RU2151407C1 - Radar system - Google Patents

Radar system Download PDF

Info

Publication number
RU2151407C1
RU2151407C1 RU97101451A RU97101451A RU2151407C1 RU 2151407 C1 RU2151407 C1 RU 2151407C1 RU 97101451 A RU97101451 A RU 97101451A RU 97101451 A RU97101451 A RU 97101451A RU 2151407 C1 RU2151407 C1 RU 2151407C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
antenna
input
signal
output
receiver
Prior art date
Application number
RU97101451A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97101451A (en
Inventor
А.И. Артемьев
Ю.Н. Гуськов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Фазотрон-научно-исследовательский институт радиостроения"
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 Открытое акционерное общество "Фазотрон-научно-исследовательский институт радиостроения" filed Critical Открытое акционерное общество "Фазотрон-научно-исследовательский институт радиостроения"
Priority to RU97101451A priority Critical patent/RU2151407C1/en
Publication of RU97101451A publication Critical patent/RU97101451A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2151407C1 publication Critical patent/RU2151407C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: coast, airport or ship radars for monitoring earth and sea surface and detection objects, in particular, of small size. SUBSTANCE: antenna, which is mounted on mobile base, is driven in horizontal plane. Its electric axis is perpendicular or at angle with respect to direction of movement. When antenna moves, reflected signals are added in each distance element. Coherent addition results in artificial (synthesized) antenna aperture, which is significantly greater than aperture of real antenna. Possibility of coherent addition of received signals is provided by means of compensation of phase alterations in received signal. EFFECT: increased angular resolution in azimuth plane. 5 dwg

Description

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для использования в береговых, аэродромных и корабельных радиолокационных станциях для обнаружения наземных и надводных объектов,
Известны радиолокационные станции - береговые, корабельные или аэродромные РЛС, предназначенные для обзора земной и водной поверхности и обнаружения расположенных на ней объектов, осуществляющие обзор путем секторного качания луча антенны в азимутальной плоскости. Зона обзора такой РЛС представляет собой сектор с радиусом, соответствующим дальности действия РЛС. Однако их применение для обнаружения отраженных сигналов от малоразмерных целей (σц<5M2) в условиях отражений от подстилающей поверхности оказывается не эффективным. Ниже приводится доказательство этого утверждения. Основной характеристикой, определяющей возможность применения РЛС для обнаружения или распознавания наземной и морской цели на фоне подстилающей поверхности, является разрешающая способность. Обобщенной характеристикой разрешающей способности может служить площадь разрешаемого элемента на местности, в пределах которого цели или элементы не разрешаются. При этом диаграмма направленности антенны по азимуту определяет линейную разрешающую способность по азимуту dL. А ширина спектра зондирующего сигнала определяет линейную разрешающую способность по дальности dz. При обнаружении наземных и морских объектов на фоне подстилающей поверхности характеристики обнаружения зависят от соотношения сигнал/шум+фон

Figure 00000002

где Pс - отраженная мощность сигнала от объекта;
Pф - мощность собственных шумов приемного канала;
Pa - мощность отражений от подстилающей поверхность.The invention relates to the field of radar and is intended for use in coastal, airfield and ship radar stations for the detection of ground and surface objects,
Known radar stations - coastal, ship or airfield radars, designed to survey the earth and water surface and detect objects located on it, performing a survey by sector-wise swinging the antenna beam in the azimuthal plane. The coverage area of such a radar is a sector with a radius corresponding to the range of the radar. However, their application for the detection of reflected signals from small targets (σ C <5M 2 ) in conditions of reflections from the underlying surface is not effective. The following is a proof of this statement. The main characteristic that determines the possibility of using a radar for detecting or recognizing a ground and sea target against the background of the underlying surface is the resolution. The generalized characteristic of the resolution can be the area of the resolved element on the terrain, within which the goals or elements are not resolved. In this case, the antenna pattern in azimuth determines the linear resolution in azimuth dL. And the width of the spectrum of the probe signal determines the linear resolution in range dz. When detecting land and sea objects against the background of the underlying surface, the detection characteristics depend on the signal-to-noise ratio + background
Figure 00000002

where P with - the reflected power of the signal from the object;
P f - power of the noise floor of the receiving channel;
P a - power of reflections from the underlying surface.

При низком уровне собственных шумов приемника по сравнению с фоновой составляющей сигнала Pш<Pф отношение сигнал/шум+фон будет определяться

Figure 00000003

где σц - эффективная площадь отражений от объекта,
σф - эффективная площадь отражений подстилающей поверхности,
Учитывая, что эффективная площадь отражений подстилающей поверхности определяется
σф= d1•d2•σo, [1a]
где σo - удельное ЭПР подстилающей поверхности, поэтому и характеристики обнаружения объектов на фоне подступающей поверхности будут существенно зависеть от разрешающей способности РЛС.With a low level of the receiver's own noise compared to the background component of the signal P W <P f the signal-to-noise + background ratio will be determined
Figure 00000003

where σ C is the effective area of reflections from the object,
σ f - the effective area of reflections of the underlying surface,
Given that the effective area of reflection of the underlying surface is determined
σ f = d 1 • d 2 • σ o , [1a]
where σ o is the specific EPR of the underlying surface; therefore, the detection characteristics of objects against the background of the approaching surface will substantially depend on the radar resolution.

Из формул 1 и 1а следует, что даже при малом коэффициенте отражений σo обнаружение малоразмерных объектов на фоне моря может обеспечиваться только при очень высокой разрешающей способности. Так для обнаружения объекта (лодка в море) с σц= 2 м2 на фоне моря 3-4 балла (σo= 5•10-3) с вероятностью правильного обнаружения Pпо= 0,7, при вероятности ложной тревоги Pлт=10-6, разрешаемый элемент поверхности не должен превышать 6,6 м2, что соответствует линейному разрешению по азимуту и дальности 2,5 метра. Для получения такого линейного разрешения по азимуту на дальности D=5 км диаграмма направленности антенной системы в азимутальной плоскости не должна превышать

Figure 00000004

Для обеспечения такого углового разрешения размер антенны D в азимутальной плоскости при длине волны λ = 8 мм должен быть
Figure 00000005

что существенно превышает размер антенного раскрыва.From formulas 1 and 1a it follows that even with a small reflection coefficient σ o the detection of small objects against the background of the sea can be provided only with a very high resolution. So for the detection of an object (boat at sea) with σ c = 2 m 2 against the background of the sea 3-4 points (σ o = 5 • 10 -3 ) with the probability of correct detection of P by = 0.7, with the probability of false alarm P lt = 10 -6 , the resolved surface element should not exceed 6.6 m 2 , which corresponds to a linear resolution in azimuth and range of 2.5 meters. To obtain such a linear azimuth resolution at a distance of D = 5 km, the directivity pattern of the antenna system in the azimuthal plane should not exceed
Figure 00000004

To ensure such an angular resolution, the size of the antenna D in the azimuthal plane at a wavelength of λ = 8 mm should be
Figure 00000005

which significantly exceeds the size of the antenna aperture.

Вышеизложенное показывает, что существующие наземные и корабельные РЛС не способны обнаруживать отраженные сигналы от малоразмерных целей в условиях отражения от подстилающей поверхности даже средней интенсивности. The above shows that existing ground and ship radars are not capable of detecting reflected signals from small targets in conditions of reflection from the underlying surface even of medium intensity.

Для улучшения характеристик обнаружение целей разработки таких РЛС в последние годы велись в направлении увеличения апертуры антенны и применения длины волны в миллиметровом диапазоне волн, однако как показано выше, для выполнения условий обнаружения малоразмерных целей требуется применение антенны с размером раскрыва, практически не реализуемым. In order to improve the characteristics, the detection of the development goals of such radars in recent years has been carried out in the direction of increasing the antenna aperture and applying wavelengths in the millimeter wavelength range, however, as shown above, to fulfill the conditions for detecting small targets, it is necessary to use an antenna with an aperture size that is practically impossible.

В настоящее время для обзора российских морских границ используются РЛС, подобные применяющимся на морских кораблях. Поэтому в качестве аналога таких РЛС можно привести речную навигационную станцию KCLVINHUQHES, R, SR 1000 и электрон-Сперри МК-3217р, предназначенную для обеспечения безопасности плавания по рекам и другим водоемах, состоящую из антенны, передатчика, приемника, индикатора и блока питания. Эти станции имеют круговой обзор по азимуту. Отличительной особенностью является большой раскрыв рупорной антенны L = 2,1 - 2,4 метра при ширине диаграммы направленности в азимуте 0,95 - 1o и разрешения по дальности Δr = 7,5 метров.Currently, radars similar to those used on sea ships are used to review the Russian maritime borders. Therefore, the KCLVINHUQHES, R, SR 1000 river navigation station and MK-3217r electron-Sperry designed to ensure the safety of navigation on rivers and other bodies of water, consisting of an antenna, transmitter, receiver, indicator, and power supply, can be used as an analogue of such radars. These stations have a circular view in azimuth. A distinctive feature is the large opening of the horn antenna L = 2.1 - 2.4 meters with a beam width in azimuth of 0.95 - 1 o and a range resolution of Δr = 7.5 meters.

В качестве аналога также предлагается корабельная станция фирмы Racul Marine Electronics RACAL-DECCA RM209ВТ, RM2070ВТ. A ship station of Racul Marine Electronics RACAL-DECCA RM209ВТ, RM2070ВТ is also offered as an analog.

Эта РЛС состоит из антенны, передатчика, приемника, индикатора и блока питания. Для получения высокой разрешающей способности этой станции используются антенны с различным размером раскрыва в азимутальной плоскости: L = 1,2; 1,8; 2,7 и 3,6 метра с применением длин λ = 3 см и 10 см. This radar consists of an antenna, transmitter, receiver, indicator and power supply. To obtain high resolution of this station, antennas with different aperture sizes in the azimuthal plane are used: L = 1.2; 1.8; 2.7 and 3.6 meters using lengths λ = 3 cm and 10 cm.

В качестве прототипа может быть использована судовая РЛС типа " ДОН" (См. " Судовые радиолокационные станции и их применение", том 3, стр. 19. Справочное руководство. Авторы В.Я Аверьянов и др. под редакцией д.т.н. Ракова В.И. Судостроение г. Ленинград 1970 г.) РЛС " Дон" состоит из следующих блоков (см. фиг.1)
1. Антенна (Прибор А).
As a prototype, a shipborne DON type radar can be used (See Ship Shipborne Radars and Their Applications, Volume 3, p. 19. Reference Guide. Authors V.Ya Averyanov et al., Edited by Doctor of Technical Sciences Rakova V.I. Shipbuilding, Leningrad 1970) The radar station "Don" consists of the following units (see figure 1)
1. Antenna (Device A).

2. Передатчик (Прибор П). 2. Transmitter (Device P).

3. Приемник (Прибор П). 3. Receiver (Device P).

4. Синхронизатор (Прибор И). 4. Synchronizer (Device I).

5. Индикатор (Прибор И). 5. Indicator (Device I).

Радиолокационная станция " Дон" имеет традиционное .построение импульсной станции с магнетронным передатчиком, работающим на длине излучаемой волны 3,2 см. РЛС работает с частотой повторения (Fn 1600-3200) Гц, определяющей однозначную дальность. Высокая разрешающая способность по дальности обеспечивается излучением коротких импульсов τц= (0,1 - 1) мксек. Учитывая направленность предложенного изобретения рассмотрим получение в прототипе разрешения в азимутальной плоскости. Относительно высокая разрешающая способность в азимутальной плоскости ( Δα = 1,1o) в прототипе обеспечивается также традиционным способом т. е. за счет большого размера реальной апертуры антенны (L = 1,8 м). При этом основание антенны устанавливается неподвижно, а для обеспечения необходимой зоны обзора в азимутальной плоскости антенна вращается с определенной скоростью вокруг оси в центре ее основания.The Don radar has the traditional construction of a pulse station with a magnetron transmitter operating at a radiated wavelength of 3.2 cm. The radar operates with a repetition frequency (F n 1600-3200) Hz, which determines a unique range. High range resolution is ensured by the emission of short pulses τ c = (0.1 - 1) μs. Given the focus of the proposed invention, we consider obtaining in the prototype resolution in the azimuthal plane. The relatively high resolution in the azimuthal plane (Δα = 1.1 o ) in the prototype is also provided in the traditional way, i.e. due to the large size of the real aperture of the antenna (L = 1.8 m). In this case, the base of the antenna is fixedly mounted, and to provide the necessary viewing area in the azimuthal plane, the antenna rotates at a certain speed around the axis in the center of its base.

Как следует из вышеизложенного, приведенные аналоги и прототип, несмотря на большие размеры антенной системы, не обеспечивают требуемой угловой разрешающей способности для обнаружения малоразмерных объектов (σц<5м2) на фоне подстилающей поверхности.As follows from the above, the above analogues and prototype, despite the large size of the antenna system, do not provide the required angular resolution for detecting small objects (σ c <5m 2 ) against the background of the underlying surface.

Задача предлагаемого изобретения заключается в получении высокого углового разрешения по азимуту в наземной, аэродромной и корабельной РЛС. Поставленная задача достигается тем, что установленной на подвижное основание антенне придается движение в горизонтальной плоскости, при этом ее электрическая ось устанавливается перпендикулярно (или под углом) к направлению движения и производится когерентное суммирование отраженных сигналов в каждом элементе дальности. The task of the invention is to obtain a high angular resolution in azimuth in the ground, airfield and ship radar. The problem is achieved by the fact that the antenna mounted on a movable base is given movement in a horizontal plane, while its electric axis is installed perpendicular (or at an angle) to the direction of movement and a coherent summation of the reflected signals in each range element is performed.

Для когерентной обработки сигналов вводят: задающий генератор, процессор сигналов, процессор данных, датчик углов и измеритель скорости антенны. For coherent signal processing, the following are introduced: a master oscillator, a signal processor, a data processor, an angle sensor and an antenna speed meter.

Траектория движения антенны может иметь различную конфигурацию. Однако для получения лучших характеристик углового разрешения необходимо, чтобы линейный участок траектории был бы максимальным. The path of the antenna may have a different configuration. However, to obtain better angular resolution characteristics, it is necessary that the linear portion of the trajectory be maximum.

Во время движения антенна реальной диаграммой направленности излучает когерентные импульсы передатчика и после отражения от объекта их принимает. При движении антенны, путем обработки и когерентного суммирования принимаемых отраженных от объекта сигналов, создается искусственный (синтезированный) раскрыв антенны, существенно превышающий раскрыв реальной антенны. During movement, the antenna emits coherent pulses from the transmitter with a real radiation pattern and receives them after reflection from the object. When the antenna moves, by processing and coherently summing the received signals reflected from the object, an artificial (synthesized) antenna opening is created, significantly exceeding the real antenna opening.

Возможность когерентного суммирования принятых отраженных сигналов при движении обеспечивается путем компенсации фазовых измерений принимаемых сигналов доплеровской частоты. Компенсация фазовых изменений проводится на основе измерения скорости движения антенны в течение всего времени движения антенны по заданной траектории. В результате когерентного суммирования формируется выходной сигнал, соответствующий сигналу, принимаемому синтезированной диаграммой направленности шириной θc, существенно меньшей ширины диаграммы направленности реальной антенны θp.
Роль апертуры антенны в этом случае играет длина траектории движения антенны РЛС.
The possibility of coherent summation of the received reflected signals during movement is provided by compensating for phase measurements of the received Doppler frequency signals. Compensation of phase changes is carried out on the basis of measuring the speed of the antenna during the entire time the antenna moves along a given path. As a result of coherent summation, an output signal is generated corresponding to the signal received by the synthesized radiation pattern with a width of θ c substantially less than the width of the radiation pattern of a real antenna θ p .
The role of the antenna aperture in this case is played by the length of the path of the radar antenna.

Время когерентной обработки Тс определяется скоростью движения антенны и длиной траектории.The coherent processing time T c is determined by the speed of the antenna and the path length.

На фиг. 2 представлено в координатах Х-У движение антенной системы. В данном примере антенна движется по координате Х. In FIG. 2 shows the X-Y coordinates of the movement of the antenna system. In this example, the antenna moves along the X coordinate.

Если ограничиться квадратичным членом разложения в ряд Тейлора, текущее расстояние будет

Figure 00000006

Фаза траекторного сигнала при такой аппроксимации изменяется по закону
Figure 00000007

Доплеровская частота траекторного сигнала
Figure 00000008

Второй член определяет ширину спектра Δfд доплеровских частот траекторного сигнала. Средняя частота сигнала равна нулю, когда антенна движется перпендикулярно линии визирования на объект.If we restrict ourselves to the quadratic term of the Taylor series expansion, the current distance will be
Figure 00000006

The phase of the trajectory signal with this approximation changes according to the law
Figure 00000007

Doppler frequency of the path signal
Figure 00000008

The second term determines the spectrum width Δf d Doppler frequencies of the trajectory signal. The average signal frequency is zero when the antenna moves perpendicular to the line of sight of the object.

Максимальное время накопления сигнала t=Tс max обеспечивается тогда, когда вся диаграмма направленности антенны при своем движении проходит объект обнаружения т.е.The maximum signal accumulation time t = T with max is provided when the entire antenna pattern during its movement passes the detection object i.e.

Figure 00000009

В этом случае ширина спектра доплеровских частот траекторного сигнала будет
Figure 00000010

где dа - размер реальной антенны.
Figure 00000009

In this case, the width of the spectrum of the Doppler frequencies of the trajectory signal will be
Figure 00000010

where d a is the size of the real antenna.

Однако в предлагаемом изобретении при синтезировании апертуры из-за ограничений реального размера участка движения антенны может быть использована только часть траекторного сигнала. Время синтезирования Tс выбирается исходя из требуемой угловой разрешающей способности по азимуту Δα

Figure 00000011

При этом ширина спектра доплеровских частот обрабатываемой части траекторного сигнала будет составлять
Figure 00000012

Из формулы 5 следует, что угловая разрешающая способность соответствует
Figure 00000013

При движении антенны перпендикулярно линии визирования на объект разрешающая способность Δα будет
Figure 00000014

Из формулы по аналогии с антенной техникой размер синтезированной апертуры L=Uа•Tс.However, in the present invention, when synthesizing the aperture due to limitations of the real size of the antenna motion section, only a part of the path signal can be used. The synthesis time T s is selected based on the required angular resolution in azimuth Δα
Figure 00000011

The width of the spectrum of the Doppler frequencies of the processed part of the trajectory signal will be
Figure 00000012

From formula 5 it follows that the angular resolution corresponds
Figure 00000013

When the antenna moves perpendicular to the line of sight on the object, the resolution Δα will be
Figure 00000014

From the formula, by analogy with the antenna technique, the size of the synthesized aperture is L = U a • T s .

Таким образом разрешающая способность РЛС будет определяться физической длиной L участка движения антенны. Однако следует отметить (см. формулу 6), что разрешающая способность при синтезированной апертуре в два раза лучше, чем в реальной антенне. Thus, the radar resolution will be determined by the physical length L of the antenna motion portion. However, it should be noted (see formula 6) that the resolution at the synthesized aperture is two times better than in a real antenna.

Реальность получения необходимого размера такой синтезированной апертуры для получения требуемого разрешения в наземных условиях можно подтвердить следующим примером. The reality of obtaining the required size of such a synthesized aperture to obtain the required resolution in ground conditions can be confirmed by the following example.

Расчеты показывают, что для обнаружения малоразмерных объектов σц≤ 5 м2 на фоне отражений от поверхности, требующих линейного азимутального разрешения на дальности RH = 9000 м - Δτ = 8м, угловое разрешение должно быть Δα = 3' .Calculations show that for the detection of small objects σ c ≤ 5 m 2 against the background of reflections from the surface, requiring a linear azimuthal resolution at a distance of R H = 9000 m - Δτ = 8 m, the angular resolution should be Δα = 3 '.

Для получения такого углового разрешения физически длина участка движения антенны L (синтезированная апертура) должна составлять L = 20 м и реальна в наземных условиях. Как следует из формулы [3]
для реализации когерентного накопления необходимо при движении компенсировать изменения фазы траекторного сигнала в зависимости от скорости угла и дальности, обеспечивая когерентность при накоплении.
To obtain such an angular resolution physically, the length of the antenna motion section L (synthesized aperture) must be L = 20 m and is real in ground conditions. As follows from the formula [3]
To implement coherent accumulation, it is necessary to compensate for changes in the phase of the trajectory signal depending on the speed of the angle and range, while ensuring coherence during accumulation.

Получение высокого азимутального разрешения в предлагаемой радиолокационной системе обеспечивается с помощью следующей процедуры обработки. Излученный движущейся антенной импульсный зондирующий сигнал отражается от объектов и поверхности и с некоторой задержкой (определяемой расстоянием) принимается этой же антенной и поступает на вход приемника. После преобразования на промежуточную частоту радиосигнал поступает на два синхронных фазовых детектора, опорные сигналы которых сдвинуты относительно друг друга на π/2. С выхода фазовых детекторов поступают мнимая и действительная составляющие комплексной огибающей сигнала. Так как обработку сигнала производят цифровым процессором с помощью аналого-цифрового преобразователя, огибающую сигнала стробируют по времени (дальности) и амплитуду преобразовывают в цифровой вид. Obtaining high azimuth resolution in the proposed radar system is provided using the following processing procedure. The pulsed sounding signal emitted by a moving antenna is reflected from objects and the surface and, with some delay (determined by distance), is received by the same antenna and fed to the receiver input. After conversion to an intermediate frequency, the radio signal is fed to two synchronous phase detectors, the reference signals of which are shifted relative to each other by π / 2. The imaginary and real components of the complex envelope of the signal come from the output of the phase detectors. Since the signal is processed by a digital processor using an analog-to-digital converter, the signal envelope is gated in time (range) and the amplitude is converted to digital form.

Обработка сигнала проводится методом гармонического спектрального анализа. В этом случае сигналы радиолокационного изображения одной стробированной полоски дальности на выходе системы обработки в аналоговой форме могут быть описаны

Figure 00000015

где Sвх(τ•αi) - комплексный сигнал на входе системы обработки, отраженный от объекта, расположенного под углом αi относительно линии визирования объекта
τ - текущее время на интервале накопления на интервале движения антенны
Figure 00000016

A(τ,αi) - амплитуда сигнала;
φ(τii) - фаза сигнала;
h·(τ) - опорная функция, комплексно сопряженная сигналом, отраженным от объекта;
Figure 00000017

H(τ) - весовая функция, определяющая заданный уровень боковых лепестков;
Uar - составляющая скорость движения антенны в направлении на объект Var= Va•Cosαi;
Aar - составляющая ускорения движения антенны в направлении на объект
Figure 00000018

λ - длина излучаемой волны
Для представления этих зависимостей при цифровой обработке сигнала следует произвести переход к дискретной форме.Signal processing is carried out by the method of harmonic spectral analysis. In this case, the signals of the radar image of one gated range strip at the output of the processing system in analog form can be described
Figure 00000015

where S in (τ • α i ) is a complex signal at the input of the processing system reflected from an object located at an angle α i relative to the line of sight of the object
τ is the current time in the accumulation interval in the interval of the antenna
Figure 00000016

A (τ, α i ) is the signal amplitude;
φ (τ i ; α i ) is the phase of the signal;
h · (τ) is the reference function, complex conjugate to the signal reflected from the object;
Figure 00000017

H (τ) is a weight function that determines a given level of side lobes;
U ar - component velocity of the antenna in the direction of the object V ar = V a • Cosα i ;
A ar - component of the acceleration of the antenna in the direction of the object
Figure 00000018

λ is the wavelength
To represent these dependencies in digital signal processing, a transition to a discrete form should be made.

При этом производится замена τ на К•Т, ω на 2π•l/NT, а интегрирование заменяется суммированием по К,
где К - номер отсчета входных сигналов и опорной функции на интервале накопления.
In this case, τ is replaced by K • T, ω by 2π • l / NT, and integration is replaced by summation over K,
where K is the reference number of the input signals and the reference function on the accumulation interval.

l - номер отсчета выходного сигнала (спектра)
Т - период дискретизации входных сигналов и опорной функции
N - количество отсчетов на интервале накопления.
l - reference number of the output signal (spectrum)
T is the sampling period of the input signals and the reference function
N is the number of samples in the accumulation interval.

N = TH/T
С учетом этих изменений сигнал радиолокационного изображения на выходе цифровой системы обработки будет

Figure 00000019

B соответствии с вышеизложенным признаки и преимущества предлагаемой paдиoлoкaциoнной системы приводятся ниже в описании предложенного варианта предполагаемого изобретения.N = T H / T
Given these changes, the radar image signal at the output of the digital processing system will
Figure 00000019

In accordance with the foregoing, the features and advantages of the proposed radar system are given below in the description of the proposed variant of the alleged invention.

На фиг. 1-5 представлены чертежи, поясняющие описание предложенной РЛС. На фиг. 1 приведена блок-схема традиционной радиолокационной системы прототипа. In FIG. 1-5 are drawings explaining the description of the proposed radar. In FIG. 1 shows a block diagram of a conventional prototype radar system.

На фиг. 2 приведен чертеж, поясняющий наличие доплеровских и фазовых изменений при движении антенны, дающих возможность синтезировать апертуру антенны. In FIG. 2 is a drawing explaining the presence of Doppler and phase changes during the movement of the antenna, making it possible to synthesize the aperture of the antenna.

На фиг. 3 представлена блок-схема предложенной РЛС, отвечающая формуле изобретения. In FIG. 3 presents a block diagram of the proposed radar, corresponding to the claims.

На фиг. 4 на двух листах (фиг. 4-1 и фиг. 4-2) представлена развернутая блок-схема предложенной на фиг. 3 РЛС, в которой подробно изложен процесс формирования и обработки сигналов в каждом из блоков и в РЛС в целом. In FIG. 4 on two sheets (Fig. 4-1 and Fig. 4-2) presents a detailed block diagram of the proposed in Fig. 3 radar, which details the process of generating and processing signals in each of the units and in the radar as a whole.

Соединение связей между листами обозначены буквами от n до l. The connection of the bonds between the sheets is indicated by the letters from n to l.

На фиг. 5 приведен чертеж возможного варианта реализации движения антенны по направляющим. In FIG. 5 is a drawing of a possible embodiment of the movement of the antenna along the guides.

На фиг. 3 представлена блок-схема предлагаемой радиолокационной системы, где:
- блок 1 - антенна
- блок 2 - передатчик
- блок 3 - приемник
- блок 4 - синтезатор частот
- блок 5 - индикатор
- блок 6 - циркулятор
- блок 7 - датчик углов
- блок 8 - измеритель скорости
- блок 9 - процессор сигналов
- блок 10 - процессор данных
- блок 11 - задающий генератор
В предложенной РЛС антенна установлена на подвижное основание и антенне задается поступательно-возвратное движение по направляющим, в горизонтальной плоскости, при этом ее электрическая ось установлена перпендикулярно (или под углом) к направлению движения. Конфигурация траектории движения антенны может быть различной (в том числе и круговой).
In FIG. 3 presents a block diagram of the proposed radar system, where:
- block 1 - antenna
- block 2 - transmitter
- block 3 - receiver
- block 4 - frequency synthesizer
- block 5 - indicator
- block 6 - circulator
- block 7 - angle sensor
- block 8 - speed meter
- block 9 - signal processor
- block 10 - data processor
- block 11 - master oscillator
In the proposed radar, the antenna is mounted on a movable base and the antenna is set to translate back and forth along the guides in a horizontal plane, while its electric axis is installed perpendicular (or at an angle) to the direction of movement. The configuration of the antenna trajectory can be different (including circular).

Однако для простоты обработки сигналов предпочтительной является конфигурация траектории движения, при которой обеспечивается наибольшая длина линейного участка. However, for simplicity of signal processing, the preferred configuration of the trajectory of movement, which provides the greatest length of the linear section.

На фиг. 5 представлен вариант движения антенны по направляющим и размещение антенны на подвижном основании. Движение основания по направляющим осуществляется с помощью двигателя. Конструкция антенны, подвижное основание, построение направляющих определяется конкретными требованиями и условиями применения РЛС. Выполнение такой конструкции проводится традиционными инженерными методами с применением известных материалов и конструкций, в том числе и стандартных. In FIG. 5 shows an embodiment of the movement of the antenna along the rails and the placement of the antenna on a moving base. The movement of the base along the guides is carried out using the engine. The design of the antenna, the movable base, the construction of the guides is determined by the specific requirements and conditions of use of the radar. The implementation of this design is carried out by traditional engineering methods using well-known materials and structures, including standard ones.

На фиг. 4(1-2) представлена развернутая структурная схема радиолокационной системы в соответствии с настоящим предложением (фиг. 3). In FIG. 4 (1-2) presents a detailed structural diagram of a radar system in accordance with this proposal (Fig. 3).

В радиолокационную систему входит:
антенна - 1
передатчик - 2
приемник - 3
синтезатор частот - 4
индикатор - 5
циркулятор - 6
датчик углов - 7
измеритель скорости - 8
процессор сигналов - 9
процессор данных -10
задающий генератор - 11
усилитель мощности - 12
модулятор - 13
СВЧ-приемник - 14
усилитель промежуточной частоты - 15
фазовый детектор -16
фазовый детектор -17
АЦП - 18
АЦП - 19
память - 20
память - 21
умножитель - 22
умножитель - 23
умножитель - 24
умножитель - 25
узел разности - 26
узел суммы - 27
процессор БПФ - 28
вычислитель - 29
узел модуля Cos α - 30
умножитель - 31
умножитель - 32
умножитель - 33
умножитель - 34
умножитель - 35
узел суммы - 36
узел суммы - 37
узел Sin Δφ - 38
узел Cos Δφ - 39
память - 40
память - 41
умножитель - 42
умножитель - 43
умножитель - 44
узел Sin2 αi - 45
задатчик данных - 46
РЛС работает следующим образом:
В процессе движения антенны (1) усилитель мощности (12) усиливает поступающие на него из модулятора (13) высокочастотные импульсы и через циркулятор (6) передает в антенну (1). Антенной (1) эти импульсы излучаются в пространство и распространяются в направлении выбранной области.
The radar system includes:
antenna - 1
transmitter - 2
receiver - 3
frequency synthesizer - 4
indicator - 5
circulator - 6
angle sensor - 7
speed meter - 8
signal processor - 9
data processor -10
master oscillator - 11
power amplifier - 12
modulator - 13
Microwave receiver - 14
intermediate frequency amplifier - 15
-16 phase detector
phase detector -17
ADC - 18
ADC - 19
memory - 20
memory - 21
multiplier - 22
multiplier - 23
multiplier - 24
multiplier - 25
difference node - 26
knot of the sum - 27
FFT processor - 28
calculator - 29
Cos α module assembly - 30
multiplier - 31
multiplier - 32
multiplier - 33
multiplier - 34
multiplier - 35
knot of the sum - 36
knot of the sum - 37
node Sin Δφ - 38
Cos Δφ - 39 node
memory - 40
memory - 41
multiplier - 42
multiplier - 43
multiplier - 44
node Sin 2 α i - 45
data setter - 46
The radar operates as follows:
During the movement of the antenna (1), the power amplifier (12) amplifies the high-frequency pulses arriving at it from the modulator (13) and transfers it to the antenna (1) through the circulator (6). By the antenna (1), these pulses are emitted into space and propagate in the direction of the selected region.

Когерентность сигнала определяется задающим генератором (11). Модулятор (13) осуществляет модуляцию высокочастотного, сигнала f и формирует импульсы, подаваемые в усилитель мощности, имеющие заданную длительность (τ) и период повторения (Тп), определяемый однозначной дальностью.The coherence of the signal is determined by the master oscillator (11). The modulator (13) modulates the high-frequency signal f and generates pulses supplied to the power amplifier having a given duration (τ) and a repetition period (T p ), determined by a unique range.

Высокочастотный сигнал (f) формируется синтезатором частоты (4), разработанным известными методами проектирования и изготовленным с использованием известной элементной базы. A high-frequency signal (f) is generated by a frequency synthesizer (4) developed by well-known design methods and manufactured using a well-known element base.

От задающего кварцевого генератора (II) сигнал с входной частотой fr поступает в синтезатор частот (4), умножается до более высокой частоты f и используется в качестве несущей частоты радиолокационного сигнала, излучаемого антенной. Также в процессе движения, отраженные сигналы от объектов и поверхности принимаются антенной и через циркулятор (6) поступают в СВЧ-приемник (14). В СВЧ-приемнике (14) эти сигналы в смесителе приемника смешиваются с сигналом синтезатора fс, в результате чего образуются сигналы промежуточной частоты fоп. Сигналы промежуточной частоты в усилителе промежуточной частоты УПЧ (15) усиливаются и поступают на фазовые детекторы (16) и (17), на которые от синтезатора поступает сигнал с частотой fпр, равной промежуточной частоте fпр. Причем, на один из фазовых детекторов сигнал синтезатора fпр поступает со сдвигом на π/2.From the master quartz oscillator (II), a signal with an input frequency f r enters the frequency synthesizer (4), multiplies to a higher frequency f and is used as the carrier frequency of the radar signal emitted by the antenna. Also in the process of movement, the reflected signals from objects and the surface are received by the antenna and through the circulator (6) enter the microwave receiver (14). In the microwave receiver (14), these signals in the receiver mixer are mixed with the synthesizer signal f s , resulting in the formation of intermediate frequency signals f op . The intermediate frequency signals in the intermediate frequency amplifier of the amplifier (15) are amplified and fed to phase detectors (16) and (17), to which a signal with a frequency f pr equal to the intermediate frequency f pr is received from the synthesizer. Moreover, to one of the phase detectors, the synthesizer signal f pr arrives with a shift of π / 2.

За счет движения антенны (1) на выходах фазовых детекторов образуются синфазный "1" и квадратурный "Q" сигналы доплеровской частоты. Далее, оба сигнала "1" и "Q"с помощью аналого-цифрового преобразователя (18) и (19), управляемого с помощью синхросигнала fc'a, преобразуются в цифровую форму. С выходов АЦП (18) и (19) массив сигналов двух квадратур, поступающих в процессор (9), синхронизируемый сигналом fсп из блока 4 накапливается в памяти (20) и (21) для каждого элемента дальности и каждого периода повторения. Одновременно в процессе движения антенны, для компенсации фазовых изменений, в процессоре данных (10) синхронизируемым сигналом fпα, из блока (4), формируется опорная функция, комплексно сопряженная с сигналом, отраженным от объекта, в соответствии с формулой [7]. Для этого формируется линейный член изменения фазы Δφл опорной функции и ее квадратичный член Δφкв.
Для формирования линейного члена с датчика угла (7) на узел cosα поступает значение угла αi и с него поступает на умножитель (31). На этот же умножитель (31) с измерителя скорости поступает значение скорости Ua. Произведение Vacosαi поступает на умножитель (32), где умножается на величину a = 4π•τи/λ, поступающую из задатчика данных (46). Произведение (4π•τи/λ)•VaCosα поступает на умножитель (34), где умножается на номер элемента дальности ε, поступающего из задатчика данных (46). В результате на выходе умножителя (34) формируется конкретное изменение фазы для каждого элемента дальности в периоде повторения Tп- (4π•τи•ε/λ)•Va•Cosαi
В умножителе (33) и (35) формируется изменение фазы от периода к периоду "Тп" для всех элементов дальности. Для этого из умножителя (31) значение Va•Cosαi последовательно в умножителях (33) и (35) умножается сначала на коэффициент b = (4π/λ)•Tп, а затем на коэффициент "К", равный номеру периода "Тп", в результате чего на выходе умножителя (35) будет (4π•k•Tп/λ)•VaCosα.
В узле суммы (36) формируется линейный член изменения фазы
для каждого элемента дальности для "К" - ого периода повторения.
Due to the movement of the antenna (1) at the outputs of the phase detectors, in-phase "1" and quadrature "Q" Doppler frequency signals are formed. Further, both signals "1" and "Q" using an analog-to-digital Converter (18) and (19), controlled by a clock signal f c'a , are converted to digital form. From the ADC outputs (18) and (19), an array of two quadrature signals entering the processor (9), synchronized by the signal f cn from block 4, is accumulated in memory (20) and (21) for each range element and each repetition period. Simultaneously, in the process of moving the antenna, to compensate for phase changes, in the data processor (10) with a synchronized signal f p α, from the block (4), a support function is formed that is complex conjugate with the signal reflected from the object in accordance with the formula [7]. For this, a linear term of the phase change Δφ l of the support function and its quadratic term Δφ q are formed .
To form a linear term from the angle sensor (7), the value of the angle α i enters the cosα node and from it goes to the multiplier (31). At the same multiplier (31), a speed value U a is received from the speed meter. The product V a cosα i is supplied to the multiplier (32), where it is multiplied by the value a = 4π • τ and / λ coming from the data master (46). The product (4π • τ and / λ) • V a Cosα is supplied to the multiplier (34), where it is multiplied by the number of the range element ε coming from the data pickup (46). As a result, at the output of the multiplier (34), a specific phase change is formed for each element of the range in the repetition period T p - (4π • τ and • ε / λ) • V a • Cosα i
In the multiplier (33) and (35), a phase change from period to period "T p " is formed for all range elements. For this, from the multiplier (31), the value of V a • Cosα i is successively multiplied in the multipliers (33) and (35) first by the coefficient b = (4π / λ) • T p , and then by the coefficient "K" equal to the period number " T p ", resulting in the output of the multiplier (35) will be (4π • k • T p / λ) • V a Cosα.
In the node of the sum (36), a linear term of the phase change is formed
for each element of the range for the "K" - th repetition period.

Figure 00000020

Для формирования квадратичного изменения фазы Δφкв опорной функции используются умножители (42), (43), (44), a также узел Sin2αi. B умножителе (42) значение скорости Va с измерителя скорости (8) вначале умножается само на себя, а затем умножается на (КТn)2, поступающий из задатчика данных, (46) затем величина Va2(КТn)2 поступает на умножитель (43), куда поступают коэффициент C = 2π/λ и коэффициент 1/R из задатчика данных (46). Затем эта величина поступает в умножитель (44), где умножается на значение Sin2α , поступающее из узла Sin2αi(45).
С выхода умножителя (44) квадратичный член изменения фазы
Figure 00000021

поступает на узел суммы, где суммируется с линейным членом каждого элемента дальности в каждом периоде Tп. С выхода узла суммы изменение фазы опорной функции Δφ = Δφλ+Δφкв для каждого элемента дальности ε в каждом периоде повторения Tп поступают в узлы SinΔφ и CosΔφ и накапливаются в памяти для каждого элемента дальности и каждого периода повторения.
Figure 00000020

To form a quadratic phase change Δφ kv of the support function, multipliers (42), (43), (44) are used, as well as the node Sin 2 α i . In the multiplier (42), the value of the velocity V a from the speed meter (8) is first multiplied by itself, and then multiplied by (CT n ) 2 coming from the data collector, (46) then the value V a 2 (CT n ) 2 is received to the multiplier (43), where the coefficient C = 2π / λ and the coefficient 1 / R from the data setter (46) arrive. Then this quantity goes to the multiplier (44), where it is multiplied by the value of Sin 2 α coming from the node Sin 2 α i (45).
From the output of the multiplier (44), the quadratic term of the phase change
Figure 00000021

arrives at the node of the sum, where it is summed with the linear term of each element of range in each period T p . From the output of the sum node, the phase change of the support function Δφ = Δφ λ + Δφ kv for each element of the range ε in each repetition period T p comes to the nodes SinΔφ and CosΔφ and is accumulated in the memory for each element of the range and each repetition period.

По окончании движения антенны по траектории поступающие из памяти 20, 21 отсчеты сигнала каждого элемента дальности каждого периода в умножителях 22, 23, 24 и 25 перемножаются с отсчетами для каждого элемента дальности и периода повторения опорной функции, поступающими из памяти (40) и (41). С выходов узлов разности (26) и суммы (27) сигналы двух квадратур подаются в процессор БПФ, где подвергаются гармоническому анализу по алгоритму быстрого преобразования Фурье. At the end of the movement of the antenna along the trajectory, the signal samples of each range element of each period from the memory 20, 21 are multiplied in the multipliers 22, 23, 24, and 25 with the samples for each element of the range and the repetition period of the reference function coming from the memory (40) and (41 ) From the outputs of the nodes of the difference (26) and the sum (27), the signals of two quadratures are fed to the FFT processor, where they are subjected to harmonic analysis using the fast Fourier transform algorithm.

Результатом преобразования сигналов из временной области в частотную являются азимутальные отсчеты двух квадратур радиолокационной информации в каждом элементе дальности. Затем отсчеты двух квадратур поступают на узел 29, где из них формируется модуль. Далее сигналы поступают в систему индикации 5. The result of the conversion of signals from the time domain to the frequency domain is the azimuthal readings of two quadratures of radar information in each range element. Then the readings of the two quadratures arrive at node 29, where a module is formed from them. Next, the signals enter the display system 5.

Техническая эффективность
Технический эффект предлагаемого изобретения заключается в повышении углового азимутального разрешения радиолокационной системы.
Technical efficiency
The technical effect of the invention is to increase the angular azimuthal resolution of the radar system.

В зависимости от реализуемого размера траектории движения антенны повышение углового разрешения предполагаемой РЛС по сравнению с прототипом будет

Figure 00000022

где θd,θ - угловое разрешение РЛС,
L - линейный размер,
Kобуж - коэффициент обужения реальной диаграммы.Depending on the realized size of the antenna trajectory, an increase in the angular resolution of the proposed radar in comparison with the prototype will be
Figure 00000022

where θ d , θ is the angular resolution of the radar,
L is the linear size,
K shoelaces - coefficient of shoelaces of a real diagram.

В зависимости от условий применения коэффициент Kобуж может быть более 10.Depending on the application obuzh coefficient K may be greater than 10.

Claims (1)

Радиолокационная система, состоящая из антенны, передатчика, циркулятора, приемника, синтезатора частот и индикатора, при этом вход-выход антенны через циркулятор соединен с входом приемника и выходом передатчика, первый выход синтезатора частот соединен с первым входом приемника, отличающаяся тем, что антенна установлена на подвижное основание, перемещаемое в горизонтальной плоскости, с установленной перпендикулярно или под углом к направлению движения электрической осью антенны, а также тем, что в систему введены процессор сигналов, процессор данных, измеритель скорости, датчик углов и задающий генератор, от которого сигнал с входной частотой fr поступает в синтезатор частот, умножается до более высокой частоты и используется в качестве несущей частоты радиолокационного сигнала, излучаемого антенной, при этом второй выход синтезатора частот соединен с вторым входом приемника, третий выход - с третьим входом приемника, четвертый выход - с первым входом процессора сигналов, второй вход которого соединен с выходом приемника, третий вход - с выходом процессора данных, а выход - с входом индикатора, второй вход процессора данных соединен с выходом измерителя скорости, а третий вход - с выходом датчика углов, при этом в процессоре данных, синхронизируемом сигналом fпα из синтезатора частот, формируется опорная функция, комплексно сопряженная с сигналом, отраженным от объекта.Radar system consisting of an antenna, transmitter, circulator, receiver, frequency synthesizer and indicator, while the antenna input-output through the circulator is connected to the receiver input and transmitter output, the first output of the frequency synthesizer is connected to the first input of the receiver, characterized in that the antenna is installed on a movable base, moved in a horizontal plane, installed perpendicularly or at an angle to the direction of movement of the electrical axis of the antenna, as well as the fact that a signal processor is introduced into the system, a data processor, a speed meter, an angle sensor and a master oscillator, from which the signal with the input frequency f r enters the frequency synthesizer, is multiplied to a higher frequency and used as the carrier frequency of the radar signal emitted by the antenna, while the second output of the frequency synthesizer is connected to the second input of the receiver, the third output - with the third input of the receiver, the fourth output - with the first input of the signal processor, the second input of which is connected to the output of the receiver, the third input - with the output of the data processor, and in stroke - to the input of the indicator, the second data processor input coupled to the output speed detector, and the third input - to the output angle sensor, wherein the data processor synchronizes signal f of the frequency synthesizer forms the support function of the complex conjugate of the signal reflected from object.
RU97101451A 1997-02-03 1997-02-03 Radar system RU2151407C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97101451A RU2151407C1 (en) 1997-02-03 1997-02-03 Radar system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97101451A RU2151407C1 (en) 1997-02-03 1997-02-03 Radar system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU97101451A RU97101451A (en) 1999-02-20
RU2151407C1 true RU2151407C1 (en) 2000-06-20

Family

ID=20189512

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97101451A RU2151407C1 (en) 1997-02-03 1997-02-03 Radar system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2151407C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2597221C1 (en) * 2015-11-24 2016-09-10 Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" Method of measuring range of target in short-range radiolocation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Аверьянов В.Я. и др. Судовые радиолокационные станции и их применение. Справочное руководство/Под ред.д.т.н. В.И. Ракова Судостроение. - Л.: 1970, т.3, с.19. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2597221C1 (en) * 2015-11-24 2016-09-10 Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" Method of measuring range of target in short-range radiolocation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4630051A (en) Imaging doppler interferometer
US4717916A (en) High resolution imaging doppler interferometer
Gurgel et al. Wellen Radar (WERA): A new ground-wave HF radar for ocean remote sensing
US4172255A (en) HF coastal current mapping radar system
US4992796A (en) Computed-interferometry radar system with coherent integration
Barnum Ship detection with high-resolution HF skywave radar
Teague et al. HF radar instruments, past to present
US3889533A (en) Acoustic wind sensor
EP0731923A1 (en) Bistatic multiple-doppler radar network
EP1279970A2 (en) A system for monitoring a feature of a surface with broad swath and high resolution
US9958539B2 (en) Real aperture radar system for use on board a satellite and for maritime surveillance applications
US5471211A (en) Receiver antenna for bistatic doppler radar network
US5847675A (en) Radar with a wide instantaneous angular field and a high instantaneous angular resolution in particular for a missile homing head
Ahearn et al. Tests of remote skywave measurement of ocean surface conditions
Musa et al. Ambiguity elimination in HF FMCW radar systems
RU2151407C1 (en) Radar system
RU2194288C2 (en) Radar system
Gurgel et al. Remote sensing of surface currents and waves by the HF radar WERA
JP3172739B2 (en) VLBI radar search method
RU102391U1 (en) RADAR SYSTEM
RU2147136C1 (en) Helicopter-borne radar system
Ash FMCW Phased Array Radar for Imaging Snow Avalanches
RU2084920C1 (en) Method for selection of moving targets on earth
RU2195683C2 (en) Method determining direction on target
Schetne et al. Full-scale bistatic radar cross-section measurement method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070204