[gosha 0]

Здравствуйте.

Прикрепленная моделька-  субъективное понимание как измерять дальность тональным методом по стандарту PSS-04-104.

Требования: Высокоточный измерительный прибор.

Суть задачи: генерировать последовательность из 6 тонов разной частоты.

Промодулировать несущую этими тонами. Методом ФМ с глубиной модуляции 1 радиан. Излучить антенной.

По отраженной от последовательности тонов, определить дальность до объекта.

Допустим, тоны 100КГц, 10КГц, 1КГц, 100Гц, 10Гц, 1Гц

Получаются КИХ ФНЧ 1ГЦ,  порядка 12500. Трудно реализуемые в ПЛИС.

Или неправильно понял суть метода измерения (прикрепленный набросок модели) ?

Децимировать?  Насколько ухудшит точность ? Как рассчитать ?

 

Quote

3.6.9.4 Расстояние неоднозначности

3.6.9.4.1 Целое отношение между Q-факторами

Если соотношение между двумя соседними факторами «Q» второстепенного тона является целым числом, расстояние односторонней неоднозначности составляет половину длины волны самого низкого виртуального второстепенного тона.

Пример 1: «ESA-like», режим со всеми реальными тонами в диапазоне 22-28 кГц:

Ранг тона (1=первый)	Q	P	виртуальная частота тона (KHz)	Реальная частота тона (KHz)
7	18	1	27 777,78	27 777,78
6	90	4	5 555,56	22 222,22
5	450	21	1 111,11	23 333,33
4	2 250	101	222,22	22 444,44
3	11 250	501	44,44 22	266,67
2	56 250	2 501	8,89 22	231,11
1	281 250	12 501	1,78 22	224,00

 

Расстояние односторонней неоднозначности составляет приблизительно:

300 000 /(1,78 *2) = 84.270 км

Пример 2: режим USB с основным тоном 500 кГц и очень низкой частотой второстепенного тона (0,625 Гц) для расширения расстояния неоднозначности:

Ранг тона (1=первый)	Q	P	виртуальная частота тона (KHz)	Реальная частота тона (KHz)
9	5	5	500 000	500 000
8	5	1	100 000	100 000
7	25	1	20 000	20 000
6	125	1	4 000	4 000
5	625	6	800	4 800
4	3 125	26	160	4 160
3	12 500	101	40	4 040
2	50 000	401	10	4 010
1	800 000	7 001	0,625	4 375,625

 

Расстояние односторонней неоднозначности составляет приблизительно:

300 000/(0,625* 2)= 240.000 км

 3.6.9.4.2 Не целое соотношение между Q-факторами

Стандарты «ESA-like», и USB позволяют выбирать не целочисленные отношения между «Q» факторами второстепенного тона. Преимущество этого решения состоит в том, что расстояние неоднозначности увеличивается намного выше длины волны самого низкого виртуального второстепенного тона. В этом случае расстояние односторонней неоднозначности может быть непосредственно получено из наименьшего общего кратного (LCM) всех «Q» факторов.

Пример: все реальные тона находятся в диапазоне 47-53 кГц:

Ранг тона (1=первый)	Q	P	виртуальная частота тона (KHz)	Реальная частота тона (KHz)
7 (примечание 1)	10	1	50 000,0	50 000,00
6	170	16	5 882,4	47 058,8
5	180	19	2 777,8	52 777,8
4	850	88	1 176,5	51 764,7
3	4 250	449	117,6	52 823,5
2	21 250	2 249	23,5	52 917,6
1	106 250	11 249	4, 7	52 936,5

 

наименьшего общего кратного (LCM) :

Qmin6 = 170 = 5x17x2

Qmin5 = 180 = 5x22x32

Qmin4 = 850 = 52x17x2

Qmin3 = 4250 = 2x53x17

Qmin2 = 21250 = 2x54x17

Qmin1 = 106250 = 2x55x17

LCM = 22x55x17x32 = 1,912,500, corresponding to a virtual tone of (500,000/1,912,500) = 0.2614 Hz

Расстояние односторонней неоднозначности составляет приблизительно =

300,000/ (0.2614 *2) = 573.750 km

 

 

 

PSS-04-104.docx cortex_range.docx range_tone.slx

[blackfin 16]

45 minutes ago, gosha said:

Получаются КИХ ФНЧ 1ГЦ,  порядка 12500. Трудно реализуемые в ПЛИС.

Проще, КМК, на каждый тон поставить по фильтру Герцеля, а уже выходы с этих фильтров подать на сумматор.
Получится согласованный фильтр на несколько тонов.

[ViKo 1]

Объясните принцип определения дальности.

[des00 25]

7 minutes ago, ViKo said:

Объясните принцип определения дальности.

не читая, ИМХО классический фазодальномерный. разность фаз на периоде на скорость света. чем ниже частота тем больше дальность, но хуже точность и разрешающая способность и наоборот. Поэтому и берут гребенку что бы получить высокую точность при большой дальности. Частоты низкие, фиксированы, нестабильностей относительно излучения нет, считай не хочу)

[gosha 0]

1 hour ago, ViKo said:

Объясните принцип определения дальности.

По принципу измерения дальности тоже вопрос: правильно ли понял ?

Как я понял, излучается последовательность тонов. Тоны передаются последовательно.

По каждому вычисляется разность фаз.

Как-то сопоставляем чтобы, измеренная разность фаз каждого i-го тона + K*(целое количество длин волн i тона) == измеренная разность фаз каждого (i+1)-го тона + L*(целое количество длин волн (i+1)тона) + == измеренная разность фаз каждого (i+2)-го тона + M*(целое количество длин волн (i+2)тона)...

Т.е. при определенном сочетании коэффициентов  K,L,M... дальности по каждому тону будут одинаковые (+/- точность).

Т.е. сначала измерить разность фаз передаваемого и отраженного тона: перемножаем каждый тон.

 

Прикрепленный файл- модель разности фаз для каждого тона. Задержка (что в модели) имитирует задержку распространения сигнала туда- обратно.

 

 

Получаются, нужны ФНЧ КИХ на 8 ГЦ с частотой выборки по входу на в 5 раз больше 100 КГц ? Во сколько раз частота выборки должна превышать максимальную частоту  тона ?

 

Может как-то проще измерять можно (по отношению к прикрепленной модельке) ?

 

 

 

Quote

3.6.8.2 Частоты тонов

3.6.8.2.1 Виртуальные тоны

Частотный план, рекомендованный стандартом ESA, состоит из семи синусоидальных тонов:

Основной тон 100 кГц

Второстепенные тона                20,000 кГц

4.000 кГц

800 Гц

160 Гц

32 Гц

8 Гц

Второстепенные тона получаются из основного тона путем деления. Коэффициент деления представляет собой целое число (5), за исключением двух последних второстепенных тонов, для которых коэффициент равен 4. Расстояние односторонней неоднозначности составляет 18.750км.

Рисунок 51: Последовательность измерения дальности (стандарт ESA)

1.       При получении запроса измерения дальности от клиента измерения дальности, RAU вычисляет таблицы частот тонов (однократно, после задания настроек RAU). Затем, если вычисление прошло успешно, RAU начинает передачу основного тона. Cсостояние «Measurement Progress» в таблице мониторинга RAU начинает увеличиваться.

2.       Через T_a секунды, передача первого второстепенного тона вместе с основным тоном (в течении заданного времени (T-секунд)).

3.       Измерение средней фазы для первого второстепенного тона. Параметр «Integration Time» (IT) задается в диапазоне от 250ms до 500s с шагом 250ms.

1.       Шаги 2 и 3 повторяются для второстепенных тонов 2, 3, 4 и 5.

4.       Передача шестого второстепенного тона вместе с основного.

5.       Измерение средней фазы шестого второстепенного тона. Затем основной тон передается только в течение Ts секунд.

6.       Первая фаза измерения основного тона и разрешение неоднозначности. Для дополнительной привязки времени, RAU одновременно получает текущее время от устройства времени для привязки измерений дальности по времени.

7.       Состояние «Measurement Progress» равен 100. Измерения фазы и «расстояния» возвращаются клиенту ответным сообщением транзакции.

 

Измерения фазы основного тона выполняются с фиксированным шагом по времени (одно измерение за 250 мс). Эти измерения корректируются, как описано в § 3.6.3.4. Для каждого измерения на основном  тоне рассчитывается «расстояние» в наносекундах. При расчете учитывается  (решение неоднозначности) фазовый дрейф из-за движения КА во время передачи основного тона.

Общая продолжительность последовательности измерения дальности зависит от четырех факторов:

частота выборки,

время интегрирования второстепенного тона,

количество измерений на основном тоне,

tone set time (определяется полой пропускания системы ФАПЧ и максимальном расстоянии до КА)

Зададим следующие параметры: 1 (no measurement under-sampling), 250 мс (integration time), 10 измерений основного тона и время установки тона по умолчанию (см. Сценарий 1, раздел 3.6.4.7.1) с полосой пропускания RAU в диапазон от 1 до 8 Гц, длительность последовательности (без учета времени вычисления таблиц определения тонов). Получим:

Передача только основного тона: 2 с

Второстепенный тон 1 (время установки + интегрирование): 0,75 с

Второстепенные тона 2, 3, 4, 5 и 6 (0,75 x 5): 3,75 с

Передача только основного тона: 2 с

10 измерений на мажорном тоне (0,25 х 9): 2,25 с

Общая длительность последовательности: 10,750 секунд.

 

Если коэффициент дискретизации установлен на 2 (1 из 2 измерений передается клиенту), длительность последовательности увеличивается соответственно:

Передача только основного тона: 2 с

Второстепенный тон 1 (время установки + корреляция): 0,75 с

Второстепенные тона 2, 3, 4, 5 и 6 (0,75 x 5): 3,75 с

Передача только основного тона: 2 с

10 измерений на мажорном тоне (0,25 х 18): 4,5 с

Общая продолжительность последовательности: 13 секунд

 

 

tone.slx

[_4afc_ 24]

4 hours ago, gosha said:

Получаются КИХ ФНЧ 1ГЦ,  порядка 12500. Трудно реализуемые в ПЛИС

Делаем ФНЧ на 4000, децимируем, делаем ещё один ФНЧ

[gosha 0]

17 hours ago, _4afc_ said:

Делаем ФНЧ на 4000, децимируем, делаем ещё один ФНЧ

Спасибо !

А насколько частота сигнала должна превышать частоту выборки КИХ ?

Иначе, на выходе КИХ получаются извилины.

Что говорит теория ?

[blackfin 16]

1 hour ago, gosha said:

Что говорит теория ?

Теория говорит, что после децимации точность измерения расстояния упадет в разы.. :)

[gosha 0]

1 hour ago, blackfin said:

Теория говорит, что после децимации точность измерения расстояния упадет в разы.. :)

Почему упадет ? Где почитать ?

Значит, децимация - не мой вариант ??

На выходе КИХ должна быть постоянка, когда объект не приближается, не удаляется.

 

Quote

требования:

измерение радиальной скорости с погрешностью (Зб) не более 2 мм/с

измерение наклонной дальности с погрешностью (Зб) не более 5 м;

 

[quato_a 3]

23 minutes ago, gosha said:

Почему упадет ? Где почитать ?

Значит, децимация - не мой вариант ??

 

 

Здравый смысл подсказывает. Вы же прореживаете, удаляете часть сэмплов информации из сигнала, то и теряется часть информации.

 

Если поможет, то как-то раз краем уха слышал как делают дальномеры, правда, лазерные компания Полис. Там на разности фазы все построено и передаются последовательно разные частоты для приближения и устранения неоднозначности оценки дальности и скорости. Аналоговый front-end сложный, а цифровая часть основана на микроконтроллере + цап и ацп.

[gosha 0]

Спасибо !

Что-то не получается:  Добавляю задержку: (в блок "задержка") 100мкс. - На дисплее (в результате вычислений) не получается 100 мкс. Где ошибка ?

И виртуальными тонами насколько не правильная моделька ? Как измерять виртуальными тонами ?

Quote

3.6.8.2 Частоты тонов

3.6.8.2.1 Виртуальные тоны

Частотный план, рекомендованный стандартом ESA, состоит из семи синусоидальных тонов:

Основной тон 100 кГц

Второстепенные тона                20,000 кГц

4.000 кГц

800 Гц

160 Гц

32 Гц

8 Гц

Второстепенные тона получаются из основного тона путем деления. Коэффициент деления представляет собой целое число (5), за исключением двух последних второстепенных тонов, для которых коэффициент равен 4. Расстояние односторонней неоднозначности составляет 18.750км.

3.6.8.2.2 Реальные тона

Из-за соображений занятости спектра uplink и downlink линий связи? второстепенные тона передаются по следующей эквивалентной схеме (хотя измерение дальности будет основано на виртуальных тонах):

Основной тон 100 кГц

Второстепенные тона                20,000 кГц

16,000 кГц

16,800 кГц

16,160 кГц

16,032 кГц

16,008 кГц

Порядок тонов в списке соответствует порядку передачи тонов: этот порядок фиксирован. Все тона фазово-когерентные.

Коэффициенты P и Q и ранг передачи тонального сигнала для стандарта ESA:

Ранг тона (1=первый)	Q(2)	P(2)	виртуальная частота тона (KHz)	Реальная частота тона (KHz)
7 (note 1)	5	1	100.000	100.000
6	25	1	20.000	20.000
5	125	4	4.000	16.000
4	625	21	0.800	16.800
3	3125	101	0.160	16.160
2	15625	501	0.032	16.032
1	62 500	2001	0.008	16.008

Table 15 : ESA Tone Standard. Tone Definition

Примечание 1: основной тон передается первым, но измерения фазы на этом тоне выполняются только после передачи второстепенных тонов.

Примечание 2: Коэффициенты P и Q для стандарта ESA являются «фиксированными» (не изменными).

 

 

 

 

 

 

tone_100KHz.slx tone_16KHz8.slx

[gosha 0]

Фазомер измерения дальности.

Вроде, совпали величина задержки и вычисленное значение. Для измерения виртуальными тонами.

Моделька- субъективное понимание: как измерить виртуальным тоном 800 Гц при реальном 16800 Гц

Насколько правильное понимание ?

tone_16KHz8.slx