RU2284548C1 - Method of observing surface and air situation on base of airborne radar - Google Patents

Method of observing surface and air situation on base of airborne radar Download PDF

Info

Publication number
RU2284548C1
RU2284548C1 RU2005119558/09A RU2005119558A RU2284548C1 RU 2284548 C1 RU2284548 C1 RU 2284548C1 RU 2005119558/09 A RU2005119558/09 A RU 2005119558/09A RU 2005119558 A RU2005119558 A RU 2005119558A RU 2284548 C1 RU2284548 C1 RU 2284548C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radar
azimuth
matrix
amplitudes
elevation
Prior art date
Application number
RU2005119558/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Константинович Клочко (RU)
Владимир Константинович Клочко
Original Assignee
Рязанская государственная радиотехническая академия
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Рязанская государственная радиотехническая академия filed Critical Рязанская государственная радиотехническая академия
Priority to RU2005119558/09A priority Critical patent/RU2284548C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2284548C1 publication Critical patent/RU2284548C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radiolocation; radar systems.
SUBSTANCE: airborne radar works in "real beam" mode with electronic scanning. Method is based upon formation of radiolocation image array of surface or air condition in range media. Due to quick electronic switch of radar station's beam, the beam is shifted in azimuth and angle of location for value of n-th and m-th part of width of aerial pattern. Amplitudes of reflected signals are processed at any position of beam due to adding them with weights calculated before according to specific method. Resolution (narrowed directional aerial patter) is better in aspect of azimuth and angle of location at preset cross-sections of range which allows to keep area of observation of radar in azimuth and angle of location relatively width of direction of pattern.
EFFECT: improved efficiency of operation.
4 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокации, а именно к радиолокационным системам наблюдения за поверхностью и воздушной обстановкой на базе бортовой РЛС, работающей в режиме "реального луча" с электронным сканированием.The invention relates to radar, and in particular to radar systems for monitoring the surface and air conditions on the basis of an onboard radar operating in the "real beam" mode with electronic scanning.

Режим реального луча используется в современных бортовых РЛС (БРЛС) при переднем обзоре, например для совершения посадки после предварительного обнаружения посадочной площадки при боковом или переднебоковом обзоре, при наблюдении за поверхностью и высотными объектами по линии маловысотного полета (полет в каньоне или вдоль ЛЭП), при обнаружении воздушных объектов по линии полета.The real beam mode is used in modern airborne radars (RLS) for forward viewing, for example, for landing after preliminary detection of the landing site in lateral or anterolateral viewing, when observing the surface and high-altitude objects along a low-altitude flight line (flying in a canyon or along a power transmission line), upon detection of aerial objects along the flight line.

При наблюдении БРЛС за поверхностью по линии маловысотного полета осуществляется построчное сканирование лучом РЛС заданного сектора пространства путем последовательного смещения луча по азимуту и углу места на ширину диаграммы направленности антенны (ДНА). Четкость радиолокационного изображения (РЛИ) и точность определения угловых координат объектов в срезах дальности при таком способе наблюдения ограничена шириной ДНА. При наблюдении за одиночными воздушными объектами известны методы пеленгации для определения угловых координат (Финкельштейн М.И. Основы радиолокации: Учебник для вузов. М.: Радио и связь, 1983. 536 с.). Однако при наличии группы объектов в одном сечении дальности в пределах одной ДНА (тем более при наблюдении за поверхностью) такие методы не работают. Возникает проблема повышения разрешения РЛС совместно по азимуту и углу места в режиме "реального луча" путем синтезирования новых элементов разрешения с угловыми размерами, меньшими ширины ДНА, в заданных сечениях дальности.When observing a radar station over a surface along a low-altitude flight line, a line-by-line scanning by a radar beam of a given sector of space is carried out by sequentially shifting the beam in azimuth and elevation by the width of the antenna pattern (BOTTOM). The clarity of the radar image (RLI) and the accuracy of determining the angular coordinates of objects in slices of range with this method of observation is limited by the width of the bottom. When observing single airborne objects, direction-finding methods are known for determining angular coordinates (MI Finkelstein, Basics of Radar: A Textbook for High Schools. M: Radio and Communications, 1983. 536 pp.). However, if there is a group of objects in the same range section within the same BOTTOM (especially when observing the surface), such methods do not work. The problem arises of increasing the radar resolution jointly in azimuth and elevation in the “real beam” mode by synthesizing new resolution elements with angular sizes smaller than the bottom width in the given range sections.

Наиболее близким по технической сущности является способ синтезирования новых элементов разрешения по азимуту при переднем обзоре в режиме "реального луча" (Пат. 2249832 РФ. Способ наблюдения за поверхностью на базе бортовой РЛС. / В.К.Клочко, Г.Н.Колодько, В.И.Мойбенко, А.А.Ермаков (РФ). Заявка №2003126516. Приоритет 02.09.03), который заключается в следующем. Повышение разрешающей способности с расширением зоны обзора РЛС по азимуту и формирование матрицы радиолокационного изображения поверхности в режиме реального луча с электронным сканированием достигается за счет быстрого электронного переключения (смещения) луча РЛС по азимуту на величину n-й части ширины ДНА и обработки полученных при каждом положении луча амплитуд отраженных сигналов РЛС, которая заключается в следующем.The closest in technical essence is the method of synthesizing new elements of azimuth resolution in the front view in the "real beam" mode (Pat. 2249832 RF. A method for observing a surface based on an onboard radar. / V.K. Klochko, G.N. Kolodko, V.I. Moibenko, A.A. Ermakov (RF). Application No. 2003126516. Priority 02.09.03), which is as follows. The increase in resolution with the expansion of the radar’s viewing area in azimuth and the formation of a surface radar image matrix in real beam mode with electronic scanning is achieved by fast electronic switching (displacement) of the radar beam in azimuth by the value of the nth part of the beam width and processing obtained at each position beam amplitudes of the reflected radar signals, which is as follows.

1. Амплитуды отраженных сигналов на выходе суммарного канала РЛС у1, у2,..., уn, полученные при n первых положениях луча РЛС в данном i-м элементе разрешения по дальности суммируются с весами h1, h2,...,hn, которые вычисляются по определенной методике. Результатом такой обработки является оценка

Figure 00000002
амплитуды xn отраженного сигнала, соответствующего n-й части ДНА при первом положении луча:1. The amplitudes of the reflected signals at the output of the total radar channel y 1 , y 2 , ..., y n obtained at the n first positions of the radar beam in this ith range resolution element are summed with weights h 1 , h 2 , .. ., h n , which are calculated by a specific technique. The result of this processing is an assessment
Figure 00000002
the amplitude x n of the reflected signal corresponding to the n-th part of the bottom beam at the first position of the beam:

Figure 00000003
Figure 00000003

2. При последующих смещениях луча на n-ю часть ДНА амплитуды сигналов, полученные при n последних положениях луча, суммируются с теми же весами, в результате чего последовательно находятся оценки xn+1, Xn+2,..., XN:2. At subsequent beam shifts by the nth part of the beam, the signal amplitudes obtained at the last n beam positions are summed with the same weights, as a result of which the estimates x n + 1 , X n + 2 , ..., X N :

Figure 00000004
Figure 00000004

3. Оценки

Figure 00000005
амплитуд хj (j=n, n+1,...,N), найденные независимо в каждом i-м (i=1, 2,...,М) элементе разрешения по дальности, располагают в М строк и N-n+1 столбцов и тем самым формируют матрицу радиолокационного изображения поверхности в виде совокупности амплитуд A(i, j),
Figure 00000006
,
Figure 00000007
сигналов, отраженных от соответствующих i-, j-x элементов поверхности.3. Ratings
Figure 00000005
amplitudes x j (j = n, n + 1, ..., N), found independently in each i-th (i = 1, 2, ..., M) range resolution element, are placed in M lines and N -n + 1 columns and thereby form a matrix of a radar image of the surface in the form of a set of amplitudes A (i, j),
Figure 00000006
,
Figure 00000007
signals reflected from the corresponding i-, jx surface elements.

Однако такой способ обладает следующими недостатками.However, this method has the following disadvantages.

1. В указанном способе повышение разрешающей способности (обужение ДНА) достигается только по одной угловой координате - азимуту. Матрица изображения A(i, j), полученная в координатах дальность - азимут, отождествляется с горизонтальным участком поверхности, который при переднем обзоре накрывается конической поверхностью диаграммы направленности антенны (ДНА), при этом i-e строки матрицы изображения соответствуют узким полосам горизонтальной поверхности, отсекаемым сферическими поверхностями постоянного уровня дальности. При наблюдении вертикальных участков поверхности в срезах дальности (или участков, расположенных перпендикулярно к оси симметрии антенны) требуется рассмотрение дополнительной угловой координаты - угла места - и указанный способ оказывается неприменимым.1. In this method, an increase in resolution (DND narrowing) is achieved only in one angular coordinate - azimuth. The image matrix A (i, j), obtained in the distance-azimuth coordinates, is identified with the horizontal portion of the surface, which is covered by the conical surface of the antenna pattern (BOTTOM) in the front view, i.e. the rows of the image matrix correspond to narrow stripes of the horizontal surface, cut off by spherical surfaces of a constant level of range. When observing vertical sections of the surface in range slices (or sections located perpendicular to the axis of symmetry of the antenna), an additional angular coordinate — elevation angle — needs to be considered, and this method is not applicable.

2. Указанный способ также не применим при наблюдении за группой воздушных объектов, расположенных в одном сечении (элементе разрешения) дальности и в пределах одной ДНА, т.е. не различимых по угловым координатам, причем пространственным элементом разрешения антенны в данном случае является область пространства, образованная сечением конической поверхности ДНА двумя сферическими поверхностями постоянного уровня дальности.2. This method is also not applicable when observing a group of airborne objects located in the same section (resolution element) of the range and within the same BOTTOM, i.e. indistinguishable by angular coordinates, and the spatial element of the antenna resolution in this case is the region of space formed by the cross section of the conical surface of the bottom of the bottom by two spherical surfaces of a constant level of range.

Технический результат направлен на совместное повышение разрешающей способности (обужение ДНА) по азимуту и углу места в заданных сечениях дальности с сохранением области обзора РЛС по азимуту и углу места относительно ширины ДНА.The technical result is aimed at a joint increase in resolution (DND narrowing) in azimuth and elevation in predetermined cross-sections with the preservation of the radar field of view in azimuth and elevation relative to DND width.

Технический результат предлагаемого технического решения достигается тем, что при наблюдении за поверхностью и воздушной обстановкой с помощью бортовой РЛС в режиме реального луча с электронным сканированием формируют матрицы радиолокационного изображения поверхности или воздушной обстановки в срезах дальности, при этом за счет быстрого электронного переключения луча РЛС смещают луч по азимуту и углу места соответственно на величину n-й и m-й части ширины ДНА и обрабатывают полученные при каждом положении луча амплитуды отраженных сигналов, при этом амплитуды отраженных сигналов на выходе суммарного канала РЛС y(i, j-n/2),..., y(i, j),..., y(i, j+n/2), полученные при n последовательных положениях луча РЛС по азимуту при данном i=1 положении луча по углу места, суммируют с весами h1(-n/2),..., h1(0),..., h1(n/2) и оценивают суммарную по углу места амплитуду z(i, j), соответствующую центральной n-й части ДНА при j-м положении луча по азимуту:The technical result of the proposed technical solution is achieved by the fact that when observing the surface and the air situation using the onboard radar in real-beam mode with electronic scanning, radar image matrices of the surface or the air situation are formed in range slices, while due to the fast electronic switching of the radar beam, the beam is shifted in azimuth and elevation, respectively, by the value of the n-th and m-th parts of the width of the BOTTOM and process the amplitudes received at each position of the beam reflected with signals, while the amplitudes of the reflected signals at the output of the total radar channel y (i, jn / 2), ..., y (i, j), ..., y (i, j + n / 2) obtained at n the successive positions of the radar beam in azimuth at a given i = 1 position of the beam in elevation, summed with the weights h 1 (-n / 2), ..., h 1 (0), ..., h 1 (n / 2) and evaluate the total amplitude z (i, j) in elevation corresponding to the central n-th part of the bottom hole at the j-th beam position in azimuth:

Figure 00000008
,
Figure 00000008
,

кроме того, при последующих смещениях луча на n-ю часть ДНА по азимуту амплитуды отраженных сигналов, полученные при n последних положениях луча, суммируют с теми же весами и оценивают последовательно параметры z(i,j) по той же формуле при j=1, 2, 3,..., J, тем самым формируют i-ю строку матрицы промежуточных оценок

Figure 00000009
, затем положение луча по углу места смещают на m-ю часть соответствующей ширины ДНА, после чего сканирование лучом по азимуту повторяют для j=1, 2,..., J и независимо от i=1 формируют i=2 строку матрицы промежуточных оценок, затем также независимо при последующих смещенных на m-ю часть ДНА положениях луча по углу места i=3,..., I формируют остальные строки матрицы
Figure 00000009
,
Figure 00000010
,
Figure 00000011
, а далее независимо в каждом j-м столбце полученной матрицы
Figure 00000009
оценки
Figure 00000012
,...,
Figure 00000009
,...,
Figure 00000013
суммируют с весами h2(-m/2),..., h2(0),..., h2(m/2) и оценивают искомые амплитуды x(i,j):in addition, at subsequent displacements of the beam by the nth part of the beam in azimuth, the amplitudes of the reflected signals obtained at the last n positions of the beam are summed with the same weights and the parameters z (i, j) are successively evaluated using the same formula for j = 1, 2, 3, ..., J, thereby form the ith row of the matrix of intermediate estimates
Figure 00000009
, then the position of the beam in elevation is shifted to the mth part of the corresponding bottom width, after which the beam scan in azimuth is repeated for j = 1, 2, ..., J and regardless of i = 1 form i = 2 row of the matrix of intermediate estimates , then also independently, at subsequent subsequent positions of the beam shifted by the elevation angle i = 3, ..., I, the remaining rows of the matrix are displaced
Figure 00000009
,
Figure 00000010
,
Figure 00000011
, and then independently in each jth column of the resulting matrix
Figure 00000009
assessments
Figure 00000012
, ...,
Figure 00000009
, ...,
Figure 00000013
sum with the weights h 2 (-m / 2), ..., h 2 (0), ..., h 2 (m / 2) and estimate the desired amplitudes x (i, j):

Figure 00000014
,
Figure 00000014
,

последовательно для i=1+m/2,..., 2+m/2,..., I-m/2 и тем самым формируют матрицу радиолокационного изображения поверхности или воздушной обстановки

Figure 00000015
,
Figure 00000016
,
Figure 00000011
с повышенным разрешением по азимуту и углу места в данном k-м элементе разрешения по дальности.sequentially for i = 1 + m / 2, ..., 2 + m / 2, ..., Im / 2 and thereby form a matrix of a radar image of the surface or the air environment
Figure 00000015
,
Figure 00000016
,
Figure 00000011
with increased resolution in azimuth and elevation in this kth range resolution element.

Совокупность изображений x(i, j, k), полученных во всех k-x сечениях дальности

Figure 00000017
, дает восстановленное трехмерное изображение поверхности или воздушной обстановки в пространственных элементах дискретизации (i, j, k), представляющих синтезированные элементы разрешения, угловые размеры которых в несколько раз меньше ширины ДНА.The set of images x (i, j, k) obtained in all kx range sections
Figure 00000017
, gives a reconstructed three-dimensional image of the surface or the air environment in spatial discretization elements (i, j, k) representing synthesized resolution elements whose angular dimensions are several times smaller than the width of the bottom.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Повышение разрешающей способности с расширением зоны обзора по азимуту и углу места в данном элементе разрешения дальности и формирование матрицы радиолокационного изображения поверхности или воздушной обстановки в режиме реального луча с электронным сканированием достигается за счет быстрого электронного переключения (смещения) луча РЛС по азимуту и углу места соответственно на величину n-й и m-й части ширины ДНА и обработки полученных при каждом положении луча амплитуд отраженных сигналов РЛС, которая заключается в следующем.The increase in resolution with the expansion of the viewing area in azimuth and elevation in this range resolution element and the formation of a matrix of a radar image of the surface or the air situation in real-beam mode with electronic scanning is achieved through fast electronic switching (displacement) of the radar beam in azimuth and elevation, respectively by the value of the n-th and m-th parts of the width of the BOTTOM and processing received at each position of the beam of the amplitudes of the reflected radar signals, which is as follows.

1. Амплитуды отраженных сигналов на выходе суммарного канала РЛС y(i, j-n/2),..., y(i, j),..., y(i, j+n/2), полученные при n последовательных положениях луча РЛС по азимуту при данном i-м положении луча по углу места, суммируются с весами h1(-n/2),..., h1(0),..., h1(n/2) (расчет весовых коэффициентов описан ниже). Результатом такой обработки является промежуточная оценка

Figure 00000009
суммарной по углу места амплитуды z(i, j) отраженного сигнала, соответствующего центральной n-й части ДНА при j-м положении луча по азимуту:1. The amplitudes of the reflected signals at the output of the total radar channel y (i, jn / 2), ..., y (i, j), ..., y (i, j + n / 2) obtained at n consecutive positions radar beam in azimuth at a given i-th beam position in elevation, are summed with the weights h 1 (-n / 2), ..., h 1 (0), ..., h 1 (n / 2) (calculation weights are described below). The result of this processing is an interim assessment
Figure 00000009
the total amplitude z (i, j) in the elevation angle of the reflected signal corresponding to the central n-th part of the bottom hole at the j-th beam position in azimuth:

Figure 00000008
.
Figure 00000008
.

2. При последующих смещениях луча на n-ю часть ДНА по азимуту амплитуды отраженных сигналов, полученные при n последних положениях луча, суммируются с теми же весами, в результате чего последовательно находятся промежуточные оценки z(i, j), j=1, 2, 3,..., J по той же формуле.2. At subsequent displacements of the beam by the nth part of the beam in azimuth, the amplitudes of the reflected signals obtained at the last n positions of the beam are summed with the same weights, as a result of which the intermediate estimates z (i, j), j = 1, 2, are sequentially found , 3, ..., J by the same formula.

3. Положение луча по углу места меняется на m-ю часть соответствующей ширины ДНА, после чего сканирование лучом по азимуту повторяется для j=1, 2,..., J и формируется следующая (i+1)-я строка матрицы промежуточных оценок

Figure 00000018
, затем при последовательно смещенных на m-ю часть ДНА положениях луча по углу места независимо формируются все строки матрицы промежуточных оценок
Figure 00000009
,
Figure 00000011
(i=1, 2,..., I).3. The position of the beam in elevation changes to the mth part of the corresponding bottom width, after which the beam scan in azimuth is repeated for j = 1, 2, ..., J and the next (i + 1) -th row of the matrix of intermediate estimates is formed
Figure 00000018
, then, when the beam positions along the elevation angle are successively shifted to the mth part of the BOTTOM, all rows of the matrix of intermediate estimates are independently formed
Figure 00000009
,
Figure 00000011
(i = 1, 2, ..., I).

4. Независимо в каждом j-м столбце полученной матрицы

Figure 00000009
(j=1, 2,...,J) промежуточные оценки
Figure 00000012
,...,
Figure 00000009
,...,
Figure 00000013
суммируются с весами h2(-m/2),..., h2(0),..., h2(m/2) и оцениваются искомые амплитуды (i, j):4. Independently in each jth column of the resulting matrix
Figure 00000009
(j = 1, 2, ..., J) intermediate estimates
Figure 00000012
, ...,
Figure 00000009
, ...,
Figure 00000013
are summed with the weights h 2 (-m / 2), ..., h 2 (0), ..., h 2 (m / 2) and the sought amplitudes (i, j) are estimated:

Figure 00000014
,
Figure 00000014
,

Figure 00000016
и тем самым формируется матрица радиолокационного изображения поверхности или воздушного пространства
Figure 00000015
,
Figure 00000016
,
Figure 00000019
в виде совокупности оценок амплитуд сигналов, отраженных от соответствующих i,j-x элементов поверхности или воздушного пространства в данном k-м элементе разрешения по дальности.
Figure 00000016
and thereby a matrix of radar images of the surface or airspace is formed
Figure 00000015
,
Figure 00000016
,
Figure 00000019
in the form of a set of estimates of the amplitudes of the signals reflected from the corresponding i, jx elements of the surface or air space in a given kth range resolution element.

5. Совокупность изображений

Figure 00000015
, полученных во всех k-x сечениях дальности
Figure 00000020
, дает восстановленное трехмерное изображение поверхности или воздушной обстановки
Figure 00000021
в пространственных элементах дискретизации (i, j, k), представляющих синтезированные элементы разрешения, угловые размеры которых в несколько раз меньше ширины ДНА.5. The set of images
Figure 00000015
obtained in all kx range sections
Figure 00000020
gives a reconstructed three-dimensional image of a surface or air environment
Figure 00000021
in spatial discretization elements (i, j, k) representing synthesized resolution elements, the angular dimensions of which are several times smaller than the width of the bottom.

Расчет весовых коэффициентов.Calculation of weights.

При повышении разрешения по азимуту справедливы следующие рассуждения. Амплитуда сигнала y(j) на выходе суммарного измерительного канала РЛС для j-го положения луча РЛС при фиксированном i-м положении луча по азимуту в k-м элементе разрешения по дальности после некоторых преобразований подчинена линейной моделиWith increasing resolution in azimuth, the following reasoning is valid. The amplitude of the signal y (j) at the output of the total measuring channel of the radar for the j-th position of the radar beam at a fixed i-th beam position in azimuth in the k-th range resolution element after some transformations is subordinate to the linear model

Figure 00000022
Figure 00000022

аналогичной модели смазывания радиолокационного изображения (РЛИ) по строке, где α(l) - аппаратные коэффициенты ДНА; l - целое число; x(j) - амплитуда сигнала поля отражения в j-м элементе дискретизации, подлежащая восстановлению (оцениванию) по результатам интегральных (суммарных) наблюдений у(j); р(j) - случайная центрированная помеха с дисперсией σP2. Модель (1) можно записать, изменив нумерацию, в видеa similar model for blurring a radar image (RLI) along the line, where α (l) are the DND hardware coefficients; l is an integer; x (j) is the amplitude of the reflection field signal in the j-th sampling element to be restored (estimated) by the results of integral (total) observations of (j); p (j) is a random centered interference with dispersion σ P 2 . Model (1) can be written by changing the numbering in the form

Figure 00000023
Figure 00000023

Тогда для первых N измерений (нечетное число N≥n) выражение (2) представляет систему N уравнений с N+n-1 неизвестными и N помехами:Then, for the first N measurements (odd number N≥n), expression (2) represents a system of N equations with N + n-1 unknown and N interference:

Figure 00000024
Figure 00000024

или в матричной форме:or in matrix form:

Figure 00000025
Figure 00000025

Для моделей (1)-(4) разработаны алгоритмы нахождения оценок

Figure 00000026
искомых амплитуд поля отражения Х по критерию минимума среднего квадрата ошибки оценивания
Figure 00000027
или минимума квадрата нормы
Figure 00000028
с учетом корреляционных свойств полей х(j) и y(j). Такие алгоритмы линейны относительно измерений y(j) и имеют или конечную память:Algorithms for finding estimates are developed for models (1) - (4)
Figure 00000026
the required amplitudes of the reflection field X by the criterion of the minimum of the mean square of the estimation error
Figure 00000027
or minimum squared norm
Figure 00000028
taking into account the correlation properties of the fields x (j) and y (j). Such algorithms are linear with respect to the measurements y (j) and have either finite memory:

Figure 00000029
Figure 00000029

где h(j) весовые коэффициенты, вычисляемые заранее, или рекуррентную структуру (Клочко В.К., Чураков Е.П., Фатьянов С.О. Калмановский алгоритм восстановления смазанного радиолокационного изображения. // Известия вузов. Радиоэлектроника. 2004. Том 47. № 9-10. с.54-59).where h (j) are weights calculated in advance, or a recurrence structure (Klochko V.K., Churakov E.P., Fatyanov S.O. Kalmanovsky algorithm for reconstructing a blurred radar image. // University proceedings. Radioelectronics. 2004. Volume 47. . No. 9-10. P. 54-59).

Для повышения точности оценивания в работе (Клочко В.К. Повышение разрешающей способности РЛС по данным суммарного и разностного каналов. // Вестник РГРТА. 2004.) предлагается дополнительно использовать данные второго (разностного) канала РЛС. При этом число изменений (размерность вектора Y) удваивается и превышает число оцениваемых параметров (2N>N+n-1, N≥n), что позволяет находить оценки

Figure 00000026
искомых параметров Х методом максимального правдоподобия решения системы 2N уравнений типа (3) с N+n-1 неизвестными. В матричной форме минимизация функции F=(Y-А
Figure 00000026
)T(Y-А
Figure 00000026
) по
Figure 00000026
приводит к оценкам регуляризованного метода наименьших квадратов (РМНК):To improve the accuracy of estimation in the work (Klochko V.K. Increasing the resolution of the radar according to the total and difference channels. // Herald RGRTA. 2004.) it is proposed to additionally use the data of the second (difference) channel of the radar. The number of changes (the dimension of the vector Y) doubles and exceeds the number of estimated parameters (2N> N + n-1, N≥n), which allows one to find estimates
Figure 00000026
of the required parameters X by the maximum likelihood method for solving a system of 2N equations of type (3) with N + n-1 unknowns. In matrix form, the minimization of the function F = (Y-A
Figure 00000026
) T (Y-A
Figure 00000026
) by
Figure 00000026
leads to estimates of the regularized least squares method (RMNC):

Figure 00000030
Figure 00000030

где δ - параметр регуляризации, необходимый для обращения плохо обусловленной матрицы АT А; Е - единичная матрица; H=(ATA)-1AT - матрица весовых коэффициентов. При обращении АTА удобно использовать рекуррентную процедуру:where δ is the regularization parameter necessary for reversing a poorly conditioned matrix A T A; E is the identity matrix; H = (A T A) -1 A T is the matrix of weights. When accessing A T A, it is convenient to use a recursive procedure:

Figure 00000031
Figure 00000031

где аk - k-я строка матрицы А коэффициентов ДНА; Т - символ транспонирования.where a k is the kth row of the matrix A of the DND coefficients; T is the symbol for transposition.

Оценка

Figure 00000032
(j) представляет амплитуду сигнала отражения в n-й части ДНА (элементе дискретизации), соответствующей центру j-го положения луча РЛС (синтезированного элемента разрешения по азимуту). При вычислении
Figure 00000032
(j) используется центральная строка матрицы Н, соответствующая минимуму дисперсии ошибки оценивания ковариационной матрицы КX=(АTА)-1σ2P. Алгоритм оценивания представляет линейную комбинацию измерений, взятых с заранее просчитанными весовыми коэффициентами, аналогично алгоритму (5).Rating
Figure 00000032
(j) represents the amplitude of the reflection signal in the n-th part of the bottom beam (sampling element) corresponding to the center of the j-th position of the radar beam (synthesized azimuth resolution element). When calculating
Figure 00000032
(j) the central row of the matrix H is used, which corresponds to the minimum of the variance of the estimation error of the covariance matrix K X = (A T A) -1 σ 2 P. The estimation algorithm is a linear combination of measurements taken with pre-calculated weighting coefficients, similar to algorithm (5).

Как показывает моделирование, РМНК-оценки (6) могут быть использованы и для модели измерений (4) одного суммарного канала РЛС, при этом алгоритм оценивания имеет вид (5), где весовые коэффициенты h(l) находятся по методике (6), (7) для вектора Y размерности N.As the simulation shows, the RMNK estimates (6) can also be used for the measurement model (4) of one total radar channel, while the estimation algorithm has the form (5), where the weighting coefficients h (l) are found according to the technique (6), ( 7) for a vector Y of dimension N.

При совместном повышении разрешения по азимуту и углу места номер i определяет положение луча РЛС по углу места, номер j по-прежнему обозначает номер положения луча по азимуту, k - номер элемента разрешения по дальности.With a joint increase in resolution in azimuth and elevation, number i determines the position of the radar beam in elevation, number j still indicates the number of the position of the beam in azimuth, and k is the number of the range resolution element.

Амплитуда y(i, j) сигнала на выходе суммарного канала в k-м фиксированном элементе разрешения дальности при i, j-м положении луча по азимуту и углу места представляет сумму амплитуд x{i+k, j+l) сигналов поля отражения, взятых с коэффициентами ДНА α(k, l) по всем k, l-м элементам дискретизации в пределах ДНА, с учетом помехи p(i, j):The amplitude y (i, j) of the signal at the output of the total channel in the kth fixed range resolution element at the i, jth position of the beam in azimuth and elevation is the sum of the amplitudes x (i + k, j + l) of the reflection field signals, taken with DND coefficients α (k, l) for all k, l-th sampling elements within the DND, taking into account interference p (i, j):

Figure 00000033
Figure 00000033

Модель (8) аналогична модели пространственного смазывания РЛИ по строкам и столбцам. Коэффициенты α(k, l) ДНА суммарного канала представляют функцию с разделенными переменными: α(k,l)=α1(k)·α2(l), соответственно модель измерения (8) представляется в видеModel (8) is similar to the model of spatial blurring of radar images in rows and columns. The DN coefficients α (k, l) of the total channel represent a function with separated variables: α (k, l) = α 1 (k) · α 2 (l), respectively, the measurement model (8) is represented as

Figure 00000034
Figure 00000034

Восстановление параметров поля отражения x(i, j) в этом случае можно свести к следующей двухэтапной процедуре, каждый этап которой аналогичен повышению разрешения по азимуту.The restoration of the reflection field parameters x (i, j) in this case can be reduced to the following two-stage procedure, each stage of which is similar to increasing the azimuth resolution.

1. Вначале восстанавливается поле отражения x(i, j) в каждой i-й строке матрицы РЛИ y(i, j), что практически осуществляется в реальном времени в процессе построчного сканирования лучом РЛС:1. First, the reflection field x (i, j) is restored in each i-th row of the radar matrix y (i, j), which is practically carried out in real time in the process of line-by-line scanning by the radar beam:

Figure 00000035
Figure 00000035

Figure 00000019
, N≥n. Это приводит к промежуточным оценкам
Figure 00000009
,
Figure 00000010
.
Figure 00000019
, N≥n. This leads to intermediate estimates.
Figure 00000009
,
Figure 00000010
.

2. Затем восстанавливается поле отражения в каждом j-м столбце матрицы

Figure 00000009
, полученной после сканирования всей зоны обзора:2. Then, the reflection field in each jth column of the matrix is restored
Figure 00000009
obtained after scanning the entire field of view:

Figure 00000036
Figure 00000036

где ε(i, j) - ошибка оценивания z(i, j); h1(l) и h2(k) - весовые коэффициенты, которые находятся по методике (6), (7).where ε (i, j) is the estimation error z (i, j); h 1 (l) and h 2 (k) are weighting coefficients, which are found by the methodology (6), (7).

Двухэтапная обработка позволяет использовать также рекуррентные алгоритмы оценивания x(i, j). В свернутом виде оценка

Figure 00000015
представляет следующий линейный алгоритм:Two-stage processing also allows the use of recurrent estimation algorithms x (i, j). Minimized evaluation
Figure 00000015
represents the following linear algorithm:

Figure 00000037
(12)
Figure 00000037
(12)

Алгоритм (10)-(11) или (12) при наблюдении за воздушными объектами реализуется в тех элементах разрешения по дальности, в которых зафиксирован отраженный сигнал. При наблюдении за поверхностью восстанавливается трехмерное изображение

Figure 00000015
по совокупности всех k-x срезов дальности в области обзора. Пространственные элементы дискретизации (i, j, k) представляют синтезированные элементы разрешения, угловые размеры которых в несколько раз меньше ширины ДНА. Практически
Figure 00000021
пересчитывается в матрицу амплитуд
Figure 00000015
в координатах угол места - азимут и матрицу третьих координат (дальности) d(i, j).Algorithm (10) - (11) or (12) when observing aerial objects is implemented in those range resolution elements in which the reflected signal is recorded. When observing the surface, a three-dimensional image is restored
Figure 00000015
the aggregate of all kx range slices in the field of view. The spatial discretization elements (i, j, k) represent synthesized resolution elements, the angular dimensions of which are several times smaller than the width of the bottom. Almost
Figure 00000021
recalculated into the amplitude matrix
Figure 00000015
in coordinates the elevation is the azimuth and the matrix of third coordinates (range) d (i, j).

На фиг.1-4 иллюстрируется результат работы алгоритма (10), (11) при восстановлении двумерного изображения поверхности, где фиг.1 дает искомое изображение поверхности, фиг.2 - наблюдаемое изображение при перемещении ДНА по строке и столбцу на ширину n=m=7, фиг.3 - смазанное вдоль строк и столбцов изображение при последовательном смещении ДНА на 1/7 ее ширины, фиг.4 - восстановленное изображение с помощью алгоритма (10), (11) при N=М=9. Размер матрицы 150×150, максимальная амплитуда 250. СКО помехи σP=10. С увеличением σP P>10) становятся заметными спекл-шумы на изображении, которые подавляются осреднением в последовательности кадров РЛИ (например, по методике Клочко В.К. Пространственно-временная обработка информации бортовой РЛС при получении трехмерных изображений поверхности. // Радиотехника. 2004. № 6. с.3-11). Аппаратные коэффициенты α(k, l) задавались экспоненциальной функцией с квадратичным показателем степени.Figure 1-4 illustrates the result of the algorithm (10), (11) when restoring a two-dimensional image of the surface, where figure 1 gives the desired image of the surface, figure 2 - the observed image when moving the bottom along the row and column width n = m = 7, FIG. 3 - image blurred along rows and columns with successive displacement of the DND by 1/7 of its width, FIG. 4 — reconstructed image using algorithm (10), (11) with N = M = 9. The size of the matrix is 150 × 150, the maximum amplitude is 250. RMSE interference σ P = 10. With an increase in σ PP > 10), speckle noise in the image becomes noticeable, which is suppressed by averaging in the sequence of radar images (for example, according to the method of Klochko V.K. Radio engineering. 2004. No. 6. p.3-11). The hardware coefficients α (k, l) were specified by an exponential function with a quadratic exponent.

Предлагаемый способ позволяет в 5-7 раз повысить разрешающую способность РЛС по азимуту и углу места в сечениях дальности в режиме "реального луча" с сохранением области обзора РЛС по азимуту и углу места относительно ширины ДНА и сформировать матрицу радиолокационного изображения поверхности или воздушной обстановки в виде совокупности амплитуд

Figure 00000021
,
Figure 00000038
,
Figure 00000011
сигналов, отраженных от соответствующих i, j-x элементов угломерного пространства в k-x элементах разрешения дальности, которая позволяет наблюдать на экране индикатора поверхность и объекты на поверхности или объекты в воздушном пространстве в условиях отсутствия оптической видимости, что повышает безопасность полетов и эффективность решения поставленных перед летчиком задач.The proposed method allows to increase the resolution of the radar by azimuth and elevation angle in range sections in the “real beam” mode by 5-7 times while preserving the radar field of view in azimuth and elevation angle relative to the bottom width and to form a matrix of the radar image of the surface or air situation in the form aggregates of amplitudes
Figure 00000021
,
Figure 00000038
,
Figure 00000011
signals reflected from the corresponding i, jx elements of the goniometric space in kx range resolution elements, which allows observing on the indicator screen the surface and objects on the surface or objects in the airspace in the absence of optical visibility, which increases flight safety and the efficiency of solving tasks assigned to the pilot .

Claims (1)

Способ наблюдения за поверхностью и воздушной обстановкой на базе бортовой РЛС, основанный на работе в режиме реального луча с электронным сканированием, заключающийся в формировании матрицы радиолокационного изображения поверхности или воздушной обстановки в срезах дальности, при этом за счет быстрого электронного переключения луча РЛС смещают луч по азимуту и углу места соответственно на величину n-й и m-й части ширины ДНА и обрабатывают полученные при каждом положении луча амплитуды отраженных сигналов, при этом амплитуды отраженных сигналов на выходе суммарного канала РЛС y(i,j-n/2),..., y(i,j),..., y(i,j+n/2), полученные при n последовательных положениях луча РЛС по азимуту при данном i=1 положении луча по углу места, суммируют с весами h1(-n/2),..., h1(0),..., h1(n/2) и оценивают суммарную по углу места амплитуду z(i,j), соответствующую центральной n-й части ДНА при j-м положении луча по азимутуThe method of observing the surface and the air situation on the basis of the onboard radar, based on the work in real beam mode with electronic scanning, which consists in forming a matrix of a radar image of the surface or the air situation in range slices, while due to the fast electronic switching of the radar beam, the beam is shifted in azimuth and elevation angle, respectively, by the value of the n-th and m-th parts of the width of the bottom beam and the amplitudes of the reflected signals obtained at each position of the beam are processed, while the amplitudes are reflected x signals at the output of the total radar channel y (i, jn / 2), ..., y (i, j), ..., y (i, j + n / 2) obtained at n consecutive positions of the radar beam by azimuth at a given i = 1 position of the beam in elevation, summarized with the weights h 1 (-n / 2), ..., h 1 (0), ..., h 1 (n / 2) and estimate the total angle the amplitude z (i, j) corresponding to the central n-th part of the bottom hole at the j-th beam position in azimuth
Figure 00000039
Figure 00000039
кроме того, при последующих смещениях луча на n-ю часть ДНА по азимуту амплитуды отраженных сигналов, полученные при n последних положениях луча, суммируют с теми же весами и оценивают последовательно параметры
Figure 00000040
по той же формуле при j=1, 2, 3,..., J, тем самым формируют i-ю строку матрицы промежуточных оценок
Figure 00000041
отличающийся тем, что затем положение луча по углу места смещают на m-ю часть соответствующей ширины ДНА, после чего сканирование лучом по азимуту повторяют для j=1, 2,..., J и независимо от i=1 формируют i=2 строку матрицы промежуточных оценок, затем также независимо при последующих смещенных на m-ю часть ДНА положениях луча по углу места i=3,..., I формируют остальные строки матрицы
Figure 00000042
Figure 00000043
Figure 00000044
а далее независимо в каждом j-м столбце полученной матрицы
Figure 00000045
оценки
Figure 00000046
Figure 00000047
Figure 00000048
суммируют с весами h2(-m/2),..., h2(0),..., h2(m/2) и оценивают искомые амплитуды x(i, j)
in addition, at subsequent displacements of the beam by the nth part of the beam in azimuth, the amplitudes of the reflected signals obtained at the last n positions of the beam are summed with the same weights and parameters
Figure 00000040
using the same formula for j = 1, 2, 3, ..., J, thereby forming the ith row of the matrix of intermediate estimates
Figure 00000041
characterized in that then the position of the beam in elevation is shifted to the mth part of the corresponding width of the bottom, after which the beam scan in azimuth is repeated for j = 1, 2, ..., J and independently of i = 1 form i = 2 line matrices of intermediate estimates, then also independently, at subsequent positions of the beam shifted by the elevation angle i = 3, ..., I, independently shifted to the mth part of the BOTTOM, the rest of the matrix
Figure 00000042
Figure 00000043
Figure 00000044
and then independently in each jth column of the resulting matrix
Figure 00000045
assessments
Figure 00000046
Figure 00000047
Figure 00000048
sum with the weights h 2 (-m / 2), ..., h 2 (0), ..., h 2 (m / 2) and estimate the desired amplitudes x (i, j)
Figure 00000049
Figure 00000049
последовательно для i=1+m/2,..., 2+m/2,..., I-m/2 и тем самым формируют матрицу радиолокационного изображения поверхности или воздушной обстановки
Figure 00000050
Figure 00000051
Figure 00000052
с повышенным разрешением по азимуту и углу места в данном k-м элементе разрешения по дальности.
sequentially for i = 1 + m / 2, ..., 2 + m / 2, ..., Im / 2 and thereby form a matrix of a radar image of the surface or the air environment
Figure 00000050
Figure 00000051
Figure 00000052
with increased resolution in azimuth and elevation in this kth range resolution element.
RU2005119558/09A 2005-06-23 2005-06-23 Method of observing surface and air situation on base of airborne radar RU2284548C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005119558/09A RU2284548C1 (en) 2005-06-23 2005-06-23 Method of observing surface and air situation on base of airborne radar

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005119558/09A RU2284548C1 (en) 2005-06-23 2005-06-23 Method of observing surface and air situation on base of airborne radar

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2284548C1 true RU2284548C1 (en) 2006-09-27

Family

ID=37436595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005119558/09A RU2284548C1 (en) 2005-06-23 2005-06-23 Method of observing surface and air situation on base of airborne radar

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2284548C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2694235C1 (en) * 2018-07-05 2019-07-10 Акционерное общество "Радиотехнические и Информационные Системы воздушно-космической обороны" (АО "РТИС ВКО") Method for regular detection of useful radio signals

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2694235C1 (en) * 2018-07-05 2019-07-10 Акционерное общество "Радиотехнические и Информационные Системы воздушно-космической обороны" (АО "РТИС ВКО") Method for regular detection of useful radio signals

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6660857B2 (en) Method of generating image of region of interest using radar system
EP1286180B1 (en) Periodic repetition interval staggered post-doppler adaptive monopulse processing for detection and location of a moving target in ground clutter
CN110488293B (en) Distributed SAR system with non-uniform spatial configuration
US8159384B2 (en) Method for examining an ice region or dry region using radar echo sounding
EP3156818B1 (en) Automatic three-dimensional geolocation of sar targets and simultaneous estimation of tropospheric propagation delays using two long-aperture sar images
CN110082764B (en) SAR image imaging method based on robust regularization analytic method
CN107121665B (en) A kind of passive location method of the near field coherent source based on Sparse Array
CN109061638B (en) Phased array close-range digital imaging method
CN113238225B (en) Radar for moving target detection
CN111721241A (en) GNSS-InBSAR and GB-InSAR cross-system fusion three-dimensional deformation measurement method
RU2661941C1 (en) Method for radar imaging using the radar station with the synthesized aperture
RU2292060C1 (en) Mode of observation for air objects and surface on the base of an airborne radar
CN112766304A (en) Maneuvering array orientation estimation method based on sparse Bayesian learning
Page et al. Detection and tracking of moving vehicles with Gotcha radar systems
RU2368918C1 (en) Method of forming three-dimensional surface images based on onboard radio-thermal locator
RU2284548C1 (en) Method of observing surface and air situation on base of airborne radar
KR20190036325A (en) Apparatus for autofocusing and cross range scaling of isar image using compressive sensing and method thereof
RU2379706C2 (en) Method to increase resolution of radio-and ir-images
Al-Ibadi et al. DEM extraction of the basal topography of the Canadian archipelago ICE caps via 2D automated layer-tracker
Refice et al. On the use of anisotropic covariance models in estimating atmospheric DInSAR contributions
RU2379705C2 (en) Method of two-stage image recovery in multi-channel radio- and radio-ir-radars
CN115656944A (en) Accurate correction method for ship image electromagnetic scattering characteristic flicker based on MIMO radar
RU2316786C1 (en) Mode of observation over the surface and air situation on a multi-channel radar basis
CN114488142A (en) Radar two-dimensional angle imaging method and system based on difference-sum beam
RU2300780C1 (en) Method for measurement of object height on surface at obtaining of three-dimensional radar image of surface with objects on the base of low-altitude flight airborne radar

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070624