RU2317566C1

RU2317566C1 - Mode of measuring of angular attitude of radar targets with a two-coordinate radar of meter range

Info

Publication number: RU2317566C1
Application number: RU2006122667/09A
Authority: RU
Inventors: Александр Аронович Зачепицкий; Ирина Александровна Рунова
Original assignee: ОАО "Конструкторское бюро "Лианозовские радары"
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2008-02-20

Abstract

FIELD: the invention refers to radiolocation and may be used in two-coordinate radar stations of meter range with an antenna array consisting of two subarrays with phase centers spread along the height for measuring of the angular attitude of radar targets.

SUBSTANCE: the achievable technical result of the proposed invention is significant reduction of the number of ambiguities at definition of the angular attitude of the target in the radar set of meter range due to working on two-three frequencies. The indicated result is achieved due to measuring of relation of the amplitudes of the signals in the subarrays of the antenna according to which with taking into consideration the known form of the direction of the subarrays they define the set of possible values of the angular attitudes of the target on several frequencies and adopt as true value the angular attitude coinciding on all frequencies.

EFFECT: significant reduction of the number of ambiguities.

5 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в двухкоординатных радиолокационных станциях (РЛС) метрового диапазона с антенной решеткой, состоящей из двух подрешеток с разнесенными по высоте фазовыми центрами, для измерения угла места радиолокационных целей.The invention relates to radar and can be used in two-coordinate meter radars (radar) with an antenna array consisting of two sublattices with phase centers spaced apart in height to measure the elevation angle of radar targets.

В частном, но имеющем практическое значение случае в качестве подрешеток могут быть использованы горизонтальные строки двухстрочечной антенны.In a particular, but practical case, horizontal rows of a two-line antenna can be used as sublattices.

Известен способ измерения угла места цели с помощью гониометра [1], который использовался ранее в РЛС П-12 [2], имеющей антенну, изображенную на фиг.1.A known method of measuring the elevation angle of a target using a goniometer [1], which was previously used in the P-12 radar [2], having the antenna depicted in figure 1.

Гониометр позволял измерить отношение амплитуд эхо-сигналов цели, принятых строками антенны. По известной форме диаграмм направленности строк антенны и измеренному отношению амплитуд определялся угол места цели. Однако, поскольку диаграммы направленности строк антенны имеют осциллирующий характер (из-за интерференции прямого и отраженного от земли луча), угол места цели определяется неоднозначно - одному измеренному отношению сигналов соответствует несколько углов места (один из них истинный, остальные аномальные (ложные)). Поэтому по опыту эксплуатации гониометр вместе с задачей измерения угла места (высоты) цели был исключен из состава РЛС П-12 и ее дальнейших модификаций (РЛС П-18).The goniometer made it possible to measure the ratio of the amplitudes of the target echo signals received by the antenna lines. Using the well-known shape of the antenna line patterns and the measured amplitude ratio, the elevation angle of the target was determined. However, since the radiation patterns of the antenna lines are oscillatory (due to interference from the direct and reflected rays from the earth), the target elevation angle is ambiguous - several measured elevation angles correspond to one measured signal ratio (one of them is true, the rest are abnormal (false)). Therefore, according to the operating experience, the goniometer, together with the task of measuring the elevation (height) angle of the target, was excluded from the P-12 radar and its further modifications (P-18 radar).

При разработке радиовысотомеров с электронным сканированием луча в вертикальной плоскости, работающих в комплексе с дальномером метрового диапазона, задача измерения угла места дальномером становится вновь особенно актуальной. Возможность измерения угла места дальномером, хотя бы грубо и частично неоднозначно, позволила бы за счет целеуказания высотомеру существенно сократить сектор поиска цели по углу места и, соответственно, увеличить производительность и зону измерения высоты системой дальномер-высотомер.When developing radio altimeters with electronic scanning of a beam in a vertical plane, working in conjunction with a meter rangefinder, the task of measuring the elevation angle by a rangefinder becomes again especially relevant. The ability to measure the elevation angle by a range finder, at least roughly and partially ambiguously, would make it possible to significantly reduce the target search sector by elevation angle by targeting the altimeter and, accordingly, increase the performance and height measurement area by the range finder-altimeter system.

Принимая в качестве прототипа гониометрический способ измерения угла места цели, который по сути дела сводится к измерению отношения амплитуд сигналов в строках антенны и легко реализуется современными цифровыми технологиями, предлагаемое изобретение позволяет преодолеть или значительно снизить неоднозначность измерения угла места, присущую этому методу, за счет работы на двух-трех частотах. При этом аномальные значения измеренного угла не будут совпадать на разных частотах, а значения, соответствующие истинному углу места цели, будут повторяться на разных частотах всегда.Taking as a prototype a goniometric method for measuring the target elevation angle, which essentially reduces to measuring the ratio of signal amplitudes in the antenna lines and is easily implemented by modern digital technologies, the present invention overcomes or significantly reduces the ambiguity of elevation measurement inherent in this method due to the work at two to three frequencies. Moreover, the anomalous values of the measured angle will not coincide at different frequencies, and the values corresponding to the true elevation angle of the target will be repeated at different frequencies always.

Этот принцип проиллюстрирован на фиг.2. На фиг.2(а) показаны диаграммы направленности строк дальномера на одной из частот рабочего диапазона. Цель расположена на некотором произвольном угле θ₀, показанном на графике стрелкой. Измеряется отношение амплитуд эхо-сигналов и по известной форме диаграмм направленности строк определяется набор углов места θ₀, θ₁,...θ_N, для которых отношение сигналов имеет такое же значение, как и измеренное.This principle is illustrated in FIG. Figure 2 (a) shows the radiation patterns of the lines of the range finder at one of the frequencies of the operating range. The target is located at some arbitrary angle θ ₀ shown in the graph by the arrow. The ratio of the amplitudes of the echo signals is measured, and the set of elevation angles θ ₀ , θ ₁ , ... θ _N , for which the signal ratio has the same value as the measured _one , is determined from the known shape of the line patterns.

На фиг.2(б) представлены аналогичные диаграммы направленности на другой частоте диапазона. На этой частоте также измерено отношение амплитуд сигналов и определен другой набор углов места θ₀′, θ₁′,...θ_N′. Из сравнения графиков видно, что совпадение найденных углов места наблюдается только в точке истинного положения цели.Figure 2 (b) presents similar radiation patterns at a different frequency range. The ratio of signal amplitudes was also measured at this frequency and a different set of elevation angles θ ₀ ′, θ ₁ ′, ... θ _N ′ was determined. A comparison of the graphs shows that the coincidence of the found elevation angles is observed only at the point of the true position of the target.

В реальности измеренное отношение амплитуд сигналов имеет шумовое размытие тем большее, чем меньше отношение сигнал/шум на трассе полета цели. Это уменьшает точность определения углов места и может привести к совпадению ложных измерений даже при работе на двух частотах. В этом случае для уменьшения числа аномальных измерений целесообразно провести измерение на третьей частоте.In reality, the measured ratio of signal amplitudes has noise blur, the greater the smaller the signal-to-noise ratio on the target’s flight path. This reduces the accuracy of determining elevation angles and can lead to the coincidence of false measurements even when operating at two frequencies. In this case, to reduce the number of abnormal measurements, it is advisable to measure at the third frequency.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является значительное снижение числа неоднозначностей при определении угла места цели в РЛС метрового диапазона за счет работы на двух-трех частотах, в результате чего аномальные измерения становятся по сути единичными и могут быть отсеяны, например, по результатам трассовой обработки.The technical result of the invention is a significant reduction in the number of ambiguities in determining the elevation angle of the target in the meter range radar due to operation at two or three frequencies, as a result of which the anomalous measurements become essentially single and can be eliminated, for example, according to the results of path processing.

Для оценки точности определения угла места и количества ложных измерений была разработана математическая модель измерителя угла места, работающая по способу измерения отношения сигналов в этажах антенны. Моделирование было проведено для одной, двух и трех частот работы РЛС и горизонтальных траекторий полета цели на высотах 1, 5, 10 и 30 км с учетом изменений отношения сигнал/шум вдоль траектории полета. Моделирование проводилось для РЛС с параметрами, близкими к П-18.To assess the accuracy of determining the elevation angle and the number of false measurements, a mathematical model of the elevation angle meter was developed, working by the method of measuring the signal ratio in the antenna floors. The simulation was carried out for one, two and three frequencies of the radar and horizontal flight paths of the target at altitudes of 1, 5, 10 and 30 km, taking into account changes in the signal-to-noise ratio along the flight path. Modeling was carried out for radars with parameters close to P-18.

Результаты моделирования для цели, летящей на постоянной высоте 10 км, приведены на фиг.3-5. На них представлены теоретические и полученные в результате модельного эксперимента зависимости угла места от дальности для одно-, двух- и трехчастотного режима работы измерителя, а также зона обнаружения РЛС. Из фиг.3 (одночастотный режим работы) видно большое количество аномальных измерений, которые показаны на чертеже точками серого цвета, местами сливающимися в области. Но уже при работе на двух частотах (фиг.4) число аномальных измерений в пределах зоны обнаружения сократилось до пренебрежимо малого, а при трехчастотном режиме работы измерителя аномальные измерения отсутствуют (фиг.5), за исключением отметок на нулевых углах, которые могут быть отсеяны в процессе трассовой обработки.The simulation results for a target flying at a constant altitude of 10 km are shown in FIGS. 3-5. They show the theoretical and obtained as a result of a model experiment elevation dependence of the elevation angle for the single, double, and three-frequency mode of operation of the meter, as well as the radar detection zone. From figure 3 (single-frequency mode of operation) you can see a large number of abnormal measurements, which are shown in the drawing by dots of gray color, sometimes merging in the area. But already when operating at two frequencies (Fig. 4), the number of anomalous measurements within the detection zone was reduced to a negligible amount, and with a three-frequency mode of operation of the meter, anomalous measurements were absent (Fig. 5), with the exception of marks at zero angles that can be eliminated in the process of route processing.

При использовании данных измерения угла места дальномером для целеуказания высотомеру с электронно-управляемым лучом в угломестной плоскости возникает значительный энергетический выигрыш. Он обусловлен тем, что отпадает необходимость рассеивать энергию высотомера на поиск цели в полном диапазоне возможных углов места. Эту энергию можно использовать для увеличения времени наблюдения цели в районе целеуказания, что дает выигрыш по дальности обнаружения и измерения траекторных параметров в системе дальномер-высотомер на величину от 1,5 до 2 раз.When using the data of measuring the elevation angle by a range finder for target designation of an altimeter with an electronically controlled beam in the elevation plane, a significant energy gain arises. It is due to the fact that there is no need to dissipate the energy of the altimeter to search for a target in the full range of possible elevation angles. This energy can be used to increase the time of observation of the target in the area of target designation, which gives a gain in the range of detection and measurement of path parameters in the rangefinder-altimeter system by a value from 1.5 to 2 times.

Источники информацииInformation sources

1. Г.Н.Кочержевский. Антенно-фидерные устройства. Радио и связь, 1981. Стр.259.1. G.N. Kocherzhevsky. Antenna feeder devices. Radio and communications, 1981. P. 259.

2. РЛС П-12. Веб-сайт http://pvo.guns.ru/rtv/nitel/p12.htm2. Radar P-12. Website http://pvo.guns.ru/rtv/nitel/p12.htm

Claims

A method for measuring the elevation angle of radar targets in a meter range radar with an antenna array consisting of two sublattices with phase centers spaced apart in height, based on measuring the ratio of signal amplitudes in the antenna sublattices, according to which, taking into account the known shape of the radiation patterns of the sublattices, a set of possible elevation angles is determined goals, characterized in that the measurement of the ratio of the amplitudes of the signals and the determination of the sets of possible values of elevation angles is made at several often max, compare the values obtained at different frequencies and take them for the true elevation angle value that coincides at all frequencies.