.C., Liu C.L.Complementary sets of sequences. IEEE Transactions on Information Theory. 1972. V.18. №5. P.644-652. https://doi.org/10.1109/TIT.1972.1054860
  30. Патент РФ №2670773. Ипанов Р.Н. Способ формирования множества ансамблей p-ичных D-кодов. Дата заявки: 22.09.2017. Дата публикации: 25.10.2018. 10 с. URL: https://new.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=0002670773&TypeFile=html