RU2271019C1 - Method of compensation of signal phase incursions in onboard radar system and onboard radar system with synthesized aperture of antenna for flying vehicles - Google Patents
Method of compensation of signal phase incursions in onboard radar system and onboard radar system with synthesized aperture of antenna for flying vehicles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2271019C1 RU2271019C1 RU2004123228/09A RU2004123228A RU2271019C1 RU 2271019 C1 RU2271019 C1 RU 2271019C1 RU 2004123228/09 A RU2004123228/09 A RU 2004123228/09A RU 2004123228 A RU2004123228 A RU 2004123228A RU 2271019 C1 RU2271019 C1 RU 2271019C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- antenna
- signals
- output
- input
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к радиолокационным системам и предназначено для использования в качестве вертолетной или самолетной бортовой радиолокационной станции (БРЛС) для обзора земной или водной поверхности и обнаружения на ней объектов в режимах радиолокационного картографирования.The present invention relates to radar systems and is intended for use as a helicopter or aircraft airborne radar station (radar) for viewing the earth or water surface and detecting objects on it in the modes of radar mapping.
Известны зарубежные и отечественные бортовые самолетные и вертолетные радиолокаторы, в которых для радиолокационного картографирования с высоким разрешением земной поверхности применяют режим синтезирования апертуры антенны.Foreign and domestic airborne and helicopter radars are known in which the antenna aperture synthesis mode is used for high-resolution radar mapping of the earth's surface.
Высокое разрешение по азимуту в таких радиолокаторах достигается в результате использования летательным аппаратом отрезка пути, называемого интервалом синтезирования, в качестве искусственной антенны.High azimuth resolution in such radars is achieved as a result of the aircraft using a segment of the path, called the synthesis interval, as an artificial antenna.
Синтезированная апертура антенны реализуется в результате суммирования отраженных сигналов при когерентном излучении. Для получения высокого разрешения по азимуту синтезированная апертура антенны (СА), как и оптическая система, фокусируется на определенный участок поверхности на заданной дальности. Как и в оптике, процесс фокусирования состоит в том, что сигналы от всех точек поверхности синфазно складываются в одной точке (фокусе).The synthesized aperture of the antenna is realized as a result of summing the reflected signals during coherent radiation. To obtain a high azimuth resolution, the synthesized antenna aperture (SA), like the optical system, focuses on a specific surface area at a given range. As in optics, the focusing process consists in the fact that signals from all points on the surface are in phase in one point (focus).
Процесс синтезирования апертуры антенны, получение сигнала, характеризующего радиолокационную информацию (РЛИ), сводится к реализации соотношения (Итоги науки и техники. Радиотехника, том 36, М., 1986 г.)The process of synthesizing the antenna aperture, receiving a signal characterizing radar information (RLI), is reduced to the implementation of the relationship (Itogi Nauki i Tekhniki. Radio Engineering,
где: - аддитивная смесь полезного сигнала и шума в комплексной форме;Where: - additive mixture of useful signal and noise in a complex form;
- опорная функция системы обработки, - reference function of the processing system,
t - время,t is the time
Tc - временной интервал синтезирования апертуры антенны,Tc is the time interval for synthesizing the antenna aperture,
α - угловая координата точки участка местности в нормальной системе координат.α is the angular coordinate of a point on a site in a normal coordinate system.
Обработка сигналов в радиолокационной системе с синтезированной апертурой антенны (РСА) основывается на согласовании опорной функции с отраженным от точечной цели сигналом:Signal processing in a radar system with a synthesized antenna aperture (SAR) is based on matching the reference function with the signal reflected from a point target:
где: A(t) - функция, характеризующая интенсивность отраженного сигнала;where: A (t) is a function that characterizes the intensity of the reflected signal;
r(t,α) - текущее расстояние между летательным аппаратом и целью;r (t, α) is the current distance between the aircraft and the target;
λ -длина излучаемой волны;λ is the length of the emitted wave;
φ -случайная начальная фаза на интервале синтезирования.φ is a random initial phase in the synthesis interval.
В качестве опорной функции выбирается взвешенная функция, обеспечивающая фокусирование апертуры антенны, сопряженная с отраженным от точечной цели сигналом с точностью до начальной фазы.As a reference function, a weighted function is selected that ensures focusing of the antenna aperture, coupled to a signal reflected from a point target accurate to the initial phase.
где: H(t) - весовая функция, обеспечивающая требуемый уровень боковых лепестков синтезированной апертуры антенны.where: H (t) is the weight function that provides the required level of the side lobes of the synthesized aperture of the antenna.
Для фокусировки точки поверхности на заданной дальности опорная функция должна быть комплексно сопряжена с отраженным сигналом и вычисляется с точностью до начальной фазы.To focus a surface point at a given range, the reference function must be complexly coupled with the reflected signal and calculated up to the initial phase.
Как известно (Итоги науки и техники. Радиотехника, том 36, М., 1986 г.), закон изменения фазы принятого траекторного сигнала (сигнала при движении летательного аппарата по траектории) от точечной цели может быть представлен (при ограничении ряда разложения):As is known (Itogi Nauki i Tekhniki. Radio Engineering,
где: Vr, αr - радиальные скорость и ускорение движения фазового центра на точку; φ0 - начальная фаза сигнала.where: V r , α r - radial velocity and acceleration of the phase center to the point; φ 0 is the initial phase of the signal.
Для фокусировки точки поверхности на заданной дальности с помощью опорной функции на борту летательного аппарата эти параметры измеряют с точностью, определяемой допустимой фокусировкой (получение заданного разрешения элемента по азимуту) и допустимыми геометрическими искажениями (получение минимального сдвига по азимуту).To focus a surface point at a given range using the support function on board the aircraft, these parameters are measured with an accuracy determined by allowable focusing (obtaining a given element resolution in azimuth) and allowable geometric distortions (obtaining a minimum azimuth shift).
В общем случае при синтезировании апертуры антенны управление СА осуществляется с помощью опорной функции. Закон управления СА определяется видом обзора облучаемой поверхности. Однако независимо от вида обзора характер и параметры сигналов управления вычисляют на основе априорных данных о режиме полета, либо с использованием измеренных значений параметров движения летательного аппарата.In the general case, when synthesizing the antenna aperture, the CA is controlled using the reference function. The SA control law is determined by the view of the irradiated surface. However, regardless of the type of review, the nature and parameters of control signals are calculated based on a priori data on the flight mode, or using measured values of the aircraft motion parameters.
При произвольной траектории, когда она изменяется от одного интервала синтезирования к другому, опорная функция определяется для каждого интервала отдельно во время полета летательного аппарата. При равномерном горизонтальном прямолинейном полете носителя РСА нормально функционирует. Однако при реальном полете носителя (истребителя или вертолета) возникают траекторные нестабильности, вызванные угловыми колебаниями, случайными изменениями скорости, воздействием внешней среды, шумами, вызванными системой управления летательного аппарата и др.With an arbitrary trajectory, when it changes from one synthesis interval to another, the support function is determined for each interval separately during the flight of the aircraft. With a uniform horizontal straight flight of the carrier, the SAR functions normally. However, during actual flight of the carrier (fighter or helicopter), trajectory instabilities arise due to angular fluctuations, random changes in speed, environmental influences, noise caused by the aircraft control system, etc.
Такие траекторные нестабильности приводят к амплитудным и фазовым искажениям отраженных сигналов и при фиксированной опорной функции нарушают оптимальность обработки радиосигналов, нарушают фокусировку отраженного сигнала и в конечном счете ухудшают качество картографирования.Such trajectory instabilities lead to amplitude and phase distortions of the reflected signals and, with a fixed reference function, violate the optimality of the processing of radio signals, disrupt the focus of the reflected signal and ultimately degrade the quality of mapping.
Для получения в РСА высокого разрешения по азимуту в реальном полете принимают специальные меры, направленные на уменьшение влияния траекторных нестабильностей.In order to obtain high resolution azimuth in real-time RSA, special measures are taken to reduce the influence of trajectory instabilities.
Наиболее распространенным подходом к решению этой проблемы является применение способа компенсации фазовых искажений принимаемого сигнала на интервале синтезирования на основе измерения параметров движения летательного аппарата. Измеряя параметры движения летательного аппарата в нормальной инерциальной системе координат X, Y, Z - величин составляющих скорости VX, VY, VZ и составляющих ускорений aX, aY, aZ на интервале синтезирования, вычисляют параметры движения фазового центра реальной антенны - скорости "Vr" и ускорения "аr", направленных по линии визирования на объект. На основе этих измерений вычисляют фазовые изменения траекторного отраженного сигнала и с помощью опорной функции (см. формулу (1)) компенсируют эти фазовые набеги при обработке сигналов.The most common approach to solving this problem is to use a method of compensating for phase distortions of the received signal in the synthesis interval based on measuring the parameters of the aircraft’s motion. Measuring the motion parameters of the aircraft in a normal inertial coordinate system X, Y, Z - values of the velocity components V X , V Y , V Z and acceleration components a X , a Y , a Z on the synthesis interval, calculate the motion parameters of the phase center of a real antenna - speed "V r " and acceleration "a r ", directed along the line of sight to the object. Based on these measurements, the phase changes in the trajectory reflected signal are calculated and, using the reference function (see formula (1)), these phase incursions during signal processing are compensated.
На летательных аппаратах для измерения параметров движения используют инерциальные навигационные системы (ИНС), при этом для измерения параметров движения фазового центра антенны, установленной в носовой части, применяется дополнительная специальная ИНС, установленная в месте расположения антенны.In aircraft, inertial navigation systems (ANNs) are used to measure motion parameters, while an additional special ANN installed at the antenna’s location is used to measure the motion parameters of the phase center of the antenna installed in the bow.
Кроме того, для улучшения характеристик измерения параметров движения применяют специальные акселерометры, измеряющие линейные ускорения по трем осям в инерциальной системе координат.In addition, to improve the characteristics of measuring motion parameters, special accelerometers are used that measure linear accelerations along three axes in an inertial coordinate system.
В известном способе компенсации при обработке сигнала методом гармонического анализа путем преобразования Фурье, сигналы радиолокационного изображения одной стробированной полоски дальности на выходе системы обработки могут быть описаны:In the known compensation method when processing a signal by harmonic analysis by Fourier transform, the signals of the radar image of one gated range strip at the output of the processing system can be described:
где SBX(t;αi) - комплексный сигнал на входе системы обработки, отраженный от объекта, расположенного под углом αi относительно вектора скорости;where S BX (t; α i ) is the complex signal at the input of the processing system reflected from the object located at an angle α i relative to the velocity vector;
t - текущее время на интервале движения антенны,t is the current time on the interval of movement of the antenna,
Тc - время синтезирования T c - synthesis time
Sвх(t;αi)=A(t;αi)ejφ(t;αi) S in (t; α i ) = A (t; α i ) e jφ (t; αi)
A(t;αi) - амплитуда сигнала,A (t; α i ) is the signal amplitude,
φ(t;αi) - фаза сигнала,φ (t; α i ) is the phase of the signal,
h(t) - опорная функция, комплексно сопряженная с сигналом, отраженным от объекта (при ограничении ряда разложения), рассчитываемая на основе измерения параметров движения фазового центра антенны;h (t) is the reference function, complex conjugate with the signal reflected from the object (with the restriction of the series of decomposition), calculated on the basis of measuring the motion parameters of the antenna phase center;
где H(t) - весовая функция, определяющая заданный уровень боковых лепестков,where H (t) is a weight function that determines a given level of side lobes,
Vr - составляющая скорости движения фазового центра антенны в направлении на объект,V r - component of the velocity of the phase center of the antenna in the direction of the object,
где: VX - составляющая скорости по оси ОХ,where: V X is the velocity component along the OX axis,
VY - составляющая скорости по оси OY,V Y is the velocity component along the OY axis,
VZ - составляющая скорости по оси OZ,V Z is the velocity component along the OZ axis,
τ - интервал времени,τ is the time interval
αr - составляющая ускорения движения фазового центра антенны в направлении на объект,α r - component of the acceleration of the phase center of the antenna in the direction of the object,
αi - угол в азимутальной плоскости,α i is the angle in the azimuthal plane,
ε - угол в угломестной плоскости,ε is the angle in the elevation plane,
где:Where:
αx - ускорение по оси ОХ,α x - acceleration along the axis OX,
αy - ускорение по оси OY,α y is the acceleration along the OY axis,
αZ - ускорение по оси OZ,α Z - acceleration along the OZ axis,
Из уравнения (1) следует, что второй член уравнения имеет квадратичную зависимость от времени и при наличии ошибки измерения ускорения "dar" имеет параболический характер: From equation (1) it follows that the second term of the equation has a quadratic time dependence and, in the presence of an acceleration measurement error, “da r ” has a parabolic character:
Максимальный набег фазы на концах интервала синтезирования будет составлять: The maximum phase incursion at the ends of the synthesis interval will be:
Известно, что в зависимости от величины ошибки по ускорению "dar", приводящей к набегу фазы, появляется расширение спектра отражений от фокусируемой точки. Так набег фазы на интервале синтезирования, приводит к ухудшению разрешения более чем на 10%. (Итоги науки и техники. Радиотехника. Том 36. М., 1986 г.)It is known that, depending on the magnitude of the error on the acceleration "da r ", which leads to a phase incursion, an expansion of the spectrum of reflections from the focused point appears. So the phase incursion in the synthesis interval, leads to a deterioration in resolution of more than 10%. (Results of science and technology. Radio engineering.
При когерентной фильтрации такие ошибки по ускорению приводят также к уменьшению амплитуды сигнала, приводящей к потере яркости и уменьшению контрастности. Наиболее заметное воздействие на синтезированную диаграмму направленности оказывают низкочастотные ошибки измерения ускорения.With coherent filtering, such acceleration errors also lead to a decrease in the signal amplitude, leading to a loss of brightness and a decrease in contrast. The most noticeable effect on the synthesized radiation pattern is from low-frequency acceleration measurement errors.
Приведенный способ компенсации фазовых набегов сигнала реализуется в известных самолетных и вертолетных БРЛС, работающих в режиме синтезирования апертуры антенны, таких как БРЛС с синтезированной апертурой антенны для обнаружения наземных объектов фирмы "Hughes" APG-65, размещаемая на самолете истребителе F-16 или БРЛС-APG-70, устанавливаемая на самолете F-15 США, а также в бортовой самолетной радиолокационной станции картографирования земной поверхности (США, заявка № 756455 от 3/1-1977 г. МКИ G 01 S - 13/90). Эти БРЛС с синтезированной апертурой антенны за счет движения самолета обеспечивают картографирование земной поверхности с высоким угловым разрешением.The above method of compensating for phase incursions of a signal is implemented in well-known aircraft and helicopter radars operating in the mode of synthesizing an aperture of an antenna, such as radar with a synthesized aperture of the antenna for detecting ground objects of the company "Hughes" APG-65, placed on an F-16 fighter plane or radar APG-70, installed on a US F-15 aircraft, as well as in an airborne ground-based radar station for mapping the Earth’s surface (USA, application No. 756455 dated 3/1-1977 MKI G 01 S - 13/90). These radars with a synthesized aperture of the antenna due to the movement of the aircraft provide mapping of the earth's surface with high angular resolution.
Как следует из описания, последняя РЛС предназначена для картографирования земной поверхности как в режиме бокового, так и переднебокового обзора. Ближайшим техническим решением к предлагаемому способу компенсации является способ компенсации фазовых набегов сигнала с помощью инерциальной навигационной системы, в вертолетной радиолокационной системе, приведенной в патенте RU N 2147136, G 01 S 13/00, 13/90 с приоритетом от 12.03.1997 г.As follows from the description, the last radar is designed to map the earth's surface in both lateral and anterolateral view. The closest technical solution to the proposed compensation method is a method of compensating for phase incursions of a signal using an inertial navigation system in a helicopter radar system described in patent RU N 2147136, G 01 S 13/00, 13/90 with priority dated 03/12/1997.
Эта БРЛС обеспечивает картографирование подстилающей поверхности в режиме синтезирования апертуры антенны.This radar provides mapping of the underlying surface in the synthesis mode of the antenna aperture.
В этой станции при синтезировании апертуры антенны применяется выше рассмотренный способ компенсации набега фазы сигнала, использующий измерение параметров движения носителя Vx; Vy; Vz и ax; ay; az с помощью инерциальной платформы.In this station, when synthesizing the antenna aperture, the above-described method of compensating the phase incursion of a signal using the measurement of the motion parameters of the carrier V x is used ; V y ; V z and a x ; a y ; a z using an inertial platform.
На фиг.1 представлена блок-схема прототипа вертолетной радиолокационной системы, где:Figure 1 presents a block diagram of a prototype helicopter radar system, where:
Антенна - 1;Antenna - 1;
датчик углов антенны - 2;antenna angle sensor - 2;
двигатель антенны по азимуту - 3;azimuth antenna engine - 3;
блок управления антенной - 4;antenna control unit - 4;
задающий генератор 5;
синтезатор частот - синхронизатор - 6;frequency synthesizer - synchronizer - 6;
циркулятор - 9;circulator - 9;
передатчик - 10;transmitter - 10;
приемник - 11;receiver - 11;
процессор сигналов - 12;signal processor - 12;
индикатор - 13;indicator - 13;
процессор данных и управления РЛС - 30;radar data and control processor - 30;
инерциальная платформа - 52;inertial platform - 52;
измеритель угловой скорости 56;
вычислитель пилотажно-навигационного комплекса (ПНК) - 57;calculator of the flight-navigation complex (PNK) - 57;
исполнительное устройство управления вертолетом - 64.Executive helicopter control device - 64.
Как следует из описания прототипа БРЛС, синтезированная апертура антенны при зависании вертолета формируется за счет вращательного движения фазового центра антенны, установленной в носовой части вертолета. При этом в качестве апертуры антенны принимается длина траектории по хорде окружности движения фазового центра.As follows from the description of the prototype radar, the synthesized aperture of the antenna when the helicopter hangs is formed due to the rotational movement of the phase center of the antenna installed in the bow of the helicopter. In this case, the length of the trajectory along the chord of the circle of motion of the phase center is taken as the antenna aperture.
При прямолинейном движении вертолета синтезированная апертура антенны формируется за счет перемещения фазового центра на отрезке пути антенны, перпендикулярном направлению на объект. В процессе движения вертолета для получения синтезированной апертуры производится когерентное суммирование сигналов, отраженных от наземных объектов. Возможность когерентного суммирования принятых при движении и эволюциях вертолета сигналов обеспечивается путем компенсации фазовых изменений принимаемых сигналов доплеровской частоты. Компенсация проводится на основе измерений параметров движения вертолета инерциальной платформой 52.With the rectilinear motion of the helicopter, the synthesized aperture of the antenna is formed by moving the phase center on a segment of the antenna path perpendicular to the direction of the object. In the process of helicopter movement to obtain a synthesized aperture, the signals reflected from ground objects are coherently summed. The possibility of coherent summation of signals received during the movement and evolution of a helicopter is provided by compensating for phase changes in the received Doppler frequency signals. Compensation is based on measurements of the parameters of the movement of the helicopter
В процессе движения вертолета при работе БРЛС в процессоре данных 30 синхронизуемым сигналом "fпd", поступающим из синхронизатора частот 6, для компенсации фазовых набегов сигнала формируется опорная функция, комплексно сопряженная с сигналом, отраженным от объекта, для каждого элемента дальности и каждого периода повторения двух квадратур сигнала, и накапливается в памяти. Коэффициенты опорной функции для каждого элемента дальности и каждого периода повторения вычисляются на основе измерений параметров движения носителя, составляющих скорости носителя Vx, Vy, Vz и составляющих ускорений носителя ax, ay, az, угла курса "ψ", определяемых инерциальной платформой 52 и угла направления на объект "εг". По окончании набора массива сигналов на заданном интервале синтезирования накопленный в памяти процессора сигналов 12 массив сигналов двух квадратур для каждого элемента дальности и каждого периода повторения перемножается в умножителях с одноименными отсчетами каждого элемента дальности и периода повторения опорной функции, поступающими из памяти процессора 30. С выходов схем разности и суммы после умножения массив сигналов двух квадратур поступает в процессор быстрого преобразования Фурье (БПФ), где подвергается гармоническому анализу. Результатом преобразования сигналов из временной области в частотную являются частотные (азимутальные) отсчеты двух квадратур радиолокационной информации в каждом элементе дальности.During the movement of the helicopter during the operation of the radar in the
Затем из отсчетов массива сигналов двух квадратур формируются модули сигналов, которые поступают в индикатор 13. Как следует из построения БРЛС прототипа, для получения в БРЛС высокого разрешения по азимуту в реальном полете приняты меры, направленные на уменьшение влияния траекторных нестабильностей. Решение этой проблемы обеспечивается компенсацией фазовых набегов принимаемого сигнала на интервале синтезирования на основе измерения параметров движения летательного аппарата.Then, from the samples of the signal array of the two quadratures, the signal modules are formed, which enter the indicator 13. As follows from the construction of the radar of the prototype, measures were taken to reduce the effect of trajectory instabilities in radars of high resolution in azimuth in real flight. The solution to this problem is provided by compensating for the phase incursions of the received signal in the synthesis interval based on measuring the parameters of the aircraft’s motion.
Для этого измеряют параметры движения летательного аппарата в нормальной инерциальной системе координат - величины скоростей Vx, Vy, Vz и ускорений ax, ay, az на интервале синтезирования и вычисляют параметры движения фазового центра реальной антенны - скорости "Vr" и ускорения "аr", направленные по линии визирования. На основе этих измерений вычисляют фазовые изменения траекторного отраженного сигнала и с помощью опорной функции (см. формулу (1)) компенсируют эти фазовые набеги при обработке сигнала. Однако, как показывает анализ работы РСА с применением инерциальной платформы, по целому ряду параметров последняя не удовлетворяет предъявленным требованиям по воспроизведению закона изменения фазы отраженного сигнала для получения в РСА высокого разрешения по азимуту (Итоги науки и техники. Радиотехника, том 36, М., 1986 г.; Зарубежная радиоэлектроника, №3, 1983 г., М.: "Радио и связь").To do this, measure the motion parameters of the aircraft in a normal inertial coordinate system - the values of the velocities V x , V y , V z and accelerations a x , a y , a z on the synthesis interval and calculate the motion parameters of the phase center of the real antenna - speed "V r " and accelerations a r directed along the line of sight. Based on these measurements, the phase changes of the trajectory reflected signal are calculated and, using the reference function (see formula (1)), these phase incursions during signal processing are compensated. However, as analysis of the SAR operation using an inertial platform shows, in a number of parameters the latter does not satisfy the requirements for reproducing the law of phase change of the reflected signal to obtain high-resolution azimuth in SAR (Results of science and technology. Radio engineering, vol. 36, M., 1986; Foreign radio electronics, No. 3, 1983, M .: "Radio and communication").
Применение дополнительных к инерциальной платформе специальных акселерометров для измерения ускорений по трем осям улучшает характеристики измерения параметров движения, однако из-за конечного значения точности измерений и невозможности их размещения вблизи фазового центра антенны не решает проблемы получения необходимого высокого разрешения по азимуту при маневрах летательного аппарата. Так, характеристики выпускаемых отечественных акселерометров по точности измерения более чем на порядок уступают требуемой точности для получения необходимого высокого, а тем более сверхвысокого линейного разрешения по азимуту (0,5м) (например, по техническим условиям работы на датчик, выпускаемый АО НПП "Темп-АВИА" г.Арзамас, ошибка измерения составляет 1,5% от измеряемой величины, тогда как для получения высокого разрешения ошибка не должна превосходить 0,05%). Это обстоятельство является главным недостатком способа компенсации фазовых изменений, применяющегося в БРЛС прототипа и приведенных аналогов, использующего датчики линейных ускорений, ошибки измерения которых определяют величину фазовых набегов сигнала и не позволяют получить необходимое высокое разрешение по азимуту.The use of special accelerometers for measuring accelerations along three axes additional to the inertial platform improves the characteristics of measuring motion parameters, however, due to the finite value of the measurement accuracy and the inability to place them near the antenna phase center, it does not solve the problem of obtaining the required high resolution in azimuth during maneuvers of the aircraft. Thus, the characteristics of domestic accelerometers produced by measurement accuracy are more than an order of magnitude inferior to the required accuracy to obtain the required high, and even superhigh linear resolution in azimuth (0.5 m) (for example, according to the technical conditions of operation for a sensor manufactured by NPP Temp- AVIA "Arzamas, the measurement error is 1.5% of the measured value, while to obtain high resolution the error should not exceed 0.05%). This circumstance is the main disadvantage of the phase change compensation method used in the radar of the prototype and the above analogs, using linear acceleration sensors, the measurement errors of which determine the magnitude of the phase incursions of the signal and do not allow to obtain the required high resolution in azimuth.
Задача данного изобретения заключается в получении высокого разрешения по азимуту в БРЛС с СА на летательных аппаратах с датчиками измерения линейных ускорений способом компенсации фазовых набегов сигнала при эволюции и ускорении носителя.The objective of the invention is to obtain high resolution in azimuth in radar from the SA on aircraft with sensors for measuring linear accelerations by compensating for phase incursions of a signal during evolution and acceleration of a carrier.
Для решения этой задачи принятый и запомненный на интервале синтезирования массив сигналов, отраженных от наземных объектов, в процессоре сигналов проходит обработку в два этапа. На первом этапе массив сигналов умножают на комплексно сопряженную с сигналом опорную функцию, в результате чего компенсируют фазовые набеги сигналов, связанные с движением и ускорениями фазового центра антенны.To solve this problem, an array of signals reflected from ground objects, received and stored in the synthesis interval, is processed in two stages in the signal processor. At the first stage, the array of signals is multiplied by the support function complex conjugate to the signal, as a result of which phase incursions of signals associated with the movement and accelerations of the antenna phase center are compensated.
При этом опорную функцию формируют на основе измерения параметров движения фазового центра антенны, составляющих скорости Vx; Vy; Vz, измеренных инерциальной навигационной системой (ИНС), и ускорений ax; ay; az, измеренных датчиками линейных ускорений.In this case, the support function is formed on the basis of measuring the motion parameters of the phase center of the antenna, components of the velocity V x ; V y ; V z measured by an inertial navigation system (ANN) and accelerations a x ; a y ; a z measured by linear acceleration sensors.
На втором этапе обработки полученный на первом этапе и накопленный в памяти процессора сигналов массив сигналов последовательно умножают на комплексно сопряженные корректирующие функции, найденные по задаваемому критерию оценки качества радиолокационной информации на основе определения максимальных ошибок измерения линейных ускорений ах; ay; az; датчиками на интервале синтезирования. В результате обработки массива сигналов на втором этапе компенсируют фазовые набеги сигнала, вызванные ошибками измерения линейных ускорений датчиками до допустимой (заданной) величины. При этом качество радиолокационной информации соответствует заданному критерию (величина разрешения, контрастность, динамический диапазон и др.).At the second processing stage, the signal array obtained at the first stage and accumulated in the signal processor memory is sequentially multiplied by the complex conjugate correction functions found by the specified criterion for assessing the quality of radar information based on determining the maximum errors of linear acceleration measurement a x ; a y ; a z ; sensors on the synthesis interval. As a result of processing the signal array at the second stage, the phase incursions of the signal caused by errors in measuring linear accelerations by sensors to an acceptable (given) value are compensated. At the same time, the quality of the radar information meets the specified criterion (resolution, contrast, dynamic range, etc.).
При проведении компенсации фазового набега, из-за наличия траекторных нестабильностей измеренная датчиками величина ускорения фазового центра антенны по линии визирования на объект будет:When phase compensation is performed, due to the presence of trajectory instabilities, the acceleration measured by the sensors of the antenna phase center along the line of sight to the object will be:
где: Where:
dax - ошибка датчика ускорений по оси ОХ,da x - error of the acceleration sensor along the axis OX,
day - ошибка датчика ускорений по оси OY,da y - error of the acceleration sensor along the OY axis,
daz - ошибка датчика ускорений по оси OZ.da z - error of the acceleration sensor along the OZ axis.
При наличии ошибки измерения датчиками величина фазового набега, оставшаяся после компенсации максимального набега фазы за счет ускорения, определяется следующей формулой: , гдеIf there are measurement errors by the sensors, the phase incidence remaining after compensation of the maximum phase incursion due to acceleration is determined by the following formula: where
dar, - ошибка измерения ускорения датчиками по радиальному направлению;da r , is the error of measuring acceleration by sensors in the radial direction;
Для обеспечения требуемой разрешающей способности ошибка датчиков dar не должна превышать допустимой величины dar доп To ensure the required resolution, the sensor error da r must not exceed the permissible value da r additional
При допустимой величине фазового набега Δφдоп допустимая величина будет: When the permissible value of the phase shift Δφ additional allowable value will be:
Для снижения влияния ошибок измерения датчиками и доведения этой ошибки до допустимой величины используется свойство датчика коррелировать ошибки измерения с измеряемой величиной ускорения. Например, в датчике АТ-1104 при температуре окружающей среды t°=const на коротких интервалах синтезирования Тc≤5с. закон изменения ошибки измерения ускорения датчиком повторяет закон изменения ускорения, измеренного датчиком (при ограничении величины ускорения): da(t)=ξ·a(t);To reduce the influence of measurement errors by sensors and bring this error to an acceptable value, the sensor property is used to correlate measurement errors with the measured value of acceleration. For example, in an AT-1104 sensor at ambient temperature t ° = const at short synthesis intervals T c ≤5 s. the law of change in the measurement error of acceleration by the sensor repeats the law of change in acceleration measured by the sensor (with the acceleration limited): da (t) = ξ · a (t);
гдеWhere
da(t) - закон изменения ошибки;da (t) is the law of change of error;
a(t) - закон изменения ускорения;a (t) is the law of change of acceleration;
ξ - коэффициент, определяющий значение ошибки измерения ускорения датчиком.ξ is a coefficient that determines the value of the error in measuring acceleration by the sensor.
В технических условиях на датчик задается только максимальное значение ошибки измерения, в то время как реальная ошибка датчика при измерениях в полете, которая определяет остаточную некомпенсированную фазу, оказывается неизвестной. Однако, используя свойство датчика, представляется возможным провести компенсацию фазовых набегов, вызванных реальными ошибками датчиков в полете до допустимых величин при конкретном измерении на интервале синтезирования.Under technical conditions, only the maximum value of the measurement error is set for the sensor, while the real error of the sensor during measurements in flight, which determines the residual uncompensated phase, is unknown. However, using the property of the sensor, it seems possible to compensate for phase incursions caused by actual sensor errors in flight to allowable values for a specific measurement on the synthesis interval.
Такая возможность обеспечивается тем, что реальная ошибка измерения в полете лежит в диапазоне максимальных значений ошибок измерения ускорения и решение поставленной задачи в предложенном способе компенсации может быть обеспечено предложенным процессом обработки принятого сигнала. Для этого максимальный диапазон ошибок измерения во времени, определяемых датчиком ускорений, разбивают на "2n" поддиапазонов (см. фиг.6). После чего принятый и заложенный в памяти процессора массив сигналов отражений от поверхности последовательно умножают на каждую корректирующую сигнал по фазе функцию, в которую для расчета компенсирующей фазы последовательно во времени задают значения ошибок датчиков по ускорению соответствующего поддиапазона.This possibility is ensured by the fact that the real measurement error in flight lies in the range of maximum values of the acceleration measurement errors and the solution of the problem in the proposed compensation method can be provided by the proposed processing of the received signal. For this, the maximum range of measurement errors in time determined by the acceleration sensor is divided into "2n" subbands (see Fig.6). After that, the array of reflection signals from the surface, received and stored in the processor’s memory, is sequentially multiplied by each phase-correcting signal by a function in which, to calculate the compensating phase, the error values of the sensors are accelerated sequentially in time to accelerate the corresponding subband.
После каждого умножения массива на каждую корректирующую функцию проводят быстрое преобразование Фурье, находят модуль сигнала и полученное РЛИ помещают в память процессора.After each multiplication of the array by each correction function, a fast Fourier transform is carried out, the signal module is found, and the obtained radar information is placed in the processor memory.
После проведения каждой из 2n компенсаций фазовых искажений первично накопленного массива сигналов, оценивают качество РЛИ по одному из выбранных критериев: величине разрешения, динамическому диапазону или контрастности. Выбор критерия определяется условиями применения РЛС и постановкой задачи.After each of the 2n phase distortion compensations of the initially accumulated signal array, the quality of the radar image is evaluated according to one of the selected criteria: resolution, dynamic range, or contrast. The selection of the criterion is determined by the conditions of use of the radar and the statement of the problem.
По результатам 2n итераций на основе полученных значений выбранного критерия определяют и выдают на экран индикатора массив РЛИ, соответствующий наилучшему значению критерия, при этом изменения фазы скомпенсированы до заданной допустимой величины.Based on the results of 2n iterations, based on the obtained values of the selected criterion, an array of radar images corresponding to the best criterion value is determined and displayed on the indicator screen, while phase changes are compensated to a predetermined allowable value.
Предложенный способ компенсации фазовых набегов сигнала в БРЛС с СА определяет следующий алгоритм работы аппаратуры на интервале синтезирования:The proposed method of compensating for phase incursions of a signal in a radar from a satellite determines the following algorithm for the operation of the equipment in the synthesis interval:
1. При движении летательного аппарата с БРЛС в режиме излучения и приема проводят набор массива принятых сигналов отражений от поверхности и запоминают его.1. When moving an aircraft with radar in the radiation and reception mode, a set of received signals of reflections from the surface is set and stored.
2. Измеряют параметры движения фазового центра антенны, составляющих скорости Vx; Vy; Vz и линейных ускорений ax; ay; az в нормальной системе координат X, Y, Z, например, посредством инерциальной навигационной системы (ИНС) и датчиками измерения линейных ускорений, и их величины во времени запоминают.2. Measure the motion parameters of the phase center of the antenna, components of the velocity V x ; V y ; V z and linear accelerations a x ; a y ; a z in the normal coordinate system X, Y, Z, for example, by means of an inertial navigation system (ANN) and sensors for measuring linear accelerations, and their values are stored in time.
3. По измеренным параметрам движения фазового центра антенны Vx; Vy; Vz и ax; ay; az вычисляют фазовые коэффициенты опорной функции:3. According to the measured parameters of the motion of the phase center of the antenna V x ; V y ; V z and a x ; a y ; a z calculate the phase coefficients of the support function:
4. Проводят предварительное (первый этап) умножение массива сигналов на комплексно сопряженную с сигналом опорную функцию, при этом результат умножения сигналов на опорную функцию закладывают в память и над массивом сигналов проводят операцию быстрого преобразования Фурье.4. A preliminary (first stage) multiplication of the signal array by the support function complexly conjugated with the signal is carried out, while the result of the multiplication of the signals by the support function is stored in the memory and the fast Fourier transform operation is performed on the signal array.
5. По результатам преобразования Фурье проводят отбор наиболее контрастных элементов в каждом элементе дальности. Для каждого сигнала в каждом элементе дальности находят максимальное значение амплитуды сигнала Umax и вычисляют контрастность:5. According to the results of the Fourier transform, the most contrasting elements in each element of the range are selected. For each signal in each element of range find the maximum value of the amplitude of the signal U max and calculate the contrast:
где Umax - максимальное значение амплитуды сигнала точечного объекта,where U max - the maximum value of the amplitude of the signal of a point object,
Ucp - среднее значение сигнала в соседних элементах соответственно.U cp is the average signal value in neighboring elements, respectively.
Если С≥А, то объект является контрастнымIf C≥A, then the object is a contrast
где: А - принятое значение контрастности.where: A is the accepted value of contrast.
6. Из всего массива сигналов путем сравнительных оценок выявляют элемент дальности nd и элемент азимута l, в котором сигнал имеет максимальную контрастность "Сmax" (Cmaxn+1≥Cmaxn).6. From the entire array of signals, by means of comparative estimates, the range element n d and the azimuth element l, in which the signal has a maximum contrast of "C max " (C maxn + 1 ≥C maxn ), are revealed .
7. По ускорениям, измеренным каждым из трех датчиков, определяют максимальное значение ошибок ускорения во времени по формуле:7. According to the accelerations measured by each of the three sensors, determine the maximum value of the acceleration errors in time according to the formula:
где ξ - коэффициент, определяющий значение ошибки измерения ускорения датчиком.where ξ is the coefficient that determines the value of the error in measuring acceleration by the sensor.
8. Исходя из требуемого разрешения, при допустимом изменении фазы Δφдоп на интервале синтезирования определяют допустимую величину ошибки по ускорению:8. Based on the required resolution, with an allowable change in the phase Δφ add on the synthesis interval, determine the allowable error value for acceleration:
9. Определяют максимальное количество корректирующих функций по допустимому некомпенсированному значению ускорения по осям X, Y, Z для их использования в режиме компенсации:9. The maximum number of correction functions is determined by the permissible uncompensated acceleration value along the X, Y, Z axes for their use in the compensation mode:
Процедуру проделывают для каждого из датчиков по осям OX, OY, OZ.The procedure is performed for each of the sensors along the axes OX, OY, OZ.
10. На интервале синтезирования на основе записи величины ускорения по осям OX, OY, OZ вычисляют значения ошибок ускорения во времени по соответствующим осям для каждой корректирующей функции:10. On the synthesis interval, based on the recording of the acceleration values along the OX, OY, OZ axes, the values of the acceleration errors in time along the corresponding axes for each correction function are calculated:
где Where
11. Вычисляют значения ошибок составляющих ускорений для каждой корректирующей функции, измеренные каждым из датчиков, на направление на объект (радиальное направление).11. Calculate the error values of the component accelerations for each corrective function, measured by each of the sensors, in the direction to the object (radial direction).
12. Вычисляют массивы значений корректирующих функций hnx;y;z во времени (по осям OX, OY, OZ):12. Arrays of values of the correction functions h nx; y; z in time (along the axes OX, OY, OZ) are calculated:
где, Δφx,y,z(t) - значения фазового набега за счет ошибок ускорений, измеренных датчиками. Значения массивов корректирующих функций по осям OX, OY, OZ во времени закладывают в память.where, Δφ x, y, z (t) are the values of the phase incursion due to acceleration errors measured by the sensors. Values of arrays of correction functions along the axes OX, OY, OZ in time are stored in memory.
13. Массив сигналов, отраженных от поверхности, умноженных на опорную функцию в элементе дальности nd, где был определен сигнал с максимальной контрастностью, заложенный в памяти, умножают на комплексно-сопряженную с сигналом корректирующую функцию hnx.13. The array of signals reflected from the surface, multiplied by the reference function in the range element n d , where the signal with the maximum contrast in the memory was determined, is multiplied by the complex correction function h nx conjugated to the signal.
При этом последовательно для всех 2n корректирующих функций по координате "X" находят:In this case, successively for all 2n correction functions along the coordinate "X" find:
а) гдеbut) Where
Um - амплитуда сигнала массива после умножения на опорную функцию;U m - the amplitude of the array signal after multiplying by the reference function;
m - номер отсчета сигнала отражений и величины ускорения на интервале синтезирования;m is the reference number of the reflection signal and the acceleration value in the synthesis interval;
ψ{t) - значения некомпенсированного фазового набега за счет ошибок измерения ускорения датчиком.ψ {t) - values of uncompensated phase incursion due to errors in the measurement of acceleration by the sensor.
Каждый раз после умножения на значения одной из 2n корректирующих функций проводят быстрое преобразование Фурье (БПФ) и его результат заносят в память, при этом результат умножения сигналов на фазовые коэффициенты корректирующей функции также закладывают в память. После умножения на все 2n корректирующие функции hnx (при воздействии ускорений по оси "Х") и проведения БПФ, по критерию оценки качества РЛИ (например, по максимальной контрастности) скомпенсированный по фазовым искажениям (за счет ошибок ускорения по оси "Х") массив сигналов в элементе дальности "nd" запоминают.Each time, after multiplying by the values of one of the 2n correction functions, a fast Fourier transform (FFT) is performed and its result is stored in the memory, while the result of multiplying the signals by the phase coefficients of the correction function is also stored. After multiplying by all 2n the correcting functions h nx (under the influence of accelerations along the "X" axis) and performing an FFT, compensated by phase distortion (for example, by maximum contrast) according to the criterion for assessing the quality of radar images (due to acceleration errors along the "X" axis) an array of signals in the range element "n d " is stored.
б) Заложенный в память массив сигналов в элементе дальности nd, скорректированный функцией "hnx", умножают на корректирующие функции координаты "Y" "hny" с вышеизложенным процессом обработки.b) The array of signals stored in the memory in the range element n d , corrected by the function "h nx ", multiplied by the correcting functions, the coordinates "Y""h ny " with the above processing process.
в) Аналогично проводят обработку с умножением на корректирующую функцию координаты "Z" "hnz".c) Similarly, the processing is carried out with multiplication by the correction function of the coordinate "Z""h nz ".
Таким образом, массив сигналов РЛИ, определенный в элементе дальности по критерию максимальной контрастности "Сmax" при последнем умножении, является скомпенсированным по ускорению с допустимой ошибкой "dar доп" для заданного критерия качества РЛИ (например, контрастность, разрешение, динамический диапазон).Thus, the radar signal array determined in the range element by the criterion of maximum contrast “C max ” at the last multiplication is compensated for by acceleration with a valid error “da r extra ” for a given radar quality criterion (for example, contrast, resolution, dynamic range) .
А найденные по критерию качества радиолокационной информации корректирующие функции hnx, hny, hnz учитывают реальные ошибки измерения линейных ускорений датчиками (с заданным допуском) и могут быть использованы для коррекции массива сигналов во всех элементах дальности.And the correction functions h nx , h ny , h nz found by the quality criterion of radar information take into account real errors in measuring linear accelerations by sensors (with a given tolerance) and can be used to correct an array of signals in all range elements.
Ниже приводится бортовая радиолокационная система, в которой реализован приведенный способ компенсации, решающий задачу получения высокого (заданного) разрешения по азимуту в режиме синтезированной апертуры антенны при использовании датчиков измерения ускорений.The following is an airborne radar system that implements the above compensation method that solves the problem of obtaining high (preset) azimuth resolution in the synthesized aperture of the antenna mode using acceleration measurement sensors.
1) На фиг.1 приведена блок-схема прототипа.1) Figure 1 shows a block diagram of a prototype.
2) На фиг.2 представлена блок-схема предложенной БРЛС. В предлагаемую БРЛС входят:2) Figure 2 presents a block diagram of the proposed radar. The proposed radar includes:
- антенна - 1;- antenna - 1;
- циркулятор - 2;- circulator - 2;
- передатчик - 3;- transmitter - 3;
- задающий генератор - 4;- master oscillator - 4;
- синтезатор частот - синхронизатор - 5;- frequency synthesizer - synchronizer - 5;
- приемник - 6, состоящий из поз.7-12 (см.фиг.3);- receiver - 6, consisting of pos. 7-12 (see figure 3);
- процессор сигналов - 13, состоящий из поз.14-28 и 30-53 (см. фиг.4);- signal processor - 13, consisting of pos. 14-28 and 30-53 (see figure 4);
- индикатор - 29;- indicator - 29;
- процессор данных - 54, состоящий из поз.61-104 (см.фиг.5);- data processor - 54, consisting of pos.61-104 (see figure 5);
- датчик линейных ускорений по оси "OX" - 55;- linear acceleration sensor along the axis "OX" - 55;
- аналого-цифровой преобразователь - 56;- analog-to-digital converter - 56;
- датчик линейных ускорений по оси "OY" - 57;- linear acceleration sensor along the axis "OY" - 57;
- аналого-цифровой преобразователь - 58;- analog-to-digital converter - 58;
- аналого-цифровой преобразователь - 59;- analog-to-digital converter - 59;
- датчик линейных ускорений по оси "OZ" - 60;- linear acceleration sensor along the axis "OZ" - 60;
- инерциально -навигационная система - 69.- inertial navigation system - 69.
3) На фиг.3 приведена развернутая структурная схема приемника БРЛС:3) Figure 3 shows the detailed structural diagram of the radar receiver:
- приемник - 6;- receiver - 6;
- СВЧ приемник - 7;- microwave receiver - 7;
- УПЧ - 8;- UPCH - 8;
- фазовый детектор - 9;- phase detector - 9;
- фазовый детектор 10;-
- АЦП - 11;- ADC - 11;
- АЦП - 12.- ADC - 12.
4) На фиг.4 представлена развернутая структурная схема, поясняющая работу процессора сигналов 13 в режиме синтезирования:4) Figure 4 presents a detailed block diagram explaining the operation of the signal processor 13 in the synthesis mode:
- устройство памяти - 14;- memory device - 14;
- устройство памяти - 15;- memory device - 15;
- коммутатор - 16;- switch - 16;
- коммутатор - 17;- switch - 17;
- умножитель - 18;- the multiplier is 18;
- умножитель - 19;- the multiplier is 19;
- умножитель - 20;- the multiplier is 20;
- умножитель - 21;- the multiplier is 21;
- устройство разности - 22;- difference device - 22;
- устройство суммы - 23;- the device of the amount - 23;
- устройство памяти - 24;- memory device - 24;
- устройство памяти - 25;- memory device - 25;
- процессор БПФ - 26;- FFT processor - 26;
- устройство модуля - 27;- device module - 27;
- коммутатор - 28;- switch - 28;
- индикатор - 29;- indicator - 29;
- коммутатор - 30;- switch - 30;
- устройство памяти - 31;- memory device - 31;
- вычислитель - 32;- computer - 32;
- пороговое устройство - 33;- threshold device - 33;
- устройство памяти - 34;- memory device - 34;
- устройство памяти - 35;- memory device - 35;
- вычислитель - 36;- calculator - 36;
- устройство оценки параметров - 37;- device for evaluating the parameters - 37;
- коммутатор - 38,- switch - 38,
- коммутатор - 39;- switch - 39;
- устройство управления - 40;- control device - 40;
- устройство управления - 41,- control device - 41,
- устройство формирования - 42,- formation device - 42,
- устройство памяти - 43;- memory device - 43;
- устройство памяти - 44;- memory device - 44;
- устройство памяти - 45;- memory device - 45;
- устройство памяти - 47;- memory device - 47;
- устройство памяти - 48;- memory device - 48;
- устройство памяти - 49,- memory device - 49,
- устройство памяти - 50;- memory device - 50;
- устройство управления - 51;- control device - 51;
- устройство управления - 52;- control device - 52;
- устройство управления адреса - 53;- address management device - 53;
- вычислитель адреса точечной цели- point target address calculator
и номера корректирующей функции - 106, его образуют элементы 30-37, 40-42.and the numbers of the correcting function are 106, it is formed by elements 30-37, 40-42.
5) На фиг.5 представлена развернутая структурная схема, поясняющая работу процессора данных в режиме синтезирования:5) Figure 5 presents a detailed block diagram explaining the operation of the data processor in the synthesis mode:
- процессор данных - 54, включает в себя:- data processor - 54, includes:
- устройство памяти - 61;- memory device - 61;
- вычислитель - 62;- computer - 62;
- вычислитель - 63;- computer - 63;
- устройство памяти - 64;- memory device - 64;
- умножитель - 65;- the multiplier is 65;
- вычислитель данных и управления - 66;- computer data and management - 66;
- вычислитель радиального ускорения - 67;- calculator of radial acceleration - 67;
- вычислитель радиальной скорости - 68;- calculator of radial speed - 68;
- инерциальная навигационная система - 69;- inertial navigation system - 69;
- устройство памяти - 70;- memory device - 70;
- вычислитель - 71;- calculator - 71;
- вычислитель - 72;- computer - 72;
- устройство памяти - 73;- memory device - 73;
- умножитель - 74;- the multiplier is 74;
- устройство памяти - 75;- memory device - 75;
- вычислитель - 76;- calculator - 76;
- вычислитель - 77;- computer - 77;
- устройство памяти - 78,- memory device - 78,
- умножитель - 79;- the multiplier is 79;
- умножитель - 80;- the multiplier is 80;
- умножитель - 81;- the multiplier is 81;
- умножитель - 82;- the multiplier is 82;
- умножитель - 83;- the multiplier is 83;
- умножитель - 84;- the multiplier is 84;
- умножитель - 85;- the multiplier is 85;
- умножитель - 86;- the multiplier is 86;
- сумматор - 87;- adder - 87;
- умножитель - 88;- the multiplier is 88;
- устройство sin - 89;- device sin - 89;
- устройство cos - 90;- cos device - 90;
- устройство sin - 91;- device sin - 91;
- устройство cos - 92;- cos device - 92;
- устройство sin - 93;- device sin - 93;
- устройство cos - 94;- cos device - 94;
- устройство sin - 95;- device sin - 95;
- устройство cos - 96;- cos device - 96;
- устройство памяти - 97;- memory device - 97;
- устройство памяти - 98;- memory device - 98;
- устройство памяти - 99;- memory device - 99;
- устройство памяти - 100;- memory device - 100;
- устройство памяти - 101;- memory device - 101;
- устройство памяти - 102;- memory device - 102;
- устройство памяти - 103;- memory device - 103;
- устройство памяти - 104;- memory device - 104;
- вычислитель корректирующих функций - 105, его образуют элементы 61-82, 84-86, 89-94, 97-102.- calculator of corrective functions - 105, it is formed by elements 61-82, 84-86, 89-94, 97-102.
6) На фиг.6 в качестве примера приведена графическая зависимость ошибок измерения ускорения датчиком во времени на интервале синтезирования.6) Figure 6 shows, as an example, a graphical dependence of the acceleration measurement errors of the sensor in time over the synthesis interval.
Бортовая радиолокационная система с синтезированной апертурой антенны для летательных аппаратов состоит из антенны 1, циркулятора 2, передатчика 3, приемника 6, задающего генератора 4, синтезатора частот-синхронизатора 5, процессора данных 46, процессора сигналов 13, индикатора 32, инерциально-навигационной системы 61, трех датчиков измерения линейных ускорений 55, 57, 60 с аналого-цифровыми преобразователями 56, 58, 59. При этом для передачи излучающего импульса в антенну 1 выход передатчика 3 через циркулятор 2 соединен с входом антенны 1, для передачи принятого антенной 1 отраженного сигнала выход антенны 1 через циркулятор 2 соединен с первым входом приемника, для формирования излучающего СВЧ сигнала несущей частоты "f" первый вход передатчика соединен с первым выходом синтезатора частот-синхронизатора 5, для запуска передатчика 3 его второй вход соединен с вторым выходом синтезатора частот-синхронизатора 5 по сигналу частоты повторения импульсов Fп.The onboard radar system with a synthesized antenna aperture for aircraft consists of an
Работу БРЛС в когерентном режиме обеспечивает задающий генератор 4, частота которого "fг" является базовой и используется в синтезаторе для формирования сигнала излучения "f", а также гетеродинного и других сигналов, синхронизирующих работу блоков и процессоров. Все высокочастотные сигналы формируются в синтезаторе частот-синхронизаторе 5 путем умножения частоты задающего генератора, а низкочастотные синхронизирующие сигналы путем деления частоты "fг". Для формирования в приемнике 6 промежуточной частоты принимаемого сигнала "fпр" третий выход синтезатора частот-синхронизатора 5 по сигналу гетеродинной частоты fc соединен со вторым входом приемника 6.The operation of the radar in coherent mode provides the
Для формирования частоты приемного сигнала в диапазоне доплеровских частот "fд" четвертый выход синтезатора частот-синхронизатора 5 по сигналу промежуточной частоты "fпр" соединен с третьим входом приемника 6.To generate the frequency of the receiving signal in the range of Doppler frequencies "f d " the fourth output of the
Для формирования частоты дискретизации аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в приемнике 6 пятый выход синтезатора частот-синхронизатора по сигналу опорной частоты "fca" соединен с четвертым входом приемника 6.To generate the sampling frequency of an analog-to-digital converter (ADC) in
Для обработки радиолокационной информации, выход приемника 6 соединен с первым входом цифрового процессора сигналов 13. (Для передачи сигналов из приемника 6 в цифровой процессор сигналов 13 применяется 2×16 разрядная линия). Для синхронизации работы процессора сигналов 13 шестой выход синтезатора частот-синхронизатора 5 по сигналу тактовой частоты fсп соединен со вторым входом цифрового процессора сигналов 13. Для синхронизации работы процессора данных 54 седьмой выход синтезатора частот-синхронизатора 5 по сигналу fnd соединен с первым входом цифрового процессора данных 54.To process the radar information, the output of the
Для управления режимами работы и выдачи исходных параметров, первый выход цифрового процессора данных 54 соединен с третьим входом цифрового процессора сигналов 13. (Для передачи сигналов из цифрового процессора данных 54 в цифровой процессор сигналов 13 применяется стандартный магистральный параллельный интерфейс (МПИ) ГОСТ 26765.51-86).To control the operating modes and output the initial parameters, the first output of the
Для управления режимами работы синтезатора частот синхронизатора 5 его второй вход соединен со вторым выходом процессора данных 54. Для выдачи обработанной радиолокационной информации выход цифрового процессора сигналов 13 соединен со входом индикатора 13.To control the operating modes of the frequency synthesizer of the
Для вычисления опорной функции относительно фазового центра антенны для компенсации фазовых изменений сигнала пятый вход процессора данных 54 по сигналам составляющих скорости носителя Vx, Vy, Vz соединен с инерциальной навигационной системой 69. В БРЛС введены три датчика измерения ускорений с аналого-цифровыми преобразователями, размещенными на платформе антенны 1 вблизи ее фазового центра по осям OX, OY и OZ для вычисления фазовых коэффициентов опорной и корректирующей функций. При этом первый, второй и третий выходы первого, второго и третьего датчиков измерения ускорений через аналого-цифровые преобразователи соединены соответственно с третьим, четвертым и пятым входами процессора данных 54 (линии а, в, с на фиг.2).To calculate the reference function relative to the antenna phase center to compensate for phase changes in the signal, the fifth input of the
Для работы аналого-цифровых преобразователей 56, 58, 59 датчиков ускорений 55, 57 и 60 на второй вход каждого АЦП поступает по линии "d" (фиг.2) сигнал частоты дискретизации "fd" из синтезатора частот-синхронизатора 5.For the operation of analog-to-
С целью существенного уменьшения влияния ошибок датчиков измерения линейных ускорений в процессор сигналов 13 введен вычислитель 106 выбора точечной цели и номера корректирующей функции, а в процессор данных введен вычислитель 105 корректирующих функций, при этом выход вычислителя корректирующих функций процессора данных 54 соединен с третьим входом процессора сигналов 13 (по МПИ ГОСТ 26765.51).In order to significantly reduce the influence of errors of linear acceleration measurement sensors, a
Бортовая радиолокационная система работает следующим образом.The airborne radar system operates as follows.
В процессе движения носителя антенны 1 передатчик 3 усиливает и осуществляет модуляцию высокочастотного сигнала "f", поступающего из синтезатора частот-синхронизатора 5, и формирует импульсы, имеющие заданную длительность τи и период повторения Тп, определяемые однозначной дальностью. Сформированные в передатчике 3 СВЧ импульсы через циркулятор 2 передаются в антенну 1.In the process of moving the carrier of the
Антенной 1 эти импульсы излучаются в пространство и распространяются в направлении выбранной области.
Когерентность сигнала определяется задающим высокостабильным по частоте задающим генератором 4. Высокочастотный сигнал f и синхронизирующие импульсы формируются синтезатором частоты-синхронизатором 5, разработанным известными методами проектирования и изготовленным с использованием известной элементной базы.The coherence of the signal is determined by the master oscillator, highly stable in
От задающего генератора 4 входная частота "fг" поступает в синтезатор частот-синхронизатор 5, умножается до более высокой частоты и используется в качестве несущей частоты радиолокационного сигнала, излучаемого антенной, а также гетеродинного и синхронизирующих сигналов. Кроме того, путем деления частоты fг формируются синхронизирующие и запускающие импульсы. В процессе движения носителя отраженные от поверхности объектов сигналы принимаются антенной и через циркулятор 2 поступают в приемник 6. В СВЧ приемнике 7 (см. фиг.3) этот сигнал в смесителе приемника смешивается с сигналом синтезатора частот-синхронизатора 5 "fc", в результате чего образуется сигнал промежуточной частоты "fпр". Сигнал промежуточной частоты в усилителе промежуточной частоты УПЧ 8 усиливается и поступает на синхронные детекторы 9 и 10, на которые от синтезатора поступает сигнал с частотой, равной промежуточной частоте fпр. Причем на один из фазовых детекторов сигнал синтезатора fпр поступает со сдвигом на π/2.From the
За счет движения антенны 1 на выходах фазовых детекторов образуются синфазный "I" и квадратурный "Q" сигналы доплеровской частоты. Далее оба сигнала "I" и "Q" с помощью аналого-цифрового преобразователя 11 и 12, тактируемого с помощью синхросигнала "fca", из синтезатора частот-синхронизатора 5, накапливаются в памяти 14 и 15 для каждого элемента дальности и каждого периода повторения.Due to the movement of the
В предлагаемой БРЛС компенсация фазовых набегов сигналов производится двумя этапами (см. фиг.5). На первом этапе с помощью опорной функции компенсируются максимальные набеги фазы сигналов, связанные с наличием ускорения.In the proposed radar, the compensation of phase incursions of signals is carried out in two stages (see figure 5). At the first stage, using the reference function, the maximum phase incursions of the signals associated with the presence of acceleration are compensated.
На втором этапе с помощью корректирующей функции компенсируются фазовые набеги, связанные с ошибками измерения датчиками линейного ускорения.At the second stage, using the correction function, phase incursions associated with measurement errors by linear acceleration sensors are compensated.
На первом этапе в процессоре данных 54 синхронизируемым сигналом "fпd" синтезатора частот-синхронизатора 5, формируются коэффициенты опорной функции, которая комплексно сопряжена с сигналом, отраженным от объекта в соответствии с формулой (1).At the first stage, in the
Для этого формируется линейный член изменения фазы "Δφл" опорной функции и ее квадратичный член "Δφкв" (см. формулу (1)).For this, a linear term of the phase change "Δφ l " of the support function and its quadratic term "Δφ q " are formed (see formula (1)).
Для формирования линейного члена из вычислителя 66 данных и управления на один из входов умножителя 83 поступает коэффициент и его умножают на значение радиальной скорости Vr, поступающее на другой вход из вычислителя 68, где оно рассчитывается по формуле (2) для каждого элемента дальности "n" и "к"-го периода повторения на основе измеряемых инерциальной навигационной системой (ИНС) составляющих скорости Vx, Vy, Vz и поступающих из вычислителя 66 данных и управления углов αi и εi. На выходе умножителя 83 будет:To form a linear term from the calculator 66 data and control one of the inputs of the
где k - номер периода повторения "Тп" where k is the number of the repetition period "T p "
Для формирования квадратичного члена из вычислителя 66 данных и управления на умножитель 88 поступает коэффициент и умножается на значение аr, поступающее из вычислителя 67 радиального ускорения. Величина радиального ускорения "аr" вычисляется в вычислителе 67 по формуле (3). Значения углов "α" и "ε" для вычисления поступают из вычислителя 66 данных и управления.To form a quadratic term from the data calculator 66 and control, a coefficient is supplied to the multiplier 88 and multiplied by the value of a r coming from the
Результатом умножения аr на коэффициент b является квадратичный член опорной функции который поступает на сумматор 87, где суммируется с линейным членом для каждого элемента дальности "n" для каждого периода повторения Тп.С выхода сумматора 87 изменения фазы опорной функции для каждого элемента дальности и каждого периода повторения "Тп" поступают в устройства sin и cos 95 и 96, которые вычисляют фазовые коэффициенты компенсации, затем они накапливаются в устройствах памяти 103, 104.The result of multiplying a r by a coefficient b is the quadratic term of the support function which goes to the
По мере вычисления фазовых коэффициентов их значения из устройств памяти 103, 104 поступают по линиям 1031 и 1041 в устройство памяти 49 и 50 процессора сигналов 13.As the phase coefficients are calculated, their values from the
Для второго этапа компенсации фазовых набегов в процессор данных вводится вычислитель 105 корректирующих функций hnx; hny и hnz (см. фиг.5). При этом первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой входы вычислителя соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым и седьмым выходами вычислителя данных и управления 66. Восьмой, девятый и десятый входы соединены соответственно с выходами АЦП 56, 58 и 59 датчиков линейных ускорений 55, 57 и 60. Выходы вычислителя корректирующих функций по линиям 971, 981, 991, 1001, 1011 и 1021 соединены с соответствующими входами процессора сигналов (см. фиг.4).For the second stage of compensation of phase incursions, a calculator 105 of correction functions h nx is introduced into the data processor; h ny and h nz (see FIG. 5). Moreover, the first, second, third, fourth, fifth, sixth and seventh inputs of the calculator are connected respectively to the first, second, third, fourth, fifth, sixth and seventh outputs of the data and control computer 66. The eighth, ninth and tenth inputs are connected respectively to the
В связи с тем, что связь между процессором данных 54 и процессором сигналов 13 осуществляется по стандартному интерфейсу, на фиг.2 и в формуле приведенные выше связи на фиг.4 и 5 показаны как выход 1.Due to the fact that the connection between the
Для второго этапа компенсации фазовых набегов, связанных с ошибками измерения ускорений, фазовые коэффициенты корректирующей функции рассчитываются на основе измерений датчиком линейных ускорений (ДЛУ). При этом формирование фазовых коэффициентов корректирующих функций hnx, hny и hnz (формулы 17, 18, 19) рассматривается на примере формирования функции hnx при измерении ускорений по оси "ОХ". Формирование по другим осям (OY и OZ) будет аналогичным.For the second stage of compensation of phase incursions associated with errors in measuring accelerations, the phase coefficients of the correction function are calculated based on measurements by a linear acceleration sensor (DLU). In this case, the formation of phase coefficients of the correction functions h nx , h ny and h nz (
Измеренное ДЛУ значение ускорения через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) поступает на умножитель 65 вычислителя корректирующих функций 105, на который из вычислителя 66 данных и управления поступает значение коэффициента "ξ", определяющее величину возможной максимальной ошибки датчика (см. фиг.5).The measured acceleration value of the accelerator via the analog-to-digital converter (ADC) is supplied to the
В умножителе 65 определяются максимальные значения ошибок измерения ускорения датчиком во времени, соответствующем k-му периоду повторения на интервале времени синтезирования. Эти значения ошибок через память 64 поступают в вычислитель 63, который определяет максимальное количество корректирующих функций "2nmax". Для этого из вычислителя исходных данных и управления 66 в вычислитель 63 поступает величина допустимого значения ошибки "da доп", определяемого по формуле (11). В вычислителе 62 производится вычисление ошибок измерения ускорений "dax" для "2nmax" корректирующих функций по формуле (13) для каждого временного отсчета.In the
Для этого из вычислителя данных и управления 66 для каждого временного отсчета в вычислитель 62 поступает величина "n", соответствующая количеству корректирующих функций n÷nmax и -n÷-nmax. Кроме того, из вычислителя 63 поступает значение "nmax", а из памяти 64 поступает значение ошибки измерения ускорения "da" для каждого временного отсчета. Полученные значения "2nmax" ошибок "dax" по оси ОХ в умножителе 80 пересчитываются на радиальное направление по формуле 14. Для этого в умножитель 80 из вычислителя 66 данных и управления поступает произведение косинусов углов азимута и места. Полученные значения ошибок "darx" для каждой корректирующей функции поступают в умножитель для вычисления фазовых поправок на интервале времени "k·Тп". Для этого в вычислитель 84 из вычислителя 66 данных и управления для каждого значения корректирующей функции "hnx" поступают значения коэффициентов (см. фиг.5). Из умножителя 84 значения фазовых поправок для "2nmax" значений корректирующих функций поступают в устройства sin и cos 89 и 90 соответственно для получения фазовых коэффициентов для двух квадратур сигналов.For this, from the data and control computer 66 for each time reference, the value “n”, corresponding to the number of correction functions n ÷ n max and -n ÷ -n max, is supplied to the
Далее сигналы поступают в устройства памяти 97 и 98. Из устройств памяти 97 и 98 процессора данных 54 фазовые коэффициенты корректирующих функций из вычислителя 105 корректирующих функций по линиям 971 и 981 поступают в устройства памяти 43 и 46 процессора сигналов 13.Next, the signals are transmitted to the
Канал формирования корректирующих функций "hny", состоящий из узлов 74,73, 72, 71, 70, 81, 85, 91, 92, 99 и 100 и канал "hnz", состоящий из узлов 79, 78, 77, 76, 75, 82, 86, 93, 94, 101 и 102 аналогичны каналу "hnx". При этом фазовые коэффициенты корректирующих функций "hny" и "hnz" по линиям 991, 1001 и 1011, 1021 из вычислителя 105 корректирующих функций поступают соответственно в устройства памяти 44, 47 и 45, 48 процессора сигналов 13.The channel for the formation of corrective functions "h ny ", consisting of nodes 74.73, 72, 71, 70, 81, 85, 91, 92, 99 and 100 and the channel "h nz ", consisting of
На первом этапе компенсации, в режиме картографирования, по окончании набора массива РЛИ, поступающие из памяти (14 и 15) отсчеты сигнала каждого элемента дальности, каждого периода повторения через коммутаторы 16 и 17 (при отсутствии сигнала j) поступают в умножители 18, 19, 20, 21, где перемножаются с одноименными отсчетами каждого элемента дальности и периода повторения фазовых коэффициентов опорной функции, поступающих из устройств памяти 49 и 50 через коммутаторы 38 и 39 (при отсутствии сигнала j). Этим достигается начальная компенсация фазовых набегов, вызванных ускорениями носителя, которые измеряются датчиками ДЛУ 55, 57 и 60. После умножения сигналов с выходов устройств разности 22 и суммы 23 отсчеты сигналов двух квадратур поступают в устройства памяти 24 и 25 для каждого элемента дальности для каждого периода повторения. По окончании набора массива РЛИ отсчеты сигналов из устройств памяти 24, 25 поступают в процессор БПФ 26, где подвергаются гармоническому анализу по алгоритму быстрого преобразования Фурье.At the first stage of compensation, in the mapping mode, upon completion of the array of radar data, the signal samples from each range element, each repetition period, coming from the memory (14 and 15), through the
Результатом преобразования сигналов из временной области в частотную являются частотные (азимутальные) отсчеты двух квадратур радиолокационной информации в каждом элементе дальности. Затем отсчеты двух квадратур поступают на узел 27, где из них формируется модуль. Для обеспечения режима компенсации на втором этапе в процессор сигналов 13 введен вычислитель 106 выбора точечной цели и определения номера корректирующей функции. При этом вход вычислителя 106 по сигналам отражений соединен с выходом узла модуля 27 процессора сигналов 13, а первый выход вычислителя по сигналу "j" соединен со входами коммутаторов 16, 17, 28, 38 и 39 процессора сигналов 13.The result of the conversion of signals from the time domain to the frequency domain is the frequency (azimuthal) samples of two quadratures of radar information in each element of the range. Then the readings of the two quadratures arrive at
Выходы устройства управления вычислителя 106 - по сигналам X°; Y°; Z°; X1, Y1; Z1; nx; ny; nz поступают на входы с соответствующими названиями в устройства управления 51, 52 и 53 процессора сигналов. Для выбора точечной цели отсчеты сигналов для каждого элемента дальности для каждого азимутального отсчета из узла 27 процессора сигналов 13 поступают через коммутатор 30 (при отсутствии сигнала j) в устройство памяти 31, затем сигналы из устройств памяти поступают на пороговое устройство 33.The outputs of the control device of the computer 106 - according to the signals X °; Y °; Z °; X 1 , Y 1 ; Z 1 ; n x ; n y ; n z enter the inputs with the corresponding names in the
В пороговом устройстве формируется порог для каждого элемента дальности в соответствии с формулой:In the threshold device, a threshold is formed for each element of the range in accordance with the formula:
где: Where:
где:Where:
l - номер азимутального отсчета,l is the azimuthal reference number,
Lmax - максимальный номер азимутального отсчета,L max - the maximum number of the azimuthal reference,
Uфк1 - амплитуда 1-го азимутального отсчета.U fc1 - the amplitude of the 1st azimuthal reference.
После сравнения сигналов с порогом с выхода порогового устройства 33 сигналы, превышающие уровень порога более чем на N дБ, поступают в устройство памяти 35, а из него отсчеты сигналов последовательно поступают в устройство 37 оценки параметров ширины РЛИ по азимуту, где по количеству азимутальных отсчетов "m" определяется ширина сигнала по уровню 3 дБ от максимального значения (Umax). В этом устройстве величина ширины каждого последующего сигнала сравнивается с предыдущим и при mпослед.>mпредыд. записывается в память для дальнейшего сравнения, а предыдущий отсчет исключается из рассмотрения. При mпослед.>mпредыдущ. исключается последующий. После такой сравнительной оценки всех сигналов определяется сигнал с минимальной шириной "mmin" и фиксируется его номер по дальности "α", номер отсчета по азимуту "α" и он подается в устройство формирования сигналов переключения 42, где формируются сигналы переключения "j", номер адреса дальности "nd" и номер азимута "la".After comparing the signals with the threshold from the output of the
Сигнал переключения "j" поступает на коммутаторы 16, 17, 28, 30, 38 и 39, номер дальности "nd" поступает в устройство управления адреса 40, а номер азимута "lа" поступает в вычислитель контрастности 32.The switching signal "j" is supplied to the
При поступлении сигнала "j" на коммутаторы 16 и 17 от умножителей 18, 19, 20 и 21 отключают устройства памяти 14 и 15 и подключают устройства памяти 24 и 25. При подаче сигнала "j" на коммутаторы 38 и 39 от умножителей 18, 19, 20 и 21 отключают устройства памяти 49 и 50 со значениями фазовых коэффициентов опорной функции и подключают устройства памяти 43, 44, 45, 46, 47 и 48 со значениями фазовых коэффициентов корректирующих функций.When the signal "j" arrives at the
Из устройства управления адреса 40 в устройства памяти 24 и 25 подается номер адреса дальности "nd". При этом отсчеты массива сигналов в элементе дальности с номером "nd" для каждого периода повторения из памяти 24 и 25 через коммутаторы 16 и 17 поступают на умножители 18, 19, 20, 21, где перемножаются с фазовыми коэффициентами корректирующих функций, учитывающих ускорения по оси X, которые поступают из устройств памяти 43 и 46 для двух квадратур сигнала.From the address control device 40, a range address number "n d " is supplied to the
Для подключения устройств памяти 43 и 46 к умножителям в устройство 51 управления адреса по сигналу "j" из устройства управления 41 поступает сигнал "X°". Результат умножения в устройствах 18, 19, 20 и 21 с выходов устройств разности 22 и суммы 23 подается в устройства памяти 24, 25 и далее в процессор БПФ 26, где подвергается гармоническому анализу по алгоритму быстрого преобразования Фурье. Затем отсчеты двух квадратур поступают на узел 27, где из них формируется модуль.To connect the
Далее сигналы каждого азимутального отсчета в элементе дальности с номером "nd" поступают в вычислитель 106 для определения номера корректирующей функции. Через коммутатор 30, коммутируемый сигналом "j", сигналы РЛИ поступают в вычислитель 32, где в соответствии с формулой [5] вычисляется контрастность "С" для сигнала с азимутальным номером "lа". Далее значение контрастности "С" поступает в память 34.Next, the signals of each azimuthal reference in the range element with the number "n d " are fed to the
При этом цикл обработки массива сигналов повторяется 2nmaxx·k раз, что соответствует количеству корректирующих функций hx (по оси ОХ) и количеству периодов Тп. Далее из памяти 34 значения контрастности (для каждой корректирующей функции) поступают в вычислитель 36, где определяется номер nx корректирующей функции "hnx", соответствующий максимуму контрастности "Сmax" для азимутального отсчета "la", после чего номер "nх" корректирующей функции hnx поступает в устройство управления 41. Из устройства управления 41 сигнал "nх" поступает в устройство управления адреса 51, по сигналам которого в устройствах памяти 43 и 46 запоминаются коэффициенты корректирующей функции "hnx", обеспечившие наилучшую компенсацию фазовых изменений массива сигнала отражений в элементе дальности "nd", при которой реализуется максимальная контрастность "Cmax х".In this case, the signal array processing cycle is repeated 2n maxx · k times, which corresponds to the number of correction functions h x (along the OX axis) and the number of periods T p. Next, from the
Из устройства управления сигнал "nх" также поступает в узел управления адреса 40, с помощью которого в устройствах памяти 24, 25 фиксируется массив сигналов отражений в элементе дальности "nd", в котором за счет компенсации фазовых изменений сигнала с помощью корректирующей функции "hnx" получена максимальная контрастность "Сmax".From the control device, the signal "n x " also enters the address control node 40, with which an array of reflection signals is fixed in the
При поступлении сигнала "nх" из вычислителя 36 в устройство управления 41, т.е. по окончании цикла умножений на корректирующие фазовые коэффициенты с параметрами ускорения по оси "ОХ", в устройстве управления 41 снимается сигнал "X°" и формируется сигнал "Y°", который поступает в устройство управления адреса 52, управляющий устройствами памяти 44, 47 по выдаче коэффициентов корректирующей функции с параметрами ускорений по оси "OY" в умножители 18, 19, 20, 21 в циклах ее умножения на массив сигналов отражений в элементе дальности "nd".Upon receipt of the signal "n x " from the
Задачей "nmax·k" циклов операций при использовании параметров ускорений по оси "OY" является нахождение корректирующей функции "hny", (аналогично нахождению "hnx"), при умножении на которую массива сигналов отражений обеспечивается наилучшая компенсация фазовых набегов сигнала, дающая максимальную контрастность Сmaxy для азимутального отсчета "lа".The task of "n max · k" cycles of operations when using the acceleration parameters along the "OY" axis is to find the correction function "h ny ", (similar to finding "h nx "), when multiplied by which array of reflection signals provides the best compensation for phase incursions of the signal, giving maximum contrast With maxy for the azimuth reference "l a ".
При этом обработке подвергается массив сигналов в элементе дальности "nd", уже прошедший обработку по корректирующей функции "hnx" с номером "nх". Процедура обработки аналогична, как и по сигналу "X°".In this processing, the array of signals in the range element “n d ”, which has already been processed by the correction function “h nx ” with the number “n x ”, is subjected. The processing procedure is the same as for the signal "X °".
По окончании цикла обработки по сигналу "Y°", в результате которого в вычислителе 36 при нахождении максимальной контрастности "Сmax" определяется номер корректирующей функции "hny", в устройстве управления 41 по сигналу номера nу снимается сигнал "Y°" и формируется сигнал "Z°", который поступает в устройство управления адреса 53 и формирует сигналы управления устройствами памяти 45 и 48 по передаче фазовых коэффициентов корректирующих функций "hnz" в умножители 18, 19, 20 и 21 в циклах умножения на массив сигналов отражений. В качестве массива сигналов отражений для обработки также принимается массив сигналов в устройства памяти 24 25 в элементе дальности "nd", уже прошедший обработку по сигналам "X°" и "Y°". Операция обработки массива сигналов по нахождению корректирующей функции по сигналу "Z°" аналогична операции обработки по сигналам "X°" и "Y°". В результате трех циклов операций по сигналам "X°", "Y°" и "Z°" определяются и запоминаются в устройствах памяти 43, 44, 45, 46, 47, 48 фазовые коэффициенты трех корректирующих функций "hnx", "hny" и "hnz", при применении которых в качестве функций компенсации набегов фазы массива сигналов обеспечивается получение максимальной контрастности Сmax сигнала.At the end of the processing cycle by the signal "Y °", as a result of which, when calculating the maximum contrast "C max ", the number of the correction function "h ny " is determined in the
По окончании последнего цикла операций, по сигналу "nz", поступающему из вычислителя 36 в устройство управления 41, из устройства управления 41 в устройство формирования сигналов 42 поступает сигнал "ρ", который снимает сигнал "nd", подаваемый в устройство управления 40. Устройство управления 40 снимает в устройствах памяти 24 и 25 адрес "nd".At the end of the last cycle of operations, the signal "n z " coming from the
Одновременно из устройства управления 41 в узел адреса 51 поступает сигнал "X1", по которому из устройств памяти 43, 46 через коммутаторы 38 и 39 на умножители 18, 19, 20, 21 с заданным тактом поступают фазовые коэффициенты найденной ранее корректирующей функции "hnx".At the same time, a signal “X 1 ” is received from the
С этого момента начинается второй этап компенсации фазовых набегов сигналов всего массива, связанных с ошибками измерения ускорений. Для каждого элемента дальности и каждого периода повторения из устройств памяти 24, 25 на эти умножители с заданным тактом также поступают отсчеты массива сигналов для каждого элемента дальности и каждого периода повторения. При этом, при отсутствии сигнала адреса "nd", в умножителях 18, 19, 20 и 21 производится последовательное умножение всего массива отсчетов сигналов для каждого элемента дальности для заданного размера карты. Полученные после перемножения значения отсчетов массива сигналов снова записываются в этих же устройствах памяти 24 и 25. Таким образом, производится компенсация фазовых изменений всего массива сигналов заданного размера карты при воздействии ускорений по оси "ОХ". По окончании первого цикла компенсации снимается сигнал "X1" и в устройстве управления 41 формируется и выдается в устройство управления адреса 52 сигнал "Y1". По сигналу "Y1" повторяется цикл обработки всего массива сигналов в устройствах памяти 24 и 25, откорректированного по сигналу "X1" при его умножении на коэффициенты найденной ранее корректирующей функции "hny" с номером "ny". По окончании коррекции по сигналу "Y1" в устройстве управления 40 снимается сигнал "Y1" и формируется сигнал "Z1".From this moment, the second stage of the compensation of phase incursions of the signals of the entire array, associated with errors in measuring accelerations, begins. For each element of the range and each repetition period from the
По сигналу "Z1", поступающему из устройства управления 41 в устройство управления адреса 53 из устройств памяти 45 и 48 через коммутаторы 38 и 39 на умножители 18, 19, 20 и 21 поступают фазовые коэффициенты корректирующей функции "hnz" с номером "nz". На эти умножители из устройств памяти 24 и 25 поступает массив сигналов с каждого элемента дальности уже откорректированный флуктуациями "hnx" и "hny". В результате умножения производится операция по компенсации фазовых набегов сигнала за счет ускорений по оси "OZ". Эти операции повторяются для каждого элемента дальности заданного размера карты.The signal "Z 1 " coming from the
В результате трех циклов операций производится компенсация фазовых изменений всего массива сигналов заданного размера карты за счет воздействия ошибок ускорений датчиками по трем осям OX, OY и OZ, и который в откорректированном виде размещается в памяти 24 и 25.As a result of three cycles of operations, the phase changes of the entire array of signals of a given card size are compensated due to the influence of acceleration errors by sensors along the three axes OX, OY and OZ, and which, in the corrected form, is stored in
Следует отметить, что компенсация фазовых изменений проведена с заранее задаваемой допустимой величиной остаточного фазового набега, при котором обеспечивается требуемая характеристика качества карты (контрастность, разрешение и др.). По окончании цикла операций с массивом сигналов заданного размера карты в устройстве 41 снимается сигнал "Z1". По снятию сигнала Z1 в устройстве управления 41 формируется сигнал снятия режима корректировок "В", который подается в устройство формирования сигналов переключения 42, по которому снимаются команды "lа" и "j". При этом коммутаторы 16, 17, 38, 39, 30 и 28 устанавливаются в начальное положение, в котором были перед началом корректировок. После снятия сигнала "j" включается режим быстрого преобразования Фурье (БПФ), который преобразует откорректированный массив сигналов всей карты, находящийся в устройствах памяти 24 и 25 из временной области в частотную.It should be noted that the compensation of phase changes was carried out with a predetermined allowable value of the residual phase incursion, at which the required characteristic of the quality of the card (contrast, resolution, etc.) is provided. At the end of the cycle of operations with an array of signals of a given card size in the
Затем частотные (азимутальные) отсчеты двух квадратур поступают на устройство модуля 27, где из них формируется модуль, далее через коммутатор 28 (при отсутствии сигнала j) сигналы для каждого элемента дальности для каждого азимутального отсчета поступают на индикатор 29.Then, the frequency (azimuthal) readings of two quadratures are sent to the device of
Техническим результатом в предложенной БРЛС является снижение влияния (по предварительным оценкам более чем на порядок) ошибок измерения ускорения, приводящее к существенному улучшению характеристик радиолокационного изображения (разрешение, контрастность, динамический диапазон и др.).The technical result in the proposed radar is to reduce the influence (according to preliminary estimates, by more than an order of magnitude) of acceleration measurement errors, which leads to a significant improvement in the characteristics of the radar image (resolution, contrast, dynamic range, etc.).
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004123228/09A RU2271019C1 (en) | 2004-07-28 | 2004-07-28 | Method of compensation of signal phase incursions in onboard radar system and onboard radar system with synthesized aperture of antenna for flying vehicles |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004123228/09A RU2271019C1 (en) | 2004-07-28 | 2004-07-28 | Method of compensation of signal phase incursions in onboard radar system and onboard radar system with synthesized aperture of antenna for flying vehicles |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2271019C1 true RU2271019C1 (en) | 2006-02-27 |
Family
ID=36114422
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004123228/09A RU2271019C1 (en) | 2004-07-28 | 2004-07-28 | Method of compensation of signal phase incursions in onboard radar system and onboard radar system with synthesized aperture of antenna for flying vehicles |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2271019C1 (en) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2496081C1 (en) * | 2012-05-05 | 2013-10-20 | Алексей Вячеславович Бытьев | Method of control over aircraft flight |
RU2529523C1 (en) * | 2013-06-26 | 2014-09-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Ground mapping method using on-board radar set |
RU2537788C1 (en) * | 2013-09-10 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" | Method of measuring radial velocity of reflector in side-looking synthetic aperture radar |
RU2576654C1 (en) * | 2015-02-16 | 2016-03-10 | Георгий Галиуллович Валеев | Radio measuring device for measuring radial velocity of object |
RU2626012C1 (en) * | 2016-10-31 | 2017-07-21 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method of ground mapping by airborne radar |
RU2640406C1 (en) * | 2017-03-14 | 2018-01-09 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method of ground mapping of onboard radar in front review sector |
RU2661941C1 (en) * | 2017-12-14 | 2018-07-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Method for radar imaging using the radar station with the synthesized aperture |
RU2692238C2 (en) * | 2017-12-18 | 2019-06-24 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Radar station with synthesis of aperture and continuous linear-frequency-modulated radiation |
RU2725618C1 (en) * | 2020-01-24 | 2020-07-03 | Акционерное общество "Национальное РадиоТехническое Бюро" (АО "НРТБ") | Range measurement system |
RU2726141C1 (en) * | 2020-01-24 | 2020-07-09 | Акционерное общество "Национальное РадиоТехническое Бюро" (АО "НРТБ") | Range determination method |
RU2738641C1 (en) * | 2020-03-20 | 2020-12-15 | Акционерное общество "Национальное РадиоТехническое Бюро" (АО "НРТБ") | Radiotechnical coordinate system |
RU2775565C1 (en) * | 2021-09-20 | 2022-07-04 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method for detecting ground moving objects by an onboard radar station with an antenna array |
-
2004
- 2004-07-28 RU RU2004123228/09A patent/RU2271019C1/en active
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2496081C1 (en) * | 2012-05-05 | 2013-10-20 | Алексей Вячеславович Бытьев | Method of control over aircraft flight |
RU2529523C1 (en) * | 2013-06-26 | 2014-09-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Ground mapping method using on-board radar set |
RU2537788C1 (en) * | 2013-09-10 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" | Method of measuring radial velocity of reflector in side-looking synthetic aperture radar |
RU2576654C1 (en) * | 2015-02-16 | 2016-03-10 | Георгий Галиуллович Валеев | Radio measuring device for measuring radial velocity of object |
RU2626012C1 (en) * | 2016-10-31 | 2017-07-21 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method of ground mapping by airborne radar |
RU2640406C1 (en) * | 2017-03-14 | 2018-01-09 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method of ground mapping of onboard radar in front review sector |
RU2661941C1 (en) * | 2017-12-14 | 2018-07-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Method for radar imaging using the radar station with the synthesized aperture |
RU2692238C2 (en) * | 2017-12-18 | 2019-06-24 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Radar station with synthesis of aperture and continuous linear-frequency-modulated radiation |
RU2725618C1 (en) * | 2020-01-24 | 2020-07-03 | Акционерное общество "Национальное РадиоТехническое Бюро" (АО "НРТБ") | Range measurement system |
RU2726141C1 (en) * | 2020-01-24 | 2020-07-09 | Акционерное общество "Национальное РадиоТехническое Бюро" (АО "НРТБ") | Range determination method |
RU2738641C1 (en) * | 2020-03-20 | 2020-12-15 | Акционерное общество "Национальное РадиоТехническое Бюро" (АО "НРТБ") | Radiotechnical coordinate system |
RU2792964C2 (en) * | 2021-07-29 | 2023-03-28 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for generation of radar images in radar station with synthesized antenna aperture with pre-focusing and device implementing it |
RU2775565C1 (en) * | 2021-09-20 | 2022-07-04 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method for detecting ground moving objects by an onboard radar station with an antenna array |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4134113A (en) | Monopulse motion compensation for a synthetic aperture radar | |
US4387373A (en) | Synthetic monopulse radar | |
Delisle et al. | Moving target imaging and trajectory computation using ISAR | |
US4924229A (en) | Phase correction system for automatic focusing of synthetic aperture radar | |
US5008679A (en) | Method and system for locating an unknown transmitter | |
US4996533A (en) | Single station radar ocean surface current mapper | |
US4723124A (en) | Extended SAR imaging capability for ship classification | |
RU2168741C2 (en) | Device for reduction of errors of motion for radar with synthesized aperture on the basis of rotatable antennas (rosar) for helicopters | |
US4963877A (en) | Synthetic aperture radar | |
CN109477892B (en) | Vehicle radar for environmental detection | |
US4992796A (en) | Computed-interferometry radar system with coherent integration | |
JP5202844B2 (en) | Improved process for phase-derived range measurement | |
CN110609276B (en) | Broadband monopulse tracking radar system with parabolic antenna | |
US20050179579A1 (en) | Radar receiver motion compensation system and method | |
JP2017003553A (en) | Phase calibration of stepwise chirp signal for synthetic aperture radar | |
JPH044557B2 (en) | ||
RU2271019C1 (en) | Method of compensation of signal phase incursions in onboard radar system and onboard radar system with synthesized aperture of antenna for flying vehicles | |
US5559516A (en) | Dual cancellation interferometric AMTI radar | |
CN112379342B (en) | Echo simulation and echo characteristic parameter precision estimation method for satellite-borne cloud detection radar | |
JP6324327B2 (en) | Passive radar equipment | |
JP2010197178A (en) | Pulse compression device | |
RU2660450C1 (en) | Device of radar location station with continuous linear-frequency-modulated signal and synthesis of aperture | |
JP2010175457A (en) | Radar apparatus | |
JP2957090B2 (en) | Radar equipment | |
RU2643168C2 (en) | Method of height, aircraft actual velocity and aircraft velocity vector inclination measurement in relation to horizon, on-board radar device using method |