RU2714884C1 - Method of determining the course of an object on a linear trajectory using measurements of its radial velocity - Google Patents

Method of determining the course of an object on a linear trajectory using measurements of its radial velocity Download PDF

Info

Publication number
RU2714884C1
RU2714884C1 RU2019129367A RU2019129367A RU2714884C1 RU 2714884 C1 RU2714884 C1 RU 2714884C1 RU 2019129367 A RU2019129367 A RU 2019129367A RU 2019129367 A RU2019129367 A RU 2019129367A RU 2714884 C1 RU2714884 C1 RU 2714884C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
course
azimuth
range
values
determining
Prior art date
Application number
RU2019129367A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Пётр Зотеевич Белоногов
Иван Павлович Назаренко
Александр Иванович Стучилин
Эфир Иванович Шустов
Александр Васильевич Щербинко
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский центр "Резонанс" (ЗАО "НИЦ "Резонанс")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский центр "Резонанс" (ЗАО "НИЦ "Резонанс") filed Critical Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский центр "Резонанс" (ЗАО "НИЦ "Резонанс")
Priority to RU2019129367A priority Critical patent/RU2714884C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2714884C1 publication Critical patent/RU2714884C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination 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
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/585—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems processing the video signal in order to evaluate or display the velocity value
    • G01S13/586—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems processing the video signal in order to evaluate or display the velocity value using, or combined with, frequency tracking means
    • 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
    • G01S13/68—Radar-tracking systems; Analogous systems for angle tracking only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radar ranging.
SUBSTANCE: invention relates to the field of radar ranging and is intended for determining the course of nonmaneuverable objects. Said result is achieved by using a sample of products of measured range values ri at radial speed
Figure 00000112
and thereby reducing the effect of measurement errors of range and azimuth. For this purpose, track speed
Figure 00000113
is evaluated based on range product of range products on radial velocity and rate of angle is calculated in middle of observation interval
Figure 00000114
Course is calculated as algebraic sum of smoothed values of azimuth
Figure 00000115
course angle
Figure 00000116
and also angles 0° or 180°. With the help of the known method of course determination from rectangular coordinates samples ambiguity of course determination in the claimed invention is eliminated.
EFFECT: technical result of the invention consists in improvement of accuracy of course determination of the nonmaneuverable object.
1 cl, 6 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для определения курса неманеврирующих объектов, движущихся по линейной траектории, в том числе аэродинамических и надводных морских целей, преимущественно в РЛС с большими ошибками измерения азимута.The invention relates to radar and can be used to determine the course of non-maneuvering objects moving along a linear path, including aerodynamic and surface sea targets, mainly in radars with large errors in azimuth measurement.

Известен способ, в котором текущий курс определяют как сумму курсового угла qn и азимута объекта βn-1 в предыдущем обзоре Q=qn+βn-1. Для определения курсового угла, то есть угла между линией визирования объекта (между направлением «РЛС - объект») и направлением вектора скорости, вычисляют несколько вспомогательных величин: разность азимутов в соседних обзорах δβn; произведение дальности в последнем обзоре на синус разности азимутов bn=rnsinδβn; разность между дальностью в предыдущем обзоре и произведением дальности в последнем обзоре на косинус разности азимутов a n=rn-1-rncosδβn; вспомогательный угол

Figure 00000001
По знаку (положительный или отрицательный) a n и bn устраняют неоднозначность определения курсового угла qn и курса Q. Далее производят экспоненциальное сглаживание текущих значений курса [1, С. 360-365].There is a method in which the current rate is defined as the sum of the heading angle q n and the azimuth of the object β n-1 in the previous review Q = q n + β n-1 . To determine the course angle, that is, the angle between the line of sight of the object (between the direction “radar - object”) and the direction of the velocity vector, several auxiliary values are calculated: the azimuth difference in adjacent surveys δβ n ; range product in the last survey by the sine of the azimuth difference b n = r n sinδβ n ; the difference between the range in the previous survey and the product of the range in the last survey by the cosine of the azimuth difference a n = r n-1 -r n cosδβ n ; auxiliary angle
Figure 00000001
By sign (positive or negative) a n and b n eliminate the ambiguity in determining the course angle q n and the course Q. Next, exponential smoothing of the current course values is performed [1, P. 360-365].

Недостаток способа: низкая точность определения курса при больших ошибках измерения азимута.The disadvantage of this method: low accuracy in determining the course with large errors in azimuth measurement.

Известен способ, в котором для определения курса объекта находят оценки (сглаженные значения) скорости изменения горизонтальных прямоугольных координат

Figure 00000002
Затем вычисляют значение вспомогательного угла Q*, равное арктангенсу отношения этих оценок:There is a method in which to determine the course of an object find estimates (smoothed values) of the rate of change of horizontal rectangular coordinates
Figure 00000002
Then calculate the value of the auxiliary angle Q * equal to the arc tangent of the ratio of these estimates:

Figure 00000003
Figure 00000003

Для устранения неоднозначности определения курса используют информацию о знаке оценок скорости изменения горизонтальных прямоугольных координат [2, С. 314].To eliminate the ambiguity of determining the course, use information about the sign of the estimates of the rate of change of horizontal rectangular coordinates [2, P. 314].

Недостаток способа: низкая точность определения курса при больших ошибках измерения азимута.The disadvantage of this method: low accuracy in determining the course with large errors in azimuth measurement.

Наиболее близким аналогом заявленному способу (прототипом) является способ, в котором для определения курса неманеврирующего объекта, движущегося по линейной траектории, вычисляют оценку курсового угла

Figure 00000004
в середине интервала наблюдения по формуле [3]:The closest analogue to the claimed method (prototype) is a method in which to determine the course of a non-maneuvering object moving along a linear path, an estimate of the course angle is calculated
Figure 00000004
in the middle of the observation interval according to the formula [3]:

Figure 00000005
Figure 00000005

При этом оценку радиальной скорости

Figure 00000006
в середине интервала наблюдения определяют путем оптимального взвешенного суммирования фиксированной выборки значений дальности до объекта ri. Оценку путевой скорости
Figure 00000007
определяют по фиксированной выборке квадратов дальности [4, 6, 7]. Кроме того, находят оценку азимута
Figure 00000008
в середине интервала наблюдения путем оптимального взвешенного суммирования измеренных значений азимута βi.In this case, the radial velocity estimate
Figure 00000006
in the middle of the observation interval is determined by optimal weighted summation of a fixed sample of range values to the object r i . Estimated ground speed
Figure 00000007
determined by a fixed sample of squares of range [4, 6, 7]. In addition, an azimuth estimate is found
Figure 00000008
in the middle of the observation interval by optimal weighted summation of the measured values of the azimuth β i .

Далее вычисляют значения курса, как алгебраическую сумму оценок азимута

Figure 00000009
курсового угла
Figure 00000010
и углов 180°, 0° или 360°. Для устранения неоднозначности сравнивают вычисленные значения курса со значением курса, полученным по оценкам скорости изменения горизонтальных прямоугольных координат
Figure 00000011
то есть как во втором аналоге.Next, the course values are calculated as the algebraic sum of the azimuth estimates
Figure 00000009
heading angle
Figure 00000010
and angles of 180 °, 0 ° or 360 °. To eliminate the ambiguity, the calculated course values are compared with the course value obtained from the estimates of the rate of change of horizontal rectangular coordinates
Figure 00000011
that is, as in the second analogue.

Недостаток прототипа: низкая точность определения курса при больших ошибках измерения дальности, достигающих значений до нескольких сотен метров и более. Для получения выигрыша в точности определения курса по сравнению с другими способами необходимо уменьшить ошибки измерения дальности до нескольких десятков метров. Это требование сложно реализовать в РЛС метрового и декаметрового диапазонов с относительно узкополосными зондирующими сигналами. Ширина полосы частот зондирующих сигналов этих РЛС ограничена требованиями электромагнитной совместимости с системами связи, навигации, телевидения и другими радиоэлектронными средствами.The disadvantage of the prototype: low accuracy in determining the course with large range measurement errors reaching values of up to several hundred meters or more. To obtain a gain in the accuracy of determining the course in comparison with other methods, it is necessary to reduce the errors of measuring range to several tens of meters. This requirement is difficult to implement in the radar meter and decameter ranges with relatively narrow-band probing signals. The bandwidth of the probing signals of these radars is limited by the requirements of electromagnetic compatibility with communication systems, navigation, television and other electronic means.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности определения курса неманеврирующего объекта, движущегося по линейной траектории, за счет использования выборок произведений дальности на радиальную скорость и уменьшения вследствие этого влияния ошибок измерения дальности и азимута объекта.The technical result of the claimed invention is to increase the accuracy of determining the course of a non-maneuvering object moving along a linear path, through the use of samples of range products on the radial speed and, as a result, the influence of measurement errors on the range and azimuth of the object.

Для достижения этого технического результата в заявленном изобретении так же, как в прототипе, в РЛС измеряют полярные координаты объекта (дальность ri и азимут βi) и преобразуют их в цифровые сигналы. Далее производят преобразование этих координат в горизонтальные прямоугольные координаты: xi=risinβi, yi= ricosβi.To achieve this technical result, in the claimed invention, just as in the prototype, the polar coordinates of the object (range r i and azimuth β i ) are measured in the radar and converted into digital signals. Next, they transform these coordinates into horizontal rectangular coordinates: x i = r i sinβ i , y i = r i cosβ i .

Путем оптимального взвешенного суммирования фиксированной выборки этих координат определяют оценки скорости изменения прямоугольных координат

Figure 00000012
Затем вычисляют оценку вспомогательного угла
Figure 00000013
по формуле:
Figure 00000014
После этого вычисляют однозначную оценку курса, как во втором аналоге [2, С. 314]:By optimal weighted summation of a fixed sample of these coordinates, estimates of the rate of change of rectangular coordinates are determined
Figure 00000012
Then calculate the estimate of the auxiliary angle
Figure 00000013
according to the formula:
Figure 00000014
After this, an unambiguous assessment of the course is calculated, as in the second analogue [2, C. 314]:

Figure 00000015
Figure 00000015

Далее определяют значения радиальной скорости

Figure 00000016
в середине интервала наблюдения и оценку путевой скорости
Figure 00000017
Затем вычисляют значение оценки курсового угла в середине интервала наблюдения по формуле:
Figure 00000018
Next, determine the values of the radial velocity
Figure 00000016
in the middle of the observation interval and estimate the ground speed
Figure 00000017
Then calculate the value of the assessment of the course angle in the middle of the observation interval according to the formula:
Figure 00000018

После этого определяют два значения курса, как алгебраическую сумму сглаженных значений оценок азимута

Figure 00000019
курсового угла
Figure 00000020
а также углов 180°или 0°. Для устранения неоднозначности используют однозначную оценку курса
Figure 00000021
вычисленную по формуле (3).After that, two course values are determined as the algebraic sum of the smoothed azimuth estimates
Figure 00000019
heading angle
Figure 00000020
as well as angles of 180 ° or 0 °. To eliminate the ambiguity, use a unique course estimate
Figure 00000021
calculated by the formula (3).

В отличие от прототипа, согласно заявленного изобретения, радиальную скорость

Figure 00000022
объекта, в том числе в середине интервала наблюдения
Figure 00000023
определяют по измеренному доплеровскому сдвигу частоты отраженного от объекта сигнала.In contrast to the prototype, according to the claimed invention, the radial speed
Figure 00000022
object, including in the middle of the observation interval
Figure 00000023
determined by the measured Doppler frequency shift of the signal reflected from the object.

Для измерения путевой скорости

Figure 00000024
перемножают цифровые сигналы дальности ri и радиальной скорости
Figure 00000025
и получают значения произведений дальности на радиальную скорость
Figure 00000026
Далее определяют оценку первого приращения произведения дальности на радиальную скорость
Figure 00000027
за период обзора Т0 путем взвешенного суммирования фиксированной выборки произведений дальности на радиальную скорость
Figure 00000028
с весовыми коэффициентами
Figure 00000029
Затем делят эту оценку на период обзора Т0 и вычисляют квадратный корень [7]:To measure ground speed
Figure 00000024
multiply digital signals of range r i and radial speed
Figure 00000025
and get the values of the products of the distance by the radial speed
Figure 00000026
Next, determine the estimate of the first increment of the product of range by radial velocity
Figure 00000027
for the review period T 0 by weighted summation of a fixed sample of range products by radial speed
Figure 00000028
with weights
Figure 00000029
Then divide this estimate by the review period T 0 and calculate the square root [7]:

Figure 00000030
Figure 00000030

Азимут объекта в середине интервала наблюдения оценивают путем взвешенного суммирования измеренных значений азимута βi:The azimuth of the object in the middle of the observation interval is estimated by a weighted summation of the measured azimuth values βi:

Figure 00000031
Figure 00000031

где N - число измерений азимута или значений произведений дальности на радиальную скорость в выборке;where N is the number of measurements of azimuth or range products by radial velocity in the sample;

i - номер измерения азимута или значения произведения дальности на радиальную скорость в выборке.i is the measurement number of the azimuth or the product of the range by the radial velocity in the sample.

Далее определяют две оценки курса

Figure 00000032
При этом для определения оценки курса
Figure 00000033
к сумме оценок азимута и курсового угла прибавляют или вычитают из этой суммы 180° в зависимости от знака радиальной скорости
Figure 00000034
и координаты х:Two course estimates are then determined.
Figure 00000032
In this case, to determine the course rate
Figure 00000033
180 ° is added or subtracted from this sum to the sum of the azimuth and heading angle estimates, depending on the sign of the radial velocity
Figure 00000034
and x coordinates:

Figure 00000035
Figure 00000035

Для определения другой оценки курса

Figure 00000036
такие же операции осуществляют с разностью оценок азимута и курсового угла:To determine a different course rating
Figure 00000036
the same operations are carried out with a difference in azimuth and course angle estimates:

Figure 00000037
Figure 00000037

Затем вычисляют абсолютные значения разностей двух полученных оценок и однозначной оценки, полученной во втором аналоге

Figure 00000038
Figure 00000039
По меньшей разности устраняют неоднозначность определения курса в заявленном изобретении, так как при истинном курсе эта разность теоретически равна нулю, а при ложном курсе - удвоенному курсовому углу.Then, the absolute values of the differences of the two obtained estimates and the unique estimate obtained in the second analogue are calculated
Figure 00000038
Figure 00000039
At a smaller difference, the ambiguity of determining the course in the claimed invention is eliminated, since with a true course this difference is theoretically equal to zero, and with a false course, it doubles the course angle.

Достоверность формул (3), (6) и (7) подтверждается схемами траекторий, приведенными в фиг. 1 - фиг. 4. В фиг. 1 и фиг. 2 приведены схемы восьми траекторий в точках с координатами ri и βi. Для удаляющихся от РЛС объектов (фиг. 1), то есть при положительной радиальной скорости

Figure 00000040
оценки курса
Figure 00000041
могут быть равны как сумме, так и разности азимута и курсового угла во всех четырех квадрантах прямоугольной системы координат XOY. Для приближающихся к РЛС объектов (фиг. 2), то есть при отрицательной радиальной скорости
Figure 00000042
в первом и втором квадрантах (х>0) прибавляется 180°, а в третьем и четвертом квадрантах (х<0) вычитается 180°.The validity of formulas (3), (6) and (7) is confirmed by the trajectory schemes shown in FIG. 1 - FIG. 4. In FIG. 1 and FIG. 2 shows diagrams of eight trajectories at points with coordinates r i and β i . For objects moving away from the radar (Fig. 1), that is, at a positive radial velocity
Figure 00000040
course estimates
Figure 00000041
can be equal to both the sum and the difference in azimuth and course angle in all four quadrants of the XOY rectangular coordinate system. For objects approaching the radar (Fig. 2), that is, at a negative radial velocity
Figure 00000042
180 ° is added in the first and second quadrants (x> 0), and 180 ° is subtracted in the third and fourth quadrants (x <0).

В фиг. 3 приведены параметры траектории в двух точках, то есть вблизи траверза (точка А) и на краю зоны обнаружения (точка В), удаляющегося от РЛС объекта. При этом курс равен разности между азимутом и курсовым углом:

Figure 00000043
In FIG. Figure 3 shows the trajectory parameters at two points, that is, near the beam (point A) and at the edge of the detection zone (point B), which is moving away from the radar of the object. In this case, the course is equal to the difference between the azimuth and the course angle:
Figure 00000043

В фиг. 4 также приведены параметры траектории в двух точках, но курс равен сумме азимута и курсового угла:

Figure 00000044
In FIG. Figure 4 also shows the trajectory parameters at two points, but the course is equal to the sum of the azimuth and course angle:
Figure 00000044

Во всех приведенных случаях при истинном курсе разность теоретически равна нулю, а при ложном курсе - удвоенному курсовому углу

Figure 00000045
In all the above cases, with the true course, the difference is theoretically equal to zero, and with a false course - twice the course angle
Figure 00000045

Для доказательства реализуемости заявленного технического результата вычислим среднеквадратические ошибки (СКО) определения курса объекта, то есть аэродинамической цели (АЦ), в РЛС «Резонанс-Н» тремя способами по фиксированным выборкам из 13 значений дальности, радиальной скорости и азимута при СКО измерения азимута σβ=1,5° радиальной скорости

Figure 00000046
и дальности σr=300 м [5, С. 356-361].To prove the feasibility of the claimed technical result, we calculate the root mean square errors (RMS) of determining the course of an object, that is, an aerodynamic target (AC), in the Resonance-N radar in three ways using fixed samples of 13 values of range, radial velocity and azimuth for RMS measurements of azimuth σ β = 1.5 ° radial velocity
Figure 00000046
and range σ r = 300 m [5, P. 356-361].

В приведенном примере, как показано на схеме фиг. 3, АЦ летит с курсом Q=20°, скоростью 250 м/с и курсовым параметром (траверзным расстоянием) Р=25 км. Автосопровождение АЦ и оценивание параметров ее движения, то есть курса Q, путевой скорости V, азимута

Figure 00000047
производят от дальности 50 км до 350 км в «скользящем окне» (интервале наблюдения) длиной Lинт=15 км при периоде обзора T0=5 с и объеме выборки N=13.In the example shown, as shown in the diagram of FIG. 3, the AC flies with a course of Q = 20 °, a speed of 250 m / s and a course parameter (traverse distance) P = 25 km. Auto-tracking of the AC and estimation of the parameters of its movement, that is, the course Q, ground speed V, azimuth
Figure 00000047
produce from a range of 50 km to 350 km in a “sliding window” (observation interval) of length L int = 15 km with a survey period T 0 = 5 s and sample size N = 13.

СКО определения курса в заявленном изобретении и в прототипе

Figure 00000048
вычисляют по формуле:RMS determination of the course in the claimed invention and in the prototype
Figure 00000048
calculated by the formula:

Figure 00000049
Figure 00000049

СКО определения путевой скорости в прототипе

Figure 00000050
и в заявляемом изобретении
Figure 00000051
вычисляют по формулам:Standard deviation of determination of ground speed in the prototype
Figure 00000050
and in the claimed invention
Figure 00000051
calculated by the formulas:

Figure 00000052
Figure 00000052

Figure 00000053
Figure 00000053

Прототип нельзя использовать в РЛС «Резонанс-Н» для определения курса объекта, так как из-за больших ошибок измерения дальности в соответствии с (9) СКО оценивания путевой скорости

Figure 00000054
а СКО курса в соответствии с (8) будет равно 21 градусу уже на дальности, равной двум курсовым параметрам, то есть 50 км.The prototype cannot be used in the “Resonance-N” radar to determine the course of an object, because due to large errors in measuring the range in accordance with (9) the standard deviation for estimating ground speed
Figure 00000054
and the standard deviation of the course in accordance with (8) will be equal to 21 degrees already at a distance equal to two exchange rate parameters, that is, 50 km.

Результаты анализа точности определения курса в заявленном изобретении

Figure 00000055
и во втором аналоге
Figure 00000056
приведены в табл. 1 и на графиках фиг. 5 и фиг. 6.The results of the analysis of the accuracy of determining the course in the claimed invention
Figure 00000055
and in the second analogue
Figure 00000056
are given in table. 1 and in the graphs of FIG. 5 and FIG. 6.

В заявленном изобретении большие ошибки измерения дальности (σr = 300 м) в соответствии с (10) несущественно (до 17%) снижают точность оценивания путевой скорости на дальностях до 100 км, а на дальностях более 200 км практически не оказывают влияния. Ошибки измерения азимута на дальностях более 100 км также практически не оказывают влияния на точность определения курса.In the claimed invention, large errors in measuring the range (σ r = 300 m) in accordance with (10) insignificantly (up to 17%) reduce the accuracy of estimating the ground speed at ranges up to 100 km, and practically do not have an effect on ranges over 200 km. Azimuth measurement errors at ranges of more than 100 km also practically do not affect the accuracy of the course determination.

В способе-аналоге (3), то есть при оценивании курса по выборкам прямоугольных координат, ошибки определения курса зависят от СКО измерения азимута и вычисляются по формуле [3]:In the analogue method (3), that is, when evaluating the course using samples of rectangular coordinates, the errors in determining the course depend on the standard deviation of the azimuth measurement and are calculated by the formula [3]:

Figure 00000057
Figure 00000057

Эффективность заявленного технического результата характеризуется выигрышем в точности оценивания курса заявленным способом по сравнению с аналогом, то есть отношением их СКО

Figure 00000058
The effectiveness of the claimed technical result is characterized by a gain in the accuracy of assessing the course of the claimed method in comparison with the analogue, that is, the ratio of their standard deviation
Figure 00000058

Figure 00000059
Figure 00000059

Как видно из нижней строки таблицы 1, этот выигрыш в точности оценивания курса заявленным способом по сравнению с аналогом на дальностях до 200 км достигает значений от 1,75 до 4,2. На дальности 350 км выигрыш отсутствует, а на дальностях больше 350 км заявленный способ уступает в точности второму аналогу.As can be seen from the bottom row of Table 1, this gain in accuracy of the course estimation by the claimed method compared to the analogue at ranges up to 200 km reaches values from 1.75 to 4.2. At a distance of 350 km there is no gain, and at ranges of more than 350 km the claimed method is inferior in accuracy to the second analogue.

В общем виде этот выигрыш вычисляется по формуле:In general terms, this gain is calculated by the formula:

Figure 00000060
Figure 00000060

В соответствии с (12) этот выигрыш возрастает при увеличении путевой скорости V, курсового угла

Figure 00000061
(курсового параметра Р), СКО измерения азимута σβ и при уменьшении СКО измерения радиальной скорости
Figure 00000062
и дальности rср до объекта.In accordance with (12), this gain increases with increasing ground speed V, heading angle
Figure 00000061
(course parameter P), standard deviation of measurement of azimuth σ β and with decreasing standard deviation of measurement of radial velocity
Figure 00000062
and range r cf to the object.

Как видно из таблицы 1 и фиг. 5, на дальности 175 км курсовой угол становится равным СКО его определения заявленным способом

Figure 00000063
На дальностях больше 175 км курсовой угол становится меньше СКО его определения заявленным способом
Figure 00000064
As can be seen from table 1 and FIG. 5, at a distance of 175 km, the heading angle becomes equal to the standard deviation of its determination by the claimed method
Figure 00000063
At ranges greater than 175 km, the heading angle becomes less than the standard deviation of its determination by the claimed method
Figure 00000064

Поэтому во втором пункте формулы изобретения предлагается вычислять СКО определения курса заявленным способом по формуле:Therefore, in the second paragraph of the claims it is proposed to calculate the standard deviation of the course determination by the claimed method according to the formula:

Figure 00000065
Figure 00000065

Где

Figure 00000066
- длина интервала наблюдения (скользящего окна).Where
Figure 00000066
- the length of the observation interval (sliding window).

Далее вычисляют отношение курсового угла к СКО его определения

Figure 00000067
Next, the ratio of the heading angle to the standard deviation of its determination is calculated.
Figure 00000067

Если это отношение меньше единицы, то есть

Figure 00000068
то курс определяют однозначно без использования значений курсового угла по оценкам азимута по формуле:If this ratio is less than unity, i.e.
Figure 00000068
then the course is determined unambiguously without using the values of the heading angle according to azimuth estimates by the formula:

Figure 00000069
Figure 00000069

В приведенном в таблице 1 примере на дальности 350 км положительное смещение оценки курса, равное курсовому углу qcp=4,1°, в 8 (восемь) раз меньше СКО определения курсового угла

Figure 00000070
Поэтому выигрыш в точности определения курса возрастает в 8 раз по сравнению со вторым аналогом.In the example in Table 1, at a distance of 350 km, a positive shift in the course estimate equal to the course angle q cp = 4.1 ° is 8 (eight) times less than the standard deviation for determining the course angle
Figure 00000070
Therefore, the gain in accuracy in determining the rate increases by 8 times compared with the second analogue.

На графиках фиг. 6 показана зависимость значений среднеквадратических ошибок определения курса от дальности до объекта в заявленном изобретении

Figure 00000071
в прототипе
Figure 00000072
и во втором аналоге
Figure 00000073
В заявленном изобретении СКО достигает максимума на дальности 175 км, а далее уменьшается с ростом дальности. В прототипе из-за больших ошибок измерения дальности определение курса практически невозможно. В аналоге при оценивании курса по выборкам прямоугольных координат точность определения курса в несколько раз хуже, чем в заявленном изобретении. При этом с ростом дальности до объекта этот разрыв увеличивается.In the graphs of FIG. 6 shows the dependence of the mean square error of determining the course from the distance to the object in the claimed invention
Figure 00000071
in prototype
Figure 00000072
and in the second analogue
Figure 00000073
In the claimed invention, the standard deviation reaches a maximum at a distance of 175 km, and then decreases with increasing range. In the prototype, due to large errors in measuring the range, determining the course is almost impossible. In analogue, when assessing the course using samples of rectangular coordinates, the accuracy of determining the course is several times worse than in the claimed invention. Moreover, with increasing distance to the object, this gap increases.

Таким образом, доказана промышленная реализуемость технического результата заявленного изобретения: повышение точности определения курса неманеврирующего объекта, движущегося по линейной траектории, за счет использования выборок произведений дальности на радиальную скорость и уменьшения вследствие этого влияния ошибок измерения дальности и азимута объекта.Thus, the industrial feasibility of the technical result of the claimed invention has been proved: improving the accuracy of determining the course of a non-maneuvering object moving along a linear path, through the use of samples of range products on the radial speed and reducing the influence of measurement errors on the range and azimuth of the object as a result.

Список использованных источниковList of sources used

1. Кузьмин С.З. Цифровая обработка радиолокационной информации. - М.: «Радио и связь», 1967 с.1. Kuzmin S.Z. Digital processing of radar information. - M.: “Radio and Communications”, 1967 p.

2. Кузьмин С.З. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации. - М.: «Советское радио», 1974.2. Kuzmin S.Z. Fundamentals of the theory of digital processing of radar information. - M .: "Soviet Radio", 1974.

3. Способ и устройство определения курса неманеврирующей аэродинамической цели с использованием выборки квадратов дальности. Патент на изобретение №2621692 от 07.06.17.3. A method and apparatus for determining the course of a non-maneuvering aerodynamic target using a selection of squares of range. Patent for invention No. 2621692 dated 06/07/17.

4. Способ определения модуля скорости аэродинамической цели. Патент на изобретение №2559296 от 14.07.15.4. A method for determining the velocity module of an aerodynamic target. Patent for invention No. 2559296 dated 07/14/15.

5. Устройство радиолокационного определения путевой скорости неманеврирующей воздушной цели. Патент на полезную модель №152617 от 18.05.15.5. The radar device for determining the ground speed of a non-maneuvering air target. Utility Model Patent No. 152617 of 05/18/15.

6. Радиолокационный измеритель путевой скорости неманеврирующей аэродинамической цели по выборке квадратов дальности. Патент на полезную модель №158491 от 11.12.15.6. Radar ground speed meter of a non-maneuvering aerodynamic target based on a selection of range squares. Utility Model Patent No. 158491 of 12/11/15.

7. Способ радиолокационного определения путевой скорости неманеврирующей аэродинамической цели по выборке произведений дальности на радиальную скорость и устройство для его реализации. Патент на изобретение №2644588 от 13.02.1.7. The method of radar determination of the ground speed of a non-maneuvering aerodynamic target by sampling range products by radial speed and a device for its implementation. Patent for the invention No. 2644588 of 02.13.1.

8. Вооружение ПВО и РЭС России. Альманах. М.: Издательство НО «Лига содействия оборонным предприятиям», 2011, 504 с.8. Armament of air defense and RES of Russia. Almanac. M.: Publishing House of the Non-Profit Organization “League for Assistance to Defense Enterprises”, 2011, 504 pp.

Claims (2)

1. Способ определения курса объекта на линейной траектории с использованием измерений его радиальной скорости, заключающийся в том, что в РЛС измеряют дальность ri и азимут βi и преобразуют их в горизонтальные прямоугольные координаты xi=risinβi, yi=ricosβi, определяют оценки скорости изменения прямоугольных координат
Figure 00000074
вычисляют оценку вспомогательного угла
Figure 00000075
по формуле
Figure 00000076
и однозначную оценку курса по формуле
Figure 00000077
далее определяют значения радиальной скорости
Figure 00000078
в середине интервала наблюдения и оценку путевой скорости
Figure 00000079
вычисляют значение курсового угла в середине интервала наблюдения
Figure 00000080
определяют два значения курса как алгебраическую сумму сглаженных значений оценок азимута
Figure 00000081
курсового угла
Figure 00000082
а также углов 180° или 0°, для устранения неоднозначности используют однозначную оценку курса
Figure 00000083
отличающийся тем, что значения радиальной скорости
Figure 00000084
на интервале наблюдения, в том числе в середине интервала наблюдения
Figure 00000085
определяют по измеренному доплеровскому сдвигу частоты отраженного от объекта сигнала, перемножают измеренные значения дальности ri и радиальной скорости
Figure 00000086
и получают значения произведений дальности на радиальную скорость
Figure 00000087
оценивают первое приращение произведения дальности на радиальную скорость за период обзора Т0 путем взвешенного суммирования фиксированной выборки произведений дальности на радиальную скорость
Figure 00000088
с весовыми коэффициентами
Figure 00000089
делят эту оценку на период обзора T0, вычисляют квадратный корень из полученного результата и получают оценку путевой скорости
Figure 00000090
оценивают азимут объекта в середине интервала наблюдения путем взвешенного суммирования измеренных значений азимута βi по формуле
Figure 00000091
где N - число измерений азимута или значений произведений дальности на радиальную скорость в выборке, i - номер измерения азимута или значения произведения дальности на радиальную скорость в выборке, определяют две оценки курса
Figure 00000092
по формулам
Figure 00000093
вычисляют абсолютные значения разностей между однозначной оценкой
Figure 00000094
и двумя полученными оценками
Figure 00000095
по меньшей разности устраняют неоднозначность определения курса в заявленном изобретении, так как при истинном курсе эта разность равна нулю, а при ложном курсе - удвоенному значению оценки курсового угла
Figure 00000096
1. The method for determining the course of an object on a linear path using measurements of its radial velocity, which consists in the fact that the radar measures the range r i and azimuth β i and converts them into horizontal rectangular coordinates x i = r i sinβ i , y i = r i cosβ i , determine the estimates of the rate of change of rectangular coordinates
Figure 00000074
calculate an estimate of the auxiliary angle
Figure 00000075
according to the formula
Figure 00000076
and an unambiguous assessment of the course by the formula
Figure 00000077
further determine the values of the radial velocity
Figure 00000078
in the middle of the observation interval and estimate the ground speed
Figure 00000079
calculate the value of the heading angle in the middle of the observation interval
Figure 00000080
define two course values as the algebraic sum of the smoothed azimuth estimates
Figure 00000081
heading angle
Figure 00000082
as well as angles of 180 ° or 0 °, to eliminate ambiguity, use an unambiguous course assessment
Figure 00000083
characterized in that the radial velocity values
Figure 00000084
on the observation interval, including in the middle of the observation interval
Figure 00000085
determined by the measured Doppler frequency shift of the signal reflected from the object, the measured values of the range r i and radial velocity are multiplied
Figure 00000086
and get the values of the products of the distance by the radial speed
Figure 00000087
estimate the first increment of the product of range by radial speed for the review period T 0 by weighted summation of a fixed sample of products of range by radial speed
Figure 00000088
with weights
Figure 00000089
divide this estimate by the review period T 0 , calculate the square root of the result and obtain an estimate of the ground speed
Figure 00000090
estimate the azimuth of the object in the middle of the observation interval by weighted summation of the measured values of the azimuth β i according to the formula
Figure 00000091
where N is the number of measurements of azimuth or range products by radial velocity in the sample, i is the number of measurements of azimuth or range product by radial speed in the sample, two course estimates
Figure 00000092
according to the formulas
Figure 00000093
calculate the absolute values of the differences between a single valuation
Figure 00000094
and two estimates obtained
Figure 00000095
at least the difference eliminates the ambiguity of determining the course in the claimed invention, since with a true course this difference is zero, and with a false course - twice the value of the course angle estimate
Figure 00000096
 2. Способ определения курса по п. 1, отличающийся тем, что в разных точках траектории вычисляют среднеквадратическую ошибку (СКО) определения курсового угла в заявленном изобретении по формуле
Figure 00000097
где rср - дальность до объекта в середине интервала наблюдения,
Figure 00000098
- СКО измерения радиальной скорости,
Figure 00000099
- длина интервала наблюдения, вычисляют отношение оценки курсового угла к СКО его определения
Figure 00000100
если это отношение меньше единицы, то есть
Figure 00000101
то курс определяют однозначно по оценкам азимута объекта без использования значений его курсового угла по формуле
Figure 00000102
2. The method of determining the course according to p. 1, characterized in that at different points of the trajectory calculate the standard error (RMS) of determining the heading angle in the claimed invention according to the formula
Figure 00000097
where r cf is the distance to the object in the middle of the observation interval,
Figure 00000098
- standard deviation for measuring radial velocity,
Figure 00000099
- the length of the observation interval, calculate the ratio of the assessment of the course angle to the standard deviation of its determination
Figure 00000100
if this ratio is less than unity, i.e.
Figure 00000101
then the course is determined uniquely by estimating the azimuth of the object without using the values of its course angle according to the formula
Figure 00000102
RU2019129367A 2019-09-18 2019-09-18 Method of determining the course of an object on a linear trajectory using measurements of its radial velocity RU2714884C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019129367A RU2714884C1 (en) 2019-09-18 2019-09-18 Method of determining the course of an object on a linear trajectory using measurements of its radial velocity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019129367A RU2714884C1 (en) 2019-09-18 2019-09-18 Method of determining the course of an object on a linear trajectory using measurements of its radial velocity

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2714884C1 true RU2714884C1 (en) 2020-02-20

Family

ID=69625763

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019129367A RU2714884C1 (en) 2019-09-18 2019-09-18 Method of determining the course of an object on a linear trajectory using measurements of its radial velocity

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2714884C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2753615C1 (en) * 2020-08-11 2021-08-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение "3 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации Method for determining course of object on linear trajectory using selection of range squares

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2013105396A (en) * 2013-02-08 2014-08-20 Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский центр "РЕЗОНАНС" (ЗАО НИЦ "РЕЗОНАНС") METHOD FOR DETERMINING AERODYNAMIC GOAL COURSE
RU2621692C1 (en) * 2016-04-25 2017-06-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение "3 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации Method and device for determination of nonmaneuvering aerodynamic target course using range square sampling
US20170307750A1 (en) * 2014-12-19 2017-10-26 Mitsubishi Electric Corporation Waveform estimation device and waveform estimation method
RU2016116022A (en) * 2016-04-25 2017-10-30 Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский центр "Резонанс" (ЗАО "НИЦ "Резонанс") METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE COURSE OF A NON-MANEUVERING AERODYNAMIC TARGET USING A FIXED SELECTION OF RANGE SPEED WORKS

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2013105396A (en) * 2013-02-08 2014-08-20 Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский центр "РЕЗОНАНС" (ЗАО НИЦ "РЕЗОНАНС") METHOD FOR DETERMINING AERODYNAMIC GOAL COURSE
US20170307750A1 (en) * 2014-12-19 2017-10-26 Mitsubishi Electric Corporation Waveform estimation device and waveform estimation method
RU2621692C1 (en) * 2016-04-25 2017-06-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение "3 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации Method and device for determination of nonmaneuvering aerodynamic target course using range square sampling
RU2016116022A (en) * 2016-04-25 2017-10-30 Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский центр "Резонанс" (ЗАО "НИЦ "Резонанс") METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE COURSE OF A NON-MANEUVERING AERODYNAMIC TARGET USING A FIXED SELECTION OF RANGE SPEED WORKS

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2753615C1 (en) * 2020-08-11 2021-08-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение "3 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации Method for determining course of object on linear trajectory using selection of range squares

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101498788B (en) Target rotation angle estimating and transverse locating method for inverse synthetic aperture radar
CN110109102B (en) SAR moving target detection and speed estimation method
CN108469608B (en) Method for accurately estimating Doppler centroid of moving platform radar
TW200918927A (en) Target detection device and its detection method
RU2524208C1 (en) Method for radar detection of manoeuvre of ballistic target on passive trajectory section
CN105589066A (en) Method for estimating parameters of underwater constant-speed vehicle based on vertical vector array
CN108535719A (en) CW with frequency modulation landing radar speed-measuring method based on the correction of Doppler frequency spectrum center of gravity
RU2416105C1 (en) Method of determining motion parametres of aerial objects in surveillance radar by using coherent properties of reflected signals
CN110738275A (en) UT-PHD-based multi-sensor sequential fusion tracking method
CN110471029B (en) Single-station passive positioning method and device based on extended Kalman filtering
CN110988873B (en) Single-channel SAR ship speed estimation method and system based on energy center extraction
RU2621692C1 (en) Method and device for determination of nonmaneuvering aerodynamic target course using range square sampling
RU2714884C1 (en) Method of determining the course of an object on a linear trajectory using measurements of its radial velocity
CN110058226A (en) One kind being based on the chirped phased-array radar angle measuring system of positive and negative chirp rate
RU2679396C2 (en) Aerial target spatial dimension evaluation method by the doppler image frequency span
CN108761384A (en) A kind of sensor network target localization method of robust
RU2669773C1 (en) Method for determining the velocity modulus of a non-maneuvering aerodynamic target from samples of range measurements
CN116449326A (en) Broadband multi-target translational parameter estimation and compensation method
RU2667484C1 (en) Method for determining the trajectory of movement of low-flying targets
RU2753615C1 (en) Method for determining course of object on linear trajectory using selection of range squares
RU2741400C2 (en) Method and device for determining the track speed of a nonmaneuvering object based on the range products selection on the radial velocity
CN114152917A (en) Micro Doppler feature extraction method based on phase ranging target tracking
CN109655804B (en) Near target relative distance estimation method based on singular value decomposition
RU2776870C2 (en) Method and device for radar determination of ground speed of non-maneuvering object, taking into account omissions of range and radial speed measurements
RU2782527C1 (en) Method and device for determining the ground speed of a non-maneuvering target using estimates of its radial acceleration