RU2240576C2 - Method for detection and location of air objects - Google Patents
Method for detection and location of air objects Download PDFInfo
- Publication number
- RU2240576C2 RU2240576C2 RU2002120568/09A RU2002120568A RU2240576C2 RU 2240576 C2 RU2240576 C2 RU 2240576C2 RU 2002120568/09 A RU2002120568/09 A RU 2002120568/09A RU 2002120568 A RU2002120568 A RU 2002120568A RU 2240576 C2 RU2240576 C2 RU 2240576C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transmitter
- signal
- modulated signals
- randomly
- reflected
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области радиолокации и может использоваться в радиолокационных комплексах для увеличения дальности обнаружения воздушных объектов при воздействии активных помех большой интенсивности.The present invention relates to the field of radar and can be used in radar systems to increase the detection range of air objects when exposed to high-intensity active interference.
Известный способ обнаружения и определения местоположения воздушных объектов, заключающийся в излучении зондирующего радиосигнала передатчиком и приеме приемником, совмещенным с передатчиком, отраженного эхо-сигнала от воздушного объекта, позволяет обнаруживать и определять его местоположение по направлению прихода отраженного эхо-сигнала и времени его запаздывания с момента излучения зондирующего сигнала [1, стр. 9 рис.1.3(а)].The known method for detecting and determining the location of airborne objects, which consists in emitting a sounding radio signal from a transmitter and receiving, combined with a transmitter, a reflected echo from an airborne object, which makes it possible to detect and determine its location in the direction of arrival of the reflected echo and its delay time from the moment radiation of the probe signal [1, p. 9 of Fig. 1.3 (a)].
Данный способ можно использовать в условиях, когда отсутствуют активные шумовые помехи на входе приемного устройства. Таким образом, его недостатками является невозможность обнаружения воздушных объектов в условиях воздействия активных шумовых помех.This method can be used in conditions where there is no active noise interference at the input of the receiving device. Thus, its disadvantages are the inability to detect airborne objects under the influence of active noise interference.
Наиболее близким к изобретению является способ обнаружения и определения местоположения воздушного объекта, заключающийся в излучении зондирующего радиосигнала передатчиком, приеме основным приемником отраженного эхо-сигнала от воздушного объекта, приеме дополнительным приемником сигнала активной шумовой помехи передатчика случайно модулированных сигналов, автокомпенсации принятой случайно модулированной помехи в основном приемнике, обнаружение отраженного эхо-сигнала и определение наклонной дальности до воздушного объекта по времени его запаздывания с момента излучения зондирующего сигнала [там же, стр. 367, рис.6.40 и стр. 432, рис.7.6].Closest to the invention is a method for detecting and determining the location of an airborne object, which consists in emitting a sounding radio signal from a transmitter, receiving a reflected echo signal from an airborne object by the main receiver, receiving by the additional receiver an active noise signal of a transmitter of randomly modulated signals, automatically compensating for randomly modulated interference the receiver, the detection of the reflected echo and the determination of the slant range to the airborne object the time of its delay from the moment of emission of the probe signal [ibid., p. 367, fig. 6.40 and p. 432, fig. 7.6].
Данный способ позволяет при воздействии активной шумовой помехи обнаружить отраженный эхо-сигнал, определить местоположение воздушного объекта по направлению приема и времени запаздывания отраженного сигнала. Наклонная дальность до воздушного объекта определяется какThis method allows when exposed to active noise interference to detect the reflected echo signal, to determine the location of the airborne object in the direction of reception and the delay time of the reflected signal. The slant range to an air object is defined as
где с - скорость распространения радиоволн;where c is the propagation velocity of radio waves;
t3 - время задержки сигнала, отраженного от воздушного объекта.t 3 - delay time of the signal reflected from the airborne object.
Реализация данного способа позволяет обнаруживать и определять местоположение воздушных объектов при совмещенном приемнике с передатчиком и воздействии активной шумовой помехи.The implementation of this method allows to detect and determine the location of airborne objects with a combined receiver with a transmitter and exposure to active noise interference.
Максимальная дальность обнаружения устройства определяется по известному выражению для совмещенной радиолокации в условиях воздействия внешних активных маскирующих помех [там же, стр. 241(2)] какThe maximum detection range of a device is determined by the well-known expression for combined radar in the presence of external active masking interference [ibid., P. 241 (2)] as
где Эпр.мин=ν·(No+η·NПАП) - минимальная энергия эхо-сигнала, требуемая для обнаружения воздушного объекта [там же, стр. 426 (1)];where E. pr.min = ν · (No + η · N PAP ) - the minimum energy of the echo signal required to detect an air object [ibid., p. 426 (1)];
ν - коэффициент распознавания сигнала в приемнике на фоне шумов;ν is the signal recognition coefficient in the receiver against the background of noise;
No - мощность внутренних шумов приемника;N o - power of the internal noise of the receiver;
η - коэффициент подавления помехи в приемном устройстве;η is the interference suppression coefficient in the receiving device;
NПАП - мощность внешних шумов (активной маскирующей помехи) на входе приемного устройства;N PAP - power of external noise (active masking interference) at the input of the receiving device;
PСР - средняя мощность передатчика зондирующих сигналов;P SR - the average transmitter power of the probing signals;
tОБЗ - время обзора пространства;t OBZ - space survey time;
Gэкв - эквивалентный коэффициент усиления антенны;G equiv - equivalent antenna gain;
АЭФ - эффективная площадь антенны;And EF is the effective area of the antenna;
σЦ - эффективная отражающая поверхность цели.σ C is the effective reflective surface of the target.
Недостатками этого способа обнаружения воздушных объектов являются обязательная работа энергоемкого передающего устройства и невозможность определения наклонной дальности до постановщика активных шумовых помех. Кроме того, из выражения (2) следует значительное уменьшение дальности обнаружения при воздействии интенсивных активных шумовых помех, несмотря на высокий коэффициент подавления помехи в приемном устройстве η, который находится в пределах от ста до тысячи, в зависимости от технической реализации способа, при воздействии активной помехи по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны (ДНА).The disadvantages of this method of detecting airborne objects are the mandatory operation of an energy-intensive transmitting device and the inability to determine the slant range to the director of active noise interference. In addition, expression (2) implies a significant decrease in the detection range when exposed to intense active noise interference, despite the high interference suppression coefficient in the receiving device η, which ranges from one hundred to a thousand, depending on the technical implementation of the method, when exposed to active interference on the side lobes of the antenna pattern (BOTTOM).
Цель предлагаемого изобретения - увеличение дальности обнаружения воздушных объектов при воздействии мощной активной маскирующей помехи на основе обнаружения отраженного от воздушного объекта эхо-сигнала, излучаемого передатчиком случайно модулированных сигналов, который создает активную маскирующую помеху в ответ на облучение зондирующим сигналом передатчика РЛС.The purpose of the invention is to increase the detection range of air objects when exposed to a powerful active masking interference based on the detection of an echo signal emitted from the airborne object emitted by a randomly-modulated signal transmitter, which creates an active masking interference in response to irradiation of the radar transmitter with a probe signal.
Для достижения этой цели в способе обнаружения и определения местоположения воздушного объекта, заключающимся в излучении зондирующего радиосигнала передатчиком, приеме основным приемником отраженного эхо-сигнала от воздушного объекта, приеме дополнительным приемником сигнала активной шумовой помехи от передатчика случайно модулированных сигналов, автокомпенсации принятой случайно модулированной помехи в основном приемнике, дополнительно осуществляется двухэтапная корреляционная обработка сигналов, принятых основным и дополнительным приемниками для обнаружения переотраженного от воздушного объекта сигнала, излученного передатчиком случайно модулированных сигналов, при этом на первом этапе осуществляются поиск, обнаружение и определение местоположения передатчика излучающего случайно модулированные сигналы, для этого с помощью фазированной антенной решетки (ФАР) создаются две диаграммы направленности с совмещенными фазовыми центрами, первая диаграмма направленности, формирующая дополнительный канал приема, осуществляет поиск и пеленгацию передатчика случайных модулированных сигналов, а вторая диаграмма направленности, формирующая основной канал приема, направляется на контрольный местный предмет с известными координатами, при этом сигнал, принятый от передатчика случайных модулированных сигналов, и сигнал, отраженный от контрольного местного предмета, подвергаются корреляционной обработке с целью определения разности пройденных ими расстояний, при этом наклонная дальность до передатчика случайно модулированных сигналов определяется выражением [там же, стр. 497]To achieve this goal, in the method of detecting and determining the location of an airborne object, which consists in emitting a sounding radio signal from a transmitter, receiving a reflected echo signal from an airborne object by the main receiver, receiving an additional active noise signal from a transmitter of randomly modulated signals, and automatically compensating for randomly modulated interference in main receiver, two-stage correlation processing of signals received by the main and additional receiver receivers to detect the signal reflected from the airborne object emitted by the transmitter of randomly modulated signals, and at the first stage, search, detection and location of the transmitter emitting randomly modulated signals are performed, for this, two directional patterns are created using the phased antenna array (PAR) phase centers, the first radiation pattern forming an additional receiving channel, searches for and direction finding the transmitter random modulated signals, and the second radiation pattern forming the main reception channel is sent to the control local object with known coordinates, while the signal received from the transmitter of random modulated signals and the signal reflected from the control local object are subjected to correlation processing to determine the difference the distances traveled by them, while the slant range to the transmitter of randomly modulated signals is determined by the expression [ibid, p. 497]
где Б - база, известное расстояние от основного приемника до контрольного местного предмета;where B is the base, the known distance from the main receiver to the control local subject;
β - азимутальный угол между направлением на передатчик случайных модулированных сигналов и линией, направленной на контрольный местный предмет;β is the azimuthal angle between the direction to the transmitter of random modulated signals and the line directed to the control local object;
ε - угол места передатчика случайных модулированных сигналов;ε is the elevation angle of the transmitter of random modulated signals;
Δr - разность расстояний, пройденных сигналами от передатчика случайных модулированных сигналов и переотраженного от контрольного местного предмета,Δr is the difference between the distances traveled by the signals from the transmitter of random modulated signals and reflected from the control local object,
а местоположение передатчика случайно модулированных сигналов, излучающего активную помеху, определяется направлением диаграммы направленности антенны, формирующей дополнительный канал приема, и наклонной дальностью, вычисленной по приведенному выше выражению, на втором этапе осуществляются поиск, обнаружение и определение местоположения воздушного объекта, для этого первая диаграмма направленности, формирующая дополнительный канал приема, остается направленной на передатчик случайно модулированных сигналов, а вторая диаграмма направленности, формирующая основной канал приема, осуществляет поиск воздушного объекта, при этом сигнал, принятый от передатчика случайных модулированных сигналов, и сигнал, отраженный от воздушного объекта, подвергаются, как и на предыдущем этапе, корреляционной обработке с целью его обнаружения и определения разности пройденных ими расстояний, наклонная дальность до воздушного объекта определяется аналогичным выражениемand the location of the transmitter of randomly modulated signals emitting active interference is determined by the direction of the radiation pattern of the antenna forming the additional receiving channel and the slant range calculated by the above expression, in the second stage, search, detection and determination of the location of the airborne object are carried out, for this the first radiation pattern forming an additional receiving channel remains directed to the transmitter of randomly modulated signals, and the second diagram directionality, which forms the main reception channel, searches for an airborne object, while the signal received from the transmitter of random modulated signals and the signal reflected from the airborne object are subjected to correlation processing, as in the previous stage, to detect it and determine the difference between them distances, slant range to an air object is determined by a similar expression
но в отличие от предыдущего этапа параметрами в выражении являются:but unlike the previous step, the parameters in the expression are:
Б1 - база, расстояние от передатчика случайно модулированных сигналов до основного приемника;B 1 - base, the distance from the transmitter of randomly modulated signals to the main receiver;
β1 - азимутальный угол между направлением на воздушный объект и направлением на передатчик случайно модулированных сигналов;β 1 - azimuthal angle between the direction of the air object and the direction of the transmitter of randomly modulated signals;
ε1 - угол места между направлением на воздушный объект и направлением на передатчик случайно модулированных сигналов;ε 1 - elevation angle between the direction of the air object and the direction of the transmitter of randomly modulated signals;
Δr1 - разность расстояний, пройденных сигналами от передатчика случайных модулированных сигналов и переотраженного от воздушного объекта,Δr 1 is the difference between the distances traveled by the signals from the transmitter of random modulated signals and reflected from the air object,
тогда местоположение воздушного объекта определяется направлением диаграммы направленности антенны, формирующей основной канал приема, и наклонной дальностью, вычисленной по приведенному выражению (4).then the location of the airborne object is determined by the direction of the antenna pattern forming the main receiving channel and the slant range calculated by the above expression (4).
Новыми признаками способа, обладающими существенными отличиями, являются:New features of the method, with significant differences, are:
1. Обнаружение воздушного объекта по отраженному от него сигналу, излученному передатчиком случайно модулированных сигналов с неизвестным местоположением.1. Detection of an air object by the signal reflected from it emitted by a transmitter of randomly modulated signals with an unknown location.
2. Определение местоположения воздушного объекта путем последовательного решения следующих задач:2. Determining the location of an air object by sequentially solving the following tasks:
пеленгации излучения передатчика случайно модулированных сигналов и определение его местоположения путем корреляционной обработки сигнала, принятого от него, и сигнала, отраженного от контрольного местного предмета с известными координатами;direction finding of radiation from a transmitter of randomly modulated signals and determining its location by correlation processing of a signal received from it and a signal reflected from a control local object with known coordinates;
определения местоположения воздушного объекта путем корреляционной обработки отраженного от него сигнала и сигнала, принятого непосредственно от передатчика случайно модулированных сигналов.determining the location of an air object by correlation processing of the signal reflected from it and the signal received directly from the transmitter of randomly modulated signals.
Данные признаки обладают существенными отличиями, т.к. в известных способах не обнаружены.These signs have significant differences, because in known methods are not found.
Применение всех новых признаков в РЛС позволяет увеличить дальность обнаружения воздушных объектов при воздействии мощных активных маскирующих помех, излучаемых передатчиком случайно модулированных сигналов в ответ на облучение его зондирующим сигналом передатчика РЛС.The use of all new features in a radar makes it possible to increase the detection range of airborne objects when exposed to powerful active masking interference emitted by a transmitter of randomly modulated signals in response to irradiation with a probe signal from the radar transmitter.
Сущность изобретения заключается в формировании с помощью фазированной антенной решетки, как минимум, двух узконаправленных диаграмм, направленных на передатчик случайно модулированных сигналов и на воздушный объект, корреляционной обработке сигналов, принятых от источника излучения и отраженного от воздушного объекта, с целью определения разности пройденных ими расстояний.The essence of the invention consists in the formation using a phased antenna array of at least two narrowly directed diagrams aimed at the transmitter of randomly modulated signals and at the air object, correlation processing of signals received from the radiation source and reflected from the air object, in order to determine the difference of the distances traveled by them .
На первом этапе обнаружения воздушного объекта определяется местоположение передатчика случайно модулированных сигналов. На фиг.1 показан поясняющий чертеж, где изображен передатчик случайно модулированных сигналов 1, приемное устройство 2 и контрольный местный предмет 3. При этом координаты приемного устройства 2 и контрольного местного предмета 3 заранее известны.At the first stage of detection of an air object, the location of the transmitter of randomly modulated signals is determined. Figure 1 shows an explanatory drawing, which shows the transmitter of randomly modulated
По известному направлению прихода радиоволн от передатчика случайно модулированных сигналов 1, переотраженного сигнала от контрольного местного предмета 3 и разности расстояний, пройденных сигналами, определяется наклонная дальность до передатчика случайно модулированных сигналов [1] по формуле (3). Разность расстояний, пройденных сигналами от передатчика случайных модулированных сигналов и переотраженного от контрольного местного предмета, определяется какUsing the known direction of arrival of radio waves from the transmitter of randomly modulated
Δr=(R1+R2)-БΔr = (R1 + R2) -B
где R2 - расстояние, пройденное сигналом, от контрольного местного предмета до приемного устройства;where R2 is the distance traveled by the signal from the local control object to the receiver;
R1 - наклонная дальность, расстояние, пройденное сигналом, от передатчика случайных модулированных сигналов до приемного устройства.R1 is the slant range, the distance covered by the signal, from the transmitter of random modulated signals to the receiver.
На втором этапе, после определения координат передатчика случайных модулированных сигналов, осуществляются поиск, обнаружение и определение координат воздушных объектов. На фиг.2 изображены передатчик случайно модулированных сигналов 1, приемное устройство 2 с известными координатами и воздушный объект 3, координаты которого требуется определить.At the second stage, after determining the coordinates of the transmitter of random modulated signals, search, detection and determination of the coordinates of airborne objects are carried out. Figure 2 shows a transmitter of randomly modulated
Разность расстояний, пройденная сигналами, определяется какThe distance difference traveled by the signals is defined as
Δr1=(R11+R21)-Б1,Δr 1 = (R1 1 + R2 1 ) -B 1 ,
где Б1 - расстояние от передатчика случайных модулированных сигналов 1 до приемного устройства 2;where B 1 is the distance from the transmitter of random modulated
R11 - расстояние, пройденное сигналом от передатчика случайных модулированных сигналов 1 до воздушного объекта 3;R1 1 - the distance traveled by the signal from the transmitter of random modulated
R21 - расстояние, пройденное переотраженным сигналом от воздушного объекта 3 до приемного устройства 2.R2 1 - the distance traveled by the reflected signal from the
Наклонная дальность до воздушного объекта 3 (фиг.2) определяется выражением (4).The slant range to the air object 3 (figure 2) is determined by the expression (4).
Таким образом, местоположение воздушного объекта определяется по известному азимуту β1, углу места ε1 и вычисленной наклонной дальности R21.Thus, the location of the airborne object is determined by the known azimuth β 1 , elevation angle ε 1 and the calculated slant range R2 1 .
На фиг.3 приведен вариант схемы устройства для реализации предложенного способа, которая состоит из известных элементов, входящих в состав РЛС. Устройство содержит фазированную антенную решетку 1, формирователь диаграммы направленности антенны 2, антенный переключатель 3, передатчик 4, формирователь зондирующего сигнала 5, синхронизатор 6, блок вычитания на высокой частоте 7, приемник основного канала 8, аналого-цифровой преобразователь основного канала 9, обнаружитель 13, блок отбора мощности опорного канала 14, приемник дополнительного канала 15, аналого-цифровой преобразователь дополнительного канала 16, блок сдвига частотных и временных параметров 17, пеленгатор 18, блок управления диаграммами направленности антенны 19, вычислительное устройство 20, устройство отображения 21, коррелятор дополнительного канала 22.Figure 3 shows a variant of the device for implementing the proposed method, which consists of known elements that are part of the radar. The device contains a phased
Особенностью устройства является наличие как минимум двух управляемых, узконаправленных диаграмм направленности антенны, сформированных с помощью фазированной антенной решетки, которые образуют каналы приема от источника излучения передатчика случайно модулированных сигналов, в дальнейшем именуемым дополнительным каналом, и канал приема отраженного сигнала от цели, в дальнейшем именуемым основным каналом. Узконаправленная диаграмма антенн имеет боковые лепестки, как правило, на уровне от –20 до –30 дБ, что позволяет ослабить прямой сигнал от передатчика случайно модулированных сигналов, проникающий в основной канал приема в 100-1000 раз, но несмотря на это его мощность значительно превышает мощность отраженного от цели сигнала.A feature of the device is the presence of at least two controlled, narrowly directed radiation patterns of the antenna, formed using a phased antenna array, which form the reception channels from the radiation source of the transmitter of randomly modulated signals, hereinafter referred to as the additional channel, and the channel for receiving the reflected signal from the target, hereinafter referred to as main channel. The narrow directional antenna pattern has side lobes, usually at a level of –20 to –30 dB, which allows you to attenuate the direct signal from the transmitter of randomly modulated signals, penetrating the main reception channel by 100-1000 times, but despite this its power is significantly higher power of the signal reflected from the target.
Таким образом, предлагаемый способ обнаружения и определения местоположения воздушных объектов возможен при условии качественной компенсации коррелированной помехи в основном канале. Все устройство может работать в трех режимах.Thus, the proposed method for detecting and determining the location of airborne objects is possible provided that the correlation noise in the main channel is qualitatively compensated. The entire device can operate in three modes.
Первый режим реализует известный способ обнаружения, основанный на активной импульсной локации воздушного пространства, являющийся прототипом. Он применяется в случае, когда в зоне обзора нет достаточно мощных передатчиков случайно модулированных сигналов, которые являются источниками электромагнитного излучения, или их невозможно использовать из-за несогласованности частотных диапазонов.The first mode implements a known detection method based on an active pulsed location of airspace, which is a prototype. It is used when there are no sufficiently powerful transmitters of randomly modulated signals in the field of view that are sources of electromagnetic radiation, or they cannot be used due to inconsistency in the frequency ranges.
Второй режим пассивной корреляционно-базовой локации с выключенным передатчиком 4 и формирователем зондирующего сигнала 5. Обнаружение осуществляется на основе использования рассмотренного выше способа определения координат воздушных объектов. Он используется, когда в зоне обзора имеются достаточно мощные независимые передатчики случайно модулированных сигналов, излучение которых согласуется с частотным диапазоном устройства. При этом во втором режиме экономятся ресурс передатчика и потребляемая энергия устройства, обеспечивается скрытность его работы от радиотехнических средств разведки.The second mode of the passive correlation-base location with the transmitter 4 turned off and the probe signal shaper 5. The detection is carried out on the basis of the above-described method for determining the coordinates of airborne objects. It is used when in the field of view there are sufficiently powerful independent transmitters of randomly modulated signals, the radiation of which is consistent with the frequency range of the device. At the same time, in the second mode, the transmitter resource and the consumed energy of the device are saved, and its operation is secreted from radio intelligence equipment.
Третий режим совмещенной пассивной и активной локации. В этом режиме используется энергия зондирующего сигнала передатчика и постановщика активных помех одновременно. Он применяется в случае, когда принятый постановщиком помех зондирующий импульс от передатчика является управляющим сигналом для формирования прицельной помехи.The third mode of combined passive and active location. In this mode, the energy of the probe signal of the transmitter and the jammer is used simultaneously. It is used in the case when the probe pulse from the transmitter received by the jammer is a control signal for the formation of impact interference.
В первом режиме устройство работает следующим образом.In the first mode, the device operates as follows.
Синхронизатор 6 вырабатывает импульс запуска, поступающий на блок формирования зондирующего сигнала 5. Кроме этого, синхронизатор 6 осуществляет согласование работы приемников 8 и 15, аналого-цифровых преобразователей 9 и 16, вычислительного устройства 20 и индикаторного устройства 21. В блоке 6 формируется стабильный зондирующий импульс, который поступает на вход передатчика 4. В передатчике зондирующий сигнал усиливается, через антенный переключатель 3 поступает в основной канал формирователя диаграммы направленности антенны 2 и через фазированную антенную решетку 1 излучается в пространство. На время между импульсами запуска стабильный зондирующий импульс запоминается в блоке формирования 5 и поступает на первый вход коррелятора основного канала 11. Сигнал, отраженный от воздушного объекта, принимается элементами фазированной антенной решетки 1 и поступает на формирователь диаграммы направленности антенны 2, где по образованному целевому каналу передается на приемник основного канала 8. С него сигнал, усиленный и преобразованный на пониженную промежуточную частоту, подается на аналого-цифровой преобразователь основного канала 9, где переводится в цифровой вид и поступает на автокомпенсатор 10. Помеховый сигнал, в первом режиме, так же принимается элементами фазированной антенной решетки 1 и через формирователь диаграммы направленности 2 поступает в опорный канал на приемник дополнительного канала 15. Сигнал, усиленный и преобразованный на пониженную промежуточную частоту, с приемника подается на первый вход аналого-цифрового преобразователя дополнительного канала 16, где переводится в цифровой вид и поступает на второй вход автокомпенсатора 10. Приемник основного канала 8, дополнительного канала 15 и аналого-цифровые преобразователи 9, 16 основного и дополнительного каналов должны обладать высокой идентичностью для качественной компенсации коррелированной помехи в автокомпенсаторе 10. Автокомпенсатор 10 компенсирует коррелированную помеху в основном канале до уровня внутренних шумов приемника, после чего сигнал, отраженный от воздушного объекта, поступает на первый вход коррелятора основного канала 11. На второй вход этого коррелятора подается зондирующий сигнал с блока формирования 5. После оптимальной обработки в корреляторе 11 сигнал, через блок вычитания 12, поступает на обнаружитель 13. В обнаружителе 13 сигнал сравнивается с порогом и принимается решение о наличии или отсутствии воздушного объекта в каждом разрешаемом объеме пространства. При обнаружении сигнала код о его времени задержки подается на вычислительное устройство 20, где по направлению диаграммы направленности и времени задержки отраженного от цели сигнала определяются координаты воздушного объекта. Эта координатная информация выводится на устройство отображения 21.Synchronizer 6 generates a start pulse arriving at the probe signal generating unit 5. In addition, synchronizer 6 coordinates the operation of
Во втором режиме устройство реализует предлагаемый способ обнаружения и работает следующим образом.In the second mode, the device implements the proposed detection method and works as follows.
Фазированная антенная решетка 1 осуществляет одновременный прием случайно модулированных сигналов от источника излучения и отраженного от воздушного объекта или контрольного местного предмета, который этот источник излучения “подсвечивает”. Формирование диаграмм направленности антенн осуществляется в блоке 2 с помощью управляемых фазовращателей и сумматоров, которые совместно с фазированной антенной решеткой 1 образуют одновременно, как минимум, два узконаправленных направления приема и являются диаграммообразующей схемой, предназначенной для формирования основного и дополнительного каналов. Изменение направлений приема сигналов осуществляется блоком управления диаграммами направленности антенны 19 совместно с пеленгатором 18 и вычислительным устройством 20, при этом они решают задачу отслеживания углового положения источника излучения диаграммой направленности дополнительного канала. Дополнительный канал формируется вторым выходом блока формирования диаграммы направленности 2. Кроме того, блок 19 осуществляет управление диаграммой направленности антенны, формирующей основной канал на первом выходе блока 2. Со второго выхода блока формирования диаграммы направленности сигнал поступает на пеленгатор 18 и на вычислительное устройство 2. Вычислительное устройство на основании анализа мощности случайно модулированных сигналов, принятых дополнительным каналом, определяет те источники излучений, энергию которых целесообразней использовать для обнаружения воздушных объектов в просматриваемой области пространства. После определения направления на выбранный источник излучения диаграмма направленности дополнительного канала фиксируется, а диаграмма направленности основного канала направляется на контрольный местный предмет с известными координатами. В соответствии с описанным выше способом, который поясняет фиг.1, в вычислительном устройстве 20 определяются дальность до источника излучения случайно модулированных сигналов в соответствии с выражением (3) и окончательное определение возможности его использования. Сигнал, отраженный от контрольного местного предмета (на втором этапе сигнал, отраженный от цели), принимается диаграммой направленности основного канала, который предназначен для обзора пространства с целью поиска воздушных объектов, с периодическим ее направлением на контрольный местный предмет, для уточнения или определения дальности до источника излучения. От передатчика случайно модулированных сигналов 1 (фиг.1, 2) сигнал по дополнительному каналу поступает на блок отбора мощности 14 (фиг.4), который предназначен для передачи части сигнала, соответствующей уровню бокового приема целевого канала в направлении источника излучения. Совмещение электрических центров диаграмм направленности на одной антенне и точность установки отбираемой мощности из дополнительного канала в блоке 14 обеспечивает первичную декорреляцию основного и дополнительного каналов в блоке вычитания на высокой частоте 7. В связи с тем, что динамический диапазон современных аналого-цифровых преобразователей находится в пределах 20-30 дБ, ошибка установки отбираемой мощности из дополнительного канала не должна превышать 1% при одинаковых расстояниях, пройденных сигналами от устройства формирования диаграммы направленности 2 до блока вычитания на высокой частоте. Уровень отбираемой мощности блоком 14 определяется вычислительным устройством 20. Оно устанавливает ослабление сигнала в блоке отбора мощности 14 по анализу конфигурации диаграммы направленности основного канала и определения уровня приема в направлении источника излучения шума или определяет ослабление по соотношению мощности сигнала в основном канале и мощности сигнала в дополнительном канале. После устройства вычитания сигналы дополнительного и основного каналов поступают соответственно в блоки приемников 8 и 15, которые усиливают и преобразовывают сигналы на промежуточную частоту. Приемники 8 и 15 усиливают сигналы основного и дополнительного каналов до одинакового уровня и преобразуют их на промежуточную частоту для нормальной работы аналого-цифровых преобразователей 9 и 16. Сигнал в цифровом виде из аналого-цифрового преобразователя 9 поступает на автокомпенсатор 10. На второй вход автокомпенсатора 10 поступает сигнал дополнительного канала из аналого-цифрового преобразователя 16. Двухканальный автокомпенсатор 10 собран по схеме с прямыми корреляционными связями, которые позволяют вычислить коэффициент регрессии. Он осуществляет компенсацию коррелированной помехи в основном канале до уровня, сопоставимым с уровнем внутренних шумов приемника, а также обеспечивает восстановление исходной амплитудно-фазовой структуры полезного сигнала в основном канале, которая может быть искажена неточностью установки блока отбора мощности 14 перед блоком вычитания 7.
Сигнал от источника излучения, принятый дополнительным каналом, поступает на блок сдвига частотных и временных параметров 17. Сдвиг частотно-временных параметров осуществляется одновременно или последовательно во всем наблюдаемом диапазоне, при этом его техническая реализация может осуществляться на базе запоминающего устройства. Временной сдвиг сигнала, принятого опорным каналом, осуществляется его задержкой при считывании с запоминающего устройства, а частотный сдвиг осуществляется изменением тактовой частоты считывания. Максимальный временной сдвиг определяется областью просматриваемого пространства (фиг.1, 2) какThe signal from the radiation source, received by the additional channel, is fed to the frequency and time parameters shift
где с - скорость распространения радиоволн.where c is the propagation velocity of radio waves.
Максимальный частотный сдвиг определяется частотой Доплера исходя из максимально возможной радиальной составляющей скорости полета воздушного объекта относительно перпендикуляра, опущенного от цели 3 на линию базы Б (фиг.3) по выражениюThe maximum frequency shift is determined by the Doppler frequency based on the maximum possible radial component of the flight speed of the air object relative to the perpendicular dropped from
где V1 - максимальная, перпендикулярная линии базы составляющая скорости цели;where V 1 - the maximum, perpendicular to the base line component of the speed of the target;
λ - длина волны сигнала от источника излучения шума.λ is the wavelength of the signal from the noise radiation source.
Корреляторы 11 и 22 осуществляют вычисление корреляционного интеграла для каждой просматриваемой области оценочных частотно-временных параметров и формирование выходной корреляционной функции. На вход блока корреляторов 22 поступает сигнал дополнительного канала от аналого-цифрового преобразователя 16 и сигнал от блока сдвига частотных и временных параметров 17 с нулевым сдвигом частотно-временных параметров. На вход блока корреляторов 11 поступает сигнал, принятый основным каналом, от автокомпенсатора 10 и сигнал от блока сдвига частотных и временных параметров 17. Для шумового сигнала ширина пика корреляционной функции во времени по уровню половинной мощности определяется какThe
где П - ширина спектра принятого сигнала.where P is the width of the spectrum of the received signal.
Ширина пика корреляционной функции по частоте определяется какThe width of the peak of the correlation function in frequency is defined as
где ТН - время наблюдения за одной областью пространства.where T N - the time of observation of one area of space.
Для вычисления корреляционной функции сигнала, отраженного от цели, и автокорреляционной функции сигнала от источника излучения из выражений (5), (6), (7) и (8) определяется количество необходимых корреляторов в блоке 11 по выражению какTo calculate the correlation function of the signal reflected from the target and the autocorrelation function of the signal from the radiation source from the expressions (5), (6), (7) and (8), the number of necessary correlators in
Количество корреляторов, при параллельном обзоре просматриваемой области пространства на максимальную дальность, может достигать десятков тысяч. Поэтому их реализация целесообразна на основе использования программируемых интегральных логических схем, которые позволяют программно устанавливать связи между блоком сдвига частотных и временных параметров 17 и корреляторами 11 и 22. Для уменьшения количества корреляторов наблюдение за просматриваемыми областями пространства можно осуществлять последовательно. Последовательное наблюдение осуществляется путем перестройки блока сдвига частотно-временных параметров 17, при этом уменьшается время наблюдения за каждой областью пространства, что ухудшает энергетические соотношения сигнала и помехи на выходе устройства.The number of correlators, with a parallel view of the viewed area of space at the maximum range, can reach tens of thousands. Therefore, their implementation is advisable based on the use of programmable integrated logic circuits that allow you to programmatically establish connections between the frequency and time
В третьем режиме устройство совмещает первый и второй режимы, одновременно используя для обнаружения переотраженные от воздушного объекта сигналы зондирующего импульса передатчика РЛС и передатчика случайно модулированных сигналов. Особенность заключается в работе коррелятора основного канала 11. На первый вход коррелятора 11 подается сигнал о структуре зондирующего импульса с формирователя зондирующего сигнала 5, на третий вход коррелятора подается сигнал опорного канала с соответствующим сдвигом частотно-временного параметра, устанавливаемого блоком 17. Сдвиг частотно-временного параметра в блоке 17 должен соответствовать просматриваемой области пространства, от которой ожидается прием отраженного зондирующего сигнала от передатчика РЛС, и осуществляется установкой соответствующих связей между коррелятором 11 и блоком сдвига частотно-временного параметра 17. Это необходимо для совместного использования энергии зондирующего сигнала и постановщика помех с целью максимальной эффективности обнаружения воздушных объектов.In the third mode, the device combines the first and second modes, while simultaneously using the signals of the probe pulse of the radar transmitter and the transmitter of randomly modulated signals that are reflected from the air object. The peculiarity lies in the operation of the correlator of the
Проведенный анализ возможности обнаружения воздушных объектов показывает, что в первом режиме, когда обнаружение воздушного объекта осуществляется только за счет излученной энергии передатчика, аналитический расчет дальности обнаружения воздушного объекта 3 устройством 2 определяется по формуле (2) и показан на фиг.1.The analysis of the possibility of detecting air objects shows that in the first mode, when the detection of an air object is carried out only due to the radiated energy of the transmitter, an analytical calculation of the detection range of an
Расчет возможностей устройства по обнаружению воздушных объектов предлагаемым способом реализован, когда устройство фиг.3 работает во втором режиме. Определение местоположения воздушного объекта сводится к расчету дальности действия по методу, который используется при расчете дальности для бистатической РЛС. При этом дальность обнаружения цели зависит от ее положения относительно устройства и источника электромагнитных сигналов. Она рассчитывается через параметр обнаружения q и коэффициент корреляции ρ. Для колокольной апроксимации амплитудно-частотных характеристик радиочастотных цепей приемника и при одинаковой их полосе П приема, значение параметра обнаружения q определяется выражением [1, стр. 509 (11)] какThe calculation of the capabilities of the device for detecting airborne objects by the proposed method is implemented when the device of Fig. 3 operates in the second mode. Determining the location of an airborne object comes down to calculating the range according to the method used in calculating the range for a bistatic radar. Moreover, the target detection range depends on its position relative to the device and the source of electromagnetic signals. It is calculated through the detection parameter q and the correlation coefficient ρ. For the bell approximation of the amplitude-frequency characteristics of the radio frequency circuits of the receiver and for the same reception bandwidth, the value of the detection parameter q is determined by the expression [1, p. 509 (11)] as
где П - ширина частотной полосы приема,where P is the width of the reception frequency band,
Т - время интегрирования, причем произведение ПT>>1,T is the integration time, and the product PT >> 1,
ρ - коэффициент корреляции сигнала, отраженного от цели, и сигнала, принятого опорным каналом на входе коррелятора.ρ is the correlation coefficient of the signal reflected from the target and the signal received by the reference channel at the input of the correlator.
При условии, что разность расстояний Δr, пройденная сигналами, скомпенсирована, коэффициент корреляции сигналов от источника излучения и отраженного от цели определяется выражением [там же, стр. 507 (3)] какProvided that the distance difference Δr traveled by the signals is compensated, the correlation coefficient of the signals from the radiation source and reflected from the target is determined by the expression [ibid, p. 507 (3)] as
где No - мощность внутренних шумов в приемных каналах;where No is the power of internal noise in the receiving channels;
Ро - мощность сигнала от передатчика в опорном канале;Po is the signal power from the transmitter in the reference channel;
Рц - мощность сигнала, переотраженного от цели, в приемном канале.RC - the power of the signal reflected from the target in the receiving channel.
Ожидаемые мощности сигналов в каналах можно оценить исходя из дальности до воздушного объекта, его эффективной площади рассеивания и технических характеристик приемного тракта устройства.The expected power of the signals in the channels can be estimated based on the distance to the air object, its effective dispersion area and technical characteristics of the receiving path of the device.
В расчетах принимается, что воздушный объект или контрольный местный предмет находится в максимуме диаграммы направленности антенны целевого канала, источник излучения - в максимуме диаграммы направленности опорного канала, а неоптимальность обработки учитывается поправочным коэффициентом при определении требуемого коэффициента корреляции. Расчет дальности обнаружения воздушного объекта при работе устройства во втором режиме осуществляется в следующей последовательности:In the calculations, it is assumed that the airborne object or control local object is at the maximum of the radiation pattern of the antenna of the target channel, the radiation source is at the maximum of the radiation pattern of the reference channel, and the processing non-optimality is taken into account by the correction coefficient when determining the required correlation coefficient. The calculation of the detection range of an air object when the device is in the second mode is carried out in the following sequence:
1) рассчитывается мощность сигнала от одного источника излучения на входе приемного устройства 2 фиг.1 [там же, стр. 426 (3)] как1) the signal power from one radiation source at the input of the receiving
где Rl - расстояние от источника излучения до приемного устройства;where Rl is the distance from the radiation source to the receiving device;
РПАП - спектральная плотность мощности источника излучения типа постановщика активных помех, определяемая как отношение мощности передатчика к ширине его энергетического спектра;P PAP - spectral power density of a radiation source of the type of active jammer, defined as the ratio of the power of the transmitter to the width of its energy spectrum;
АЭФ - эффективная площадь приемной антенны;And EF is the effective area of the receiving antenna;
GП - коэффициент усиления антенны у ПАП;G P - antenna gain of the PAP;
2) определяется значение параметра обнаружения q для принятой вероятности правильного обнаружения D=0,5 и вероятности ложной тревоги F=10-4 по графику, показанному в [1, рис.3.53, стр. 162];2) the value of the detection parameter q is determined for the accepted probability of correct detection D = 0.5 and the probability of false alarm F = 10 -4 according to the graph shown in [1, Fig. 3.53, p. 162];
3) преобразовав формулу (10), рассчитывается минимальный коэффициент корреляции опорного сигнала и сигнала, отраженного от цели, требуемый для обнаружения3) by converting formula (10), the minimum correlation coefficient of the reference signal and the signal reflected from the target, required for detection, is calculated
где Т - время наблюдения за областью пространства,where T is the time of observation of the region of space,
k - поправочный коэффициент, учитывающий неоптимальность обработки по результатам моделирования (находится в пределах 1,1-1,3);k is a correction factor that takes into account the non-optimal processing according to the simulation results (is in the range 1.1-1.3);
4) минимальная мощность сигнала в целевом канале, достаточная для обнаружения, рассчитывается по формуле (11), преобразованной к виду4) the minimum signal power in the target channel, sufficient for detection, is calculated by the formula (11), converted to
где No - мощность внутренних шумов приемного устройства, определяемая какwhere No is the power of the internal noise of the receiving device, defined as
где k=1,38×10-23 Дж/К - постоянная Больцмана;where k = 1.38 × 10 -23 J / K is the Boltzmann constant;
То - физическая температура антенны в Кельвинах;That is the physical temperature of the antenna in Kelvin;
tA - приведенная температура антенны;t A - reduced antenna temperature;
5) максимальная дальность обнаружения передатчика 1, излучающего случайно модулированные сигналы, показанного на фиг.1, определяется максимально возможным удалением от контрольного местного предмета и рассчитывается в соответствии с выражением5) the maximum detection range of the
где Б - база системы измерения, которая составляет расстояние от устройства до контрольного местного предмета;where B is the base of the measurement system, which is the distance from the device to the local control item;
σКПМ - эффективная отражающая поверхность контрольного местного предмета;σ KPM - effective reflective surface of the control local subject;
6) если в соответствии с формулой (16) возможно определение местоположения источника излучения, т.е. источник излучения 1 (фиг.4) находится ближе к приемному устройству 2, чем рассчитанная максимальная дальность обнаружения R2, то рассчитывается максимальная дальность обнаружения воздушного объекта 3, показанного на фиг.2, в соответствии с выражением6) if, in accordance with formula (16), it is possible to determine the location of the radiation source, i.e. the radiation source 1 (Fig. 4) is closer to the receiving
где Rl - расстояние от источника излучения до воздушного объекта;where Rl is the distance from the radiation source to the airborne object;
σЦ - эффективная отражающая поверхность (ЭОП) цели.σ C - effective reflective surface (EOC) of the target.
Для численной оценки возможности устройства обнаружения воздушных объектов в качестве исходных данных возмем технические характеристики типовых РЛС, которые соответствуют первому режиму работы устройства:For a numerical assessment of the capabilities of the device for detecting airborne objects as initial data, we take the technical characteristics of typical radars that correspond to the first mode of operation of the device:
время наблюдения за областью пространства Т=10-4 С;the time of observation of the space region T = 10 -4 C;
эффективная площадь приемной антенны АЭФ=7,5×103 м2;effective area of the receiving antenna A EF = 7.5 × 10 3 m 2 ;
коэффициент различимости υ=2;distinguishability coefficient υ = 2;
средняя мощность зондирующего сигнала Ррлс=100 кВт;the average power of the probing signal R radar = 100 kW;
коэффициент усиления антенны G=105;antenna gain G = 10 5 ;
время обзора пространства tОБЗ=10 С;space viewing time t OBZ = 10 C;
количество импульсов, накапливаемых для обнаружения М=20;the number of pulses accumulated to detect M = 20;
эффективная отражающая поверхность воздушного объекта 3 без учета ее увеличения σЦ=10 м2;the effective reflective surface of the
удаление воздушного объекта 3 от источника излучения 1 (фиг.5) R1=100 км;the removal of the
коэффициент шума приемного устройства Кш=5;the noise figure of the receiving device K W = 5;
эффективная ширина спектра зондирующего сигнала П=0,3 МГц;effective spectrum width of the probing signal P = 0.3 MHz;
коэффициент усиления антенны источника излучения 1 (фиг.2) GП=5;the gain of the antenna of the radiation source 1 (figure 2) G P = 5;
коэффициент подавления помехи η=10 дБ при приеме ее по главному лучу диаграммы направленности антенны GГЛ=1;interference suppression coefficient η = 10 dB when receiving it along the main beam of the antenna pattern G GL = 1;
коэффициент подавления помехи η=30 дБ при ее приеме по главному лучу диаграммы направленности антенны GБЛ=-25 дБ.interference suppression coefficient η = 30 dB when it is received along the main beam of the antenna radiation pattern G BL = -25 dB.
Исходные данные, учитывающие работу устройства во втором режиме:The initial data, taking into account the operation of the device in the second mode:
эффективная отражающая поверхность контрольного местного предмета σКМП=50 м2;effective reflective surface of the control local subject σ KMP = 50 m 2 ;
полоса приема П=3 МГц;reception band P = 3 MHz;
вероятность правильного обнаружения D=0,5;probability of correct detection D = 0.5;
вероятности ложной тревоги F=10-4;probability of false alarm F = 10 -4 ;
параметр обнаружения q=4,957;detection parameter q = 4.957;
источник излучения случайно модулированного сигнала находится на дальности Б=200 км;the radiation source of a randomly modulated signal is at a distance of B = 200 km;
спектральная плотность мощности источника излучения РП=1 кВт/МГц;spectral power density of the radiation source R P = 1 kW / MHz;
коэффициент усиления антенны источника излучения GП=5.the gain of the antenna of the radiation source G P = 5.
Дальность обнаружения устройства при работе его в третьем режиме определяется излученной мощностью передатчика устройства 2 и мощностью источника излучения шума 1 (фиг.2). Они суммируются в корреляторе основного канала 11, поэтому дальность обнаружения и определения местоположения воздушного объекта будет равна сумме дальностей обнаружения в первом и во втором режимах, при прочих равных условиях.The detection range of the device when it is operating in the third mode is determined by the radiated power of the transmitter of the
График зависимости дальности обнаружения и определения местоположения передатчика случайно модулированных сигналов 1 (фиг.1) от мощности сигнала, рассчитанный по формулам (10)-(17), приведен на фиг.4. Он характеризует возможности устройства по обнаружению воздушных объектов, с расположенным на борту передатчиком случайно модулированных сигналов, т.е. при самопрекрытии активной шумовой помехой. На графике пунктиром показана зависимость дальности обнаружения от мощности источника излучения для первого режима, точками показан график дальности обнаружения во втором режиме и сплошной линией показан график дальности обнаружения в третьем режиме.A graph of the detection range and location of the transmitter of randomly modulated signals 1 (Fig. 1) versus the signal power calculated by formulas (10) - (17) is shown in Fig. 4. It characterizes the capabilities of the device for detecting air objects, with a randomly modulated signal transmitter located on board, i.e. with self-blocking by active noise interference. The dotted line graph shows the dependence of the detection range on the power of the radiation source for the first mode, the dots show the graph of the detection range in the second mode, and the solid line shows the graph of the detection range in the third mode.
Возможности устройства по обнаружению воздушного объекта 3, который облучает передатчик случайно модулированных сигналов 1 (фиг.2), показаны на графике фиг.5. На нем пунктиром показана зависимость дальности обнаружения от мощности источника излучения для первого режима, точками показан график дальности обнаружения во втором режиме и сплошной линией показан график дальности обнаружения в третьем режиме.The device’s capabilities for detecting an
Из приведенных графиков видно, что лучшими возможностями обнаружения и определения местоположения обладает третий режим работы устройства, который использует энергию как зондирующего сигнала, так и энергию передатчика случайно модулированных сигналов.It can be seen from the graphs that the third mode of operation of the device, which uses the energy of both the probing signal and the energy of the transmitter of randomly modulated signals, has the best detection and location capabilities.
Таким образом, применение предлагаемого изобретения позволит увеличить дальность обнаружения воздушных объектов за счет использования электромагнитной энергии активных маскирующих помех от передатчика случайно модулированных сигналов. При этом область эффективного применения предлагаемого способа обнаружения воздушных объектов определяется графиком “режим 2”, приведенном на фиг.5, и находится в зависимости от мощности излучения передатчика случайно модулированных сигналов. Причем, чем больше мощность активной маскирующей помехи, тем больше дальность обнаружения воздушного объекта, в отличие от прототипа, имеющего обратную зависимость, показанную на графике “режим 1” фиг.5.Thus, the application of the present invention will increase the detection range of air objects through the use of electromagnetic energy of active masking interference from the transmitter of randomly modulated signals. At the same time, the area of effective application of the proposed method for detecting airborne objects is determined by the schedule “
С целью проверки возможности практической реализации предлагаемого способа обнаружения и определения местоположения воздушных объектов проведено моделирование работы устройства, показанного на фиг.3, при обработке цифровых моделей шумовых сигналов.In order to verify the feasibility of the practical implementation of the proposed method for detecting and determining the location of airborne objects, the operation of the device shown in Fig. 3 was modeled when processing digital models of noise signals.
Модель шумового сигнала в цифровом виде должна удовлетворять ряду требований:The model of the noise signal in digital form must satisfy a number of requirements:
1. Быть адекватной реальному шумовому сигналу, т.е. изменяться по случайному закону.1. Be adequate to the real noise signal, ie randomly change.
2. Иметь возможность задавать параметры шумового сигнала, дисперсию, коэффициент корреляции, частотную полосу приема, при этом автокорреляционная функция должна быть кнопочного вида.2. Have the ability to set the parameters of the noise signal, variance, correlation coefficient, frequency band of reception, while the autocorrelation function should be button-type.
3. Позволять осуществлять частотный и временной сдвиг так, как это происходит при реальном отражении сигнала от цели.3. Allow to carry out frequency and time shift as it occurs with real reflection of the signal from the target.
Цифровая модель предполагает наличие ряда чисел, которые дискретно характеризуют изменение реального сигнала. Частота дискретизации должна удовлетворять теореме КотельниковаThe digital model assumes the existence of a series of numbers that discretely characterize the change in the real signal. Sampling rate must satisfy Kotelnikov’s theorem
где fmax - максимальная частота гармонической составляющей.where f max is the maximum frequency of the harmonic component.
Если обработка осуществляется на видеочастоте, то частота дискретизацииIf processing is carried out at a video frequency, then the sampling rate
где П - полоса приема сигнала.where P is the signal reception band.
В связи с тем, что любой сигнал можно разложить на синусные и косинусные составляющие, т.е. подвергнуть преобразованию Фурье, то и шумовой сигнал можно представить как сумму гармоник, имеющего случайные параметры: амплитуды, частоты и фазы, которые изменяются по случайному закону. В общем виде математическая запись шумового сигнала выглядит следующим образом:Due to the fact that any signal can be decomposed into sine and cosine components, i.e. subjected to Fourier transform, then the noise signal can be represented as the sum of harmonics having random parameters: amplitudes, frequencies and phases, which vary according to a random law. In general terms, the mathematical record of the noise signal is as follows:
где t - время;where t is time;
n - количество гармонических составляющих;n is the number of harmonic components;
fд - доплеровский сдвиг частоты;f d - Doppler frequency shift;
τ - временной сдвиг или задержка сигнала относительно опорного;τ is the time shift or delay of the signal relative to the reference;
аi - амплитуда i-ой гармоники;and i is the amplitude of the i-th harmonic;
fi - частота i-ой гармоники;f i is the frequency of the i-th harmonic;
fнес - средняя несущая частота сигнала;f nes is the average carrier frequency of the signal;
φi - фаза i-ой гармоники.φ i is the phase of the i-th harmonic.
Эти параметры находятся во взаимосвязи с параметрами движения и местоположения воздушного объекта и носят детерминированный характер. В частности, fд - доплеровский сдвиг частоты, характеризует радиальную составляющую движения воздушного объекта относительно источника электромагнитных излучений, τ - временной сдвиг или задержка сигнала относительно опорного, определяет разность расстояний от источника излучения и переотраженного от цели, t - время, характеризующее продолжительность наблюдения за данной областью пространства и fнес - средняя несущая частота сигнала. Кроме детерминированных параметров в формуле (20) присутствуют и параметры, изменяющиеся по случайному закону, которые имеют различный вид распределения случайных величин: n - количество составляющих гармоник, определяет дисперсию сигнала и его корреляционные свойства: fi - случайная реализация i-ой составляющей частоты, изменяющаяся по нормальному закону. Причем полоса пропускания приемного тракта, в данном случае, определяет дисперсию закона распределения, а нормальный закон и математическое ожидание (МОЖ) в случайном распределении характеризуют АЧХ (амплитудно-частотная характеристика) приемного тракта; ai – случайная реализация i-ой составляющей амплитуды, изменяющаяся по нормальному закону. МОЖ определяет мощность сигнала, а дисперсия характеризует корреляционные свойства сигнала; φi - случайная реализация i-ой составляющей начальной фазы гармонической составляющей, распределенной по равномерному закону от 0 до 2·π.These parameters are in correlation with the parameters of movement and location of an air object and are deterministic. In particular, f d is the Doppler frequency shift, characterizes the radial component of the movement of an air object relative to the source of electromagnetic radiation, τ is the time shift or delay of the signal relative to the reference one, determines the difference in distance from the radiation source and reflected from the target, t is the time characterizing the duration of observation given area of space and f carried is the average carrier frequency of the signal. In addition to deterministic parameters, in formula (20) there are also parameters that vary according to a random law, which have a different type of distribution of random variables: n is the number of harmonics components, determines the dispersion of the signal and its correlation properties: f i is a random implementation of the i-th frequency component, changing according to normal law. Moreover, the passband of the receive path, in this case, determines the variance of the distribution law, and the normal law and mathematical expectation (MOF) in a random distribution characterize the frequency response (amplitude-frequency characteristic) of the receive path; a i - random implementation of the i-th component of the amplitude, changing according to the normal law. MFD determines the signal power, and variance characterizes the correlation properties of the signal; φ i - random implementation of the i-th component of the initial phase of the harmonic component, distributed according to the uniform law from 0 to 2 · π.
Вариант цифровой модели шумового сигнала приведен на фиг.6, где x(t, 0, 0) - функция изменения амплитуды сигнала во времени при нулевом частотном и временном параметре сдвига. Дисперсия модели должна соответствовать ожидаемой мощности сигнала на входе приемника. Это возможно, если принять дисперсию амплитуды i-ой гармоники при нормальном распределении, равнойA variant of the digital model of the noise signal is shown in Fig.6, where x (t, 0, 0) is the function of changing the amplitude of the signal in time at zero frequency and time parameter of the shift. The dispersion of the model should correspond to the expected signal power at the receiver input. This is possible if we accept the variance of the amplitude of the i-th harmonic with a normal distribution equal to
где Ро - расчетная мощность сигнала;where Po is the calculated signal power;
n - количество гармонических составляющих в модели, описанной выражением (20).n is the number of harmonic components in the model described by expression (20).
Автокорреляционная функция сигнала вычисляется в соответствии с выражением [1, стр. 333 (10)] какThe autocorrelation function of the signal is calculated in accordance with the expression [1, p. 333 (10)] as
Автокорреляционная функция во временной области, соответствующая модели сигнала (фиг.6), приведена на фиг.7а, в частотной области приведена на фиг.8.The autocorrelation function in the time domain corresponding to the signal model (Fig. 6) is shown in Fig. 7a; in the frequency domain is shown in Fig. 8.
Из анализа графиков, показанных на фиг.7 и 8, видно, что ширина пика АКФ по временной оси соответствует заданной точности определения времени задержкиFrom the analysis of the graphs shown in Figs. 7 and 8, it can be seen that the peak width of the ACF along the time axis corresponds to the specified accuracy of determining the delay time
что соответствует 100 м по дальности. По частотной оси ширина пика АКФ определяется какwhich corresponds to 100 m in range. On the frequency axis, the peak width of the ACF is defined as
Таким образом, заданная модель адекватно отражает свойства шумового сигнала в соответствии с параметрами случайного процесса. Ее АКФ носит кнопочный характер и позволяет варьировать амплитудой, временем запаздывания и доплеровской добавкой к частоте, моделируя переотраженный сигнал от реальной воздушной цели.Thus, the given model adequately reflects the properties of the noise signal in accordance with the parameters of a random process. Its ACF is push-button in nature and allows you to vary the amplitude, delay time and Doppler addition to the frequency, simulating the reflected signal from a real air target.
Модель, отражающая возможность практической реализации предлагаемого способа, должна соответствовать физическим процессам, происходящим в устройстве, позволяющем осуществить этот способ. Устройство обнаружения, показанное на фиг.3, представляет собой совокупность элементов, функционально связанных между собой в соответствии с последовательностью решения задач. Реальные устройства накладывают на возможности по обработке сигналов ряд существенных ограничений, которые определяются физическими возможностями их реализации. Эти ограничения составляют комплекс технических характеристик устройства. Основными из них являются коэффициент шума приемника КШ, динамический диапазон приемника, точность установки регулирующих и следящих устройств.A model that reflects the possibility of practical implementation of the proposed method should correspond to the physical processes occurring in the device that allows this method to be implemented. The detection device shown in figure 3, is a collection of elements that are functionally interconnected in accordance with the sequence of tasks. Real devices impose a number of significant limitations on signal processing capabilities, which are determined by the physical capabilities of their implementation. These limitations constitute a set of technical characteristics of the device. The main ones are the noise figure of the receiver K W , the dynamic range of the receiver, the accuracy of the installation of control and tracking devices.
Решение об обнаружении воздушного объекта осуществляется на основе анализа корреляционного интеграла двух случайных сигналов. При этом возникают три задачи, требующие решения в различных устройствах:The decision to detect an air object is based on an analysis of the correlation integral of two random signals. In this case, three problems arise that require solutions in various devices:
1) разделить мощный сигнал от ПАП и слабый сигнал от цели при обеспечении качественного приема опорного сигнала от ПАП и от цели;1) to separate the powerful signal from the PAP and the weak signal from the target while ensuring high-quality reception of the reference signal from the PAP and from the target;
2) вычислить корреляционный интеграл или весовую сумму;2) calculate the correlation integral or weight sum;
3) проанализировать полученный корреляционный интеграл статистическими методами и принять решения о наличии или отсутствии отраженного сигнала.3) analyze the obtained correlation integral by statistical methods and make decisions on the presence or absence of the reflected signal.
В связи с тем, что принимаемый сигнал от постановщика активных маскирующих помех или другого источника электромагнитных сигналов заранее неизвестен, наиболее целесообразным является исследование возможности приема шумового сигнала (ШС). При этом наиболее важными параметрами ШС являются коэффициент корреляции и дисперсия, характеризующая энергетические соотношения сигнала и собственных шумов приемного устройства. Особенность заключается в том, что коэффициент корреляции, в первой части устройства, показывает на сколько схожи сигналы, принимаемые боковыми лепестками ДНА, и сигнал, принимаемый опорным каналом, с целью их качественного разделения. Во второй части происходит задержка во времени опорного сигнала и вычисляется значение корреляционного интеграла в каждом разрешаемом дискрете для установленной полосы приема (19). Последовательная задержка опорного сигнала должна обеспечивать параллельное наблюдение за всей областью пространства на данном направлении ДНА.Due to the fact that the received signal from the director of active masking interference or another source of electromagnetic signals is not known in advance, the most appropriate is the study of the possibility of receiving a noise signal (AL). In this case, the most important AL parameters are the correlation coefficient and dispersion characterizing the energy ratios of the signal and the intrinsic noise of the receiving device. The peculiarity lies in the fact that the correlation coefficient, in the first part of the device, shows how similar the signals received by the side lobes of the BOTTOM are, and the signal received by the reference channel, for the purpose of their qualitative separation. In the second part, a time delay of the reference signal occurs and the value of the correlation integral in each resolved disc is calculated for the established reception band (19). The sequential delay of the reference signal should provide parallel monitoring of the entire area of space in this direction of the bottom.
Учет внутренних шумов устройства и влияние помехи возможно на этапе моделирования исходного сигнала на входе устройства. Таким образом, сигнал на входе основного канала примет вид в соответствии с выражениемAccounting for the internal noise of the device and the influence of interference is possible at the stage of modeling the initial signal at the input of the device. Thus, the signal at the input of the main channel will take the form in accordance with the expression
где уц - сигнал, отраженный от цели;where y c is the signal reflected from the target;
хо - сигнал от (ПАП);x o - signal from (PAP);
nц - внутренние шумы приемного тракта целевого канала;n c - internal noise of the receiving path of the target channel;
GБЛ - уровень приема сигнала от источника излучения шума (ПАП) по боковым лепесткам ДНА.G BL - the level of signal reception from the noise radiation source (PAP) along the side lobes of the bottom.
Аналогично записывается выражение для сигнала, принятого от передатчика случайно модулированных сигналов в дополнительном каналеSimilarly, the expression for the signal received from the transmitter of randomly modulated signals in the additional channel is written
где no - внутренние шумы приемного тракта опорного канала.where n o - internal noise of the receiving path of the reference channel.
При этом внутренние шумы должны быть не коррелированы между собой, а мощности составляющих сигналов, определяемые в соответствии с выражениями 12, 14, 15, должны соответствовать дисперсии модели. Таким образом, формулы (25) и (26) позволяют учитывать внутренние шумы устройств обработки и влияние помехи, воздействующей по боковым лепесткам ДНА.In this case, the internal noise should not be correlated with each other, and the power of the component signals, determined in accordance with
Требования к динамическому диапазону лежали в основе синтеза устройства. При составлении программы обработки это требование учитывалось проверкой соотношения дисперсии полезного сигнала, отраженного от цели, к дисперсии сигнала на входе устройства. Для устройства вычитания в диаграммообразующей схеме динамический диапазон не ограничен, но учитывается ошибка установки блока отбора мощности 14 (фиг.3) в пределах 1%, которая обеспечивает ограниченный динамический диапазон в 30 дБ для нормальной работы аналого-цифрового преобразователя. Коррелятор для нормальной работы должен иметь ограничение на уровне 10 дБ, что обеспечивается автокомпенсатором 10, который осуществляет вычитание коррелированных составляющих сигнала в основном канале до уровня сопоставимого с внутренними шумами приемника (с возможным превышением в 2-3 раза). Программа, моделирующая работу устройства, описанная с помощью программного обеспечения “MathCad Professional 2000”, приведена на фиг.9.Dynamic range requirements were the basis for the synthesis of the device. When compiling the processing program, this requirement was taken into account by checking the ratio of the dispersion of the useful signal reflected from the target to the dispersion of the signal at the input of the device. For the subtraction device in the diagram-forming circuit, the dynamic range is not limited, but the error in installing the power take-off unit 14 (Fig. 3) is taken into account within 1%, which provides a limited dynamic range of 30 dB for normal operation of the analog-to-digital converter. The correlator for normal operation should have a limit of 10 dB, which is provided by the auto-
Автокорреляционная функция модели шумового сигнала, принятого дополнительным каналом, показана пунктиром на фиг.10. Эти графики характеризуют автокорреляционные функции сигнала со сдвигом временного параметра r на 40 разрешаемых дискрет дальности и определяют максимально достижимые возможности для модели сигнала при вычислении корреляционной функции, т.е. являются оптимальными для рассматриваемой модели шумового сигнала. Сплошной тонкой линей на фиг.10 показан график, характеризующий корреляционную функцию сигнала с частично скомпенсированной помехой, которая проникает в коррелятор основного канала 11 от источника излучения шума. На нем четко выделяются два максимума функции в области значения параметра r=0 и r=30. Наложение двух корреляционных функций приводит к увеличению боковых всплесков от максимума функции и нарушению ее симметричности. Например, если для оптимальной корреляционной функции отношение максимума функции к максимальному значению боковых лепестков составляет 3.1, то при наличии коррелированной помехи это соотношение уменьшается до 2.3. Таким образом, возникает необходимость окончательной компенсации коррелированной помехи в основном канале после вычисления корреляционного интеграла коррелятором 11. Окончательная компенсация коррелированной помехи осуществляется в блоке вычитания 12. На первый вход блока вычитания подаются значения корреляционной функции, вычисленные коррелятором основного канала 11, на второй вход подаются значения автокорреляционной функции сигнала, вычисленные корреляторами дополнительного канала 22. При этом от каждого значения корреляционной функции, вычисленного коррелятором основного канала 11, вычитается соответствующее значение автокорреляционной функции, вычисленной коррелятором дополнительного канала 22 с нулевым сдвигом частотно-временного параметра.The autocorrelation function of the model of the noise signal received by the additional channel is shown by a dotted line in FIG. 10. These graphs characterize the autocorrelation functions of the signal with a shift of the time parameter r by 40 resolved range discretes and determine the maximum achievable capabilities for the signal model when calculating the correlation function, i.e. are optimal for the considered model of the noise signal. The solid thin line in Fig. 10 shows a graph characterizing the correlation function of a signal with partially compensated noise that penetrates the correlator of the
Результат вычитания на выходе блока вычитания 12 (фиг.3) приведен на фиг.10 толстой сплошной линией. Выходная реализация корреляционной функции на выходе блока вычитания 12, полученная в результате моделирования работы всего устройства, показана сплошной линией. На этом графике отсутствует пиковое значение функции с r=0 и видно, что она более приближена к оптимальной корреляционной функции опорного сигнала, показанной пунктиром, чем корреляционная функция с выхода коррелятора основного канала 11, показанной тонкой сплошной линией.The result of the subtraction at the output of the subtraction block 12 (Fig. 3) is shown in Fig. 10 by a thick solid line. The output implementation of the correlation function at the output of the
На выходе блока вычитания 12 отношение максимума корреляционной функции к ее боковым лепесткам в результате улучшается до 2.8.At the output of the
Модельные исследования показывают, что потери при вычислении корреляционной функции, связанные с неоптимальностью обработки и наличием внутренних шумов устройства, не превышают 10%.Model studies show that the losses in calculating the correlation function associated with non-optimal processing and the presence of internal noise of the device do not exceed 10%.
После вычисления корреляционной функции в просматриваемой области пространства ее значения с блока вычитания 12 поступают на обнаружитель 13, где осуществляется принятие решения об обнаружении сигнала от цели (контрольного местного предмета) и определяется номер коррелятора, имеющего максимальное значение. По номеру коррелятора определяются параметры частотно-временного рассогласования обнаруженного сигнала. Это значение с выхода обнаружителя 13 подается на вычислительное устройство 20, где в соответствии с выражением 3 определяется наклонная дальность до воздушного объекта (фиг.2) или источника излучения (фиг.1). Место их положения определяется по угловому положению диаграммы направленности и вычисленной по выражению 3 наклонной дальности.After calculating the correlation function in the viewed region of space, its values from the
Алгоритмическая модель работы устройства приведена в конце описания.An algorithmic model of the device is given at the end of the description.
Источник информацииSourse of information
1. Теоретические основы радиолокации./Под ред. Я.Д.Ширмана. - М.: Сов. радио, 1970 г. (аналог - стр. 9, рис.1.3 (а); прототип - стр. 367, рис.6.40 и стр. 432, рис.7.6).1. Theoretical foundations of radar. / Ed. J.D. Shirman. - M .: Owls. radio, 1970 (analogue - p. 9, fig. 1.3 (a); prototype - p. 367, fig. 6.40 and p. 432, fig. 7.6).
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002120568/09A RU2240576C2 (en) | 2002-07-29 | 2002-07-29 | Method for detection and location of air objects |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002120568/09A RU2240576C2 (en) | 2002-07-29 | 2002-07-29 | Method for detection and location of air objects |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002120568A RU2002120568A (en) | 2004-02-10 |
| RU2240576C2 true RU2240576C2 (en) | 2004-11-20 |
Family
ID=34309920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002120568/09A RU2240576C2 (en) | 2002-07-29 | 2002-07-29 | Method for detection and location of air objects |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2240576C2 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2494413C1 (en) * | 2012-02-20 | 2013-09-27 | Открытое акционерное общество "НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод имени Коминтерна" (ОАО "НПО НИИИП - НЗиК") | Method of detecting radar targets and radar station for realising said method |
| RU2504797C2 (en) * | 2012-03-20 | 2014-01-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method of determining coordinates of aerial objects in passive bistatic radar |
| RU2546967C1 (en) * | 2014-02-10 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Method of measuring angular coordinates of aerial targets using doppler radar |
| RU2557808C1 (en) * | 2014-04-09 | 2015-07-27 | Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" | Method of determining inclined range to moving target using passive monostatic direction-finder |
| RU2623579C1 (en) * | 2016-06-06 | 2017-06-28 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method of reviewing air space by radar location station with active phased array antenna |
| RU2751999C1 (en) * | 2020-08-24 | 2021-07-21 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт современных телекоммуникационных технологий" | Method for semiactive-passive bistatic determination of location of target |
| RU2792312C1 (en) * | 2022-10-04 | 2023-03-21 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский военный ордена Жукова институт войск национальной гвардии Российской Федерации" | Method of target designation for system of active protection of objects against attacking ammunition |
-
2002
- 2002-07-29 RU RU2002120568/09A patent/RU2240576C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ШИРМАН Я.Д. Теоретические основы радиолокации. - М.: Советское радио, 1970, с.367, 432. * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2494413C1 (en) * | 2012-02-20 | 2013-09-27 | Открытое акционерное общество "НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод имени Коминтерна" (ОАО "НПО НИИИП - НЗиК") | Method of detecting radar targets and radar station for realising said method |
| RU2504797C2 (en) * | 2012-03-20 | 2014-01-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method of determining coordinates of aerial objects in passive bistatic radar |
| RU2546967C1 (en) * | 2014-02-10 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Method of measuring angular coordinates of aerial targets using doppler radar |
| RU2557808C1 (en) * | 2014-04-09 | 2015-07-27 | Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" | Method of determining inclined range to moving target using passive monostatic direction-finder |
| RU2623579C1 (en) * | 2016-06-06 | 2017-06-28 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method of reviewing air space by radar location station with active phased array antenna |
| RU2751999C1 (en) * | 2020-08-24 | 2021-07-21 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт современных телекоммуникационных технологий" | Method for semiactive-passive bistatic determination of location of target |
| RU2792312C1 (en) * | 2022-10-04 | 2023-03-21 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский военный ордена Жукова институт войск национальной гвардии Российской Федерации" | Method of target designation for system of active protection of objects against attacking ammunition |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2002120568A (en) | 2004-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Barton | Radar system analysis and modeling | |
| EP0446678B1 (en) | Polystatic correlating radar | |
| EP0893703B1 (en) | Digital bi - static spread spectrum radar | |
| RU2440588C1 (en) | Passive radio monitoring method of air objects | |
| KR102084210B1 (en) | Synchronous side lobe jamming method for electronic attack | |
| US20100207804A1 (en) | Radar method and apparatus suitable for use in multipath environments | |
| RU2641727C1 (en) | Method of primary impulse-doppler range-finding of targets against background of narrow-band passive jamming | |
| TWI394975B (en) | A method, use of said method and arrangements in an electronic support measures system | |
| US10761205B2 (en) | Systems for determining target direction and methods therefor | |
| EP3467539A1 (en) | Radar detection method and system for identifying moving objects | |
| RU2557808C1 (en) | Method of determining inclined range to moving target using passive monostatic direction-finder | |
| RU2410712C1 (en) | Method of detecting aerial objects | |
| SE1530164A1 (en) | Method and system for range ambiguity resolution | |
| RU2240576C2 (en) | Method for detection and location of air objects | |
| RU2535238C1 (en) | Method of synchronising emission and reception functions in bistatic sonar | |
| RU2444753C1 (en) | Radio monitoring method of air objects | |
| RU2444756C1 (en) | Detection and localisation method of air objects | |
| CN115480220B (en) | Anti-deception jamming method of EPC-MIMO radar based on pulse domain | |
| RU2694366C1 (en) | Method of creating intentional active signal-like imitation interference to radioelectronic equipment | |
| RU2472176C1 (en) | Method for passive detection of air objects | |
| EP1711844B1 (en) | Multiple frequency through-the-wall motion detection and ranging using difference-based estimation technique | |
| RU2697937C1 (en) | Sonar method of detecting an object and measuring its parameters | |
| RU2420755C2 (en) | Detection and localisation method of air objects | |
| WO2021202395A1 (en) | Time of flight ranging system using multi-valued signals | |
| RU2810525C1 (en) | Method for determining planned coordinates of air target using multi-position radar system built into spatially distributed radio interference system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090730 |