RU2699552C9 - Method for passive single-position angular-doppler location of radio-emitting objects moving in space - Google Patents
Method for passive single-position angular-doppler location of radio-emitting objects moving in space Download PDFInfo
- Publication number
- RU2699552C9 RU2699552C9 RU2019103847A RU2019103847A RU2699552C9 RU 2699552 C9 RU2699552 C9 RU 2699552C9 RU 2019103847 A RU2019103847 A RU 2019103847A RU 2019103847 A RU2019103847 A RU 2019103847A RU 2699552 C9 RU2699552 C9 RU 2699552C9
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- values
- angles
- radio
- objects
- angular
- 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
- G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
-
- 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
- G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
- G01S11/02—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves
- G01S11/10—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves using Doppler effect
-
- 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
-
- 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
- G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
-
- 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
- G01S13/46—Indirect determination of position data
- G01S13/48—Indirect determination of position data using multiple beams at emission or reception
-
- 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
- G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
- G01S13/56—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds for presence detection
-
- 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
-
- 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
- G01S13/72—Radar-tracking systems; Analogous systems for two-dimensional tracking, e.g. combination of angle and range tracking, track-while-scan radar
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться в системах пассивной радиолокации и радиотехнического наблюдения для однопозиционного определения координат, скоростей и траекторий перемещающихся в пространстве радиоизлучающих объектов (РИО) - искусственных спутников Земли, кораблей, самолетов, беспилотных летательных аппаратов.The invention relates to the field of radio engineering and can be used in passive radar and radio surveillance systems for on-off determination of coordinates, speeds and trajectories of radio-emitting objects (RIO) moving in space - artificial Earth satellites, ships, planes, unmanned aerial vehicles.
Пассивные радиолокационные системы (РЛС) используют для измерения параметров движения РИО по излучениям их бортовых радиопередающих устройств. Эти РЛС имеют меньшую сложность и меньшую стоимость, чем активные РЛС, из-за отсутствия радиопередающей части. Они обладают высокой скрытностью, что существенно затрудняет определение их дислокации и характеристик. Для определения местоположения и траекторий движения РИО пассивными методами [1 - Пассивная радиолокация: методы обнаружения объектов / Под ред. проф. Р.П. Быстрова и проф. А.В. Соколова. М: Радиотехника. 2008. 320 с.] обычно применяют несколько разнесенных станций, объединенных с помощью ретрансляторов данных в многопозиционную систему. Но такая система, по сравнению с однопозиционной, имеет больший объем аппаратуры, повышенную сложность и стоимость.Passive radar systems (radar) are used to measure the parameters of the movement of RIO from the radiations of their airborne transmitting devices. These radars have less complexity and lower cost than active radars, due to the lack of a radio transmitting part. They have high secrecy, which significantly complicates the determination of their dislocation and characteristics. To determine the location and trajectories of RIO by passive methods [1 - Passive radar: methods for detecting objects / Ed. prof. R.P. Bystrov and prof. A.V. Sokolova. M: Radio engineering. 2008. 320 pp.] Usually use several diversity stations, combined using data relays in a multi-position system. But such a system, in comparison with a single-position system, has a larger volume of equipment, increased complexity and cost.
Однопозиционная локация до недавнего времени не обеспечивала определение наклонных дальностей, скоростей и траекторий перемещающихся в пространстве РИО за счет измерения их угловых координат (УК) и параметров излучаемых сигналов. Поэтому поиск способов и создание устройств обзорной пассивной однопозиционной локации, обеспечивающих определение этих параметров с достаточной для практики точностью, являются актуальными.Until recently, a single-position location did not provide the determination of inclined ranges, velocities, and trajectories of RIOs moving in space by measuring their angular coordinates (UK) and parameters of emitted signals. Therefore, the search for methods and the creation of devices for an overview of passive one-position locations that ensure the determination of these parameters with sufficient accuracy for practice are relevant.
Однопозиционные пассивные РЛС должны определять УК лоцируемых объектов с высокой точностью и за достаточно малое время, так как эти объекты могут перемещаться с большими (в том числе гиперзвуковыми) скоростями и двигаться по сложным непредсказуемым траекториям, причем закон их движения может содержать знакопеременные производные высоких порядков. Лучшей основой для достижения высокой точности определения УК лоцируемых объектов считается' широко применяемый в радиолокации и радиопеленгации моноимпульсный метод [2 - Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. - М: Радио и связь, 1984. 312 с., стр. 6]. УК РИО определяются путем измерения направления прихода принимаемых сигналов относительно известного равносигнального направления (РСН).Single-position passive radars must determine the CC of the located objects with high accuracy and in a relatively short time, since these objects can move at high (including hypersonic) speeds and move along complex unpredictable trajectories, and their law of motion can contain alternating derivatives of high orders. The monopulse method widely used in radar and direction finding is considered the best basis for achieving high accuracy in determining the UK of located objects [2 - Leonov A.I., Fomichev K.I. Monopulse radar. - M: Radio and communications, 1984. 312 p., P. 6]. UK RIO are determined by measuring the direction of arrival of the received signals relative to the known equal signal direction (RSN).
Пути достижения высокой точности определения УК и достаточного быстродействия обзорного амплитудного моноимпульсного пеленгатора обоснованы в [3 - Патент 2583849, РФ. Способ цифровой обработки сигналов при обзорной моноимпульсной амплитудной суммарно-разностной пеленгации с использованием антенной решетки (варианты) и обзорный моноимпульсный амплитудный суммарно-разностный пеленгатор с использованием антенной решетки и цифровой обработки сигналов / Джиоев А.Л., Омельчук И.С., Фоминченко Г.Л., Фоминченко Г.Г., Яковленко В.В. Заявлен 13.04.2015, опубликован 10.05.2016]. В этой работе выбором вида весовой функции на раскрыве антенны и угла разноса диаграмм направленности (ДН) обеспечена пеленгационная характеристика (ПХ), практически линейная на всей ширине моноимпульсной группы лучей (МГЛ). После приема сигналов РИО и их аналого-цифрового преобразования (АЦП) используется прямоотсчетный метод, позволяющий использовать быстрый прямой и легко реализуемый (решение линейного уравнения) расчет УК с ошибкой не более 1/100 ширины ДН по уровню половинной мощности при низком уровне боковых лепестков (ниже минус 40 дБ) и приемлемом использовании поверхности антенны. Высокая линейность ПХ на всей ширине МГЛ, обеспечивающая быстрое и точное определение УК объекта без использования итерационного алгоритма, значительно сокращает время обзора пространства и увеличивает число объектов, контролируемых без перемещений РСН и повторных зондирований. Однако при этом не производится селекция лоцируемых объектов по скорости движения и не определяются их траектории в пространстве.Ways to achieve high accuracy in determining the criminal code and sufficient speed of the survey amplitude monopulse direction finder are justified in [3 - Patent 2583849, Russian Federation. A method of digital signal processing in a survey monopulse amplitude total-difference direction finding using an antenna array (options) and a survey monopulse amplitude total-difference direction finder using an antenna array and digital signal processing / Dzhioev A.L., Omelchuk I.S., Fominchenko G. .L., Fominchenko G.G., Yakovlenko V.V. Declared April 13, 2015, published May 10, 2016]. In this work, the choice of the type of weight function at the aperture of the antenna and the separation angle of the radiation patterns (LH) provided the direction-finding characteristic (HR), which is almost linear over the entire width of the monopulse group of rays (MGL). After receiving the RIO signals and their analog-to-digital conversion (ADC), the direct-counting method is used, which allows using a quick direct and easily implemented (solving the linear equation) calculation of the criminal code with an error of no more than 1/100 of the beam width at half power level with a low level of side lobes ( below minus 40 dB) and acceptable use of the antenna surface. The high linearity of the HRP over the entire width of the MGL, which provides a quick and accurate determination of the object's CC without using an iterative algorithm, significantly reduces the time for viewing the space and increases the number of objects controlled without RSN movements and repeated soundings. However, this does not select the located objects according to their speed and their paths in space are not determined.
Известен способ измерения с одной позиции угловой скорости объекта [4 - Алпатов Б.А., Балашов О.Е. Измерение скорости объекта в системах автоматического сопровождения объектов // Вестник РГРТУ. Рязань. 2014. №4 (выпуск 50). С. 5-10]. В нем на основании угловых измерений определяют условную скорость объекта, пропорциональную, с постоянным коэффициентом, его реальной скорости, в предположении, что объект движется в пространстве равномерно и прямолинейно. При этом УК объекта измеряют в временных моментах, отстоящих друг от друга на равные интервалы Т, затем из множества возможных (условных) параллельных траекторий движения, соответствующих измеренным УК, выбирают одну условную, на которой точки А, В и С равноудалены по времени на равные интервалы 0,5 NT, определяют проекции координат точек А, В, С в зависимости (функциональной) от соответствующих проекций линейной скорости, и наконец, задавшись значениями координат точки С, определяют значения проекций Vx, Vy, Vz текущей линейной скорости объекта, а также саму условную линейную скорость и экстраполированные значения УК. Однако в [4] не определяются истинные координаты, скорости и траектории движения РИО в пространстве.A known method of measuring from one position the angular velocity of an object [4 - Alpatov B.A., Balashov O.E. Measurement of the speed of an object in systems of automatic tracking of objects // Vestnik RGRTU. Ryazan. 2014. No4 (issue 50). S. 5-10]. In it, on the basis of angular measurements, the conditional speed of the object is determined, proportional, with a constant coefficient, to its real speed, under the assumption that the object moves in space uniformly and rectilinearly. In this case, the asset's asset is measured in time moments spaced from each other by equal intervals T, then from the set of possible (conditional) parallel trajectories of motion corresponding to the measured CC, one conditional is chosen at which points A, B and C are equally distant in time at equal intervals of 0.5 NT, determine the projections of the coordinates of points A, B, C depending (functional) on the corresponding projections of the linear velocity, and finally, having given the values of the coordinates of the point C, determine the projection values V x , V y , V z of the current linear velocity of the object, as well as the conditional linear speed and extrapolated values of the Criminal Code. However, in [4] the true coordinates, velocities, and trajectories of the RIO in space are not determined.
Аналогом предлагаемого способа является [5 - Патент 2617830, РФ. Способ пассивной однопозиционной угломерно-разностно-доплеровской локации перемещающегося в пространстве радиоизлучающего объекта и радиолокационная система для реализации этого способа / Джиоев А.Л., Омельчук И.С., Тюрин Д.А., Фоминченко Г.Л., Фоминченко Г.Г., Яковленко В.В. Заявлен 11.04.2016, опубликован 28.04.2017]. В нем во время приема констатируют обнаружение сигнала РИО и определяют его параметры - ширину спектра, среднюю частоту спектра сигнала и вид модуляции. Осуществляют автосопровождение выбранного объекта по угловым координатам, измеряют и запоминают значения отсчетов угловых координат (азимута β и угла места ε), а также текущего времени, соответствующего этим отсчетам. Затем восстанавливают, зная вид модуляции, несущую частоту ƒH принятого сигнала, формируют в моменты времени ti и запоминают значения ее отсчетов. Далее вычисляют приращения УК и доплеровских сдвигов частоты принимаемых сигналов на интервалах Δtk,n, достаточно малых для справедливости предположения о равномерности и прямолинейности движения РИО со скоростью V на постоянной высоте Н. После этого определяют горизонтальные составляющие приращений доплеровских сдвигов частоты, находят эти приращения и вычисляют величину их отношенияAn analogue of the proposed method is [5 - Patent 2617830, RF. The method of a passive one-position goniometric-difference-Doppler location of a radio-emitting object moving in space and a radar system for implementing this method / Dzhioev A.L., Omelchuk I.S., Tyurin D.A., Fominchenko G.L., Fominchenko G.G. ., Yakovlenko V.V. Declared April 11, 2016, published April 28, 2017]. During reception, it detects the detection of the RIO signal and determines its parameters - the width of the spectrum, the average frequency of the signal spectrum and the type of modulation. Carry out the auto-tracking of the selected object in angular coordinates, measure and remember the values of the samples of the angular coordinates (azimuth β and elevation angle ε), as well as the current time corresponding to these samples. Then restore, knowing the type of modulation, the carrier frequency ƒ H of the received signal, form at time t i and remember the values of its samples. Next, the increments of the CC and Doppler frequency shifts of the received signals are calculated at the intervals Δt k, n , which are sufficiently small for the assumption of uniformity and straightforwardness of the RIO motion with the speed V at a constant height N. Then the horizontal components of the increments of the Doppler frequency shifts are determined, these increments and calculate their ratio
для нахождения величины угла α между вектором скорости и горизонтальной дальностью. Далее определяют текущее значение курсового угла qk=βk+α и модуль горизонтальной скорости Vг=V, а затем - расстояние S4,0, пройденное объектом за интервал времени Δt4,0. Затем находят радиус R окружности, проходящей через начало координат, хордой которой является расстояние S4,0, находят центр О' этой окружности, фиксируя точку на конце луча длиной R, проведенного из начала координат 0 под углом βЦ=β0+q4-90°, рассчитывают дальности d0 и d4, используя соотношение в виде и определяют координаты РИО в моменты времени t0 и t4 как точки пересечения окружности с центром О' и лучей длиной d0 и d4, проведенных из начала координат под углами β0 и β4.to find the angle α between the velocity vector and the horizontal range. Next, determine the current value of the heading angle q k = β k + α and the horizontal velocity modulus V g = V, and then the distance S 4 , 0 traveled by the object for the time interval Δt 4 , 0 . Then find the radius R of the circle passing through the origin, the chord of which is the distance S 4.0 , find the center O 'of this circle, fixing a point at the end of the ray of length R drawn from the
Однако аналог [5] не лишен недостатков, к которым следует отнести:However, the analogue [5] is not without drawbacks, which include:
1. Невозможность измерения дальностей, направлений и скоростей перемещения в пространстве, а также траекторий РИО в случаях их движения с переменной высотой полета, то есть с произвольными углами пикирования (кабрирования).1. The impossibility of measuring ranges, directions and velocities of movement in space, as well as RIO trajectories in cases of their movement with a variable flight height, that is, with arbitrary diving angles (cabrio).
2. Необходимость использования двух алгоритмов функционирования с ограниченной областью применимости каждого из них:2. The need to use two functioning algorithms with a limited scope of applicability of each of them:
- первого, применимого в случае изменений азимута и угла места РИО при его приближении (удалении) относительно РЛС,- the first, applicable in case of changes in the azimuth and elevation angle of the RIO at its approach (removal) relative to the radar,
- второго, применимого только при постоянном азимуте объекта.- the second, applicable only with a constant azimuth of the object.
3. Использование следящего режима работы РЛС, что, по сравнению с обзорным режимом, снижает ее производительность и число контролируемых объектов.3. The use of the radar tracking mode, which, compared with the survey mode, reduces its performance and the number of monitored objects.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является [6 - Патент 2557808, РФ. Способ определения наклонной дальности до движущейся цели пассивным моностатическим пеленгатором / Борисов Е.Г., Мартемьянов И.С. Заявлен 9.04.2014, опубликован 27.07.2015], принятый за прототип. В нем совместно обрабатывают два последовательных во времени измерения пеленгов (углов азимута β1 и β2) и мощностей РС1 и РС2 сигналов для моментов измерений t1 и t2. Учитывая, что базовая точка измерения соответствует геометрическому центру угломерной системы, а линия Ц1ЦN (траектория движения цели) соответствует точкам Ц1 и Ц2 измерения пеленга цели в моменты времени t1 и t2, в предположении, что цель движется прямолинейно, на основании полученных значений PC1 и РС2 вычисляют величину Производят два последовательных измерения частот ƒ1 и ƒ2 принятых сигналов в моменты времени t1 и t2 соответственно, и на основании этих измерений определяют величину далее на основании измеренных углов азимута β1 и β2 определяют Δβ21=β2-β1. После этого вычисляют дальность до цели по формулеThe closest in technical essence to the claimed method is [6 - Patent 2557808, RF. A method for determining the slant range to a moving target with a passive monostatic direction finder / Borisov E.G., Martemyanov I.S. Declared April 9, 2014, published July 27, 2015], adopted as a prototype. It jointly processes two successive measurements of bearings (azimuth angles β 1 and β 2 ) and powers P C1 and P C2 of signals for measurement times t 1 and t 2 . Considering that the base measurement point corresponds to the geometric center of the goniometric system, and the line C 1 C N (the trajectory of the target) corresponds to the points C 1 and C 2 of the measurement of the bearing of the target at time t 1 and t 2 , assuming that the target moves in a straight line, based on the obtained values of P C1 and P C2 calculate the value Two consecutive measurements of the frequencies ƒ 1 and ƒ 2 of the received signals at time t 1 and t 2 are performed, respectively, and based on these measurements, determine the value then, based on the measured azimuth angles β 1 and β 2 determine Δβ 21 = β 2 -β 1 . After that, calculate the distance to the target by the formula
где с - скорость распространения электромагнитных волн;where c is the propagation velocity of electromagnetic waves;
Т=Δt12.T = Δt 12 .
Точностные характеристики прототипа [6] определяются ошибками измерения угловых координат РИО, несущих частот и мощностей излучаемых им сигналов. При предельно возможных точностях измерений углов и частот погрешность определения наклонной дальности зависит от ее значения и находится в пределах 5-35%, что не всегда приемлемо. Кроме того, в реальных условиях объекты наблюдения обычно излучают модулированные сигналы с подавленной несущей, что не позволяет применять способ [6]. Наконец, при использовании способа [6] измеряется мощность принимаемых сигналов, а она подвержена флюктуациям, которые вызываются интерференцией колебаний, переотраженных элементами конструкции объекта, изменениями условий распространения и переотражениями от местных предметов. Величина этих флюктуаций может достигать 10-15 дБ; погрешность измерения дальности по способу [6] при коэффициенте флюктуаций, равном 6 дБ, составляет 5%, а при коэффициенте флюктуаций, равном 12 дБ, достигает 250%, то есть способ становится неработоспособным.The accuracy characteristics of the prototype [6] are determined by errors in measuring the angular coordinates of the RIO, the carrier frequencies and powers of the signals emitted by it. At the maximum possible accuracy of measuring angles and frequencies, the error in determining the slant range depends on its value and is in the range of 5-35%, which is not always acceptable. In addition, under real conditions, objects of observation usually emit modulated signals with a suppressed carrier, which does not allow the method to be applied [6]. Finally, when using the method [6], the power of the received signals is measured, and it is subject to fluctuations, which are caused by interference of vibrations reflected by the structural elements of the object, changes in propagation conditions, and reflections from local objects. The magnitude of these fluctuations can reach 10-15 dB; the error in measuring the range according to the method [6] with a fluctuation coefficient of 6 dB is 5%, and with a fluctuation coefficient of 12 dB, it reaches 250%, that is, the method becomes inoperative.
Таким образом, недостатками прототипа [6] являются:Thus, the disadvantages of the prototype [6] are:
1. Большая погрешность измерения дальности при предельно возможных точностях измерений первичных параметров.1. A large error in measuring the range at the maximum possible accuracy of measurements of the primary parameters.
2. Невозможность измерения дальности в случае использования в качестве сигналов сложных модулированных излучений.2. The impossibility of measuring range when complex modulated emissions are used as signals.
3. Необходимость измерения мощности принимаемых сигналов, которая подвержена флюктуациям, величина которых может достигать 10-15 дБ; при этом погрешность измерения дальности при коэффициенте флюктуаций, равном 6 дБ, составляет 5%, а при коэффициенте флюктуаций, равном 12 дБ, достигает 250%, то есть способ становится неработоспособным.3. The need to measure the power of the received signals, which is subject to fluctuations, the value of which can reach 10-15 dB; in this case, the error in measuring the range with a fluctuation coefficient of 6 dB is 5%, and with a fluctuation coefficient of 12 dB, it reaches 250%, that is, the method becomes inoperative.
Изобретений, решающих упомянутые проблемы методами пассивной однопозиционной локации перемещающегося в пространстве по произвольным траекториям РИО, авторы заявляемого способа в технической литературе не обнаружили.Inventions that solve the aforementioned problems by the methods of a passive one-position location moving in space along arbitrary trajectories of RIOs, the authors of the proposed method were not found in the technical literature.
Техническая проблема, на решение которой направлен предлагаемый способ: определение координат, направлений и скоростей движения, а также построение траекторий всей совокупности РИО, движущихся в пространстве по произвольным направлениям равномерно и прямолинейно со всеми возможными курсовыми углами и углами пикирования (кабрирования).The technical problem that the proposed method seeks to solve is the determination of coordinates, directions and speeds, as well as the construction of trajectories of the entire set of RIOs moving in space in arbitrary directions uniformly and rectilinearly with all possible directional angles and diving angles (cabrio).
Для решения этой технической проблемы предлагается способ пассивной однопозиционной угломерно-доплеровской локации (УДЛ) перемещающихся в пространстве радиоизлучающих объектов, при котором:To solve this technical problem, a method is proposed for a passive one-position goniometric-Doppler location (UDL) of radio-emitting objects moving in space, in which:
применяют для приема радиосигналов цифровую антенную решетку (ЦАР) или антенную решетку с цифровой обработкой сигналов,a digital antenna array (CAR) or an antenna array with digital signal processing is used for receiving radio signals,
формируют в пространстве, используя на раскрыве антенной решетки весовую функцию Хэмминга, моноимпульсную группу лучей с общим фазовым центром и пеленгационные характеристики с рабочими зонами ΔβПХ по азимуту и ΔεПХ по углу места, линейные на всей ширине МГЛ за счет специально выбранных углов смещения лучей βсм и εсм,form in space using the Hamming weight function, a monopulse group of beams with a common phase center and direction-finding characteristics with working areas Δβ PX in azimuth and Δε PX in elevation, linear over the entire MGL width due to specially selected beam displacement angles β cm and ε cm
разбивают заданную область обзора пространства на участки размером ΔβПХ по азимуту и ΔεПХ по углу места и, последовательно устанавливая равносигнальное направление МГЛ в центры этих участков, осуществляют обзор упомянутой области,divide the given area of the space review into sections of size Δβ PX in azimuth and Δε PX in elevation and, sequentially setting the equal-signal direction of the MGL to the centers of these sections, review the said area,
принимают сигналы радиоизлучающих объектов в течение интервала наблюдения на каждом участке разбиения в заданном диапазоне частот, при появлении упомянутых сигналов констатируют обнаружение всей совокупности объектов в упомянутой области обзора и определяют параметры их сигналов - ширину и среднюю частоту спектра, а также вид модуляции,receive signals of radio-emitting objects during the observation interval at each section of the partition in a given frequency range, when these signals appear, they detect the entire population objects in the mentioned field of view and determine the parameters of their signals - the width and average frequency of the spectrum, as well as the type of modulation,
описывают пространственное положение РИО, перемещающихся в пространстве равномерно и прямолинейно по траекториям с произвольными углами пикирования (кабрирования), текущими значениями угловых координат (азимута βТ и угла места εТ), векторов наклонных дальностей DT, абсолютных значений векторов скорости V и величин курсовых углов γk между векторами скоростей и наклонных дальностей,describe the spatial position of RIO moving uniformly and rectilinearly along trajectories with arbitrary diving angles (cabriages), current values of the angular coordinates (azimuth β T and elevation angle ε T ), slant distance vectors D T , absolute values of velocity vectors V and course values angles γ k between the velocity vectors and slant ranges,
измеряют и запоминают для каждого из обнаруженных объектов значения отсчетов βm, εm угловых координат m-го объекта, вычисляемых относительно равносигнальных направлений, какmeasure and store for each of the detected objects the values of the samples β m , ε m of the angular coordinates of the m-th object, calculated relative to the equal-signal directions, as
βm=βPCH+Δβm, εm=εPCH+Δεm,β m = β PCH + Δβ m , ε m = ε PCH + Δε m ,
где Where
и - сигналы угловых рассогласований с выходов угловых дискриминаторов длят m-го объекта; and - signals of angular mismatches from the outputs of the angular discriminators for the m-th object;
и - значения коэффициентов линейных членов разложений пеленгационных характеристик в ряды Маклорена по координатам and - the values of the coefficients of the linear terms of the expansion of direction-finding characteristics in the Maclaurin series in coordinates
β, ε при выбранных значениях смещений βсм и εсм лучей от равносигнальных направлений,β, ε at the selected values of the displacements β cm and ε cm of rays from equal-signal directions,
селектируют, используя данные об измеренных параметрах сигналов и угловых координатах, N объектов (из совокупности М), избранных для автосопровождения,select, using data on the measured parameters of the signals and the angular coordinates, N objects (from the set M) selected for auto tracking,
сглаживают, для снижения шума, значения измеренных угловых координат каждого объекта с помощью фильтров автосопровождения, представляя их в виде усредненных зависимостей где - номер наблюдаемого объекта,smooth, to reduce noise, the values of the measured angular coordinates of each object using auto tracking filters, presenting them as averaged dependencies Where - number of the observed object,
формируют для приема сигналов избранных объектов N одиночных лучей, наведение которых по угловым координатам осуществляется управляющими сигналами, сформированными на основании данных об угловых координатах сопровождаемых радиоизлучающих объектов,form for receiving signals of selected objects N single beams, whose guidance in angular coordinates is carried out by control signals generated on the basis of data on the angular coordinates of the accompanying radio-emitting objects,
параллельно принимают по N лучам и обрабатывают сигналы радиоизлучающих объектов, восстанавливают, зная вид модуляции, несущие частоты ƒHn принятых сигналов, измеряют и запоминают значения их отсчетов, сглаживают и представляют результаты в виде усредненных зависимостей simultaneously take N rays and process the signals of radio-emitting objects, restore, knowing the type of modulation, the carrier frequencies ущие Hn of the received signals, measure and store the values of their samples, smooth and present the results in the form of averaged dependencies
интерполируют усредненные угловые зависимости а также усредненную зависимость получая непрерывные функции β(t), ε(t) и ƒH (t), причем здесь и далее индекс n наблюдаемого объекта не указывается - расчет проводят для каждого из N объектов.interpolate averaged angular dependencies as well as the average dependence receiving continuous functions β (t), ε (t) and ƒ H (t), and hereinafter, the index n of the observed object is not indicated - the calculation is carried out for each of N objects.
Согласно изобретению, в заявленном способе:According to the invention, in the claimed method:
используют для оценки параметров движения объектов в пространстве наклонные плоскости 0A1Ak, образованные лучами OAk, участками A1Ak траекторий, где А1, А2, … Ak, … АК - точки на траектории движения РИО, в которых он находится в равноотстоящие моменты времени t1, t2, … tK, и лежащую вне траектории точку наблюдения, находящуюся в начале 0 системы координат Oxyz, при этом величины модулей векторов наклонных дальностей DT совпадают с длиной лучей OAk, векторы скоростей V направлены вдоль участков A1Ak траекторий, углы между лучами OAk и отрезками A1Ak являются курсовыми углами γk, а в качестве аналогов УК объектов используют углы ck,1 между векторами наклонных дальностей 0А1 и текущими значениями наклонных дальностей 0Ak, вычисляют величины углов ck,1, каждый из которых является гипотенузой сферического прямоугольного треугольника с катетами Δβk,1, Δεk,1 и равен угловому размеру проекции на небесную сферу пути объекта за время Δtk,1=tk-tl, в соответствии с формулойused to estimate the parameters of the movement of objects in space inclined planes 0A 1 A k formed by the rays OA k , sections A 1 A k of the trajectories, where A 1 , A 2 , ... A k , ... A K are the points on the trajectory of the RIO, in which it is located at equally spaced times t 1 , t 2 , ... t K , and an observation point lying outside the trajectory located at the
где - номера точек А1, А2, … Ak на траектории объекта в моменты времени t=t2, t3, … tk;Where - the numbers of points A 1 , A 2 , ... A k on the trajectory of the object at time t = t 2 , t 3 , ... t k ;
Δβk,i=(βk-β1)⋅cos[min(εk, ε1)];Δβ k, i = (β k -β 1 ) ⋅cos [min (ε k , ε 1 )];
Δεk,1=εk-ε1;Δε k, 1 = ε k -ε 1 ;
βk=β(tk)β k = β (t k )
εk=ε(tk),ε k = ε (t k ),
извлекают из зависимости ƒH(t) в моменты времени t1, t2, … tk значения ƒHk, вследствие эффекта Доплера равныеthe values of ƒ Hk are extracted from the dependence моменты H (t) at time t 1 , t 2 , ... t k , due to the Doppler effect
где ƒH0 - значение несущей частоты сигнала наблюдаемого объекта в состоянии покоя;where ƒ H0 is the value of the carrier frequency of the signal of the observed object at rest;
ƒДk - доплеровский сдвиг несущей частоты;ƒ Dk - Doppler shift of the carrier frequency;
λ - длина волны сигнала объекта,λ is the wavelength of the signal of the object,
и определяют их приращения на интервалах Δt2,1 и Δt3,1, равныеand determine their increments in the intervals Δt 2,1 and Δt 3,1 equal
вычисляют величину отношения приращений несущей, получая уравнение относительно курсового угла γ1, решая которое определяют его предварительное значениеcalculate the magnitude of the ratio of the increments of the carrier, getting the equation relative to the heading angle γ 1 , deciding which determine its preliminary value
где Where
и предварительное значение модуля вектора скорости объектаand preliminary value of the module of the velocity vector of the object
где с=299792458 м/с - скорость распространения электромагнитных волн,where c = 299792458 m / s is the propagation velocity of electromagnetic waves,
рассчитывают на основе полученных оценок предварительное значение несущей частоты сигнала объекта, условно находящегося в покое, какcalculate on the basis of the estimates obtained, the preliminary value of the carrier frequency of the signal of the object, conditionally at rest, as
вычисляют уточненное значение ƒH0 несущей частоты сигнала РИО, находящегося в покое, как частоту колебаний цифрового генератора, управляемого сигналом автоподстройки, формируемым в результате сравнения приращений частот Δƒk,k-1=ƒk-ƒk-1 и calculate the adjusted value ƒ H0 of the carrier frequency of the RIO signal at rest, as the oscillation frequency of a digital generator controlled by a self-tuning signal generated by comparing the frequency increments Δƒ k, k-1 = ƒ k -ƒ k-1 and
определяют в моменты времени tk и запоминают совместно со значениями углов ck+1,k доплеровские сдвиги частот сигналов ƒДk=ƒk-ƒH0 объекта, извлекают из памяти значения доплеровских сдвигов частоты ƒД1 и ƒД2, а также угла с2,1,determined at time t k and stored together with the values of angles c k + 1, k the Doppler frequency shifts of the signals ƒ Дk = ƒ k -ƒ H0 of the object, the values of the Doppler frequency shifts ƒ D1 and ƒ D2 , as well as the angle from 2 , 1 ,
вычисляют отношение доплеровских сдвиговcalculate the ratio of Doppler shifts
и получают уравнение относительно наклонного курсового угла γ1, решая которое определяют значениеand get the equation for the inclined heading angle γ 1 , solving which determine the value
повторяют расчеты значения ctg γ1 для Р моментов времени tk и определяютrepeat the calculation of the values of ctg γ 1 for P times t k and determine
где k=2, 3, … Р, …, K,where k = 2, 3, ... P, ..., K,
вычисляют усредненное значение величиныcalculate the average value
а также усредненное значение пространственного курсового углаas well as the average value of the spatial heading angle
и текущие значения курсовых углов and current heading angle values
определяют, используя найденное усредненное значение курсового угла , величину модуля скорости радиоизлучающего объекта какdetermined using the found average value of the heading angle , the magnitude of the velocity module of the radiating object as
и длину пути, пройденного объектом между точками траектории A1 и Ak and the length of the path traveled by the object between the points of the trajectory A 1 and A k
где k=2, 3, …, K,where k = 2, 3, ..., K,
определяют пространственное местоположение объекта точками пересечения на наклонных плоскостях 0A1Ak лучей, исходящих из начала координат под углами ck,1 относительно луча 0А1, и окружностей с центрами хордами которых являются отрезки пути Sk,1, а радиусы равныdetermine the spatial location of the object by the intersection points on the inclined planes 0A 1 A k of the rays emanating from the origin at angles c k, 1 relative to the beam 0A 1 , and circles with centers whose chords are segments of the path S k, 1 , and the radii are equal
фиксируют центры упомянутых окружностей как точки на концах лучей длиной Rk, проведенных из начала координат под углами ψk относительно луча 0А1 и равныхfix the centers these circles as points at the ends of rays of length R k drawn from the origin at angles ψ k relative to the beam 0A 1 and equal
вычисляют значение наклонной дальности в случае нахождения объекта в точке А1 calculate the value of the slant range in the case of finding the object at point A 1
значения наклонных дальностей при нахождении объекта в точках Ak траекторииvalues of inclined ranges when the object is located at points A k of the trajectory
а также значения модуля скорости радиоизлучающего объекта при нахождении его в точках Ak траекторииand also the values of the velocity modulus of the radio-emitting object when it is located at points A k of the trajectory
осуществляют построение траекторий объектов, используя измеренные и рассчитанные значения их угловых координат, наклонных дальностей, курсовых углов и скоростей перемещения,carry out the construction of the trajectories of objects using the measured and calculated values of their angular coordinates, inclined ranges, heading angles and speeds of movement,
определяют величину разности |V|k-|V|1=Δ|V|k,1 и производят сравнение полученной величины с пороговым значениемdetermine the difference | V | k - | V | 1 = Δ | V | k, 1 and compare the obtained value with a threshold value
в случае, когда Δ|V|k,1>|V|n, констатируют начало маневра объекта, и для дальнейшего построения его траектории на следующем участке ее кусочно-линейной аппроксимации повторяют расчеты курсовых углов, скоростей и дальностей по вышеприведенным формулам.in the case when Δ | V | k, 1 > | V | n , note the beginning of the maneuver of the object, and to further construct its trajectory in the next section of its piecewise linear approximation, the course angles, velocities and ranges are repeated using the above formulas.
Техническим результатом, достигаемым в результате создания предлагаемого изобретения, является возможность однопозиционного измерения направлений, скоростей и траекторий движения РИО, перемещающихся в пространстве равномерно прямолинейно в пределах контролируемого сектора с произвольными курсовыми углами и углами пикирования (кабрирования).The technical result achieved as a result of the creation of the present invention is the possibility of a single-position measurement of the directions, speeds and trajectories of the RIO moving in space uniformly rectilinearly within the controlled sector with arbitrary directional angles and diving angles (cabrio).
Предлагаемое изобретение не известно в современной радиотехнике, а также не известны источники информации, содержащие сведения об аналогичных технических решениях, имеющих признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, а также имеющих свойства, совпадающие со свойствами заявляемого решения, поэтому можно считать, что оно обладает существенными отличиями, вытекает из них неочевидным образом и, следовательно, соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».The present invention is not known in modern radio engineering, and information sources containing information about similar technical solutions having features similar to those distinguishing the claimed solution from the prototype, as well as having properties that match the properties of the proposed solution, are therefore not known, therefore, that it has significant differences follows from them in an unobvious way and, therefore, meets the criteria of “novelty” and “inventive step”.
Сущность изобретения поясняется следующими фигурами:The invention is illustrated by the following figures:
фигура 1 - геометрии задачи в пространстве с использованием сферической системы координат;figure 1 - the geometry of the problem in space using a spherical coordinate system;
фигура 2 - геометрии задачи на вспомогательной наклонной плоскости;figure 2 - the geometry of the problem on the auxiliary inclined plane;
фигура 3 - схема электрическая структурная системы, реализующей предложенный способ;figure 3 is a diagram of an electrical structural system that implements the proposed method;
фигура 4 - графики зависимостей погрешности определения пространственного курсового угла от величины этого угла;figure 4 - graphs of the dependencies of the error in determining the spatial course angle from the magnitude of this angle;
фигура 5 - графики зависимостей погрешности определения скорости РИО от величины пространственного курсового угла;figure 5 - graphs of the dependencies of the error in determining the speed of the RIO from the magnitude of the spatial course angle;
фигура 6 - графики зависимостей погрешности определения наклонной дальности от величины угла на наклонных плоскостях 0A1Ak.figure 6 - graphs of the dependencies of the error in determining the slant range from the angle on inclined planes 0A 1 A k .
При реализации предложенного способа выполняется следующая последовательность операций.When implementing the proposed method, the following sequence of operations is performed.
1. Применяют для приема радиосигналов ЦАР или антенную решетку с цифровой обработкой сигналов.1. Apply to receive radio signals the CAR or antenna array with digital signal processing.
2. Формируют в пространстве, используя на раскрыве антенной решетки весовую функцию W(x, у) Хэмминга, моноимпульсную группу лучей с общим фазовым центром и ПХ с рабочими зонами ΔβПХ по азимуту и ΔεПХ по углу места, линейные на всей ширине моноимпульсной группы лучей за счет специально выбранных в соответствии с методом, изложенным в [3], углов смещения лучей βсм и εсм.2. Generate a space using an antenna array in the aperture weighting function W (x, y) is the Hamming group monopulse beams with a common phase center and working areas with HRP HRP Δβ Δε in azimuth and elevation HRP linear throughout the width of the band monopulse rays due to specially selected in accordance with the method described in [3], the angles of displacement of the rays β cm and ε cm
3. Разбивают заданную область обзора пространства (телесный угол) на участки размером ΔβПХ по азимуту и ΔεПХ по углу места и, последовательно устанавливая РСН моноимпульсной группы лучей в центры этих участков, осуществляют обзор упомянутой области.3. The given space survey area (solid angle) is divided into sections of size Δβ PX in azimuth and Δε PX in elevation and, sequentially installing the PCN of a single-pulse group of beams in the centers of these sections, they review this area.
4. Принимают сигналы РИО в течение интервала наблюдения на каждом участке разбиения в заданном диапазоне частот, при появлении упомянутых сигналов констатируют обнаружение всей совокупности объектов в упомянутой области обзора и определяют параметры их сигналов - ширину и среднюю частоту спектра, а также вид модуляции.4. Receive RIO signals during the observation interval at each section of the partition in a given frequency range, when these signals appear, they detect the entire population objects in the mentioned field of view and determine the parameters of their signals - the width and average frequency of the spectrum, as well as the type of modulation.
5. Описывают пространственное положение РИО, перемещающихся в пространстве равномерно и прямолинейно по траекториям с произвольными углами пикирования (кабрирования), текущими значениями угловых координат (азимута βТ и угла места εТ), векторов наклонных дальностей DT, абсолютных значений векторов скорости V и величин курсовых углов γk между векторами скоростей и векторами наклонных дальностей (фиг. 1).5. Describe the spatial position of the RIO moving uniformly and rectilinearly along the trajectories with arbitrary diving angles (cabling), the current values of the angular coordinates (azimuth β T and elevation angle ε T ), the vectors of the inclined ranges D T , the absolute values of the velocity vectors V and the values of the course angles γ k between the velocity vectors and the vectors of inclined ranges (Fig. 1).
6. Измеряют и запоминают для каждого из обнаруженных объектов значения отсчетов βm, εm угловых координат m-го объекта, вычисляемых относительно равносигнальных направлений, как6. Measure and store for each of the detected objects the values of the samples β m , ε m of the angular coordinates of the m-th object, calculated relative to the equal-signal directions, as
где Where
- сигналы угловых рассогласований с выходов угловых дискриминаторов для m-го объекта; - signals of angular mismatches from the outputs of the angular discriminators for the m-th object;
- значения коэффициентов линейных членов разложений пеленгационных характеристик в ряды Маклорена по координатам β, ε при выбранных значениях смещений βсм и εсм лучей от равносигнальных направлений. - the values of the coefficients of the linear terms of the expansion of direction-finding characteristics in the Maclaurin series in the coordinates β, ε for the selected values of the displacements β cm and ε cm of the rays from the equal signal directions.
7. Селектируют, используя данные об измеренных параметрах сигналов и угловых координатах, N объектов (из совокупности М), избранных для автосопровождения.7. Select, using data on the measured signal parameters and angular coordinates, N objects (from the set M) selected for auto tracking.
8. Сглаживают значения измеренных УК каждого объекта с помощью фильтров автосопровождения, представляя их в виде усредненных зависимостей где - номер наблюдаемого объекта.8. Smooth the values of the measured CM of each object using auto tracking filters, presenting them as averaged dependencies Where - number of the observed object.
9. Для приема сигналов избранных объектов формируют в пространстве дополнительно N одиночных лучей, наведение которых по угловым координатам осуществляется управляющими сигналами, сформированными на основании данных об УК сопровождаемых РИО.9. To receive the signals of the selected objects, an additional N single beams are formed in space, the guidance of which in angular coordinates is carried out by control signals generated on the basis of data on the criminal code followed by the RIO.
10. Параллельно принимают по N лучам и обрабатывают сигналы РИО, восстанавливают, зная вид модуляции, несущие частоты ƒHn принятых сигналов, измеряют и запоминают значения их отсчетов, сглаживают и представляют результаты в виде усредненных зависимостей 10. At the same time, they receive N rays and process RIO signals, reconstruct, knowing the type of modulation, the carrier frequencies ƒ Hn of the received signals, measure and store the values of their samples, smooth and present the results in the form of averaged dependencies
11. Интерполируют усредненные угловые зависимости а также усредненную зависимость получая непрерывные функции β(t), ε(t) и ƒH(t) причем здесь и далее индекс n наблюдаемого объекта не указывается - расчет проводят для каждого из N объектов.11. Interpolate the average angular dependencies as well as the average dependence receiving continuous functions β (t), ε (t) and ƒ H (t), and hereinafter, the index n of the observed object is not indicated - the calculation is carried out for each of N objects.
12. Используют для оценки параметров движения объектов в пространстве наклонные плоскости 0A1Ak, образованные лучами OAk, участками A1Ak траекторий, где А1, А2, … Ak, … АК - точки на траектории движения РИО, в которых он находится в равноотстоящие моменты времени t1, t2, … tK, и лежащую вне траектории точку наблюдения, находящуюся в начале 0 системы координат 0xyz, при этом величины модулей векторов наклонных дальностей DT совпадают с длиной лучей OAk, векторы скоростей V направлены вдоль участков A1Ak траекторий, углы между лучами OAk и отрезками A1Ak являются курсовыми углами γk, а в качестве аналогов УК объектов используют углы ck,1 между векторами наклонных дальностей 0A1 и текущими значениями наклонных дальностей 0Ak (фиг. 2).12. Use for estimating the parameters of the movement of objects in space inclined planes 0A 1 A k formed by the rays OA k , sections A 1 A k of the trajectories, where A 1 , A 2 , ... A k , ... A K are the points on the trajectory of the RIO, in which it is located at equally spaced instants of time t 1 , t 2 , ... t K , and an observation point lying outside the trajectory located at the
13. Вычисляют величины углов ck,1, каждый из которых является гипотенузой сферического прямоугольного треугольника с катетами Δβk,1, Δεk,1 и равен угловому размеру проекции на небесную сферу пути объекта за время Δtk,1=tk-t1, в соответствии с формулой13. The values of the angles c k, 1 , each of which is the hypotenuse of a spherical right-angled triangle with legs Δβ k, 1 , Δε k, 1, are calculated and equal to the angular size of the projection onto the celestial sphere of the object’s path for the time Δt k, 1 = t k -t 1 , in accordance with the formula
где - номера точек А1, А2, … Ak на траектории объекта в моменты времени t=t2, t3, … tk,Where - the numbers of points A 1 , A 2 , ... A k on the trajectory of the object at time t = t 2 , t 3 , ... t k ,
Δβk,1=(βk-β1)⋅cos[min(εk, ε1)];Δβ k, 1 = (β k -β 1 ) ⋅cos [min (ε k , ε 1 )];
Δεk,1=εk-ε1;Δε k, 1 = ε k -ε 1 ;
βk=β(tk);β k = β (t k );
εk=ε(tk).ε k = ε (t k ).
14. Извлекают из зависимости ƒH(t) в моменты времени t1, t2, … tk значения ƒHk, вследствие эффекта Доплера равные14. The values of ƒ Hk are extracted from the dependence ƒ H (t) at time instants t1, t 2 , ... t k , due to the Doppler effect
где ƒH0 - значение несущей частоты сигнала наблюдаемого объекта в состоянии покоя;where ƒ H0 is the value of the carrier frequency of the signal of the observed object at rest;
ƒДk - доплеровский сдвиг несущей частоты;ƒ Dk - Doppler shift of the carrier frequency;
λ - длина волны сигнала объекта,λ is the wavelength of the signal of the object,
и определяют их приращения на интервалах Δt2,1 и Δt3,1, равныеand determine their increments in the intervals Δt 2,1 and Δt 3,1 equal
15. Вычисляют величину отношения приращений несущей, получая уравнение относительно курсового угла γ1, решая которое определяют его предварительное значение15. Calculate the ratio of the increments of the carrier, getting the equation relative to the heading angle γ 1 , deciding which determine its preliminary value
где Where
и предварительное значение модуля вектора скорости объектаand preliminary value of the module of the velocity vector of the object
где с=299792458 м/с - скорость распространения электромагнитных волн.where c = 299792458 m / s is the propagation velocity of electromagnetic waves.
16. Рассчитывают на основе полученных оценок предварительное значение несущей частоты сигнала объекта, условно находящегося в покое, как16. Based on the obtained estimates, the preliminary value of the carrier frequency of the signal of an object conditionally at rest is calculated, as
17. Вычисляют уточненное значение ƒH0 несущей частоты сигнала РИО, находящегося в покое, как частоту колебаний цифрового генератора, управляемого сигналом автоподстройки, формируемым в результате сравнения приращений частот Δƒk,k-1=ƒk-ƒk-1 и 17. The updated value ƒ H0 of the carrier frequency of the RIO signal, which is at rest, is calculated as the oscillation frequency of a digital generator controlled by a self-tuning signal generated by comparing the frequency increments Δƒ k , k-1 = ƒ k -ƒ k-1 and
18. Определяют в моменты времени tk и запоминают совместно со значениями углов ck+1,k доплеровские сдвиги частот сигналов ƒДк=ƒk-ƒH0 радиоизлучающего объекта, извлекают из памяти значения доплеровских сдвигов частоты ƒД1 и ƒД2, а также угла с2,1.18. Determine at times t k and remember together with the values of angles c k + 1, k the Doppler frequency shifts of the signals ƒ Дк = ƒ k -ƒ H0 of the radio-emitting object, the values of the Doppler frequency shifts ƒ D1 and ƒ D2 are extracted from the memory, and angle from 2.1 .
19. Вычисляют отношение доплеровских сдвигов19. Calculate the ratio of Doppler shifts
и получают уравнение относительно наклонного курсового угла γ1, решая которое определяют значениеand get the equation for the inclined heading angle γ 1 , solving which determine the value
20. Повторяют расчеты ctg γ1 для Р моментов времени tk и определяют20. Repeat the calculations ctg γ 1 for P times t k and determine
где k=2, 3, … Р, … K,where k = 2, 3, ... P, ... K,
вычисляют усредненное значение величиныcalculate the average value
а также усредненное значение пространственного курсового углаas well as the average value of the spatial heading angle
и текущие значения курсовых угловand current heading angle values
21. Определяют, используя найденное усредненное значение курсового угла величину модуля скорости РИО как21. Determine using the found average value of the heading angle the magnitude of the RIO velocity modulus as
и длину пути, пройденного объектом между точками траектории А1 и Ak and the length of the path traveled by the object between the points of the trajectory A 1 and A k
где k=2, 3, … K.where k = 2, 3, ... K.
22. Определяют пространственное местоположение объекта точками пересечения на наклонных плоскостях 0A1Ak лучей, исходящих из начала координат под углами ck,1 относительно луча 0А1, и окружностей с центрами хордами которых являются отрезки пути Sk,1, а радиусы равны22. The spatial location of the object is determined by the intersection points on the inclined planes 0A 1 A k of the rays emanating from the origin at angles c k, 1 relative to the beam 0A 1 , and circles with centers whose chords are segments of the path S k, 1 , and the radii are equal
и фиксируют центры упомянутых окружностей как точки на концах лучей длиной Rk, проведенных из начала координат под углами ψk относительно луча 0А1 (фиг. 2), равных and fix the centers the said circles as points at the ends of the rays of length R k drawn from the origin at angles ψ k relative to the beam 0A 1 (Fig. 2) equal to
23. Вычисляют значение наклонной дальности в случае нахождения объекта в точке А1 23. The value of the slant range is calculated if the object is at point A 1
значения наклонных дальностей при нахождении объекта в точках Ak траекторииvalues of inclined ranges when the object is located at points A k of the trajectory
а также значения модуля скорости РИО при нахождении его в точках Ak траекторииas well as the values of the RIO velocity modulus when it is located at points A k of the trajectory
24. Осуществляют построение траекторий объектов, используя измеренные и рассчитанные значения их угловых координат, наклонных дальностей, курсовых углов и скоростей перемещения.24. Carry out the construction of the trajectories of objects using the measured and calculated values of their angular coordinates, inclined ranges, heading angles and speed.
25. Определяют величину разности |V|k-|V|1=Δ|V|k,1 и производят сравнение полученной величины с пороговым значением25. Determine the magnitude of the difference | V | k - | V | 1 = Δ | V | k, 1 and compare the obtained value with a threshold value
26. В случае, когда Δ|V|k,1>|V|n, констатируют начало маневра объекта, и для дальнейшего построения его траектории на следующем участке ее кусочно-линейной аппроксимации повторяют расчеты курсовых углов, скоростей и дальностей по вышеприведенным формулам.26. In the case when Δ | V | k, 1 > | V | n , note the beginning of the maneuver of the object, and to further construct its trajectory in the next section of its piecewise linear approximation, the course angles, velocities and ranges are repeated using the above formulas.
После этого осуществляют построение траектории РИО в пространстве на всем интервале наблюдения, используя измеренные и рассчитанные значения УК, дальности, скорости и курсовых углов, при необходимости осуществляя пересчет координат в цилиндрическую или декартовую систему.After that, the RIO trajectory is constructed in space over the entire observation interval, using the measured and calculated values of CC, range, speed and heading angles, if necessary, recalculating the coordinates into a cylindrical or Cartesian system.
Так как вышеприведенные операции угломерно-доплеровского способа локации реализуются в процессе перемещения РИО относительно неподвижного пассивного измерителя, то этот способ является инверсно-кинематическим, величина пути Sk,1 - псевдобазой, а лучи 0Ak и окружности с центрами - линиями положения.Since the above operations of the goniometric-Doppler method of location are realized in the process of moving the RIO relative to the stationary passive meter, this method is inverse kinematic, the path value S k, 1 is a pseudo-base, and the rays 0A k and circles with centers - lines of position.
Примером реализации предложенного способа является пассивная однопозиционная угломерно-доплеровская РЛС, структурная схема которой приведена на фиг. 3, где приняты следующие обозначения:An example of the implementation of the proposed method is a passive one-position goniometer-Doppler radar, the structural diagram of which is shown in FIG. 3, where the following notation is accepted:
1 - антенное полотно цифровой антенной решетки (АП ЦАР), каналы которого содержат антенные элементы, малошумящие усилители (МШУ) и АЦП;1 - antenna fabric of a digital antenna array (AP CAR), the channels of which contain antenna elements, low noise amplifiers (LNA) and ADC;
2 - блок умножителей и маршрутизатор потока данных (БУМПД);2 - a block of multipliers and a data stream router (BUMPD);
3 - диаграммообразующее устройство пеленгатора (ДОУ Пл);3 - chart-forming device direction finder (DOU Pl);
4 - блок обнаружения и измерения параметров сигналов (БОИПС);4 - block detection and measurement of signal parameters (BOIPS);
5 - устройство управления (УУ);5 - control device (UE);
6 - устройство запоминания отсчетов весовой функции (УЗОВФ);6 - a device for storing samples of the weight function (UZVF);
7 - вычислитель пеленгационной характеристики (ВПХ);7 - calculator direction finding characteristics (VPH);
8 - вычислитель оптимального угла смещения максимумов ДН от РСН и коэффициентов разложения функции, описывающей ПХ (ВУСКР);8 - calculator of the optimal angle of displacement of the maxima of the ND from the RSN and the decomposition coefficients of the function that describes the HR (VUSKR);
91, …, 9N - блоки автосопровождения по угловым координатам (БАСУК);9 1 , ..., 9 N - auto tracking blocks in angular coordinates (BASUK);
101, …, 10N - диаграммообразующие устройства каналов приема сигналов (ДОУ Пр);10 1 , ..., 10 N - beam-forming devices of signal reception channels (DOU Pr);
111, …, 11N - устройства приема и восстановления несущих частот (УПВН);11 1 , ..., 11 N - device reception and restoration of carrier frequencies (UPVN);
121, …, 12N - вычислители приращений несущих частот (ВПНЧ);12 1 , ..., 12 N - calculators of increments of the carrier frequencies (HPLC);
131, …, 13N - вычислители углов на наклонных плоскостях (ВУНП);13 1 , ..., 13 N - angle calculators on inclined planes (VUNP);
14 - устройство синхронизации (УС);14 - synchronization device (CSS);
151, … 15N - вычислители оценочных значений курсовых углов, скоростей и несущих частот (ВОКУСНЧ);15 1 , ... 15 N - calculators of estimated values of heading angles, speeds and bearing frequencies (VOKUSNCH);
161, …, 16N - вычислители уточненных значений несущих частот (ВУЗНЧ);16 1 , ..., 16 N - calculators of the adjusted values of the carrier frequencies (VUZNCH);
171, …, 17N - вычислители доплеровских сдвигов несущих частот (ВДСНЧ);17 1 , ..., 17 N - calculators of Doppler shifts of carrier frequencies (VDSF);
181, …, 18N - вычислители усредненных значений курсовых углов (ВУЗКУ);18 1 , ..., 18 N - calculators of averaged course angle values (VUZKU);
191, … 19N - вычислители скоростей и наклонных дальностей (ВСД);19 1 , ... 19 N - speed and inclined range calculators (VVD);
20 - построитель траекторий (ПТ).20 - trajectory builder (PT).
Здесь использованы сокращения: ВМ - вид модуляции, ИД - исходные данные, КУ - команда управления, ПД - поток данных, СУ - сигнал управления, Тр - траектории, УК -угловые координаты.The abbreviations used here are: VM - type of modulation, ID - source data, KU - control command, PD - data stream, SU - control signal, Tr - trajectories, UK - angular coordinates.
Пассивная однопозиционная угломерно-доплеровская РЛС содержит (фиг. 2) АП ЦАР 1, в которое входят антенные элементы, МШУ и АЦП, и соединенный с ним линиями передачи 1…G БУМПД 2. Первый выход БУМПД 2 подключен к ДОУ Пл 3 (вход ПД), первый (суммарный) выход которого соединен со входом БОИПС 4, выход которого подключен к первому входу УУ 5. К шестому входу УУ 5 подключен первый выход УЗОВФ 6, подключенный также к первому входу ВПХ 7. Одиннадцатый выход УУ 5 соединен со входом УЗОВФ 6, а двенадцатый выход - с третьим входом ВПХ 7. Второй выход УЗОВФ 6 соединен со вторым входом ВПХ 7, выход которого соединен со входом ВУСКР 8, а выход ВУСКР 8 подключен к седьмому входу УУ 5.The passive one-position goniometric-Doppler radar contains (Fig. 2)
Второй выход ДОУ Пл 3 (разностный) соединен со вторым входом УУ 5, шестой и седьмой выходы которого подключены ко входам соответственно БАСУК 9N и БАСУК 91. Первый выход УУ 5 соединен с отдельным управляющим входом БУМПД 2, а второй и третий выходы УУ 5 - соответственно с первым и вторым отдельными входами ДОУ Пл 3. Четвертый выход УУ 5 подключен к отдельному входу ДОУ Пр 10N, а десятый выход УУ 5 - к отдельному входу ДОУ Пр 101. Входы ПД устройств от ДОУ Пр 101 по ДОУ Пр 10N соединены соответственно с выходами от второго по N-го БУМПД 2, а выходы ДОУ Пр 101 и ДОУ Пр 10N - с первыми входами соответственно УПВН 111 и УПВН 11N, ко вторым входам которых подключен пятый выход УУ 5.The second output of DOU Pl 3 (differential) is connected to the second input of
Выход БАСУК 91 подключен к первому входу ВУНП 131 и третьему входу УУ 5, а выход БАСУК 9N - к первому входу ВУНП 13N и четвертому входу УУ 5. Восьмой выход УУ 5 соединен со входом УС 14, девятый выход УУ 5 - с третьим входом ПТ 20, а пятый вход УУ 5 - с выходом ПТ 20.The output of
В состав РЛС введены вновь ВОКУСНЧ 151 … ВОКУСНЧ 15N, ВУЗНЧ 161… ВУЗНЧ 16N, ВДСНЧ 171 … ВДСНЧ 17N, ВУЗКУ 181 … ВУЗКУ 18N и ВСД 191 … ВСД 19N.
Выход УПВН 111 подключен к первому входу ВПНЧ 121 и третьему входу ВДСНЧ 171, а выход УПВН 11N - к первому входу ВПНЧ 12N и третьему входу ВДСНЧ 17N. Выход ВПНЧ 121 подключен к первому входу ВОКУСНЧ 151, а выход ВПНЧ 12N - к первому входу ВОКУСНЧ 15N. Выход ВУНП 131 подключен к третьему входу ВОКУСНЧ 151, а выход ВУНП 13N - к третьему входу ВОКУСНЧ 15N. Выход УС 14 соединен со вторыми входами ВПНЧ 121, … ВПНЧ 12N, ВУНП 131 … ВУНП 13N, ВОКУСНЧ 151 … ВОКУСНЧ 15N, ВУЗНЧ 161 … ВУЗНЧ 16N, ВДСНЧ 171… ВДСНЧ 17N, ВУЗКУ 181 … ВУЗКУ 18N, ВСД 191 … ВСД 19N и ПТ 20. При этом выход ВОКУСНЧ 151 … ВОКУСНЧ 15N подключен к первому входу соответственно ВУЗНЧ 161… ВУЗНЧ 16N, а выход ВУЗНЧ 161… ВУЗНЧ 16N - к первому входу ВДСНЧ 171 … ВДСНЧ 17N и третьему входу ВСД 191… ВСД 19N.The output of the
Выход ВДСНЧ 171 … ВДСНЧ 17N подключен к первому входу соответственно ВУЗКУ 181 … ВУЗКУ 18N, а выход ВУЗКУ 181 … ВУЗКУ 18N - к первому входу ВСД 191 … ВСД 19N и ПТ20 (входы 1-1 … 1-N). Выход ВСД 191 … ВСД 19N также подключен к ПТ 20 (входы 1 … N).The output of
Выходом системы является тринадцатый выход УУ 5.The system output is the thirteenth output of
РЛС работает следующим образом. После включения электропитания антенные элементы цифровой антенной решетки из состава АП ЦАР 1 принимают радиосигналы РИО, приходящие из заданной области обзора пространства (телесного угла), которые далее усиливаются, преобразуются на промежуточную частоту и подвергаются аналого-цифровому преобразованию. С выходов АП ЦАР 1 отсчеты смеси сигналов РИО и шумов поступают на входы блока умножителей и маршрутизатор потока данных БУМПД 2, где осуществляется их весовая обработка путем умножения на отсчеты функции W(x, у) Хэмминга, которые поступают в БУМПД 2 с первого выхода устройства управления УУ 5. Эти отсчеты извлекаются из УЗОВФ 6 (выход 1) по команде, поступающей в УЗОВФ 6 из УУ 5 (выход 11).The radar operates as follows. After turning on the power, the antenna elements of the digital antenna array from the
С выходов шины БУМПД 2 потоки данных поступают на диаграммообразующее устройство пеленгатора ДОУ Пл 3 и на диаграммообразующие устройства каналов приема сигналов ДОУ Пр 101…ДОУ Пр 10N. В ДОУ Пл 3 формируют моноимпульсную группу лучей с общим фазовым центром, состоящую из двух пар смещенных на углы βсм и εсм парциальных лучей в азимутальной и угломестной плоскостях и суммарного луча. Углы βсм и εсм определяются путем предварительного моделирования процесса приема и обработки сигналов амплитудного суммарно-разностного пеленгатора, с использованием задаваемых параметров ЦАР, в ВПХ 7 и ВУСКР 8, откуда они поступают на седьмой вход УУ 5. После этого в ВПХ 7 и ВУСКР 8 производится расчет рабочих зон ΔβПХ по азимуту и ΔεПХ по углу места, в пределах которых обеспечивается линейность пеленгационных характеристик с ошибкой, не превышающей 0,01 ширины ДН по уровню половинной мощности, и коэффициентов линейных частей разложений ПХ в ряды Маклорена.From the outputs of the
В устройстве управления УУ 5 формируются сигналы управления СУ и наборы фазовых распределений W, использование которых позволяет с помощью ДОУ Пл 3 осуществить обзор заданной области пространства за счет последовательной установки РСН МГЛ в центры рабочих зон ΔβПХ и ΔεПХ. В процессе обзора принимают сигналы РИО по суммарному каналу, и в БОИПС 4 производят спектральный анализ заданного диапазона частот, обнаружение всей совокупности М сигналов РИО и измерение в течение интервала наблюдения на каждом участке разбиения их параметров: значений средних частот спектра, ширины спектров и видов модуляции сигналов. В ДОУ Пл 3 для каждого из обнаруженных сигналов осуществляют определение значений отсчетов относительно РСН угловых координат Δβm и Δεm путем решения линейных уравненийIn the control unit of
иand
где - сигналы угловых рассогласований с выходов угловых дискриминаторов.Where - signals of angular mismatches from the outputs of angular discriminators.
Полученные данные передают в УУ 5, где на их основе селектируют N объектов (из совокупности М), избранных для автосопровождения, и вычисляют значения их УК в виде суммThe obtained data is transferred to
βтек n(ti)=βPCH n +Δβn β tech n (t i ) = β PCH n + Δβ n
εтек n(ti)=εPCH n+Δεn,ε tech n (t i ) = ε PCH n + Δε n ,
где - номер наблюдаемого объекта.Where - number of the observed object.
Полученные значения угловых координат сглаживаются в блоках автосопровождения по угловым координатам БАСУК 91 … БАСУК 9N, а затем вновь поступают в УУ 5, где по их усредненным значениям формируются наборы фазовых распределений полей в раскрыве ЦАР, которые используются в диаграммообразующих устройствах каналов приема сигналов ДОУ Пр 101 … ДОУ Пр 10N для формирования N одиночных ДН приема сигналов выбранных объектов. Отсчеты смеси сигналов РИО и шумов с выходов ДОУ Пр 101 … ДОУ Пр 10N поступают в устройства приема и восстановления несущих частот УПВН 111 … УПВН 11N, в которых осуществляют их согласованную с видом спектра фильтрацию и восстанавливают на основе известного вида модуляции, а затем фильтруют с помощью систем фазовой автоподстройки частоты их несущие частоты, образуя усредненные зависимости The obtained values of the angular coordinates are smoothed out in the automatic tracking blocks along the angular coordinates BASUK 9 1 ...
Далее, считая движение сопровождаемых объектов на интервале времени Δtk,1=tk-t1 равномерно-прямолинейным со всеми возможными курсовыми углами и углами пикирования (кабрирования), для каждого РИО в вычислителях углов на наклонных плоскостях ВУНП 131 … ВУНП 13N определяются, под управлением устройства синхронизации УС 14, с использованием формулы (3), углы ck,1, каждый из которых является гипотенузой сферического прямоугольного треугольника с катетами Δβk,1 и Δεk,1 равен угловому размеру проекции на небесную сферу пути объекта за время Δtk,l=tk-t1, а в вычислителях приращений несущих частот ВПНЧ 121 … ВПНЧ 12N - значения на тех же интервалах времени приращений несущих ΔƒHk,1 по формулам (5,6), обусловленные эффектом Доплера.Further, considering the movement of the accompanied objects on the time interval Δt k, 1 = t k -t 1 uniformly rectilinear with all possible directional angles and diving angles (cabrio), for each RIO in angle calculators on inclined planes VUNP 13 1 ...
Результаты расчетов величин углов ck,1 и приращений несущих ΔƒHk,1 поступают в ВОКУСНЧ 151 … ВОКУСНЧ 15N, в которых, в соответствии с формулами (7-9), осуществляются расчеты предварительных значений курсовых углов модулей векторов скоростей |V|П объектов и предварительных значений несущих частот сигналов РИО, находящихся в покое. С использованием значений в ВУЗНЧ 161 … ВУЗНЧ 16N рассчитываются уточненные значения ƒH0 несущих частот сигналов РИО, находящихся в покое. В ВДСНЧ 171 … ВДСНЧ 17N и ВУЗКУ 181 … ВУЗКУ 18N определяются, в соответствии с формулами (10-15), величины усредненных значений пространственных курсовых углов и значения текущих курсовых углов γk. Далее в ВСД 191 … ВСД 19N с использованием значений ΔƒД, определяются значения модулей скоростей |V|k и наклонных дальностей Dk при нахождении объектов в точках Ak их траекторий, определяют величины разности |V|k-|V|1=Δ|V|k,1, производят их сравнение с пороговыми значениями Δ|V|n и в случае, когда Δ|V|k,1>|V|n, констатируют начало маневра объекта.The calculation results of the angles c k, 1 and the increments of the carriers Δƒ Hk, 1 are received in
После этого в ПТ 20 осуществляют построение траекторий РИО в течение всего времени наблюдения, используя измеренные и рассчитанные значения УК, скоростей и курсовых углов, а в случае обнаружения маневра объекта осуществляют повторные расчеты по вышеприведенным формулам. Результаты выдаются потребителям через УУ 5.After that, at
Реализация предложенной РЛС на базе имеющихся заделов по созданию ЦАР и устройств цифровой обработки сигналов не встретит существенных трудностей.Implementation of the proposed radar based on the existing backlogs on the creation of the Central African Republic and digital signal processing devices will not meet significant difficulties.
Оценку точности измерения параметров движения РИО предложенным способом УДЛ в зависимости от погрешностей измерения первичных параметров - угловых координат объектов и доплеровских сдвигов частоты излучаемых ими сигналов - произведем на основании теоремы о линеаризации функции нескольких случайных аргументов, считая, что указанные погрешности подчиняются нормальному закону распределения и являются некоррелированными.We estimate the accuracy of measuring the parameters of the RIO motion by the proposed UDL method depending on the measurement errors of the primary parameters — the angular coordinates of the objects and the Doppler frequency shifts of the signals emitted by them — based on the linearization theorem of the function of several random arguments, assuming that these errors obey the normal distribution law and are uncorrelated.
Методы цифровой обработки сигналов позволяют производить измерения их частотных и временных параметров с относительной погрешностью не хуже 10-5…10-7, в то время как относительные погрешности измерения УК даже при использовании антенных систем с большой апертурой находятся в пределах 10-2…10-4. Поэтому основной вклад в ошибки измерения параметров движения РИО вносят погрешности измерения их УК. Так как пересчеты УК РИО в углы ck,1 на наклонной плоскости 0А1АК не вносят ошибок, то оценки погрешностей измерения параметров движения РИО по предложенному способу УДЛ будем искать в функциональной зависимости от углов ck,1 на наклонной плоскости, что эквивалентно реальному расчету параметров движения объекта в пространстве.Digital signal processing methods allow measuring their frequency and time parameters with a relative error of no worse than 10 -5 ... 10 -7 , while the relative measurement errors of the AC even when using antenna systems with a large aperture are in the
В предложенном способе УДЛ усредненное значение пространственного курсового угла при нахождении объекта в точке А1 (см. фиг. 1) определяется выражением (14) и составляетIn the proposed method of DDL, the average value of the spatial heading angle when the object is located at point A 1 (see Fig. 1) is determined by expression (14) and is
в котором К-тое значение котангенса угла γ1 связано со значениями углов ck+1,1 на наклонной плоскости и доплеровских сдвигов частоты формулой (12), а индекс К определяет номер измерений параметров угла ck+1,1 на наклонной плоскости и частоты ƒДK+1.in which the Kth value of the cotangent of the angle γ 1 is associated with the values of the angles c k + 1,1 on the inclined plane and Doppler frequency shifts by formula (12), and the index K determines the number of measurements of the parameters of the angle c k + 1,1 on the inclined plane and frequencies ƒ DK + 1 .
В соответствии с вышеизложенными положениями величина среднеквадратического отклонения угла γ1 от среднего значения определяется какIn accordance with the above provisions, the standard deviation of the angle γ 1 from the average value defined as
где - среднеквадратическая погрешность измерения угла сК+1,1.Where - standard error of the angle measurement with K + 1.1 .
Выполняя операции дифференцирования и преобразования, получаемPerforming the operations of differentiation and transformation, we obtain
илиor
При cos cK+l,1≈1,0 формула (24) преобразуется к видуFor cos c K + l, 1 ≈ 1.0, formula (24) is transformed to
а при числе членов ряда р≤10 и - к видуand with the number of members of the series p≤10 and - to view
Вычисляя частные суммы SP членов ряда находим результирующее аналитическое выражение для определения среднеквадратического отклонения (СКО) усредненного значения курсового угла Calculating the partial sums S P of the members of the series we find the resulting analytical expression for determining the standard deviation (RMS) of the average value of the heading angle
где SP - частные суммы членов ряда при (их величины приведены в табл. 1).where S P are the partial sums of the terms of the series for (their values are given in table. 1).
Графики зависимостей относительной СКО измерения курсового угла РИО от его величины при =0,1 град., sin с2,1=0,1, S1=1 и S10=0,3 представлены на фиг. 4.Dependence graphs of the relative standard deviation for measuring the course angle of the RIO from its value at = 0.1 deg., Sin with 2.1 = 0.1, S 1 = 1 and S 10 = 0.3 are shown in FIG. four.
В предложенном способе значение модуля вектора скорости на основании (16) определено какIn the proposed method, the value of the modulus of the velocity vector based on (16) is defined as
Используя вышеизложенную методику, получим СКО значения ошибки вычисления модуля скорости в видеUsing the above methodology, we obtain the standard deviation of the error value for calculating the velocity module in the form
а его относительное значениеand its relative value
Формула (28) получена в результате подстановки в выражение (27) соотношений (17) и (26).Formula (28) is obtained by substituting relations (17) and (26) into expression (27).
Графики зависимостей СКО измерения скорости РИО от величины его курсового угла при =0,1 град., sin с2,1=0,1, S1=1 и S10=0,3 представлены на фиг. 5.RMS dependency graphs for RIO velocity measurement on the value of its heading angle at = 0.1 deg., Sin with 2.1 = 0.1, S 1 = 1 and S 10 = 0.3 are shown in FIG. 5.
В предложенном способе текущее и экстраполированное значения наклонных дальностей между пассивной РЛС и РИО, находящегося в точках АК, определено соотношениемIn the proposed method, the current and extrapolated values of the slant ranges between the passive radar and the RIO located at points A K , is determined by the ratio
В соответствии с вышеизложенной методикой среднеквадратическое значение ошибки измерения наклонных дальностей равноIn accordance with the above method, the root mean square value of the measurement error of inclined ranges is
а его относительное значение может быть определено формулойand its relative value can be determined by the formula
Графики зависимостей относительной СКО измерения дальности в функции от величины угла ck,1 при , равных 2 и 6 угловым минутам соответственно, представлены на фиг. 6.Dependence graphs of the relative standard deviation of the range measurement as a function of the value of the angle c k, 1 for equal to 2 and 6 arc minutes, respectively, are shown in FIG. 6.
В результате вышеизложенных операций получены аналитические выражения, позволяющие оценивать точностные характеристики предложенного способа пассивной однопозиционной угломерно-доплеровской локации. Анализ этих аналитических выражений показал, что в случае высокоточных измерений доплеровских сдвигов частоты излучаемых РИО сигналов, величины относительных СКО вычисления пространственных курсовых углов и скоростей движения РИО определяются точностью измерения их угловых координат, зависят от направления движения РИО и в рабочем секторе наклонных курсовых углов (3-85) угловых градусов, при ошибках измерения угловых координат σk,1<2 угловых минут, не превышают относительных значений а величины относительных СКО измерения наклонных дальностей РИО - РЛС определяются величиной используемого угла ck,1 и при его изменении в пределах (5-25) градусов не превосходят величин (0,3-1,9)×10-2 при ошибке измерения УК менее 6 угловых минут и (1,0-6,2)×10-3 при ошибке измерения УК менее 2 угловых минут.As a result of the above operations, analytical expressions are obtained that allow us to evaluate the accuracy characteristics of the proposed method of a passive one-position goniometric-Doppler location. An analysis of these analytical expressions showed that in the case of high-precision measurements of the Doppler frequency shifts of the emitted RIO signals, the values of the relative standard deviations of the calculation of the spatial directional angles and the velocities of the RIO motion are determined by the accuracy of measuring their angular coordinates, depend on the direction of the RIO motion and in the working sector of the inclined course angles (3 -85) angular degrees, with errors in measuring angular coordinates σ k, 1 <2 angular minutes, do not exceed relative values and the values of the relative standard deviations of measuring the inclined ranges of the RIO - radar are determined by the value of the used angle c k, 1 and when it changes within (5-25) degrees, they do not exceed the values of (0.3-1.9) × 10 -2 with the measurement error of UK less than 6 arc minutes and (1.0-6.2) × 10 -3 with a measurement error of CC less than 2 arc minutes.
Предложенный способ локации и реализующая его однопозиционная пассивная РЛС надежно функционируют в условиях приема флюктуирующих сигналов при достаточном отношении сигнал/шум (порядка 12-15 дБ), так как флюктуации влияют лишь на характеристики обнаружения и точность измерения энергетических параметров.The proposed location method and the one-position passive radar that implements it reliably function under the conditions of receiving fluctuating signals with a sufficient signal-to-noise ratio (about 12-15 dB), since fluctuations affect only the detection characteristics and the accuracy of measuring energy parameters.
Реализация способа и устройства на его основе не встречает затруднений при современном уровне развития радиотехники и устройств цифровой обработки сигналов. Возможность реализации предложенного способа обеспечивает ему критерий «промышленная применимость».The implementation of the method and device based on it does not meet difficulties at the current level of development of radio engineering and devices for digital signal processing. The possibility of implementing the proposed method provides him with the criterion of "industrial applicability".
Использование предложенного способа, по сравнению с прототипом, обеспечивает следующие технические эффекты:Using the proposed method, in comparison with the prototype, provides the following technical effects:
- возможность измерения по единому алгоритму направлений движения, скоростей и траекторий РИО, перемещающихся в пространстве в произвольных направлениях с переменной высотой полета;- the ability to measure according to a single algorithm the directions of motion, velocities and trajectories of RIO moving in space in arbitrary directions with a variable flight height;
- работоспособность способа и устройства при приеме сложных частотно-фазомодулированных сигналов;- the efficiency of the method and device when receiving complex frequency-phase-modulated signals;
- возможность измерения пространственных курсовых углов и скоростей РИО с относительными погрешностями, не превышающими 5,2×10-3, и, как следствие этого, возможность селекции объектов по совокупности параметров «угловые координаты - скорость»;- the ability to measure spatial directional angles and RIO velocities with relative errors not exceeding 5.2 × 10 -3 , and, as a result of this, the ability to select objects according to the set of parameters “angular coordinates - speed”;
- возможность измерения наклонных дальностей РИО - РЛС с относительными погрешностями, не более (0,3-1,9)×l0-2, что в 17 раз лучше, чем у прототипа, у которого они составляют (5-35)×10-2.- the ability to measure the inclined ranges of the RIO - radar with relative errors of not more than (0.3-1.9) × l0 -2 , which is 17 times better than the prototype, in which they are (5-35) × 10 - 2 .
Claims (60)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019103847A RU2699552C9 (en) | 2019-02-12 | 2019-02-12 | Method for passive single-position angular-doppler location of radio-emitting objects moving in space |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019103847A RU2699552C9 (en) | 2019-02-12 | 2019-02-12 | Method for passive single-position angular-doppler location of radio-emitting objects moving in space |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2699552C1 RU2699552C1 (en) | 2019-09-06 |
RU2699552C9 true RU2699552C9 (en) | 2019-11-08 |
Family
ID=67851632
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019103847A RU2699552C9 (en) | 2019-02-12 | 2019-02-12 | Method for passive single-position angular-doppler location of radio-emitting objects moving in space |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2699552C9 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2717970C1 (en) * | 2019-10-07 | 2020-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method for survey three-coordinate two-position lateration radar ranging of aerospace objects |
RU2743896C1 (en) * | 2020-05-25 | 2021-03-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Method of determining object velocity vector by multi-position doppler system |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114184993A (en) * | 2021-11-09 | 2022-03-15 | 东风电驱动***有限公司 | Data acquisition method with synchronous self-calibration |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5220328A (en) * | 1992-03-25 | 1993-06-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Target motion detecting impulse doppler radar system |
RU2381523C2 (en) * | 2008-05-04 | 2010-02-10 | Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет | Method of measuring object motion and range thereto with onboard passive surveying system |
JP4734378B2 (en) * | 2008-07-02 | 2011-07-27 | 富士通株式会社 | Radar wave relay device for approach notification |
JP2012118076A (en) * | 2010-11-30 | 2012-06-21 | Hilti Ag | Range finder |
RU2557808C1 (en) * | 2014-04-09 | 2015-07-27 | Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" | Method of determining inclined range to moving target using passive monostatic direction-finder |
RU2661357C1 (en) * | 2017-09-28 | 2018-07-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method of reviewing passive single-positive monopulse triple-oriented angular-differential-doppler locations of moving in space of the radio-emitting objects |
-
2019
- 2019-02-12 RU RU2019103847A patent/RU2699552C9/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5220328A (en) * | 1992-03-25 | 1993-06-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Target motion detecting impulse doppler radar system |
RU2381523C2 (en) * | 2008-05-04 | 2010-02-10 | Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет | Method of measuring object motion and range thereto with onboard passive surveying system |
JP4734378B2 (en) * | 2008-07-02 | 2011-07-27 | 富士通株式会社 | Radar wave relay device for approach notification |
JP2012118076A (en) * | 2010-11-30 | 2012-06-21 | Hilti Ag | Range finder |
RU2557808C1 (en) * | 2014-04-09 | 2015-07-27 | Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" | Method of determining inclined range to moving target using passive monostatic direction-finder |
RU2661357C1 (en) * | 2017-09-28 | 2018-07-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method of reviewing passive single-positive monopulse triple-oriented angular-differential-doppler locations of moving in space of the radio-emitting objects |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2717970C1 (en) * | 2019-10-07 | 2020-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method for survey three-coordinate two-position lateration radar ranging of aerospace objects |
RU2743896C1 (en) * | 2020-05-25 | 2021-03-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Method of determining object velocity vector by multi-position doppler system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2699552C1 (en) | 2019-09-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10571544B2 (en) | Direction finding using signal power | |
US8106811B2 (en) | Antijam protected GPS-based measurement of roll rate and roll angle of spinning platforms | |
Musicki et al. | Geolocation using TDOA and FDOA measurements | |
RU2699552C9 (en) | Method for passive single-position angular-doppler location of radio-emitting objects moving in space | |
RU2661357C1 (en) | Method of reviewing passive single-positive monopulse triple-oriented angular-differential-doppler locations of moving in space of the radio-emitting objects | |
RU2682661C1 (en) | Method of active review single-pulse radiolocation with an inverse synthesis of antenna aperture | |
CN111948619B (en) | Passive cooperative detection method and system for targets under irradiation of multiple types of external radiation sources | |
RU2540323C1 (en) | Method of determining modulus of velocity of ballistic target in ground-based radar station | |
RU2632922C2 (en) | Multiposition passive radar complex implementing combined one-step method of determining aircraft location at stage of landing | |
RU2411538C2 (en) | Method of determining error in measuring aircraft velocity with inertial navigation system and onboard navigation system for realising said method | |
RU2732505C1 (en) | Method for detection and azimuth direction finding of ground-based radio-frequency sources from a flight-lifting means | |
RU2735744C1 (en) | Method for survey of single-position trilateration incoherent radar ranging of aerial targets | |
RU2713498C1 (en) | Method for survey active-passive lateral radar ranging of aerospace objects | |
RU2275649C2 (en) | Method and passive radar for determination of location of radio-frequency radiation sources | |
RU2613369C1 (en) | Method of aircraft navigation using high-precision single-phase direction finder and address-respond packet digital radio link in decameter waves range | |
RU2617830C1 (en) | Method of passive single-position-dimensional differential-doppler location of a radio-emitting object roving in the space and a radar location system for the realisation of this method | |
Daneshmand et al. | Precise GNSS attitude determination based on antenna array processing | |
Baskakov et al. | Problem of detecting space debris objects using multi-position radar system | |
RU2717970C1 (en) | Method for survey three-coordinate two-position lateration radar ranging of aerospace objects | |
Wu et al. | Angle estimation for adaptive linear array using PCA-GS-ML estimator | |
Davydov et al. | Selection basis of an antenna for a radio receiver of a small-sized module of a pulse-phase radio navigation system of a moving object | |
RU2620130C1 (en) | Method of amplitude two-dimensional direction-finding bearing | |
Vargauzin et al. | High precision passive radar algorithm | |
RU2687240C1 (en) | Method of determining parameters of movement and trajectories of aerial objects during semi-active bistatic radar | |
CN111948620A (en) | Target passive cooperative detection method and system based on multi-type external radiation sources |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: CORRECTION TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL 25-2019 FOR INID CODE(S) (72) |
|
TH4A | Reissue of patent specification |