RU2038611C1 - Low-altitude noise-immune target-elevation indicator - Google Patents

Abstract

FIELD: radar. SUBSTANCE: noise-immune target-elevation indicator has transmitter 1, transmit-receive switch 2, transceiving antenna 3, receiving antenna 4, channels 5 and 6 of first receiver, channels 7 and 8 of second receiver, adders 9 and 10, amplitude detectors 11-16, subtracters 17-20, and target-elevation computing device 21. EFFECT: improved design. 3 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокации, в частности к основам построения и конструкции наземных импульсных радиолокационных измерителей угла места цели, и может быть использовано в маловысотных измерителях для защиты от ответных импульсных радиопомех. The invention relates to radar, in particular, to the fundamentals of building and designing ground-based pulsed radar meters for elevation of the target, and can be used in low-altitude meters to protect against response pulsed radio interference.

Известен способ определения направления прихода электромагнитных колебаний на основе разности фаз между двумя пространственно разнесенными антеннами и устройство для этого (заявка ФРГ N 1923351, кл. G 01 S 3/48, 1972). В случае измерения угла места целей это устройство состоит из двух pазнесенных по высоте антенн. Измеряют сдвиг фаз эхо-сигналов, принимаемых этими антеннами, и по нему определяют угол места (или высоту) цели. A known method of determining the direction of arrival of electromagnetic waves based on the phase difference between two spatially separated antennas and a device for this (application of Germany N 1923351, CL G 01 S 3/48, 1972). In the case of measuring the elevation angle of targets, this device consists of two antennas spaced apart in height. The phase shift of the echoes received by these antennas is measured, and the elevation angle (or height) of the target is determined from it.

Однако такое устройство не защищено от ответных импульсных помех, которые сильно затрудняют обнаружение цели и зачастую срывают работу устройства. However, such a device is not protected from response pulse interference, which greatly impede the detection of targets and often disrupt the operation of the device.

Кроме того, это устройство почти не может измерять высоту маловысотных целей из-за вредного влияния отраженных от земли радиоволн. In addition, this device can hardly measure the height of low-altitude targets due to the harmful effects of radio waves reflected from the ground.

Известен также адаптивный компенсатор активных помех для радиолокационного приемника, принимающего эхо-сигналы цели совместно с сигналами активных помех [1] Прием сигналов осуществляется двумя антеннами, имеющими взаимно ортогональную линейную поляризацию. Эти антенны связаны с двумя приемными каналами, в каждом из которых имеется компенсатор с обратной связью, подавляющий помеху и выделяющий эхо-сигнал цели. Для обнаружения цели выбирается канал, в котором интенсивность сигнала выше. Also known is an adaptive active interference compensator for a radar receiver receiving echo signals of a target together with active interference signals [1]. Signals are received by two antennas having mutually orthogonal linear polarization. These antennas are connected to two receiving channels, each of which has a compensator with feedback, which suppresses interference and emits an echo signal of the target. To detect the target, a channel is selected in which the signal intensity is higher.

Однако это устройство не может подавлять ответные импульсные помехи и другие прицельные помехи, длительность которых равна или меньше длительности импульса зондирующего сигнала передатчика. Это объясняется тем, что для автоматической настройки в режим подавления помехи в процессе работы адаптивный компенсатор затрачивает время, превышающее длительность импульса эхо-сигнала цели. В результате эхо-сигнал цели не будет подавлен компенсатором, а продолжительная помеха эффективно подавляется. Активные помехи в виде импульсов короткой длительности и ответные импульсные помехи такой компенсатор подавить не успевает так же, как и эхо-сигналы цели. However, this device cannot suppress response impulse noise and other impact interference, the duration of which is equal to or less than the pulse duration of the probe signal of the transmitter. This is explained by the fact that for automatic tuning to the mode of suppressing interference during operation, the adaptive compensator spends a time exceeding the duration of the pulse of the target echo signal. As a result, the echo of the target will not be suppressed by the compensator, and continuous interference is effectively suppressed. Active interference in the form of pulses of short duration and response impulse noise such a compensator does not have time to suppress in the same way as the echo signals of the target.

Наиболее близкой к изобретению является радиолокационная система сопровождения целей, находящихся на малых углах места, которая принимает эхо-сигналы маловысотных целей двумя направленными антенными диаграммами специальной формы [2] При приеме определяется отношение сигналов, принятых указанной парой диаграмм направленности. Это отношение характеризует угол места цели. Для определения угла места цели в прототипе не требуется сканировать диаграммы направленности антенн в вертикальной плоскости. Closest to the invention is a radar tracking system for targets located at small elevation angles, which receives the echo signals of low-altitude targets with two directional antenna patterns of a special shape [2] When receiving, the ratio of signals received by the specified pair of radiation patterns is determined. This ratio characterizes the elevation angle of the target. To determine the elevation angle of the target in the prototype is not required to scan the antenna patterns in the vertical plane.

В состав устройства-прототипа входят приемная антенная система в виде решетки из разнесенных по высоте излучающих элементов и диаграммообразующая схема, формирующая две диаграммы направленности специальной формы, связанные с двумя приемными каналами, на выходе которых установлены два умножителя, делитель напряжений и электрическая цепь с коэффициентом передачи, равным квадратному корню из входного напряжения. В состав прототипа входят также передатчик с передающей антенной, излучающей зондирующие сигналы в секторе малых углов места. The prototype device includes a receiving antenna system in the form of a lattice of radiating elements spaced apart in height and a beam-forming circuit that forms two radiation patterns of a special shape associated with two receiving channels, at the output of which there are two multipliers, a voltage divider and an electric circuit with a transmission coefficient equal to the square root of the input voltage. The prototype also includes a transmitter with a transmitting antenna emitting sounding signals in the sector of small elevation angles.

Приемная антенная система прототипа с диаграммообразующей схемой формирует две диаграммы направленности специальной формы таким образом, что отношение этих диаграмм четно-симметрично относительно горизонтальной оси антенны, в частности прямо пропорционально квадрату угла места. Это позволяет измерять угол места маловысотной цели без сканирования диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости путем определения отношения сигналов, принятых указанной парой диаграмм направленности. При этом напряжение на выходе устройства-прототипа прямо пропорционально углу места маловысотной цели. The receiving antenna system of the prototype with a beam-forming diagram forms two radiation patterns of a special shape in such a way that the ratio of these diagrams is evenly symmetrical with respect to the horizontal axis of the antenna, in particular, directly proportional to the square of the elevation angle. This allows you to measure the elevation angle of a low-altitude target without scanning the antenna radiation pattern in the vertical plane by determining the ratio of signals received by the specified pair of radiation patterns. In this case, the voltage at the output of the prototype device is directly proportional to the elevation angle of the low-altitude target.

Однако данное устройство не защищено от ответных импульсных помех, которые затрудняют обнаружение цели и приводят к срыву работы устройства. However, this device is not protected from response pulse interference, which makes it difficult to detect the target and lead to disruption of the device.

Задачей изобретения является защита от ответных импульсных помех, приходящих по верхней части главного лепестка и верхним боковым лепесткам диаграммы направленности антенны. The objective of the invention is to protect against response impulse noise coming from the upper part of the main lobe and the upper side lobes of the antenna pattern.

Для этого в помехозащищенном маловысотном измерителе угла места цели, содержащем импульсный передатчик, двухканальный приемник и антенную систему, для приема эхо-сигналов использованы два двухканальных одинаковых приемника и две антенны одинаковой конструкции, но разной высоты, выполненные в виде синфазных эквидистантных антенных решеток из разнесенных по высоте одинаковых горизонтально направленных симметричных излучающих элементов, имеющих косинусоидальные амплитудные распределения по высотам апертур решеток, а вертикальные размеры этих апертур равны соответствующим разным максимальным высотам антенн над землей, верхние половины антенных решеток связаны с верхними каналами соответствующих приемников у первой приемопередающей антенны через антенный коммутатор, а у второй приемной антенны непосредственно, нижние половины этих антенных решеток аналогично связаны с нижними каналами приемников, в тракте каждого приемника установлены сумматоры, суммирующие напряжения с выходов каналов приемников на промежуточной частоте, амплитудные детекторы, детектирующие сигналы с выходов приемных каналов и сумматоров, и устройства вычитания, вычитающие модули разности видеосигналов нижних и верхних приемных каналов из видеосигналов суммарных каналов, выходы этих устройств вычитания связаны со спецвычислителем, который определяет угол места θ маловысотной цепи путем решения на интервале угломестного рабочего сектора измерителя следующего трансцендентного уравнения:

·

×
×

, (1) где U_c1, U_c2 напряжения видеосигналов, поступающих на вход спецвычислителя с устройств вычитания первого и второго приемников;
N₁, N₂ количество излучающих элементов первой и второй антенных решеток;
V

sinθ, (2) где λ- длина волны;
L расстояние между соседними элементами антенной решетки.For this purpose, in a noise-resistant low-altitude target elevation meter containing a pulse transmitter, a two-channel receiver and an antenna system, two two-channel identical receivers and two antennas of the same design but of different heights made in common phase equidistant antenna arrays from spaced apart the height of identical horizontally directed symmetric radiating elements having cosine amplitude distributions along the heights of the apertures of the gratings, and vertical the sizes of these apertures are equal to the corresponding different maximum heights of the antennas above the ground, the upper halves of the antenna arrays are connected to the upper channels of the respective receivers at the first transceiver antenna through the antenna switch, and at the second receiving antenna directly, the lower halves of these antenna arrays are similarly connected to the lower channels of the receivers, the path of each receiver is equipped with adders that summarize the voltages from the outputs of the channels of the receivers at an intermediate frequency, amplitude detectors, detecting signals from the outputs of the receiving channels and adders, and subtracting devices, subtracting the difference modules of the video signals of the lower and upper receiving channels from the video signals of the total channels, the outputs of these subtracting devices are connected to a special calculator that determines the elevation angle θ of the low-altitude circuit by solving the next transcendental equation:

·

×
×

, (1) where U _c1 , U _{c2 are the} voltage of the video signals supplied to the input of the special computer from the subtraction devices of the first and second receivers;
N ₁ , N _{2 the} number of radiating elements of the first and second antenna arrays;
V

sinθ, (2) where λ is the wavelength;
L is the distance between adjacent elements of the antenna array.

При этом из состава устройства-прототипа исключены диаграммообразующая схема приемной антенной системы, делитель и умножители выходных напряжений приемных каналов, а также электрическая цепь с коэффициентом передачи, равным квадратному корню из входного напряжения. In this case, the diagram-forming circuit of the receiving antenna system, the divider and the multipliers of the output voltages of the receiving channels, as well as the electric circuit with the transfer coefficient equal to the square root of the input voltage, are excluded from the structure of the prototype device.

На фиг. 1 представлена упрощенная структурная схема предлагаемого помехозащищенного маловысотного измерителя угла места цели; на фиг. 2 диаграммы направленности верхней и нижней половины антенной решетки первого приемника в вертикальной плоскости с учетом влияния земли; на фиг. 3 зависимость отношения напряжений видеосигналов от угла места цели. In FIG. 1 shows a simplified block diagram of the proposed interference-free low-altitude measuring instrument of the elevation angle of the target; in FIG. 2 radiation patterns of the upper and lower half of the antenna array of the first receiver in a vertical plane, taking into account the influence of the earth; in FIG. 3 the dependence of the ratio of the voltage of the video signals on the elevation angle of the target.

Помехозащищенный маловысотный измеритель состоит из импульсного передатчика 1, связанного через антенный переключатель 2 с верхней и нижней половинами первой приемопередающей антенной решетки 3, состоящей из N₁ разнесенных по высоте излучающих элементов, второй приемной антенной решетки 4 аналогичной конструкции, состоящей из N₂ разнесенных по высоте излучающих элементов, и двух двухканальных приемников. Нижняя половина приемопередающей антенной решетки 3 связана через антенный переключатель 2 с нижним каналом 5 первого приемника, а верхняя половина с верхним каналом 6 первого приемника. Нижняя и верхняя половины приемной антенной решетки 4 непосредственно связаны с нижним 7 и верхним 8 каналами второго приемника соответственно. Выходные напряжения нижнего и верхнего каналов на промежуточной частоте в первом и втором приемниках соответственно суммируются сумматорами 9 и 10. Выходные напряжения этих сумматоров

,

и выходные напряжения нижнего и верхнего каналов первого

,

и второго

, Uв₂ приемника детектируются амплитудными детекторами 11-13 и14-16 соответственно. Видеосигналы с выходов амплитудных детекторов первого U_mΣ1, U

, U

и второго U_mΣ2, U

, U

приемников поступают на последовательно включенные устройства вычитания 17, 18 и 19, 20, которые вычитают модули разности видеосигналов нижнего и верхнего каналов первого и второго приемниковU

-U

|U

- U

| из соответствующих видеосигналов суммарных каналов U_mΣ1, U_mΣ2. Очищенные от помех напряжения видеосигналов U_c1 U_mΣ1U

-U

| U_c2U_mΣ2-|U

U

с выходов устройств 18 и 20 вычитания поступают на устройство 21, которое определяет по этим напряжениям угол места цели θ. Очищенный от помех видеосигнал U_c1 с выхода устройства 18 вычитания поступает также в тракт измерения дальности цели D.The low-noise immunity meter consists of a pulse transmitter 1 connected through an antenna switch 2 with the upper and lower halves of the first transceiver antenna array 3, consisting of N ₁ radiating elements spaced apart in height, and a second receiving antenna array 4 of a similar design consisting of N ₂ spaced apart in height radiating elements, and two two-channel receivers. The lower half of the transceiver antenna array 3 is connected through the antenna switch 2 to the lower channel 5 of the first receiver, and the upper half to the upper channel 6 of the first receiver. The lower and upper halves of the receiving antenna array 4 are directly connected to the lower 7 and upper 8 channels of the second receiver, respectively. The output voltages of the lower and upper channels at an intermediate frequency in the first and second receivers are respectively summed by adders 9 and 10. The output voltages of these adders

,

and output voltages of the lower and upper channels of the first

,

and second

, Uv ₂ receivers are detected by amplitude detectors 11-13 and 14-16, respectively. Video signals from the outputs of the amplitude detectors of the first U _mΣ1 , U

, U

and the second U _mΣ2 , U

, U

receivers arrive at sequentially connected subtraction devices 17, 18 and 19, 20, which subtract the difference modules of the video signals of the lower and upper channels of the first and second receivers U

-U

| U

- U

| from the corresponding video signals of the total channels U _mΣ1 , U _mΣ2 . Video signals voltage U _c1 U _mΣ1 U

-U

| U _c2 U _mΣ2 - | U

U

from the outputs of the devices 18 and 20, the subtractions go to the device 21, which determines the target elevation angle θ from these voltages. Purified from interference, the video signal U _c1 from the output of the subtraction device 18 also enters the path for measuring the range of the target D.

Предложенное устройство обладает следующими свойствами: напряжения принимаемых сигналов U_c1, U_c2 на выходах устройств 18 и 20 вычитания отличны от нуля, когда источник радиоизлучения (постановщик помех или переотражающая зондирующие сигналы цель) находится в угломестном секторе 0 < θ < arcsin

( λ- длина волны, N количество элементов антенной решетки, L расстояние между соседними элементами), и напряжения на выходах равно нулю, при углах места ис- точника θ ≥ arcsin

несмотря на то, что антенны принимают помехи от этого источника по верхней части главного луча или по верхним боковым лепесткам диаграмм направленности.The proposed device has the following properties: the voltage of the received signals U _c1 , U _c2 at the outputs of the subtracting devices 18 and 20 are nonzero when the radio source (jammer or target reflecting the probe signals) is in the elevation sector 0 <θ <arcsin

(λ is the wavelength, N is the number of elements of the antenna array, L is the distance between adjacent elements), and the voltage at the outputs is zero, for source angles θ ≥ arcsin

despite the fact that antennas receive interference from this source along the top of the main beam or along the upper side lobes of the radiation patterns.

Для доказательства этого свойства ниже приводятся необходимые математические формулы. To prove this property, the necessary mathematical formulas are given below.

Положим, что антенны направлены по азимуту на источник радиоизлучения. Тогда комплексная амплитуда напряжения на выходе какого-либо приемного канала (до детектора) определяется известным выражением

AF_a(θ)Φ(θ), (3) где A K_уλ

e^jφ; (4)
λ- длина волны;
К_y коэффициент усиления приемного канала;
R_вх входное сопротивление приемника;
G_m максимальный коэффициент усиления всей антенны;
S плотность мощности прямой радиоволны от источника вблизи антенны;
φ- фаза радиоволны, приходящей от источника в точку расположения антенны на поверхности земли;
θ- угол места источника радиоизлучения;
F_a(θ) нормированная диаграмма направленности приемной антенны (нижней или верхней половины одной или другой решетки) в вертикальной плоскости в свободном пространстве;
Φ(θ) интерференционный множитель, учитывающий влияние земли на поле радиоволн.Suppose that the antennas are directed in azimuth to a source of radio emission. Then the complex amplitude of the voltage at the output of any receiving channel (to the detector) is determined by the well-known expression

AF _a (θ) Φ (θ), (3) where AK _at λ

e ^jφ ; (4)
λ is the wavelength;
To _y, the gain of the receiving channel;
R _{in the} input impedance of the receiver;
G _m maximum gain of the entire antenna;
S power density of the direct radio wave from a source near the antenna;
φ is the phase of the radio wave coming from the source to the location of the antenna on the surface of the earth;
θ is the elevation angle of the source of radio emission;
F _a (θ) is the normalized radiation pattern of the receiving antenna (lower or upper half of one or the other array) in a vertical plane in free space;
Φ (θ) is an interference factor that takes into account the effect of the earth on the field of radio waves.

Применительно к антеннам предложенной конструкции формулу можно представить в следующем виде

A

sin

e^j(2n-1)V+

e

, (5) где

комплексная амплитуда напряжения на выходе соответствующего канала;
А определено формулой (4);
F_э(θ) нормированная диаграмма направленности в вертикальной плоскости в свободном пространстве излучающего элемента антенных решеток;
N количество излучающих элементов всей антенной решетки (N N₁ для антенной решетки 3 и N N₂ для антенной решетки 4, N₁ > N₂, N₁ и N₂ четные);
n текущий номер излучающего элемента решетки (нумерация снизу вверх);
V определено формулой (2);
n₁ 1, n₂ N/2- для нижних половин антенных решеток и n₁ N/2+ 1, n₂ N для верхних половин этих решеток;

комплексный коэффициент отражения радиоволн от земной поверхности при вертикальной или горизонтальной поляризации радиоволн.In relation to the antennas of the proposed design, the formula can be represented as follows

A

sin

e ^{j (2n-1) V} +

e

, (5) where

complex voltage amplitude at the output of the corresponding channel;
A is defined by formula (4);
F _e (θ) normalized radiation pattern in a vertical plane in the free space of the radiating element of the antenna arrays;
N is the number of radiating elements of the entire antenna array (NN ₁ for antenna array 3 and NN ₂ for antenna array 4, N ₁ > N ₂ , N ₁ and N _{2 are} even);
n current number of the radiating element of the grating (numbering from bottom to top);
V is defined by formula (2);
n ₁ 1, n ₂ N / 2- for the lower halves of the antenna arrays and n ₁ N / 2 + 1, n ₂ N for the upper halves of these arrays;

complex coefficient of reflection of radio waves from the earth's surface with vertical or horizontal polarization of radio waves.

При этом учитывалось, что все излучающие элементы антенных решеток одинаковы, направлены горизонтально, имеют симметричные диаграммы направленности в вертикальной плоскости, расположены на одинаковых расстояниях L друг от друга, запитываются синфазно, а амплитудные распределения на апертурах решеток косинусоидальные. It was taken into account that all the radiating elements of the antenna arrays are the same, directed horizontally, have symmetrical radiation patterns in the vertical plane, are located at equal distances L from each other, are fed in-phase, and the amplitude distributions on the apertures of the arrays are cosine.

Известно, что при малых углах скольжения комплексный коэффициент отражения радиоволн от земли

-1 при любой поляризации радиоволн, при горизонтальной поляризации и высокой проводимости подстилающей поверхности почти при всех углах скольжения. Учитывая это и используя известные математические формулы для сумм тригонометрических функций, формулу Эйлера и другие формулы тригонометрии, можно представить формулу (5) в следующем виде

= jAf_н(θ) (6) для комплексных амплитуд напряжений на выходах нижних каналов приемников и

= jAf_в(θ) (7) для верхних каналов приемника, где f_н (θ), f_в (θ) диаграммы направленности в вертикальной плоскости нижних и верхних половин антенных решеток с учетом влияния земли, равные
f_н(θ) 2F_э(θ)sin

; (8)
f_в(θ) f_н(θ)

2tg

sinNVctgV-1

. (9)
Полагается, что коэффициенты усиления К_y всех приемных каналов одинаковы.It is known that at small slip angles the complex reflection coefficient of radio waves from the ground

-1 for any polarization of radio waves, with horizontal polarization and high conductivity of the underlying surface at almost all slip angles. Given this and using the well-known mathematical formulas for the sums of trigonometric functions, the Euler formula and other trigonometry formulas, we can represent formula (5) in the following form

= jAf _n (θ) (6) for the complex amplitudes of the voltages at the outputs of the lower channels of the receivers and

= jAf _in (θ) (7) for the upper channels of the receiver, where f _n (θ), f _in (θ) of the radiation pattern in the vertical plane of the lower and upper halves of the antenna arrays, taking into account the influence of the earth, equal
f _n (θ) 2F _e (θ) sin

; (8)
f _in (θ) f _n (θ)

2tg

sinNVctgV-1

. (nine)
It is believed that the gain factors K _{y of} all receive channels are the same.

Из формул (6-9) видно, что напряжения

,

на выходах нижнего и верхнего приемных каналов в зависимости от угла места θ источника радиоизлучения как в первом, так и во втором приемниках будут либо в фазе, либо в противофазе и не могут иметь какого-либо иного сдвига фаз между ними, т.е. могут отличаться знаком. Знаки этих напряжений определяются знаком соответствующих лепестков диаграмм направленности f_н(θ), f_в(θ) нижних и верхних половин антенных решеток с учетом влияния земли.From formulas (6-9) it can be seen that the voltage

,

depending on the elevation angle θ at the outputs of the lower and upper receiving channels, both in the first and second receivers will be either in phase or out of phase and cannot have any other phase shift between them, i.e. may differ in sign. The signs of these voltages are determined by the sign of the corresponding lobes of the radiation patterns f _n (θ), f _in (θ) of the lower and upper halves of the antenna arrays, taking into account the influence of the earth.

Расчеты по формулам (6) и (7) показали, что напряжения

,

(или диаграммы f_н, f_в) имеют одинаковые знаки только в сравнительно узком угломестном секторе 0 < θ < arcsin

(т.е. в пределах нижнего интерференционного лепестка для верхней половины соответствующей антенной решетки) и имеют разные знаки при θ > arcsin

Это можно видеть на фиг. 2, где представлены диаграммы направленности f_н1 (θ) и f_в1(θ) нижней и верхней (штриховая кривая) половины антенной решетки 3 первого приемника в вертикальной плоскости с учетом влияния земли. Эти графики рассчитаны для частной реализации предложенной антенны (длина волны λ= 0,35 м, количество излучающих элементов N₁ 80, расстояние между соседними элементами L 0,2 м) при использовании ненаправленных в вертикальной плоскости излучающих элементов решетки, например горизонтальных вибраторов (F_э(θ)= 1). Из этих графиков видно, что знаки f_н1(θ) и f_в1(θ) совпадают только в узком рабочем угломестном секторе 0 < θ < arcsin

, а вне его нули диаграмм совпадают и знаки лепестков противоположны.Calculations by formulas (6) and (7) showed that stresses

,

(or diagrams f _n , f _c ) have identical signs only in a relatively narrow elevation sector 0 <θ <arcsin

(i.e., within the lower interference lobe for the upper half of the corresponding antenna array) and have different signs for θ> arcsin

This can be seen in FIG. 2, where the radiation patterns f _n1 (θ) and f _b1 (θ) of the lower and upper (dashed curve) halves of the antenna array 3 of the first receiver in a vertical plane are presented taking into account the influence of the earth. These graphs are designed for the private implementation of the proposed antenna (wavelength λ = 0.35 m, the number of radiating elements N ₁ 80, the distance between adjacent elements L 0.2 m) when using radiating lattice elements not directed in the vertical plane, for example, horizontal vibrators (F _e (θ) = 1). From these graphs it can be seen that the signs f _н1 (θ) and f _в1 (θ) coincide only in a narrow working elevation sector 0 <θ <arcsin

, and outside of it, the zeros of the diagrams coincide and the signs of the petals are opposite.

Напряжения видеосигналов U_c1, U_c2 на выходах устройств 18 и 20 вычитания определяются выражениями
U_c1= U

U

-U

+

-

-

(10)
U_c2= U

U

-U

+

-

-

(11)
Из этих формул видно, что напряжения U_c1 и U_c2 равны нулю, когда напряжения

и

(или соответственно

и

) имеют разные знаки, и отличны от нуля, когда знаки одинаковы.The voltage of the video signals U _c1 , U _c2 at the outputs of the subtraction devices 18 and 20 are determined by the expressions
U _c1 = U

U

-U

+

-

-

(10)
U _c2 = U

U

-U

+

-

-

(eleven)
It can be seen from these formulas that the voltages U _c1 and U _c2 are equal to zero when the stresses

and

(or respectively

and

) have different signs, and are different from zero when the signs are the same.

Таким образом, эхо-сигнал цели, находящейся в указанном угломестном рабочем секторе, пройдет на выход устройств 18 и 20 вычитания и поступит на устройство 21, а напряжение помехи от постановщика помех, находящегося вне рабочего сектора при углах места θ_п≥ arcsin

не пройдет на выходы устройств вычитания, будет полностью подавлено и поступать на устройство 21 не будет, несмотря на то, что антенны устройства принимают помеху по верхней части главного луча или верхним боковым лепестком.Thus, the echo signal of the target located in the specified elevated working sector will pass to the output of the subtracting devices 18 and 20 and will be sent to the device 21, and the interference voltage from the jammer located outside the working sector at elevation angles θ _p ≥ arcsin

will not pass to the outputs of the subtraction devices, it will be completely suppressed and will not be transmitted to the device 21, despite the fact that the antenna of the device receives interference on the upper part of the main beam or the upper side lobe.

Основное свойство предложенного устройства доказано. The main property of the proposed device is proven.

Напряжения видеосигналов U_c1 и U_c2, поступающие на устройство 21, очищены от помех и несут в себе информацию об угле места цели. Находя отношение этих напряжений из формул (6-11 и 4), получим уравнение (1) для определения угла места цели. При этом учтено, что коэффициенты усиления G_m антенных решеток 3 и 4 прямо пропорциональны количеству излучающих элементов решетки N₁ и N₂ соответственно.The voltage of the video signals U _c1 and U _c2 supplied to the device 21 are cleared of interference and carry information about the elevation angle of the target. Finding the ratio of these stresses from formulas (6-11 and 4), we obtain equation (1) to determine the elevation angle of the target. It has been taken into account that the gains G _{m of the} antenna arrays 3 and 4 are directly proportional to the number of radiating elements of the array N ₁ and N _2, respectively.

В угломестном рабочем секторе 0 < θ < arcsin

уравнение (1) имеет единственное решение. Это можно видеть из расчетного графика на фиг. 3, где представлена зависимость отношения напряжений U_c1/U_c2 от угла места цели θ, рассчитанная по формуле (1) для частной реализации предложенного устройства (длина волны λ= 0,35 м, количество элементов антенных решеток N₁ 80, N₂ 50, расстояние между элементами L 0,2 м). Если помехоноситель или высоко летящая цель находятся выше указанного угломестного рабочего сектора, то их сигналы не будут поступать на устройство 21, так как для них напряжение U_c1 0. В этом случае предложенное устройство полностью подавляет ответные импульсные помехи и выделяет на входы устройства 21 и в тракт измерения дальности только очищенные от помех сигналы маловысотных целей, т.е. обеспечивает эффективную борьбу с ответными импульсными помехами.In the elevated working sector 0 <θ <arcsin

equation (1) has a unique solution. This can be seen from the calculated graph in FIG. 3, which shows the dependence of the stress ratio U _c1 / U _c2 on the elevation angle of the target θ, calculated according to formula (1) for the particular implementation of the proposed device (wavelength λ = 0.35 m, the number of elements of antenna arrays N ₁ 80, N ₂ 50 , the distance between the elements of L 0.2 m). If the jammer or high-flying target is higher than the specified elevation working sector, then their signals will not be sent to device 21, since for them the voltage is U _c1 0. In this case, the proposed device completely suppresses the response impulse noise and allocates to the inputs of the device 21 and range measuring path only signals of low-altitude targets cleared of interference, i.e. provides an effective fight against impulse response interference.

Следует отметить, что указанное основное свойство предложенного устройства выполняется только при использовании антенн предложенной конструкции. Изменение этой конструкции, например увеличение высоты подъема антенн над землей по сравнению с вертикальным размером апертур, изменение амплитудного и фазового распределения на апертурах, нарушение идентичности, симметрии и направления излучающих элементов решеток, нарушение эквидистантности решеток и т. п. приводят к нарушению указанного свойства устройства. Поэтому указанные отличительные признаки (синфазность, косинусоидальное амплитудное распределение, эквидистантность, идентичность, горизонтальная направленность и симметрия излучающих элементов) являются существенными и принципиально необходимы для работы устройства. It should be noted that the specified main property of the proposed device is performed only when using antennas of the proposed design. A change in this design, for example, an increase in the antenna elevation height above the ground compared to the vertical size of the apertures, a change in the amplitude and phase distribution on the apertures, a violation of the identity, symmetry and direction of the radiating elements of the gratings, a violation of the equidistance of the gratings, etc., leads to a violation of this property of the device . Therefore, these distinguishing features (in phase, cosine amplitude distribution, equidistance, identity, horizontal directivity and symmetry of radiating elements) are essential and fundamentally necessary for the operation of the device.

Количества элементов N₁,N₂ антенных решеток 3 и 4 обязательно должны быть четными и разными, так как при N₁ N₂ уравнение (1) решения не имеет и измерение угла места целей становится невозможным.The number of elements N ₁ , N _{2 of} antenna arrays 3 and 4 must be even and different, since for N ₁ N ₂ equation (1) does not have a solution and measuring the elevation angle of the targets becomes impossible.

Перечисленные выше элементы структурной схемы предложенного устройства (фиг. 1) выполнены следующим образом. Сумматоры 9 и 10, амплитудные детекторы 11-16 и устройства 17-20 вычитания, выполнены по обычным известным схемам. При этом модули разностей видеосигналов нижних и верхних приемных каналов на выходах устройств 17 и 19 вычитания могут быть получены, например, с помощью известных мостовых диодных схем, широко используемых в двухполупериодных выпрямителях. Антенный переключатель 2 имеет обычную известную конструкцию и подключает обычный импульсный передатчик 1 одновременно к обеим половинам приемопередающей антенной решетки 3 при передаче, а при приеме верхнюю половину этой решетки подключает к верхнему каналу 6 первого приемника, а нижнюю к нижнему каналу 5 этого приемника. Приемные каналы 5-8 первого и второго приемников одинаковы, имеют одинаковые коэффициенты усиления и выполнены по обычным супергетеродинным схемам. Излучающие элементы антенных решеток 3 и 4 одинаковы и могут быть выполнены, например, в виде симметричных горизонтальных вибраторов или рупорных излучателей. Косинусоидальные амплитудные распределения на апертурах антенных решеток установлены с помощью элементов связи излучающих элементов с фидерными трактами. Устройство 21 может быть реализовано в аналоговой или в цифровой форме. В последнем случае в его состав должны входить аналого-цифровые преобразователи, преобразующие поступающие на устройство 21 напряжения в цифровую форму. Это устройство определяет угол места маловысотной цели путем решения трансцендентного уравнения (1) в интервале угломестного рабочего сектора измерителя в реальном масштабе времени. Для сокращения времени вычислений целесообразно заранее рассчитать зависимость (1) (фиг. 3) для конкретной реализации устройства и записать ее в виде таблицы в память устройства 21. Тогда в реальном масштабе времени последнее будет просто выбирать из этой таблицы значение угла места, соответствующее текущему отношению видеосигналов U_c1/U_c2, и уточнит этот угол путем интерполяции.The above elements of the structural diagram of the proposed device (Fig. 1) are made as follows. Adders 9 and 10, amplitude detectors 11-16 and subtraction devices 17-20, are made according to conventional known schemes. In this case, the modules of the differences of the video signals of the lower and upper receiving channels at the outputs of the subtraction devices 17 and 19 can be obtained, for example, using known bridge diode circuits widely used in half-wave rectifiers. The antenna switch 2 has the usual known design and connects a conventional pulse transmitter 1 simultaneously to both halves of the transceiver antenna array 3 during transmission, and when receiving, the upper half of this array connects to the upper channel 6 of the first receiver and the lower one to the lower channel 5 of this receiver. The receiving channels 5-8 of the first and second receivers are the same, have the same gain and are made according to the usual superheterodyne circuits. The radiating elements of the antenna arrays 3 and 4 are the same and can be made, for example, in the form of symmetrical horizontal vibrators or horn emitters. The cosine amplitude distributions on the apertures of the antenna arrays are established using communication elements of radiating elements with feeder paths. The device 21 may be implemented in analog or digital form. In the latter case, it should include analog-to-digital converters that convert the voltage supplied to the device 21 into digital form. This device determines the elevation angle of a low-altitude target by solving the transcendental equation (1) in the interval of the elevational working sector of the meter in real time. To reduce the calculation time, it is advisable to pre-calculate the dependence (1) (Fig. 3) for a specific implementation of the device and write it in the form of a table in the memory of the device 21. Then in real time the latter will simply select from this table the elevation value corresponding to the current ratio video signals U _c1 / U _c2 , and will refine this angle by interpolation.

Помехозащищенный маловысотный измеритель угла работает следующим образом. Interference-protected low-altitude angle meter works as follows.

Передатчик 1 формирует импульсный зондирующий сигнал, антенный переключатель 2 подключает его к всей антенной решетке 3, которая излучает этот сигнал в секторе малых углов места. Эхо-сигналы маловысотной цели в угломестном рабочем секторе 0 < θ < arcsin

принимаются верхними и нижними половинами антенных решеток 3 и 4 и поступают соответственно в верхние и нижние каналы первого и второго приемников. Аналогично принимаются ответные импульсные помехи, приходящие с углов места θ_п>arcsin

. Напряжения

,

,

и

c выходов приемных каналов на промежуточной частоте суммируются сумматорами 9 и 10, детектируются амплитудными детекторами 11-16 и поступают на устройства 17-20 вычитания, которые вычитают модули разностей видеосигналов нижних и верхних приемных каналов из видеосигналов суммарных каналов. При этом помехи на выходах устройств 18 и 20 вычитания подавляются. Напряжения видеосигналов U_c1, U₂ с выходов этих устройств вычитания поступают на устройство 21, которое определяет по этим напряжениям угол места маловысотной цели θ в реальном масштабе времени.The transmitter 1 generates a pulse sounding signal, the antenna switch 2 connects it to the entire antenna array 3, which emits this signal in the sector of small elevation angles. Echoes of a low-altitude target in an elevated working sector 0 <θ <arcsin

are received by the upper and lower halves of the antenna arrays 3 and 4 and enter the upper and lower channels of the first and second receivers, respectively. Similarly, response impulse noise coming from elevation angles θ _p > arcsin

. Stress

,

,

and

from the outputs of the receiving channels at the intermediate frequency are summed by adders 9 and 10, detected by the amplitude detectors 11-16 and fed to the subtraction device 17-20, which subtract the modules of the differences of the video signals of the lower and upper receiving channels from the video signals of the total channels. In this case, interference at the outputs of the subtraction devices 18 and 20 is suppressed. The voltage of the video signals U _c1 , U ₂ from the outputs of these subtracting devices is supplied to the device 21, which determines the elevation angle of the low-altitude target θ from these voltages in real time.

Расчеты показали, что предложенное устройство можно также использовать для борьбы с протяженными прицельными помехами, приходящими с больших углов места и принимаемыми одновременно с эхо-сигналами маловысотных целей. В этом случае помехи также будут подавляться. РЛС сможет обнаруживать маловысотные цели, измерять их дальность, то интенсивные протяженные прицельные помехи существенно снижают точность измерения угла места и высоты целей. При борьбе с ответными импульсными помехами импульсы помех зачастую имеют иное время запаздывания, чем импульсы эхо-сигналов маловысотных целей. При этом такие помехи почти полностью подавляются и не снижают точность измерения высоты маловысотных целей. Поэтому предложенное устройство особенно эффективно при борьбе с ответными импульсными помехами. Calculations showed that the proposed device can also be used to combat extended impact interference coming from large elevation angles and received simultaneously with echo signals of low-altitude targets. In this case, interference will also be suppressed. The radar will be able to detect low-altitude targets, measure their range, then intense extended impact interference significantly reduces the accuracy of measuring the elevation angle and altitude of the targets. In the fight against response pulsed interference, the interference pulses often have a different delay time than the echo signals of low-altitude targets. Moreover, such interference is almost completely suppressed and does not reduce the accuracy of measuring the height of low-altitude targets. Therefore, the proposed device is especially effective in the fight against response pulse interference.

Таким образом, предложенное устройство в условиях применения противником ответных импульсных помех значительно эффективнее прототипа, который в таких условиях практически работать не может. Thus, the proposed device in the conditions of application by the enemy of the response impulse noise is much more effective than the prototype, which in such conditions can hardly work.

Claims (1)

ПОМЕХОЗАЩИЩЕННЫЙ МАЛОВЫСОТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ УГЛА МЕСТА ЦЕЛИ, содержащий импульсный передатчик, соединенный с антенным переключателем, двухканальный приемник и антенную систему, отличающийся тем, что введены второй двухканальный приемник, два сумматора, шесть амплитудных детекторов, четыре устройства вычитания и устройство вычисления угла места цели, при этом антенная система выполнена в виде двух синфазных эквидистанных антенных решеток, которые состоят из разного числа идентичных горизонтально направленных симметричных излучающих элементов, разнесенных по высоте, имеющих косинусоидальное амплитудное распределение по высотам апертур решеток, а вертикальные размеры этих апертур равны соответствующим разным максимальным высотам антенны над землей, верхние половины антенных решеток первой приемопередающей антенны связаны с входами верхних каналов соответствующих приемников через антенный переключатель, а второй приемной антенны - непосредственно, нижние половины этих антенных решеток аналогично связаны с входами нижних каналов приемника, выходы верхних и нижних каналов первого приемника соединены с входами первого сумматора и входами соответствующих амплитудных детекторов, выходы верхних и нижних каналов второго приемника соединены с входами второго сумматора и входами соответствующих амплитудных детекторов, выходы сумматоров соединены с входами соответствующего амплитудного детектора, выходы амплитудных детекторов, связанных с верхним и нижним каналами первого приемника, соединены с входами первого устройства вычитания, выход которого и выход амплитудного детектора, связанного с первым сумматором, соединены с входами второго устройства вычитания, выходы амплитудных детекторов, связанных с верхним и нижним каналами второго приемника, соединены с входами третьего устройства вычитания, выход которого и выход амплитудного детектора, связанного с вторым сумматором, соединены с входами четвертого устройства вычитания, выходы второго и четвертого устройств вычитания соединены с входами устройства вычисления угла места цели по формуле

где

напряжения видеосигналов на входах устройства вычисления угла места цели;
N₁, N₂ количество излучающих элементов первой и второй антенных решеток;

l длина волны;
L расстояние между элементами антенной решетки;
q угол места цели.INTERFERENCE LOW-POSITION TARGET ANGLE MEASUREMENT SYSTEM, comprising a pulse transmitter connected to an antenna switch, a two-channel receiver and an antenna system, characterized in that a second two-channel receiver, two adders, six amplitude detectors, four subtraction devices and a target elevation angle calculation device are introduced, the antenna system is made in the form of two in-phase equidistant antenna arrays, which consist of a different number of identical horizontally directed symmetric radiating elements spaced in height, having a cosine amplitude distribution over the heights of the apertures of the arrays, and the vertical dimensions of these apertures are equal to the corresponding different maximum heights of the antenna above the ground, the upper halves of the antenna arrays of the first transceiver antenna are connected to the inputs of the upper channels of the respective receivers through the antenna switch, and the second receiving antennas - directly, the lower halves of these antenna arrays are similarly connected to the inputs of the lower channels of the receiver, the outputs of the upper and lower the channels of the first receiver are connected to the inputs of the first adder and the inputs of the corresponding amplitude detectors, the outputs of the upper and lower channels of the second receiver are connected to the inputs of the second adder and the inputs of the corresponding amplitude detectors, the outputs of the adders are connected to the inputs of the corresponding amplitude detector, the outputs of the amplitude detectors associated with the upper and lower the channels of the first receiver are connected to the inputs of the first subtraction device, the output of which and the output of the amplitude detector associated with the first by an adder, connected to the inputs of the second subtractor, the outputs of the amplitude detectors associated with the upper and lower channels of the second receiver, connected to the inputs of the third subtractor, the output of which and the output of the amplitude detector associated with the second adder, are connected to the inputs of the fourth subtractor, the outputs of the second and the fourth subtraction device connected to the inputs of the device for calculating the elevation angle of the target according to the formula

Where

voltage of the video signals at the inputs of the device calculating the elevation of the target;
N ₁ , N _{2 the} number of radiating elements of the first and second antenna arrays;

l wavelength;
L is the distance between the elements of the antenna array;
q elevation angle of the target.

Images