RU2040009C1 - Radar for locating low-speed airborne targets at medium altitudes in earth echo region - Google Patents

Radar for locating low-speed airborne targets at medium altitudes in earth echo region Download PDF

Info

Publication number
RU2040009C1
RU2040009C1 SU5045406A RU2040009C1 RU 2040009 C1 RU2040009 C1 RU 2040009C1 SU 5045406 A SU5045406 A SU 5045406A RU 2040009 C1 RU2040009 C1 RU 2040009C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
interference
receiving
radar
target
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Анатольевич Жуков
Сергей Михайлович Порошин
Валентин Борисович Бахвалов
Олег Николаевич Хомяков
Original Assignee
Сергей Михайлович Порошин
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 Сергей Михайлович Порошин filed Critical Сергей Михайлович Порошин
Priority to SU5045406 priority Critical patent/RU2040009C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2040009C1 publication Critical patent/RU2040009C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radar. SUBSTANCE: radar has three horizontal directive antennas 1,2,3, high-frequency adder 4, receiving channels 5,6, factor-of-two voltage divider 7, amplitude limiters 8,9, subtracter 10, detector 11, video amplifier 12, and display 13. EFFECT: improved design. 3 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для защиты наземных РЛС от обратных помеховых отражений произвольной интенсивности (в том числе и от слабых отражений, сравнимых с уровнем эхо-сигнала цели) от земной поверхности при обнаружении малоскоростных воздушных целей на средних высотах в области этих отражений. The invention relates to radar and can be used to protect ground-based radars from reverse interference reflections of arbitrary intensity (including weak reflections comparable to the target echo level) from the earth's surface when low-speed air targets are detected at medium altitudes in the region of these reflections .

Известны способ и устройство подавления пассивных помех в доплеровском радиолокаторе. Это устройство предназначено для обнаружения целей на фоне пассивных помех, например обратных помеховых отражений от земной поверхности. Устройство содержит приемник, принимающий эхо-сигналы цели и пассивные помехи, доплеровский процессор, отфильтровывающий составляющие принимаемого сигнала, имеющие доплеровское смещение частоты, устройство амплитудного сравнения принятых и отфильтрованных сигналов и стробирующее устройство, управляемое специальными сигналами, вырабатываемыми устройством амплитудного сравнения. В устройстве амплитудного сравнения сравнивают сигнал, отфильтрованный доплеровским процессором, с принятым приемником сигналом. В результате этого сравнения вырабатывается управляющий сигнал того или иного уровня, открывающий или запирающий стробирующее устройство. Последнее пропускает на выход сигнал, отфильтрованный доплеровским процессором, лишь в том случае, когда отношение прошедшего через фильтр сигнала к принятому сигналу превысит заданный уровень. При отсутствии эхо-сигнала цели достаточного уровня помеха не пройдет на выход стробирующего устройства. A known method and device for suppressing passive interference in a Doppler radar. This device is designed to detect targets against a background of passive interference, such as reverse interference reflections from the earth's surface. The device comprises a receiver that receives target echoes and passive interference, a Doppler processor that filters out the components of the received signal having a Doppler frequency offset, an amplitude comparison device for the received and filtered signals, and a gating device controlled by special signals generated by the amplitude comparison device. In the amplitude comparison device, the signal filtered by the Doppler processor is compared with the signal received by the receiver. As a result of this comparison, a control signal of one level or another is generated that opens or closes the gating device. The latter passes the output signal filtered by the Doppler processor only if the ratio of the signal passed through the filter to the received signal exceeds a predetermined level. In the absence of a target echo, a sufficient level of interference will not pass to the output of the gating device.

Недостатком этого устройства является то, что оно не может обнаруживать малоскоростные цели на фоне интенсивных пассивных помех. Эхо-сигналы малоскоростных целей (как и обратные помеховые отражения от земли) почти не содержат доплеровского смещения частоты. Поэтому сигнал на выходе доплеровского процессора будет близок к нулю, стробирующее устройство будет всегда закрыто и малоскоростная цель не будет обнаружена. The disadvantage of this device is that it cannot detect low-speed targets against the background of intense passive interference. Echo signals of low-speed targets (as well as reverse interference reflections from the ground) almost do not contain Doppler frequency shift. Therefore, the signal at the output of the Doppler processor will be close to zero, the gating device will always be closed and a low-speed target will not be detected.

Известна моноимпульсная радиолокационная система с фазовой пеленгацией, которую можно использовать, например, для сопровождения воздушных целей по углу места, а также для обнаружения целей и измерений их дальности. В этом случае приемная часть содержит антенную систему из двух одинаковых разнесенных по высоте приемных антенн, каждая из которых связана со своим приемным каналом. Оси диаграммы направленности этих антенн параллельны. В приемных каналах принимаемые антеннами сигналы усиливаются, преобразуются на промежуточную частоту с помощью смесителей и общего гетеродина, ограничиваются по амплитуде двумя амплитудными ограничителями и поступают на фазовый детектор. Амплитудные ограничители в каждом из приемных каналов служат для уменьшения влияния неидентичности и нестабильности усиления приемных каналов. В одном из приемных каналов установлен фазовращатель на 90о, который обеспечивает получение пеленгационной характеристики с центральной симметрией. Напряжение на выходе фазового детектора будет пропорционально угломестному отклонению цели от направления оси антенной системы. При нулевом отклонении напряжение на выходе фазового детектора равно нулю. Сигнал рассогласования с выхода фазового детектора подается на следящую систему, которая непрерывно совмещает ось антенной системы с угломестным направлением на цель путем вращения антенной системы по углу места с помощью электродвигателя. Сигнал, принимаемый каким-либо одним приемным каналом (до фазового детектора) можно использовать также для обнаружения цели и измерения дальности цели. Устройство также имеет импульсный передатчик с передающей антенной.Known monopulse radar system with phase direction finding, which can be used, for example, to track air targets by elevation, as well as to detect targets and measure their range. In this case, the receiving part contains an antenna system of two identical receiving antennas spaced apart in height, each of which is connected to its own receiving channel. The axes of the radiation pattern of these antennas are parallel. In the receiving channels, the signals received by the antennas are amplified, converted to an intermediate frequency by means of mixers and a common local oscillator, limited in amplitude by two amplitude limiters, and fed to a phase detector. Amplitude limiters in each of the receiving channels serve to reduce the influence of non-identity and gain instability of the receiving channels. In one set of receiving channels of the phase shifter 90, which provides a direction-finding characteristics with central symmetry. The voltage at the output of the phase detector will be proportional to the elevation deviation of the target from the direction of the axis of the antenna system. With zero deviation, the voltage at the output of the phase detector is zero. The mismatch signal from the output of the phase detector is fed to the tracking system, which continuously combines the axis of the antenna system with the elevation direction to the target by rotating the antenna system in elevation using an electric motor. The signal received by any one of the receiving channels (up to the phase detector) can also be used to detect the target and measure the range of the target. The device also has a pulse transmitter with a transmitting antenna.

Недостатком прототипа является то, что он не может обнаруживать и сопровождать малоскоростные воздушные цели в секторе малых углов места в области обратных помеховых отражений зондирующих сигналов передатчика от земной поверхности. Известные доплеровские системы помехозащиты, которые можно было бы использовать в прототипе для подавления пассивных помех, окажутся в данном случае малоэффективными, так как эхо-сигналы малоскоростных целей и обратные помеховые отражения от земли почти не содержат доплеровского сдвига частоты. The disadvantage of the prototype is that it can not detect and track low-speed aerial targets in the sector of small elevation angles in the field of back interference reflections of probe signals from the earth's surface. The well-known Doppler noise immunity systems that could be used in the prototype to suppress passive interference will turn out to be ineffective in this case, since the echo signals of low-speed targets and back interference reflections from the ground almost do not contain a Doppler frequency shift.

Целью изобретения является защита от обратных помеховых отражений землей зондирующих сигналов РЛС и обеспечение обнаружения малоскоростных средневысотных целей на фоне этих отражений произвольной интенсивности. The aim of the invention is to protect against reverse interference reflections by the ground of the probing radar signals and to ensure the detection of low-speed medium-high targets against the background of these reflections of arbitrary intensity.

Это достигается благодаря тому, что в устройстве, содержащем приемную антенную систему из разнесенных по высоте одинаковых симметричных антенн, связанных с двумя приемными каналами, в которых установлены амплитудные ограничители, приемная антенная система выполнена из трех горизонтально направленных антенн, разнесенных по высоте на одинаковые расстояния, крайние антенны связаны с высокочастотным сумматором, включенным в один из приемных каналов, на выходе которого до амплитудного ограничителя установлен делитель напряжения на два, на выходе приемной части РЛС установлено устройство вычитания, вычитающее выходные напряжения приемных каналов на промежуточной частоте. This is achieved due to the fact that in a device containing a receiving antenna system of identical symmetrical antennas spaced in height, connected to two receiving channels in which amplitude limiters are installed, the receiving antenna system is made of three horizontally directed antennas spaced at equal distances in height, extreme antennas are connected to a high-frequency adder included in one of the receiving channels, at the output of which a voltage divider for two, n and a subtraction device is installed at the output of the receiving part of the radar, subtracting the output voltages of the receiving channels at an intermediate frequency.

При этом антенную систему РЛС по углу места не вращают и цель по углу места не сопровождают, так как задача предложенной импульсной РЛС состоит только в обнаружении целей на фоне обратных помеховых отражений произвольной интенсивности и измерении дальности целей. Кроме того, из состава устройства-прототипа исключены фазовый детектор, фазовращатель и электродвигатель вращения антенны по углу места с усилителем сигнала рассогласования, редуктором и другими элементами угломестной следящей системы. At the same time, the radar antenna system is not rotated in elevation and the target is not accompanied in elevation, since the objective of the proposed pulsed radar is only to detect targets against the background of reverse interference reflections of arbitrary intensity and measure the target range. In addition, a phase detector, a phase shifter and an antenna rotation motor with respect to elevation with an error signal amplifier, gearbox, and other elements of the elevation tracking system are excluded from the structure of the prototype device.

На фиг.1 представлена упрощенная структурная схема приемной части предложенного устройства, а также условно показаны три разнесенные по высоте приемные антенны, цель и лучи радиоволн эхо-сигналов цели и обратных помеховых отражений от ячейки разрешения на земной поверхности. Figure 1 presents a simplified structural diagram of the receiving part of the proposed device, and also conventionally shown three spaced apart in height receiving antennas, the target and the rays of the radio waves of the target echoes and return interference reflections from the resolution cell on the earth's surface.

Приемная часть предложенного устройства состоит из трех одинаковых симметричных горизонтально направленных приемных антенн 1, 2, 3, которые разнесены по высоте на одинаковые расстояния d, высокочастотного сумматора 4, суммирующего напряжения крайних антенн, одинаковых приемников 5, 6 крайних и средней антенн, делителя напряжения на два 7, делящего пополам выходное напряжение приемника крайних антенн 5, амплитудных ограничителей 8, 9 с одинаковым порогом ограничения и устройства вычитания 10, вычитающего выходные напряжения приемных каналов на промежуточной частоте. The receiving part of the proposed device consists of three identical symmetrical horizontally directed receiving antennas 1, 2, 3, which are spaced apart by the same distance d in height, a high-frequency adder 4, summing the voltage of the extreme antennas, the same receivers 5, 6 of the extreme and middle antennas, the voltage divider two 7, bisecting the output voltage of the receiver of the extreme antennas 5, amplitude limiters 8, 9 with the same limiting threshold and a subtraction device 10, subtracting the output voltages of the receiving channels n and intermediate frequency.

Выходное напряжение

Figure 00000002
с выхода устройства вычитания 10 детектируется в детекторе 11, а через видеоусилитель 12 подается на индикатор 13 и используется в тракте обнаружения целей и измерения их дальности. В состав предложенного устройства входит также импульсный передатчик с передающей антенной. В качестве передающей антенны можно использовать, например, нижнюю приемную антенну 1, которую при этом следует переключать с приема на передачу с помощью антенного переключателя.Output voltage
Figure 00000002
from the output of the subtraction device 10 is detected in the detector 11, and through the video amplifier 12 is supplied to the indicator 13 and is used in the path of detecting targets and measuring their range. The composition of the proposed device also includes a pulse transmitter with a transmitting antenna. As the transmitting antenna, you can use, for example, the lower receiving antenna 1, which should be switched from reception to transmission using the antenna switch.

Принцип действия предложенного устройства поясняется следующим. The principle of operation of the proposed device is illustrated as follows.

Все приемные антенны РЛС одинаковы, симметричны и направлены горизонтально. При этом они одновременно принимают прямые и отраженные от земли радиоволны эхо-сигналов цели, а также прямые радиоволны обратных помеховых отражений от ячейки разрешения земной поверхности, удаленной от РЛС на расстояние, равное дальности до цели. С учетом этих замечаний можно записать следующее выражение для комплексной амплитуды напряжения Uс.ц эхо-сигнала на цели на выходе средней антенны

Figure 00000003
=λ
Figure 00000004
e
Figure 00000005
F(θц)
Figure 00000006
1+
Figure 00000007
e
Figure 00000008
(1)
где λ длина волны;
Rвх входное сопротивление приемника;
Gm максимальный коэффициент усиления приемной антенны;
Sц плотность потока мощности прямой радиоволны эхо-сигнала цели вблизи антенны РЛС;
φц фаза прямой волны эхо-сигнала цели в центре апертуры средней приемной антенны;
θц угол места цели (положительный);
F(θц) значение нормированной диаграммы направленности антенны в свободном пространстве в направлении цели;
Figure 00000009
комплексный коэффициент отражения радиоволн от земной поверхности при вертикальной или горизонтальной поляризации;
К 2π / λ волновое число;
r2, r2 дальности по лучу прямой и отраженной от земли радиоволн от центра апертуры средней антенны до цели.All receiving radar antennas are the same, symmetrical and directed horizontally. At the same time, they simultaneously receive direct and reflected from the earth radio waves of the echo signals of the target, as well as direct radio waves of the return interference reflections from the resolution cell of the earth’s surface remote from the radar at a distance equal to the distance to the target. Given these comments, we can write the following expression for the complex voltage amplitude U s.c of the echo signal at the target at the output of the middle antenna
Figure 00000003
= λ
Figure 00000004
e
Figure 00000005
F (θ c)
Figure 00000006
1+
Figure 00000007
e
Figure 00000008
(1)
where λ is the wavelength;
R in the input impedance of the receiver;
G m maximum gain of the receiving antenna;
S n power flux density of a direct radio wave echo targets near the radar antenna;
φ c phase of the direct wave of the target echo signal in the center of the aperture of the middle receiving antenna;
θ C the elevation angle of the target (positive);
F (θ n) value normalized directivity diagram of the antenna in free space in the direction of the target;
Figure 00000009
the complex coefficient of reflection of radio waves from the earth's surface with vertical or horizontal polarization;
K 2π / λ wave number;
r 2 , r 2 range along the beam of the direct and reflected from the earth radio waves from the center of the aperture of the middle antenna to the target.

Известно, что при малых углах скольжения коэффициент отражения радиоволн от земли

Figure 00000010
-1 при любой поляризации радиоволн и любых реальных электрических параметрах земной поверхности, а при горизонтальной поляризации над морем это выполняется в более широком секторе углов скольжения. Учитывая это, а также то, что дальность до цели обычно значительно больше высоты подъема антенны над землей, можно упростить формулу (1) и записать ее в виде
Figure 00000011
=2λ
Figure 00000012
e
Figure 00000013
e
Figure 00000014
e
Figure 00000015
F(θц)sin(khsinθц) (2)
где h высота подъема средней антенны над землей.It is known that at small slip angles, the reflection coefficient of radio waves from the ground
Figure 00000010
-1 for any polarization of radio waves and any real electrical parameters of the earth’s surface, and with horizontal polarization above the sea this is done in a wider sector of glancing angles. Given this, as well as the fact that the distance to the target is usually much greater than the height of the antenna’s elevation above the ground, we can simplify formula (1) and write it in the form
Figure 00000011
= 2λ
Figure 00000012
e
Figure 00000013
e
Figure 00000014
e
Figure 00000015
F (θ c ) sin (khsinθ c ) (2)
where h is the elevation height of the middle antenna above the ground.

По аналогии с формулой (2) можно записать следующие выражения для комплексных амплитуд напряжений

Figure 00000016
,
Figure 00000017
эхо-сигнала цели на выходах верхней и нижней антенн соответственно
Figure 00000018
=2λ
Figure 00000019
e
Figure 00000020
e
Figure 00000021
e
Figure 00000022
F(θц)sin[k(h+d)sinθц] (3)
Figure 00000023
=2λ
Figure 00000024
e
Figure 00000025
e
Figure 00000026
e
Figure 00000027
F(θц)sin[k(h_d)sinθц] (4)
где d разнос антенн по высоте.By analogy with formula (2), we can write the following expressions for complex stress amplitudes
Figure 00000016
,
Figure 00000017
echo of the target at the outputs of the upper and lower antennas, respectively
Figure 00000018
= 2λ
Figure 00000019
e
Figure 00000020
e
Figure 00000021
e
Figure 00000022
F (θ c ) sin [k (h + d) sinθ c ] (3)
Figure 00000023
= 2λ
Figure 00000024
e
Figure 00000025
e
Figure 00000026
e
Figure 00000027
F (θ c ) sin [k (h_d) sinθ c ] (4)
where d is the antenna spacing in height.

Используя формулы (2), (3), (4), можно записать выражения для комплексных амплитуд напряжений

Figure 00000028
,
Figure 00000029
эхо-сигналов цели на выходах приемных каналов средней и крайних антенн соответственно
Figure 00000030
=2Kуλ
Figure 00000031
e
Figure 00000032
e
Figure 00000033
e
Figure 00000034
F(θц)sin(khsinθц) (5)
Figure 00000035
Figure 00000036
Figure 00000037
Figure 00000038
Figure 00000039
Figure 00000040
(6)
где Ку коэффициент усиления приемника (оба приемника одинаковы). При этом учтено, что делитель напряжения на два 7 в приемном канале крайних антенн уменьшает амплитуду напряжения в два раза.Using formulas (2), (3), (4), we can write expressions for complex stress amplitudes
Figure 00000028
,
Figure 00000029
echo signals of the target at the outputs of the receiving channels of the middle and outer antennas, respectively
Figure 00000030
= 2K for λ
Figure 00000031
e
Figure 00000032
e
Figure 00000033
e
Figure 00000034
F (θ c ) sin (khsinθ c ) (5)
Figure 00000035
Figure 00000036
Figure 00000037
Figure 00000038
Figure 00000039
Figure 00000040
(6)
where R y receiver gain (both receivers are the same). It was taken into account that the voltage divider by two 7 in the receiving channel of the extreme antennas reduces the voltage amplitude by half.

Из формул (5), (6) следует, что при очень малых углах места цели напряжения

Figure 00000041
,
Figure 00000042
эхо-сигнал цели на выходах приемных каналов синфазны, а при не очень малых углах места для средневысотных целей (когда kdsin θц > π / 2 эхо-сигналы будут противофазны. Амплитуды эхо-сигналов на выходе приемных каналов отличаются друг от друга и обычно меньше порога ограничения Uo амплитудных ограничителей 8, 9. При этом комплексная амплитуда напряжения
Figure 00000043
эхо-сигнала цели на выходе предложенного устройства будет
Figure 00000044
e
Figure 00000045
× (7)
Отсюда следует, что диаграмма направленности fц(θц) приемной антенной системы предложенного устройства при положительных углах места с учетом влияния земли при одновременном приеме прямых и отраженных от земли радиоволн эхо-сигналов цели будет
fц(θц)=4F(θц)sin(khsinθц)sin
Figure 00000046
sin
Figure 00000047
(8)
Приемные антенны РЛС принимают также прямые радиоволны обратных помеховых отражений от земли, приходящие с малых отрицательных углов места. Комплексные амплитуды напряжений
Figure 00000048
,
Figure 00000049
,
Figure 00000050
этих помеховых отражений на выходах нижней, средней и верхней антенн соответственно будут
Figure 00000051
=λ
Figure 00000052
e
Figure 00000053
F(θп)e
Figure 00000054
(9)
Figure 00000055
=λ
Figure 00000056
e
Figure 00000057
F(θп); (10)
Figure 00000058
=λ
Figure 00000059
e
Figure 00000060
F(θп)e
Figure 00000061
(11) где Sп плотность потока мощности пассивной помехи вблизи антенны РЛС;
φп фаза радиоволн пассивной помехи в центре апертуры средней антенны;
θп текущий угол места пассивной помехи (отрицательный);
F(θп) значение нормированной диаграммы направленности антенны в направлении пассивной помехи.From formulas (5), (6) it follows that at very small elevation angles of the target voltage
Figure 00000041
,
Figure 00000042
the echo of the target at the outputs of the receiving channels is in phase, and at not very small elevation angles for medium-high targets (when kdsin θ c > π / 2 the echo signals will be out of phase. The amplitudes of the echo signals at the output of the receiving channels differ from each other and are usually less limiting threshold U o amplitude limiters 8, 9. In this case, the complex voltage amplitude
Figure 00000043
the echo of the target at the output of the proposed device will be
Figure 00000044
e
Figure 00000045
× (7)
It follows that the radiation pattern f c (θ c ) of the receiving antenna system of the proposed device at positive elevation angles taking into account the influence of the earth while receiving direct and reflected from the earth radio waves of the target echoes will be
f c (θ c ) = 4F (θ c ) sin (khsinθ c ) sin
Figure 00000046
sin
Figure 00000047
(8)
Receiving radar antennas also receive direct radio waves of return interference reflections from the earth coming from small negative elevation angles. Complex stress amplitudes
Figure 00000048
,
Figure 00000049
,
Figure 00000050
of these interference reflections at the outputs of the lower, middle and upper antennas, respectively, will be
Figure 00000051
= λ
Figure 00000052
e
Figure 00000053
F (θ p ) e
Figure 00000054
(nine)
Figure 00000055
= λ
Figure 00000056
e
Figure 00000057
F (θ p ); (10)
Figure 00000058
= λ
Figure 00000059
e
Figure 00000060
F (θ p ) e
Figure 00000061
(11) where S p is the passive interference power flux density near the radar antenna;
φ p phase of the passive interference radio waves in the center of the aperture of the middle antenna;
θ p the current elevation angle of the passive interference (negative);
F (θ p ) the value of the normalized antenna pattern in the direction of passive interference.

На основании формул (9), (10), (11) и структурной схемы предложенного устройства на фиг.1 можно записать следующие выражения для комплексных амплитуд напряжений

Figure 00000062
,
Figure 00000063
пассивной помехи обратных отражений от земли на выходах приемных каналов средней и крайних антенн
Figure 00000064
=Kуλ
Figure 00000065
F(θп)e
Figure 00000066
; (12)
Figure 00000067
=Kуλ
Figure 00000068
cos(kdsinθп)F(θп)e
Figure 00000069
(13)
для слабой пассивной помехи и
Figure 00000070
=Uoe
Figure 00000071
; (14)
Figure 00000072
= sign(cos(kdsinθп))Uoe
Figure 00000073
(15) для интенсивной помехи, уровень которой выше порога ограничения Uоамплитудных ограничителей 8, 9, где Ку коэффициент усиления приемника (оба приемника одинаковы);
sign знак числа.Based on formulas (9), (10), (11) and the structural diagram of the proposed device in figure 1, you can write the following expressions for the complex voltage amplitudes
Figure 00000062
,
Figure 00000063
passive interference of back reflections from the earth at the outputs of the receiving channels of the middle and extreme antennas
Figure 00000064
= K at λ
Figure 00000065
F (θ p ) e
Figure 00000066
; (12)
Figure 00000067
= K at λ
Figure 00000068
cos (kdsinθ p ) F (θ p ) e
Figure 00000069
(13)
for weak passive interference and
Figure 00000070
= U o e
Figure 00000071
; (fourteen)
Figure 00000072
= sign (cos (kdsinθ n )) U o e
Figure 00000073
(15) for intensive interference level is above the threshold limit of U amplitude limiters 8, 9, where R y receiver gain (both receivers are the same);
sign the sign of the number.

Из формул (12)-(15) следует, что при малых отрицательных углах места

Figure 00000074
пассивной помехи напряжения помехи
Figure 00000075
,
Figure 00000076
на выходах приемных каналов синфазны. Амплитудные ограничители 8, 9 с одинаковым порогом ограничения выравнивают амплитуды напряжений интенсивных пассивных помех и при вычитании синфазных напряжений помехи в устройстве вычитания 10 помеха на выходе устройства будет почти полностью подавлена. Эхо-сигналы маловысотной цели не будут полностью подавлены при вычитании в устройстве вычитания 10, так как их напряжения
Figure 00000077
,
Figure 00000078
на выходе приемных каналов отличаются по амплитуде и обычно ниже порога ограничения Uo. Однако эхо-сигналы маловысотной цели на выходе устройства после вычитания будут все же значительно ослаблены из-за их синфазности. Эхо-сигналы средневысотной цели противофазны в каналах приема и после вычитания выходное напряжение эхо-сигнала такой цели возрастает. Поэтому предложенное устройство целесообразно использовать для обнаружения средневысотных целей на фоне обратных помеховых отражений от земли.From formulas (12) - (15) it follows that for small negative elevation angles
Figure 00000074
passive interference voltage interference
Figure 00000075
,
Figure 00000076
at the outputs of the receiving channels are in-phase. Amplitude limiters 8, 9 with the same limiting threshold equalize the amplitudes of the voltages of intense passive interference, and when subtracting the common-mode interference voltages in the subtracting device 10, the noise at the output of the device will be almost completely suppressed. Echoes of a low-altitude target will not be completely suppressed when subtracting in the subtractor 10, since their voltage
Figure 00000077
,
Figure 00000078
at the output of the receiving channels differ in amplitude and usually below the threshold limit U o . However, the echoes of a low-altitude target at the output of the device after subtraction will still be significantly attenuated due to their common mode. The echo signals of the mid-height target are out of phase in the receiving channels and after subtraction, the output voltage of the echo signal of such a target increases. Therefore, the proposed device is advisable to use for the detection of medium-height targets against the background of reverse interference reflections from the earth.

Из формул (12)-(15) следует, что диаграмма направленности fп(θп) приемной антенной системы предложенного устройства в секторе малых отрицательных углов места при приеме обратных помеховых отражений от земли слабой интенсивности будет
fп(θп)= 2F(θп)sin

Figure 00000079
sin
Figure 00000080
(16) а при приеме обратных помеховых отражений высокой интенсивности (выше порога ограничения Uo амплитудных ограничителей 8, 9) помеха на выход предложенного устройства не пройдет. Важным свойством предложенного устройства является то, что оно обеспечивает хорошее подавление пассивных помех от земли с очень малых отрицательных углов места θп при произвольной интенсивности помехи и подавляет как сильные, так и слабые помехи. Это весьма существенно, так как при очень малых θп помеха обычно всегда слабая.From formulas (12) - (15) it follows that the radiation pattern f p (θ p ) of the receiving antenna system of the proposed device in the sector of small negative elevation angles when receiving inverse interference reflections from the earth of low intensity will be
f p (θ p ) = 2F (θ p ) sin
Figure 00000079
sin
Figure 00000080
(16) and when receiving high-intensity inverse interference reflections (above the limiting threshold U o of the amplitude limiters 8, 9), the interference to the output of the proposed device will not pass. An important property of the proposed device is that it provides good suppression of passive interference from the ground from very small negative elevation angles θ p at an arbitrary interference intensity and suppresses both strong and weak interference. This is very significant, since at very small θ n the interference is usually always weak.

Для подтверждения указанных свойств предложенного устройства были рассчитаны по формулам (8), (16) диаграммы направленности fц(θп), fп(θп) устройства при приеме эхл-сигналов цели с положительных углов места цели θп и обратных помеховых отражений от земли с малых отрицательных углов места помехи θп.To confirm the indicated properties of the proposed device, radiation patterns f c (θ p ), f p (θ p ) of the device were calculated using formulas (8), (16) when receiving echl-signals from the target from positive elevation angles of the target θ p and back interference reflections from the ground from small negative angles of the interference θ p .

Результаты расчета диаграмм направленности fц, fп от угла места представлены на графиках фиг.2, где сплошными кривыми показаны диаграмма направленности fц, а также диаграмма направленности fп при слабых помеховых отражениях. При сильных помеховых отражениях диаграмма направленности fп показана пунктирной кривой. Для сравнения на этом же рисунке штриховыми кривыми показаны аналогичные диаграммы направленности fц, fп нижней антенны прототипа такой же, как и нижняя антенна предложенного устройства. Графики на фиг.2 рассчитаны для частной реализации предложенного устройства со следующими параметрами:
длина волны λ= 0,35 м;
высота подъема средней антенны h40 м;
разнос антенн по высоте d 10 м;
вертикальный размер апертуры антенны L 2 м;
горизонтальный размер апертуры антенны 6 м;
амплитудное распределение на апертуре косинусоидальное;
поляризация радиоволн горизонтальная;
азимутальная ширина диаграммы направленности антенны по половинной мощности 4о;
коэффициент усиления антенны Gm520;
угломестный рабочий сектор РЛС θ= 0-10о;
длительность радиоимпульса τ= 10 мкс;
импульсная мощность передатчика Р 500 кВт;
чувствительности приемника 0,5 мкВ.The results of the calculation of radiation patterns f c , f p from the elevation angle are presented in the graphs of figure 2, where the solid curves show the radiation pattern f c , as well as the radiation pattern f p at low interference reflections. With strong interference reflections, the radiation pattern f p is shown by a dashed curve. For comparison, in the same figure, the dashed curves show similar radiation patterns f c , f p the lower antenna of the prototype is the same as the lower antenna of the proposed device. The graphs in figure 2 are designed for the private implementation of the proposed device with the following parameters:
wavelength λ = 0.35 m;
the height of the middle antenna h40 m;
spacing of antennas in height d 10 m;
vertical size of the antenna aperture L 2 m;
horizontal aperture size of the antenna 6 m;
amplitude distribution on the aperture is cosine;
horizontal polarization of radio waves;
azimuthal beam width of the antenna at half power 4 o ;
antenna gain G m 520;
angular working sector of the radar θ = 0-10 about ;
the duration of the radio pulse τ = 10 μs;
pulse power of the transmitter R 500 kW;
receiver sensitivity of 0.5 μV.

Как видно из графиков на фиг.2, предложенное устройство имеет существенные преимущества по сравнению с прототипом по обнаружению целей на средних высотах при углах места θц> 0,5о. В секторе отрицательных углов места θп= 0 минус 0,5о предложенное устройство почти полностью подавляет интенсивную пассивную помеху от земли. В секторе углов места θп= 0-минус 0,2о устройство хорошо подавляет пассивную помеху произвольной интенсивности (в том числе и слабую помеху). При углах места θп< -0,5о пассивная помеха подавляться не будет, но пассивные помехи с таких углов места не представляют опасность, так как соответствуют очень малым дальностям (менее 5 км), когда цели не обнаруживаются и обычно находятся в мертвой воронке зоны обнаружения РЛС.As can be seen from the graphs in figure 2, the proposed device has significant advantages compared with the prototype for the detection of targets at medium altitudes with elevation angles θ c > 0.5 about . In the sector of negative elevation angles θ p = 0 minus 0.5 °, the proposed device almost completely suppresses the intense passive interference from the ground. In the sector of elevation angles θ p = 0-minus 0.2 °, the device well suppresses passive interference of arbitrary intensity (including weak interference). At elevation angles θ n <-0.5 ° , passive interference will not be suppressed, but passive interference from such elevation angles is not dangerous, since they correspond to very small ranges (less than 5 km) when targets are not detected and are usually in a dead crater radar detection zones.

Одинаковый разнос приемных антенн 1, 2 по высоте и горизонтальная направленность антенн необходимы для обеспечения синфазности напряжений пассивных помех на выходах приемных каналов средней и крайних антенн. Делитель напряжения 7 в приемном канале крайних антенн обеспечивает равенство амплитуд слабых пассивных помех в приемных каналах при малых отрицательных углах места. Таким образом, указанные отличительные признаки предложенного устройства являются существенными и принципиально необходимы для работы этого устройства. The identical spacing of the receiving antennas 1, 2 in height and the horizontal directivity of the antennas are necessary to ensure that the passive interference voltages are in phase at the outputs of the receiving channels of the middle and outer antennas. The voltage divider 7 in the receiving channel of the extreme antennas ensures equal amplitudes of weak passive noise in the receiving channels at small negative elevation angles. Thus, these distinguishing features of the proposed device are essential and fundamentally necessary for the operation of this device.

Для сравнительной оценки выигрыша предложенного устройства по сравнению с прототипом были рассчитаны отношения Рс/Рп мощности сигнала к мощности пассивной помехи на выходе предложенной РЛС и на выходе приемного канала нижней антенны прототипа при прочих равных условиях в зависимости от горизонтальной дальности R маловысотной малоскоростной цели, летящей на высоте hц 500 м над морем и имеющей эффективную отражающую поверхность σц= 0,1 м2. Результаты расчетов представлены на графиках фиг.3, где сплошной кривой показана зависимость отношения Рс/Рп сигнал/помеха от горизонтальной дальности цели R для предложенного устройства, а штриховой кривой для канала нижней антенны прототипа. Расчеты проводились для частной реализации предложенного устройства с указанными параметрами. При этом порог ограничения амплитудных ограничителей в приемных каналах был принят равным минимальному уровню пассивной помехи на заданном интервале дальностей и для передачи зондирующих сигналов была использована нижняя антенна приемной антенной системы РЛС. При этом полагалось, что коэффициент обратного радиолокационного рассеяния радиоволн от взволнованной поверхности моря был равен σo= -40 дБ, а также учитывалась нормальная рефракция радиоволн в атмосфере и сферичность морской поверхности.For a comparative assessment of the gain of the proposed device compared with the prototype, the ratios Pc / Pn of the signal power to the power of passive interference at the output of the proposed radar and at the output channel of the lower antenna of the prototype were calculated, all other things being equal, depending on the horizontal range R of the low-speed low-speed target flying at height h C 500 m above the sea and having an effective reflective surface σ c = 0.1 m 2 . The calculation results are presented in the graphs of figure 3, where the solid curve shows the dependence of the ratio P c / P n signal / interference from the horizontal range of the target R for the proposed device, and a dashed curve for the channel of the lower antenna of the prototype. The calculations were carried out for the private implementation of the proposed device with the specified parameters. In this case, the limit threshold of the amplitude limiters in the receiving channels was taken equal to the minimum level of passive interference at a given range of ranges and the lower antenna of the receiving antenna of the radar system was used to transmit the probing signals. It was assumed that the coefficient of backward radar scattering of radio waves from an excited sea surface was σ o = -40 dB, and normal atmospheric refraction of radio waves and sphericity of the sea surface were also taken into account.

Как видно из графиков на фиг.3, предложенное устройство обеспечивает выигрыш отношения Рс/Рп сигнал/помеха от 10 до 50 дБ по сравнению с прототипом.As can be seen from the graphs in figure 3, the proposed device provides a gain of the ratio P s / P n signal / noise from 10 to 50 dB compared with the prototype.

Перечисленные элементы структурной схемы предложенного устройства на фиг.1 выполнены следующим образом. These elements of the structural diagram of the proposed device in figure 1 are as follows.

Антенны 1, 2, 3 одинаковы, симметричны и направлены горизонтально. В качестве этих антенн можно использовать, например, обычные зеркальные антенны. Высокочастотный сумматор 4, приемники 5, 6, делитель напряжения 7, амплитудные ограничители 8, 9 и устройство вычитания 10 выполнены по известным обычным схемам. Приемники 5, 6 одинаковы. Желательно обеспечить высокую идентичность коэффициентов усиления этих приемников и порогов ограничения амплитудных ограничителей 8, 9. Antennas 1, 2, 3 are the same, symmetrical and directed horizontally. As these antennas, for example, conventional mirror antennas can be used. The high-frequency adder 4, the receivers 5, 6, the voltage divider 7, the amplitude limiters 8, 9 and the subtraction device 10 are made according to known conventional schemes. Receivers 5, 6 are the same. It is desirable to ensure a high identity of the amplification factors of these receivers and the threshold limits of the amplitude limiters 8, 9.

Динамика работы предложенного устройства осуществляется следующим образом. Передатчик с передающей антенной излучает импульсный зондирующий сигнал в направлении цели. Приемная антенная система РЛС принимает эхо-сигналы воздушной цели и обратные помеховые отражения от земной поверхности. Сигналы, принятые крайними антеннами 3, 1, суммируются высокочастотным сумматором 4 и поступают в приемник крайних антенн 5, а сигнал средней антенны 2 поступает в приемник средней антенны 6. Принятые сигналы усиливаются в двух приемных каналах и преобразуются на промежуточную частоту. Делитель напряжения 7 уменьшает вдвое амплитуду напряжения в приемном канале крайних антенн. При этом пассивные помехи от земли на выходе двух приемных каналов будут синфазны, а полезные эхо-сигналы средневысотных целей будут противофазны. Амплитудные ограничители 8, 9 с одинаковым порогом ограничения выравнивают амплитуды интенсивных пассивных помех в приемных каналах, а слабые помехи с очень малых отрицательных углов места будут одинаковы по амплитуде и без ограничения. После этого выходные напряжения приемников вычитаются устройством вычитания 10 на промежуточной частоте. На выходе этого устройства пассивная помеха от земли почти полностью подавлена, а полезный эхо-сигнал средневысотной цели усилен. Эхо-сигнал с выхода устройства вычитания 10 далее детектируется в детекторе 11 и используются в тракте обнаружения и измерения дальности цели. The dynamics of the proposed device is as follows. A transmitter with a transmitting antenna emits a pulsed probe signal in the direction of the target. The radar receiving antenna system receives echo signals from an air target and back interference reflections from the earth's surface. The signals received by the extreme antennas 3, 1 are summed by the high-frequency adder 4 and fed to the receiver of the extreme antennas 5, and the signal of the middle antenna 2 is fed to the receiver of the middle antenna 6. The received signals are amplified in two receiving channels and converted to an intermediate frequency. The voltage divider 7 halves the voltage amplitude in the receiving channel of the extreme antennas. In this case, passive interference from the earth at the output of the two receiving channels will be in phase, and the useful echo signals of medium-high targets will be out of phase. Amplitude limiters 8, 9 with the same limiting threshold equalize the amplitudes of intense passive interference in the receiving channels, and weak interference from very small negative elevation angles will be the same in amplitude and without limitation. After that, the output voltages of the receivers are subtracted by the subtractor 10 at the intermediate frequency. At the output of this device, passive interference from the ground is almost completely suppressed, and the useful echo signal of the medium-high target is amplified. The echo signal from the output of the subtractor 10 is then detected in the detector 11 and used in the detection and measurement of the target range.

Для эффективной работы предложенного устройства подавления пассивных помех не требуется обязательного наличия доплеровского смещения частоты эхо-сигнала цели, т.е. предложенное устройство может обнаруживать малоскоростные цели в области обратных помеховых отражений от земной поверхности. For the effective operation of the proposed device for suppressing passive interference, the mandatory presence of the Doppler frequency shift of the target echo signal is not required, i.e. the proposed device can detect low-speed targets in the field of reverse interference reflections from the earth's surface.

Claims (1)

РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ ОБНАРУЖЕНИЯ МАЛОСКОРОСТНЫХ ВОЗДУШНЫХ ЦЕЛЕЙ НА СРЕДНИХ ВЫСОТАХ В ОБЛАСТИ ПОМЕХОВЫХ ОТРАЖЕНИЙ ОТ ЗЕМЛИ, содержащая приемную антенную систему, два амплитудных ограничителя, два приемных канала, выход одного их которых соединен с входами соответствующего амплитудного ограничителя, и последовательно соединенные детектор, видеоусилитель и индикатор, отличающаяся тем, что приемная антенная система выполнена их трех горизонтально направленных антенн, разнесенных по высоте на одинаковые расстояния, крайние антенны связаны с входами высокочастотного сумматора, выход которого соединен с входом одного из приемных каналов, выход которого через делитель напряжения на два соединен с входом соответствующего амплитудного ограничителя, а выход средней антенны соединен с входом соответствующего приемного канала, выходы амплитудных ограничителей соединены с входами устройства вычитания, выход которого соединен с входом детектора. RADAR STATION FOR DETECTING Slow-speed air targets at mid-heights in the field of INTERFERENCE REFLECTIONS FROM EARTH, containing a receiving antenna system, two amplitude limiters, two receiving channels, the output of one of which is connected to the inputs of the corresponding amplitude limiter, and a video detector connected in series with the fact that the receiving antenna system is made of three horizontally directed antennas spaced in height at equal distances, the extreme antennas connected to the inputs of a high-frequency adder, the output of which is connected to the input of one of the receiving channels, the output of which through a voltage divider into two is connected to the input of the corresponding amplitude limiter, and the output of the middle antenna is connected to the input of the corresponding receiving channel, the outputs of the amplitude limiters are connected to the inputs of the subtraction device, the output of which is connected to the input of the detector.
SU5045406 1992-06-01 1992-06-01 Radar for locating low-speed airborne targets at medium altitudes in earth echo region RU2040009C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5045406 RU2040009C1 (en) 1992-06-01 1992-06-01 Radar for locating low-speed airborne targets at medium altitudes in earth echo region

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5045406 RU2040009C1 (en) 1992-06-01 1992-06-01 Radar for locating low-speed airborne targets at medium altitudes in earth echo region

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2040009C1 true RU2040009C1 (en) 1995-07-20

Family

ID=21605835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5045406 RU2040009C1 (en) 1992-06-01 1992-06-01 Radar for locating low-speed airborne targets at medium altitudes in earth echo region

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2040009C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2752235C1 (en) * 2020-09-22 2021-07-23 Акционерное общество "НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод имени Коминтерна" /АО "НПО НИИИП-НЗиК"/ Method for measuring angle of low-altitude target and device for its implementation

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент США N 4459592, кл. G 01S 13/02, 1984. *
Радиотехнические системы. Под ред. Ю.М.Казаринова. М.: Высшая школа, 1990, с. 406, рис. 18. 12. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2752235C1 (en) * 2020-09-22 2021-07-23 Акционерное общество "НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод имени Коминтерна" /АО "НПО НИИИП-НЗиК"/ Method for measuring angle of low-altitude target and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4766435A (en) Adaptive radar for reducing background clutter
Knott et al. Radar cross section
US20170045613A1 (en) 360-degree electronic scan radar for collision avoidance in unmanned aerial vehicles
Moore et al. Radar terrain return at near-vertical incidence
Barnum Ship detection with high-resolution HF skywave radar
US4086590A (en) Method and apparatus for improving the slowly moving target detection capability of an AMTI synthetic aperture radar
US20130194128A1 (en) Floodlight radar system for detecting and locating moving targets in three dimensions
CN103954941A (en) Airborne phased array radar two-dimensional multi-pulse cognitive clutter suppression method
Skolnik An introduction and overview of radar
US5160932A (en) Over-the-horizon synthetic aperture radar
US4160251A (en) Hybrid dual mode radiometric system
US5093666A (en) Lobing system
CN111183737B (en) Method for measuring non-fuzzy roll angle of projectile
Hartnett et al. Bistatic surveillance concept of operations
RU2040009C1 (en) Radar for locating low-speed airborne targets at medium altitudes in earth echo region
Yongtan Target detection and tracking with a high frequency ground wave over-the-horizon radar
RU2040008C1 (en) Radar for locating low-altitude and low-speed targets on earth echo background
US5812091A (en) Radio interferometric antenna for angle coding
Sen et al. Radar systems and radio aids to navigation
Zhao et al. Using sky-wave echoes information to extend HFSWR's maximum detection range
Ahmed et al. Doppler signature analysis of mixed O/X-mode signals in over-the-horizon radar
Spizzichino et al. A new type of continuous wave radar for the observation of meteor trails
RU2038606C1 (en) Low-altitude noise-immuned radar
RU2040007C1 (en) Receiving system for radar locating low-altitude and low-speed targets on intensive earth echo background
Tang et al. Research on RCS measurement of ship targets based on conventional radars