RU2583849C1 - Method for digital signal processing in surveillance monopulse amplitude integral-differential direction finding using antenna array (versions) and surveillance monopulse amplitude integral-differential direction finder using antenna array and digital signal processing - Google Patents
Method for digital signal processing in surveillance monopulse amplitude integral-differential direction finding using antenna array (versions) and surveillance monopulse amplitude integral-differential direction finder using antenna array and digital signal processing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2583849C1 RU2583849C1 RU2015113663/07A RU2015113663A RU2583849C1 RU 2583849 C1 RU2583849 C1 RU 2583849C1 RU 2015113663/07 A RU2015113663/07 A RU 2015113663/07A RU 2015113663 A RU2015113663 A RU 2015113663A RU 2583849 C1 RU2583849 C1 RU 2583849C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- angle
- value
- signal
- antenna array
- input
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
- G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
- G01S3/143—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction by vectorial combination of signals derived from differently oriented antennae
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
- H01Q25/002—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns providing at least two patterns of different beamwidth; Variable beamwidth antennas
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к области радиотехники и могут быть применены в системах моноимпульсной радиолокации и радиопеленгации, использующих антенную решетку и цифровую обработку сигналов.The invention relates to the field of radio engineering and can be applied in systems of monopulse radar and direction finding using an antenna array and digital signal processing.
Для определения с высокой точностью угловых координат (УК) целей с 40-50 гг. прошлого века применяется моноимпульсный амплитудный суммарно-разностный метод пеленгации [Родс Д.Р. Введение в моноимпульсную радиолокацию. - М.: Сов. радио, 1960, 160 с.], потенциально позволяющий получить результат по единственному принятому импульсу. При этом еще 30 лет назад отмечалось, что «моноимпульсные РЛС не используют своих потенциальных возможностей в быстродействии и извлекают угловую информацию о цели из серии последовательных импульсов» [Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация - М.: Радио и связь, 1984, 312 с., стр. 127]. И в настоящее время авторам не известны публикации о способах определения УК цели по единственному импульсу, не имеющих существенных ограничений. Поэтому вопросы приближения быстродействия пеленгаторов и радиолокационных систем (РЛС) к теоретически возможному пределу при высокой точности определения УК в случае высокого отношения сигнал/шум являются актуальными.To determine with high accuracy the angular coordinates (UK) of targets from 40-50. of the last century, a monopulse amplitude total-difference method of direction finding is used [Rhodes D.R. Introduction to monopulse radar. - M .: Owls. radio, 1960, 160 pp.], potentially allowing to obtain the result of a single received impulse. Moreover, 30 years ago it was noted that “monopulse radars do not use their potential capabilities in speed and extract angular information about the target from a series of consecutive pulses” [Leonov A.I., Fomichev K.I. Monopulse radar - M.: Radio and communications, 1984, 312 S., p. 127]. And at present, the authors are not aware of publications on the methods for determining the UK target by a single impulse that do not have significant limitations. Therefore, the issues of approximating the speed of direction finders and radar systems (radar) to the theoretically possible limit with high accuracy in determining UK in the case of a high signal to noise ratio are relevant.
Известен способ обработки сигналов при обзорной одноканальной амплитудной пеленгации [патент РФ 2159940. Способ обработки сигналов при одноканальной амплитудной пеленгации], являющийся аналогом заявляемого первого способа, при котором формируют диаграмму направленности (ДН), перемещающуюся в плоскости пеленгации, принимают сигнал источника радиоизлучения (ИРИ), пространственно манипулируют перемещающейся ДН на ее ширину по уровню минус 3 дБ, принятый сигнал селектируют по частоте манипуляции, обнаруживают сигнал радиометрическим способом, перемещают манипулированную ДН в секторе обнаружения, по максимальному уровню сигнала формируют сектор пеленгования и требуемый коэффициент усиления тракта, производят перемещение манипулированной ДН в обе стороны сектора пеленгования, по снятым при этом реализациям сигнала вычисляют абсциссы центров тяжести полученных реализаций и по их среднему значению - пеленг.A known method of signal processing in the survey single-channel amplitude direction finding [RF patent 2159940. A method of processing signals in the single-channel amplitude direction finding], which is an analogue of the inventive first method, in which a radiation pattern (ND) moving in the direction-finding plane is formed, a signal of a radio emission source (IRI) is received spatially manipulate the moving beam to its width at a level of
Недостатками аналога являются энергетические потери из-за одноканальной обработки, низкая точность из-за нелинейности пеленгационной характеристики (ПХ) и большое время, затрачиваемое на ее формирование.The disadvantages of the analogue are energy losses due to single-channel processing, low accuracy due to the non-linearity of the direction-finding characteristic (HR) and the large time spent on its formation.
Более близким по технической сущности к заявляемому первому способу является способ обработки сигналов при двухканальной обзорной амплитудной пеленгации [патент РФ 2225990. Способ обработки сигналов при двухканальной амплитудной пеленгации / Аветисьянц В.А., Горовой А.В., Ларионов Б.А., Музыченко Н.Ю., Фоминченко Г.Л.], принятый за прототип, в котором формируют пару ДН углового датчика, сдвинутых на ширину ДН по уровню минус 3 дБ и образующих равносигнальное направление (РСН), осуществляют в заданном угловом секторе поиск сигналов, принимают сигналы ИРИ и селектируют их по частоте, формируют ПХ углового дискриминатора путем перемещения пары ДН в пределах сектора пеленгования, вычисления абсцисс центров тяжести полученных реализаций в моменты максимальных значений корреляционных интегралов, вычисленных по способу совпадения полярностей и аппроксимации ее линейной функцией, и, решая пеленгационное уравнение, вычисляют угол прихода сигналов ИРИ.Closer in technical essence to the claimed first method is a signal processing method for two-channel amplitude amplitude direction finding [RF patent 2225990. A signal processing method for two-channel amplitude direction finding / Avetisyants V. A., Gorova A. V., Larionov B. A., Muzychenko N.Yu., Fominchenko GL], adopted as a prototype, in which a pair of beam sensors of an angular sensor are formed, shifted by a beam width at a level of
Недостатками прототипа первого способа являются низкая точность определения УК из-за грубой аппроксимации нелинейной ПХ линейной функцией и низкое быстродействие из-за необходимости получения множества реализаций сигнала для формирования ПХ углового дискриминатора.The disadvantages of the prototype of the first method are the low accuracy of determining the CC due to the rough approximation of the nonlinear PX by a linear function and the low speed due to the need to obtain multiple realizations of the signal to form the PX of the angular discriminator.
Аналогом заявляемого второго способа может служить способ обработки сигналов при обзорной одноканальной амплитудной пеленгации [патент РФ 2159940. Способ обработки сигналов при одноканальной амплитудной пеленгации], при котором формируют ДН, перемещающуюся в плоскости пеленгации, принимают сигнал ИРИ, пространственно манипулируют перемещающейся ДН на ее ширину по уровню минус 3 дБ, принятый сигнал селектируют по частоте манипуляции, обнаруживают сигнал радиометрическим способом, перемещают манипулированную ДН в секторе обнаружения, по максимальному уровню сигнала формируют сектор пеленгования и требуемый коэффициент усиления тракта, производят перемещение манипулированной ДН в обе стороны сектора пеленгования, по снятым при этом реализациям сигнала вычисляют абсциссы центров тяжести полученных реализаций и по их среднему значению - пеленг.An analogue of the claimed second method can be a signal processing method for a single-channel amplitude direction finding survey [RF patent 2159940. A signal processing method for a single-channel amplitude direction finding], in which an ND moving in the direction finding plane is formed, an IRI signal is received, the moving ND is spatially manipulated along its width along
Недостатками аналога являются энергетические потери из-за одноканальной обработки, низкая точность из-за нелинейности пеленгационной характеристики и большое время, затрачиваемое на ее формирование.The disadvantages of the analogue are energy losses due to single-channel processing, low accuracy due to non-linearity of the direction-finding characteristic and the long time spent on its formation.
В качестве прототипа заявляемого второго способа выбран способ обработки сигналов при двухканальной обзорной амплитудной пеленгации [патент РФ 2225990. Способ обработки сигналов при двухканальной амплитудной пеленгации / Аветисьянц В.А., Горовой А.В., Ларионов Б.А., Музыченко Н.Ю., Фоминченко Г.Л.], в котором формируют пару ДН углового датчика, сдвинутых на ширину ДН по уровню минус 3 дБ и образующих РСН, осуществляют в заданном угловом секторе поиск сигналов, принимают сигналы ИРИ и селектируют их по частоте, формируют ПХ углового дискриминатора путем перемещения пары ДН в пределах сектора пеленгования, вычисления абсцисс центров тяжести полученных реализаций в моменты максимальных значений корреляционных интегралов, вычисленных по способу совпадения полярностей и аппроксимации ее линейной функцией, и, решая пеленгационное уравнение, вычисляют угол прихода сигналов ИРИ.As a prototype of the proposed second method, a method for processing signals with a two-channel amplitude amplitude direction finding [RF patent 2225990. A signal processing method for two-channel amplitude direction finding / Avetisyants VA, Gorovoi A.V., Larionov B.A., Muzychenko N.Yu. ., Fominchenko G.L.], in which they form a pair of beam sensors of an angular sensor shifted by a beam width at a level of
Недостатками прототипа второго способа являются низкая точность определения УК из-за грубой аппроксимации нелинейной ПХ линейной функцией и низкое быстродействие из-за необходимости получения множества реализаций сигнала для формирования ПХ углового дискриминатора.The disadvantages of the prototype of the second method are the low accuracy of determining the CC due to the rough approximation of the nonlinear PX by a linear function and the low speed due to the need to obtain multiple realizations of the signal to form the PX of the angular discriminator.
Задачей, на решение которой направлен предлагаемый первый способ, является повышение точностных характеристик и быстродействия при обзорной амплитудной суммарно-разностной пеленгации с учетом того, что для обзорной пеленгации важны ширина рабочей зоны 2ϑРЗ и точность аппроксимации пеленгационной характеристики S(ϑ) в этой зоне (-ϑРЗ≤ϑ≤ϑРЗ) линейной функцией.The object to be solved by directed proposed first method is to increase the accuracy characteristics and performance when Review amplitude sum-difference DF, taking into account the fact that for review DF important width of the working area 2θ RH and accuracy of approximation DF characteristic S (θ) in this zone ( -ϑ РЗ ≤ϑ≤ϑ РЗ ) linear function.
Для решения этой задачи, согласно первому изобретению, применяют способ цифровой обработки сигналов при обзорной моноимпульсной амплитудной суммарно-разностной пеленгации с использованием антенной решетки, при котором в соответствии с весовой функцией, описывающей распределение поля в раскрыве антенной решетки и обеспечивающей заданный уровень боковых лепестков, формируют диаграммы направленности F1(ϑ)≡F(ϑ-ϑ0) и F2(ϑ)≡F(ϑ+ϑ0) парциальных каналов приема углового датчика, где ϑ - текущий угол, отсчитываемый от РСН, причем максимумы этих диаграмм отстоят в каждую сторону от РСН на угол смещения ϑ0, а также сопряженную с ними диаграмму направленности компенсационного канала, обеспечивающую определенное превышение усиления этого канала над усилением по боковым лепесткам диаграмм направленности парциальных каналов, принимают сигналы источников радиоизлучений, осуществляют их аналого-цифровое преобразование, на выходах парциальных каналов обнаруживают сигналы с уровнями соответственно U1 и U2 и измеряют их параметры, селектируют из потоков этих сигналов те из них, уровни которых одновременно превышают уровень сигнала компенсационного канала, вычисляют сигнал рассогласования 
Согласно изобретению, в заявленном первом способе до приема сигналов осуществляют моделирование процесса их приема и обработки, при котором используют весовую функцию Хэмминга w(x)=0.08+0.92cos2(πх/2), -1≤х≤1, обеспечивающую уровень боковых лепестков не выше минус 40 дБ и, с учетом далее определяемого значения угла смещения ϑ0, ширину рабочей зоны пеленгации не менее двукратной ширины диаграммы направленности парциального канала по уровню половинной мощности, или другую весовую функцию, обеспечивающую не более высокий, чем функция Хэмминга, уровень боковых лепестков и не меньшую ширину рабочей зоны, в процессе моделирования определяют на основе весовой функции и параметров антенной решетки конкретный вид функций F1(ϑ), F2(ϑ) и S(ϑ,ϑ0), параметрически зависящих от угла смещения ϑ0, разлагают нечетную функцию S(ϑ,ϑ0), описывающую пеленгационную характеристику, по нечетным степеням угла ϑ в ряд МаклоренаAccording to the invention, in the claimed first method, prior to receiving signals, a simulation of the process of their reception and processing is carried out, in which the Hamming weight function w (x) = 0.08 + 0.92cos 2 (πх / 2), -1≤х≤1, providing the level of side petals not higher than minus 40 dB, and considering further defined offset value θ the angle 0, the width of the working area DF at least twice the width of the directivity pattern of the partial channel at half power, or another weight function that provides not greater than the function Hamming uro Shade sidelobes and a smaller width of the working area, in the simulation is determined on the basis of the weighting function and the parameters of the antenna array the particular form of the functions F 1 (θ), F 2 (θ) and S (θ, θ 0) and parametrically depending on the bias angle ϑ 0 , expand the odd function S (ϑ, ϑ 0 ), which describes the direction-finding characteristic, by the odd powers of the angle ϑ in the Maclaurin series
коэффициенты bk(ϑ0) которого являются функциями угла смещения ϑ0, определяют предварительное значение угла смещения как результат решения задачи b3(ϑ0)=0, обеспечивающее линейность пеленгационной характеристики с точностью до членов разложения пятого и более высоких порядков, вычисляют окончательное значение угла смещения ϑ0 как результат решения задачи ϑРЗ(ϑ0)→max, обеспечивающее максимальное значение ширины ϑРЗ(ϑ0)≡ϑРЗ(ϑ0,εmax) рабочей зоны, в которой ошибка измерения угла ϑ не превышает максимальной ошибки emах, которая, в свою очередь, задана не превышающей, например, 0,01 ширины диаграммы направленности парциального канала по уровню половинной мощности, вычисляют по полученному значению угла смещения значение коэффициента b1(ϑ0), затем использованную при моделировании весовую функцию и определенное в результате моделирования значение угла смещения ϑ0 используют при формировании диаграмм направленности антенной решетки, приеме и обработке сигнала, получая значение SСР, после чего вычисляют значение угла ϑ прихода сигнала источника радиоизлучения - пеленг ϑС по формуле 
Техническим результатом первого способа является повышение точностных характеристик и быстродействия, вплоть до определения угла прихода сигнала по единственной его реализации, с точностью, например, не хуже 1% ширины ДН парциального канала при обзорной амплитудной суммарно-разностной пеленгации и высоком отношении сигнал/шум за счет достижения высокой линейности пеленгационной характеристики во всей рабочей зоне пеленгации, ширина которой составляет не менее двукратной ширины ДН парциального канала по уровню половинной мощности.The technical result of the first method is to increase the accuracy characteristics and speed, up to determining the angle of arrival of a signal from its only implementation, with an accuracy of, for example, no worse than 1% of the beam width of a partial channel with a survey amplitude-difference direction finding and a high signal to noise ratio due to achieving high linearity of the direction-finding characteristic in the entire working area of the direction finding, the width of which is not less than twice the width of the bottom of the partial channel at half power level.
Задачей, на решение которой направлен предлагаемый второй способ, является повышение точностных характеристик и быстродействия при обзорной амплитудной суммарно-разностной пеленгации с учетом того, что для обзорной пеленгации важны ширина рабочей зоны 2ϑРЗ и точность аппроксимации пеленгационной характеристики S(ϑ) в этой зоне (-ϑРЗ≤ϑ≤ϑРЗ) функцией, обеспечивающей точность и быстроту вычисления пеленга.The object to be solved by directed proposed second method is to increase the accuracy characteristics and performance when Review amplitude sum-difference DF, taking into account the fact that for review DF important width of the working area 2θ RH and accuracy of approximation DF characteristic S (θ) in this zone ( -ϑ РЗ ≤ϑ≤ϑ РЗ ) function providing the accuracy and speed of bearing calculation.
Для решения этой задачи предлагается второй способ цифровой обработки сигналов при обзорной моноимпульсной амплитудной суммарно-разностной пеленгации с использованием антенной решетки, при котором в соответствии с весовой функцией, описывающей распределение поля в раскрыве антенной решетки и обеспечивающей заданный уровень боковых лепестков, формируют диаграммы направленности F1(ϑ)≡F(ϑ-ϑ0) и F2(ϑ)≡F(ϑ+ϑ0) парциальных каналов приема углового датчика, где ϑ - текущий угол, отсчитываемый от равносигнального направления, причем максимумы этих диаграмм отстоят в каждую сторону от равносигнального направления на угол смещения ϑ0, а также сопряженную с ними диаграмму направленности компенсационного канала, обеспечивающую определенное превышение усиления этого канала над усилением по боковым лепесткам диаграмм направленности парциальных каналов, принимают сигналы источников радиоизлучений, осуществляют их аналого-цифровое преобразование, на выходах парциальных каналов обнаруживают сигналы с уровнями соответственно U1, и U2 и измеряют их параметры, селектируют из потоков этих сигналов те из них, уровни которых одновременно превышают уровень сигнала компенсационного канала, вычисляют сигнал рассогласования 
Согласно изобретению в заявленном втором способе до приема сигналов осуществляют моделирование процесса их приема и обработки, при котором используют весовую функцию Хэмминга w(x)=0.08+0.92cos2(πx/2), -1≤х≤1, обеспечивающую уровень боковых лепестков не выше минус 40 дБ и, с учетом далее определяемого значения угла смещения ϑ0, ширину рабочей зоны пеленгации не менее двукратной ширины диаграммы направленности парциального канала по уровню половинной мощности, или другую весовую функцию, обеспечивающую не более высокий, чем функция Хэмминга, уровень боковых лепестков и не меньшую ширину рабочей зоны, в процессе моделирования определяют на основе весовой функции и параметров антенной решетки конкретный вид функций F1(ϑ), F2(ϑ) и S(ϑ,ϑ0), параметрически зависящих от угла смещения ϑ0, разлагают нечетную функцию S(ϑ,ϑ0), описывающую пеленгационную характеристику, по нечетным степеням угла ϑ в ряд МаклоренаAccording to the invention, in the claimed second method, prior to receiving signals, the process of their reception and processing is simulated, in which the Hamming weight function w (x) = 0.08 + 0.92cos 2 (πx / 2), -1≤x≤1, which provides the level of side lobes, is used not higher than minus 40 dB, and considering further determined angle offset value θ 0, the width of the working area DF at least twice the width of the directivity pattern of the partial channel at half power, or another weight function that provides not greater than the Hamming function, urs Hb sidelobes and a smaller width of the working area, in the simulation is determined on the basis of the weighting function and the parameters of the antenna array the particular form of the functions F 1 (θ), F 2 (θ) and S (θ, θ 0) and parametrically depending on the bias angle ϑ 0 , expand the odd function S (ϑ, ϑ 0 ), which describes the direction-finding characteristic, by the odd powers of the angle ϑ in the Maclaurin series
коэффициенты bk(ϑ0) которого являются функциями угла смещения ϑ0, определяют окончательное значение угла смещения как результат решения задачи ϑ5(ϑ0)=0, обеспечивающее соответствие пеленгационной характеристики кубической функции с отклонением только в седьмом и более высоких порядках членов разложения, далее по полученному значению угла смещения вычисляют значения коэффициентов b1(ϑ0) и b3(ϑ0), затем использованную при моделировании весовую функцию и определенное в результате моделирования значение угла смещения ϑ0 используют при формировании диаграмм направленности антенной решетки, приеме и обработке сигнала, получая значение SCP, после чего вычисляют значение угла ϑ прихода сигнала источника радиоизлучения, совпадающее с пеленгом ϑC, как минимальное по абсолютной величине действительное решение кубического уравнения b1(ϑ0)ϑ+b3(ϑ0)ϑ3=SCP, полученное по формулам Кардано.the coefficients b k (ϑ 0 ) of which are functions of the displacement angle ϑ 0 , determine the final value of the displacement angle as the result of solving the problem ϑ 5 (ϑ 0 ) = 0, which ensures the direction finding characteristic of the cubic function with deviation only in the seventh and higher orders of expansion terms further according to the obtained value of the values of the coefficients b 1 (θ 0) and b 3 (θ 0), then used in the simulation and the weighting function defined in the simulation the value of angle offset θ is calculated bias angle used pr 0 beamforming antenna array, receiving and processing the signal to obtain a value S CP, after which the calculated value of the angle θ of arrival of the radio source signal coincides with the bearing of θ C, as the minimum absolute value valid solution of the cubic equation b 1 (θ 0) θ + b 3 (ϑ 0 ) ϑ 3 = S CP obtained by Cardano formulas.
Техническим результатом второго способа является повышение точностных характеристик и быстродействия, вплоть до определения угла прихода сигнала по единственной реализации, с точностью, например, не хуже 1% ширины ДН парциального канала при обзорной амплитудной суммарно-разностной пеленгации за счет достижения соответствия ПХ кубической функции во всей рабочей зоне пеленгации.The technical result of the second method is to increase the accuracy characteristics and speed, up to determining the angle of arrival of the signal from a single implementation, with an accuracy of, for example, no worse than 1% of the beam width of the partial channel for the survey amplitude-total direction-finding direction due to the matching of the HRP cubic function in the whole direction finding zone.
Отличительной особенностью предложенных способов является дополнительно еще и то, что при малом числе антенных элементов в антенной решетке и, следовательно, большой ширине ее диаграммы направленности, а также при сканировании, вместо переменных ϑ и ϑ0 используют значения синусов этих углов, то есть значения u и u0, где u=sinϑ и u0=sinϑ0, причем нулевым значениям углов соответствует нормаль к раскрыву антенной решетки.A distinctive feature of the proposed methods is also the fact that with a small number of antenna elements in the antenna array and, therefore, a large width of its radiation pattern, as well as when scanning, instead of the variables ϑ and ϑ 0 , the sines of these angles are used, i.e., the values of u and u 0 , where u = sinϑ and u 0 = sinϑ 0 , and the normal to the opening of the antenna array corresponds to zero values of the angles.
Аналогом заявляемого устройства, реализующего предложенные способы, является пеленгатор с обработкой сигналов при обзорной одноканальной амплитудной пеленгации [патент РФ 2159940. Способ обработки сигналов при одноканальной амплитудной пеленгации], содержащий последовательно соединенные антенную систему (АС) на базе фазированной антенной решетки, радиоприемное устройство (РПУ), амплитудный детектор, демодулятор и вычислитель, а также устройство управления диаграммой направленности (УУДН), фильтр, коммутатор, устройство управления и синхронизации (УУС) и генератор. Выход амплитудного детектора через фильтр связан со входом коммутатора, выходы УУДН связаны с управляющим входом АС и вторым входом вычислителя, другие выходы которого связаны со вторым входом коммутатора и входами УУС, выходы которого связаны с третьим и четвертым входами УУДН, управляющим входом коммутатора, четвертым входом и входом ПЕЛ. вычислителя.An analogue of the claimed device that implements the proposed methods is a direction finder with signal processing for a single-channel amplitude direction finding survey [RF patent 2159940. A signal processing method for single-channel amplitude direction finding], comprising a series-connected antenna system (AS) based on a phased array, radio receiving device (RPU ), an amplitude detector, demodulator and calculator, as well as a radiation pattern control device (UUDN), a filter, a switch, a control device and syn ronizatsii (NCU) and a generator. The output of the amplitude detector through a filter is connected to the input of the switch, the outputs of the UUDN are connected to the control input of the AC and the second input of the calculator, the other outputs of which are connected to the second input of the switch and the inputs of the UUS, the outputs of which are connected to the third and fourth inputs of the UUD, the control input of the switch, the fourth input and entrance PEL. calculator.
Недостатками аналога заявляемого устройства являются энергетические потери из-за одноканальной обработки, низкая точность из-за нелинейности пеленгационной характеристики и большое время, затрачиваемое на ее формирование.The disadvantages of the analogue of the claimed device are energy losses due to single-channel processing, low accuracy due to the nonlinearity of the direction-finding characteristic and the long time spent on its formation.
В качестве прототипа заявляемого устройства, реализующего предложенные способы, выбран пеленгатор с обработкой сигналов при двухканальной обзорной амплитудной пеленгации [патент РФ 2225990. Способ обработки сигналов при двухканальной амплитудной пеленгации / Аветисьянц В.А., Горовой А.В., Ларионов Б.А., Музыченко Н.Ю., Фоминченко Г.Л.], содержащий последовательно соединенные АС на базе фазированной антенной решетки, двухканальное РПУ, коррелятор и вычислитель, а также УУДН, амплитудный детектор, фильтр, сумматор, коммутатор и УУС. Выходы РПУ через амплитудный детектор и фильтр связаны со входами сумматора, выход которого связан с первым входом коммутатора и вторым входом вычислителя. Первый выход УУДН связан с управляющим входом АС, второй - с третьим входом вычислителя, причем второй выход вычислителя связан со вторым входом коммутатора, третий - с первым входом УУДН, четвертый и пятый - с первым и вторым входами УУС, при этом первый выход УУС связан с третьим входом УУДН, второй - с четвертым, третий - с управляющим входом коммутатора, пятый - с четвертым входом вычислителя, шестой - с входом ПЕЛ вычислителя. Выход коммутатора связан с третьим входом РПУ.As a prototype of the claimed device that implements the proposed methods, a direction finder with signal processing for two-channel amplitude amplitude direction finding [RF patent 2225990. A signal processing method for two-channel amplitude direction finding / Avetisyants VA, Gorovoy A.V., Larionov B.A. , Muzychenko N.Yu., Fominchenko GL], containing serially connected speakers based on a phased array, two-channel RPU, correlator and calculator, as well as UUDN, amplitude detector, filter, adder, switch and CCS. The outputs of the RPU through the amplitude detector and filter are connected to the inputs of the adder, the output of which is connected to the first input of the switch and the second input of the calculator. The first output of the UUDN is connected to the control input of the AC, the second to the third input of the calculator, the second output of the calculator connected to the second input of the switch, the third to the first input of UUDN, the fourth and fifth to the first and second inputs of the UUS, while the first output of the UUS with the third input of the UUDN, the second with the fourth, the third with the control input of the switch, the fifth with the fourth input of the calculator, the sixth with the input of the PEL of the calculator. The output of the switch is connected to the third input of the RPU.
Недостатками прототипа заявляемого устройства являются низкая точность определения УК из-за грубой аппроксимации нелинейной ПХ линейной функцией и низкое быстродействие из-за необходимости получения множества реализаций сигнала для формирования ПХ углового дискриминатора.The disadvantages of the prototype of the claimed device are the low accuracy of determining the criminal code due to the rough approximation of the nonlinear PX linear function and low performance due to the need to obtain multiple implementations of the signal to form the PX angular discriminator.
Задачей, на решение которой направлено создание обзорного моноимпульсного амплитудного суммарно-разностного пеленгатора, реализующего предложенные способы, является повышение его точностных характеристик и быстродействия, вплоть до определения угла прихода сигнала по единственной реализации, с точностью, например, не хуже 1% ширины ДН парциального канала при высоком отношении сигнал/шум.The task to which the creation of a survey monopulse amplitude total-difference direction finder is implemented, which implements the proposed methods, is to increase its accuracy characteristics and speed, up to determining the angle of arrival of a signal from a single implementation, with an accuracy, for example, not worse than 1% of the beam width of the partial channel at high signal to noise ratio.
Для решения указанной задачи предлагается обзорный моноимпульсный амплитудный суммарно-разностный пеленгатор с использованием антенной решетки и цифровой обработки сигналов, содержащий последовательно соединенные блок антенных элементов, блок многоканального радиоприемного устройства, блок аналого-цифровых преобразователей, блок умножителей, диаграммообразующее устройство, блок согласованных фильтров, блок селекции, измеритель сигнала углового рассогласования и устройство управления, причем первый, второй, третий и четвертый управляющие выходы устройства управления подключены соответственно к входу управления блока многоканального радиоприемного устройства, входу управления синтезатора частот, первому входу управления диаграммообразующего устройства и входу управления блока обнаружения и измерения параметров сигналов, гетеродинный выход синтезатора частот подключен к одноименному входу блока многоканального радиоприемного устройства, а выход дискретизации синтезатора частот - к одноименному входу блока аналого-цифровых преобразователей, выходы U1 и U2 парциальных каналов диаграммообразующего устройства соединены с одноименными входами блока согласованных фильтров и блока обнаружения и измерения параметров сигналов, выход параметров которого подключен к одноименным входам блока согласованных фильтров и устройства управления.To solve this problem, an overview monopulse amplitude sum-difference direction finder using an antenna array and digital signal processing, comprising series-connected block of antenna elements, block of multi-channel radio receiving device, block of analog-to-digital converters, block of multipliers, chart-forming device, block of matched filters, block, is proposed selection, a signal meter of an angular mismatch and a control device, the first, second, third and fourth unitary enterprise The steering outputs of the control device are connected respectively to the control input of the multi-channel radio receiver unit, the control input of the frequency synthesizer, the first control input of the beam-forming device and the control input of the signal detection and measurement unit, the heterodyne output of the frequency synthesizer is connected to the same input of the multi-channel radio receiver unit, and the sampling output frequency synthesizer - to the same input block of analog-to-digital converters, outputs U 1 and U The 2 partial channels of the beam-forming device are connected to the inputs of the matching filters block and the signals parameter detection and measurement block, the parameter output of which is connected to the inputs of the matching filters and control devices of the same name.
Согласно изобретению в него дополнительно введены последовательно соединенные запоминающее устройство значений весовой функции, вычислитель видов функциональных зависимостей, вычислитель коэффициентов bk(ϑ0) разложения пеленгационной характеристики, вычислитель значения угла смещения ϑ0, вычислитель окончательных значений коэффициентов bk(ϑ0) и b3(ϑ0) и вычислитель пеленга ϑС, причем выход запоминающего устройства значений весовой функции соединен через устройство управления со входом управления блока умножителей, а вход управления запоминающего устройства значений весовой функции - с выходом управления вычислителя видов функциональных зависимостей, выход вычислителя видов функциональных зависимостей соединен через вычислитель коэффициентов bk(ϑ0) разложения пеленгационной характеристики со входом вычислителя значения угла смещения ϑ0 и вторым входом вычислителя окончательных значений коэффициентов разложения b1(ϑ0) и b3(ϑ0), выход вычислителя значения угла смещения подключен к первому входу вычислителя окончательных значений коэффициентов b1(ϑ0) и b3(ϑ0), а через устройство управления - ко второму входу управления диаграммообразующего устройства, вход данных вычислителя значения угла смещения ϑ0 соединен с седьмым выходом устройства управления, выход вычислителя окончательных значений коэффициентов b1(ϑ0) и b3(ϑ0) подключен к первому входу вычислителя пеленга, второй вход вычислителя пеленга соединен через устройство управления с выходом измерителя сигнала углового рассогласования, а входы данных и управления вычислителя видов функциональных зависимостей подключены к пятому и шестому выходам устройства управления.According to the invention, it is additionally introduced into it a sequentially connected memory of the values of the weight function, a calculator of the types of functional dependencies, a calculator of coefficients b k (ϑ 0 ) of the expansion of the direction-finding characteristic, a calculator of the value of the offset angle ϑ 0 , a calculator of the final values of the coefficients b k (ϑ 0 ) and b 3 (θ 0) and bearing calculator θ C, the output of memory values of the weighting function is coupled via a control device with a control unit input of the multipliers and the input sound control Lenia memory values of the weight function - with output control calculator types of functional dependencies, yield calculator types of functional dependencies is connected through computer coefficients b k (θ 0) decomposition DF characteristics to the input of calculating offset values θ angle 0 and the second input calculating final values b expansion coefficients 1 (ϑ 0 ) and b 3 (ϑ 0 ), the output of the calculator of the offset angle value is connected to the first input of the calculator of the final values of the coefficients b 1 (ϑ 0 ) and b 3 (ϑ 0 ), and through the control device to the second control input of the beam-forming device, the data input of the offset value calculator ϑ 0 is connected to the seventh output of the control device, and the output of the final value calculator is b 1 (ϑ 0 ) and b 3 (ϑ 0 ) is connected to the first input of the bearing calculator, the second input of the bearing calculator is connected via the control device to the output of the angular mismatch signal meter, and the data and control inputs of the calculator of types of functional dependencies are connected to the fifth and the sixth outputs of the control device.
Техническим результатом предлагаемого устройства является достижение повышенных точностных характеристик и быстродействия, вплоть до определения угла прихода сигнала по единственной реализации, с точностью, например, не хуже 1% ширины ДН парциального канала при обзорной амплитудной суммарно-разностной пеленгации за счет соответствия ПХ линейной или кубической функции во всей рабочей зоне пеленгации.The technical result of the proposed device is to achieve improved accuracy characteristics and speed, up to determining the angle of arrival of the signal from a single implementation, with an accuracy of, for example, no worse than 1% of the width of the PD of the partial channel with the overview amplitude total-difference direction finding due to the matching of the linear phase or cubic function in the entire working area of direction finding.
Предлагаемые изобретения не известны в современной радиотехнике, а также не известны источники информации, содержащие сведения об аналогичных технических решениях, имеющих признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемые решения от прототипа, а также свойства, совпадающие со свойствами заявляемых решений, поэтому можно считать, что они обладают существенными отличиями, вытекают из них неочевидным образом и, следовательно, соответствуют критериям «новизна» и «изобретательский уровень».The proposed inventions are not known in modern radio engineering, and information sources containing information about similar technical solutions having features similar to those distinguishing the claimed solutions from the prototype, as well as properties that match the properties of the claimed solutions, are therefore not known, therefore, we can assume that they have significant differences, follow from them in an unobvious way and, therefore, meet the criteria of “novelty” and “inventive step”.
Сущность изобретений поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:
фигура 1 - схема электрическая структурная предлагаемого устройства, реализующего предлагаемые способы;figure 1 is an electrical structural diagram of the proposed device that implements the proposed methods;
фигура 2 - парциальные ДН, соответствующая им ПХ и крутизна (Кр) пеленгационной характеристики для общепринятого угла смещения ϑ0=ϑ0.5 и косинус-квадратного на пьедестале 0,08 амплитудного распределения на раскрыве антенной решетки, соответствующего функции Хэмминга вида w(x)=0.08+0.92cos2(πх/2), -1≤х≤1;figure 2 - partial MD, their corresponding HR and steepness (Кр) of the direction-finding characteristic for the generally accepted angle of displacement ϑ 0 = ϑ 0.5 and the cosine square on the pedestal of 0.08 amplitude distribution at the aperture of the antenna array corresponding to the Hamming function of the form w (x) = 0.08 + 0.92cos 2 (πx / 2), -1≤x≤1;
фигура 3 - характеристики пеленгатора для того же амплитудного распределения в виде функции Хэмминга w(x)=0.08+0.92cos2(πх/2), -1≤х≤1 при общепринятом угле смещения ϑ0=ϑ0.5, равном полуширине ДН парциального канала на уровне минус 3 дБ: сама ПХ, ее крутизна, линейная (Ал) и кубическая (Ак) аппроксимации ПХ усеченным рядом Маклорена, ошибка пеленгования для этих аппроксимаций (ОПл и ОПк) в процентах от ширины ДН, произведение Кр×ДНс (здесь ДНс - это уровень суммарной ДН); горизонтальными стрелками на фигурах 3-6 показана рабочая зона1(1Область углов, в которой ошибка пеленгования вследствие отличия ПХ от линейной или кубической функции не превышает заданной величины.) ϑ=0…ϑРЗ при ошибке пеленгования (РЗоп), не превосходящей 1% ширины ДН парциального канала;figure 3 - the characteristics of the direction finder for the same amplitude distribution in the form of a Hamming function w (x) = 0.08 + 0.92cos 2 (πх / 2), -1≤х≤1 with the generally accepted angle of displacement ϑ 0 = ϑ 0.5 , equal to the half-width of the partial channel at the level of
фигура 4 - характеристики пеленгатора для того же амплитудного распределения (в виде функции Хэмминга) после определения предварительного значения угла смещения 
фигура 5 - характеристики пеленгатора согласно пункту 1 формулы изобретения, для того же случая после определения окончательного значения угла смещения путем его оптимизации с целью обеспечения максимальной рабочей зоны пеленгатора 
фигура 6 - характеристики пеленгатора согласно пункту 2 формулы изобретения, для того же амплитудного распределения после определения окончательного значения угла смещения 
При реализации предложенного первого способа выполняется следующая последовательность операций:When implementing the proposed first method, the following sequence of operations is performed:
- до приема сигналов осуществляют моделирование процесса их приема и обработки, при котором выбирают весовую функцию на раскрыве антенной решетки с числом элементов N и периодом d, например, функцию Хэмминга w(х)=0.08+0.92cos2(πх/2), -1≤х≤1, обеспечивающую уровень боковых лепестков не выше минус 40 дБ и, с учетом далее определяемого значения угла смещения ϑ0, ширину рабочей зоны пеленгации не менее двукратной ширины диаграммы направленности парциального канала по уровню половинной мощности (по уровню минус 3 дБ), или другую весовую функцию, обеспечивающую не более высокий, чем функция Хэмминга, уровень боковых лепестков и не меньшую ширину рабочей зоны; затем вычисляют амплитуды возбуждения антенных элементов как 
- продолжая моделирование и используя эти амплитуды, определяют вид парциальных ДН F1(ϑ)=F(ϑ-ϑ0) и F2(ϑ)=F(ϑ+ϑ0), максимумы которых отстоят от равносигнального направления на угол ϑ0;- continuing the simulation and using these amplitudes, determine the type of partial MDs F 1 (ϑ) = F (ϑ-ϑ 0 ) and F 2 (ϑ) = F (ϑ + ϑ 0 ), the maxima of which are apart from the equal-signal direction by the angle ϑ 0 ;
- по этим ДН строят модельную ПХ в виде функции- on these NDs build a model HRP in the form of a function
параметрически зависящей от угла ϑ0, и, учитывая нечетность ПХ относительно РСН, разлагают ее по нечетным степеням угла ϑ в ряд Маклоренаparametrically dependent on the angle ϑ 0 , and, taking into account the oddness of the HRP relative to the RSN, decompose it in the odd powers of the angle ϑ in the Maclaurin series
коэффициенты bk (ϑ0) которого являются функциями угла смещения ϑ0;the coefficients b k (ϑ 0 ) of which are functions of the displacement angle ϑ 0 ;
- определяют предварительное значение угла смещения ϑ0 как результат решения задачи b3(ϑ0)=0, обеспечивающее линейность пеленгационной характеристики с точностью до членов разложения 5-го порядка;- determine the preliminary value of the angle of displacement ϑ 0 as the result of solving the problem b 3 (ϑ 0 ) = 0, which ensures the linearity of the direction-finding characteristic up to the terms of the 5th order expansion;
- вычисляют окончательное значение угла смещения ϑ0 как результат решения задачи ϑP3(ϑ0)→max, обеспечивающее максимальное значение ширины ϑРЗ(ϑ0)≡ϑРЗ(ϑ0,εmах) рабочей зоны (-ϑРЗ(ϑ0)≤ϑ≤ϑРЗ(ϑ0)), в которой текущая ошибка измерения угла ϑ не превышает максимальной ошибки εmах, которая, в свою очередь, задана не превышающей, например, 0,01 ширины ДН парциального канала по уровню половинной мощности;- calculate the final value of the displacement angle ϑ 0 as a result of solving the problem ϑ P3 (ϑ 0 ) → max, providing the maximum value of the width ϑ РЗ (ϑ 0 ) ≡ϑ РЗ (ϑ 0 , ε max ) of the working area (-ϑ РЗ (ϑ 0 ) ≤ϑ≤ϑ РЗ (ϑ 0 )), in which the current error of measuring the angle ϑ does not exceed the maximum error ε max , which, in turn, is set to not exceed, for example, 0.01 the width of the partial channel beam at half power level;
- по полученному окончательному значению угла смещения ϑ0 вычисляют значение коэффициента b1(ϑ0), затем использованную при моделировании ВФ и окончательное значение угла смещения используют при формировании ДН парциальных каналов;- based on the final value of the displacement angle ϑ 0 obtained, the coefficient b 1 (ϑ 0 ) is calculated, then the WF used in the modeling of the WF and the final value of the displacement angle are used to form the partial channel patterns;
- принимают сигнал ИРИ антенными элементами углового датчика, оцифровывают выходные сигналы каждого элемента ФАР и умножают сигнал каждого i-го элемента на вычисленную амплитуду wi; сдвигают фазу каждого i-го элемента на величину 
- суммируют сигналы элементов и измеряют уровни двух сигналов U1 и U2, принятых двумя парциальными диаграммами F1(ϑ) и F2(ϑ), оси которых разнесены на угол 2ϑ0, затем вычисляют значение UКК сигнала компенсационного канала и, в случае |U1|>|UKK| и |U2|>|UKK|, вычисляют сигнал рассогласования 
- вычисляют угол ϑ прихода сигнала (пеленг ИРИ) по формуле 
Покажем возможность повышения скорости и точности измерения угла ϑ за счет увеличения размера линейного участка ПХ. Отметим, что ПХ (1) в общем случае не линейна, т.к. является нелинейной комбинацией нелинейных функций; в соответствии с третьим постулатом моноимпульсного метода [Родс Д.Р. Введение в моноимпульсную радиолокацию. - М.: Сов. радио, 1960, 160 с.], ПХ является нечетной функцией угла ϑ и, следовательно, может быть разложена в ряд Маклорена по нечетным степеням этого угла. В окрестности нуля (т.е. РСН) она аппроксимируется первым ненулевым членом ряда - линейной функциейWe show the possibility of increasing the speed and accuracy of measuring the angle ϑ by increasing the size of the linear section of the HRP. Note that HRP (1) is not linear in the general case, since is a non-linear combination of non-linear functions; in accordance with the third postulate of the monopulse method [Rhodes D.R. Introduction to monopulse radar. - M .: Owls. radio, 1960, 160 pp.], HR is an odd function of the angle ϑ and, therefore, can be expanded in the Maclaurin series in odd powers of this angle. In a neighborhood of zero (i.e., PCN), it is approximated by the first nonzero term in the series — a linear function
где угловой коэффициент µ=b1(ϑ0), в общем случае зависящий от угла смещения, характеризует крутизну ПХ.where the slope µ = b 1 (ϑ 0 ), which generally depends on the angle of displacement, characterizes the steepness of the HRP.
Отклонение ПХ (1) от аппроксимации (2), имеющее видThe deviation of the HRP (1) from the approximation (2), having the form
δS=S(ϑ,ϑ0)-µϑ,δS = S (ϑ, ϑ 0 ) -µϑ,
приводит к ошибке определения угла ϑleads to an error in determining the angle ϑ
в общем случае зависящей от угла смещения ϑ0. При его фиксированном значении характер зависимости величин δS и δϑ от ϑ определяется первым ненулевым нелинейным членом ряда Маклорена, т.е. эти величины растут как куб или более высокая нечетная степень угла ϑ. В таком случае ошибка определения угла ϑ, возникающая вследствие отклонения ПХ от линейной аппроксимирующей функции (2) в точке ϑ углового положения цели, может быть существенно уменьшена, если при повторном вычислении направления ϑ на цель использовать предыдущую оценку угла ϑ в качестве РСН (нового начала координат) - именно так производят измерение пеленга «обычным» способом по серии принятых сигналов.in the general case, depending on the angle of displacement ϑ 0 . With its fixed value, the character of the dependence of δS and δϑ on ϑ is determined by the first nonzero nonlinear term of the Maclaurin series, i.e. these values grow like a cube or a higher odd degree of angle ϑ. In this case, the error in determining the angle ϑ arising due to the deviation of PX from the linear approximating function (2) at the point ϑ of the angular position of the target can be significantly reduced if, when recalculating the direction ϑ to the target, we use the previous estimate of the angle ϑ as the RSN (new beginning coordinates) - this is how the bearing is measured in the “usual” way using a series of received signals.
Последовательность уточнений при «обычном» расчете можно представить как итерационный процесс, на каждом шаге которого требуется повторно вычислять приемные ДН и значения ПХ для нового РСН, еще раз принимая сигнал (в РЛС - излучая импульс). Это требует дополнительного времени и аппаратной поддержки, реализующей обратную связь. Длительность одной итерации зависит от объема задействованной в ней аппаратуры. При решении нелинейного пеленгационного уравнения для единственного принятого сигнала вычисления ограничиваются использованием процессора и оперативной памяти, тогда как для измерения значения SCP для нового РСН требуется задействовать всю аппаратуру, обрабатывающую сигнал в антенной решетке. Следовательно, для повышения скорости и точности измерений следует отказаться от перерасчетов SСР для новых РСН и обрабатывать единственный принятый сигнал. Этот путь требует использования ПХ (в явном виде или аппроксимации) и наиболее эффективен при линейности ПХ. Таким образом, итераций и связанных с ними затрат времени и усложнения аппаратуры можно избежать, если обеспечить в соотношении (1) линейную зависимость ПХ от угла ϑ.The sequence of refinements in the “usual” calculation can be represented as an iterative process, at each step of which it is necessary to recalculate the receiving MDs and the HR values for the new RSN, receiving the signal again (emitting a pulse in the radar). This requires additional time and hardware support that implements feedback. The duration of one iteration depends on the amount of equipment involved in it. When solving a nonlinear direction-finding equation for a single received signal, calculations are limited to using a processor and RAM, while measuring the S CP value for a new PCN requires all the equipment that processes the signal in the antenna array to be used. Therefore, in order to increase the speed and accuracy of measurements, it is necessary to abandon the S SR calculations for new RSN and process the only received signal. This way requires the use of HRP (in explicit form or approximation) and is most effective with the linearity of HRP. Thus, iterations and associated time expenditures and hardware complications can be avoided by providing in relation (1) a linear dependence of the HRP on the angle ϑ.
Как известно из литературы [Родс Д.Р. Введение в моноимпульсную радиолокацию. - М.: Сов. радио, 1960, 160 с.], строго линейная ПХ, учитывая работы Керра и Мурдока, может быть получена при амплитудном распределении, являющемся неотрицательной степенью полупериода косинусоиды, и угле смещенияAs is known from the literature [Rhodes D.R. Introduction to monopulse radar. - M .: Owls. radio, 1960, 160 pp.], a strictly linear HR, taking into account the work of Kerr and Murdoch, can be obtained with an amplitude distribution that is a non-negative degree of the half-period of the cosine wave and the angle of displacement
где λ - длина волны;where λ is the wavelength;
d - период антенной решетки;d is the period of the antenna array;
N - число элементов антенной решетки.N is the number of elements of the antenna array.
Однако это распределение и значение угла смещения обычно не используется; принято использовать, как и в прототипе, угол смещения ϑ0=ϑ0.5, равный полуширине парциальной ДН на уровне половинной мощности. Простой, понятный и удобный для инженерного использования критерий ϑ0=ϑ0.5 обеспечивает близость угла смещения к классическому оптимальному значению, максимизирующему произведение коэффициента направленного действия (уровня суммарной диаграммы) и крутизны разностной диаграммы на РСН [Родс Д.Р. Введение в моноимпульсную радиолокацию. - М.: Сов. радио, 1960, 160 с.]. Это важно для следящего пеленгатора, но для обзорного пеленгатора, как показано ниже, это не очевидно.However, this distribution and the value of the angle of displacement is usually not used; it is customary to use, as in the prototype, a displacement angle of ϑ 0 = ϑ 0.5 , equal to the half width of the partial beam at the half power level. A simple, understandable and convenient for engineering use criterion ϑ 0 = ϑ 0.5 ensures that the offset angle is close to the classical optimal value that maximizes the product of the directional coefficient (level of the total diagram) and the slope of the difference diagram on the RSN [Rhodes DR Introduction to monopulse radar. - M .: Owls. Radio, 1960, 160 pp.]. This is important for a tracking direction finder, but for an overview direction finder, as shown below, this is not obvious.
Для упомянутого общепринятого угла смещения ϑ0=ϑ0.5 на фигуре 2 показаны парциальные ДН, вычисленная по ним ПХ и крутизна (Кр) ПХ при косинус-квадратном амплитудном распределении на пьедестале 0,08, что соответствует функции Хэмминга вида w(x)=0.08+0.92cos2(πx/2), -1≤х≤1. График амплитудного распределения на раскрыве антенной решетки показан в верхнем левом углу, в правом нижнем углу приведены значения коэффициента использования поверхности (КИП), уровня боковых лепестков (УБЛ) и уровня пересечения (УП) ДН. Для независимости изложения от конкретных значений длины волны и размера раскрыва ФАР всюду за единицу измерения углов принят угол 
Размер рабочей зоны ϑРЗ, соответствующей ошибке пеленгования 1% ширины ДН парциального канала (РЗоп), и другие характеристики пеленгации показаны на фигуре 3 для того же амплитудного распределения на раскрыве, что и на фигуре 2. На фигурах 3-6 рабочая зона ϑ=0…ϑРЗ показана горизонтальной стрелкой; в этой области углов ошибка пеленгования, возникающая из-за отклонения используемой аппроксимации ПХ от самой ПХ, не превышает 1% ширины парциальной ДН по уровню минус 3 дБ. Через Ал и Ак обозначены линейная и кубическая аппроксимации ПХ, полученные усечением ряда Маклорена, а ОПл и ОПк - ошибка пеленгования для этих аппроксимаций. Отметим, что на фигурах 3-6 показаны увеличенные в 100 раз (чтобы «1» на оси ординат соответствовала 1%) графики величины ошибки пеленгования, ниже используемой в левой части уравнения (6). Видно, что на фигуре 3, соответствующей общепринятому случаю ϑ0=ϑ0,5, рабочая зона по упомянутому 1%-му критерию составляет малую часть ширины ДН парциального канала. Рассмотрим возможность ее увеличения.The size of the working zone ϑ RE corresponding to the direction finding error of 1% of the width of the bottom of the partial channel (RE op ), and other direction finding characteristics are shown in figure 3 for the same amplitude distribution in the aperture as in figure 2. In figures 3-6, the working area ϑ = 0 ... ϑ РЗ is shown by a horizontal arrow; in this range of angles, the direction-finding error arising due to the deviation of the used HR approximation from the HR itself does not exceed 1% of the width of the partial beam at the level of
Так как ПХ является плавной нечетной функцией угла ϑ, то в окрестности нуля наибольший вклад в отклонение ПХ от линейной функции вносит кубический член ряда Маклорена с коэффициентомSince the HRP is a smooth odd function of the angle ϑ, in the vicinity of zero the greatest contribution to the deviation of the HRP from the linear function is made by the cubic term of the Maclaurin series with coefficient
Потребовав равенства его нулю, мы уменьшим отклонение ПХ от линейной функции и увеличим размер области, внутри которой отклонения от линейности малы. Соответствующий угол смещения ϑ0 можно искать как решение уравненияBy demanding that it be equal to zero, we reduce the deviation of PX from the linear function and increase the size of the region within which the deviations from linearity are small. The corresponding displacement angle ϑ 0 can be sought as a solution to the equation
Численно решая задачу (5) для амплитудного распределения на раскрыве АР в виде функции Хэмминга, получаем, что b3(ϑ0)≈0 при угле ϑ0=ϑ0 лин 1≈0,406, где за единицу принят угол ϑ1. Этот угол обеспечивает для данного распределения максимальную точность определения УК при использованном нами способе линеаризации пеленгационного уравнения путем усечения ряда Маклорена. Результат линеаризации ПХ для того же амплитудного распределения на раскрыве (в виде функции Хэмминга), что и на фигуре 3, показан на фигуре 4. Видно, что здесь обеспечена практически линейная ПХ в существенно более широкой рабочей зоне пеленгации.By numerically solving problem (5) for the amplitude distribution on the AR aperture in the form of the Hamming function, we find that b 3 (ϑ 0 ) ≈0 at an angle ϑ 0 = ϑ 0 of line 1 ≈ 0.406, where the angle is taken to be ϑ 1 . This angle provides for the given distribution the maximum accuracy in determining the Criminal Code with our method of linearizing the direction-finding equation by truncating the Maclaurin series. The result of linearization of HRP for the same amplitude distribution in the aperture (in the form of a Hamming function) as in FIG. 3 is shown in FIG. 4. It can be seen that an almost linear HR is provided here in a significantly wider working direction finding zone.
В то же время можно заметить, что на фигуре 4 ошибка пеленгования при линейной аппроксимации (график ОПл) монотонно возрастает с ростом ϑ; это означает, что ПХ в рабочей зоне отклоняется от аппроксимирующей ее линейной функции только в одну сторону. Если допустить возможность отклонения ПХ в любую сторону, лишь бы абсолютное значение ошибки пеленгования не превышало определенный выше однопроцентный порог, то можно увеличить размер ϑРЗ рабочей зоны. Он равен минимальному по абсолютной величине корню уравненияAt the same time it can be seen that in Figure 4 an error of direction finding with linear approximation (chart L OP) increases monotonically with increasing θ; this means that the HRP in the working area deviates from the linear function approximating it only in one direction. If we allow the possibility of rejection of HR in any direction, if only the absolute value of the direction finding error does not exceed the one percent threshold defined above, then you can increase the size ϑ RE of the working area. It is equal to the minimum absolute value of the root of the equation
где ошибка пеленгования δϑ как функция угла ϑ и параметра ϑ0 определена выше формулой (3). Решая задачуwhere δθ direction finding error as a function of the angle θ and θ 0 parameter is defined by the above formula (3). Solving the problem
ϑРЗ(ϑ0)→max,ϑ RE (ϑ 0 ) → max,
в которой при текущем значении параметра ϑ0 необходимо в качестве подзадачи решить уравнение (6), получаем значение угла ϑ0=ϑ0 лин 2≈0,387. Построив соответствующие ему графики (фигура 5), можно увидеть, что размер рабочей зоны увеличился по сравнению с показанной на фигуре 4. Все это отражено в пункте 1 формулы изобретения.in which for the current value of the parameter ϑ 0 it is necessary to solve equation (6) as a subproblem, we obtain the value of the angle ϑ 0 = ϑ 0 lin 2 ≈0.387. Having built the corresponding graphs (figure 5), you can see that the size of the working area has increased compared to that shown in figure 4. All this is reflected in
При реализации предложенного второго способа выполняется следующая последовательность операций:When implementing the proposed second method, the following sequence of operations is performed:
- до приема сигналов осуществляют моделирование процесса их приема и обработки, при котором выбирают ВФ на раскрыве АР с числом элементов N и периодом d, например, функцию Хэмминга w(x)=0.08+0.92cos2(πx/2), -1≤x≤1, обеспечивающую уровень боковых лепестков не выше минус 40 дБ и, с учетом далее определяемого значения угла смещения ϑ0, ширину рабочей зоны пеленгации не менее двукратной ширины диаграммы направленности парциального канала по уровню половинной мощности, или другую весовую функцию, обеспечивающую не более высокий, чем функция Хэмминга, уровень боковых лепестков и не меньшую ширину рабочей зоны; затем вычисляют амплитуды возбуждения антенных элементов как- before receiving signals, they simulate the process of their reception and processing, in which the WF is selected on the AP aperture with the number of elements N and period d, for example, the Hamming function w (x) = 0.08 + 0.92cos 2 (πx / 2), -1≤ x≤1, which ensures the level of the side lobes is not higher than minus 40 dB and, taking into account the further determined value of the offset angle ϑ 0 , the width of the working zone of the direction finding is not less than twice the width of the radiation pattern of the partial channel at the half power level, or another weight function, which provides no more higher than Hamming level function Hb no sidelobe and a smaller width of the working area; then, the excitation amplitudes of the antenna elements are calculated as
- в процессе моделирования с использованием этих амплитуд определяют на основе весовой функции и параметров АР конкретный вид функциональной зависимости от угла ϑ парциальных ДН Fx(ϑ)≡F(ϑ-ϑ0) и F2(ϑ)≡F(ϑ+ϑ0), максимумы которых симметрично отстоят на угол ϑ0 от равносигнального направления;- in the process of modeling using these amplitudes, on the basis of the weight function and AR parameters, a specific form of the functional dependence on the angle ϑ of the partial MDs F x (ϑ) ≡F (ϑ-ϑ 0 ) and F 2 (ϑ) ≡F (ϑ + ϑ) is determined 0 ), the maxima of which are symmetrically separated by an angle ϑ 0 from the equal-signal direction;
- по этим ДН строят модельную ПХ в виде функции (1), параметрически зависящей от угла ϑ0, и, учитывая нечетность ПХ, разлагают эту функцию по нечетным степеням угла ϑ в ряд Маклорена- based on these MDs, a model HRP is constructed in the form of function (1), which parametrically depends on the angle ϑ 0 , and, taking into account the oddness of HRP, this function is expanded in odd powers of the angle ϑ in the Maclaurin series
коэффициенты bk(ϑ0) которого являются функциями угла смещения ϑ0;the coefficients b k (ϑ 0 ) of which are functions of the displacement angle ϑ 0 ;
- определяют окончательное значение этого угла как результат решения задачи b5(ϑ0)=0, обеспечивающее соответствие пеленгационной характеристики кубической функции с отклонением только в 7-м и более высоких порядках разложения, далее по полученному значению угла смещения вычисляют значения коэффициентов b1(ϑ0) и b3(ϑ0), затем использованную весовую функцию и полученное значение угла смещения ϑ0 используют при формировании диаграмм направленности антенной решетки;- determine the final value of this angle as the result of solving the problem b 5 (ϑ 0 ) = 0, which ensures the matching of the direction-finding characteristic of the cubic function with a deviation only in the 7th and higher orders of decomposition, then the values of the coefficients b 1 are calculated from the obtained value of the displacement angle ( ϑ 0 ) and b 3 (ϑ 0 ), then the used weight function and the obtained value of the displacement angle ϑ 0 are used in the formation of radiation patterns of the antenna array;
- принимают сигнал ИРИ антенными элементами углового датчика, оцифровывают выходные сигналы каждого элемента антенной решетки и умножают сигнал каждого i-гo элемента на вычисленную амплитуду wt; сдвигают фазу каждого i-го элемента на величину 
- суммируют сигналы элементов каналов и измеряют уровни двух сигналов U1 и U2, принятых двумя парциальными ДН F1(ϑ) и F2(ϑ), оси которых разнесены на угол 2ϑ0, затем вычисляют значение UKK сигнала компенсационного канала и, в случае |U1|>|UKK| и |U2|>|UKK|, вычисляют значение 
- определяют угол прихода сигнала ϑ источника радиоизлучения (его пеленг) как минимальное по абсолютной величине действительное решение кубического уравнения b1(ϑ0)ϑ+b3(ϑ0)ϑ3=SСР, полученное по формулам Кардано.- determine the angle of arrival of the signal ϑ of the source of radio emission (its bearing) as the minimum in absolute value of the real solution of the cubic equation b 1 (ϑ 0 ) ϑ + b 3 (ϑ 0 ) ϑ 3 = S CP obtained by the Cardano formulas.
При линейной аппроксимации ПХ угловая координата цели вычисляется аналитически как решение уравнения 1-го порядка, однако аналитически решаются алгебраические уравнения до 4-го порядка включительно. Следовательно, при аппроксимации ПХ полиномом 3-го порядка возможно аналитическое решение пеленгационного уравнения с использованием решения Тартальи-Кардано. Для получения кубической аппроксимации потребуем, аналогично (5), нулевого значения коэффициента 5-го порядка ряда МаклоренаWith a linear approximation of the PX, the angular coordinate of the target is calculated analytically as a solution to the 1st order equation, however, algebraic equations up to 4th order inclusive are analytically solved. Therefore, when approximating the HRP by a third-order polynomial, an analytical solution of the direction-finding equation using the Tartagli-Cardano solution is possible. To obtain a cubic approximation, we require, similarly to (5), the zero value of the coefficient of the 5th order of the Maclaurin series
где 
Решая задачу (7) численно, получаем угол смещения ϑ0=ϑ0 куб≈0,533.Solving problem (7) numerically, we obtain the displacement angle ϑ 0 = ϑ 0 cube ≈0.533.
Характеристики пеленгатора для этого случая показаны на фигуре 6. Видно, что здесь обеспечена такая же широкая рабочая зона пеленгации, как и на фигуре 5. Кубический вариант аппроксимации ПХ отражен в пункте 3 формулы изобретения.The direction finder characteristics for this case are shown in Figure 6. It can be seen that the same wide working direction finding zone is provided as in Figure 5. The cubic version of the HR approximation is reflected in
Результаты проведенного моделирования показали, что предлагаемые способы позволяют за счет специального выбора значения угла разноса парциальных ДН в моноимпульсной группе лучей и ВФ в виде функции Хэмминга обеспечить расширение в 4,3 раза рабочей зоны, то есть области линейности (или кубичности) ПХ с ошибкой пеленгования (из-за отклонения используемой аппроксимации ПХ от самой ПХ), не превышающей 1% ширины парциальной ДН по уровню минус 3 дБ. Этот результат позволяет при высоком отношении сигнал/шум определить направление на ИРИ с указанной точностью по одному принятому сигналу и повысить скорость измерения УК не менее чем в 3 раза (за счет исключения повторных приемов сигнала), а также получить приращение уровня сигнала в РСН на 2 дБ.The results of the simulation showed that the proposed methods allow, due to a special choice of the separation angle of partial MDs in the monopulse group of rays and WF in the form of the Hamming function, to provide an extension of 4.3 times the working area, that is, the region of linearity (or cubicity) of the HRF with direction finding error (due to the deviation of the used HR approximation from the HR itself), not exceeding 1% of the width of the partial beam at the level of
Примером реализации предложенных способов является обзорный моноимпульсный амплитудный суммарно-разностный пеленгатор с использованием антенной решетки и цифровой обработки сигналов, схема электрическая структурная которого приведена на фигуре 1, где приняты следующие обозначения:An example of the implementation of the proposed methods is a survey monopulse amplitude total-difference direction finder using an antenna array and digital signal processing, the electrical structural diagram of which is shown in figure 1, where the following notation:
1 - блок антенных элементов (БАЭ) антенной решетки;1 - block antenna elements (BAE) of the antenna array;
2 - блок многоканального радиоприемного устройства (БМРПУ);2 - block multi-channel radio receiving device (BMRPU);
3 - блок аналого-цифровых преобразователей (БАЦП);3 - block analog-to-digital converters (BACP);
4 - блок умножителей (БУ) отсчетов сигналов с выходов АЦП на отсчеты ВФ;4 - block multipliers (BU) of samples of signals from the outputs of the ADC to the samples of the WF;
5 - диаграммообразующее устройство (ДОУ), формирующее диаграммы F1, F2 парциальных каналов и Fkk компенсационного канала;5 - chart-forming device (DOW), forming the diagrams F 1 , F 2 partial channels and F kk compensation channel;
6 - блок согласованных фильтров (БСФ);6 - block matched filters (BSF);
7 - блок селекции (БС);7 - selection block (BS);
8 - измеритель сигнала SСР углового рассогласования (ИСУР), являющегося значением ПХ;8 - meter signal S CP angular mismatch (ISMS), which is the value of the PX;
9 - устройство управления (УУ);9 - control device (UE);
10 - синтезатор частот (СЧ);10 - frequency synthesizer (MF);
11 - блок обнаружения и измерения параметров сигналов (БОИПС);11 - block detection and measurement of signal parameters (BOIPS);
12 - запоминающее устройство значений весовой функции (ЗУЗВФ);12 - storage device values of the weight function (ZUZVF);
13 - вычислитель видов функциональных зависимостей (ВВФЗ), описывающих ДН парциальных каналов и пеленгационную характеристику;13 is a calculator of types of functional dependencies (VVFZ), describing the DN of the partial channels and direction-finding characteristic;
14 - вычислитель коэффициентов разложения функции, описывающей ПХ (ВКРПХ), в ряд Маклорена;14 - calculator of the coefficients of the expansion of the function that describes the PX (WRPC) in the Maclaurin series;
15 - вычислитель значения угла смещения ϑ0 (ВЗУС) максимумов ДН парциальных каналов от РСН;15 - an offset value calculator angle θ 0 (VZUS) Nam maxima of partial channels PCH;
16 - вычислитель окончательных значений коэффициентов разложения (ВОЗКР) функции, описывающей ПХ;16 - calculator of the final values of the coefficients of decomposition (WRC) function describing the HRP;
17 - вычислитель пеленга (ВП).17 - bearing calculator (VP).
Обзорный моноимпульсный амплитудный суммарно-разностный пеленгатор с использованием антенной решетки и цифровой обработки сигналов, реализующий предложенные способы, содержит последовательно соединенные БАЭ 1, БМРПУ 2, БАЦП 3, БУ 4, ДОУ 5, БСФ 6, БС 7, ИСУР 8 и УУ 9, причем первый, второй, третий и четвертый управляющие выходы УУ 9 подключены соответственно к входу управления БМРПУ 2, входу управления СЧ 10, первому входу управления ДОУ 5 и входу управления БОИПС 11, гетеродинный выход СЧ 10 подключен к одноименному входу БМРПУ 2, а выход дискретизации СЧ 10 - к одноименному входу БАЦП 3, при этом выход компенсационного канала ДОУ 5 соединен с одноименным входом БСФ 6, а выходы U1 и U2 парциальных каналов ДОУ 5 соединены с одноименными входами БСФ 6 и БОИПС 11, выход параметров которого подключен к одноименным входам БСФ 6 и УУ 9.Survey monopulse amplitude total-difference direction finder using an antenna array and digital signal processing, which implements the proposed methods, contains series-connected
Согласно изобретению в него дополнительно введены последовательно соединенные ЗУЗВФ 12, ВВФЗ 13, ВКРПХ 14, ВЗУС 15, ВОЗКР 16 и ВП 17, причем выход ЗУЗВФ 12 соединен через УУ 9 с входом управления БУ 4, а вход управления ЗУЗВФ 12 - с выходом управления ВВФЗ 13, выход ВВФЗ 13 соединен через ВКРПХ 14 со входом ВЗУС 15 и вторым входом ВОЗКР 16, выход ВЗУС 15 подключен к первому входу ВОЗКР 16, а через УУ 9 - ко второму входу управления ДОУ 5, вход данных ВЗУС 15 соединен с седьмым выходом УУ 9, выход ВОЗКР 16 подключен к первому входу ВП 17, второй вход ВП 17 соединен через УУ 9 с выходом ИСУР 8, а входы данных и управления ВВФЗ 13 подключены к пятому и шестому выходам УУ 9.According to the invention, additionally connected in series ZUZVF 12,
Обзорный моноимпульсный пеленгатор работает следующим образом. После получения от вышестоящей системы команды на начало работы (поиск и обнаружение сигналов ИРИ в заданном частотном диапазоне и секторе углов с последующим определением их УК) в УУ 9 формируются:Survey monopulse direction finder operates as follows. After receiving a command to start work from a higher-level system (search and detection of IRI signals in a given frequency range and sector of angles with subsequent determination of their CM), in
- коды настройки гетеродина БМРПУ 2 на заданные частоты, которые через второй управляющий выход УУ 9 передаются в СЧ 10;-
- текущие УК равносигнального направления ϑРСН для поиска сигналов в заданном подсекторе (рабочей зоне) сектора Δϑп углов, которые через третий управляющий выход УУ 9 передаются в ДОУ 5;- current CCs of the equal-signal direction ϑ RSN for searching for signals in a given subsector (working area) of the sector Δϑ p angles, which are transmitted through the third control output of
- задание на проведение моделирования процесса приема и обработки сигналов ИРИ, которые через шестой управляющий выход УУ 9 передаются в ВВФЗ 13 и соединенные с ним ВКРПХ 14, ВЗУС 15 и ВОЗКР 16.- a task for modeling the process of receiving and processing IRI signals, which are transmitted through the sixth control output of
Далее, используя значения выбранной ВФ для антенных элементов, хранящиеся в ЗУЗВФ 12, и данные о параметрах антенной решетки (числе элементов N, периоде решетки d и длине волны λ), в ВВФЗ 13 определяют вид функций, описывающих зависимости от углов ϑ и ϑ0 диаграмм направленности пеленгационных каналов F1(ϑ)≡F(ϑ-ϑ0) и F2(ϑ)≡F(ϑ+ϑ0) и пеленгационной характеристики 
коэффициенты bk(ϑ0) которого являются функциями угла смещения ϑ0.the coefficients b k (ϑ 0 ) of which are functions of the displacement angle ϑ 0 .
После этого в ВЗУС 15 вычисляют значение угла смещения ϑ0 следующим образом:After that, in
а) в случае линейной аппроксимации ПХ (по первому способу изобретения) - сначала вычисляют предварительное значение как результат решения задачи b3(ϑ0)=0; затем задают функцию 
б) в случае кубической аппроксимации ПХ (по второму способу изобретения) - как результат решения задачи b5 (ϑ0)=0; это значение ϑ0 является окончательным.b) in the case of a cubic approximation of the HRP (according to the second method of the invention) - as a result of solving the problem b 5 (ϑ 0 ) = 0; this value θ 0 is final.
Вычисленное значение угла смещения ϑ0 передают в УУ 9 и ВОЗКР 16, в котором рассчитывают значения коэффициентов b1(ϑ0), и во втором способе b3(ϑ0), соответствующие полученным значениям угла ϑ0.The calculated value of the offset angle θ 0 is transmitted in the
После завершения процесса моделирования осуществляют настройку пеленгатора, обеспечив с использованием вычисленного в процессе моделирования значения угла ϑ0 формирование двух парциальных ДН F1(ϑ)=F(ϑ-ϑ0) и F2(ϑ)=F(ϑ+ϑ0), а также сдвиг фазы (или соответствующую временную задержку) в каждом i-м элементе на величину 
Далее осуществляют прием сигналов ИРИ с помощью БАЭ 1, их усиление и преобразование по частоте в БМРПУ 2 с использованием сигнала гетеродина fГ, формируемого в СЧ 10, аналого-цифровое преобразование этих сигналов в БАЦП 3 с использованием сигнала дискретизации fД, формируемого также в СЧ 10, умножение в БУ 4 отсчетов сигнала на значения ВФ, поступающие из ЗУЗВФ 12, после формирования в ДОУ 5 парциальных ДН и получения на выходах ДОУ 5 (после суммирования) двух сигналов U1 и U2, принятых по двум парциальным ДН, оси которых разнесены на угол 2ϑ0, и сигнала UKK компенсационного канала, осуществляют в БОИПС 11 поиск сигналов ИРИ в заданном угловом секторе ΔϑП, а также обнаружение и измерение параметров сигналов (несущих частот fci и ширины спектра Δfci); в УУ 9 выбирают сигналы, подлежащие пеленгованию, в БСФ 6 на основе данных о параметрах сигналов осуществляют формирование частотных характеристик согласованных фильтров и фильтрацию сигналов, в БС 7 селектируют те из них, уровни которых одновременно превышают уровень сигнала компенсационного канала. Затем, в случае |U1|>|UKK| и |U2|>|UKK|, в ИСУР 8 вычисляют отношение 
Наконец, используя полученное значение SCP и вычисленные значения коэффициентов bк(ϑ0), в ВП 17 вычисляют угол прихода сигнала 
В Ростовском-на-Дону НИИ радиосвязи проведено компьютерное моделирование предлагаемых способов цифровой обработки сигналов и осуществлена проверка их работоспособности на макете пеленгатора. Реализация предложенных способов и обзорного моноимпульсного пеленгатора не встречает затруднений при современном уровне развития устройств цифровой обработки сигналов. Возможность реализации данного способа обеспечивает ему критерий «промышленная применимость». По сравнению с прототипом (где ϑ0=ϑ0.5) получен следующий технико-экономический эффект:In Rostov-on-Don Scientific Research Institute of Radio Communications, computer modeling of the proposed methods of digital signal processing was carried out and their operability was tested on the direction finder model. The implementation of the proposed methods and a monopulse survey direction finder does not meet difficulties at the current level of development of digital signal processing devices. The possibility of implementing this method provides him with the criterion of "industrial applicability". Compared with the prototype (where ϑ 0 = ϑ 0.5 ), the following technical and economic effect was obtained:
- повышена не менее чем в 3 раза скорость измерения угловой координаты ИРИ;- increased not less than 3 times the speed of measuring the angular coordinate of the IRI;
- повышена до величины 1% от ширины ДН парциального канала точность измерения угловой координаты в рабочей зоне при высоком отношении сигнал/шум;- the accuracy of measuring the angular coordinate in the working area at a high signal to noise ratio has been increased to 1% of the width of the DN of the partial channel;
- увеличена более чем в 4 раза ширина рабочей зоны обзорного пеленгатора, в результате чего она перекрывает всю ширину моноимпульсной группы лучей.- increased more than 4 times the width of the working area of the panoramic direction finder, as a result of which it covers the entire width of the monopulse group of rays.
Claims (3)
коэффициенты bk(ϑ0) которого являются функциями угла смещения ϑ0, определяют предварительное значение угла смещения как результат решения задачи b3(ϑ0)=0, обеспечивающее линейность пеленгационной характеристики с точностью до членов разложения пятого и более высоких порядков, вычисляют окончательное значение угла смещения ϑ0 как результат решения задачи ϑРЗ(ϑ0)→max, обеспечивающее максимальное значение ширины ϑРЗ(ϑ0)≡ϑРЗ(ϑ0,εmax) рабочей зоны, в которой ошибка измерения угла ϑ не превышает максимальной ошибки εmax, которая, в свою очередь, задана не превышающей, например, 0,01 ширины диаграммы направленности парциального канала по уровню половинной мощности, вычисляют по полученному значению угла смещения значение коэффициента b1(ϑ0), затем использованную при моделировании весовую функцию Хэмминга и определенное в результате моделирования значение угла смещения ϑ0 используют при формировании диаграмм направленности антенной решетки, приеме и обработке сигнала, получая значение SCP, после чего вычисляют значение угла ϑ прихода сигнала источника радиоизлучения - пеленг ϑC по формуле
the coefficients b k (ϑ 0 ) of which are functions of the displacement angle ϑ 0 , determine the preliminary value of the displacement angle as a result of solving the problem b 3 (ϑ 0 ) = 0, which ensures the linearity of the direction-finding characteristic up to the terms of decomposition of the fifth and higher orders, calculate the final the value of the displacement angle ϑ 0 as a result of solving the problem ϑ РЗ (ϑ 0 ) → max, providing the maximum value of the width ϑ РЗ (ϑ 0 ) ≡ϑ РЗ (ϑ 0 , ε max ) of the working area in which the error in measuring the angle ϑ does not exceed the maximum error ε max, which in its alternate, set to be no greater than, for example, 0.01 beamwidth partial channel at half power is calculated from the obtained offset value of the angle value of the coefficient b 1 (θ 0), then used in modeling the Hamming weighting function and a certain angle in the simulation value offset θ 0 is used in the beamforming antenna array, receiving and processing the signal to obtain S CP value is calculated and then the value of the angle θ of arrival of the radio source signal - eleng θ C of the formula
коэффициенты bk(ϑ0) которого являются функциями угла смещения ϑ0, определяют окончательное значение угла смещения как результат решения задачи b5(ϑ0)=0, обеспечивающее соответствие пеленгационной характеристики кубической функции с отклонением только в седьмом и более высоких порядках членов разложения, далее по полученному значению угла смещения вычисляют значения коэффициентов b1(ϑ0) и b3(ϑ0), затем использованную при моделировании весовую функцию Хэмминга и определенное в результате моделирования значение угла смещения ϑ0 используют при формировании диаграмм направленности антенной решетки, приеме и обработке сигнала, получая значение SCP, после чего вычисляют значение угла ϑ прихода сигнала источника радиоизлучения, совпадающее с пеленгом ϑC, как минимальное по абсолютной величине действительное решение кубического уравнения b1(ϑ0)ϑ+b3(ϑ0)ϑ3=SCP, полученное по формулам Кардано.2. The method of digital signal processing in the survey monopulse amplitude total-differential direction finding using an antenna array, in which in accordance with the weight function describing the field distribution in the aperture of the antenna array and providing a given level of side lobes, radiation patterns F l (ϑ) = F (ϑ-ϑ 0 ) and F 2 (ϑ) = F (ϑ + ϑ 0 ) of the partial reception channels of the angular sensor, where ϑ is the current angle measured from the equal-signal direction, and the maxima of these diagrams are located in each direction from of the non-signal direction at a bias angle of ϑ 0 , as well as the compensated channel radiation pattern associated with them, providing a certain excess of the gain of this channel over the gain on the side lobes of the radiation patterns of the partial channels, receive signals from radio sources, perform their analog-to-digital conversion, at the outputs of the partial channels detected signals with the levels, respectively U 1 and U 2 and their measured parameters are selected from these signal streams those levels which odes TERM exceed compensation channel signal, calculating an error signal
the coefficients b k (ϑ 0 ) of which are functions of the displacement angle ϑ 0 , determine the final value of the displacement angle as a result of solving the problem b 5 (ϑ 0 ) = 0, which ensures the direction finding characteristic of the cubic function with deviation only in the seventh and higher orders of expansion terms , then the values of the coefficients b 1 (ϑ 0 ) and b 3 (ϑ 0 ) are calculated from the obtained value of the displacement angle, then the Hamming weight function used in the simulation and the value of the displacement angle ϑ 0 determined as a result of the simulation are used they are used when generating radiation patterns of the antenna array, receiving and processing the signal, obtaining the value of S CP , and then calculating the value of the angle ϑ of the arrival of the signal of the radio emission source, which coincides with the bearing ϑ C , as the minimum real solution of the cubic equation b 1 (ϑ 0 ) in absolute value ϑ + b 3 (ϑ 0 ) ϑ 3 = S CP obtained by Cardano formulas.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015113663/07A RU2583849C1 (en) | 2015-04-13 | 2015-04-13 | Method for digital signal processing in surveillance monopulse amplitude integral-differential direction finding using antenna array (versions) and surveillance monopulse amplitude integral-differential direction finder using antenna array and digital signal processing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015113663/07A RU2583849C1 (en) | 2015-04-13 | 2015-04-13 | Method for digital signal processing in surveillance monopulse amplitude integral-differential direction finding using antenna array (versions) and surveillance monopulse amplitude integral-differential direction finder using antenna array and digital signal processing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2583849C1 true RU2583849C1 (en) | 2016-05-10 |
Family
ID=55960213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015113663/07A RU2583849C1 (en) | 2015-04-13 | 2015-04-13 | Method for digital signal processing in surveillance monopulse amplitude integral-differential direction finding using antenna array (versions) and surveillance monopulse amplitude integral-differential direction finder using antenna array and digital signal processing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2583849C1 (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106054122A (en) * | 2016-05-30 | 2016-10-26 | 西安电子科技大学 | Time domain broadband signal frequency domain closed loop direction-finding method based on digital signal processor |
| RU2625349C1 (en) * | 2016-06-28 | 2017-07-13 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Вектор" | Method for determination of spatial angular coordinates of radio signal in amplitude monopulse pelengage systems |
| CN108226869A (en) * | 2017-12-13 | 2018-06-29 | 扬州健行电子科技有限公司 | A kind of detection method of the radar signal of PRF staggering |
| RU2673451C1 (en) * | 2017-07-03 | 2018-11-27 | ФГКВОУ ВО Военная академия РВСН имени Петра Великого МО РФ | Method of amplitude direction finding on maximum diagrams of antenna direction |
| RU2731879C1 (en) * | 2019-08-26 | 2020-09-08 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method for increasing accuracy of determining target bearing angle while maintaining antenna interchangeability in system |
| RU2735744C1 (en) * | 2020-03-27 | 2020-11-06 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method for survey of single-position trilateration incoherent radar ranging of aerial targets |
| RU2755801C1 (en) * | 2020-10-02 | 2021-09-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method for determining azimuth of target using line-approximated direction finding characteristic |
| RU2755796C2 (en) * | 2019-08-26 | 2021-09-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Monopulse radar system with increased accuracy of determining bearing angle of target and preserved interchangeability of antenna as part of the system |
| RU2774864C1 (en) * | 2021-03-29 | 2022-06-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Method for increasing the energy potential of a single-position radar station |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2159940C1 (en) * | 1999-06-08 | 2000-11-27 | Ростовский научно-исследовательский институт радиосвязи | Technique for processing of signals of single-channel amplitude direction finding |
| RU2456631C1 (en) * | 2011-02-17 | 2012-07-20 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for adaptive spatial compensation of interference during monopulse amplitude integral-differential direction finding and presence of receiving channel calibration errors |
| RU119126U1 (en) * | 2012-01-11 | 2012-08-10 | Сергей Александрович Кузьмин | DEVICE FOR INCREASING ANGULAR RESOLUTION OF AMPLITUDE TOTAL-DIFFERENT MONO-PULSE SYSTEM |
| US8269665B1 (en) * | 2010-01-29 | 2012-09-18 | Lockheed Martin Corporation | Monopulse angle determination |
| RU133326U1 (en) * | 2013-02-15 | 2013-10-10 | Министерство обороны Российской Федерации | PASSIVE RADAR DEVICE FOR DIRECTORATION OF AIR OBJECTS |
-
2015
- 2015-04-13 RU RU2015113663/07A patent/RU2583849C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2159940C1 (en) * | 1999-06-08 | 2000-11-27 | Ростовский научно-исследовательский институт радиосвязи | Technique for processing of signals of single-channel amplitude direction finding |
| US8269665B1 (en) * | 2010-01-29 | 2012-09-18 | Lockheed Martin Corporation | Monopulse angle determination |
| RU2456631C1 (en) * | 2011-02-17 | 2012-07-20 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for adaptive spatial compensation of interference during monopulse amplitude integral-differential direction finding and presence of receiving channel calibration errors |
| RU119126U1 (en) * | 2012-01-11 | 2012-08-10 | Сергей Александрович Кузьмин | DEVICE FOR INCREASING ANGULAR RESOLUTION OF AMPLITUDE TOTAL-DIFFERENT MONO-PULSE SYSTEM |
| RU133326U1 (en) * | 2013-02-15 | 2013-10-10 | Министерство обороны Российской Федерации | PASSIVE RADAR DEVICE FOR DIRECTORATION OF AIR OBJECTS |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106054122A (en) * | 2016-05-30 | 2016-10-26 | 西安电子科技大学 | Time domain broadband signal frequency domain closed loop direction-finding method based on digital signal processor |
| RU2625349C1 (en) * | 2016-06-28 | 2017-07-13 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Вектор" | Method for determination of spatial angular coordinates of radio signal in amplitude monopulse pelengage systems |
| RU2673451C1 (en) * | 2017-07-03 | 2018-11-27 | ФГКВОУ ВО Военная академия РВСН имени Петра Великого МО РФ | Method of amplitude direction finding on maximum diagrams of antenna direction |
| CN108226869A (en) * | 2017-12-13 | 2018-06-29 | 扬州健行电子科技有限公司 | A kind of detection method of the radar signal of PRF staggering |
| CN108226869B (en) * | 2017-12-13 | 2021-07-06 | 扬州健行电子科技有限公司 | Detection method of radar signal with multiple frequency spread |
| RU2731879C1 (en) * | 2019-08-26 | 2020-09-08 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method for increasing accuracy of determining target bearing angle while maintaining antenna interchangeability in system |
| RU2755796C2 (en) * | 2019-08-26 | 2021-09-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Monopulse radar system with increased accuracy of determining bearing angle of target and preserved interchangeability of antenna as part of the system |
| RU2735744C1 (en) * | 2020-03-27 | 2020-11-06 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method for survey of single-position trilateration incoherent radar ranging of aerial targets |
| RU2755801C1 (en) * | 2020-10-02 | 2021-09-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method for determining azimuth of target using line-approximated direction finding characteristic |
| RU2774864C1 (en) * | 2021-03-29 | 2022-06-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Method for increasing the energy potential of a single-position radar station |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2583849C1 (en) | Method for digital signal processing in surveillance monopulse amplitude integral-differential direction finding using antenna array (versions) and surveillance monopulse amplitude integral-differential direction finder using antenna array and digital signal processing | |
| US7369833B2 (en) | Method and apparatus for improving the directivity of an antenna | |
| US7466262B2 (en) | Positioning system with a sparse antenna array | |
| RU2507647C1 (en) | Controlled beamwidth phased antenna array | |
| CN107607915B (en) | Active phased array radar receiving channel correction method based on fixed ground object echo | |
| RU2546330C1 (en) | Method for polarisation-sensitive radio monitoring of mobile objects | |
| RU2615491C1 (en) | Method for simultaneous measuring two angular objective coordinates in review amplitude monopulse radar system with antenna array and digital signal processing | |
| RU2337373C1 (en) | Method for azimuth resolution of moving targets, method for surveillance pulse radar set operation in azimuth resolution mode for moving targets, and radar system for method implementation | |
| CN113419208B (en) | Interference source real-time direction finding method and device, storage medium and electronic equipment | |
| RU2713503C1 (en) | Method of angular superresolution in receiving digital antenna arrays | |
| US20180038934A1 (en) | Discrimination of signal angle of arrival using at least two antennas | |
| RU2452974C1 (en) | Method of determining angular spectrum | |
| WO2019215718A1 (en) | Calibration of a polarized array antenna via ellipticity | |
| RU119126U1 (en) | DEVICE FOR INCREASING ANGULAR RESOLUTION OF AMPLITUDE TOTAL-DIFFERENT MONO-PULSE SYSTEM | |
| RU2431862C1 (en) | Polarisation independent direction finding method of multi-beam radio signals | |
| RU2740782C1 (en) | Method of radar surveying of earth and near-earth space by radar with synthesized antenna aperture in band with ambiguous range with selection of moving targets on background of reflections from underlying surface and radar with synthesized antenna aperture for implementation thereof | |
| RU2341811C1 (en) | Method of finding direction of radio signals and direction finder to this end | |
| RU2309425C2 (en) | Method of forming calibration data for radio direction finder/ range finder (versions) | |
| RU2532259C2 (en) | Phase-based direction finding method | |
| RU2557250C1 (en) | Method for stealth radar detection of mobile objects | |
| RU2201599C1 (en) | Method of direction finding of radio signals and direction finder for its realization | |
| RU2231806C2 (en) | Method for estimation of current co-ordinates of source of radio emission | |
| RU2692467C2 (en) | Radar method | |
| RU2309422C2 (en) | Method of direction finding of multiple beam signals | |
| RU2593835C2 (en) | Method of determining direction of radio-frequency source using method of analysing region relative to axis of symmetry of two horn antennae |