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 PDFInfo
- 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
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
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 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 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:
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 :
3. Оценки 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), , сигналов, отраженных от соответствующих i-, j-x элементов поверхности.3. Ratings 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), , 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:
, ,
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 , 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 , , , а далее независимо в каждом j-м столбце полученной матрицы оценки ,..., ,..., 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 , 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 , , , and then independently in each jth column of the resulting matrix assessments , ..., , ..., sum with the weights h 2 (-m / 2), ..., h 2 (0), ..., h 2 (m / 2) and estimate the desired amplitudes x (i, j):
, ,
последовательно для i=1+m/2,..., 2+m/2,..., I-m/2 и тем самым формируют матрицу радиолокационного изображения поверхности или воздушной обстановки , , 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 , , 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 , 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 , 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 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 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:
. .
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 , затем при последовательно смещенных на m-ю часть ДНА положениях луча по углу места независимо формируются все строки матрицы промежуточных оценок , (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 , 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 , (i = 1, 2, ..., I).
4. Независимо в каждом j-м столбце полученной матрицы (j=1, 2,...,J) промежуточные оценки ,..., ,..., 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 (j = 1, 2, ..., J) intermediate estimates , ..., , ..., are summed with the weights h 2 (-m / 2), ..., h 2 (0), ..., h 2 (m / 2) and the sought amplitudes (i, j) are estimated:
, ,
и тем самым формируется матрица радиолокационного изображения поверхности или воздушного пространства , , 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. and thereby a matrix of radar images of the surface or airspace is formed , , 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 , полученных во всех k-x сечениях дальности , 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.5. The set of images obtained in all kx range sections gives a reconstructed three-dimensional image of a surface or air environment 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
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 σP 2. 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
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:
или в матричной форме:or in matrix form:
Для моделей (1)-(4) разработаны алгоритмы нахождения оценок искомых амплитуд поля отражения Х по критерию минимума среднего квадрата ошибки оценивания или минимума квадрата нормы 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) the required amplitudes of the reflection field X by the criterion of the minimum of the mean square of the estimation error or minimum squared norm 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:
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 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)T(Y-А) по 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 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 ) T (Y-A ) by leads to estimates of the regularized least squares method (RMNC):
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:
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 (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 (j) используется центральная строка матрицы Н, соответствующая минимуму дисперсии ошибки оценивания ковариационной матрицы КX=(АTА)-1σ2 P. Алгоритм оценивания представляет линейную комбинацию измерений, взятых с заранее просчитанными весовыми коэффициентами, аналогично алгоритму (5).Rating (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 (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):
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
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:
, N≥n. Это приводит к промежуточным оценкам , . , N≥n. This leads to intermediate estimates. , .
2. Затем восстанавливается поле отражения в каждом j-м столбце матрицы , полученной после сканирования всей зоны обзора:2. Then, the reflection field in each jth column of the matrix is restored obtained after scanning the entire field of view:
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 представляет следующий линейный алгоритм:Two-stage processing also allows the use of recurrent estimation algorithms x (i, j). Minimized evaluation represents the following linear algorithm:
(12) (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 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 пересчитывается в матрицу амплитуд 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 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 recalculated into the amplitude matrix 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 (σP>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 P (σ P > 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 , , 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 , , 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)
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)
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 |
-
2005
- 2005-06-23 RU RU2005119558/09A patent/RU2284548C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
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 |