RU2291464C2 - Mode of measuring of the position of targets at availability of reflections of received echo-signal from surface and an impulse surface three-coordinate radar station for its realization - Google Patents

Mode of measuring of the position of targets at availability of reflections of received echo-signal from surface and an impulse surface three-coordinate radar station for its realization Download PDF

Info

Publication number
RU2291464C2
RU2291464C2 RU2005100544/09A RU2005100544A RU2291464C2 RU 2291464 C2 RU2291464 C2 RU 2291464C2 RU 2005100544/09 A RU2005100544/09 A RU 2005100544/09A RU 2005100544 A RU2005100544 A RU 2005100544A RU 2291464 C2 RU2291464 C2 RU 2291464C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
target
signal
earth
elevation
antenna array
Prior art date
Application number
RU2005100544/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005100544A (en
Inventor
Виктор Владимирович Башев (RU)
Виктор Владимирович Башев
Михаил Евтифеевич Францев (RU)
Михаил Евтифеевич Францев
Original Assignee
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Нижегородский Научно-Исследовательский Институт Радиотехники"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Нижегородский Научно-Исследовательский Институт Радиотехники" filed Critical Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Нижегородский Научно-Исследовательский Институт Радиотехники"
Priority to RU2005100544/09A priority Critical patent/RU2291464C2/en
Publication of RU2005100544A publication Critical patent/RU2005100544A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2291464C2 publication Critical patent/RU2291464C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: the invention refers to radiolocation and may be used for determination of the angle position of targets at multibeam propagation of a signal reflected from the target particularly in a surface three-coordinate radar station of circular survey of the metric diapason of radio waves with a phase amplitude radar.
SUBSTANCE: for achieving the indicated result the received by an antenna array signals are fed from the receivers after digitization and phase-amplitude in a self-tuning mode correction of receiving channels through optimal to compression filters in relation to an emitted signal on the inputs of the arrangement of forming elevation channels by way of discrete Furrier transformation for creating in each of them of succession out of complex electric signals and their sum in accordance with receiving channels after multiplication of input signals on complex coefficients. At that the coefficients are determined with attraction of a priori information about the overfalls of heights of the surface relief containing in digital terrain maps, and the signals subjected in elevation channels of spatial filtration to amplitude detecting and incoherent processing are fed on the inputs of the selecting arrangement of maximum response on the received signal of the antenna pattern of the antenna array scanning along the angle of place in conditions of crisp scanning with the antenna beam in vertical plane for determination of the position angle.
EFFECT: increases accuracy of measuring of the position angle of targets and relation signal-noise.
2 cl, 13 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для определения угла места целей при многолучевом распространении отраженного от цели сигнала, в частности в наземной трехкоординатной радиолокационной станции (РЛС) кругового обзора метрового диапазона волн с фазированной антенной решеткой (ФАР), а также в других РЛС обнаружения и сопровождения воздушных объектов.The invention relates to radar and can be used to determine the elevation angle of targets in multipath propagation of a signal reflected from a target, in particular in a terrestrial three-coordinate radar station (radar) of a circular survey of a meter wavelength range with a phased antenna array (PAR), as well as in other radar detection and tracking of air objects.

При определении угловых координат цели одним из проблемных вопросов является снижение точности измерения угла места обнаруженной цели, обусловленное многолучевым распространением отраженного от цели сигнала. Переотражаемые земной поверхностью сигналы векторно суммируются на приемных элементах ФАР с сигналами, приходящими непосредственно от цели, вызывая искажения амплитудного распределения и фазового фронта волны, отраженной от цели и характеризующие угол места цели. Это приводит к необходимости поиска новых методов обработки радиолокационных сигналов, направленных на повышение точности измерения угла места целей, особенно находящихся под малыми углами, когда ошибки измерения становятся недопустимо большими.In determining the angular coordinates of the target, one of the problematic issues is to reduce the accuracy of measuring the elevation angle of the detected target, due to the multipath propagation of the signal reflected from the target. The signals reflected by the earth's surface are vectorly summed on the PAR elements with signals coming directly from the target, causing distortions in the amplitude distribution and phase front of the wave reflected from the target and characterizing the target elevation angle. This leads to the need to search for new methods of processing radar signals aimed at improving the accuracy of measuring the elevation angle of targets, especially at small angles, when the measurement errors become unacceptably large.

Известный в источниках информации арсенал способов решения указанной проблемы характеризуется различными методами углового разрешения в условиях отражений принимаемого эхосигнала цели от земной поверхности. Суть данных способов сводится, в основном, к разнообразным методам ослабления последствий многолучевого распространения радиоволн на малых углах места с особенностями в зависимости от способа измерения угловой координаты и селекции по угловому положению отраженного от земной поверхности эхосигнала, незначительно отличающегося по амплитуде от эхосигнала, отраженного от цели, а также к учету влияния условий многолучевого распространения над земной поверхностью, на основе использования цифровых угломестных данных о местности, содержащих сведения о возможных мешающих отражениях [1].The arsenal of methods for solving this problem, known in the sources of information, is characterized by various methods of angular resolution under the conditions of reflections of the received echo signal of the target from the earth's surface. The essence of these methods is reduced mainly to various methods of mitigating the effects of multipath propagation of radio waves at small elevation angles with features depending on the method of measuring the angular coordinate and selecting the angular position of the echo signal reflected from the earth’s surface, which differs slightly in amplitude from the echo signal reflected from the target , as well as taking into account the influence of the conditions of multipath propagation over the earth's surface, based on the use of digital elevation data on the terrain, containing general information about possible interfering reflections [1].

При этом моноимпульсные способы измерения угла места целей имеют преимущества, как наиболее устойчивые к шумовым и динамическим ошибкам измерения. Кроме того, для них разработаны специальные методы повышения точности измерения при условиях многолучевого распространения радиоволн, такие как увеличение разрешающей способности по углу места, перестройка частоты и работа на многих частотах одновременно, внеосевое моноимпульсное сопровождение, использование симметричных разностно-суммарных и асимметричных диаграмм направленности (ДН), комплексных углов, экранирование позиций РЛС, использование круговой поляризации и данных о высоте, получаемых из других источников, применение парных антенн в угломестной плоскости и другие [2].At the same time, single-pulse methods for measuring the elevation angle of targets have advantages as the most resistant to noise and dynamic measurement errors. In addition, special methods have been developed for them to improve the measurement accuracy under conditions of multipath propagation of radio waves, such as increasing the resolution in elevation, tuning the frequency and working at many frequencies at the same time, off-axis monopulse tracking, using symmetric difference-sum and asymmetric radiation patterns ), complex angles, shielding radar positions, the use of circular polarization and altitude data obtained from other sources, the use of pairs antennas in the elevation plane and others [2].

Тем не менее, сравнительный анализ этих методов позволяет сделать вывод об отсутствии универсального метода, позволяющего ослабить влияние многолучевого распространения радиоволн на точность измерения угла места в различных условиях работы РЛС по низколетящим целям. Большинство из этих методов направлены в основном только на обеспечение непрерывности слежения в области горизонта (дальней зоне) и не дают надежных данных по определению угла места и высоты цели. Лишь отдельные из них способны поддерживать приемлемую точность слежения в области главного лепестка ДН антенной решетки. В наиболее эффективном из них, методе асимметричных ДН исключаются погрешности измерений за счет зеркальных отражений и минимизируются эффекты рассеяния радиоволн в области горизонта, но за счет увеличения вертикальных размеров антенной решетки и усложнения конструкции, как и при реализации метода внеосевых моноимпульсных измерений.Nevertheless, a comparative analysis of these methods allows us to conclude that there is no universal method that allows weakening the influence of multipath propagation of radio waves on the accuracy of measuring the elevation angle under various operating conditions of a radar for low-flying targets. Most of these methods are mainly aimed only at ensuring continuity of tracking in the horizon (far zone) and do not provide reliable data on determining the elevation angle and height of the target. Only some of them are able to maintain acceptable tracking accuracy in the area of the main lobe of the bottom of the antenna array. In the most effective of them, the method of asymmetric DNs, measurement errors due to mirror reflections are eliminated and the effects of radio wave scattering in the horizon are minimized, but due to an increase in the vertical dimensions of the antenna array and structural complexity, as in the implementation of the method of off-axis single-pulse measurements.

К моноимпульсным способам относится также известный способ определения угла места низколетящей цели при многолучевом распространении отраженного от цели сигнала, представляющий собой комплексный анализ измерения угла места цели путем квадратурной обработки отраженного от цели сигнала для выделения нулевого значения мнимой составляющей и позволяющий без сложных конструктивных изменений существующих РЛС оценивать угол места цели по отношению высоты центра антенны над подстилающей поверхностью к длине волны РЛС, для которых значение мнимой составляющей равно нулю [3].Monopulse methods also include the well-known method for determining the elevation angle of a low-flying target during multipath propagation of a signal reflected from a target, which is a complex analysis of measuring the elevation angle of a target by quadrature processing of a signal reflected from a target to isolate the zero value of the imaginary component and allowing to estimate the existing radars without complex design changes elevation angle of the target with respect to the height of the center of the antenna above the underlying surface to the radar wavelength, for which its imaginary component is zero [3].

Но данный способ позволяет получить приемлемый результат только при зеркальном отражении эхосигнала цели от подстилающей поверхности, представляющей плоскую отражающую площадку.But this method allows you to get an acceptable result only with a mirror reflection of the echo of the target from the underlying surface, representing a flat reflective area.

Известны также способы, применяемые в условиях отражений от земной поверхности принимаемого эхосигнала от цели, находящейся под малым углом места, основанные на компенсации переотраженного сигнала, в частности посредством формирования в области отрицательных углов места зон режекции путем синтеза набора нулей, настроенных на ожидаемые углы прихода отраженного от земли эхосигнала [4].There are also known methods used in conditions of reflections from the earth's surface of the received echo signal from a target located at a small elevation angle, based on compensation of the re-reflected signal, in particular, by forming in the region of negative angles the notch zones by synthesizing a set of zeros tuned to the expected angles of arrival of the reflected from the earth echo [4].

Однако такие способы измерения угла места имеют ряд ограничений, связанных с тем, что при формировании зон режекции в области ближнего бокового фона, необходимых для измерения малых, по сравнению с угловой шириной луча, углов места целей, происходит искажение главного лепестка ДН антенной решетки в вертикальной плоскости. Как следствие, происходит уменьшение коэффициента направленного действия антенны. А это приводит к снижению устойчивости алгоритма по отношению к шумовой составляющей ошибки, особенно проявляющейся при малых отношениях сигнал-шум, соответствующих границам зоны обнаружения РЛС. Еще одним недостатком данных способов является то, что расчет угловых направлений зон режекции производится под конкретную, как правило, плоскую отражающую поверхность. В условиях реальной отражающей поверхности, отличающейся от плоской, углы прихода отраженных от земной поверхности эхосигналов не совпадают с расчетными. Это, в свою очередь, приводит к снижению точности измерения угла места цели.However, such methods of measuring the elevation angle have a number of limitations associated with the fact that when forming the notch zones in the region of the near side background, which are necessary for measuring small, in comparison with the angular beam width, elevation angles of the targets, the main lobe of the antenna array ID is distorted in the vertical the plane. As a result, the directional coefficient of the antenna decreases. And this leads to a decrease in the stability of the algorithm with respect to the noise component of the error, which is especially manifested at small signal-to-noise ratios corresponding to the boundaries of the radar detection zone. Another disadvantage of these methods is that the calculation of the angular directions of the zones of the notch is made for a specific, usually flat reflective surface. Under the conditions of a real reflecting surface that differs from a flat one, the angles of arrival of echo signals reflected from the earth's surface do not coincide with the calculated ones. This, in turn, leads to a decrease in the accuracy of measuring the elevation angle of the target.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ измерения угла места целей путем настройки измерителя угла места целей на интервал углов прихода принимаемого сигнала в вертикальной плоскости антенной решетки с учетом переотражений принимаемого сигнала от земной поверхности. В этом способе измерение угла места цели, преимущественно в метровом диапазоне волн, производится по положению максимума отклика угломестной ДН антенной решетки при обнаружении низколетящих целей методом внутриимпульсного сканирования угломестным лучом с оптимальной обработкой принятого от цели сигнала и его переотражения от земной поверхности [5].Closest to the claimed method is a method of measuring the elevation angle of targets by setting the angle meter of the targets to the interval of angles of arrival of the received signal in the vertical plane of the antenna array, taking into account re-reflections of the received signal from the earth's surface. In this method, the measurement of the elevation angle of the target, mainly in the meter wavelength range, is carried out by the position of the maximum response of the elevated antenna array bottom when low-flying targets are detected by the elevation beam scanning method with optimal processing of the signal received from the target and its reflection from the earth's surface [5].

Недостатком данного, выбранного в качестве прототипа, способа является ограничение его работоспособности условием плоской земной поверхности, допускающей регулярные наклоны до 20'. При усложнении рельефа земной поверхности точность измерения угла места целей при применении этого способа снижается и возрастают потери в отношении сигнал-шум.The disadvantage of this, selected as a prototype, of the method is the limitation of its operability by the condition of a flat earth surface that allows regular inclinations up to 20 '. When complicating the relief of the earth's surface, the accuracy of measuring the elevation angle of the targets when using this method decreases and losses in the signal-to-noise ratio increase.

В качестве прототипа предлагаемой РЛС для реализации заявляемого способа выбрана РЛС с системой обработки электромагнитных сигналов, отраженных от низколетящих целей непосредственно и переотраженных от земной поверхности, содержащая N-элементную антенную решетку для приема сигналов, поступающих на N детекторов, каждый из которых расположен в отдельном канале, демодулятор для преобразования продетектированных сигналов и формирования последовательности из N комплексных сигналов Хm, соответствующих своим каналам, матрицу комплексных весовых коэффициентов Мmn для образования последовательности из N комплексных сигналов

Figure 00000002
, устройство определения суммарной мощности группы из N комплексных сигналов Х'n и устройство последовательного изменения комплексных весовых коэффициентов Mmn для минимизации общей мощности [6].As a prototype of the proposed radar for the implementation of the proposed method, a radar with a system for processing electromagnetic signals reflected from low-flying targets directly and reflected from the earth's surface was selected, containing an N-element antenna array for receiving signals arriving at N detectors, each of which is located in a separate channel , a demodulator for converting detected signals and forming a sequence of N complex signals X m corresponding to their channels, a complex matrix weighting factors M mn to form a sequence of N complex signals
Figure 00000002
, a device for determining the total power of a group of N complex signals X ' n and a device for sequentially changing the complex weighting factors M mn to minimize the total power [6].

Система обработки основана на зависимости комплексного весового коэффициента, оцениваемого адаптивной матрицей весовых коэффициентов и фазового сдвига настраиваемых фазовращателей, рассчитываемого компьютером, входящим в состав системы, от угла места цели и угла места зеркального отражения цели, а минимизация сигнала ошибки обеспечивает наилучшую оценку угла места цели.The processing system is based on the dependence of the complex weight coefficient estimated by the adaptive matrix of weight coefficients and the phase shift of the tuned phase shifters calculated by the computer included in the system on the target elevation angle and the target mirror angle, and minimizing the error signal provides the best estimate of the target elevation angle.

Однако этот итерационный метод приводит к увеличению временных затрат на обработку принимаемых сигналов с целью измерения угла места целей, кроме того, использование фазовращателей и, как следствие, устройства управления ими влечет дополнительные аппаратурные затраты.However, this iterative method leads to an increase in the time spent on processing the received signals in order to measure the elevation angle of the targets, in addition, the use of phase shifters and, as a result, the device for controlling them entails additional hardware costs.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение эффективности работы РЛС, преимущественно в метровом диапазоне волн при измерении угла места целей за счет повышения точности измерения и увеличения отношения сигнал-шум в результате оптимальной адаптации к рельефу земной поверхности с учетом информации о параметрах реальной отражающей поверхности переотражения и рельефе позиции РЛС и пространственной фильтрации суммы отраженного от цели сигнала и его переотражения от земной поверхности, дающей полезную дополнительную энергетику от целей, находящихся под малыми углами места, а также универсализация способа измерения угла места целей в отношении применимости к различным видам рельефа при работе по низколетящим целям.The technical result of the invention is to increase the radar efficiency, mainly in the meter wavelength range when measuring the elevation angle of targets by increasing the accuracy of the measurement and increasing the signal-to-noise ratio as a result of optimal adaptation to the relief of the earth’s surface, taking into account information about the parameters of the real reflecting surface of reflection and relief radar position and spatial filtering of the sum of the signal reflected from the target and its re-reflection from the earth's surface, giving a useful additional the energy from targets located at low elevation angles, as well as the universalization of the method of measuring the elevation angle of targets in relation to applicability to various types of terrain when working on low-flying targets.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе измерения угла места целей наземной РЛС при наличии отражений принимаемого эхосигнала от земной поверхности на основе настройки измерителя угла места целей на интервал углов прихода эхосигнала в вертикальной плоскости антенной решетки с учетом отражений принимаемого эхосигнала от земной поверхности и измерения угла места цели, преимущественно, в метровом диапазоне волн при обнаружении низколетящих целей путем пространственной фильтрации в угломестной плоскости и определения положения максимума отклика сканирующей в вертикальной плоскости угломестной ДН антенной решетки пространственную фильтрацию осуществляют на основе комплексного сопряжения суммы принятого от цели эхосигнала и его отражения от подстилающей поверхности, модельно приближенной к реальному рельефу земной поверхности позиции РЛС, при этом пространственные фильтры формируют в соответствии с весовыми комплексными коэффициентами αi, которые определяют с привлечением априорной информации, содержащейся в цифровых картах местности, по формуле:The specified technical result is achieved by the fact that in the method of measuring the elevation angle of the ground radar targets in the presence of reflections of the received echo signal from the earth's surface based on the settings of the target elevation angle meter for the interval of angles of arrival of the echo signal in the vertical plane of the antenna array taking into account the reflections of the received echo from the earth's surface and measurement elevation angle of the target, mainly in the meter wavelength range when detecting low-flying targets by spatial filtering in the elevation plane and determine In order to determine the position of the maximum response of the scanning antenna array in the vertical plane of the antenna array, spatial filtering is carried out on the basis of complex conjugation of the sum of the echo signal received from the target and its reflection from the underlying surface, model close to the real terrain of the earth's surface, the radar position, while spatial filters are formed in accordance with the weight complex coefficients α i, which is determined with the assistance of a priori information contained in the digital terrain maps, of the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

где черта сверху означает комплексное сопряжение, при этомwhere the bar above means complex conjugation, while

Figure 00000004
Figure 00000004

- напряжение, создаваемое на i-м приемном элементе антенной решетки волной, отраженной непосредственно от цели;- voltage generated at the ith receiving element of the antenna array by a wave reflected directly from the target;

Figure 00000005
Figure 00000005

- напряжение, создаваемое на i-м приемном элементе антенной решетки волной, переотраженной от земной поверхности;- voltage generated at the i-th receiving element of the antenna array by a wave reflected from the earth's surface;

гдеWhere

εц - угол в вертикальной плоскости прихода волны, отраженной непосредственно от цели;ε c - the angle in the vertical plane of arrival of the wave reflected directly from the target;

εН(x,z) - угол наклона элементарной площадки dxdz земной поверхности;ε Н (x, z) is the angle of inclination of the elementary site dxdz of the earth's surface;

Rx,y,z - радиус-вектор расположения приемного элемента антенной решетки относительно площадки dxdz земной поверхности;R x, y, z is the radius vector of the location of the receiving element of the antenna array relative to the site dxdz of the earth's surface;

h(x,z) - перепад высот рельефа земной поверхности.h (x, z) is the elevation of the relief of the earth's surface.

Для реализации предлагаемого способа в импульсной наземной трехкоординатной РЛС, обеспечивающей измерение угла места при обнаружении низколетящих целей в условиях отражений принимаемого эхосигнала от земной поверхности, содержащей N-элементную антенную решетку, передающее устройство и многоканальную систему приема, преобразования и обработки радиолокационных сигналов для обнаружения целей и измерения их координат с учетом отражений принимаемого эхосигнала от земной поверхности, многоканальная система приема, преобразования и обработки радиолокационных сигналов для измерения угла места цели и определения на его основе высоты цели выполнена в виде соединенных через антенные коммутаторы с антенной решеткой N приемных каналов, включающих каждый в направлении по ходу принимаемого сигнала последовательно соединенные приемник и аналого-цифровой преобразователь с подключением формирователя тест-сигнала, к введенным в каналы перед приемником направленным ответвителям, и процессора амплитудно-фазовой автоподстройки к точкам съема преобразованного сигнала и устройствам комплексного умножения в каналах после аналого-цифрового преобразователя (АЦП), причем приемные каналы подсоединены к измерителю угла места целей, который содержит устройство формирования М угломестных каналов путем дискретного преобразования Фурье, соединенное своими входами через оптимальные к излучаемому сигналу фильтры сжатия с выходами N приемных каналов и своими выходами с входами М угломестных каналов, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные амплитудный детектор и некогерентный накопитель с подсоединением последнего к одному из входов устройства отбора максимального отклика на принятый сигнал сканирующей по углу места ДН антенной решетки для определения угла места цели, при этом к устройству формирования М угломестных каналов путем дискретного преобразования Фурье подсоединено устройство расчета весовых коэффициентов пространственных фильтров, к которому, в свою очередь, подключено устройство загрузки и хранения цифровых карт местности, а устройство отбора максимального отклика на принятый сигнал сканирующей по углу места ДН антенной решетки подсоединено к входу устройства предварительной обработки, формирования и выдачи кодограмм со значениями измеренных координат, на второй вход которого поступают измеренные значения дальности и азимута цели.To implement the proposed method in a pulsed terrestrial three-coordinate radar, which provides a measurement of the elevation angle when low-flying targets are detected under conditions of reflections of the received echo signal from the earth's surface, containing an N-element antenna array, a transmitting device and a multi-channel system for receiving, converting and processing radar signals to detect targets and measuring their coordinates, taking into account the reflections of the received echo from the earth's surface, a multi-channel system for receiving, converting and The work of the radar signals for measuring the elevation angle of the target and determining the target height based on it is made in the form of N receiving channels connected through antenna switches with an antenna array, each including a receiver and an analog-to-digital converter connected in series with the test driver the signal to the directional couplers introduced into the channels in front of the receiver, and the amplitude-phase auto-processor to the pick-up points of the converted signal and device to the complex multiplication channels in the channels after the analog-to-digital converter (ADC), and the receiving channels are connected to a target elevation meter, which contains a device for generating M elevated channels by a discrete Fourier transform connected to its inputs via compression filters with outputs N receiving that are optimal for the emitted signal channels and their outputs with the inputs of M elevation channels, each of which includes a series-connected amplitude detector and an incoherent drive with a sub-channel By fading of the latter to one of the inputs of the device for selecting the maximum response to the received signal of the antenna array scanning along the elevation angle to determine the target elevation angle, a device for calculating the weight coefficients of spatial filters is connected to the device for generating M elevated channels by a discrete Fourier transform, to which, in in turn, a device for loading and storing digital maps of the area is connected, and a device for selecting the maximum response to the received signal scanning along the elevation angle D an antenna array connected to the input of the pre-processing device, forming and outputting codified coordinates with values measured at the second input of which receives the measured range and target azimuth.

Оптимизация пространственной фильтрации в соответствии с предложенными весовыми коэффициентами, определяемыми на основе известных параметров рельефа земной поверхности с использованием принимаемого эхо сигнала, отраженного от земной поверхности, в качестве полезного, дающего дополнительную энергетику от цели для увеличения отношения сигнал-шум и качества измерения углов места целей, существенно меньших, чем ширина луча ДН в вертикальной плоскости, обеспечивает увеличение точности измерения угла места целей, имеющее большое практическое значение для радиолокации, особенно при работе в метровом диапазоне волн.Optimization of spatial filtration in accordance with the proposed weighting coefficients, determined on the basis of known parameters of the earth's surface relief using the received echo of the signal reflected from the earth's surface, as useful, giving additional energy from the target to increase the signal-to-noise ratio and the quality of measuring the target elevation angles , significantly smaller than the beam width of the beam in the vertical plane, provides an increase in the accuracy of measuring the elevation angle of targets, which has great practice eskoe value for the radar, especially when working in the meter wavelength range.

Причем измерение углов места целей предлагаемым способом имеет более высокую точность, как в сравнении со способом-прототипом, учитывающем эхосигнал, отраженный от плоской земной поверхности, так и в сравнении с аналогом - распространенным в радиолокации способом, предусматривающим режекцию этого сигнала, как помехового, что иллюстрирует последующее изложение осуществления заявляемого способа в настоящем описании изобретения.Moreover, the measurement of elevation angles of the targets of the proposed method has higher accuracy, both in comparison with the prototype method, taking into account the echo signal reflected from a flat earth's surface, and in comparison with the analogue, a method widely used in radar that provides for the rejection of this signal as an interference signal, which illustrates the following summary of the implementation of the proposed method in the present description of the invention.

Кроме рассмотренных выше, известен метод малых наклонов для расчетов рассеяния радиоволн подстилающей поверхностью в задачах дистанционного зондирования [7], который мог бы рассматриваться в качестве метода повышения разрешающей способности РЛС, наиболее актуального при сопровождении целей на малых углах места, но он ограничен работоспособностью выведенной в этом методе структурной функции, применимой только для пологих неровностей поверхности произвольной высоты.In addition to the above, the method of small slopes is known for calculating the scattering of radio waves by the underlying surface in remote sensing problems [7], which could be considered as a method of increasing the radar resolution, most relevant when tracking targets at small elevation angles, but it is limited by the operability derived in This method of structural function, applicable only to gentle surface irregularities of arbitrary height.

Другой известный способ и устройство для определения угломестной ошибки многолучевого радиолокационного датчика, предполагающие занесение в память системы обработки сигнала значений ДН датчика в нескольких отстоящих одна от другой на заданные расстояния вертикальных плоскостях в нормированной параметрической форме в зависимости от угла места [8], также малоэффективны при решении задачи измерения угла места целей, так как ограничены в применении: долгосрочное накопление результатов радиолокационных измерений, позволяющее определить по соответствующей гистограмме угол переюстировки радиолокационного датчика, требует больших временных затрат.Another known method and device for determining the elevation error of a multi-beam radar sensor, which involves storing in the memory of the signal processing system the values of the sensor ID in several vertical planes spaced apart from each other by predetermined distances in a normalized parametric form depending on the elevation angle [8], is also ineffective when solving the problem of measuring the elevation angle of targets, as they are limited in application: long-term accumulation of the results of radar measurements, which allows to determine by realignment angle histogram corresponding radar sensor requires time-consuming.

Таким образом анализ уровня техники подтверждает новизну заявленной совокупности признаков в объеме двух самостоятельных пунктов формулы изобретения-способа и устройства для его осуществления, а неизвестность отличительных признаков в известных радиолокационных средствах для измерения угла места целей по вытекающему из формулы изобретения назначению является основанием для утвердительного вывода о соответствии заявленного изобретения критерию патентоспособности "изобретательский уровень".Thus, the analysis of the prior art confirms the novelty of the claimed combination of features in the volume of two separate claims of the invention-method and device for its implementation, and the unknown distinctive features in the known radar tools for measuring the elevation angle of the targets for the purposes arising from the claims is the basis for an affirmative conclusion about compliance of the claimed invention with the patentability criterion of "inventive step".

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства, реализующего заявляемый способ и представляющего собой структурную часть предлагаемой трехкоординатной импульсной РЛС, предназначенную для определения угла места и высоты цели;Figure 1 shows a functional diagram of a device that implements the inventive method and is a structural part of the proposed three-coordinate pulsed radar, designed to determine the elevation angle and height of the target;

на фиг.2 и 3 - отклики угломестной ДН антенной решетки с шириной луча εл=3°, соответственно, при εц=2° и εц=1°, поясняющие образование зоны нечувствительности измерений в области малых углов места цели, при осуществлении внутриимпульсного сканирования антенным лучом без дополнительной обработки суммы эхосигнала от цели и его отражения от плоской земной поверхности;figure 2 and 3 are the responses of the elevated antenna array bottom with a beam width ε l = 3 °, respectively, at ε c = 2 ° and ε c = 1 °, explaining the formation of a dead zone of measurements in the region of small target elevation angles, when intrapulse scanning with an antenna beam without additional processing of the sum of the echo signal from the target and its reflection from a flat earth surface;

на фиг.4 - угломестная пеленгационная характеристика, подтверждающая устойчивость зон нечувствительности измерений угла места цели при условиях, соответствующих фиг.2 и 3;figure 4 - elevation direction-finding characteristic, confirming the stability of the dead zones of measurements of the elevation angle of the target under conditions corresponding to figure 2 and 3;

на фиг.5 - угломестная пеленгационная характеристика, показывающая увеличение точности измерения углов места целей РЛС при работе по способу-прототипу в случае отражения принимаемого эхосигнала от плоской земной поверхности, рассчитанная при отношении сигнал-шум, равном 25 дБ;figure 5 - elevation direction-finding characteristic, showing an increase in the accuracy of measuring the elevation angles of radar targets when working according to the prototype method in the case of reflection of the received echo from a flat earth surface, calculated with a signal-to-noise ratio of 25 dB;

на фиг.6 и 7 - соответственно угломестная пеленгационная характеристика и проводка цели по высоте, свидетельствующие о снижении точности измерения угла места и высоты цели при осуществлении способа-прототипа при реальном рельефе земной поверхности;6 and 7, respectively, elevation direction-finding characteristic and height targeting, indicating a decrease in the accuracy of measuring the elevation angle and height of the target when implementing the prototype method with a real relief of the earth's surface;

на фиг.8 и 9 - соответственно угломестная пеленгационная характеристика и проводка цели по высоте, подтверждающие увеличение точности измерения угла места и высоты цели при осуществлении заявляемого способа при реальном рельефе земной поверхности, одинаковом с рельефом для фиг.6 и 7;Figs. 8 and 9, respectively, an elevation direction-finding characteristic and height posting of the target, confirming an increase in the accuracy of measuring the elevation angle and height of the target when implementing the inventive method with real terrain of the earth's surface, the same with the terrain for Fig.6 and 7;

на фиг.10 и 11 - соответственно угломестная пеленгационная характеристика и проводка цели по высоте, показывающие для сравнения снижение точности измерения угла места цели при осуществлении способа-аналога с режекцией переотраженного от земной поверхности принимаемого сигнала от цели, как помехового, при реальном рельефе земной поверхности, одинаковом с рельефом для фиг.6-9;10 and 11, respectively, an elevational direction-finding characteristic and height targeting showing, for comparison, a decrease in the accuracy of measuring the elevation angle of the target when implementing the method is analogous with the rejection of the received signal reflected from the earth’s surface from the target, as an interference signal, with a real relief of the earth’s surface identical with the relief for Fig.6-9;

на фиг.12 - профиль рельефа земной поверхности, взятого в качестве примера для фиг.6-11;in Fig.12 is a profile of the relief of the earth's surface, taken as an example for Fig.6-11;

на фиг.13 - амплитудные характеристики сканирующих фильтров с настройкой по заявляемому способу и без него, подтверждающие дополнительный выигрыш в отношении сигнал-шум.on Fig - amplitude characteristics of the scanning filters with the setting according to the claimed method and without it, confirming the additional gain in relation to signal-to-noise.

Предлагаемая РЛС для реализации заявляемого способа, в настоящем конкретном примере выполнения, представляющая собой трехкоординатную импульсную РЛС кругового обзора, преимущественно метрового диапазона волн в объеме ее структурной части, предназначенной для определения угла места цели и оценки на его основе высоты цели, содержит (см. фиг.1) N-элементную антенную решетку 1, подключенное к ней через блок антенных коммутаторов 2 передающее устройство 3 и соединенную с антенной решеткой 1 через СВЧ-переключатели многоканальную систему приема, преобразования и обработки сигналов для измерения координат цели, включающую в себя N приемных каналов. Каждый из приемных каналов содержит в направлении по ходу принимаемого сигнала последовательно соединенные приемник 4 и АЦП 5 с подключением формирователя тест-сигнала 7 к введенным в каналы перед приемником 4 направленным ответвителям 6, и процессора амплитудно-фазовой автоподстройки 8 к точкам съема преобразованного сигнала и устройствам комплексного умножения в каналах после АЦП 5. Приемные каналы подсоединены к измерителю угла места целей 9, схема которого содержит устройство, обеспечивающее формирование М угломестных каналов путем дискретного преобразования Фурье 10 с подсоединением приемных каналов к его входам через оптимальные к излучаемому сигналу фильтры сжатия 11. Каждый из угломестных каналов включает последовательно соединенные амплитудный детектор 12, и некогерентный накопитель 13 с подсоединением последнего к одному из входов устройства отбора максимального отклика на принятый сигнал сканирующей по углу места ДН антенной решетки 14. При этом к устройству, обеспечивающему формирование М угломестных каналов путем дискретного преобразования Фурье 10, подсоединено устройство расчета весовых коэффициентов пространственных фильтров 15, к которому, в свою очередь, подключено устройство загрузки и хранения цифровых карт местности 16, а устройство отбора максимального отклика на принятый сигнал сканирующей по углу места ДН антенной решетки 14 подсоединено ко входу устройства предварительной обработки, формирования и выдачи кодограмм со значениями измеренных координат 17, на второй вход которого поступают измеренные значения дальности и азимута цели с устройства 18, соединенного с приемными каналами на их участках перед фильтрами сжатия 11.The proposed radar for implementing the inventive method, in this specific embodiment, which is a three-coordinate pulsed radar all-round survey, mainly a meter wavelength range in the volume of its structural part, designed to determine the elevation angle of the target and estimate the height of the target based on it (see FIG. .1) N-element antenna array 1, a transmitting device 3 connected to it through the antenna switch unit 2 and connected to the antenna array 1 via microwave switches, a multi-channel receiving system a, converting and processing signals to measure the coordinates of the target, including N receiving channels. Each of the receiving channels contains, in the direction along the received signal, the receiver 4 and the ADC 5 connected in series with the test signal generator 7 connected to the directional couplers 6 inserted into the channels in front of the receiver 4 and the amplitude-phase auto-tuning processor 8 to the converted signal pickup points and devices complex multiplication in the channels after the ADC 5. The receiving channels are connected to a target angle meter 9, the circuit of which contains a device that provides the formation of M elevated channels by spark Fourier transform 10 with the connection of the receiving channels to its inputs through the compression filters 11 optimal to the emitted signal. Each of the elevation channels includes a series-connected amplitude detector 12, and an incoherent drive 13 with the latter connected to one of the inputs of the device for selecting the maximum response to the received scanning signal along the elevation angle of the bottom of the antenna array 14. At the same time, to the device providing the formation of M elevation channels by the discrete Fourier transform 10, ineno device for calculating the weight coefficients of spatial filters 15, to which, in turn, a device for loading and storing digital terrain maps 16 is connected, and a device for selecting the maximum response to the received signal of the antenna array 14 scanning along the elevation angle is connected to the input of the pre-processing device, forming and issuing codograms with the values of the measured coordinates 17, the second input of which receives the measured values of the range and azimuth of the target from the device 18 connected to the receiving channel mi in their areas before the compression filters 11.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.The inventive method is as follows.

Излученные с помощью передающего устройства 3 (см. фиг.1) сигналы после переключения посредством антенных коммутаторов 2 антенной решетки 1 в режим передачи принимают при включенных СВЧ-переключателях приемных каналов вернувшимися на антенную решетку 1 двумя путями: после отражения сигнала непосредственно от цели (эхосигнала) и после отражения эхосигнала от земной поверхности, таким образом образующих суперпозицию принятых прямого эхосигнала и отраженного от земной поверхности эхосигнала. После преобразования суммарных сигналов на видеочастоту последние с приемников 4 поступают на входы АЦП 5, в которых сигналы преобразуются в цифровой вид для подачи на вход измерителя угла места цели 9. Для устранения ошибок измерения угла места целей, обусловленных отклонениями характеристик аналоговых устройств приемного тракта от идеальных применяется процессор фазово-амплитудной автоподстройки 8, принцип работы которого основан на вычислении корректирующих комплексных коэффициентов для каждого из N приемных каналов, определение которых производится по специальному тест-сигналу, подаваемому с формирователя 7 в приемный тракт через направленные ответвители 6, и выравнивании амплитудных и фазовых характеристик приемных каналов за счет умножения входных сигналов на данные коэффициенты.The signals emitted by the transmitting device 3 (see FIG. 1), after switching through the antenna switches 2 of the antenna array 1 to the transmission mode, are received when the microwave switches of the receiving channels are turned on and return to the antenna array 1 in two ways: after reflection of the signal directly from the target (echo signal ) and after reflection of the echo from the earth's surface, thus forming a superposition of the received direct echo and reflected from the earth's surface echo. After converting the total signals to the video frequency, the latter from the receivers 4 are fed to the inputs of the ADC 5, in which the signals are converted to digital form for supplying the target 9 with the elevation meter. To eliminate errors in measuring the elevation of the targets due to deviations of the characteristics of the analog devices of the receiving path from ideal a phase-amplitude auto-tuning processor 8 is used, the principle of which is based on the calculation of correcting complex coefficients for each of the N receiving channels, the definition of toryh produced for special test signal supplied from the generator 7 to the receiving channel through directional couplers 6 and equalization of the amplitude and phase characteristics of the reception channels by multiplication of the input signals at data rates.

Таким образом, оцифрованные сигналы в виде последовательности из N комплексных электрических сигналов Хn, каждый из которых соответствует определенному каналу, подаются на вход измерителя угла места целей 9.Thus, the digitized signals in the form of a sequence of N complex electrical signals X n , each of which corresponds to a specific channel, are fed to the input of the elevator 9.

Последовательность сигналов Хn, полученная на выходах АЦП 5 и прошедшая обработку в оптимальных по отношению к излучаемому сигналу фильтрах сжатия 11, поступает на матрицу комплексных весовых коэффициентов αi=Wnm в устройстве 10 для образования последовательности из N комплексных электрических сигналов Ynm=Wnm×Xn, которые суммируют по числу приемных каналов в каждом из формируемых М каналов:The sequence of signals X n obtained at the outputs of the ADC 5 and processed in optimal compression filters 11 with respect to the emitted signal is fed to the matrix of complex weight coefficients α i = W nm in device 10 to form a sequence of N complex electrical signals Y nm = W nm × X n , which are summed by the number of receiving channels in each of the generated M channels:

Figure 00000006
Figure 00000006

При этом коэффициенты Wnm определяют в устройстве 15 по формуле (1): , где UН(ynm) и UЗ(ynm) рассчитывают в соответствии с формулами (2) и (3), используя информацию о рельефе позиции - h(x,z) из цифровых карт местности, хранящуюся в устройстве 16. На выходе из устройства 10 в каждом из М угломестных каналов производится амплитудное детектирование сигналов Ym в детекторе 12 и некогерентная обработка азимутальной пачки сигналов с помощью накопителя 13 для увеличения отношения сигнал-шум на выходе из детекторов 12. Далее в устройстве 14 производится анализ сигналов с целью отыскания фильтра с максимальной амплитудой выходного сигнала и выбранному фильтру ставится в соответствие определенный угол места. Измеренное таким образом значение угла места цели объединяется с соответствующими ему измеренными значениями дальности и азимута, поступающими из устройства 18, в устройстве предварительной обработки 17 и выдается в виде кодограммы внешним потребителям.In this case, the coefficients W nm are determined in the device 15 by the formula (1): , where U Н (y nm ) and U З (y nm ) are calculated in accordance with formulas (2) and (3) using the position elevation information - h (x, z) from digital terrain maps stored in device 16. At the output of the device 10, in each of the M elevation channels, the amplitude signals Y m are detected in the detector 12 and the azimuthal signal pack is incoherently processed by the drive 13 to increase the signal-to-noise ratio at the output of the detectors 12. Next, the device 14 analyzes the signals with the goal of finding a filter with a maximum output amplitude The signal and the selected filter are associated with a certain elevation angle. The target elevation angle value thus measured is combined with the corresponding measured range and azimuth values coming from the device 18 in the pre-processing device 17 and issued in the form of a codogram to external consumers.

Для пояснения причин снижения точности измерения угла места целей, находящихся под малыми углами в условиях многолучевого распространения эхосигналов и их отражений от земной поверхности с сложным рельефом и обоснования повышения эффективности измерения угла места целей при осуществлении заявляемого способа в результате увеличения точности измерения и отношения сигнал-шум в сравнении с известными методами измерения угла места целей, на фиг.2-13 приведены результаты математического моделирования измерителя угла места целей, функциональная схема которого показана на фиг.1, с привлечением экспериментальных данных, полученных в результате записи амплитудно-фазовых распределений сигналов по апертуре антенной решетки РЛС, отраженных от реальных воздушных целей по трассе их полета. При этом ширина приемного луча антенной решетки в угломестной плоскости составила 3°, а все параметры, используемые в модели, соответствуют характеристикам серийно выпускаемой РЛС.To explain the reasons for reducing the accuracy of measuring the elevation angle of targets at small angles in the conditions of multipath propagation of echo signals and their reflections from the earth’s surface with a complex relief and substantiating the increase in the efficiency of measuring the elevation angle of targets when implementing the inventive method as a result of increased measurement accuracy and signal-to-noise ratio in comparison with the known methods for measuring the elevation angle of the targets, figure 2-13 shows the results of mathematical modeling of a measuring angle of elevation of targets Ordering circuit is shown in Figure 1, using experimental data obtained as a result of recording an amplitude-phase distribution of the aperture radar antenna signals grating, reflected from the real airborne targets on their flight path. The width of the receiving beam of the antenna array in the elevation plane was 3 °, and all parameters used in the model correspond to the characteristics of a commercially available radar.

Значительный вклад в полную ошибку измерения угла места целей вносит ошибка, обусловленная отражениями эхосигнала от земной поверхности. Данная ошибка зависит от координат цели, рельефа и характера позиции вокруг РЛС, метеоусловий и ряда других факторов. Для метрового диапазона этот эффект усиливается тем, что модуль теоретического коэффициента отражения сигнала от земной поверхности близок к единице в достаточно большом секторе углов падения волн.A significant contribution to the total error in measuring the elevation angle of the targets is made by the error due to reflections of the echo signal from the earth's surface. This error depends on the coordinates of the target, the terrain and the nature of the position around the radar, weather conditions and a number of other factors. For the meter range, this effect is enhanced by the fact that the modulus of the theoretical reflection coefficient of the signal from the earth's surface is close to unity in a sufficiently large sector of the angles of incidence of the waves.

То есть принципиальным обстоятельством, ограничивающим точность измерения малых углов места воздушных объектов, является существование эхосигналов, отраженных от земной поверхности, - "земных" сигналов. Интерферируя с сигналами, поступающими непосредственно от цели, - "небесными" сигналами, они ("земные" сигналы) приводят к образованию в области малых углов места зоны нечувствительности, в которой результаты измерения практически не зависят от истинного направления на цель.That is, a fundamental circumstance limiting the accuracy of measuring small elevation angles of airborne objects is the existence of echo signals reflected from the earth's surface - “earth” signals. Interfering with signals arriving directly from the target — “celestial” signals, they (“terrestrial” signals) lead to the formation of a dead zone in the region of small angles of the elevation, in which the measurement results are practically independent of the true direction to the target.

Для объяснения причины этого эффекта охарактеризуем принципы работы и выходные сигналы измерителя угла места целей, основанного на внутриимпульсном сканировании антенным лучом в вертикальной плоскости и измерении положения максимума огибающей выходного сигнала. При этом на выходе измерителя образуется импульс S(ε(t)), форма которого описывается угломестной ДН антенной решетки, а положение максимума однозначно связано с углом места цели εц. При наличии отражений от подстилающей поверхности, вследствие принципа суперпозиции, на выходе измерителя возникают два импульса, соответствующие "небесному" и "земному" сигналам.To explain the reasons for this effect, we characterize the operating principles and output signals of the target elevator based on intrapulse scanning by the antenna beam in the vertical plane and measuring the position of the maximum envelope of the output signal. In this case, an impulse S (ε (t)) is formed at the output of the meter, the shape of which is described by the altitude pattern of the antenna array, and the position of the maximum is uniquely associated with the elevation angle of the target ε c . In the presence of reflections from the underlying surface, due to the principle of superposition, two pulses appear at the output of the meter, corresponding to “heavenly” and “earthly” signals.

Для цели, находящейся под углом места большим полуширины ДН в угломестной плоскости (например, при εц=2°), эти импульсы разрешимы и наличие "земного" сигнала не оказывает существенного влияния на положение максимума "небесного" сигнала, (см. фиг.2). При уменьшении угла места цели сигналы сближаются и при значении угла места, равном или меньшем полуширины антенного луча

Figure 00000008
(например, при εц=1°) образуют единый импульс с максимумом на нулевом угле места (см. фиг.3).For a target located at an elevation angle greater than the half-width of the beam in the elevation plane (for example, at ε c = 2 °), these pulses are solvable and the presence of an “earth” signal does not significantly affect the position of the maximum of the “heavenly” signal, (see Fig. 2). With a decrease in the elevation angle of the target, the signals approach each other even if the elevation angle is equal to or less than the half-width of the antenna beam
Figure 00000008
(for example, when ε c = 1 °) form a single pulse with a maximum at zero elevation angle (see figure 3).

При дальнейшем уменьшении угла места цели максимум огибающей сигнала практически перестает смещаться и не зависит от истинного направления на цель. Этим и объясняется наличие зоны нечувствительности.With a further decrease in the elevation angle of the target, the maximum envelope of the signal practically ceases to shift and does not depend on the true direction to the target. This explains the presence of a dead zone.

Для иллюстрации данного эффекта на фиг.4 приведена угломестная пеленгационная характеристика, то есть зависимость измеренного угла места (εизм) от истинного (εист), для случая горизонтальной плоской идеально проводящей отражающей поверхности.To illustrate this effect, Fig. 4 shows an elevational direction-finding characteristic, that is, the dependence of the measured elevation angle (ε meas ) on the true (ε ist ), for the case of a horizontal flat ideally conducting reflective surface.

Таким образом, наличие отражения от земной поверхности приводит к тому, что на элементах антенной решетки происходит сложение двух эхосигналов - прямого и отраженного, что создает проблему обработки суммарного сигнала, приводящую к снижению точности при измерении угла места целей. Поэтому для достижения высоких точностей измерения угла места целей в условиях отражения эхосигналов от подстилающей поверхности обработка принятого суммарного сигнала должна производиться иным способом.Thus, the presence of reflection from the earth's surface leads to the fact that two echo signals, direct and reflected, are added to the elements of the antenna array, which creates a problem of processing the total signal, leading to a decrease in accuracy when measuring the elevation angle of targets. Therefore, in order to achieve high accuracy in measuring the elevation angle of targets in conditions of reflection of echo signals from the underlying surface, the processing of the received total signal should be carried out in a different way.

При осуществлении способа-прототипа происходит повышение точности измерения: см. угломестную пеленгационную характеристику на фиг.5, рассчитанную при отношении сигнал-шум, равном 25 дБ. Но обеспечение работоспособности способа-прототипа с учетом отражений принимаемого эхосигнала от земной поверхности происходит только при земной поверхности, близкой к идеально ровной отражающей площадке.When implementing the prototype method, the measurement accuracy is improved: see elevation direction-finding characteristic in figure 5, calculated with a signal-to-noise ratio of 25 dB. But ensuring the operability of the prototype method, taking into account the reflections of the received echo signal from the earth's surface, occurs only when the earth's surface is close to a perfectly flat reflective area.

Действительно, переход к подстилающей поверхности в виде частного примера реального рельефа земной поверхности, приводит к отрицательному результату применения способа-прототипа: см. угломестную пеленгационную характеристику и проводку цели по высоте на фиг.6 и 7. Это объясняется тем, что при более сложном рельефе позиции РЛС происходит несовпадение параметров реальной отражающей поверхности с параметрами пространственных фильтров, рассчитанных для ровной отражающей поверхности. Это приводит к рассогласованию фильтров по отношению к принятому сигналу и, как следствие, к снижению точности измерения угла места и высоты полета цели.Indeed, the transition to the underlying surface in the form of a particular example of a real relief of the earth’s surface leads to a negative result of the application of the prototype method: see elevation direction finding characteristic and height targeting in FIGS. 6 and 7. This is explained by the fact that with a more complex relief the position of the radar, there is a mismatch between the parameters of the real reflective surface and the parameters of the spatial filters calculated for a flat reflective surface. This leads to a mismatch of the filters with respect to the received signal and, as a result, to a decrease in the accuracy of measuring the elevation angle and altitude of the target.

Аналогичные характеристики (см. фиг.8 и 9) для того же частного примера реального рельефа земной поверхности, свидетельствуют о положительном результате применения заявляемого способа, объясняемом тем, что весовые коэффициенты пространственных фильтров рассчитаны в данном случае с учетом параметров реальной отражающей площадки.Similar characteristics (see Figs. 8 and 9) for the same particular example of a real relief of the earth’s surface indicate a positive result of the application of the proposed method, explained by the fact that the weight coefficients of spatial filters are calculated in this case taking into account the parameters of the real reflecting area.

Технический результат при осуществлении заявляемого способа такой же и в сравнении с пеленгационной характеристикой и проводкой цели по высоте (см. фиг.10 и 11), характеризующимися более низкой точностью определения угла места цели при осуществлении способа-аналога, основанного на режекции отраженного от земной поверхности эхосигнала цели, как мешающего (помехового), а не полезного - в заявляемом случае для того же частного примера земной поверхности, рельеф которой, общий для всех приведенных вышеописанных случаев, показан на фиг.12.The technical result in the implementation of the proposed method is the same in comparison with the direction-finding characteristic and posting of the target in height (see Fig. 10 and 11), characterized by lower accuracy in determining the elevation angle of the target in the implementation of the analogue method, based on the notch reflected from the earth's surface echo of the target, as an interfering (interfering), but not useful - in the present case for the same particular example of the earth's surface, the relief of which, common to all of the above cases, is shown in Fig. 12.

Таким образом, сопоставительный анализ с прототипом и указанным аналогом показывает, что заявленное изобретение отличается новыми операциями и порядком их проведения с остальными операциями способа. Кроме того, сравнение заявленного способа с другими аналогами показывает, что отсутствуют технические решения с признаками, одинаковыми с признаками, отличающими заявленный способ от прототипа.Thus, a comparative analysis with the prototype and the specified analogue shows that the claimed invention is characterized by new operations and the order of their implementation with the rest of the operations of the method. In addition, a comparison of the claimed method with other analogues shows that there are no technical solutions with features identical with those that distinguish the claimed method from the prototype.

Моделирование дало следующие показанные в таблице величины ошибок определения высоты полета целей для различных дальностных участков целей σН, летящих по изовысотной траектории на высоте 10 км в радиальном направлении на РЛС.The simulation yielded the following error values for determining the flight altitude of the targets shown in the table for various long-range sections of targets σ N flying along an altitude path at an altitude of 10 km in the radial direction on the radar.

ТаблицаTable D, кмD, km σн, мσ n , m Способ-прототип (см. фиг.7)Prototype method (see Fig.7) Способ-аналог с режекцией (см. фиг.11)Analogous method with notch (see Fig. 11) Заявленный способ (см. фиг.9)The claimed method (see Fig.9) 30-10030-100 443443 188188 167167 100-200100-200 659659 519519 204204 200-300200-300 459459 10851085 537537 30-30030-300 529529 702702 345345

Кроме того, моделирование показало возможность достижения с помощью предлагаемого изобретения достаточно высоких точностей измерения угла места целей независимо от характера рельефа отражающей поверхности, в частности:In addition, the simulation showed the possibility of achieving, with the help of the present invention, sufficiently high accuracy of measuring the elevation angle of the targets, regardless of the nature of the relief of the reflecting surface, in particular:

Figure 00000009
(что составляет 1/10 от ширины луча), при σН=345 м (в сравнении с σН =529 м в способе-прототипе), то есть подтверждается достижение поставленной цели.
Figure 00000009
(which is 1/10 of the beam width), with σ Н = 345 m (in comparison with σ Н = 529 m in the prototype method), that is, the achievement of the goal is confirmed.

На фиг.13 приведены амплитудные характеристики, определяющие зависимость от угла места амплитуды сигнала на выходе измерителя для случая сканирования пространственными фильтрами, оптимальными для свободного пространства и при наличии переотражений от земной поверхности, подтверждающие дополнительный выигрыш в отношении сигнал-шум.Figure 13 shows the amplitude characteristics that determine the dependence on the elevation angle of the signal amplitude at the meter output for scanning with spatial filters that are optimal for free space and in the presence of reflections from the earth's surface, confirming an additional gain in signal-to-noise ratio.

Источники информацииInformation sources

1. Хайнер Кушел, VHF/UHF radar. Part 1: Characteristics. - "ELECTRONICS & COMMUNICATION ENGINEERING JOURNAL", April 2002, p.61-72.1. Heiner Kushel, VHF / UHF radar. Part 1: Characteristics. - "ELECTRONICS & COMMUNICATION ENGINEERING JOURNAL", April 2002, p. 61-72.

2. Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация М., Радио и связь, 1984 г., с.119-125.2. Leonov A.I., Fomichev K.I. Monopulse radar M., Radio and communications, 1984, S. 119-125.

3. Патент РФ №2080619, МПК G 01 S 13/44, опубл. 1997 г.3. RF patent No. 2080619, IPC G 01 S 13/44, publ. 1997 year

4. Патент США №3836929, МПК G 01 S 3/06, опубл. 1974 г.4. US patent No. 3836929, IPC G 01 S 3/06, publ. 1974

5. Авторское свидетельство СССР №135957, авторы Зачепицкий А.А. и др., МПК G 01 S 3/14, (передано в открытый фонд ФИПС исх. ОРСД ФИПС №10171/38 от 15.12.03 г.).5. Copyright certificate of the USSR No. 135957, authors A. Zachepitsky and others, IPC G 01 S 3/14, (transferred to the FIPS open fund, outgoing. FIPS OSDS No. 10171/38 of 12.15.03).

6. Патент США №4316191, МПК G 01 S 3/06, опубл. 1982 г.6. US patent No. 4316191, IPC G 01 S 3/06, publ. 1982 g.

7. Колмыков А.И., Фукс И.М. Проблемы рассеяния радиоволн подстилающей поверхностью в задачах дистанционного зондирования. Научно-технический сборник. Международная научно-техническая конференция "Современная радиолокация 94" Киев, 1994 г., Выпуск 1, с.10-11.7. Kolmykov A.I., Fuchs I.M. Problems of scattering of radio waves by the underlying surface in remote sensing problems. Scientific and technical collection. International scientific and technical conference "Modern Radar 94" Kiev, 1994, Issue 1, pp. 10-11.

8. Заявка ЕПВ №1118020, МПК G 01 S 13/48, G 01 S 3/42, опубл. 2001 г.8. Application EPO No. 1118020, IPC G 01 S 13/48, G 01 S 3/42, publ. 2001 year

Claims (2)

1. Способ измерения угла места целей при наличии отражений принимаемого эхосигнала от земной поверхности на основе настройки измерителя угла места целей на интервал углов прихода эхосигнала с учетом отражений принимаемого эхосигнала от земной поверхности и измерения угла места цели преимущественно в метровом диапазоне волн при обнаружении низколетящих целей путем пространственной фильтрации в угломестной плоскости и определения положения максимума отклика сканирующей в вертикальной плоскости угломестной диаграммы направленности антенной решетки, отличающийся тем, что пространственную фильтрацию осуществляют на основе комплексного сопряжения суммы принятого от цели эхосигнала и его отражения от подстилающей поверхности, модельно приближенной к реальному рельефу земной поверхности позиции РЛС, при этом пространственные фильтры формируют в соответствии с весовыми комплексными коэффициентами αi, которые определяют с привлечением априорной информации, содержащейся в цифровых картах местности, по формуле1. A method for measuring the target elevation angle in the presence of reflections of the received echo signal from the earth’s surface based on the settings of the target elevation angle meter for the interval of the echo signal arrival angles taking into account reflections of the received echo signal from the earth’s surface and measuring the target elevation angle mainly in the meter wavelength range when detecting low-flying targets by spatial filtering in the elevation plane and determining the position of the maximum response of the scanning in the vertical plane elevation radiation pattern antenna array, characterized in that the spatial filtering is carried out on the basis of complex conjugation of the sum of the echo signal received from the target and its reflection from the underlying surface, model close to the real terrain of the earth's surface, the position of the radar, while spatial filters are formed in accordance with weighted complex coefficients α i , which are determined using a priori information contained in digital maps of the area, according to the formula
Figure 00000010
Figure 00000010
где черта сверху означает комплексное сопряжение,where the bar above means complex conjugation, при этом
Figure 00000011
- напряжение, создаваемое на i-м приемном элементе антенной решетки волной, отраженной непосредственно от цели;
Figure 00000012
- напряжение, создаваемое на i-м приемном элементе антенной решетки волной, переотраженной от земной поверхности,
wherein
Figure 00000011
- voltage generated at the ith receiving element of the antenna array by a wave reflected directly from the target;
Figure 00000012
- the voltage generated at the i-th receiving element of the antenna array by a wave reflected from the earth's surface,
где εц - угол в вертикальной плоскости прихода волны, отраженной непосредственно от цели;where ε C is the angle in the vertical plane of arrival of the wave reflected directly from the target; εн(х,z) - угол наклона элементарной площадки dxdz земной поверхности;ε n (x, z) is the angle of inclination of the elementary site dxdz of the earth's surface; Rx,y,z - радиус-вектор расположения приемного элемента антенной решетки относительно площадки dxdz земной поверхности;R x, y, z is the radius vector of the location of the receiving element of the antenna array relative to the site dxdz of the earth's surface; h(x,z)- перепад высот рельефа земной поверхности.h (x, z) is the elevation of the relief of the earth's surface.
2. Импульсная наземная трехкоординатная радиолокационная станция, обеспечивающая измерение угла места при обнаружении низколетящих целей в условиях отражений принимаемого эхосигнала от земной поверхности, содержащая N-элементную антенную решетку, передающее устройство и многоканальную систему приема, преобразования и обработки радиолокационных сигналов для обнаружения целей и измерения их координат с учетом отражений принимаемого эхосигнала от земной поверхности, отличающаяся тем, что многоканальная система приема, преобразования и обработки радиолокационных сигналов для измерения угла места цели и определения на его основе высоты цели выполнена в виде соединенных через антенные коммутаторы с антенной решеткой N приемных каналов, включающий каждый в направлении по ходу принимаемого сигнала последовательно соединенные приемник и аналого-цифровой преобразователь с подключением формирователя тест-сигнала к введенным в каналы перед приемником направленным ответвителям и процессора амплитудно-фазовой автоподстройки к точкам съема преобразованного сигнала и устройствам комплексного умножения в каналах после аналого-цифрового преобразователя, причем приемные каналы подсоединены к измерителю угла места целей, который содержит устройство формирования М угломестных каналов путем дискретного преобразования Фурье, соединенное своими входами через оптимальные к излучаемому сигналу фильтры сжатия с выходами N приемных каналов и своими выходами с входами М угломестных каналов, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные амплитудный детектор и некогерентный накопитель с подсоединением последнего к одному из входов устройства отбора максимального отклика на принятый сигнал сканирующей по углу места диаграммы направленности антенной решетки для определения угла места цели, при этом к устройству формирования М угломестных каналов путем дискретного преобразования Фурье подсоединено устройство расчета весовых коэффициентов пространственных фильтров, к которому, в свою очередь, подключено устройство загрузки и хранения цифровых карт местности, а устройство отбора максимального отклика на принятый сигнал сканирующей по углу места диаграммы направленности антенной решетки подсоединено к входу устройства предварительной обработки, формирования и выдачи кодограмм со значениями измеренных координат, на второй вход которого поступают измеренные значения дальности и азимута цели.2. Pulsed ground-based three-coordinate radar station, providing a measurement of the elevation angle when detecting low-flying targets in conditions of reflections of the received echo signal from the earth's surface, containing an N-element antenna array, a transmitting device and a multi-channel system for receiving, converting and processing radar signals to detect targets and measure them coordinates taking into account the reflections of the received echo from the earth's surface, characterized in that the multichannel receiving system, conversion and processing radar signals for measuring the target elevation angle and determining the target height based on it, N receiving channels connected through antenna switches with an antenna array, including each receiver and an analog-to-digital converter connected in the direction along the received signal with the test driver connected -signal to directional couplers introduced into the channels in front of the receiver and the amplitude-phase auto-processor to the pick-up points of the converted signal and three multiplications of complex multiplication in the channels after the analog-to-digital converter, the receiving channels being connected to a target elevation meter, which contains a device for generating M elevated channels by a discrete Fourier transform connected to its inputs via compression filters optimal to the emitted signal with the outputs of N receiving channels and their outputs with inputs of M elevation channels, each of which includes a series-connected amplitude detector and an incoherent drive with a subwoofer By inversion of the latter, to one of the inputs of the device for selecting the maximum response to the received signal of the antenna array scanning along the elevation to determine the target elevation angle, while the device for generating M elevated channels by means of a discrete Fourier transform is connected to a device for calculating the weight coefficients of spatial filters, to which, in turn, a device for loading and storing digital maps of the area is connected, and a device for selecting the maximum response to the received scan signal the antenna array that is angular in elevation is connected to the input of the preliminary processing device, generating and issuing codograms with the values of the measured coordinates, the second input of which receives the measured values of the target range and azimuth.
RU2005100544/09A 2005-01-11 2005-01-11 Mode of measuring of the position of targets at availability of reflections of received echo-signal from surface and an impulse surface three-coordinate radar station for its realization RU2291464C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005100544/09A RU2291464C2 (en) 2005-01-11 2005-01-11 Mode of measuring of the position of targets at availability of reflections of received echo-signal from surface and an impulse surface three-coordinate radar station for its realization

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005100544/09A RU2291464C2 (en) 2005-01-11 2005-01-11 Mode of measuring of the position of targets at availability of reflections of received echo-signal from surface and an impulse surface three-coordinate radar station for its realization

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005100544A RU2005100544A (en) 2006-06-20
RU2291464C2 true RU2291464C2 (en) 2007-01-10

Family

ID=36713886

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005100544/09A RU2291464C2 (en) 2005-01-11 2005-01-11 Mode of measuring of the position of targets at availability of reflections of received echo-signal from surface and an impulse surface three-coordinate radar station for its realization

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2291464C2 (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2444754C1 (en) * 2010-07-29 2012-03-10 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (ОАО "КБ "Связь") Method for detection and spatial localisation of air objects
RU2444753C1 (en) * 2010-07-29 2012-03-10 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (ОАО "КБ "Связь") Radio monitoring method of air objects
RU2444755C1 (en) * 2010-07-29 2012-03-10 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (ОАО "КБ "Связь") Method for detection and spatial localisation of air objects
RU2470321C2 (en) * 2011-03-04 2012-12-20 Открытое акционерное общество "НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод имени Коминтерна" (ОАО "НПО НИИИП - НЗиК") Method for radar detection of targets and device for realising said method
RU2474841C2 (en) * 2009-02-17 2013-02-10 Георгий Михайлович Межлумов Method for radar scanning of space and apparatus for realising said method
RU2580443C2 (en) * 2012-06-29 2016-04-10 Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина" (ПАО "НПО"Алмаз") Use of transfunctions to solve antenna tasks
RU2674007C1 (en) * 2017-12-11 2018-12-04 Андрей Викторович Быков Located at big elevation angles radar targets elevation angle measuring method
RU2717823C1 (en) * 2019-11-01 2020-03-26 Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский центр «РЕЗОНАНС» (ЗАО НИЦ «РЕЗОНАНС») Method of measuring elevation angle of aerial object in meter range of electromagnetic waves
RU2720948C1 (en) * 2019-12-08 2020-05-15 Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский центр «РЕЗОНАНС» (ЗАО НИЦ «РЕЗОНАНС») Method of measuring elevation angle of aerial object in meter range of electromagnetic waves using electronic map of area
RU2758832C1 (en) * 2020-12-10 2021-11-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" Method for determining the location of a scanning radar by a passive multipath direction finder
RU2761955C1 (en) * 2021-04-15 2021-12-14 Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина" (ПАО "НПО "Алмаз") Method for determining the flight altitude of a low-flying target of a monopulse tracking radar

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110703262B (en) * 2019-11-12 2023-02-14 南通赛洋电子有限公司 Multi-beam sounding method with improved efficiency

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2474841C2 (en) * 2009-02-17 2013-02-10 Георгий Михайлович Межлумов Method for radar scanning of space and apparatus for realising said method
RU2444754C1 (en) * 2010-07-29 2012-03-10 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (ОАО "КБ "Связь") Method for detection and spatial localisation of air objects
RU2444753C1 (en) * 2010-07-29 2012-03-10 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (ОАО "КБ "Связь") Radio monitoring method of air objects
RU2444755C1 (en) * 2010-07-29 2012-03-10 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (ОАО "КБ "Связь") Method for detection and spatial localisation of air objects
RU2470321C2 (en) * 2011-03-04 2012-12-20 Открытое акционерное общество "НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод имени Коминтерна" (ОАО "НПО НИИИП - НЗиК") Method for radar detection of targets and device for realising said method
RU2580443C2 (en) * 2012-06-29 2016-04-10 Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина" (ПАО "НПО"Алмаз") Use of transfunctions to solve antenna tasks
RU2674007C1 (en) * 2017-12-11 2018-12-04 Андрей Викторович Быков Located at big elevation angles radar targets elevation angle measuring method
RU2717823C1 (en) * 2019-11-01 2020-03-26 Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский центр «РЕЗОНАНС» (ЗАО НИЦ «РЕЗОНАНС») Method of measuring elevation angle of aerial object in meter range of electromagnetic waves
RU2720948C1 (en) * 2019-12-08 2020-05-15 Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский центр «РЕЗОНАНС» (ЗАО НИЦ «РЕЗОНАНС») Method of measuring elevation angle of aerial object in meter range of electromagnetic waves using electronic map of area
RU2758832C1 (en) * 2020-12-10 2021-11-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" Method for determining the location of a scanning radar by a passive multipath direction finder
RU2761955C1 (en) * 2021-04-15 2021-12-14 Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина" (ПАО "НПО "Алмаз") Method for determining the flight altitude of a low-flying target of a monopulse tracking radar
RU2761955C9 (en) * 2021-04-15 2022-02-22 Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина" (ПАО "НПО "Алмаз") Method for determining the flight altitude of a low-flying target of a monopulse tracking radar

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005100544A (en) 2006-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2291464C2 (en) Mode of measuring of the position of targets at availability of reflections of received echo-signal from surface and an impulse surface three-coordinate radar station for its realization
US10571544B2 (en) Direction finding using signal power
CN107037396B (en) Angle of arrival estimation
US5929810A (en) In-flight antenna optimization
US11454702B2 (en) Synthetic aperture radar method and synthetic aperture radar device
CN109856605B (en) Quadratic fitting curve pointing correction method for simultaneous digital multi-beam forming
CN111948619B (en) Passive cooperative detection method and system for targets under irradiation of multiple types of external radiation sources
US20090315755A1 (en) Method for determining the position, notably in terms of elevation, of a target flying at very low altitude
JP2005033805A (en) Superdirective circular receiving antenna array
EP1608996A2 (en) Approach radar with array antenna having rows and columns skewed relative to the horizontal
Nickel Array processing for radar: achievements and challenges
Ryzhikov et al. Measurement of angular coordinates of point targets in the onboard weather navigation radar based on a multi-channel phased antenna array with an assimetic pattern
CN111693979B (en) Digital array monopulse angle measurement method based on Taylor expansion
RU136588U1 (en) DEVICE FOR MEASURING SMALL ANGLES OF PURPOSE TARGETS IN RADAR STATIONS
CN116430303A (en) Broadband planar array multi-beam forming method and amplitude comparison angle measurement method
CN112965028B (en) Multi-beam phased array difference and ratio angle estimation method
CN111948620B (en) Target passive cooperative detection method and system based on multiple types of external radiation sources
Frid et al. Determining installation errors for DOA estimation with four-quadrant monopulse arrays by using installed element patterns
JP2005189107A (en) Radar system
CN114325560A (en) Super-resolution target direction finding method for beam scanning radar
US6356227B1 (en) Smearing compensation apparatus for a radar system
RU2539558C1 (en) Method of forming three-dimensional image of earth's surface and air environment using antenna array
Zhou et al. Research on interferometer direction finding technology based on digital beam forming
RU2682239C1 (en) Low-flying target accurate tracking method by elevation angle under interference conditions
RU2316019C1 (en) Method for measurement of object altitude on the basis of multichannel radar

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PD4A Correction of name of patent owner