RU2038608C1 - Radar indicator of elevation of air targets - Google Patents
Radar indicator of elevation of air targets Download PDFInfo
- Publication number
- RU2038608C1 RU2038608C1 SU5031959A RU2038608C1 RU 2038608 C1 RU2038608 C1 RU 2038608C1 SU 5031959 A SU5031959 A SU 5031959A RU 2038608 C1 RU2038608 C1 RU 2038608C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- vertical
- elevation
- horizontal
- target
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в наземных РЛС различного назначения для измерения углов места воздушных целей во всем угломестном секторе положительных углов места. The invention relates to radar and can be used in ground-based radars for various purposes for measuring elevation angles of air targets in the entire elevated sector of positive elevation angles.
Известно угломерное устройство радиолокационной станции [1] содержащее три разнесенные по высоте антенны, связанные с тремя каналами приема сигналов, устройство измерения сдвигов фаз принимаемых сигналов и операционный блок с устройством памяти, определяющий по измеренным сдвигам фаз направление на цель. Known goniometric device of a radar station [1] containing three spaced apart antennas associated with three channels of receiving signals, a device for measuring phase shifts of received signals and an operation unit with a memory device that determines the direction to the target from the measured phase shifts.
Недостатком этого устройства является то, что антенная система состоит из трех разнесенных по высоте антенн и поэтому громоздка и имеет большой вертикальный размер. The disadvantage of this device is that the antenna system consists of three antennas spaced apart in height and is therefore bulky and has a large vertical size.
Известна также РЛС с качающейся диаграммой направленности антенны [2] содержащая приемопередающую антенну, имеющую узкую по углу места диаграмму направленности. Такая РЛС измеряет угол места цели путем непрерывного механического качания (вращения) антенны в вертикальной плоскости цели. Also known radar with a swinging radiation pattern of the antenna [2] containing a transceiver antenna having a narrow radiation angle. Such a radar measures the elevation angle of the target by continuous mechanical swing (rotation) of the antenna in the vertical plane of the target.
Недостатком этой РЛС является то, что антенна должна иметь узкую диаграмму направленности в вертикальной плоскости и, следовательно, большой по сравнению с длиной волны вертикальный размер апертуры. Кроме того, необходимо качать эту громоздкую антенну по углу места. The disadvantage of this radar is that the antenna should have a narrow radiation pattern in the vertical plane and, therefore, the vertical aperture size is large compared to the wavelength. In addition, you need to swing this bulky antenna in elevation.
Наиболее близкой к изобретению является моноимпульсная радиолокационная система фазовой пеленгации [2] используемая например, для измерения угла места и сопровождения целей в вертикальной плоскости, приемная часть которой содержит две разнесенные по высоте идентичные антенны, принимающие радиоволны одинаковой (например, вертикальной) поляризации, два приемника, соответственно связанные с этими антеннами, фазовращатель на 90о в одном из каналов приема, фазовый детектор, детектирующий выходные напряжения приемников, и электродвигатель с редуктором и усилителем сигнала рассогласования, управляемый выходным напряжением фазового детектора и вращающий антенную систему по углу места. Два одинаковых приемника прототипа преобразуют принимаемые сигналы на промежуточную частоту с помощью смесителей и общего гетеродина, усиливают сигналы в усилителях промежуточной частоты и ограничивают их по амплитуде с помощью ограничителей. Информация об угле места цели содержится в фазах принимаемых сигналов. Когда ось антенной системы совпадает с направлением на цель, сигнал рассогласования на выходе фазового детектора равен
нулю и электродвигатель не вращает антенную систему. При отклонении цели по углу места от направления оси антенны появляется сигнал рассогласования, который вызывает вращение электродвигателя и антенн по углу места до совпадения оси антенной системы с направлением на цель. При этом угол места цели определяют по текущему угломестному положению антенной системы. В состав прототипа входит также импульсный передатчик с передающей антенной. В качестве передающей антенны можно использовать приемную антенную систему, переключая ее с передачи на прием с помощью антенного переключателя.Closest to the invention is a monopulse phase direction finding radar system [2] used, for example, for measuring elevation and tracking targets in a vertical plane, the receiving part of which contains two identical antennas spaced apart in height, receiving radio waves of the same (for example, vertical) polarization, two receivers respectively associated with these antennas, the phase shifter 90 on one of the receive channels, a phase detector, detecting the output voltages of the receivers, and a motor with a reducer and amplifier of the error signal, controlled by the output voltage of the phase detector and rotating the antenna system in elevation. Two identical prototype receivers convert the received signals to an intermediate frequency using mixers and a common local oscillator, amplify the signals in the intermediate frequency amplifiers and limit them in amplitude with the help of limiters. Information about the elevation angle of the target is contained in the phases of the received signals. When the axis of the antenna system coincides with the direction to the target, the error signal at the output of the phase detector is
zero and the electric motor does not rotate the antenna system. When the target deviates in elevation from the direction of the antenna axis, a mismatch signal appears that causes the motor and antennas to rotate in elevation until the axis of the antenna system coincides with the direction to the target. In this case, the elevation angle of the target is determined by the current elevation position of the antenna system. The prototype also includes a pulse transmitter with a transmitting antenna. As a transmitting antenna, you can use the receiving antenna system, switching it from transmission to reception using the antenna switch.
Недостатками данной радиолокационной системы являются неоднозначность определения угла места цели, для устранения которой используют антенны с узкими диаграммами направленности, что приводит к значительному увеличению вертикального размера апертуры антенны, а также наличие электропривода вращения антенн по углу места. Кроме того, при работе в секторе малых углов места отраженные от земли эхо-сигналы цели мешают работе устройства и снижают точность измерения угла места. The disadvantages of this radar system are the ambiguity of determining the elevation angle of the target, to eliminate which use antennas with narrow radiation patterns, which leads to a significant increase in the vertical size of the aperture of the antenna, as well as the presence of an electric drive for rotating the antennas in elevation. In addition, when working in the sector of small elevation angles, reflected from the ground echoes of the target interfere with the operation of the device and reduce the accuracy of measuring the elevation angle.
Техническими задачами изобретения являются устранение неоднозначности определения угла места цели во всем угломестном секторе положительных углов места, исключение сложной операции вращения антенной системы по углу места, а также устранение вредного влияния отраженных от земли эхо-сигналов цели на точность измерения угла места путем использования в работе устройства только этих сигналов для достижения положительного эффекта. The technical objectives of the invention are to eliminate the ambiguity of determining the elevation angle of the target in the entire elevational sector of positive elevation angles, to eliminate the complex operation of rotating the antenna system in elevation, and also to eliminate the harmful effects of target echoes reflected from the ground on the accuracy of elevation measurement by using the device only these signals to achieve a positive effect.
Для этого в радиолокационном измерителе угла места воздушных целей, содержащем приемопередающую антенную систему, излучающую и принимающую линейно поляризованные радиоволны, импульсный передатчик, два приемника и антенный переключатель, подключающий антенную систему к передатчику при передаче и к соответствующим приемникам при приеме эхо-сигналов целей, антенная система выполнена в виде одной зеркальной антенны с расположенным в фокусе параболического зеркала облучателем из двух взаимно перпендикулярных симметричных вибраторов с общим металлическим контррефлектором, а ось параболического зеркала антенны наклонена вниз по углу места на половину угломестной ширины диаграммы направленности антенны по нулям, вертикальный вибратор облучателя связан через антенный переключатель с приемником сигналов вертикальной поляризации, а горизонтальный вибратор с приемником горизонтальной поляризации, в состав устройства дополнительно включены фазометр, измеряющий сдвиг фаз Δ φ принимаемых сигналов, и спецвычислитель, определяющий по этому сдвигу фаз угол места цели θ путем решения следующего трансцендентного уравнения:
2arg -
2arg Δφ 0, (1) где λ длина волны;
ε σ относительная диэлектрическая проницаемость и проводимость земной поверхности вблизи антенны соответственно;
arg обозначение операции вычисления аргумента комплексного числа.To do this, in a radar meter for elevation of aerial targets, containing a transceiver antenna system that emits and receives linearly polarized radio waves, a pulse transmitter, two receivers and an antenna switch that connects the antenna system to the transmitter during transmission and to the respective receivers when receiving target echoes, antenna the system is made in the form of one mirror antenna with an irradiator from two mutually perpendicular symmetric vibrators located at the focus of the parabolic mirror a common metal counterreflector, and the axis of the antenna’s parabolic mirror is tilted down half the elevation angle of the antenna radiation pattern to zeros, the vertical vibrator of the irradiator is connected through the antenna switch to the receiver of vertical polarization signals, and the horizontal vibrator to the receiver of horizontal polarization, the device is additionally included a phase meter that measures the phase shift Δ φ of the received signals, and a special calculator that determines the elevation angle of the target θ put from this phase shift We are solving the following transcendental equation:
2arg -
ε σ the relative dielectric constant and conductivity of the earth's surface near the antenna, respectively;
arg designates the operation of computing the argument of a complex number.
При этом антенну по углу места не вращают и из состава прототипа устранены фазовращатель на 90о, фазовый детектор и электродвигатель вращения антенны по углу места с редуктором и усилителем сигнала рассогласования. Полагается также, что входящие в уравнение (1) электрические параметры (ε и σ) земной поверхности на площадке вблизи антенны известны или заранее измерены каким-либо известным способом.In this case, the antenna is not rotated in elevation and the phase shifter of 90 ° , a phase detector and an antenna rotation motor in elevation with a gearbox and an error signal amplifier are eliminated from the prototype. It is also believed that the electrical parameters (ε and σ) of the earth's surface included in equation (1) at a site near the antenna are known or previously measured in any known manner.
На фиг. 1 представлена упрощенная структурная схема предложенного устройства, а также конструкция антенны, ее диаграмма направленности и луч отраженной от земли радиоволны; на фиг. 2 расчетная зависимость сдвига фаз Δ φ принимаемых сигналов от угла места цели θ. In FIG. 1 shows a simplified structural diagram of the proposed device, as well as the design of the antenna, its radiation pattern and the beam of the radio wave reflected from the ground; in FIG. 2, the calculated dependence of the phase shift Δ φ of the received signals on the elevation angle of the target θ.
Радиолокационный измеритель угла места воздушных целей содержит металлическое параболическое зеркало 1 приемопередающей антенны, вертикальный 2 и горизонтальный 3 симметричные вибраторы облучателя, общий металлический контррефлектор 4 облучателя, антенный переключатель 5, который подключает при передаче оба вибратора 2 и 3 параллельно к импульсному передатчику, а при приеме вибратор 2 к приемнику 7 сигнала вертикальной поляризации и вибратор 3 к приемнику 8 горизонтальной поляризации, фазометр 9, измеряющий сдвиг фаз Δ φ напряжений , сигналов вертикальной и горизонтальной поляризации на выходах приемников 7 и 8 по промежуточной частоте, и спецвычислитель 10, определяющий угол места цели θ по измеренному сдвигу фаз Δ φ путем решения трансцендентного уравнения (1) в секторе положительных углов места.The radar meter for elevation of air targets contains a metal
Принцип действия предложенного устройства поясняется следующим. Ось зеркальной антенны устройства наклонена вниз по углу места на половину угломестной ширины диаграммы направленности антенны по нулям, поэтому антенна практически излучает и принимает только отражающиеся от земли радиоволны вертикальной и горизонтальной поляризации, а прямые радиоволны антенна-цель и цель-антенна устройство почти не излучает и не принимает. The principle of operation of the proposed device is illustrated as follows. The axis of the device’s mirror antenna is tilted down by half the elevation angle of the antenna radiation pattern to zeros, so the antenna practically emits and receives only vertical and horizontal polarized waves reflected from the ground, and the device almost does not radiate direct antenna-target and target-antenna waves and does not accept.
Приемники 7 и 8 также, как и в прототипе, имеют одинаковые фазовые характеристики. С учетом этих замечаний, комплексные амплитуды напряжений , сигналов вертикальной и горизонтальной поляризации на выходах приемников 7 и 8 определяются следующими формулами: F
× K (2) на выходе приемника вертикальной поляризации 7 и
F
× K (3) на выходе приемника горизонтальной поляризации 8, где , комплексные коэффициенты усиления приемников 7 и 8;
λ длина волны;
Gмв, Gмг максимальные коэффициенты усиления зеркальной антенны для вертикально и горизонтально поляризованных радиоволн;
r наклонная дальность по углу отраженной от земли волны между антенной и целью;
P мощность передатчика;
Rпв, Rпг входные сопротивления приемников 7 и 8;
σцв, σцг эффективные отражающие поверхности цели для радиоволн вертикальной и горизонтальной поляризации;
θ угол места цели;
θо угол наклона вниз оси зеркала антенны (положительный);
Fв(θo-θ), Fг(θo-θ) нормированные диаграммы направленности зеркальной антенны в вертикальной плоскости для вертикально и горизонтально поляризованных радиоволн;
φов, φог изменение фаз радиоволн вертикальной и горизонтальной поляризации при отражении от цели;
Кш коэффициент шероховатости, учитывающий ослабление интенсивности волны из-за рассеяния на мелкомасштабных неровностях земли (вещественный и не зависит от поляризации);
ε σ относительная диэлектрическая проницаемость и проводимость земной поверхности.Receivers 7 and 8 as well as in the prototype, have the same phase characteristics. Given these observations, complex stress amplitudes , the signals of vertical and horizontal polarization at the outputs of the receivers 7 and 8 are determined by the following formulas:
× K (2) at the output of the vertical polarization receiver 7, and
F
× K (3) at the output of the horizontal polarization receiver 8, where , complex gain of receivers 7 and 8;
λ wavelength;
G mv , G mg maximum gains of the mirror antenna for vertically and horizontally polarized radio waves;
r slant range in the angle of the wave reflected from the ground between the antenna and the target;
P transmitter power;
R pv , R pg input impedance of receivers 7 and 8;
σ tsv , σ tsg are the effective reflective surfaces of the target for radio waves of vertical and horizontal polarization;
θ target elevation angle;
θ about the angle of inclination down the axis of the antenna mirror (positive);
F in (θ o -θ), F g (θ o -θ) normalized radiation patterns of the reflector antenna in the vertical plane for vertically and horizontally polarized radio waves;
φ s , φ og change of phases of radio waves of vertical and horizontal polarization upon reflection from the target;
To w the roughness coefficient, taking into account the attenuation of the wave intensity due to scattering on small-scale irregularities of the earth (material and does not depend on polarization);
ε σ is the relative dielectric constant and conductivity of the earth's surface.
Известно, что при отражении радиоволн вертикальной и горизонтальной поляризации от воздушных шаров, боеголовок, ракет и других простых по форме целей, приближенно имеющих осевую симметрию, изменения фазы радиоволны φов и φог будут примерно одинаковыми для обеих поляризаций. т.е. φов ≈ φог. Предложенное устройство предназначено для измерения углов места таких целей.It is known that when vertical and horizontal polarization radio waves are reflected from balloons, warheads, missiles, and other simple-shaped targets with approximately axial symmetry, the changes in the phase of the radio wave φ s and φ og will be approximately the same for both polarizations. those. cp s ≈ φ lim. The proposed device is intended for measuring elevation angles of such targets.
Вычисляя из формул (2) и (3) сдвиг фаз напряжений и c учетом приведенных выше замечаний, получим трансцендентное уравнение (1) для определения угла места цели θ. Уравнение (1) имеет единственное решение во всем угломестном секторе положительных углов места, что полностью устраняет присущую прототипу неоднозначность определения угла места при любых размерах антенны. Это можно видеть на фиг. 2, где представлена расчетная зависимость сдвига фаз Δ φ от θ угла места цели. Эта зависимость имеет монотонно возрастающий характер, что гарантирует единственность решения трансцендентного уравнения (1) и однозначное определение угла места. Этот график рассчитан по формуле (1) для длины волны λ 0,35 м над морем.Calculating from formulas (2) and (3) the phase shift of the stresses and taking into account the above remarks, we obtain the transcendental equation (1) to determine the target elevation angle θ. Equation (1) has a unique solution in the entire elevation sector of positive elevation angles, which completely eliminates the inherent ambiguity of determining the elevation angle for any antenna size. This can be seen in FIG. 2, where the calculated dependence of the phase shift Δ φ on θ of the elevation angle of the target is presented. This dependence has a monotonically increasing character, which guarantees the uniqueness of the solution of transcendental equation (1) and an unambiguous determination of the elevation angle. This graph is calculated according to formula (1) for a wavelength of λ 0.35 m above the sea.
Таким образом, предложенное устройство может быть практически реализовано, а приведенные выше отличительные признаки являются существенными и принципиально необходимы для реализации устройства. Thus, the proposed device can be practically implemented, and the above distinguishing features are essential and fundamentally necessary for the implementation of the device.
Перечисленные выше элементы структурной схемы предложенного устройства (фиг. 1) выполнены следующим образом. Зеркало 1 антенны металлическое сплошное и выполнено в виде вырезки из параболоида вращения или параболического цилиндра. Облучатель антенны состоит из вертикального и горизонтального симметрических вибраторов 2 и 3, расположенных в фокусе зеркала, а общий контррефлектор 4 выполнен в виде металлического диска. Остальные элементы устройства выполнены по обычным известным схемам, а в качестве спецвычислителя 10 можно использовать обычную микроЭВМ. The above elements of the structural diagram of the proposed device (Fig. 1) are made as follows. The
Радиолокационный измеритель работает следующим образом. Radar meter works as follows.
Передатчик 6 формирует высокочастотный импульсный зондирующий сигнал, который через антенный переключатель 5 поступает к вибраторам 2 и 3 облучателя зеркальной антенны. Антенна устройства излучает и принимает вертикально и горизонтально поляризованные радиоволны только в нижней полусфере, а в верхней полусфере антенна почти не излучает и не принимает. Излучаемые антенной радиоволны отражаются от земной поверхности и приходят к цели. Отраженный от цели эхо-сигнал после отражения от земли принимается антенной, а прямые радиоволны цель-антенна почти не принимаются. Принятый эхо-сигнал вертикальной поляризации через антенный переключатель 5 поступает на приемник 7, а эхо-сигнал горизонтальной поляризации на приемник 8. Фазометр 9 измеряет сдвиг фаз Δ φ принятых сигналов, а спецвычислитель 10 определяет по этому сдвигу фаз и известным параметрам λ ε и σ угол места цели θ путем решения трансцендентного уравнения (1). The transmitter 6 generates a high-frequency pulse sounding signal, which through the
Следует отметить, что предложенное устройство может быть использовано также для пеленгации по углу места линейно поляризованных источников радиоизлучения, вектор поляризации которых имеет вертикальную и горизонтальную составляющие. It should be noted that the proposed device can also be used for direction finding of linearly polarized sources of radio emission, the polarization vector of which has vertical and horizontal components.
Таким образом, предложенное устройство может быть практически реализовано, имеет существенные отличительные признаки, полностью устраняет неоднозначность определения угла места цели во всем угломестном секторе положительных углов, позволяет не менее чем вдвое сократить вертикальный размер антенной системы при прочих равных условиях, устраняет сложную операцию вращения антенн по углу места и вредное влияние отраженных от земли эхо-сигналов цели на точность измерения угла места, при этом использует в работе только эти сигналы для достижения положительного эффекта. Thus, the proposed device can be practically implemented, has significant distinguishing features, completely eliminates the ambiguity of determining the elevation angle of the target in the entire elevated sector of positive angles, allows at least halving the vertical size of the antenna system, ceteris paribus, eliminates the complex operation of rotating the antennas by elevation angle and the harmful effect of target echoes reflected from the ground on the accuracy of elevation measurement, while using only these signals in order to reach Izhzii positive effect.
Claims (1)
где Dv сдвиг фаз принятых сигналов вертикальной и горизонтальной поляризации;
l длина волны;
e,σ относительная диэлектрическая проницаемость и проводимость земной поверхности вблизи антенны соответственно.RADAR ANGLE TARGET MEASUREMENT, comprising a transceiver antenna system, a pulse transmitter, two receivers and an antenna antenna switch from transmission to reception, characterized in that the antenna system is made in the form of a mirror antenna with an irradiator of two mutually perpendicular vertical and horizontal symmetrical vibrators with a common counterreflector, and the axis of the parabolic mirror of the antenna is tilted down along the elevation angle by half the elevation radiation pattern at zero, vertically cial vibrator illuminator is connected via a duplexer to receiver vertical polarization signals and the horizontal oscillator with the receiver horizontal polarization signals, and further introduced phase meter for measuring the phase shift of the received signals of vertical and horizontal polarization, and a calculator to determine the angle q purpose place by the formula
where Dv is the phase shift of the received vertical and horizontal polarization signals;
l wavelength;
e, σ are the relative permittivity and conductivity of the earth's surface near the antenna, respectively.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5031959 RU2038608C1 (en) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | Radar indicator of elevation of air targets |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5031959 RU2038608C1 (en) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | Radar indicator of elevation of air targets |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2038608C1 true RU2038608C1 (en) | 1995-06-27 |
Family
ID=21599174
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5031959 RU2038608C1 (en) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | Radar indicator of elevation of air targets |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2038608C1 (en) |
-
1992
- 1992-03-12 RU SU5031959 patent/RU2038608C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Заявка Японии N 52-10634, кл. G 01S 13/02, 1977. * |
2. Радиотехнические системы. Под ред.Ю.М.Казаринова. М.: Высшая школа, 1990, с.405-407. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5557282A (en) | Height finding antenna apparatus and method of operation | |
US2223224A (en) | Radio speed and drift indicator | |
US5345243A (en) | Continuous-wave reflection transmissometer with target discrimination using modulated targets | |
US3221328A (en) | Sum-difference direction-finding device | |
US7535407B2 (en) | Apparatus using continuous-wave radiation for detecting and locating targets hidden behind a surface | |
US2472212A (en) | Method of locating beacons | |
US2421028A (en) | Wave reflection aircraft detector using rotating polarization | |
US4160251A (en) | Hybrid dual mode radiometric system | |
US3040310A (en) | Radar tracking and antenna systems | |
US3883876A (en) | High frequency radiometric target seeking and tracking apparatus | |
RU2038608C1 (en) | Radar indicator of elevation of air targets | |
US3618091A (en) | Conical antenna system | |
US3171125A (en) | Radar countermeasures antenna system | |
US3307183A (en) | Conical scan radar system and antenna | |
US3026513A (en) | Dual beam tracking system | |
RU2038607C1 (en) | Method of measurement of elevation of low-altitude targets | |
US3525993A (en) | Direction responsive vehicle speed measuring police radar apparatus | |
US4005414A (en) | Method for providing means to eliminate ambiguous polarization effects on phase and amplitude of radar backscatter due to unknown target aspect angle | |
US3106708A (en) | Means for obtaining tricoordinate radar information | |
RU2699079C1 (en) | Direction finding method and broadband direction finder for realizing said method | |
US3697993A (en) | Airborne pulse doppler radar system | |
US3760420A (en) | Radiation seeker | |
US3308457A (en) | Radar tracking amplifying system | |
RU2194288C2 (en) | Radar system | |
RU2127437C1 (en) | Method of radar fixing of coordinates of targets |