CZ32968U1 - Cross bundle antenna system for detecting small flying objects - Google Patents

Cross bundle antenna system for detecting small flying objects Download PDF

Info

Publication number
CZ32968U1
CZ32968U1 CZ2019-36225U CZ201936225U CZ32968U1 CZ 32968 U1 CZ32968 U1 CZ 32968U1 CZ 201936225 U CZ201936225 U CZ 201936225U CZ 32968 U1 CZ32968 U1 CZ 32968U1
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
antenna
signal
beams
width
height
Prior art date
Application number
CZ2019-36225U
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Pavel Bezoušek
Tomáš Zálabský
Original Assignee
Univerzita Pardubice
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 Univerzita Pardubice filed Critical Univerzita Pardubice
Priority to CZ2019-36225U priority Critical patent/CZ32968U1/en
Publication of CZ32968U1 publication Critical patent/CZ32968U1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/08Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a rectilinear path
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/36Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Description

Oblast technikyTechnical field

Předkládané technické řešení se týká anténního systému se zkříženými svazky určeného pro detekci malých létajících předmětů (například dronů), který umožňuje současně rychlé opakování informace o celém monitorovaném prostoru, a přitom poskytuje dostatečný čas pro spolehlivou klasifikaci a detekci dronu při vysoké přesnosti určení jeho polohy.The present invention relates to a cross-beam antenna system intended for the detection of small flying objects (eg drones), which simultaneously allows rapid repetition of information about the entire monitored area, while providing sufficient time for reliable classification and detection of the drone with high accuracy.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Bezpilotní létající prostředky (unmanned aerial vehicle, UAV, nebo drony) zažívají v posledních letech nebývalý rozmach. Díky prudkému rozvoji technologií, vyšší kapacitě akumulátorů a vývoji malých senzorů pro sběr informací se UAV stávají velmi dostupnými a levnými. Současná generace UAV má celou řadu unikátních vlastností, jakými jsou například autonomní let po definované trajektorii, možnost audio/video záznamu ve vysokém rozlišení a záznamu i za špatných podmínek (počasí, viditelnost), větší operační dosah, relativně vysoká nosnost a vynikající manévrovatelnost. Tyto unikátní vlastnosti ale současně představují vážné bezpečnostní riziko. A to nejen na letištích, kde by případný střet UAV s přistávajícími nebo vzlétajícími letouny mohl vést k vážné nehodě, ale také ve všech zájmových oblastech, jakými jsou např. jaderné elektrárny, průmyslové provozy, vládní budovy a instituce, stadiony a obecně místa kde se pohybuje hodně lidí, státní hranice, atd. Ačkoliv je provoz bezpilotních systémů v České republice spravován zákony, především Doplňkem X - bezpilotní systémy, předpisu L 2 - pravidla létání vydaným Úřadem pro civilní letectví, objevuje se v posledním období řada případů, kdy podmínky pro provoz bezpilotních prostředků jsou hrubým způsobem porušovány. Instalace kamer a let v ochranných pásmech, přeprava či shazování nebezpečných nebo zakázaných látek či narušování práce záchranných sborů v kritických situacích jsou jen některé příklady, které spadají zatím jen do oblasti protispolečenského chování. Možnost naprogramování letu bezpilotního systému bez účasti neevidovaného pilota a neoznačení systému ohnivzdorným štítkem jsou typické situace, kdy bezpilotní systém nemůže být orgány státní správy identifikován a pilot - pachatel může v lepším případě zneužít tento prostředek k páchání závažné kriminality, v horším případě k provedení některých teroristických útoků.Unmanned aerial vehicles (UAVs, or drones) have experienced an unprecedented boom in recent years. Thanks to the rapid development of technology, higher battery capacity and the development of small sensors for collecting information, UAVs become very affordable and inexpensive. The current generation of UAVs has a number of unique features such as autonomous flight over a defined trajectory, high-definition audio / video recording even under poor conditions (weather, visibility), greater operating range, relatively high carrying capacity and excellent maneuverability. At the same time, these unique features present a serious security risk. Not only at airports where a potential UAV encounter with landing or taking off aircraft could lead to a serious accident, but also in all areas of interest such as nuclear power plants, industrial operations, government buildings and institutions, stadiums and generally places where moving many people, national borders, etc. Although the operation of unmanned systems in the Czech Republic is governed by law, especially Supplement X - unmanned systems, L 2 - rules of flying issued by the Civil Aviation Authority, there has recently been a number of cases where unmanned operations are grossly violated. Installing cameras and flight in protective zones, transporting or dropping dangerous or prohibited substances, or disrupting the work of emergency services in critical situations are just some examples that have so far only been in the field of anti-social behavior. The possibility of programming an unmanned flight without the presence of an unregistered pilot and not marking the system with a fireproof label are typical situations where an unmanned system cannot be identified by public authorities and the pilot - the offender may at best misuse this means of committing serious crime; attacks.

Rada světových výrobců zabezpečovací techniky se proto snaží o vytvoření systému včasného odhalení těchto zařízení. Nejlevnější jsou systémy, které detekují rádiovou komunikaci dronu, případně takové, které jsou schopny převzít jeho ovládání. V současné době se však mohou drony pohybovat zcela autonomně (například na základě GPS) bez komunikace s řídicím pracovištěm. V poslední době se ve světě hodně zdokonalila optická kontrola prostoru pomocí kamer s automatickým vyhledáváním a klasifikací cílů, která je však v podmínkách snížené viditelnosti neúčinná. Proto se zabezpečovací systémy neobejdou bez aktivních rádiových čidel - radarů, specializovaných na tento druh objektů: cíle s velmi malou odraznou plochou a s nevýraznými dopplerovskými charakteristikami, pohybující se v blízkosti terénu, budov, konstrukcí a jiných překážek. Mnozí výrobci radarových systémů využili své radiolokátory pro střežení bojiště, nebo ochrany perimetru a po provedení úprav jejich SW, případně i HW nabízejí tato zařízení jako radary pro detekci UAV. Pokud se omezíme jen na pevná pozemní zařízení pro ostrahu definovaného prostoru lze říci, že se touto kategorií zabývají prakticky všichni světoví výrobci radarů (Prime Cons. And Technol: Spotter RF family, https://anti-drone.eu/; Blighter Surv. Syst.: A-400, https://www.blighter.com; RADA Electronic Industry: RHS sensor fam., https://www.rada.com; Airbus Defence and Space: SPEXER 1000/500, https://www.airbusdsoptronic.com; Kelvin Hughes: SharpEye SxV, https://www.kelvinhughes.com; Thales: SQUIRE, https://www.thalesgroup.com; Harrier: DSR- 200, https://www.detect-inc.com; Advance Radar Technology: Drone Sentinel, https://www.advanceradartechnologies.com; SRC lne., USA:SR Hawk,The Council of Worldwide Manufacturers of Security Technology is therefore striving to create a system for early detection of these devices. The cheapest are systems that detect the radio communication of the drone, or those that are able to take over its control. At present, however, drones can move completely autonomously (for example based on GPS) without communicating with the control site. Recently, the optical control of space has improved a lot in the world with cameras with automatic search and target classification, but this is ineffective in conditions of reduced visibility. For this reason, security systems cannot do without active radar sensors, specializing in this kind of object: targets with a very small reflective surface and low Doppler characteristics, moving near terrain, buildings, structures and other obstacles. Many manufacturers of radar systems used their radars to guard the battlefield or perimeter protection and after making adjustments to their SW or HW, they offer these devices as radars for UAV detection. If we confine ourselves to fixed ground-based space surveillance equipment, virtually all world radar manufacturers are involved in this category (Prime Cons. And Technol: Spotter RF family, https://anti-drone.eu/; Blighter Surv. System: A-400, https://www.blighter.com; Electronic Industry COUNCIL: RHS sensor fam., Https://www.rada.com; Airbus Defense and Space: SPEXER 1000/500, https: // Kelair Hughes: SharpEye SxV; https://www.kelvinhughes.com; Thales: SQUIRE; https: //www.thalesgroup.com; Harrier: DSR- 200; https: //www.detect- inc.com; Advance Radar Technology: Drone Sentinel, https://www.advanceradartechnologies.com; SRC Inc, USA: SR Hawk,

- 1 CZ 32968 U1 https://www.srinc.com; ELTA:ELM2026, https://www.spacedaily.com/reports/NewIsraeliantidro necounter-measure).- 1 CZ 32968 U1 https://www.srinc.com; ELTA: ELM2026, https://www.spacedaily.com/reports/NewIsraeliantidro necounter-measure).

Jednotlivé typy UAV se obvykle řadí do následujících kategorií podle velikosti efektivní odrazné plochy RCS (Radar Cross Section):The different types of UAVs are usually categorized according to the size of the effective radar cross section (RCS):

• UAS (Unmanned Aerial Systém): RCS = 1 m2 (velký bezpilotní letoun např. Euro Hawk) • Mini UAV: RCS = 0,1 m2 (např. střela s plochou dráhou letu AGM-86B) • Mikro UAV: RCS < 0,05 m2 (komerční koptérové typy např. DJI- Phantom)• UAS (Unmanned Aerial System): RCS = 1 sqm (large unmanned aircraft eg Euro Hawk) • Mini UAV: RCS = 0.1 sqm (eg AGM-86B) • Micro UAV: RCS <0 , 05 m2 (commercial copter types eg DJI-Phantom)

Podle uvedených kategorií a prostředí, v kterém se UAV pohybují, jsou dosahy radarů na drony v rozmezí 1 km až 10 km. Rozlišovací schopnost těchto systémů v azimutu bývá 2° až 4° v elevaci 4° až 45° v dálce 1 až 45 m. Rozsah sledovaného sektoru v azimutu se pohybuje od 60° do 360°, nejčastěji však 90°, v elevaci 10° až 45°. Nejčastěji se používá kmitočtové pásmo X nebo Ku, zcela výjimečně pásmo S (RADA Electronic Industry: RHS sensor fam., https://www.rada.com). Vysílané výkony se pohybují v rozmezí 6 až 200 W (Thales: SQUIRE, https://www.thalesgroup.com), modulace převážně FMCW nebo FMiCW, výjimečně FM impulzní. Anténní systémy tvoří většinou elektronicky skáno váné antény (ESA), výjimečně jde o kombinaci mechanického a elektronického skáno vání (Kelvin Hughes: SharpEye SxV, https://www.kelvinhughes.com). Z uvedeného je vidět, že jde o poměrně různorodou skupinu zařízení.Depending on the categories and environments in which the UAVs operate, the radar range for drones is between 1 km and 10 km. The resolution of these systems in azimuth is 2 ° to 4 ° in elevation 4 ° to 45 ° at a distance of 1 to 45 m. The range of the monitored sector in azimuth ranges from 60 ° to 360 °, but most often 90 °, in elevation 10 ° to 45 °. The most commonly used frequency band is X or Ku, exceptionally band S (Electronic Industry Council: RHS sensor fam., Https://www.rada.com). Transmitted power ranges from 6 to 200 W (Thales: SQUIRE, https://www.thalesgroup.com), modulation predominantly FMCW or FMiCW, exceptionally FM pulse. Antenna systems are mostly electronically scanned antennas (ESA), exceptionally a combination of mechanical and electronic scanning (Kelvin Hughes: SharpEye SxV, https://www.kelvinhughes.com). It can be seen that this is a relatively diverse group of devices.

Velkým problémem všech radarů pro sledování dronů je dosažení rychlé a spolehlivé detekce tohoto objektu v předepsaném prostoru a přesné určení jeho polohy, případně parametrů jeho dráhy. Vysoká přesnost vyžaduje antény s velmi úzkým svazkem, což s požadavkem na spolehlivost klasifikace nutně vede na prodloužení doby opakování informace o celém monitorovaném prostoru, nebo ke zmenšení prohledávaného prostoru. Tyto problémy se většinou řeší sofistikovanými scénáři prohledávání prostoru, které ovšem vždy zhoršují pohotovost zařízení k zaznamenání nového zájmového objektu. Přestože údaje o parametrech těchto radarů, uváděné jejich výrobci, jsou často senzační, při praktických ukázkách se inzerovaný dosah potvrzuje jen v prostředí bez překážek (např. nad hladinou moře, nad rovinným terénem apod.) ale v blízkosti překážek (např. mezi nebo nad budovami nebo konstrukcemi) není obvykle detekce dronů spolehlivá.The big problem of all drone radar monitoring is to achieve fast and reliable detection of this object in the prescribed area and to accurately determine its position or its path parameters. High accuracy requires very narrow beam antennas, which, with the need for reliability of classification, necessarily leads to an increase in the repetition time of the entire monitored area or to a reduction in the search space. These problems are usually solved by sophisticated space search scenarios, which always worsen the equipment's readiness to record a new object of interest. Although the manufacturer's data on these radar parameters is often sensational, practical demonstrations confirm the advertised range only in an unobstructed environment (eg above sea level, above flat terrain, etc.) but near obstacles (eg between or above buildings or structures), drone detection is usually not reliable.

Celý vymezený prostor musí být prohledán za maximální přípustnou dobu obnovy informace Tob, kterou stanovuje uživatel systému. U systémů na detekci dronů bývá TOb v rozmezí 1 až 2 s. Produkty s vyšší hodnotou Tob obvykle nenajdou při detekci dronů uplatnění.The entire designated area shall be searched within the maximum allowable recovery time T o b specified by the system user. In drone detection systems, T 0 b is in the range of 1 to 2 s. Products with a higher T o b value will usually not find use in drone detection.

Tato maximální přípustná doba obnovy informace je dána součinem doby Td sběru informací z každého parciálního sektoru a počtu svazků, potřebných pro pokrytí celého vymezeného úhlového prostoru. Pokud se tedy celý prostor prohledává postupně (například pomocí klasického anténního systému s tužkovým svazkem ze stavu techniky), pak je počet svazků, potřebných pro pokrytí celého vymezeného úhlového prostoru, roven součinu počtu horizontálních a vertikálních svazků, což zkracuje maximální možnou dobu Td sběru informací z každého parciálního sektoru.This maximum allowable recovery time is given by the product of the collection time Td of each partial sector and the number of beams needed to cover the entire defined angular space. Thus, if the entire space is searched sequentially (for example, using a prior art pencil-beam antenna system), the number of beams required to cover the entire defined angular space is equal to the product of the number of horizontal and vertical beams, reducing the maximum possible collection time Td. from each partial sector.

U systému se střídavým pokrýváním zájmového sektoru výškovou a stranovou anténou pracují obě antény jako vysílací a současně jako přijímací antény. Nejprve se celý zájmový sektor pokryje svazky jedné antény a potom svazky druhé antény. Počet svazků, potřebných pro pokrytí celého vymezeného úhlového prostoru, je pak roven součtu počtu horizontálních a vertikálních svazků, což, oproti systému s tužkovým svazkem, sice zkracuje maximální možnou dobu Td sběru informací z každého parciálního sektoru, nicméně rychlost obnovy informace z celého zájmového sektoru není ani v tomto případě optimální.In a system with alternating coverage of the sector of interest with a height and side antenna, both antennas work as both transmit and receive antennas. First, the entire sector of interest is covered by the beams of one antenna and then the beams of the other antenna. The number of beams required to cover the entire defined angular space is then equal to the sum of the horizontal and vertical beams, which, compared to the pencil beam system, shortens the maximum possible collection time Td for each partial sector, is not optimal in this case either.

-2CZ 32968 U1-2GB 32968 U1

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Předkládané technické řešení se týká anténního systému se zkříženými svazky pro současné zajištění rychlého opakování informace o celém monitorovaném prostoru, a přitom poskytnut dostatečného času pro spolehlivou klasifikaci a detekci dronu při vysoké přesnosti určení jeho polohy. Anténní systém pro detekci malých létajících předmětů podle předkládaného technického řešení je určen pro zjištění malých létajících předmětů ve vymezeném úhlovém sektoru Ω s azimutální šířkou ΔΦ a elevační šířkou ΔΘ (Ω = ΔΦ χΔΘ). Tento anténní systém zahrnuje dvě antény: vysílací a přijímací. Vysílací anténa postupně pokrývá požadovaný sektor svazky, úzkými v elevaci a s plnou azimutální šířkou monitorovaného sektoru. Přijímací anténa je vícesvazková a monitorovaný sektor pokrývá současně svazky, úzkými v azimutu, majícím: v elevaci typický kosekantový průběh a pokrývající celý rozsah elevaci. Obě antény jsou lineární anténní řady, skládající se z anténních elementů, rozmístěných u výškové antény podél svislé osy a u stranové antény podél horizontální osy. Výšková anténa je napájena vysílačem a pracuje jako vysílací anténa. Signál z vysílače je ve výškové anténě rozdělen do paralelních cest děličem výkonu a přes fázovače je veden ke všem anténním elementům výškové antény. Elevace osy svazku výškové antény se ovládá pomocí fázovačů nastavováním fází vysílaného signálu na jednotlivých elementech antény. Výšková anténa vytváří v každém okamžiku svazek s malou šířkou v elevaci 0v3ds a s takovou šířkou v azimutu ΔΦ, že pokrývá celý vymezený sektor v azimutu. Signály, zachycené elementy stranové antény jsou zpracovávány v paralelních přijímačích, které dohromady tvoří přijímač systému. Stranová anténa je vícesvazková (tj. v obvodu tvarování svazků za přijímačem, jako integrální součást přijímače nebo jako integrální součást procesoru, se současně vytváří několik přijímacích svazků, jejichž signály se pak dále zpracovávají v procesoru pro zpracování signálů svazků). Jednotlivé svazky stranové antény mají malou šířku v azimutu Φ83<ιβ, a v elevaci každý svazek této antény pokrývá celý rozsah elevaci ΔΘ vymezeného sektoru. Tímto uspořádáním systému je celý vymezený prostor rozdělen na parciální sektory Ωι = Φ83<ιβ x 0v3<ib s malými šířkami v azimutu Φ83<ιβ i v elevaci 0v3ds.The present invention relates to an antenna system with cross beams to provide rapid repetition of information about the entire monitored area, while providing sufficient time for reliable classification and detection of the drone with high accuracy of position determination. An antenna system for detecting small flying objects according to the present invention is designed for detecting small flying objects in the defined angular sector Ω with azimuthal width ΔΦ and elevation width ΔΘ (Ω = ΔΦ χΔΘ). This antenna system includes two antennas: transmit and receive. The transmitting antenna gradually covers the desired sector with narrow beams in elevation and with the full azimuthal width of the monitored sector. The receiving antenna is multi-beam and the monitored sector simultaneously covers azimuth-narrow beams having a typical cosecant waveform in elevation and covering the entire elevation range. Both antennas are linear antenna arrays, consisting of antenna elements spaced along a vertical axis at a height antenna and a horizontal axis at a side antenna. The high-altitude antenna is powered by the transmitter and works as a transmit antenna. The signal from the transmitter is divided in the altitude antenna into parallel paths by a power divider and is routed to all antenna elements of the altitude antenna via phasers. The elevation of the height antenna beam axis is controlled by phasers by adjusting the phases of the transmitted signal on individual elements of the antenna. The high-altitude antenna creates at any moment a beam with a small width at 0v3ds and with a width at azimuth ΔΦ that covers the entire defined sector in the azimuth. The signals captured by the side antenna elements are processed in parallel receivers, which together form the receiver of the system. The side antenna is multi-beam (ie, in the beam shaping circuit behind the receiver, as an integral part of the receiver or as an integral part of the processor, several receiving beams are simultaneously formed, whose signals are then further processed in the beam signal processor). The individual beams of the side antenna have a small width in the azimuth Φ83 <ιβ, and in elevation each beam of this antenna covers the entire range of elevation ΔΘ of the specified sector. By this arrangement of the system, the whole space is divided into partial sectors Ωι = Φ83 <ιβ x 0v3 <ib with small widths in the azimuth Φ83 <ιβ i at 0v3ds elevation.

U zařízení, určeného pro detekci dronů musí být celý vymezený prostor prohledán za určitou maximální dobu obnovy informace Tob, kterou si určuje uživatel systému. Doba sběru informací: Td z každého parciálního sektoru Ωι = Φββηβ x 0v3<ib je tedy u systému se zkříženými svazky omezena podmínkou: Td < T0b/Nv.For drone detection equipment, all of the designated area shall be searched within a certain maximum recovery time T o b, as determined by the user of the system. Information collection time: Td from each partial sector Ωι = Φββηβ x 0v3 <ib is therefore limited in the case of a cross-beam system by the condition: Td <T 0 b / Nv.

V případě použití klasických anténních systémů ze stavu techniky, např. s tužkovým svazkem, by bylo potřeba k prohledání celého sektoru postupně MT = Nv.Ns svazků, takže na sběr informací z jednoho parciálního sektoru by byla pouze doba TDT:If classical prior art antenna systems were used, for example with a pencil beam, it would be necessary to search the whole sector sequentially M T = Nv.Ns beams, so that for the collection of information from one partial sector only the time T DT would be :

TDT < Tob/ MT= Tob/(Nv.Ns) = To/Ns, což například v typickém případě Φ83<ιβ = 2°, ΔΦ = 90° znamená Tdt<Td/45; a v případě systému se střídavým pokrýváním zájmového sektoru výškovou a stranovou anténou by bylo zapotřebí postupně aplikovat Ms = Nv + Ns svazků, takže doba věnovaná jednomu parciálnímu sektoru Tds může být rovna maximálně:T DT <T ob / M T = T ob /(Nv.Ns) = To / Ns, which for example typically Φ83 <ιβ = 2 °, ΔΦ = 90 ° means T dt <Td / 45; and in the case of a system with alternating coverage of the interest sector with a height and a side antenna, it would be necessary to gradually apply M s = Nv + Ns beams, so that the time devoted to one partial sector Tds can be at most:

TDS < Tob/ Ms = T0b/(Nv+Ns) = Td.Nv/(Nv+Ns), což například při 0v3dB = 4° a ΔΘ = 44° bude Tds < TD/5;T DS <Tob / Ms = T 0 b / (N v + N s ) = T d. N v / (N v + N s ), which for example at 0 v 3dB = 4 ° and ΔΘ = 44 ° will be Tds <T D / 5;

Při stejné požadované době T0b obnovy informace a stejné velikosti parciálních sektorů může tedy být u předkládaného technického řešení doba Td sběru informací z jednoho parciálního sektoru A významně delší, což umožňuje zvýšit kvalitu a spolehlivost detekce a rozeznávání malých, pomalu se pohybujících objektů ve složitém prostředí (tj. v přítomnosti překážek i jiných pohyblivých objektů).At the same time required T 0 b restoration information and the same size partial sectors may therefore be in the present technical solution time Td collecting information from one partial sector significantly longer, which allows to increase the quality and reliability of the detection and identification of small, slow-moving objects in a complex environment (ie in the presence of obstacles and other moving objects).

Doby Tds a TDT by mohly být zkráceny jen za cenu zvětšení parciálního sektoru Ωι, což ovšem zhorší separaci hledaného objektu od překážek a tím zhorší rozlišovací schopnost systémuThe times of Tds and T DT could be shortened only at the expense of increasing the partial sector Ωι.

-3 CZ 32968 U1 a v komplikovaném prostředí s mnoha překážkami sníží spolehlivost jeho detekce.U1 and in complicated environments with many obstacles will reduce the reliability of its detection.

U systému se zkříženými svazky probíhá zpracování všech svazků stranové (přijímací) antény paralelně (současně), takže k prohledání celého prostoru je zapotřebí pouze doba, potřebná pro ozáření prostoru postupně Nv svazky výškové antény. Proto lze získávat informace z určitého směru po dobu Td = TOb/Nv, zatímco u systému se střídavými svazky je možno využít jen dobu T0b/(Nv+Ns) a u tužkového svazku dobu T0b/(Nv.Ns).In a cross-beam system, all beams of the side (receiving) antenna are processed in parallel (simultaneously), so that only the time needed to irradiate the space successively with the Nv beams of the height antenna is needed to search the entire space. Therefore, information can be obtained from a certain direction for Td = T O b / Nv, while for AC systems only T 0 b / (Nv + Ns) and T 0 b / (Nv.Ns) can be used. .

Předmětem předkládaného technického řešení je anténní systém určený pro detekci malých létajících předmětů ve vymezeném úhlového sektoru, kde úhlový sektor A je součin azimutální šířky AOa elevační šířky A0, přičemž anténní systém obsahuje:The object of the present invention is an antenna system for detecting small flying objects in a defined angular sector, wherein the angular sector A is the product of the azimuthal width A0 and the elevation width A0, wherein the antenna system comprises:

- vysílač připojený k výškové anténě, přičemž výšková anténa obsahuje lineární anténní řadu alespoň dvou anténních elementů s fázovači (fázovač je umístěný u každého anténního elementu), rozmístěných podél svislé osy, a dělič výkonu (jeden dělič výkonu pro celou výškovou anténu) pro rozdělení signálu z vysílače do paralelních cest k jednotlivým anténním elementům;- a transmitter connected to a height antenna, the height antenna comprising a linear antenna array of at least two phased antenna elements (phaser located at each antenna element) spaced along a vertical axis, and a power divider (one power divider for the overall antenna) to divide the signal from the transmitter to parallel paths to individual antenna elements;

- vícesvazkovou stranovou anténu složenou z lineární anténní řady alespoň dvou anténních elementů rozmístěných podél horizontální osy;a multi-beam side antenna composed of a linear antenna array of at least two antenna elements distributed along a horizontal axis;

- přijímač systému, složený z paralelních přijímačů signálů zachycených jednotlivými elementy stranové antény;a system receiver composed of parallel signal receivers captured by individual elements of a side antenna;

- obvod tvarování svazků stranové antény, připojený k přijímači systému;a side antenna beam shaping circuit connected to the receiver of the system;

- procesor pro zpracování signálů jednotlivých svazků signálů zachycených stranovou anténou; přičemž výšková anténa je uzpůsobená pro generování svazků signálu o šířce 0s3dB v elevaci a azimutální šířkou ΔΦ a přičemž svazky signálů stranové antény mají šířku 0s3dB v azimutu a každý svazek této antény pokrývá celou elevační šířku ΔΘ vymezeného úhlového sektoru Ω;a processor for processing the signals of the individual bundles of signals captured by the side antenna; wherein the height antenna is adapted to generate a beam of 0s3dB in elevation and azimuthal width svaz and wherein the side antenna signal beams have a width of 0s3dB in azimuth and each beam of that antenna covers the entire elevation width ΔΘ of the defined angular sector Ω;

a přičemž počet Nv svazků signálu výškové antény a počet Ns svazků signálu stranové antény, potřebné pro pokrytí celého vymezeného úhlového sektoru Ω jsou rovny:and wherein the number of Nv beams of the height antenna signal and the number Ns of the beams of the side antenna signal needed to cover the entire defined angular sector Ω are equal to:

Nv = ΔΘ/ 0V3dB; Ns = AO/Os3dBNv = ΔΘ / 0V3dB; Ns = AO / Os3 dB

V jednom provedení je obvod tvarování svazků stranové antény integrální součástí přijímače.In one embodiment, the side antenna beam shaping circuit is an integral part of the receiver.

V jiném provedení je obvod tvarování svazků stranové antény integrální součástí procesoru pro zpracování signálů.In another embodiment, the side antenna beam shaping circuit is an integral part of the signal processing processor.

Až po obvod tvarování svazků se signály ze všech Ne elementů přijímací antény zpracovávají paralelně v samostatných přijímačích jednotlivých elementů, takže těchto paralelních přijímačů je také Ne. V obvodu tvarování svazků se provede lineární transformace těchto Ne signálů a na výstupu z tohoto obvodu je Ns signálů (Ns < Ne), přičemž každý z nich odpovídá jednomu svazku přijímací (stranové) antény. Dále se signály jednotlivých svazků zpracovávají paralelně (současně) v Ns stejných procesorech.Up to the beam shaping circuit, the signals from all N e elements of the receiving antenna are processed in parallel in separate receivers of the individual elements, so that these parallel receivers are also N e . In the beam shaping circuit, these N e signals are linearly transformed, and the Ns signals (Ns < N e ) are output from the circuit, each corresponding to one of the receiving (side) antenna beams. Further, the signals of the individual beams are processed in parallel (simultaneously) in Ns of the same processors.

-4CZ 32968 U1-4GB 32968 U1

Objasnění výkresůClarification of drawings

Obr. 1: Anténní systém pro detekci malých létajících předmětů, který obsahuje výškovou anténu 1, stranovou anténu 2, anténní elementy 3 a 4, svislou osu 5, horizontální osu 6, vysílač 7, dělič 8 výkonu, fázovač 9, přijímač 10. obvod 11 tvarování svazků, procesor 12 pro zpracování signálů svazků, přijímače 13 signálů jednotlivých anténních elementů stranové antény 2.Giant. 1: An antenna system for detecting small flying objects comprising a height antenna 1, a side antenna 2, antenna elements 3 and 4, a vertical axis 5, a horizontal axis 6, a transmitter 7, a power divider 8, a phaser 9, a receiver 10 the beam signals processor 12, the signal receivers 13 of the individual antenna elements of the side antenna 2.

Obr. 2: Jednotlivé svazky 14, 15 výškové a stranové antény ve vymezeném sektoru 16.Giant. 2: Individual beams 14, 15 of height and side antennas in the defined sector 16.

Příklad uskutečnění technického řešeníExample of technical solution implementation

Příklad 1: Anténní systém pro detekci malých létajících předmětůExample 1: An antenna system for detecting small flying objects

Anténní systém určený pro detekci malých létajících předmětů ve vymezeném úhlového sektoru Ω kde úhlový sektor Oje součin azimutální šířky ΔΦ a elevační šířky ΔΘ je znázorněný na Obr. 1 a 2, a obsahuje vysílač 7 připojený k výškové anténě 1, přičemž výšková anténa 1 obsahuje lineární anténní řadu alespoň dvou anténních elementů 3 s fázovači 9, rozmístěných podél svislé osy 5, dělič 8 výkonu pro rozdělení signálu z vysílače 7 do paralelních cest k jednotlivým anténním elementům 3 s fázovači 9;An antenna system for detecting small flying objects in a defined angular sector Ω where the angular sector ω is the product of the azimuthal width ΔΦ and the elevation width ΔΘ is shown in Fig. 1. 1 and 2, and comprises a transmitter 7 connected to a height antenna 1, wherein the height antenna 1 comprises a linear antenna array of at least two antenna elements 3 with phasers 9 distributed along a vertical axis 5, a power divider 8 to divide the signal from the transmitter 7 into parallel paths to individual antenna elements 3 with phasers 9;

vícesvazkovou stranovou anténu 2 složenou z lineární anténní řady alespoň dvou anténních elementů 4 rozmístěných podél horizontální osy 6;a multi-beam side antenna 2 composed of a linear antenna array of at least two antenna elements 4 distributed along a horizontal axis 6;

přijímač 10 systému, obsahující přijímače 13 signálů jednotlivých anténních elementů; obvod 11 tvarování svazků;a system receiver 10 comprising signal receivers 13 of individual antenna elements; beam forming circuit 11;

procesor 12 pro zpracování jednotlivých svazků;a processor 12 for processing individual bundles;

přičemž výšková anténa 1 je uzpůsobená pro generování svazků 14 signálu o šířce 6>v3dB v elevaci a azimutální šířkou ΔΦ a přičemž svazky 15 signálů stranové antény 2 mají šířku 0smb v azimutu a každý svazek 15 této antény pokrývá celou elevační šířku ΔΘ vymezeného úhlového sektoru Ω a přičemž počet Nv svazků 14 výškové antény 1 a počet Ns svazků 15 stranové antény 2, potřebné pro pokrytí celého vymezeného úhlového sektoru Ω jsou rovny:wherein the altitude antenna 1 is adapted to generate elevation and azimuthal width 6 signal beams 6> v3dB and wherein the side antenna signal beams 15 have a width of 0smb in azimuth, and each antenna beam 15 covers the entire elevation width ΔΘ of the defined angular sector Ω and wherein the number N in the beams 14 of the height antenna 1 and the number Ns of the beams 15 of the side antenna 2 needed to cover the entire defined angular sector Ω are equal to:

Nv = ΔΘ/Θ V3dB; NS — A<ř/<řs3dBNv = ΔΘ / Θ V3dB; NS - A <ø / <øs3dB

Protože zpracování všech svazků stranové antény probíhá paralelně, je doba sběru informací Td z každého parciálního sektoru Ωι = <I>s3dB x 0v3dB omezena podmínkou: Td < T0b/Nv.Since all side antenna beams are processed in parallel, the time to collect information Td from each partial sector Ωι = <I> s3dB x 0v3dB is limited by the condition: Td <T 0 b / Nv.

Při průběhu detekce malých létajících předmětů anténním systémem se zkříženými svazky podle předkládaného technického řešení vysílá vysílač 7 signál do výškové (svislé) antény 1_. Tento signál je pomocí děliče 8 výkonu a fázovačů 9 rozdělen do jednotlivých anténních elementů 3, vysílajících signál v Nv svazcích 14, pokrývajících celou elevační šířku AO vymezeného úhlového sektoru Q. V případě, že se ve vymezeném úhlovém prostoru nachází detekovaný předmět, svazek 14 signálu je odražen. Přijímací stranová anténa 2 (horizontální) detekuje odražený signál jednotlivými anténními elementy 4 a paralelně ho zpracuje pomocí přijímačů 13 signálů jednotlivých anténních elementů, obvodu 11 tvarování svazků a procesoru 12 pro zpracování jednotlivých svazků.During the detection of small flying objects by the cross-beam antenna system according to the present invention, the transmitter 7 sends a signal to the height (vertical) antenna 7. This signal is divided by the power divider 8 and the phasers 9 into individual antenna elements 3 transmitting the signal in the Nv beams 14, covering the entire elevation width A0 of the delimited angular sector Q. If the detected object is in the delimited angular space, the signal beam 14 is reflected. The receiving side antenna 2 (horizontal) detects the reflected signal by the individual antenna elements 4 and processes it in parallel with the individual antenna element signal receivers 13, the beam shaping circuit 11 and the single beam processor 12.

-5 CZ 32968 U1-5 GB 32968 U1

Popis zpracování signálu:Signal processing description:

Počet elementů přijímací (stranové) antény označíme Ne. Signály z jednotlivých elementů stranové antény se zpracovávají současně v Ne paralelních přijímačích (anténních elementů).The number of elements of the receiving (side) antenna is denoted N e . The signals from the individual elements of the side antenna are processed simultaneously in N e parallel receivers (antenna elements).

V každém z těchto přijímačů se signál filtruje, zesiluje a transformuje se na komplexní obálku (tj. směšuje do základního pásma). Způsob této transformace závisí na typu použité modulace vysílaného signálu. V průběhu těchto operací se signál digitalizuje.In each of these receivers, the signal is filtered, amplified, and transformed into a complex envelope (i.e., mixed into a baseband). The method of this transformation depends on the type of modulation of the transmitted signal used. During these operations, the signal is digitized.

V obvodu tvarování svazků se provede lineární transformace souboru Ne signálů jednotlivých elementů na soubor Ns (Ns <Ne) signálů jednotlivých svazků. Ty se dále zpracovávají v procesoru svazků, přičemž postup tohoto zpracování může být velmi různorodý. Zpravidla obsahuje následující operace (v různém pořadí): Dopplerovskou filtraci, integraci, detekci, extrakci dat, sledování a klasifikaci cílů. Výsledkem tohoto zpracování je určení vzdáleností a parciálních svazků, v nichž se hledané objekty nacházejí a okamžiky jejich detekce.In the beam shaping circuit, a linear transformation of the set of Ne signals of the individual elements into a set of Ns (Ns <N e ) of the signals of the individual beams is performed. These are further processed in the beam processor, and the process of this processing can be very varied. It usually includes the following operations (in different order): Doppler filtering, integration, detection, data extraction, tracking and target classification. The result of this processing is to determine the distances and partial beams in which the objects are located and the moments of their detection.

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS

Claims (3)

1. Anténní systém určený pro detekci malých létajících předmětů ve vymezeném úhlového sektoru (Ω), kde úhlový sektor (Ω) je součin azimutální šířky (ΔΦ) a elevační šířky (ΔΘ), vyznačený tím, že obsahuje:Antenna system designed to detect small flying objects in a defined angular sector (Ω), where the angular sector (Ω) is the product of azimuthal width (ΔΦ) and elevation width ((), characterized in that it contains: - vysílač (7) připojený k výškové anténě (1), přičemž výšková anténa (1) obsahuje lineární anténní řadu alespoň dvou anténních elementů (3) s fázovači (9), rozmístěných podél svislé osy (5), a dělič (8) výkonu pro rozdělení signálu z vysílače (7) do paralelních cest k jednotlivým anténním elementům (3);- a transmitter (7) connected to a height antenna (1), the height antenna (1) comprising a linear antenna array of at least two antenna elements (3) with phasers (9) distributed along a vertical axis (5) and a power divider (8) for splitting the signal from the transmitter (7) into parallel paths to individual antenna elements (3); - vícesvazkovou stranovou anténu (2) složenou z lineární anténní řady alespoň dvou anténních elementů (4) rozmístěných podél horizontální osy (6);- a multi-beam side antenna (2) composed of a linear antenna array of at least two antenna elements (4) distributed along a horizontal axis (6); - přijímač (10) systému, obsahující přijímače (13) signálů jednotlivých anténních elementů (4), připojený k obvodu (11) tvarování svazků stranové antény (2);- a system receiver (10) comprising signal receivers (13) of individual antenna elements (4) connected to the beam shaping circuit (11) of the side antenna (2); - procesor (12) pro zpracování signálů jednotlivých svazků (14) signálů zachycených stranovou anténou (2);- a processor (12) for processing the signals of the individual signal bundles (14) captured by the side antenna (2); přičemž výšková anténa (1) je uzpůsobená pro generování svazků (14) signálu o šířce (0v3<ib) v elevaci a azimutální šířkou (ΔΦ);wherein the height antenna (1) is adapted to generate beams (14) of a signal having a width (0v3 <ib) of elevation and an azimuthal width (ΔΦ); a přičemž svazky (15) signálů stranové antény (2) mají šířku (Φββ,ιβ) v azimutu a každý svazek (15) této antény pokrývá celou elevační šířku (ΔΘ) vymezeného úhlového sektoru (Ω);and wherein the side antenna signal beams (15) have azimuth width (Φββ, ιβ) and each antenna beam (15) covers the entire elevation width (ΔΘ) of the defined angular sector (Ω); a přičemž počet (Nv) svazků (14) signálu výškové antény (1) a počet (Ns) svazků (15) signálu stranové antény (2), potřebné pro pokrytí celého vymezeného úhlového sektoru (Ω) jsou rovny:and wherein the number (Nv) of the height antenna signal beams (14) and the number (Ns) of the side antenna signal (2) beams (15) required to cover the entire defined angular sector (Ω) are equal to: Nv = ΔΘ/Θ V3dBÍ Ns = ΔΦ/ΦβΒ,ΙΒNv = ΔΘ / Θ V3dBI Ns = ΔΦ / ΦβΒ, ΙΒ 2. Anténní systém podle nároku 1, vyznačený tím, že obvod (11) tvarování svazků stranové antény (2) je integrální součástí přijímače (10) systému.Antenna system according to claim 1, characterized in that the beam shaping circuit (11) of the side antenna (2) is an integral part of the system receiver (10). -6CZ 32968 U1-6GB 32968 U1 3. Anténní systém podle nároku 1, vyznačený tím, že obvod (11) tvarování svazků stranové antény (2) je integrální součástí procesoru (12).Antenna system according to claim 1, characterized in that the beam shaping circuit (11) of the side antenna (2) is an integral part of the processor (12). 2 výkresy2 drawings
CZ2019-36225U 2019-05-17 2019-05-17 Cross bundle antenna system for detecting small flying objects CZ32968U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019-36225U CZ32968U1 (en) 2019-05-17 2019-05-17 Cross bundle antenna system for detecting small flying objects

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019-36225U CZ32968U1 (en) 2019-05-17 2019-05-17 Cross bundle antenna system for detecting small flying objects

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ32968U1 true CZ32968U1 (en) 2019-06-25

Family

ID=67060192

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2019-36225U CZ32968U1 (en) 2019-05-17 2019-05-17 Cross bundle antenna system for detecting small flying objects

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ32968U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8576112B2 (en) Broadband multifunction airborne radar device with a wide angular coverage for detection and tracking, notably for a sense-and-avoid function
EP3256879B1 (en) Aerial traffic monitoring radar
EP3367124B1 (en) Integrated radar and ads-b
CA1139410A (en) Airport-surveillance system
US7880667B2 (en) Methods and apparatus for using interferometry to prevent spoofing of ADS-B targets
US20100204867A1 (en) Collision avoidance system and method
Kemkemian et al. Toward common radar & EW multifunction active arrays
US11675353B2 (en) System and method for disrupting radio frequency communications of aircraft
CA2961944C (en) Secondary radar able to detect targets at high elevation
WO2019073230A1 (en) Aerial object monitoring system
Cornic et al. Sense and avoid radar using data fusion with other sensors
RU2769037C2 (en) Multifunctional complex of means of detection, tracking and radio countermeasures to the application of small-class unmanned aerial vehicles
US5424744A (en) Sensor arrangement for sensing a threat
EP3230761B1 (en) System and method to provide a dynamic situational awareness of attack radar threats
CZ32968U1 (en) Cross bundle antenna system for detecting small flying objects
US20190383923A1 (en) Coordinated Searching Of An Airspace
Wilson Ground-based sense and avoid support for unmanned aircraft systems
Lai et al. ADS-B based collision avoidance radar for unmanned aerial vehicles
Quilter et al. The application of staring radar to the detection and identification of small Unmanned Aircraft Systems in Monaco
Kemkemian et al. MIMO radar for sense and avoid for UAV
Pirkl et al. HiVision millimeter-wave radar for enhanced vision systems in civil and military transport aircraft
Heinbach et al. Commercially available low probability of intercept radars and non-cooperative ELINT receiver capabilities
Shejbal et al. Active antenna array concepts for precision approach radar
RU2821809C1 (en) Method of countering unmanned aerial vehicles controlled by radio channel
RU2819415C1 (en) Method of countering unmanned aerial vehicles transmitting information to ground receiving station

Legal Events

Date Code Title Description
FG1K Utility model registered

Effective date: 20190625

MK1K Utility model expired

Effective date: 20230517