RU2231083C1

RU2231083C1 - Method for measurement of distance to source of noise radio signal located on flight vehicle by aircraft radar

Info

Publication number: RU2231083C1
Application number: RU2002132070/09A
Authority: RU
Inventors: Ю.И. Белый (RU); Ю.И. Белый; А.Ю. Мареев (RU); А.Ю. Мареев
Original assignee: ОАО "НИИ Приборостроения им. В.В. Тихомирова"
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2004-06-20

Abstract

FIELD: passive radio detection and ranging.

SUBSTANCE: the method is based on detection of the source of the noise radio signal, measurement of its angular coordinated, measurement of the difference of time delay of the direct signal from the source of the noise radio signal and the signal reflected from the control point on the ground with the preset range to it and angle between the directions to the control point and to the source of the noise radio signal, spectral processing of the sum of signals, direct one from the source of the noise radio signal and the other one reflected from the control point on the ground, determination from the obtained difference of frequencies between the maximums of the energy spectrum inversely proportional difference of time delay of the direct signal from the source of the noise radio signal and the signal reflected from the control point on the ground, calculation of the distance to the source of the noise radio signal from the known distance to the control point and the angle between the directions to it and to the source of the noise radio signal, as well as from the measured difference of time delay of the signals, direct one from the source of the noise radio signal and that reflected from the control point on the ground.

EFFECT: facilitated procedure.

3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области пассивной радиолокации и может быть использовано для измерения дальности до размещенного на летательном аппарате источника шумового или шумоподобного радиосигнала самолетной радиолокационной станцией (РЛС).The present invention relates to the field of passive radar and can be used to measure the distance to a noise or noise-like radio signal source located on an aircraft by an aircraft radar station.

Известны активные способы измерения дальности до самолетов и подвижных наземных и надводных объектов с использованием шумоподобных сигналов, при которых часть энергии излучаемого сигнала подают на суммирующее устройство вместе с принятым отраженным от цели сигналом, находят энергетический спектр суммарного шумоподобного сигнала, имеющий периодический характер, и по периоду спектра находят время запаздывания отраженного от цели сигнала (дальность) как величину, обратную этому периоду [US 03603990, кл. 343-5, SU 0792183, кл. G 01 S 13/02, ”3арубежная радиоэлектроника” 1973 г. №2. Тонкин, Сэвэдис “Применение корреляционной обработки сигналов в радиолокационных системах”].Active methods are known for measuring the distance to airplanes and mobile ground and surface objects using noise-like signals, in which part of the energy of the emitted signal is fed to the adder together with the received signal reflected from the target, the energy spectrum of the total noise-like signal, which has a periodic nature, and by period spectrum find the time delay of the signal reflected from the target (range) as the reciprocal of this period [US 03603990, cl. 343-5, SU 0792183, class G 01 S 13/02, ”3-way electronics” 1973 No. 2. Tonkin, Savadis “Application of correlation signal processing in radar systems”].

Известны также способы передачи информации шумовыми сигналами в виде временной задержки шумового сигнала; передается сигнал, являющийся суммой исходного и задержанного сигналов, а на приемном конце вычисляют функцию автокорреляции принятого сигнала и по расстоянию между корреляционными максимумами находят время задержки, в котором закодирована информация [Н. Петрович, М. Размахнин “Системы связи с шумоподобными сигналами”, М., Сов. радио, 1969 г., с.96].Also known are methods of transmitting information by noise signals in the form of a time delay of a noise signal; a signal is transmitted, which is the sum of the initial and delayed signals, and at the receiving end, the autocorrelation function of the received signal is calculated and the delay time in which the information is encoded is found by the distance between the correlation maxima [N. Petrovich, M. Razmakhnin “Communication systems with noise-like signals”, M., Sov. radio, 1969, p.96].

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения дальности до источника импульсного радиоизлучения пассивной радиолокацией, при котором использованы каналы прямого и отраженного луча со своими антеннами, причем одна антенна применялась для слежения за угловыми координатами источника излучения и приема опорных импульсов для измерения дальности, а вторая антенна, повернутая на известный угол к земной поверхности, принимала сигнал, отраженный от земли в сторону РЛС. По известным угловым координатам источника излучения и известному положению антенны отраженного от земли луча, высоте полета и разности временных задержек импульсов в каналах прямого и отраженного луча в счетно-решающем приборе находили дальность до источника излучения [Радиолокационные устройства” под ред. В.В. Григорина - Рябова “Сов. радио”, М., 1970 г., с. 482].The closest in technical essence is the method of measuring the distance to the source of pulsed radio emission by passive radar, in which the direct and reflected beam channels with their antennas are used, moreover, one antenna was used to track the angular coordinates of the radiation source and receive reference pulses for measuring the range, and the second antenna , turned at a known angle to the earth's surface, received a signal reflected from the earth towards the radar. From the known angular coordinates of the radiation source and the known antenna position of the reflected beam from the earth, the flight altitude and the difference in the time delays of the pulses in the channels of the direct and reflected beam, the distance to the radiation source was found in the counting-resolving device [Radar devices ”, ed. V.V. Grigorina - Ryabova “Owls. radio ”, M., 1970, p. 482].

Недостатком этого способа является необходимость иметь две антенны и невозможность измерить дальность до источника радиосигнала шумоподобной формы.The disadvantage of this method is the need to have two antennas and the inability to measure the distance to the radio source of a noise-like shape.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является достижение возможности измерения дальности до размещенного на летательном аппарате источника шумового или шумоподобного радиосигнала самолетной радиолокационной станцией в пассивном режиме работы.The technical result of the invention is the achievement of the possibility of measuring the range to the source of noise or noise-like radio signal from an aircraft radar station located on an aircraft in a passive mode of operation.

Технический результат достигается тем, что способ измерения дальности до размещенного на летательном аппарате источника шумового радиосигнала самолетной радиолокационной станцией основан на обнаружении источника шумового радиосигнала, измерении его угловых координат и измерении разности времени задержки прямого сигнала от источника шумового радиосигнала и сигнала, отраженного от опорной точки на земле с заданными дальностью до нее и углом между направлениями на опорную точку и на источник шумового радиосигнала. Отличительными признаками предлагаемого способа являются спектральная обработка суммы сигналов, прямого от источника шумового радиосигнала и отраженного от опорной точки на земле, определение по полученной разности частот между максимумами энергетического спектра обратно пропорциональную ей разность времени задержки прямого сигнала от источника шумового радиосигнала и сигнала, отраженного от опорной точки на земле. Вычисление дальности до источника шумового радиосигнала по известным дальности до опорной точки и углу между направлениями на нее и на источник шумового радиосигнала, а также по измеренной разности времени задержки сигналов, прямого от источника шумового радиосигнала и отраженного от опорной точки на земле производится по формуле:The technical result is achieved by the fact that the method of measuring the distance to the noise source of the radio signal located on the aircraft by an aircraft radar station is based on detecting the source of the noise radio signal, measuring its angular coordinates and measuring the difference in the delay time of the direct signal from the source of the noise radio signal and the signal reflected from the reference point on ground with a given range to it and the angle between the directions to the reference point and to the source of the noise radio signal. The distinguishing features of the proposed method are the spectral processing of the sum of the signals direct from the source of the noise radio signal and reflected from the reference point on the ground, determining from the obtained frequency difference between the maxima of the energy spectrum inversely proportional to the difference in the delay time of the direct signal from the source of the noise radio signal and the signal reflected from the reference points on the earth. The calculation of the distance to the source of the noise radio signal from the known distance to the reference point and the angle between the directions to it and the source of the noise radio signal, as well as from the measured difference in the delay time of the signals direct from the source of the noise radio signal and reflected from the reference point on the ground, is performed by the formula:

где Д - дальность до источника шумового радиосигнала,where D is the distance to the source of the noise radio signal,

d - разность времен задержки, выраженная в единицах дальности,d is the delay time difference, expressed in units of range,

l - заданная дальность до опорной точки на земле,l is the specified range to the reference point on the ground,

α - угол между направлениями на опорную точку на земле и на источник шумового радиосигнала.α is the angle between the directions to the reference point on the ground and to the source of the noise radio signal.

На фиг.1 приведены направления распространения шумового радиосигнала.Figure 1 shows the directions of propagation of a noise radio signal.

На фиг.2 приведен пример выполнения блок-схемы, реализующей предлагаемый способ.Figure 2 shows an example implementation of a flowchart that implements the proposed method.

На фиг.3 приведен график энергетической спектральной плотности суммарного сигнала.Figure 3 shows a graph of the energy spectral density of the total signal.

Самолетная радиолокационная станция, реализующая предлагаемый способ, состоит из последовательно соединенных антенны 1, приемника 2, анализатора спектра 3, вычислителя дальности 4.Aircraft radar station that implements the proposed method consists of a series-connected antenna 1, receiver 2, spectrum analyzer 3, range calculator 4.

Работа самолетной РЛС в пассивном режиме происходит следующим образом. Находящийся в точке В источник шумового радиосигнала обнаруживают самолетной радиолокационной станцией, расположенной в точке А, и измеряют угловые координаты источника шумового радиосигнала сигнала и по этим данным, известной высоте полета Н и заранее заданным расстоянию l до опорной точки С на земле и углу α между направлениями на эту точку и на источник шумового радиосигнала, рассчитывают угловые координаты опорной точки С на земле. В эту точку направляют, например, ось главного луча диаграммы направленности антенны 1. Расстояние l и угол α вычисляют заранее, исходя из геометрических соотношений.The operation of an aircraft radar in passive mode is as follows. The noise source of radio signal located at point B is detected by an aircraft radar station located at point A and the angular coordinates of the noise signal source of the signal are measured and from this data, the known flight altitude H and a predetermined distance l to the reference point C on the ground and the angle α between directions the angular coordinates of the reference point C on the ground are calculated on this point and on the source of the noise radio signal. For example, the axis of the main beam of the antenna radiation pattern 1 is directed to this point. The distance l and angle α are calculated in advance based on geometric relationships.

Главным лепестком диаграммы направленности антенны 1 самолетной РЛС А принимают сигнал от источника шумового радиосигнала, отраженный от опорной точки на земле С, а по одному из боковых лепестков диаграммы направленности - прямой сигнал от источника шумового радиосигнала В. Принятые сигналы суммируют и усиливают в приемнике 2 и затем посредством анализатора спектра 3 вычисляют Δf - разность частот между максимумами энергетического спектра суммарного сигнала (фиг.3) и обратно пропорциональную Δf величину Δτ, которая представляет собой разность времен запаздывания сигналов по главному и боковому лепесткам ДНА, то есть разность расстоянийThe main lobe of the radiation pattern of the antenna 1 of the aircraft radar A receives a signal from the noise source of the radio signal reflected from the reference point on the ground C, and one of the side lobes of the radiation pattern receives the direct signal from the source of the noise radio signal B. The received signals are summed and amplified in the receiver 2 and then, using the spectrum analyzer 3, Δf is calculated - the frequency difference between the maxima of the energy spectrum of the total signal (Fig. 3) and the value Δτ inversely proportional to Δf, which is the difference the time delay of the signals along the main and side lobes of the bottom, that is, the distance difference

d=Д_ВСА-Д_ВА=c·Δτ;d = D _ICA -D _VA = c · Δτ;

где С - скорость света.where C is the speed of light.

Расстояние от самолета до источника шумового сигнала Д_ВА= Д находится вычислителем дальности 4 по формуле:The distance from the aircraft to the source of the noise signal D _VA = D is a range calculator 4 according to the formula:

От величины заранее заданных расстояния l и угла α зависит диапазон изменения интервала между максимумами энергетической спектральной плотности при различных значениях дальности до источника шумового сигнала. В современных РЛС спектроанализаторы обычно используются для измерения доплеровского смещения частоты сигналов, отраженных от целей.The range of variation of the interval between the maxima of the energy spectral density at various values of the distance to the source of the noise signal depends on the value of the predetermined distance l and angle α. In modern radars, spectrum analyzers are usually used to measure the Doppler frequency shift of signals reflected from targets.

Так, при l=15 км и α=30° при перемещении источника шума от очень больших дальностей до Д=25 км величина d изменяется от 2 км до 4 км, a Δf - от 150 кГц до 25 кГц, а при l=30 км и α=30° - от 75 кГц до 37 мГц.So, at l = 15 km and α = 30 °, when the noise source moves from very long ranges to D = 25 km, the value of d changes from 2 km to 4 km, and Δf varies from 150 kHz to 25 kHz, and at l = 30 km and α = 30 ° - from 75 kHz to 37 MHz.

Таким образом, достигается возможность измерения дальности до размещенного на летательном аппарате источника шумового или шумоподобного радиосигнала самолетной радиолокационной станцией в пассивном режиме работы.Thus, it is possible to measure the distance to the source of the noise or noise-like radio signal from an aircraft radar station located on an aircraft in a passive mode of operation.

Claims

A method of measuring the distance to a noise source of a radio signal located on an aircraft by an aircraft radar station, based on detecting a source of noise of a radio signal, measuring its angular coordinates and measuring the difference in the delay time of a direct signal from a source of noise of a radio signal and a signal reflected from a reference point on the ground with a given range to it and the angle between the directions to the reference point and to the source of the noise radio signal, characterized in that they perform spectral processing with mm of signals direct from the source of the noise radio signal and reflected from the reference point on the ground, and from the obtained frequency difference between the maxima of the energy spectrum, the inverse time difference of the delay time of the direct signal from the source of the noise radio signal and the signal reflected from the reference point on the ground is determined and the known range to the reference point and the angle between the directions to it and to the noise source of the radio signal, as well as the measured difference in the delay time of the signals direct from the source of noise adiosignala and reflected from a reference point on the ground is calculated range to the radio noise source according to the formula

where D is the distance to the source of the noise signal;

d is the delay time difference, expressed in units of range;

l is the specified range to the reference point on the ground;

α is the angle between the directions to the reference point on the ground and to the source of the noise radio signal.