RU2672098C1 - Radar altimeter system adapted to smooth water surface - Google Patents
Radar altimeter system adapted to smooth water surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2672098C1 RU2672098C1 RU2017138155A RU2017138155A RU2672098C1 RU 2672098 C1 RU2672098 C1 RU 2672098C1 RU 2017138155 A RU2017138155 A RU 2017138155A RU 2017138155 A RU2017138155 A RU 2017138155A RU 2672098 C1 RU2672098 C1 RU 2672098C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inputs
- output
- input
- outputs
- control unit
- 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
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/08—Systems for measuring distance only
-
- 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
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
- G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
- G01S13/60—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems wherein the transmitter and receiver are mounted on the moving object, e.g. for determining ground speed, drift angle, ground track
-
- 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
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
- G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
- G01S13/62—Sense-of-movement determination
-
- 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
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/66—Radar-tracking systems; Analogous systems
- G01S13/70—Radar-tracking systems; Analogous systems for range tracking only
-
- 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
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в бортовых навигационных системах летательных аппаратов (ЛА).The invention relates to the field of radar and can be used in airborne navigation systems of aircraft (LA).
Известно устройство [1], реализующее способ измерения скорости ЛА относительно подстилающей поверхности, заключающийся в определении корреляционной временной задержки по равенству коэффициента автокорреляции в одном из приемных каналов, коэффициенту взаимной корреляции сигналов двух приемников, вычислении коэффициента автокорреляции во втором приемном канале и нахождении временного положения максимума функции взаимной корреляции сигналов этих приемников. При этом для вычисления скорости используют среднее значение коэффициентов автокорреляции.A device [1] is known that implements a method of measuring the speed of an aircraft relative to the underlying surface, which consists in determining the correlation time delay by equalizing the autocorrelation coefficient in one of the receiving channels, the mutual correlation coefficient of the signals of two receivers, calculating the autocorrelation coefficient in the second receiving channel and finding the temporary maximum position cross-correlation functions of the signals of these receivers. In this case, the average value of the autocorrelation coefficients is used to calculate the speed.
Основным недостатком данного устройства является использование двух приемных антенн, что не позволяет производить измерения скорости ЛА с заданной точностью при эволюциях объекта над разнообразными типами поверхностей (море, лес и т.п.). Вариант расположения приемных антенн, предлагаемый в [1], не позволяет производить измерения скорости ЛА при малых углах сноса (либо при отсутствии сноса), так как в этом случае максимум коэффициента взаимной корреляции определяется разносом антенн по поперечной оси ЛА. При малых углах сноса коэффициент взаимной корреляции мал, что ведет к повышенным погрешностям измерения составляющих вектора путевой скорости. Повысить коэффициент взаимной корреляции возможно путем сближения приемных антенн, однако минимальное расстояние между антеннами ограничено их геометрическими размерами.The main disadvantage of this device is the use of two receiving antennas, which does not allow to measure the speed of the aircraft with a given accuracy during the evolution of the object over various types of surfaces (sea, forest, etc.). The location of receiving antennas, proposed in [1], does not allow measurements of the aircraft speed at low drift angles (or in the absence of drift), since in this case the maximum cross-correlation coefficient is determined by the antenna spacing along the transverse axis of the aircraft. At small drift angles, the cross-correlation coefficient is small, which leads to increased measurement errors of the components of the path velocity vector. It is possible to increase the cross-correlation coefficient by approaching the receiving antennas, however, the minimum distance between the antennas is limited by their geometric dimensions.
Известен корреляционный измеритель скорости полета и угла сноса [2], который содержит четыре антенны, два приемника, два дискретизатора по времени, линию задержки, коммутатор, два перемножителя, направленный ответвитель, генератор тактовых импульсов, два фильтра нижних частот, передатчик, двигатель, индикатор пути, блок вычитания, блок слежения, три двухсторонних ограничителя, индикаторы скорости ветра и угла сноса, два блока совпадения и делитель. Known correlation meter for flight speed and drift angle [2], which contains four antennas, two receivers, two time discretizers, a delay line, a switch, two multipliers, a directional coupler, a clock, two low-pass filters, a transmitter, an engine, an indicator paths, subtraction unit, tracking unit, three double-sided limiters, wind speed and drift angle indicators, two coincidence units and a divider.
Основным недостатком данного устройства является использование для оценки положения максимумов взаимно-корреляционных функций (ВКФ) пространственно разнесенных сигналов метода вилки при определении транспортного запаздывания, который не позволяет обеспечить высокую точность измерений составляющих вектора путевой скорости.The main disadvantage of this device is the use of spatially separated signals of the fork method for determining the transport delay, which does not allow for high accuracy of measurements of the components of the ground speed vector, to estimate the position of the maxima of the cross-correlation functions (CCF).
Наиболее близким по технической сущности является импульсно-доплеровская радиовысотомерная система [3], содержащая синхронизатор, вычислительное устройство, первый, второй и третий аналого-цифровые преобразователи (АЦП), фазовращатель, передающую антенну, приемную антенную систему (АС), импульсный модулятор, управляемый аттенюатор, первый, второй и третий видеоусилители, буферное оперативное запоминающее устройство (БОЗУ), блок регулировки усиления, блок регулировки ослабления, источник тока, управляемый напряжением (УН), контроллер обмена, первый, второй и третий малошумящие усилители высокой частоты (УВЧ), первый, второй и третий фазовые детекторы, направленный ответвитель, дискретно управляемый сверхвысокочастотный (СВЧ) генератор, выход которого соединен со входом направленного ответвителя, второй выход которого соединен со вторыми входами первого, второго и третьего фазовых детекторов, первые входы которых соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего малошумящих УВЧ, входы которых соединены с выходами приемной АС, а первый выход направленного ответвителя соединен с первым входом импульсного модулятора, второй вход которого соединен со вторым выходом синхронизатора, выход импульсного модулятора соединен со вторым входом фазовращателя, первый вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, а выход - с первым входом управляемого аттенюатора, выход которого соединен со входом передающей антенны, а второй вход управляемого аттенюатора соединен с выходом источника тока УН, вход которого соединен с выходом блока регулировки ослабления, все первые входы которого соединены по шине данных со всеми первыми входами блока регулировки усиления, всеми шестыми входами/выходами БОЗУ, всеми первыми входами/выходами контроллера обмена, все третьи входы/выходы которого являются входами/выходами системы, а также всеми двенадцатыми входами/выходами вычислительного устройства, второй, третий, четвертый выходы которого соединены соответственно со вторыми входами блока регулировки ослабления, блока регулировки усиления, контроллера обмена, а пятый, шестой, седьмой, тринадцатый выходы - соответственно со вторым, третьим, четвертым, седьмым входами БОЗУ, восьмой, девятый выходы - соответственно со вторым и третьим входами синхронизатора, десятый, одиннадцатый выходы - соответственно со вторым и первым входами дискретно управляемого СВЧ генератора, первый вход - с четвертым выходом синхронизатора, первый вход которого соединен с выходом БОЗУ, первый вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора и вторыми входами первого, второго и третьего АЦП, все выходы которых соединены соответственно с пятыми, восьмыми и девятыми входами БОЗУ, а первые входы первого, второго и третьего АЦП - соответственно с выходами первого, второго и третьего видеоусилителей, первые входы которых соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего фазовых детекторов, вторые входы - с выходом блока регулировки усиления.The closest in technical essence is a pulse-Doppler radio altimeter system [3], containing a synchronizer, a computing device, a first, second and third analog-to-digital converters (ADC), a phase shifter, a transmitting antenna, a receiving antenna system (AC), a pulse modulator, controlled attenuator, first, second and third video amplifiers, buffer random access memory (BOZU), gain control unit, attenuation control unit, voltage-controlled current source (UN), exchange controller Vienna, first, second and third low-noise high-frequency amplifiers (UHF), first, second and third phase detectors, directional coupler, discretely controlled microwave (microwave) generator, the output of which is connected to the input of the directional coupler, the second output of which is connected to the second inputs of the first , the second and third phase detectors, the first inputs of which are connected respectively to the outputs of the first, second and third low-noise UHF, the inputs of which are connected to the outputs of the receiving speaker, and the first output is directed about the coupler is connected to the first input of the pulse modulator, the second input of which is connected to the second output of the synchronizer, the output of the pulse modulator is connected to the second input of the phase shifter, the first input of which is connected to the first output of the synchronizer, and the output to the first input of the controlled attenuator, the output of which is connected to the input of the transmitting antenna, and the second input of the controlled attenuator is connected to the output of the current source UN, the input of which is connected to the output of the attenuation adjustment unit, all of the first inputs of which are connected about the data bus with all the first inputs of the gain control unit, all the sixth inputs / outputs of the BOZU, all the first inputs / outputs of the exchange controller, all the third inputs / outputs of which are the inputs / outputs of the system, as well as all twelve inputs / outputs of the computing device, the second, the third, fourth outputs of which are connected respectively to the second inputs of the attenuation control unit, gain control unit, exchange controller, and the fifth, sixth, seventh, thirteenth outputs, respectively, with the second, third, the fourth, seventh inputs of the BOSE, the eighth, ninth outputs, respectively, with the second and third inputs of the synchronizer, the tenth, eleventh outputs, respectively, with the second and first inputs of the discretely controlled microwave generator, the first input with the fourth output of the synchronizer, the first input of which is connected to the output of the BOS , the first input of which is connected to the third output of the synchronizer and the second inputs of the first, second and third ADCs, all the outputs of which are connected respectively to the fifth, eighth and ninth inputs of the BOZU, and the first inputs are the first-, second and third ADC - respectively to the outputs of the first, second and third video amplifiers, whose first inputs are connected respectively to the outputs of the first, second and third phase detectors, the second input - to the output gain control unit.
Недостатком прототипа рассматриваемого устройства является неустойчивое измерение и аномально высокая погрешность составляющих вектора путевой скорости над гладкой водной поверхностью (волнение от 0 до 1 балла), так как гладкая водная поверхность имеет узкую диаграмму The disadvantage of the prototype of the device under consideration is an unstable measurement and an abnormally high error of the components of the ground speed vector over a smooth water surface (wave from 0 to 1 point), since a smooth water surface has a narrow diagram
обратного рассеяния (ДОР) порядка 1-2 градусов [4]. Узкая ширина ДОР приводит к значительному обужению спектра доплеровских флюктуации амплитуды отраженных сигналов и, как следствие, к декорреляции пространственно разнесенных отраженных сигналов, появлению аномально больших погрешностей измеряемых скоростей.backscattering (DOR) of the order of 1-2 degrees [4]. The narrow width of the DOR leads to a significant narrowing of the spectrum of Doppler fluctuations in the amplitude of the reflected signals and, as a result, to decorrelation of spatially separated reflected signals and the appearance of anomalously large errors in the measured velocities.
Целью изобретения является повышение устойчивости и точности измерения составляющих вектора путевой скорости ЛА над гладкой водной поверхностью.The aim of the invention is to increase the stability and accuracy of the measurement of the components of the aircraft ground speed vector over a smooth water surface.
Указанная цель достигается тем, что в устройство [3], содержащее синхронизатор, вычислительное устройство, первый, второй и третий АЦП, фазовращатель, передающую антенну, приемную АС, импульсный модулятор, управляемый аттенюатор, первый, второй и третий видеоусилители, БОЗУ, блок регулировки усиления, блок регулировки ослабления, источник тока УН, контроллер обмена, первый, второй и третий малошумящие УВЧ, дискретно управляемый СВЧ генератор, первый направленный ответвитель, первый, второй и третий фазовые детекторы, первые входы которых соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего малошумящих УВЧ, входы которых соединены соответственно с выходами приемной АС, а второй вход импульсного модулятора соединен со вторым выходом синхронизатора, выход импульсного модулятора соединен со вторым входом фазовращателя, первый вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, а выход - с первым входом управляемого аттенюатора, выход которого соединен со входом передающей антенны, а второй вход управляемого аттенюатора соединен с выходом источника тока УН, вход которого соединен с выходом блока регулировки ослабления, все первые входы которого соединены по шине данных со всеми первыми входами блока регулировки усиления, всеми шестыми входами/выходами БОЗУ, всеми первыми входами/выходами контроллера обмена, все третьи входы/выходы которого являются входами/выходами системы, а также всеми двенадцатыми входами/выходами вычислительного устройства, второй, третий, четвертый выходы которого соединены соответственно со вторыми входами блока регулировки ослабления, блока регулировки усиления, контроллера обмена, а пятый, шестой, седьмой, тринадцатый выходы - соответственно со вторым, третьим, четвертым, седьмым входами БОЗУ, восьмой, девятый выходы -соответственно со вторым и третьим входами синхронизатора, десятый, одиннадцатый выходы - соответственно со вторым и первым входами дискретно управляемого СВЧ генератора, выход которого соединен со входом первого направленного ответвителя, первый вход вычислительного устройства соединен с четвертым выходом синхронизатора, первый вход которого соединен с выходом БОЗУ, первый вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора и вторыми входами первого, второго и третьего АЦП, все выходы которых соединены соответственно с пятыми, восьмыми и девятыми входами БОЗУ, а первые входы первого, второго и третьего АЦП - соответственно с выходами первого, второго и третьего видеоусилителей, первые входы которых соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего фазовых детекторов, вторые входы - с выходом блока регулировки усиления, введены первый, второй переключатели несущей частоты [5], умножитель частоты [6], второй и третий направленные ответвители, делитель мощности [5], при этом, первый, второй и третий выходы делителя мощности соединены соответственно со вторыми входами первого, второго и третьего фазовых детекторов, а вход делителя мощности соединен с выходом второго переключателя несущей частоты, второй вход которого соединен со вторым выходом второго направленного ответвителя, первый выход которого соединен со вторым входом первого переключателя несущей частоты, выход которого соединен с первым входом импульсного модулятора, а первые входы первого и второго переключателей несущей частоты соединены соответственно с первым и вторым выходами третьего направленного ответвителя, вход которого соединен с выходом умножителя частоты, вход которого соединен со вторым выходом первого направленного ответвителя, первый выход которого соединен со входом второго направленного ответвителя, а четырнадцатый выход вычислительного устройства соединен с третьими входами первого и второго переключателей несущей частоты. This goal is achieved by the fact that in the device [3], containing a synchronizer, a computing device, a first, second and third ADC, a phase shifter, a transmitting antenna, a receiving AC, a pulse modulator, a controlled attenuator, the first, second and third video amplifiers, BOSU, an adjustment unit amplification, attenuation adjustment unit, UN current source, exchange controller, first, second and third low-noise UHF, discretely controlled microwave generator, first directional coupler, first, second and third phase detectors, the first inputs of which are connected respectively to the outputs of the first, second and third low-noise UHF, the inputs of which are connected respectively to the outputs of the receiving AC, and the second input of the pulse modulator is connected to the second output of the synchronizer, the output of the pulse modulator is connected to the second input of the phase shifter, the first input of which is connected to the first output of the synchronizer, and the output - with the first input of the controlled attenuator, the output of which is connected to the input of the transmitting antenna, and the second input of the controlled attenuator is connected to the output of the current source One of which is connected to the output of the attenuation control unit, all the first inputs of which are connected via data bus to all the first inputs of the gain control unit, all six inputs / outputs of the BOZU, all the first inputs / outputs of the exchange controller, all the third inputs / outputs of which are inputs / outputs system, as well as all twelve inputs / outputs of the computing device, the second, third, fourth outputs of which are connected respectively to the second inputs of the attenuation control unit, gain control unit, exchange controller, and the fifth, sixth, seventh, thirteenth outputs - respectively, with the second, third, fourth, seventh inputs of the BOZU, the eighth, ninth outputs - respectively, with the second and third inputs of the synchronizer, the tenth, eleventh outputs, respectively, with the second and first inputs are discrete controlled microwave generator, the output of which is connected to the input of the first directional coupler, the first input of the computing device is connected to the fourth output of the synchronizer, the first input of which is connected to the output of the BOSE, the first input to the second is connected to the third output of the synchronizer and the second inputs of the first, second and third ADCs, all the outputs of which are connected respectively to the fifth, eighth and ninth inputs of the BOZU, and the first inputs of the first, second and third ADCs are respectively the outputs of the first, second and third video amplifiers, the first inputs of which are connected respectively with the outputs of the first, second and third phase detectors, the second inputs are with the output of the gain control unit, the first, second carrier frequency switches [5], the frequency multiplier [6], second and third directional couplers, power divider [5], while the first, second and third outputs of the power divider are connected respectively to the second inputs of the first, second and third phase detectors, and the input of the power divider is connected to the output of the second carrier frequency switch, the second input which is connected to the second output of the second directional coupler, the first output of which is connected to the second input of the first carrier frequency switch, the output of which is connected to the first input of the pulse modulator, and the first e inputs of the first and second carrier frequency switches are connected respectively to the first and second outputs of the third directional coupler, the input of which is connected to the output of the frequency multiplier, the input of which is connected to the second output of the first directional coupler, the first output of which is connected to the input of the second directional coupler, and the fourteenth output the computing device is connected to the third inputs of the first and second switches of the carrier frequency.
Заявляемая радиовысотомерная система (РВС) с адаптацией к гладкой водной поверхности излучает в направлении подстилающей поверхности и принимает короткие пакеты радиоимпульсов, преобразующиеся в приемнике в биполярные видеоимпульсы, огибающая которых флюктуирует по амплитуде с частотой, определяемой доплеровским сдвигом частоты сигналов, отраженных от подстилающей поверхности (фиг. 1).The inventive radio altimeter system (PBC) with adaptation to a smooth water surface emits in the direction of the underlying surface and receives short packets of radio pulses that are converted into bipolar video pulses in the receiver, whose envelope fluctuates in amplitude with a frequency determined by the Doppler frequency shift of the signals reflected from the underlying surface (Fig. . one).
Составляющие вектора путевой скорости определяются по максимуму ВКФ пространственно разнесенных между собой отраженных от подстилающей поверхности сигналов, принимаемых разнесенными антеннами, расположенными на ЛА, с учетом геометрии антенной системы [7].The components of the path velocity vector are determined by the maximum of the VCF of the spatially spaced signals reflected from the underlying surface, received by the spaced antennas located on the aircraft, taking into account the geometry of the antenna system [7].
Порядок приема отраженных радиоимпульсов на три разнесенные антенны показан на фиг. 2.The procedure for receiving reflected radio pulses to three spaced antennas is shown in FIG. 2.
Минимальный период повторения импульсов при работе в режиме однозначности определяется высотой полета ЛА, а именно, должно выполняться соотношениеThe minimum pulse repetition period when operating in the unambiguity mode is determined by the flight altitude of the aircraft, namely, the relation
где Тп - период повторения импульсов;where T p - the pulse repetition period;
τ - длительность импульса;τ is the pulse duration;
Н - высота полета;N - flight altitude;
с - скорость электромагнитных волн.c is the speed of electromagnetic waves.
Таким образом, шаг дискретизации Δt ВКФ пространственно разнесенных сигналов, принятых на каждую антенну, составляет два периода повторения импульсов Thus, the sampling step Δt of the VCF of spatially separated signals received at each antenna is two pulse repetition periods
и его минимальное значение ограничено выражением (1).and its minimum value is limited by expression (1).
Пространственный интервал корреляции ΔХ принятых на антенны сигналов зависит от длины волны λ излучаемого сигнала и статистических свойств подстилающей поверхности. Ширина ВКФ ΔT сигналов связана с пространственным интервалом корреляции соотношениемThe spatial correlation interval ΔX of the signals received at the antenna depends on the wavelength λ of the emitted signal and the statistical properties of the underlying surface. The width of the VKF ΔT signals is related to the spatial correlation interval by the relation
где V - скорость ЛА.where V is the speed of the aircraft.
Из выражения (3) следует, что ширина ВКФ ΔT зависит от скорости ЛА и пространственного интервала корреляции.From the expression (3) it follows that the width of the VCF ΔT depends on the speed of the aircraft and the spatial correlation interval.
При полете ЛА над гладкой водной поверхностью возникают значительные погрешности измерения составляющих вектора скорости, поскольку ВКФ принимаемых сигналов расширяются, а коэффициенты взаимной корреляции уменьшаются.When flying an aircraft over a smooth water surface, significant errors arise in the measurement of the components of the velocity vector, since the FCF of the received signals expand and the cross-correlation coefficients decrease.
В соответствии с [7], выражения для коэффициентов взаимной корреляции сигналов каждой из двух пар антенн (фиг. 5) имеют вид:In accordance with [7], the expressions for the cross-correlation coefficients of the signals of each of the two pairs of antennas (Fig. 5) have the form:
гдеWhere
Δ - эффективная ширина диаграммы направленности антенны (ДНА), которая учитывает как собственно ширину ДНА, так и ширину ДОР поверхности;Δ is the effective width of the antenna pattern (BOTTOM), which takes into account both the width of the BOTTOM and the width of the DOR of the surface;
Х0, Y0 - параметры антенной системы;X 0 , Y 0 - parameters of the antenna system;
α - угол сноса;α is the drift angle;
β - угол между линией расположения излучателей и продольной осью АС.β is the angle between the line of emitters and the longitudinal axis of the speaker.
Из выражений (4) следует, что коэффициенты взаимной корреляции уменьшаются пропорционально квадрату эффективной ширины ДНА, что и является причиной увеличения погрешности измерения составляющих вектора скорости над гладкой водной поверхностью.From the expressions (4) it follows that the cross-correlation coefficients decrease in proportion to the square of the effective width of the BOTTOM, which is the reason for the increase in the measurement error of the components of the velocity vector over a smooth water surface.
Следовательно, для снижения погрешности измерения составляющих вектора скорости над гладкой водной поверхностью, необходимо увеличивать коэффициенты взаимной корреляции одним из приведенных ниже способов (в соответствии с выражениями (4)):Therefore, to reduce the measurement error of the components of the velocity vector over a smooth water surface, it is necessary to increase the cross-correlation coefficients using one of the following methods (in accordance with expressions (4)):
- уменьшением длины волны λ;- a decrease in the wavelength λ;
- изменением геометрических размеров АС.- a change in the geometric dimensions of the speakers.
Применение в АС РВС широкодиапазонных излучателей [8] позволяет изменять несущую частоту в широких пределах без изменения геометрии приемной АС, что над поверхностью с узкой ДОР приводит к обужению ВКФ и, в свою очередь, повышает точность определения максимума ВКФ и, соответственно, составляющих вектора скорости.The use of wide-band emitters [8] in the AS of RCS allows you to change the carrier frequency over a wide range without changing the geometry of the receiving speaker, which over the surface with a narrow DOR leads to narrowing of the SCF and, in turn, increases the accuracy of determining the maximum of the SCF and, accordingly, the components of the velocity vector .
Управление переключением несущей частоты осуществляется вычислительным устройством по значению оценки ширины ВКФ (фиг. 9). Чем больше ширина ВКФ, тем меньше ширина ДОР подстилающей поверхности. При увеличении ширины ВКФ и достижении заданного порога, что соответствует гладкой водной поверхности, вычислительное устройство переключает несущую частоту на значение ƒ1=n⋅ƒ0, где n - коэффициент кратности (n>1 и зависит от широкодиапазонности АС). В остальных случаях РВС с адаптацией к гладкой водной поверхности работает на несущей частоте ƒ0, как прототип.Carrier frequency switching is controlled by a computing device based on the value of the VKF width estimate (Fig. 9). The larger the width of the VKF, the smaller the width of the DOR of the underlying surface. When the VKF width increases and a predetermined threshold is reached, which corresponds to a smooth water surface, the computing device switches the carrier frequency to the value ƒ 1 = n⋅ƒ 0 , where n is the multiplicity factor (n> 1 and depends on the wide range of the speakers). In other cases, the RCA with adaptation to a smooth water surface works at a carrier frequency of ƒ 0 , as a prototype.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков и их связями между собой и с другими блоками прототипа.Comparative analysis with the prototype shows that the inventive device is characterized by the presence of new blocks and their relationships with each other and with other blocks of the prototype.
Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию «новизна».Thus, the claimed device meets the criterion of "novelty."
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что введение новых блоков и связей в РВС с адаптацией к гладкой водной поверхности в указанной совокупности признаков не обнаружено и приводит к повышению устойчивости и точности измерения, составляющих вектора путевой скорости ЛА над гладкой водной поверхностью, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «существенные отличия».Comparison of the proposed solution with other technical solutions shows that the introduction of new blocks and connections in the RCS with adaptation to a smooth water surface in the specified set of signs was not found and leads to increased stability and measurement accuracy of the component of the airspeed of the aircraft over a smooth water surface, which allows to conclude that the technical solution meets the criterion of "significant differences".
Для измерения предельно малых высот передающая антенна выполнена в виде отдельного блока, подключенного к выходу управляемого аттенюатора, и разнесена с приемной АС на определенное расстояние для обеспечения высокой развязки по наведенному в момент излучения на приемник «прямому» сигналу.To measure extremely low heights, the transmitting antenna is made in the form of a separate unit connected to the output of the controlled attenuator and is spaced from the receiving speaker by a certain distance to ensure high isolation from the “direct” signal induced at the time of radiation to the receiver.
На фиг. 1 представлены квадратурные составляющие биполярных видеоимпульсов, огибающая которых флюктуирует по амплитуде с частотой, определяемой доплеровским сдвигом частоты сигналов, отраженных от подстилающей поверхности. На фиг. 2 представлен порядок приема импульсов на три разнесенные антенны заявляемой РВС. На фиг. 3 представлена блок-схема РВС с адаптацией к гладкой водной поверхности. На фиг. 4 представлен алгоритм работы подпрограммы установки режима приемопередающего модуля (ППМ) при излучении радиоимпульсов и накоплении радиоимпульсов, отраженных от подстилающей поверхности. На фиг. 5 представлена антенная система РВС с адаптацией к гладкой водной поверхности. На фиг. 6 представлено восстановление отраженного сигнала методом нониуса. На фиг. 7 представлен алгоритм программной регулировки усиления приемного тракта и мощности излучения. На фиг. 8 представлен алгоритм работы подпрограммы вычисления продольной Vx и поперечной Vz составляющих вектора скорости. На фиг. 9 представлен алгоритм работы подпрограммы установки несущей частоты.In FIG. Figure 1 shows the quadrature components of bipolar video pulses whose envelope fluctuates in amplitude with a frequency determined by the Doppler frequency shift of the signals reflected from the underlying surface. In FIG. 2 shows the order of reception of pulses on three spaced antennas of the inventive RVS. In FIG. 3 shows a block diagram of a PBC with adaptation to a smooth water surface. In FIG. Figure 4 shows the algorithm of the operation routine for setting the mode of the transceiver module (PPM) when emitting radio pulses and accumulating radio pulses reflected from the underlying surface. In FIG. 5 shows the PBC antenna system with adaptation to a smooth water surface. In FIG. Figure 6 shows the reconstruction of the reflected signal by the vernier method. In FIG. 7 shows an algorithm for programmatically adjusting the gain of the receiving path and the radiation power. In FIG. 8 shows the algorithm of the subroutine for calculating the longitudinal V x and transverse V z components of the velocity vector. In FIG. 9 shows the algorithm of the subroutine setting the carrier frequency.
РВС с адаптацией к гладкой водной поверхности содержит дискретно управляемый СВЧ генератор 1, второй направленный ответвитель 2, импульсный модулятор 3, фазовращатель 4, управляемый аттенюатор 5, второй малошумящий УВЧ 6, третий малошумящий УВЧ 7, первый малошумящий УВЧ 9, первый фазовый детектор 10, второй фазовый детектор 73, третий фазовый детектор 74, первый видеоусилитель 11, второй видеоусилитель 75, третий видеоусилитель 76, первый АЦП 12, второй АЦП 77, третий АЦП 78, БОЗУ 13, синхронизатор 14, вычислительное устройство 15, контроллер обмена 16, блок регулировки усиления 17, блок регулировки ослабления 18, источник тока УН 19, приемная антенная система 70, передающая антенна 71, а также первый направленный ответвитель 79, третий направленный ответвитель 80, умножитель частоты 81, первый переключатель несущей частоты 82, второй переключатель несущей частоты 83, делитель мощности 84.The RCA with adaptation to a smooth water surface contains a discretely controlled
При этом, выход дискретно управляемый СВЧ генератора 1 соединен со входом первого направленного ответвителя 79, первый выход которого соединен со входом второго направленного ответвителя 2, а второй выход -со входом умножителя частоты 81, выход которого соединен со входом третьего направленного ответвителя 80, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго переключателей несущей частоты 82 и 83, третьи входы которых соединены с четырнадцатым выходом вычислительного устройства 15, а вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами второго направленного ответвителя 2, а выход первого переключателя несущей частоты 2 соединен с первым входом импульсного модулятора 3, второй вход которого соединен со вторым выходом синхронизатора 14, а выход - со вторым входом фазовращателя 4, первый вход которого соединен с первым выходом синхронизатора 14, а выход - с первым входом управляемого аттенюатора 5, выход которого соединен со входом передающей антенны 71, а второй вход - с выходом источника тока УН 19, вход которого соединен с выходом блока регулировки ослабления 18, все первые входы которого соединены по шине данных со всеми первыми входами блока регулировки усиления 17, всеми шестыми входами/выходами БОЗУ 13, всеми первыми входами/выходами контроллера обмена 16, все третьи входы/выходы которого являются входами/выходами системы, а также всеми двенадцатыми входами/выходами вычислительного устройства 15, второй, третий, четвертый выходы которого соединены соответственно со вторыми входами блока регулировки ослабления 18, блока регулировки усиления 17, контроллера обмена 16, а пятый, шестой, седьмой, тринадцатый выходы -соответственно со вторым, третьим, четвертым, седьмым входами БОЗУ 13, восьмой, девятый выходы - соответственно со вторым и третьим входами синхронизатора 14, десятый, одиннадцатый выходы - соответственно со вторым и первым входами дискретно управляемого СВЧ генератора 1, первый вход - с четвертым выходом синхронизатора 14, первый вход которого соединен с выходом БОЗУ 13, первый вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора 14 и вторыми входами первого, второго и третьего АЦП 12, 77 и 78, все выходы которых соединены соответственно с пятыми, восьмыми и девятыми входами БОЗУ 13, а первые входы - соответственно с выходами первого, второго и третьего видеоусилителей 11, 75 и 76, вторые входы которых соединены с выходом блока регулировки усиления 17, а первые входы - соответственно с выходами первого, второго и третьего фазовых детекторов 10, 73 и 74, вторые входы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами делителя мощности 84, вход которого соединен с выходом второго переключателя несущей частоты 83, а первые входы первого, второго и третьего фазовых детекторов 10, 73 и 74 соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего малошумящих УВЧ 9, 6 и 7, входы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами приемной АС 70. Moreover, the output of the discretely controlled microwave generator 1 is connected to the input of the first directional coupler 79, the first output of which is connected to the input of the second directional coupler 2, and the second output to the input of the frequency multiplier 81, the output of which is connected to the input of the third directional coupler 80, the first and the second outputs of which are connected respectively to the first inputs of the first and second switches of the carrier frequency 82 and 83, the third inputs of which are connected to the fourteenth output of the computing device 15, and the second inputs to which are connected respectively to the first and second outputs of the second directional coupler 2, and the output of the first carrier frequency switch 2 is connected to the first input of the pulse modulator 3, the second input of which is connected to the second output of the synchronizer 14, and the output to the second input of the phase shifter 4, the first input of which connected to the first output of the synchronizer 14, and the output to the first input of the controlled attenuator 5, the output of which is connected to the input of the transmitting antenna 71, and the second input to the output of the current source UN 19, the input of which is connected with the output of the attenuation control unit 18, all the first inputs of which are connected via data bus to all the first inputs of the gain control unit 17, all six inputs / outputs of the BOZU 13, all the first inputs / outputs of the exchange controller 16, all the third inputs / outputs of which are inputs / the outputs of the system, as well as all twelve inputs / outputs of the computing device 15, the second, third, fourth outputs of which are connected respectively to the second inputs of the attenuation control unit 18, gain control unit 17, controller exchange 16, and the fifth, sixth, seventh, thirteenth outputs, respectively, with the second, third, fourth, seventh inputs of the BOZU 13, eighth, ninth outputs, respectively, with the second and third inputs of the synchronizer 14, tenth, eleventh outputs, respectively, with the second and first the inputs of the discretely controlled microwave generator 1, the first input is with the fourth output of the synchronizer 14, the first input of which is connected to the output of the BOZU 13, the first input of which is connected to the third output of the synchronizer 14 and the second inputs of the first, second and third ADCs 12, 77 and 7 8, all the outputs of which are connected respectively to the fifth, eighth and ninth inputs of the BOZU 13, and the first inputs are respectively the outputs of the first, second and third video amplifiers 11, 75 and 76, the second inputs of which are connected to the output of the gain control unit 17, and the first inputs - respectively, with the outputs of the first, second and third phase detectors 10, 73 and 74, the second inputs of which are connected respectively to the first, second and third outputs of the power divider 84, the input of which is connected to the output of the second carrier frequency switch 83, and the first inputs rows of the first, second and third phase detectors 10, 73 and 74 are respectively connected to the outputs of the first, second and third low-noise UHF 9, 6 and 7, the inputs of which are connected respectively to the first, second and third outputs of the receiver 70 AU.
Следует отметить, что импульсный модулятор 3 [5], фазовращатель 4 [5], управляемый аттенюатор 5 [5], первый, второй и третий малошумящие УВЧ 9, 6 и 7 [9, 10], первый, второй и третий фазовые детекторы 10, 73 и 74 [11] - работают в широком диапазоне частот. Введенные элементы: первый и второй переключатели несущей частоты 82, 83 [5], второй и третий направленные ответвители 79, 80, делитель мощности [5], умножитель частоты 81 [6] - широко известны.It should be noted that the pulse modulator 3 [5], the phase shifter 4 [5], the controlled attenuator 5 [5], the first, second and third low-
В качестве излучателей в приемной АС 70 и передающей антенне 71 могут быть использованы широкополосные рупорные антенны, работающие в требуемом СВЧ диапазоне [8].As emitters in the receiving
РВС с адаптацией к гладкой водной поверхности работает следующим образом.PBC with adaptation to a smooth water surface works as follows.
После подачи питания (аналогично прототипу) вычислительное устройство 15 проводит начальную установку флага излучения синхронизатора 14, сигналами 64 и 65 записывает нулевое значение усиления и ослабления в блоки 17 и 18 регулирования усиления и ослабления (Nус=0, Nосл=0), записывает сигналами 52 и 53 по шине данных 55 в счетчик адреса ОЗУ БОЗУ 13 нулевое значение кода (устанавливается тем самым низкий логический уровень сигнала - окончание режима излучения и накопления), проводит опрос контроллера обмена 16 с внешними системами, который переводит измеритель в режим измерения задержки отраженного от подстилающей поверхности сигнала, устанавливает сигналами 63 и 67 частоту ƒ0 СВЧ генератора 1 на середину рабочего диапазона.After power is supplied (similar to the prototype), the
После этого вычислительное устройство 15 запускает подпрограмму установки параметров приемопередающего модуля (ППМ) и старта излучения и накопления, которая в свою очередь запускает подпрограмму установки несущей частоты. Алгоритмы работы подпрограмм приведены соответственно на фиг. 4 и фиг. 9. Подпрограмма установки несущей частоты формирует в вычислительном устройстве 15 сигнал управления, который, в зависимости от ширины ВКФ принятых сигналов, изменяет несущую частоту в первом и втором переключателях несущей частоты 82 и 83. Для устранения дребезга по переключению несущей частоты осуществляется гистерезис по порогу переключения (фиг. 9). А подпрограмма установки параметров ППМ и старта излучения и накопления устанавливает на дискретно управляемом СВЧ генераторе 1 частоту/о, записывает в блоки 17 и 18 регулирования усиления и ослабления значения усиления и ослабления, записывает нулевое значение кода в счетчик адреса ОЗУ БОЗУ, запускает таймер на время tуст.ППМ - время установки параметров в ППМ (дискретно управляемый СВЧ генератор 1, первый, второй и третий направленные ответвители 2, 79, 80, умножитель частоты 81, первый и второй переключатели несущей частоты 82 и 83, делитель мощности 84, импульсный модулятор 3, фазовращатель 4, управляемый аттенюатор 5, первый, второй и третий малошумящие УВЧ 9, 6 и 7, первый, второй и третий фазовые детекторы 10, 73 и 74, первый, второй и третий видеоусилители 11, 75 и 76), после чего проводится запуск режима излучения и накопления как показано на фиг. 2, анализ флага излучения.After that, the
Через передающую антенну 71 обеспечивается излучение радиоимпульсов по направлению к подстилающей поверхности.Through the transmitting
Принятые от подстилающей поверхности приемной антенной системой 70 радиоимпульсы поступают одновременно на входы идентичных первого, второго и третьего малошумящих УВЧ 9, 6 и 7, усиливаются и через идентичные первый, второй и третий фазовые детекторы 10, 73 и 74, где преобразуются в видеоимпульсы, поступают на первый, второй и третий видеоусилители 11, 75 и 76, затем на первый, второй и третий АЦП 12, 77 и 78 и далее через 5, 8 и 9 входы БОЗУ одновременно записываются в БОЗУ 13.The radio pulses received from the underlying surface by the receiving
По окончанию работы подпрограммы вычислительное устройство 15 считывает данные БОЗУ 13, после чего производит обработку данных, сканируя по диапазону задержек, определяя временную задержку цифровых сигналов от подстилающей поверхности.At the end of the subroutine, the
Излучение и тактирование АЦП 12 (77 и 78) и запись в БОЗУ 13 начинаются в момент t0 (фиг. 6). Радиоимпульсы излучаются по тактам с номерами 0, km+1, 2(km+1), …, n(km+1), … (фиг. 6а, 6б), где m - параметр нониуса, k - расширитель временного диапазона для сигнала, n - номер излучения, Tизл - период тактовых импульсов.The radiation and timing of the ADC 12 (77 and 78) and recording in the
Преобразование принятого сигнала (фиг. 6в) в АЦП 12 (77 и 78) и запись в БОЗУ 13 проводится по каждому такту с периодом ТОЗУ (фиг. 6г, 6д). Если выполняется условие совпадения фронтов тактовых импульсов излучения и тактирования АЦП 12 (77 и 78) и БОЗУ 13:The conversion of the received signal (Fig. 6c) to ADC 12 (77 and 78) and recording in the
Условие (5) можно записать в виде:Condition (5) can be written as:
где 
Если второе и последующее излучения выдавать в моменты n(km+1)⋅Тизл, то следующий такт АЦП 12 (77 и 78) и БОЗУ 13 придет в момент n(k(m-1)+1)⋅ТОЗУ с задержкой dt⋅n, то из уравнения:If the second and subsequent radiation issuing at the instants n (km + 1) ⋅T rad, the next clock the ADC 12 (77 and 78) and
n(km+1)⋅Тизл+dt⋅n=n(k(m-1)+1)⋅ ТОЗУ n (km + 1) ⋅T rad + dt⋅n = n (k (m - 1) +1) ⋅ T RAM
Можно показать, что n-тое излучение начинается раньше n(k(m-1)+1) тактового импульса АЦП 12 (77 и 78) и БОЗУ 13 на величину:It can be shown that the nth radiation begins earlier than the n (k (m-1) +1) clock pulse of the ADC 12 (77 and 78) and
Отсюда получаем, что для восстановления принятого сигнала с шагом 
m(km+1)⋅Тизл=LОЗУ⋅ТОЗУ,m (km + 1) = L ⋅T rad ⋅T RAM memory,
Тогда объем БОЗУ 13, необходимый для восстановления принятого сигнала, равен LОЗУ={km+Y)(m-1).Then the volume of the
Выше проведенные рассуждения позволяют получить, что для восстановления значения принятого сигнала на задержке i⋅dt в цифровом виде можно вывести выражение:The above reasoning allows us to obtain that to restore the value of the received signal at the delay i⋅dt in digital form, we can derive the expression:
где скобки {…} - содержимое ячейки ОЗУ с данным номером;where the brackets {...} are the contents of the RAM cell with this number;
выражение (imodM) - остаток от деления i на М;expression (imodM) is the remainder of dividing i by M;
скобка […] - целая часть числа;the bracket [...] is the integer part of the number;
М=k(m-1)+1.M = k (m-1) +1.
На фиг. 6е показан пример восстановленного сигнала для k=1, m=8.In FIG. 6e shows an example of a reconstructed signal for k = 1, m = 8.
При отражении от подстилающей поверхности изменение ослабления отраженных сигналов на входах первого, второго и третьего малошумящих УВЧ 9, 6 и 7 может составлять порядка 30 дБ, что приводит к флюктуациям амплитуды и изменению крутизны фронта отраженного сигнала и, как следствие, к дополнительной погрешности измерения задержки отраженного сигнала и высоты полета ЛА. When reflected from the underlying surface, the change in the attenuation of the reflected signals at the inputs of the first, second, and third low-
Для поддержки стабильной крутизны фронта восстановленного сигнала на задержке i⋅dt вычислительное устройство 15 запускает после окончания каждого цикла излучения и накопления подпрограмму автоматической регулировки усиления первого, второго и третьего видеоусилителей 11, 75 и 76 и мощности излученных радиоимпульсов посредством блока регулировки усиления 17, блока регулировки ослабления 18 и источника тока УН (фиг. 7). Проводится оценка уровня восстановленного отраженного сигнала. Если уровень сигнала превышает пороговый, то производится уменьшение излучаемой мощности и усиления первого, второго и третьего видеоусилителей 11, 75 и 76, если не превышает порог - то увеличение.To maintain a stable edge slope of the reconstructed signal at the i⋅dt delay, the
После стабилизации крутизны фронта отраженного сигнала (примерно 5-6 излученных пакетов радиоимпульсов) вычислительное устройство 15 выдает результат измеренной высоты полета в контроллер обмена 16 и переводит измеритель в режим измерения продольной и поперечной составляющих вектора путевой скорости.After stabilization of the steepness of the front of the reflected signal (approximately 5-6 emitted packets of radio pulses), the
Включается алгоритм работы подпрограммы вычисления продольной и боковой составляющих Vx и Vz (фиг. 8).The algorithm of the subroutine for calculating the longitudinal and lateral components V x and V z is turned on (Fig. 8).
Одним из факторов, влияющих на точность измерения составляющих вектора скорости, является положение сигнального строба (сечения) на отраженном от подстилающей поверхности сигнале. На максимуме импульса обеспечивается максимальная мощность флюктуаций сигнала, поэтому сечение на огибающей отраженного от подстилающей поверхности сигнала устанавливается в области его максимума. Затем, на этом сечении производится выборка значений сигнального среза, запоминание их в БОЗУ 13.One of the factors affecting the accuracy of measuring the components of the velocity vector is the position of the signal strobe (cross-section) on the signal reflected from the underlying surface. At the maximum of the pulse, the maximum power of the signal fluctuations is provided, therefore, the cross section on the envelope of the signal reflected from the underlying surface is set in the region of its maximum. Then, at this section, the values of the signal slice are sampled, storing them in
Использование многоканального приемного устройства позволяет принимать отраженные от подстилающей поверхности радиоимпульсы одновременно на все приемные антенны в порядке приема, как показано на фиг. 2.Using a multi-channel receiving device allows receiving radio pulses reflected from the underlying surface simultaneously to all receiving antennas in the receiving order, as shown in FIG. 2.
В этом случае шаг дискретизации Δt сигнала, принятого на каждую антенну, и, соответственно, шаг построения ВКФ составляет два периода повторения импульсов Δt=2ТП.In this case, the sampling step Δt of the signal received at each antenna, and, accordingly, the step of constructing the FCF, is two pulse repetition periods Δt = 2Т П.
Поскольку, ослабления сигналов в СВЧ - трактах каждой из приемных антенн могут несколько отличаться, то для обеспечения точности измерения составляющих вектора путевой скорости, перед построением ВКФ в вычислительном устройстве 15 производится нормирование мощности сигналов по каждой из трех антенн:Since the attenuation of signals in the microwave paths of each of the receiving antennas can be somewhat different, then to ensure the accuracy of the measurement of the components of the ground speed vector, before constructing the FCF in the
где 
t0=0, t1=Δt, …, tN-1=(N-1)Δt,t 0 = 0, t 1 = Δt, ..., t N-1 = (N-1) Δt,
где Δt - временной шаг оцифровки сигнала;where Δt is the time step of digitizing the signal;
N - количество отсчетов времени;N is the number of time samples;
U0 - константа, задающая средний уровень нормированных сигналов.U 0 is a constant that sets the average level of normalized signals.
Вычисляются мгновенные значения ВКФ между сигналами, принятых 1-й и 2-й, 2-й и 3-й антеннами:The instantaneous VCF values between the signals received by the 1st and 2nd, 2nd and 3rd antennas are calculated:
где В - количество отсчетов времени в базовом интервале, использующемся при построении ВКФ;where B is the number of time samples in the base interval used in the construction of the VKF;
K - количество отсчетов построения ВКФ (подразумевается, что выполняется условие B+K≤N, где N - количество отсчетов времени оцифрованного сигнала);K is the number of counts for constructing the VKF (it is understood that the condition B + K≤N is fulfilled, where N is the number of samples of the time of the digitized signal);
Z - номер отсчета ВКФ, соответствующий 0-й задержке между сигналами (подразумевается, что выполняются условия Z<K и Z+K≤N);Z is the reference number of the VKF corresponding to the 0th delay between signals (it is understood that the conditions Z <K and Z + K≤N are satisfied);
τ0=-Z⋅Δt, τ1=(-Z+1)⋅Δt, …, τZ=0, τZ+1=Δt, …, τK-1=(K-Z-1)⋅Δt,τ 0 = -Z⋅Δt, τ 1 = (- Z + 1) ⋅Δt, ..., τ Z = 0, τ Z + 1 = Δt, ..., τ K-1 = (KZ-1) ⋅Δt,
где Δt - дискрет построения ВКФ, равный временному шагу оцифровки сигнала;where Δt is the discrete of constructing the VCF equal to the time step of digitizing the signal;
Мгновенные ВКФ помещаются в магазин, позволяющий хранить ВКФ, построенные по М последним пакетам излучения и усредняются обыкновенным суммированиемInstant VKF are placed in the store, allowing you to store VKF, built on M last radiation packets and averaged by ordinary summation
где 
Количество усреднений М устанавливается адаптивно к уровню ВКФ.The number of averages M is set adaptively to the level of the VKF.
Для точного определения положения максимумов ВКФ производится аппроксимация ВКФ параболой методом наименьших квадратов с использованием треугольной весовой функции.To accurately determine the position of the VKF maxima, the VKF is approximated by a parabola using the least squares method using a triangular weight function.
Уравнение параболы можно записать в виде Fpk=a⋅k2+b⋅k+c.The parabola equation can be written as Fp k = a ⋅k 2 + b⋅k + c.
Параметры a, b и с определяются из системы уравненийThe parameters a, b, and c are determined from the system of equations
где а, b, с - искомые коэффициенты аппроксимирующей функции;where a , b, c are the desired coefficients of the approximating function;
2М+1 - количество точек, по которым производится аппроксимация;2M + 1 - the number of points at which the approximation is made;
N - номер дискрета, на который приходится максимум ВКФ; N is the number of the discrete, which accounts for the maximum VKF;
FN+j - значения усредненной ВКФ при задержках между сигналами τN+j;F N + j — values of the averaged FCF for delays between signals τ N + j ;
wj=М-|j|+1 - треугольная весовая функция.w j = M- | j | +1 is a triangular weight function.
Использование треугольной весовой функции при аппроксимации обусловлено стремлением снизить влияние искажения формы боковых склонов на точность определения положения максимума ВКФ.The use of a triangular weight function during approximation is due to the desire to reduce the influence of distortion in the shape of the side slopes on the accuracy of determining the position of the maximum VKF.
По известным параметрам параболы определяется положение ее вершины и, следовательно, максимума ВКФ (в относительных единицах)The well-known parameters of the parabola determine the position of its peak and, consequently, the maximum VKF (in relative units)
где Nt - положение максимума ВКФ (в относительных единицах);where Nt is the position of the maximum VKF (in relative units);
а, b - найденные коэффициенты аппроксимирующей функции.a, b are the found coefficients of the approximating function.
Переход к транспортным задержкам в единицах времени осуществляется по формулеThe transition to transport delays in time units is carried out according to the formula
где 
Nt - положение максимума ВКФ (в относительных единицах);Nt is the position of the maximum VKF (in relative units);
Δt - дискрет построения ВКФ, равный временному шагу оцифровки сигнала.Δt is the discrete of constructing the VCF equal to the time step of digitizing the signal.
Поскольку запись сигналов, принимаемых 1-й, 2-й и 3-й антеннами производится в одни и те же моменты времени (фиг. 2), то при определении транспортных задержек между сигналами отсутствует методическая ошибка.Since the signals received by the 1st, 2nd, and 3rd antennas are recorded at the same time instants (Fig. 2), there is no methodological error in determining the transport delays between the signals.
Для уменьшения случайной составляющей погрешности перед вычислением проекций вектора скорости производится усреднение транспортных задержек между сигналамиTo reduce the random component of the error, before calculating the projections of the velocity vector, the transport delays between the signals are averaged
где τ - мгновенная транспортная задержка в текущем пакете;where τ is the instantaneous transport delay in the current packet;
b - количество усреднений транспортных задержек.b is the number of averages of transport delays.
Взаимное расположение излучающей и приемных антенн, дает формулы для вычисления составляющих вектора скорости [7]:The relative position of the emitting and receiving antennas gives formulas for calculating the components of the velocity vector [7]:
где Vx, Vz - продольная и поперечная составляющие вектора скорости в проекции на оси связанной системы координат;where V x , V z - the longitudinal and transverse components of the velocity vector in the projection on the axis of the associated coordinate system;
τ1 - транспортная задержка между сигналами, принятыми на 1-ю и 2-ю антенны;τ 1 - transport delay between signals received at the 1st and 2nd antennas;
τ2 - транспортная задержка между сигналами, принятыми на 2-ю и 3-ю антенны;τ 2 - transport delay between signals received at the 2nd and 3rd antennas;
Х0, Y0 - параметры антенной системы (фиг. 5).X 0 , Y 0 - parameters of the antenna system (Fig. 5).
После измерения высоты полета и составляющих вектора путевой скорости Vx и Vz цикл измерения вышеуказанных параметров повторяется периодически.After measuring the flight altitude and components of the vector of ground speed V x and V z, the measurement cycle of the above parameters is repeated periodically.
Использование изобретения позволяет повысить устойчивость и точность измерения составляющих вектора путевой скорости ЛА.The use of the invention improves the stability and accuracy of the measurement of the components of the vector of the ground speed of the aircraft.
ЛитератураLiterature
1. Авторское свидетельство СССР №1596934, кл. G01S 13/58. Опубл. 28.04.1988 г.1. USSR author's certificate No. 1596934, cl.
2. Лобач В.Т., Уваров С.Н., Боков Г.И. Корреляционный измеритель скорости полета и угла сноса. Авторское свидетельство СССР №1503527, кл. G01S 13/60. Опубл. 28.07.1987 г.2. Lobach V.T., Uvarov S.N., Bokov G.I. Correlation meter of flight speed and drift angle. USSR copyright certificate No. 1503527,
3. Патент РФ №2515524 от 28.05.2012 г., кл. G01S 13/60 «Импульсно-доплеровская радиовысотомерная система». Авт. Калмыков Н.Н., Соловьев В.В., Мельников С.А.3. RF patent No. 2515524 of 05/28/2012, cl.
4. Справочник по радиолокации. Под редакцией Меррила И. Сколника Перевод с английского под общей редакцией B.C. Вербы. Книга 2. М.: Техносфера - 2014 г.4. Reference radar. Edited by Merrill I. Skolnik Translated from English, edited by B.C. Willow.
5. Карпов В.М., Малышев В.А., Перевощиков И.В. Широкополосные устройства СВЧ на элементах с сосредоточенными параметрами. М.: Радио и связь - 1984 г.5. Karpov V.M., Malyshev V.A., Perevoshchikov I.V. Broadband microwave devices on elements with lumped parameters. M .: Radio and communications - 1984
6. Модули СВЧ преобразовательные. Умножители частоты. М43108. бШ2.245.173ТУ.6. Microwave converting modules. Frequency Multipliers. M43108. BSh2.245.173TU.
7. Боркус М.К., Черный А.Е. Корреляционные измерители путевой скорости и угла сноса летательных аппаратов. М.: Сов. радио - 1973 г.7. Borkus M.K., Cherny A.E. Correlation meters of ground speed and drift angle of aircraft. M .: Sov. radio - 1973
8. Патент РФ №2427060 от 11.01.2010 г., кл. H01Q 12/02 «Сверхширокополосная рупорная антенна». Авт. Коробейников Г.В., Кохнюк Д.Д., Григорьев А.Р.8. RF patent No. 2427060 dated January 11, 2010, cl.
9. Руденко В.М., Халяпин Д.Б., Магаушевский В.Р. Малошумящие входные цепи СВЧ приемных устройств. М.: Связь - 1971 г.9. Rudenko V.M., Khalyapin D.B., Magaushevsky V.R. Low-noise input circuit of microwave receiving devices. M .: Communication - 1971
10. GaAs pHEMT MMIC low noise AGC amplifier NMC463LP5 / 463LP5E. Режим доступа: http://www.analog.com/media/en/technicaldocumentation/data-sheets/hmc4631p5.pdf.10. GaAs pHEMT MMIC low noise AGC amplifier NMC463LP5 / 463LP5E. Access Mode: http://www.analog.com/media/en/technicaldocumentation/data-sheets/hmc4631p5.pdf.
11. GaAs MMIC double-balanced mixer NMC1048ALC3B. Режим доступа: http://www.analog.com/media/en/technicaldocumentation/datasheets/hmcl048a.pdf11. GaAs MMIC double-balanced mixer NMC1048ALC3B. Access Mode: http://www.analog.com/media/en/technicaldocumentation/datasheets/hmcl048a.pdf
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017138155A RU2672098C1 (en) | 2017-11-01 | 2017-11-01 | Radar altimeter system adapted to smooth water surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017138155A RU2672098C1 (en) | 2017-11-01 | 2017-11-01 | Radar altimeter system adapted to smooth water surface |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2672098C1 true RU2672098C1 (en) | 2018-11-12 |
Family
ID=64327768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017138155A RU2672098C1 (en) | 2017-11-01 | 2017-11-01 | Radar altimeter system adapted to smooth water surface |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2672098C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2748614C1 (en) * | 2020-07-03 | 2021-05-28 | Андрей Анатольевич Иванцов | Ultra-short-pulse short-range radar receiving and transmitting device |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2282157C2 (en) * | 2001-07-17 | 2006-08-20 | Хонейвелл Интернэшнл, Инк. | Device for warning of dangerous pitch angle |
| EP1798568A2 (en) * | 2005-12-19 | 2007-06-20 | Honeywell Inc. | Systems and methods for self-test of a radar altimeter |
| JP2009014655A (en) * | 2007-07-09 | 2009-01-22 | Nec Corp | Target altitude measurement method, target altitude measurement system and radar system |
| RU2412450C2 (en) * | 2008-03-11 | 2011-02-20 | ОАО "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" | Method of reducing lower boundary of low altitude measurement to zero and design of coherent impulse doppler radioaltimetre to this end |
| US8077078B1 (en) * | 2008-07-25 | 2011-12-13 | Rockwell Collins, Inc. | System and method for aircraft altitude measurement using radar and known runway position |
| RU2515524C2 (en) * | 2012-05-28 | 2014-05-10 | Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" | Pulse-doppler radar altimetric system |
| RU2605442C1 (en) * | 2015-09-22 | 2016-12-20 | Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" | Radar altimeter system adapted to smooth water surface |
-
2017
- 2017-11-01 RU RU2017138155A patent/RU2672098C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2282157C2 (en) * | 2001-07-17 | 2006-08-20 | Хонейвелл Интернэшнл, Инк. | Device for warning of dangerous pitch angle |
| EP1798568A2 (en) * | 2005-12-19 | 2007-06-20 | Honeywell Inc. | Systems and methods for self-test of a radar altimeter |
| JP2009014655A (en) * | 2007-07-09 | 2009-01-22 | Nec Corp | Target altitude measurement method, target altitude measurement system and radar system |
| RU2412450C2 (en) * | 2008-03-11 | 2011-02-20 | ОАО "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" | Method of reducing lower boundary of low altitude measurement to zero and design of coherent impulse doppler radioaltimetre to this end |
| US8077078B1 (en) * | 2008-07-25 | 2011-12-13 | Rockwell Collins, Inc. | System and method for aircraft altitude measurement using radar and known runway position |
| RU2515524C2 (en) * | 2012-05-28 | 2014-05-10 | Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" | Pulse-doppler radar altimetric system |
| RU2605442C1 (en) * | 2015-09-22 | 2016-12-20 | Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" | Radar altimeter system adapted to smooth water surface |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2748614C1 (en) * | 2020-07-03 | 2021-05-28 | Андрей Анатольевич Иванцов | Ultra-short-pulse short-range radar receiving and transmitting device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109669161B (en) | Radar sensing with interference suppression | |
| KR101908196B1 (en) | Frequency modulation scheme for fmcw radar | |
| US10670698B2 (en) | Radar device with phase noise estimation | |
| US6646587B2 (en) | Doppler radar apparatus | |
| US11693106B2 (en) | Multiple input multiple output (MIMO) frequency-modulated continuous-wave (FMCW) radar system | |
| US8866667B2 (en) | High sensitivity single antenna FMCW radar | |
| US5122805A (en) | Radio acoustic sounding system for remotely determining atmospheric temperature profiles | |
| US8866668B2 (en) | Radar apparatus with different operation modes | |
| US11592520B2 (en) | FMCW radar with interfering signal suppression in the time domain | |
| CN108801398B (en) | A kind of 120GHz frequency modulated continuous wave radar level meter and distance measuring method | |
| US4268828A (en) | Swept frequency radar system employing phaseless averaging | |
| EP3077778A1 (en) | Adaptive radar system with multiple waveforms | |
| RU2498344C2 (en) | Correlation device for measuring height and ground velocity vector components | |
| US20190129004A1 (en) | Radar sensor with digital signal processing unit | |
| US8779968B2 (en) | System and method for microwave ranging to a target in presence of clutter and multi-path effects | |
| CN106772349B (en) | A kind of ranging, speed-measuring method and system | |
| RU2672098C1 (en) | Radar altimeter system adapted to smooth water surface | |
| US20230273307A1 (en) | Method for radar ranging and transceiver therefor | |
| RU2605442C1 (en) | Radar altimeter system adapted to smooth water surface | |
| RU2515524C2 (en) | Pulse-doppler radar altimetric system | |
| Öztürk et al. | Predistorter based K-band FMCW radar for vehicle speed detection | |
| US20110288801A1 (en) | Method and system for determining the time-of-flight of a signal | |
| Li et al. | A novel UHF radar system design for river dynamics monitoring | |
| KR101634455B1 (en) | Radar using linear frequency modulation signal and noise signal, and method for controlling the same | |
| Jahagirdar | A high dynamic range miniature DDS-based FMCW radar |