RU2204148C2 - Способ измерения параметров радиолокационных сигналов на фоне шумовых гауссовских помех - Google Patents

Способ измерения параметров радиолокационных сигналов на фоне шумовых гауссовских помех Download PDF

Info

Publication number
RU2204148C2
RU2204148C2 RU2000125628/09A RU2000125628A RU2204148C2 RU 2204148 C2 RU2204148 C2 RU 2204148C2 RU 2000125628/09 A RU2000125628/09 A RU 2000125628/09A RU 2000125628 A RU2000125628 A RU 2000125628A RU 2204148 C2 RU2204148 C2 RU 2204148C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radar
target
vector
parameters
elements
Prior art date
Application number
RU2000125628/09A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2000125628A (ru
Inventor
А.А. Чижов
А.К. Гуреев
Original Assignee
Военный университет ВПВО ВС РФ
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 Военный университет ВПВО ВС РФ filed Critical Военный университет ВПВО ВС РФ
Priority to RU2000125628/09A priority Critical patent/RU2204148C2/ru
Publication of RU2000125628A publication Critical patent/RU2000125628A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2204148C2 publication Critical patent/RU2204148C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для измерения координат и параметров движения нескольких целей, в том числе целей из состава групповой. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей координаторов целей, использующих радиотехнические измерительные устройства. Технический результат достигается за счет того, что, приняв с помощью антенной решетки радиолокационный сигнал, сформированный групповой целью, вектор информативных параметров расширяют так, что его элементами являются дальности, угловые координаты, радиальные скорости одиночных целей из состава групповой, а также амплитуды сформированных ими радиолокационных сигналов, начальные фазы которых случайны. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для измерения координат и параметров движения нескольких целей, в том числе целей из состава групповой.
Известен способ пеленгации цели из состава групповой [1]. Для этого с помощью линзовой антенны с четырьмя облучателями формируют в каждой плоскости пеленгации две диаграммы направленности антенны (ДНА) на излучение, смещенные относительно равносигнального направления, совпадающие с ДНА, образующими суммарные и разностные ДНА на прием в этих плоскостях; с помощью двух передатчиков формируют зондирующие сигналы (ЗС) с различными несущими частотами (либо со сдвигом во времени); с помощью двойного балансного моста и двух (одного в случае временного сдвига ЗС) приемников осуществляют суммарно-разностную обработку принятых антенной радиолокационных сигналов (РЛ-сигналов); вычисляют разность сигналов ошибок на выходах приемников (выходе приемника в соответствующие моменты времени). На тех временных промежутках, на которых указанная разность равна нулю, сигнал ошибки пропускают на вход устройства управления приводом антенны. В моменты времени, когда разность не равна нулю, сигнал на входе устройства управления приводом не меняют. В случае ручного управления приводом антенны сумму и разность сигналов ошибок подают на входы горизонтальной и вертикальной развертки осциллографа, что позволяет оператору сопровождать крайние цели группы.
Данный способ имеет ряд недостатков, а именно:
- в случае ручного управления приводом он обеспечивает измерение только углового положения и только крайних целей из состава групповой; в случае автоматического управления приводом процесс измерения фактически прекращается на временных промежутках, когда принятый РЛ-сигнал сформирован групповой целью;
- наличие шумовых помех с пространственной или временной корреляцией не может быть учтено в процессе пеленгации.
Также известен измеритель пеленга цели в присутствии цели-ловушки (далее - радиолокационной ловушки (РЛЛ)) [2]. В данном устройстве для подавления импульсной помехи от РЛЛ, поступающей по основному лепестку ДНА, осуществляют моноимпульсную суммарно-разностную обработку и синхронное детектирование принятого антенной РЛ-сигнала, по неортогональности суммарного и сдвинутого по фазе на 90o разностного сигнала обнаруживают наличие РЛЛ и при наличии РЛЛ селектируют полезный и помеховый сигналы. Селекцию выполняют после приема пачки импульсов, полученной при плавном изменении с помощью управляемого фазовращателя нуля разностной ДНА от крайне левого до крайне правого углового положения. При совпадении в момент времени t1 [2] нуля разностной ДНА с угловым положением цели, а в момент времени t3 [2] - с положением РЛЛ в разностном канале осуществляют обработку только РЛ-сигнала, сформированного РЛЛ, или только РЛ-сигнала, сформированного целью. При наличии различий в структуре сигналов, сформированных целью и РЛЛ, выделяют момент времени t3, в который селектор импульсов пропускает сигнал с выхода синхронного детектора.
Данное техническое решение имеет следующие недостатки:
- возможно измерение только углового положения только одной цели при наличии только одной РЛЛ;
- пеленгация цели возможна только при наличии различий в структурах РЛ-сигналов, сформированных целью и РЛЛ;
- присутствие в момент времени t3 помехового сигнала в суммарном канале при нормировке амплитуд сигналов суммарного и разностного каналов существенно искажает результаты измерений пеленга цели, особенно при большой (по сравнению с целью) эффективной поверхности рассеивания РЛЛ;
- наличие шумовых помех с пространственной или временной корреляцией не может быть учтено в процессе измерения пеленга цели.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является дискриминаторный способ измерения параметров РЛ-сигналов в условиях, когда принимаемый на фоне шумовых гауссовских помех РЛ-сигнал сформирован одиночной целью [3].
В способе-прототипе в качестве модели принимаемого РЛ-сигнала выбирают РЛ-сигнал, сформированный точечной целью, имеющий случайные амплитуду и начальную фазу, а элементами вектора измеряемых (информативных) параметров выбирают неизвестные неэнергетические параметры, такие как дальность до цели (время задержки импульсного РЛ-сигнала), ее угловые координаты и радиальную скорость (частоту Доплера) [3].
Для формирования выходного эффекта обобщенного дискриминатора первого вида в прототипе выделяют комплексные огибающие (КО) сигналов на выходах элементов антенной решетки (АР) и вычисляют значение градиента квадрата модуля комплексного весового интеграла в точке текущей оценки вектора измеряемых параметров [3].
Корреляционную матрицу ошибок измерения в способе-прототипе вычисляют как обратную к помноженному на отношение сигнал/шум (параметр обнаружения) и на -1 значению матрицы Гесса нормированной функции рассогласования в точке измеренного значения вектора измеряемых параметров [3].
Недостатками способа-прототипа являются:
- необходимость определения посторонними способами параметра обнаружения (для вычисления модуля комплексного весового интеграла и корреляционной матрицы ошибок измерения);
- неопределенность выражения для вычисления корреляционной матрицы ошибок измерения, так как в способе-прототипе непосредственно измеренное значение вектора измеряемых параметров неизвестно (известна только величина, пропорциональная вектору невязки, причем коэффициентом пропорциональности служит матрица, обратная самой матрице ошибок измерения);
- необоснованность способа при невозможности предварительной селекции КО требуемого РЛ-сигнала из смеси РЛ-сигналов, сформированных несколькими целями (групповая цель), что приводит к сопровождению "кажущегося" центра групповой цели, то есть к существенному снижению точности сопровождения, особенно в случае, когда потенциальная точность измерений много лучше разрешающей способности (большое отношение сигнал/шум).
Последний недостаток является принципиально неустранимым в рамках способа-прототипа.
Предлагаемое техническое решение направлено на повышение точности измерения координат и параметров движения каждой из нескольких целей в составе групповой при известном количестве облучаемых целей в заданной области пространства и наличии аддитивных шумовых гауссовских помех с известной пространственно-временной корреляцией.
Технический результат, который может быть получен в результате осуществления предлагаемого технического решения, заключается в расширении функциональных возможностей координаторов целей, использующих радиотехнические измерительные устройства, а именно появление возможностей:
- сопровождения нескольких целей в том случае, когда некоторые из них не разрешаются;
- сопровождения целей, использующих активные и пассивные РЛЛ;
- сопровождения целей при одновременном сопровождении отделяющихся от них элементов ракетного вооружения;
- использования ЗС и АР со значительно более "широкими" телами неопределенностей (функциями рассогласования) без ухудшения разрешающей способности.
Как и в способе-прототипе, в предлагаемом способе измерения параметров РЛ-сигналов на фоне шумовых гауссовских помех выделяют КО сигналов на выходах элементов АР, элементами вектора измеряемых параметров выбирают дальность, угловые координаты и радиальную скорость цели, формирующей радиолокационный сигнал со случайной начальной фазой, но принимают РЛ-сигнал, сформированный групповой целью (n одиночных целей (n = 2, 3, ...)) и вектор измеряемых параметров расширяют так, что его элементами являются неизвестные дальности, угловые положения, радиальные скорости n облучаемых целей, а также неизвестные амплитуды сформированных ими РЛ-сигналов.
Для формирования выходного эффекта обобщенного дискриминатора первого вида в точке текущей оценки расширенного вектора измеряемых параметров вычисляют значение градиента натурального логарифма условного отношения правдоподобия.
Вместе с тем корреляционную матрицу ошибок измерения вычисляют как обратную к помноженному на -1 значению матрицы Гесса натурального логарифма условного отношения правдоподобия в точке текущей оценки расширенного вектора измеряемых параметров.
То есть в предлагаемом техническом решении вектор измеряемых параметров α и вектор неизмеряемых (неинформативных) параметров γ выбирают в виде
Figure 00000001

γT = [φ1 ... φn]T = [γ1 ... γn]T,
где D1, ..., Dn - измеряемые дальности до n облучаемых целей;
ε1, ... , εn и β1, ... , βn - измеряемые угловые положения n облучаемых целей в ортогональных плоскостях пеленгации;
Vr1, ..., Vrn - измеряемые радиальные скорости n облучаемых целей;
b1, . .., bn - измеряемые амплитуды РЛ-сигналов, сформированных n облучаемыми целями;
φ1, ... , φn - случайные равномерно распределенные начальные фазы РЛ-сигналов, сформированных n облучаемыми целями.
В том случае, когда какие-то из информативных параметров известны, они исключаются из вектора α, соответственно его размерность уменьшается.
Выходной эффект Δ обобщенного дискриминатора первого вида в предлагаемом техническом решении формируют согласно зависимости
Figure 00000002

где
Figure 00000003

условное отношение правдоподобия Y(t) (являющееся скалярной функцией, зависящей от вектора измеряемых параметров α);
Figure 00000004

весовой интеграл;
i=1,..., n;
Figure 00000005

- параметр обнаружения;
Figure 00000006
- модель РЛ-сигнала, сформированного i-й точечной целью (вектор-столбец, образованный КО сигналов на выходах элементов АР при приеме РЛ-сигнала, сформированного i-й точечной целью, в отсутствие помех);
Ri(Diii,Vri,bi) - составляющая комплексного весового вектора, определяемая из интегрального матричного уравнения
Figure 00000007

α0 - текущая оценка вектора измеряемых параметров, формируемая с помощью устройства оптимального оценивания (оптимального фильтра, например фильтра Калмана).
Текущее значение корреляционной матрицы ошибок измерения R вычисляют по формуле
Figure 00000008

Доказательство используемых в предлагаемом техническом решении выражений основано на том, что в случае групповой цели распределение электромагнитного поля по раскрыву АР является результатом интерференции РЛ-сигналов, сформированных одиночными облучаемыми целями. Поэтому вектор-столбец S(α,γ,t), составленный из КО сигналов на выходах элементов АР без шумов, определяется выражением
Figure 00000009

При известной корреляционной матрице Ф(t, t') КО помехи N(t) зависимость, определяющая условное отношение правдоподобия, имеет вид [3]
Figure 00000010

где l(Y/α) - условное отношение правдоподобия КО сигналов на выходах элементов АР;
Figure 00000011

весовой интеграл;
Y(t) = S(α,γ,t)+N(t) - вектор-столбец, составленный из КО сигналов на выходах элементов АР при приеме РЛ-сигнала
Figure 00000012
на фоне шумов;
R(α,γ,t) = R(α,φ1,...,φn) - комплексный весовой вектор;
Figure 00000013

параметр обнаружения (в рассматриваемом случае он зависит как от измеряемых, так и от неизмеряемых параметров).
Причем дистрибутивность операции матричного умножения позволяет в случае групповой цели свести процедуру определения комплексного весового вектора R(α,γ,t) к суммированию с весами
Figure 00000014
комплексных весовых векторов Ri(Diii,Vri,bi,t), найденных из уравнений, идентичных соответствующему уравнению способа-прототипа:
так как
Figure 00000015
то
Figure 00000016

или
Figure 00000017

откуда
Figure 00000018

При вычислении текущего значения корреляционной матрицы ошибок измерения R предлагается воспользоваться свойством известной аппроксимации для апостериорной плотности вероятности α [3, 4]:
Figure 00000019

где αY - измеренное значение вектора измеряемых параметров.
Равенство значений матрицы Гесса натурального логарифма условного отношения правдоподобия в точках αY и α0 характерно для принятого в некоторой окрестности αY нормального распределения α.
Действительно, так как [3]
Figure 00000020

где p(α/Y) - апостериорная плотность вероятности α;
Figure 00000021

- постоянный нормирующий множитель;
р(α)=const - априорное распределение α,
то
Figure 00000022

То есть при нормальном апостериорном распределении α значение матрицы Гесса натурального логарифма условного отношения правдоподобия Y(t) постоянно и не зависит от α.
На чертеже приведена структурная схема математической модели, использовавшейся для проверки возможности получения вышеуказанного технического результата.
Осуществить предлагаемый способ возможно с помощью многоканальной радиолокационной станции.
Проверка возможности получения вышеуказанного технического результата при осуществлении предлагаемого способа проводилась с помощью цифрового математического моделирования.
Моделировался процесс сопровождения цели, применяющей РЛЛ, координатором, использующим предлагаемый способ измерения и формирующим оценку вектора измеряемых параметров с помощью рекуррентного фильтра Калмана-Бьюси (см. чертеж).
Цель сопровождалась по дальности, угловой координате и радиальной скорости. Поэтому вектор измеряемых параметров составляли дальности, угловые положения, радиальные скорости цели и РЛЛ, а также амплитуды сформированных ими РЛ-сигналов.
Амплитуды РЛ-сигналов, сформированных целью и РЛЛ, моделировались гауссово-марковскими экспоненциально-коррелированными процессами с известной шириной спектра мощности.
В качестве ЗС был принят простой радиоимпулъс. Превышение средней мощности РЛ-сигнала, сформированного РЛЛ, над средней мощностью РЛ-сигнала, сформированного целью, в модели составляло 2-30 раз. Отношение сигнал/шум по мощности в модели принималось равным 8-25 дБ (относительно РЛ-сигнала, сформированного целью).
Результаты моделирования подтвердили факт повышения точности сопровождения цели, применяющей РЛЛ, по дальности, угловой координате и радиальной скорости при использовании предлагаемого способа измерения параметров РЛ-сигналов. Так дисперсии ошибок сопровождения уменьшались: дальности - в 2-6 раз, угловой координаты - в 1,5-12 раз, радиальной скорости - 1,4-1,9 раза (в зависимости от отношения сигнал/шум и углового отстояния цели и РЛЛ).
ЛИТЕРАТУРА
1. Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1984, 312 с. (с. 109-112).
2. Кузнецов А.С. Следящий измеритель угловой координаты. Авторское свидетельство 1611093 по заявке 4629820 от 24.11.1988.
3. Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. - М.: Радио и связь, 1981, 416 с. (с. 45, 46, 47, 56, 57-59, 190, 191, 197-199, 202 и 203).
4. Тихонов В.И., Харисов В.Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. - М.: Радио и связь, 1991, 608 с. (с. 317).

Claims (1)

  1. Способ измерения параметров радиолокационных сигналов на фоне шумовых гауссовских помех, заключающийся в том, что выделяют комплексные огибающие сигналов на выходах элементов антенной решетки, элементами вектора измеряемых параметров выбирают дальность, угловые координаты и радиальную скорость цели, формирующей радиолокационный сигнал со случайной начальной фазой, отличающийся тем, что принимают радиолокационный сигнал, сформированный групповой целью (n одиночных целей (n= 2,3, . . . )), вектор измеряемых параметров расширяют так, что его элементами являются дальности, угловые координаты, радиальные скорости одиночных целей из состава групповой, а также амплитуды сформированных ими радиолокационных сигналов, вычисляют значение градиента натурального логарифма условного отношения правдоподобия в точке текущей оценки расширенного вектора измеряемых параметров и матрицу, обратную к помноженной на -1 матрице Гесса натурального логарифма условного отношения правдоподобия в точке текущей оценки расширенного вектора измеряемых параметров.
RU2000125628/09A 2000-10-11 2000-10-11 Способ измерения параметров радиолокационных сигналов на фоне шумовых гауссовских помех RU2204148C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000125628/09A RU2204148C2 (ru) 2000-10-11 2000-10-11 Способ измерения параметров радиолокационных сигналов на фоне шумовых гауссовских помех

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000125628/09A RU2204148C2 (ru) 2000-10-11 2000-10-11 Способ измерения параметров радиолокационных сигналов на фоне шумовых гауссовских помех

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000125628A RU2000125628A (ru) 2002-09-20
RU2204148C2 true RU2204148C2 (ru) 2003-05-10

Family

ID=20240891

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000125628/09A RU2204148C2 (ru) 2000-10-11 2000-10-11 Способ измерения параметров радиолокационных сигналов на фоне шумовых гауссовских помех

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2204148C2 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9268317B2 (en) 2009-12-02 2016-02-23 Shell Oil Company Economics-based coordination of advanced process control and real-time optimization
RU2597887C1 (ru) * 2015-05-06 2016-09-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Способ обнаружения групповой цели

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ШИРМАН Я.Д., МАНЖОС В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. - М.: Радио и связь, 1981, с.45-47, 56-59, 190, 191, 197-199, 202, 203. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9268317B2 (en) 2009-12-02 2016-02-23 Shell Oil Company Economics-based coordination of advanced process control and real-time optimization
RU2576477C2 (ru) * 2009-12-02 2016-03-10 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Координация на основе экономики усовершенствованного управления технологическим процессом и оптимизация в реальном времени
RU2597887C1 (ru) * 2015-05-06 2016-09-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Способ обнаружения групповой цели

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1325926C (zh) 用于定位未知信号的来源的方法和设备
US5008679A (en) Method and system for locating an unknown transmitter
US5343212A (en) (AOA/LBI) emitter ranging method and apparatus
US6411249B1 (en) Apparatus and method for the monopulse linking of frequency agile emitter pulses intercepted in on single interferometer baseline
Chau et al. Empirical phase calibration for multistatic specular meteor radars using a beamforming approach
RU2557808C1 (ru) Способ определения наклонной дальности до движущейся цели пассивным моностатическим пеленгатором
RU2529355C2 (ru) Способ определения пространственного распределения ионосферных неоднородностей
Paul et al. The interpretation of ionospheric radio drift measurements—VI. Angle-of-arrival and group path [echolocation] measurements from digitized ionospheric soundings: The group path vector
RU2399062C1 (ru) Ионосферный зонд-радиопеленгатор
RU2516432C2 (ru) Способ определения местоположения источника радиоизлучения
RU2204148C2 (ru) Способ измерения параметров радиолокационных сигналов на фоне шумовых гауссовских помех
CN105116241B (zh) 一种新型现场等效暗室测量方法
Berkowitz et al. Information derivable from monopulse radar measurements of two unresolved targets
RU2667484C1 (ru) Способ определения траектории движения низколетящих целей
RU119126U1 (ru) Устройство повышения углового разрешения амплитудной суммарно-разностной моноимпульсной системы
US3991418A (en) Electromagnetic wave direction finding using Doppler techniques
Ziółkowski et al. Radio bearing of sources with directional antennas in urban environment
Sedivy et al. Doppler frequency estimation using moving target detection filter bank
RU2792196C1 (ru) Способ измерения угловых координат движущихся объектов доплеровской станцией
RU2668566C2 (ru) Однопозиционный мультипликативный разностно-относительный способ определения координат местоположения источников радиоизлучения
Vertogradov et al. Single-Station Location of Radio Emission Sources in the Decameter Wavelength Range Using a Wide-Aperture Direction Finder and a Chirp Ionosonde–Radio Direction Finder
RU2263926C2 (ru) Способ пеленгования источника радиосигнала
RU2643780C1 (ru) Однопозиционный мультипликативный разностно-относительный способ определения координат местоположения источников радиоизлучения
RU2125732C1 (ru) Способ навигационных определений по интегральным параметрам
RU2643154C1 (ru) Однопозиционный мультипликативный виртуально-реальный способ определения координат местоположения источников радиоизлучения