RU2033627C1

RU2033627C1 - Method of monopulse determination of angular coordinates of object

Info

Publication number: RU2033627C1
Application number: RU92000829A
Authority: RU
Inventors: Э.А. Ишкова
Original assignee: Научно-исследовательский институт радиоприборостроения
Priority date: 1992-10-15
Filing date: 1992-10-15
Publication date: 1995-04-20

Abstract

FIELD: radiolocation. SUBSTANCE: device for realization of method has N sections of phased arrays 1, N elements of phased arrays 2, matrix 3, summarizing- differentiating converter 4, finder 5 of angular position of objects, phase calculator 6 for elements of phased arrays, calculator 7 of phase section substitutions, calculator 8 of standard discriminator characteristics which enables precision of angular measurements to be increased and working section of discriminator characteristic to be expanded with reference to radars with phased arrays thanks to two-stage phasing-in when matrix with controlled phase shifts is used. EFFECT: increased precision of angular measurements and expanded discriminator characteristic. 3 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано для точного определения координат объекта, например, при контроле за обстановкой в зоне аэродрома, при наблюдении за искусственными космическими объектами и т.п. The invention relates to radar technology and can be used to accurately determine the coordinates of the object, for example, when monitoring the situation in the area of the airfield, when observing artificial space objects, etc.

Известен способ моноимпульсного определения угловых координат, при котором расстановка парциальных лучей, а следовательно, и дискриминаторная (разностная) характеристика жестко зависят от конструкции антенны. Кроме того, используется только линейная часть дискриминаторной характеристики. A known method of monopulse determination of angular coordinates, in which the arrangement of partial rays, and therefore the discriminant (difference) characteristic is strictly dependent on the design of the antenna. In addition, only the linear part of the discriminatory characteristic is used.

При усложнении требований к РЛС и переходе от зеркальных антенн к фазированным антенным решеткам (ФАР) возникает зависимость формы парциальных лучей от угла электронного отклонения, т.е. от заданного на антенну целеуказания. With increasing complexity of the requirements for radar and the transition from mirror antennas to phased array antennas (PAR), the shape of the partial rays depends on the angle of electronic deviation, i.e. from target designation to the antenna.

Известен способ моноимпульсного определения угловых координат объекта в системе с ФАР, при котором совокупность делителей, фазовращателей и сумматоров представляет собой так называемую лучеобразующую матрицу, с выхода которой снимаются пять искомых парциальных сигналов моноимпульса, образованных из принятого сигнала. Далее из парциальных образуются сигналы рассогласования, по которым определяются угловые координаты по известной крутизне эталонной дискриминаторной характеристике (ЭДХ). В принципе матричные схемы можно рассматривать применительно как к элементам, так и к группам элементов (секциям). There is a method of monopulse determination of the angular coordinates of an object in a system with a PAR, in which the combination of dividers, phase shifters and adders is a so-called beam-forming matrix, from the output of which five desired partial monopulse signals generated from the received signal are removed. Further, the mismatch signals are formed from the partial ones, according to which the angular coordinates are determined by the known steepness of the reference discriminatory characteristic (EDH). In principle, matrix schemes can be considered in relation to both elements and groups of elements (sections).

Основной недостаток этого способа заключается в том, что взаимное расположение парциальных лучей и ориентация их связки в пространстве не регулируются в зависимости от целеуказания. Кроме того, никак не учитывается влияние текущих неисправностей собственно ФАР (отдельных элементов или секций) и других устройств пространственной обработки сигнала, не приводящих к полному отказу РЛС. The main disadvantage of this method is that the relative position of the partial rays and the orientation of their bundles in space are not regulated depending on the target designation. In addition, the influence of the current faults of the headlight itself (of individual elements or sections) and other spatial signal processing devices that do not lead to a complete radar failure is not taken into account.

Аналоговая матрица может быть заменена цифровой, но при прямом функциональном "копировании" результат останется тем же. The analog matrix can be replaced by a digital one, but with direct functional “copying” the result will remain the same.

Отмеченные недостатки ограничивают точность угловых измерений РЛС с ФАР. The noted drawbacks limit the accuracy of angular measurements of radar with headlamps.

Использование только линейной части дискриминаторной характеристики (ДХ) также ограничивает возможности РЛС. The use of only the linear part of the discriminant characteristic (DX) also limits the capabilities of the radar.

Целью изобретения является повышение точности угловых измерений моноимпульсным методом, а также расширение рабочего участка ДХ применительно к РЛС с ФАР. The aim of the invention is to improve the accuracy of angular measurements by a single-pulse method, as well as the expansion of the working area of the HF as applied to radars with headlamps.

Это достигается тем, что для каждого произвольного целеуказания связку парциальных лучей формируют индивидуально, что позволяет каждый раз формировать ДХ оптимально, т.е. выбирать углы разделения и ориентацию плоскостей пеленгации в пространстве с учетом искажений за счет электронного сканирования, что является техническим результатом. Также индивидуально для каждого целеуказания рассчитывают ЭДХ с учетом текущих неисправностей. ЭДХ аппроксимируют кусочно-линейной зависимостью с расчетными опорными точками, что позволяет использовать не только линейный участок ДХ, но и прилегающие к нему монотонные участки. This is achieved by the fact that for each arbitrary target designation, a bunch of partial rays is formed individually, which allows each time to form a DC optimally, i.e. to choose the separation angles and the orientation of the direction finding planes in space, taking into account distortions due to electronic scanning, which is a technical result. Also individually for each target designation, the EDH is calculated taking into account current malfunctions. The EDHs are approximated by a piecewise-linear dependence with the calculated reference points, which makes it possible to use not only the linear portion of the DC, but also the adjacent monotonous sections.

Техническая реализация способа достигается за счет двухступенчатой схемы фазирования при использовании матрицы (цифровой или аналоговой) с управляемыми фазовыми сдвигами. Для определения направления каждого парциального луча используется специально введенная подвижная система координат. ЭДХ рассчитывается для двух плоскостей пеленгации на идеализированной имитационной математической модели с учетом текущих неисправностей. The technical implementation of the method is achieved through a two-stage phasing scheme using a matrix (digital or analog) with controlled phase shifts. To determine the direction of each partial ray, a specially introduced moving coordinate system is used. The EDC is calculated for two direction finding planes on an idealized simulation mathematical model taking into account current faults.

На фиг. 1 показана структурная схема аппаратуры РЛС, осуществляющей так называемую пространственную обработку приемного сигнала и определение угловых координат, где 1 N секций ФАР, 2 N элементов ФАР с управляющими фазами, 3 матрица, 4 суммарно-разностный преобразователь, 5 определитель углового положения объекта, 6 вычислитель фаз для элементов ФАР, 7 вычислитель фазовых подставок секций, 8 вычислитель ЭДХ; на фиг. 2, 3 схема двухступенчатого фазирования центрального и отклоненного луча соответственно. In FIG. 1 shows a structural diagram of the radar equipment performing the so-called spatial processing of the receiving signal and determining the angular coordinates, where 1 N sections of the PAR, 2 N elements of the PAR with control phases, 3 matrix, 4 sum-difference converter, 5 determinant of the angular position of the object, 6 calculator phases for PAR elements; 7 calculator of phase support of sections; 8 calculator of EDH; in FIG. 2, 3 a scheme of two-stage phasing of the central and deflected beam, respectively.

Предложенный способ заключается в том, что принятый от объекта сигнал (см. фиг. 1) предварительно фазируют в элементах раскрыва 2, суммируют в пределах каждой секции 1 и преобразуют в матрице 3 в пять парциальных сигналов путем пятикратной весовой обработки n-мерного массива сигналов секций пятью независимыми n-мерными массивами фазовых подставок, определяющими индивидуальную независимость установки каждого из пяти парциальных лучей. The proposed method consists in the fact that the signal received from the object (see Fig. 1) is pre-phased in the elements of the aperture 2, summed within each section 1 and converted into the matrix 3 into five partial signals by five times the weight processing of the n-dimensional array of section signals five independent n-dimensional arrays of phase supports, which determine the individual independence of the installation of each of the five partial rays.

Таким образом, фазирование осуществляется как в элементах ФАР, так и в матрице. Thus, phasing is carried out both in the PAR elements and in the matrix.

Рассмотрим двухступенчатое фазирование более подробно (см. фиг. 2, 3) на примере линейки из четырех секций. Consider the two-stage phasing in more detail (see Fig. 2, 3) on the example of a line of four sections.

Для поворота луча на угол α_o методом электронного сканирования необходимо сформировать наклонный по отношению к раскрыву фазовый фронт П_о (фиг. 2). Фазу каждого элемента в раскрыве можно представить в виде двух слагаемых: линейно меняющегося в пределах секций, но повторяющегося для всех секций ("пила") и постоянного в пределах секций, но скачкообразно меняющегося от одной секции к другой ("подставка").To rotate the beam at an angle α _o by electronic scanning, it is necessary to form a phase front P _o inclined with respect to the opening (Fig. 2). The phase of each element in the aperture can be represented in the form of two terms: linearly varying within the sections, but repeating for all sections ("saw") and constant within the sections, but abruptly changing from one section to another ("stand").

Так как в пределах секции фаза для каждого элемента обычно рассчитывается (в вычислителе 6) путем последовательного прибавления постоянной величины ΔF 2πa/λ sin α_o (где а/λ относительный шаг решетки), а подставка F_o в зависимости от координаты центра секции относительно центра ФАР, в раскрыве ФАР устанавливается фазовый фронт П_о ¹, параллельный заданному П_о, что не влияет на результирующую амплитудную диаграмму направленности (ДН).Since the phase for each element within the section is usually calculated (in calculator 6) by successively adding a constant value ΔF 2πa / λ sin α _o (where a / λ is the relative lattice spacing), and the substitution F _o depending on the coordinate of the center of the section relative to the center HEADLIGHTS, in the aperture of the HEADLIGHTS, a phase front P _o ^{1 is established} , parallel to the given P _o , which does not affect the resulting amplitude radiation pattern (LH).

Для получения смещенного на угол α_п парциального луча необходимо сформировать фазовый фронт П₁, для чего ввести фазовое слагаемое типа "подставка" F_п (см. фиг. 3). Как и в предыдущем случае, П₁трансформируется в П₁ ¹, но в отличие от П_о это изначально ломаная линия, а угол разворота α_o+ α_п определяется ее линейной составляющей П₁ ¹¹. Смещение фазового центра ОО¹ в обоих случаях одинаково, а следовательно, при прочих равных условиях фазовые центры парциальных лучей совпадают.To obtain a partial ray shifted by an angle α _p, it is necessary to form a phase front P ₁ , for which a phase term of the “stand” type F _p must be introduced (see Fig. 3). As in the previous case, П _{1 is} transformed into П ₁ ¹ , but unlike П _о this is an initially broken line, and the rotation angle α _o + α _п is determined by its linear component П ₁ ¹¹ . The shift of the phase center OO ¹ in both cases is the same, and therefore, ceteris paribus, the phase centers of the partial rays coincide.

Если "пила" реализуется в фазовращателях секций, а суммарная подставка F_o + F_п в матрице (цифровой или аналоговой с управляемыми фазовыми сдвигами), имеем двухступенчатую схему фазирования в чистом виде, которая позволяет формировать парциальные лучи независимо друг от друга, как это и предлагается в заявке. В предельном случае, когда секция состоит из одного элемента, переходим в смысле фазирования к так называемой активной решетке.If the "saw" is implemented in the phase shifters of the sections, and the total stand F _o + F _p in the matrix (digital or analog with controlled phase shifts), we have a two-stage phasing scheme in its pure form, which allows the formation of partial beams independently of each other, like this and proposed in the application. In the extreme case, when a section consists of one element, we pass in the sense of phasing to the so-called active lattice.

Если "пила" и F_o реализуются в фазовращателях секций, а F_п в матрице с неуправляемыми фазовыми сдвигами, имеем одноступенчатую схему фазирования, где матрица только "размножает" лучи, но не управляет их относительным расположением в зависимости от заданного целеуказания (в нашем примере α_o). Введение управляемых фазовращателей в матрицу, обрабатывающую только F_п, технически бессмысленно.If the “saw” and F _o are realized in section phase shifters, and F _p in a matrix with uncontrolled phase shifts, we have a one-stage phasing scheme, where the matrix only “propagates” the beams, but does not control their relative location depending on the specified target designation (in our example α _o ). The introduction of controlled phase shifters into a matrix processing only F _p is technically pointless.

Расстановка парциальных лучей, сводящаяся к расчету пятимерных массивов фазовых весовых коэффициентов в вычислителе 7 (см. фиг. 1), производится в подвижной системе координат, что позволяет скорректировать угол разделения в зависимости от целеуказания и сохранить взаимную перпендикулярность плоскостей пеленгации в пространстве. The arrangement of partial rays, which is reduced to the calculation of five-dimensional arrays of phase weighting coefficients in calculator 7 (see Fig. 1), is performed in a moving coordinate system, which allows you to adjust the separation angle depending on the target designation and preserve the mutual perpendicularity of direction finding planes in space.

Суммарно-разностный преобразователь 4 трансформирует пять парциальных сигналов в два нормированных сигнала рассогласования, несущих информацию об отклонении объекта от целеуказания. Sum-difference Converter 4 transforms five partial signals into two normalized error signals that carry information about the deviation of the object from target designation.

Вычислитель ЭДХ с учетом направлений парциальных лучей, рабочей частоты и текущих неисправностей, информация о которых поступает к нему от секций 1, рассчитывает заданное количество точек ЭДХ (5-7 точек для каждой плоскости пеленгации). The EDC calculator, taking into account the directions of the partial rays, the operating frequency, and current faults, information about which comes to it from sections 1, calculates a given number of EDC points (5-7 points for each direction finding plane).

Этот прием позволяет максимально использовать монотонную часть дискриминаторной характеристики с учетом ее растяжения в зависимости от отклонения целеуказания от нормали к раскрыву ФАР. This technique allows you to maximize the use of the monotonous part of the discriminatory characteristics, taking into account its stretching, depending on the deviation of the target designation from the normal to the opening of the PAR.

Определение углового положения цели производят сравнением двух сигналов рассогласования с эталонными в предположении, что ЭДХ аппроксимируется двумя цилиндрами с линейной образующей и кусочно-линейными направляющими с расчетными опорными точками. The angular position of the target is determined by comparing the two mismatch signals with the reference ones under the assumption that the EDC is approximated by two cylinders with a linear generatrix and piecewise linear guides with calculated reference points.

Claims

METHOD FOR MONOPULSE DETERMINATION OF ANGLE OBJECT COORDINATES, which consists in receiving signals from an object, converting the received signals into partial ones, determined by the arrangement of partial rays relative to target designation, by multiplying each of the received signals by components, the number of which is equal to the desired number of partial rays, into each component the received signal is introduced phase shift, summarize the same components of the received signal, with each sum is a partial signal, partial the signals are converted into mismatch signals, which determine the angular coordinates of the object, characterized in that the values of the phase shifts forming the partial components introduced into each component of the received signal are calculated individually and independently from each other for each target designation using a moving coordinate system, the polar axis which coincides with the target designation, and before determining the angular coordinates of the target, a discriminating characteristic standard is formed with the same phase shifts individually for each target designation, taking into account the correction of errors introduced by equipment malfunctions, approximate the discriminating characteristic standard with a piecewise-linear dependence with the calculated reference points, mismatch signals are compared with the discriminating characteristic standard, the interval on the discriminating characteristic standard between points is determined by comparing the corresponding mismatch signal, determine the angular deviation from the equal direction of the object, assuming that it is dependent The discriminant characteristic of the angle within the interval is linear.