RU2354994C1 - Method of processing information in coherent laser locator with photodetector array - Google Patents
Method of processing information in coherent laser locator with photodetector array Download PDFInfo
- Publication number
- RU2354994C1 RU2354994C1 RU2007140025/28A RU2007140025A RU2354994C1 RU 2354994 C1 RU2354994 C1 RU 2354994C1 RU 2007140025/28 A RU2007140025/28 A RU 2007140025/28A RU 2007140025 A RU2007140025 A RU 2007140025A RU 2354994 C1 RU2354994 C1 RU 2354994C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- locator
- glare
- location
- measurement
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и приборостроения и может быть использовано в лазерной доплеровской локации низколетящих над водными бассейнами «объектов-невидимок» (крылатых ракет, самолетов типа Stels и др.).The invention relates to the field of measuring equipment and instrumentation and can be used in laser Doppler location of low-flying “invisible objects” (cruise missiles, aircraft like Stels, etc.) flying low above water pools.
11.09.2007 по Центральному телевидению подробно сообщалось о разработках в США самолета-невидимки по проекту Stels, который был использован в военной компании в Ираке и появление которого не могли зафиксировать приграничные средства ПВО в связи с особой формой этого самолета. Эта форма в нарушение законов аэродинамики позволила существенно уменьшить эффективную поверхность отражения (ЭПО) зондирующего радиоизлучения радаров ПВО и представляла собой зеркально отражающие грани корпуса, расположенные под углами к падающему излучению, что приводило к отражению последнего в направлениях, существенно не совпадающих с направлением падающего на самолет излучения радара (в основном вниз и вверх относительно вектора движения самолета). Форма самолета-невидимки напоминала форму стрелы. Один из наших ученых - Ф.Уфимцев разработал теорию дифракции электромагнитных волн для такого рода объектов и сотрудничал в США в процессе создания проекта Stels, но также предложил и способ обнаружения самолетов-невидимок, сущность которого состояла в использовании нескольких радиолокационных приемных устройств, рассредоточенных в пространстве относительно радара ПВО, с помощью которых можно принимать излучения радара, рассеянно отраженные от самолета-невидимки. Однако данный способ выражен в виде идеи возможного обнаружения, без конкретного указания на технические средства реализации способа и состав оборудования.On September 11, 2007, Central Television reported in detail on the development in the USA of an invisible aircraft under the Stels project, which was used by a military company in Iraq and the appearance of which could not be detected by cross-border air defense systems due to the special form of this aircraft. This form, in violation of the laws of aerodynamics, allowed us to significantly reduce the effective reflection surface (EPO) of the probing radio emission of air defense radars and was a mirror-reflecting face of the hull located at angles to the incident radiation, which led to the reflection of the latter in directions that did not substantially coincide with the direction of incident on the plane radar radiation (mainly down and up relative to the motion vector of the aircraft). The shape of the invisible plane resembled that of an arrow. One of our scientists, F. Ufimtsev, developed the theory of electromagnetic wave diffraction for such objects and collaborated in the United States in the process of creating the Stels project, but also proposed a method for detecting stealth aircraft, the essence of which was the use of several radar receiving devices dispersed in space relative to the air defense radar, with the help of which it is possible to receive radar radiation scattered reflected from an invisible aircraft. However, this method is expressed in the form of the idea of possible detection, without a specific indication of the technical means of implementing the method and the composition of the equipment.
При использовании такого гипотетического способа обнаружения движущихся объектов-невидимок с весьма малыми величинами ЭПО применительно к задачам ВМФ, то есть в условиях работы на море (в океане), возникают трудно преодолимые препятствия, связанные с необходимостью взаимной топографической привязки группы кораблей с указанными радиолокационными приемниками рассеянно отраженного излучения радара, также размещенного на одном из кораблей данной группы, находящейся в движении. Это обстоятельство крайне затрудняет реализацию идеи Ф.Уфимцева применительно к лазерной когерентной локации низколетящих над водными бассейнами крылатых ракет или самолетов-невидимок, обнаружение которых и измерение их координат и скорости необходимо осуществлять заблаговременно.When using this hypothetical method for detecting moving invisible objects with very small EPO values as applied to the tasks of the Navy, that is, under conditions of work at sea (in the ocean), difficult obstacles arise due to the need for mutual topographic reference of a group of ships with the indicated radar receivers dispersed reflected radar radiation, also located on one of the ships of this group in motion. This circumstance impedes the implementation of the idea of F. Ufimtsev in relation to the laser coherent location of cruise missiles or invisible aircraft flying low over water basins, the detection of which and the measurement of their coordinates and speed must be carried out in advance.
Известно построение лазерных доплеровских локаторов с многоканальной обработкой информации на основе дисперсионных линий задержки (ДЛЗ), работающих в режиме гетеродинного приема излучений [1-7]. Использование фактора высокой когерентности излучения одночастотных газовых лазеров [8, 9], например СО2-лазеров, позволяет осуществить когерентный прием таких излучений методом фотосмешения сигнального и гетеродинного пучков, что находит применение в лазерных доплеровских локаторах. Полученные в результате фотосмешения радиосигналы разностной частоты обрабатываются в согласованных фильтрах на ДЛЗ, что позволяет повысить обнаружительную способность локаторов, то есть величину отношения сигнал/шум на входе решающего устройства [10-15]. Следует отметить, что в таких локаторах передающий тракт не включает модулирующих излучение устройств (например, электрооптических модуляторов), как это имеет место в лазерных импульсных локаторах, что обеспечивает более высокий энергетический потенциал доплеровских локаторов по сравнению с импульсными системами на единицу полезной энергии (или средней мощности) излучения лазеров.It is known to construct laser Doppler locators with multichannel information processing based on dispersive delay lines (DLD) operating in the mode of heterodyne reception of radiation [1-7]. Using the factor of high coherence of radiation of single-frequency gas lasers [8, 9], for example, CO 2 lasers, it is possible to coherently receive such emissions by the method of mixing the signal and heterodyne beams, which is used in laser Doppler locators. The difference-frequency radio signals obtained as a result of photo-mixing are processed in matched filters at DLZ, which makes it possible to increase the detecting ability of locators, that is, the value of the signal-to-noise ratio at the input of the resolver [10-15]. It should be noted that in such locators the transmission path does not include radiation modulating devices (for example, electro-optical modulators), as is the case with laser pulse locators, which provides a higher energy potential of Doppler locators compared to pulse systems per unit of useful energy (or average power) laser radiation.
Для обнаружения объектов в расширенной угломестной зоне Δε кругового обзора с узким мгновенным углом зрения по азимуту Δφ (то есть при «веерообразной» диаграмме излучения) в когерентных локаторах на CO2-лазерах используют фотодиодные линейки из N фоточувствительных элементов КРТ (тройные соединения Kd Hg Tl, охлаждаемые жидким азотом) с N-канальной согласованной фильтрацией с использованием ДЛЗ. При этом предельная наклонная дальность d обнаружения диффузных дифракционно-ограниченных объектов находится из решения трансцендентного уравненияTo detect objects in the extended elevation zone Δε of a circular view with a narrow instantaneous angle of view in the azimuth Δφ (that is, with a "fan-shaped" radiation pattern) in coherent radars on CO 2 lasers, photodiode arrays of N photosensitive KRT elements (triple compounds Kd Hg Tl cooled by liquid nitrogen) with N-channel matched filtering using DLZ. In this case, the limiting oblique range d for detecting diffuse diffraction-limited objects is found from the solution of the transcendental equation
где ζ - экстинкция среды, Р - мощность излучающего лазера, kт - пропускание в излучающем и приемном трактах, уф - эффективность фотосмешения, S - эффективная поверхность отражения (ЭПО) лоцируемого объекта, D - диаметр входного зрачка (приемного объектива), µ - отношение сигнал/шум по напряжению на входе решающего устройства, γ - спектральная плотность мощности шума фотодетектора (фоточувствительного элемента КРТ), Т0 - период кругового обзора, В=τΔF - база ДЛЗ, τ - длительность импульсной характеристики ДЛЗ, ΔF - рабочая полоса частот ДЛЗ, ΔFΣ - полоса неопределенности доплеровских сдвигов частоты ΔFΣ=2Δv/λ, где Δv - разница между наибольшей и наименьшей возможных радиальных скоростей движущегося объекта, λ - длина волны лазерного излучения (λ=10,6 мкм для СО2-лазера), причем для гауссовских сигнала и шума имеем µ2=(InФ/InG)-1, где G и Ф - соответственно вероятности правильного обнаружения и ложных тревог, значениями которых обычно задаются при расчете локационной системы.where ζ - extinction medium P - power of the emitting laser, k t - transmittance in emitting and receiving paths, y ^ - efficiency photomixing, S - effective surface reflection (EPO) of located object, D - diameter of the entrance pupil (receiving lens), μ is the signal-to-noise ratio by voltage at the input of the deciding device, γ is the spectral density of the noise power of the photodetector (photosensitive element КРТ), Т 0 is the period of all-round viewing, B = τΔF is the base of the DLP, τ is the duration of the pulse characteristic of the DLZ, ΔF is the working band DLZ frequencies, ΔF Σ - bands and the uncertainties of Doppler frequency shifts ΔF Σ = 2Δv / λ, where Δv is the difference between the highest and lowest possible radial velocities of a moving object, λ is the laser radiation wavelength (λ = 10.6 μm for a CO 2 laser), and for a Gaussian signal and noise we have μ 2 = (InФ / InG) -1, where G and Ф are, respectively, the probabilities of correct detection and false alarms, the values of which are usually set when calculating a location system.
Выбор ДЛЗ существенно влияет на обнаружительные, точностные и динамические характеристики локатора, как это следует из (1). Пороговые свойства фотодетектора при когерентном приеме определяются параметрами γ и уф.The choice of DLZ significantly affects the detection, accuracy and dynamic characteristics of the locator, as follows from (1). The threshold properties of the photodetector for coherent reception are determined by the parameters γ and у ф .
Разрешение противоречий между увеличением энергетического потенциала локатора (предельной дальности обнаружения малоразмерной цели) и упрощением процедуры измерения основных характеристик лоцируемых объектов - их высоты полета, наклонной дальности и вектора скорости (включая и параметр радиальной скорости) достигается на основе использования способа локации, известного из патента РФ №2296350 (опубл. в бюл. №9 от 27.03.2007) того же автора, который может быть использован в качестве прототипа заявляемому техническому решению.The resolution of the contradictions between the increase in the energy potential of the locator (the limiting detection range of a small target) and the simplification of the procedure for measuring the main characteristics of the located objects — their flight altitude, slant range and velocity vector (including the radial velocity parameter) is achieved using the location method known from the RF patent No. 2296350 (published in Bulletin No. 9 of 03/27/2007) by the same author, which can be used as a prototype of the claimed technical solution.
Известный способ основан на использовании сочетания доплеровского принципа локации с триангуляционным методом местоопределения цели. Последнее достигается за счет использования бликов отраженного от цели под разными углами излучения от морской поверхности, излучение от которых поступает к локатору под разными измеряемыми углами и с доплеровскими сдвигами частоты в функции углов отражения падающего на цель зондирующего излучения от поверхности цели. По измерению углов прихода излучения от бликов морской поверхности фоточувствительной приемной матрицей и по измеренным значениям доплеровских сдвигов частоты в многоканальном блоке оптимальной фильтрации на основе гетеродинных методов приема с применением многоканальных дисперсионных линий задержки методами статистического усреднения удается реконструировать текущее местоположение цели и ее вектор скорости.The known method is based on the use of a combination of the Doppler principle of location with the triangulation method of target determination. The latter is achieved through the use of glare reflected from the target at different angles of radiation from the sea surface, the radiation from which comes to the locator at different measured angles and with Doppler frequency shifts as a function of the reflection angles of the incident radiation from the target surface of the target. By measuring the angles of arrival of radiation from the glare of the sea surface by a photosensitive receiving matrix and by measuring the values of Doppler frequency shifts in a multi-channel block of optimal filtering based on heterodyne reception methods using multi-channel dispersion delay lines, statistical averaging can reconstruct the current location of the target and its velocity vector.
Указанный способ локации основан на зондировании дифракционно ограниченного объекта, движущегося над поверхностью моря (океана), немодулированными излучениями одночастотного лазера непрерывного действия и многоканальной когерентной обработке принимаемых излучений матричным фотоприемным устройством с определением доплеровских сдвигов частоты в переотраженном излучении и последующей многоканальной параллельной согласованной фильтрацией выделенных радиосигналов и отличается тем, что когерентному приему и обработке дополнительно и одновременно подвергают отраженные от нескольких бликов морской поверхности излучения, поступающие на фотоприемную матрицу с разных произвольно распределенных угловых направлений, определяют в соответствующих каналах, связанных с матричным фотоприемным устройством, доплеровские сдвиги частоты в принятых излучениях для переотраженных от бликов морской поверхности сигналов и соответствующие им угловые координаты на эти блики, вычисляют текущие координаты местоположения объекта и его истинную скорость, а также статистически усредняют полученные результаты вычислений всей совокупности совместных измерений указанных параметров.The specified location method is based on sensing a diffraction-limited object moving above the surface of the sea (ocean), unmodulated emissions from a single-frequency continuous laser and multichannel coherent processing of received radiation by a matrix photodetector with the determination of Doppler frequency shifts in re-reflected radiation and subsequent multichannel parallel matched filtering and extracted radio signals characterized in that the coherent reception and processing of additional o and at the same time, the radiation reflected from several glare of the sea surface arriving at the photodetector matrix from different randomly distributed angular directions is determined in the corresponding channels associated with the matrix photodetector device, Doppler frequency shifts in the received radiation for signals reflected from the glare of the sea surface and their corresponding angular coordinates for these glare, calculate the current coordinates of the location of the object and its true speed, as well as statistically dnyayut computation results of the totality of joint measurements of the above parameters.
Способ-прототип предполагает, что известно измеряемое доплеровское смещение частоты Δυдоп0=2vυ0/с=2v/λ зондирующего излучения в прямом отраженном от лоцируемого объекта сигнале и углы ε0 и φ0, под которыми радар «видит» напрямую данный объект (углы расположения линии наклонной дальности), где v - радиальная скорость объекта, υ0 - частота зондирующего излучения лазера. Однако в случае локации движущихся объектов-невидимок измерение прямого отраженного сигнала считается невозможным, и локация осуществляется только по совокупности бликовых переотражений от поверхности моря при рассеянии зондирующего излучения вниз-вбок от объекта локации. При этом используется иная, чем заявлено в способе-прототипе, процедура обработки принимаемых бликовых излучений.The prototype method assumes that the measured Doppler frequency offset Δυ additional 0 = 2vυ 0 / s = 2v / λ of the probing radiation in the signal directly reflected from the positioned object and the angles ε 0 and φ 0 at which the radar "sees" this object directly (angles location of the oblique range line), where v is the radial velocity of the object, υ 0 is the frequency of the probe laser radiation. However, in the case of the location of moving invisible objects, the measurement of the direct reflected signal is considered impossible, and the location is carried out only by the totality of glare reflections from the sea surface when the probe radiation is scattered down-sided from the location object. This uses a different procedure than the one stated in the prototype method, the processing of the received glare radiation.
Оптимальным по энергетическому потенциалу решением в способе-прототипе является использование многоканального тракта обработки информации на основе ДЛЗ с числом каналов, равным числу элементов фоточувствительной матрицы NЭ. При этом недостаткам такого решения является увеличенный объем оборудования, поскольку требование повышения разрешающей способности по угловым координатам, определяющее точностные характеристики локатора по определению текущих координат и скорости объекта локации, приводит к использованию в локаторе фотоприемной матрицы с весьма большим числом элементов вдоль строк и столбцов, например, матриц размером 100×100 элементов и более.The optimal energy potential solution in the prototype method is the use of a multi-channel information processing path based on DLA with the number of channels equal to the number of elements of the photosensitive matrix N E. At the same time, the drawbacks of this solution are the increased amount of equipment, since the requirement to increase the resolution in angular coordinates, which determines the accuracy of the locator by determining the current coordinates and speed of the location object, leads to the use in the locator of a photodetector with a very large number of elements along rows and columns, for example matrices with a size of 100 × 100 elements or more.
Другим недостатком известного способа является необходимость обеспечения приема прямого отраженного от объекта локации излучения, то есть в направлении зондирования, что не всегда возможно, например, при локации объекта-невидимки.Another disadvantage of the known method is the need to ensure the reception of direct radiation reflected from the object location, that is, in the direction of sounding, which is not always possible, for example, when the location of the invisible object.
Указанные недостатки известного технического решения по способу-прототипу устранены в заявляемом способе.These disadvantages of the known technical solutions for the prototype method are eliminated in the claimed method.
Целью изобретения является существенное упрощение реализующего заявляемый способ устройства, в частности конструкции блока обработки информации с ДЛЗ, путем уменьшения более чем на один-два порядка числа каналов обработки сигналов, образующихся в элементах матричного фотоприемного устройства.The aim of the invention is to significantly simplify the device implementing the claimed method, in particular, the design of the information processing unit with remote sensing data, by reducing by more than one or two orders of the number of signal processing channels generated in the elements of the matrix photodetector.
Другой целью изобретения является обеспечение возможности локации объектов-невидимок, когда отсутствует прием излучения непосредственно от объекта локации в направлении его зондирования.Another objective of the invention is to enable the location of invisible objects when there is no reception of radiation directly from the location object in the direction of its sounding.
Заявляемый способ может быть охарактеризован одним основным и несколькими зависимыми пунктами формулы изобретения.The inventive method can be characterized by one main and several dependent claims.
1. Способ обработки информации в лазерном когерентном локаторе с матричным фотоприемником, основанный на измерении доплеровских сдвигов частоты ΔυДОПi в излучениях от морских бликов и угловых координат последних - азимутов φi и углов места εi, вычислении координат объекта локации и его скорости с последующим статистическим усреднением вычисляемых параметров за несколько смежных циклов измерений, отличающийся тем, что в NЭ=рkp элементах матричного фотоприемника образуют по два независимых выхода, которые формируют в двумерную (р=2) или трехмерную (р=3) группы, где k=1, 2, 3, … - целые числа, с n=2рk(р-1) выходными шинами в группах, к каждой из выходных шин группы параллельно подключают по r=рk соответствующих выходов строчных или столбцовых элементов матричного фотоприемника, а вычисление координат объекта локации по данным измеренных доплеровских сдвигов частоты ΔυДОП i с соответствующими им измеренными угловыми координатами - азимутом φi и углом места εi на соответствующие αi блики морской поверхности, видимые локатором в данном цикле измерения, где i=1, 2, 3, … m - число действующих бликовых излучений, осуществляют путем последовательной итерации неизвестных параметров - радиальной скорости v объекта локации в априорно ожидаемом интервале ее допустимого изменения и угла места ε0 линии наклонной дальности на объект локации, для чего в процессе указанного итеративного подбора этих параметров выбирают такие их значения v и ε0, при которых минимизируются разности между любыми парами величин, определяющих наклонную дальность до объекта локации.1. A method of processing information in a laser coherent locator with a matrix photodetector based on measuring Doppler frequency shifts Δυ DOPi in emissions from sea glare and the angular coordinates of the latter - azimuths φ i and elevation angles ε i , calculating the coordinates of the location object and its speed with subsequent statistical averaging the calculated parameters for several adjacent measurement cycles, characterized in that N e = kp p matrix photodetector elements form two independent outputs that form a two-dimensional (p = 2) or dimensional, (p = 3) group, where k = 1, 2, 3, ... - are integers with n = 2p k (p-1) output lines in groups to each of the output bus group in parallel connected by r = p k the corresponding outputs of the row or column elements of the matrix photodetector, and the calculation of the coordinates of the location object according to the measured Doppler frequency shifts Δυ DOP i with the corresponding measured angular coordinates - azimuth φ i and elevation angle ε i to the corresponding α i glare of the sea surface visible by the locator in this measurement cycle, where i = 1, 2, 3, ... m is the number of valid x flare radiation, carried out by sequential iteration of unknown parameters - the radial velocity v of the location object in the a priori expected interval of its permissible change and elevation angle ε 0 of the oblique range line to the location object, for which, in the course of the indicated iterative selection of these parameters, their values of v and ε 0 at which the differences between any pairs of quantities that determine the slant range to the location object are minimized.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что возникшую неопределенность выбора 2(р-1) выходных шин, соответствующих одному и тому же доплеровскому сдвигу частоты ΔυДОП i в сигнале на выходах элемента αjk матричного фотоприемника, по положению которого в матрице судят об азимуте φi и угле места εi на видимый морской блик αi, устраняют путем сравнения кодов, отображающих доплеровские сдвиги частоты, по их 2(р-1)-кратному совпадению для всех m морских бликов с заданной минимальной погрешностью.2. The method according to
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что вычисление измеряемых параметров объекта локации при большом объеме вычислительных операций, связанном с процессом итерации при поиске значений v и ε0, удовлетворяющих указанному условию, производят во временном интервале, превышающем заданный цикл измерения, а затем относят полученные результаты к моменту времени исходного цикла измерений.3. The method according to
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что уменьшения объема вычислительных операций при итерационном поиске значений v и ε0 в каждом последующем цикле измерений достигают путем сокращения интервала их итерационного поиска с учетом данных об этих значениях из предыдущих циклов измерений и с учетом статистического усреднения каждого из этих значений за несколько последовательных циклов измерений в предположении, что найденные значения v и ε0 являются медленно изменяющимися функциями времени в сравнении с заданным темпом следования циклов измерения.4. The method according to
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что уточнение координат лоцируемого объекта осуществляют при проведении итерационного поиска значений v и ε0 совместным решением системы m уравнений хi=f(h0, ε0, φi, εi, v) для всех видимых локатором m морских бликов, то есть для i=1, 2, 3, … m, где угол рассеяния объектом зондирующего излучения относительно направления последнего равен Θi=arccos(ΔυДОП i*λ/2v), λ - длина волны лазерного излучения, h0 - известная высота над уровнем моря центральной точки приемного объектива локатора, так что координату x рассчитывают по формуле , и при этом минимизируется абсолютная величина разности любых двух значений хi с разными индексами i из их числа m.5. The method according to
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что обнаружение объекта локации и его автосопровождение осуществляют сканированием зондирующего излучения по азимуту, а диаграмму излучения выбирают веерообразной - предельно узкой по азимуту и широкой по углу места.6. The method according to
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что при выполнении условия обнаружения объекта локации и его автосопровождения по азимуту, при котором линия наклонной дальности и оптическая ось приемно-передающего объектива локатора лежат в одной плоскости, местоопределение объекта локации и измерение его радиальной скорости находят вычислением, минимально по двум разным бликовым излучениям (Min m=2) в данном цикле измерения.7. The method according to
Достижение поставленных целей обусловлено применением триангуляционного способа местоопределения объекта, реализация которого одним локатором объясняется приемом рассредоточенных на поверхности моря бликовых излучений, образующихся при облучении морской поверхности, представляющей стохастически распределенную совокупность зеркальных отражателей, лазерным излучением, рассеянным под разными углами относительно направления зондирования корпусом объекта локации. В зависимости от угла такого рассеяния в принятых бликовых излучениях изменяются соответственно и доплеровские сдвиги частоты. Пространственное положение бликов однозначно измеряется азимутом φi и углом места εi на i-й блик при известной высоте h0 и соответствующей топографической привязке локатора. По доплеровским смещениям частоты ΔυДОП i для соответствующих морских бликов и измеряемым угловым координатам линии наклонной дальности на объект φ0 и ε0 и радиальной скорости v последнего реконструируются соответствующие углы ηi, под которыми может приходить от объекта рассеянное им излучение. Эти углы образуют коническую поверхность. По двум бликовым излучениям строится две такие поверхности, пересечение между собой которых образует кривую, на которой располагается точка корпуса объекта, из которой исходит рассеянное излучение. Использование третьей конической поверхности при рассмотрении третьего морского блика образует соответственно три указанных кривых, образующих в точках пересечения вершины криволинейного треугольника, внутри которого располагается интересующая точка корпуса объекта. При правильном выборе методом последовательных итераций значений v и ε0 площадь такого криволинейного треугольника минимизируется: в пределе такой треугольник стягивается в искомую точку. Указанная геометрическая интерпретация процедуры нахождения точек корпуса, от которых исходят рассеянные излучения и которые определяют координаты объекта локации, который, в свою очередь, рассматривается как дифракционно ограниченный, точечный по отношению к локатору, реализуется исследованием минимума разностей аналитически вычисленных отрезков хi (i-я проекция на ось х линии наклонной дальности на объект локации) для разных индексов i для m бликов в каждом цикле измерений, поскольку такие минимумы отвечают минимальным расстояниям между вершинами указанных криволинейных треугольников, то есть минимуму площади последнего.Achieving these goals is due to the use of a triangulation method for locating an object, the implementation of which with one locator is explained by the reception of glare radiation dispersed on the sea surface, generated by irradiating the sea surface, which is a stochastically distributed set of mirror reflectors, by laser radiation scattered at different angles relative to the sounding direction of the location object body. Depending on the angle of such scattering in the received flare radiation, the Doppler frequency shifts respectively change. The spatial position of the glare is unambiguously measured by the azimuth φ i and the elevation angle ε i at the ith flare at a known height h 0 and the corresponding topographic location of the locator. According to the Doppler frequency shifts Δυ DOP i for the corresponding sea glare and the measured angular coordinates of the oblique range line to the object φ 0 and ε 0 and the radial velocity v of the latter, the corresponding angles η i are reconstructed at which the radiation scattered by it can come from the object. These corners form a conical surface. Two such glare radiations are used to construct two such surfaces, the intersection of which forms a curve on which the object’s body point is located, from which the scattered radiation emanates. The use of the third conical surface when considering the third sea flare forms three indicated curves, respectively, forming at the intersection points of the vertices of the curved triangle, inside which there is an interesting point on the body of the object. If the values of v and ε 0 are chosen correctly by successive iterations, the area of such a curved triangle is minimized: in the limit, such a triangle is contracted to the desired point. The indicated geometric interpretation of the procedure for finding body points from which scattered radiation emanates and which determine the coordinates of a location object, which, in turn, is considered diffraction limited, point with respect to the locator, is realized by studying the minimum differences of analytically calculated segments x i (i projection on the x-axis of the inclined range line onto the location object) for different indices i for m glare in each measurement cycle, since such minima correspond to the minimum distances m between the vertices of these curved triangles, that is, the minimum area of the latter.
Двумерное или трехмерное подключение элементов матричного фотоприемника к каналам обработки информации с использованием преобразования полученного с того или иного элемента матрицы сигнала в линейно-частотно-модулированный (ЛЧМ) эквивалент с последующим его усилением, спектро-временным «сжатием» в канальных дисперсионных линиях задержки (ДЛЗ), детектированием и пороговым ограничением по минимуму с заданным порогом ограничения позволяет преобразовать сигнал с доплеровским смещением частоты в короткий импульс, временное положение которого относительно строб-импульса начала цикла измерений однозначно характеризует величину указанного доплеровского смещения частоты. Это временное положение кодируется в цифровом коде и запоминается в соответствующем буферном запоминающем устройстве (БЗУ), в коде которого содержатся также код номера цикла измерений и код номера канала, по которому проводилась указанная обработка сигнала с элемента матрицы фотоприемника. Это позволяет по совокупности таких кодовых записей в данном цикле измерения реконструировать однозначно два параметра - доплеровский сдвиг частоты ΔυДОП i для сигнала с выхода соответствующего элемента матрицы и его местоположение в ней. Последнее, в свою очередь, однозначно определяет азимут φi и угол места εi на блик морской поверхности αi, видимый локатором в данном цикле измерения относительно оптической оси (оси зондирующего излучения) приемно-передающего объектива локатора (при этом считается, что центральный элемент матричного фотоприемника совмещен с указанной оптической осью).Two-dimensional or three-dimensional connection of the matrix photodetector elements to information processing channels using the conversion of the signal received from one or another matrix element into a linear-frequency-modulated (LFM) equivalent, followed by its amplification, spectro-temporal “compression” in channel dispersion delay lines (DLZ) ), detection and threshold limitation at a minimum with a given threshold limit allows you to convert the signal with a Doppler frequency offset into a short pulse, the temporary position to relatively to the strobe pulse, the beginning of the measurement cycle uniquely characterizes the magnitude of the indicated Doppler frequency shift. This temporary position is encoded in a digital code and stored in the corresponding buffer memory (CCD), the code of which also contains the code of the number of the measurement cycle and the code of the channel number, which was used to process the signal from the photodetector matrix element. This makes it possible to reconstruct uniquely two parameters from the totality of such code entries in this measurement cycle — the Doppler frequency shift Δυ ADP i for the signal from the output of the corresponding matrix element and its location in it. The latter, in turn, uniquely determines the azimuth φ i and elevation angle ε i on the highlight of the sea surface α i , which is visible by the locator in this measurement cycle relative to the optical axis (probe axis) of the transmitting and receiving lens of the locator (it is assumed that the central element matrix photodetector aligned with the specified optical axis).
Указанный способ подключения элементов матрицы фотоприемника к каналам обработки информации существенно уменьшает число таких каналов, то есть упрощает конструкцию реализующего заявляемый способ устройства, однако приводит к неоднозначности правильного вычисления данных об объекте локации, которая устраняется путем сравнения кодов, соответствующих измеренным доплеровским сдвигам частоты от разных бликов морской поверхности, полагая, что доплеровские сдвиги разные от разных бликов. При этом выбор двумерного р=2 или трехмерного р=3 представления групп определяется конъюнктурно. При двумерной организации группы значительно сокращается объем вычислительных операций, но растет потребное число каналов с ДЛЗ, а при трехмерной - сокращается число каналов с ДЛЗ, но несколько возрастает объем вычислительных операций из-за повышенной неопределенности, особенно при большом (более трех) числе m одновременно обрабатываемых излучений от бликов морской поверхности в данном цикле измерения.The indicated method of connecting elements of the photodetector matrix to information processing channels significantly reduces the number of such channels, that is, simplifies the design of the device implementing the claimed method, however, it leads to ambiguity in the correct calculation of data about the location object, which is eliminated by comparing codes corresponding to the measured Doppler frequency shifts from different glare sea surface, assuming that Doppler shifts are different from different glare. Moreover, the choice of two-dimensional p = 2 or three-dimensional p = 3 representations of groups is determined opportunistically. With two-dimensional organization of a group, the volume of computational operations is significantly reduced, but the required number of channels with DLP is growing, and with three-dimensional organization, the number of channels with DLP is decreasing, but the volume of computational operations is slightly increased due to increased uncertainty, especially with a large (more than three) number m at the same time processed emissions from glare of the sea surface in this measurement cycle.
На представленных чертежах рассматриваются отдельные положения, раскрывающие сущность заявляемого технического решения.In the drawings presented, individual provisions are disclosed that reveal the essence of the claimed technical solution.
На фиг.1 дана схема организации двумерной группы (р=2) из NЭ=р2k элементов матричного фотоприемника 1, элементы которого αjk (для j-й строки и k-го столбца) организуются в квадратную матрицу со стороной в рk элементов. Число выходных шин сборок 2 и 3 при этом составляет n=2рk=2k+1. При такой организации элементы фотоприемной матрицы имеют по два независимых выхода сигнала. При относительно небольшом числе элементов NЭ предпочтительно применение двумерной организации группы. Так, при матрице размерностью 32×32 элемента число каналов n=64 вместо 1024.Figure 1 shows the organization of a two-dimensional group (p = 2) of N E = p 2k elements of the
На фиг.2 дана схема организации трехмерной группы (р=3) из NЭ=р3k элементов αjk, которая составляет куб элементов 4 со стороной такого куба р=3 элементов. Каждая из двух взаимно ортогональных граней такого куба представляет двумерные структуры 5 и 6 с числом шин в каждой по р2k=32k. Каждая такая двумерная структура определяет соответственно пару сборок 7 и 8, 9 и 10 выходных шин. При этом общее число выходных шин составляет n=2рk (р-1)=4*3k. При такой организации элементы 11 фотоприемной матрицы 12 (физически плоской конструкции) имеют по два независимых выхода сигнала, а 32k шин каждой из двумерных структур 5 и 6 соединяются с выходными шинами сборок 7-10 через промежуточные усилители 13 с двумя независимыми выходами каждый. При большом числе элементов NЭ более предпочтительной может оказаться трехмерная организация группы. Так, при матрице размерностью 729×243=19683=39 элементов, то есть при k=3, число каналов обработки n=108 вместо 19683.Figure 2 shows the organization of a three-dimensional group (p = 3) of N E = p 3k elements α jk , which is a cube of
На фиг.3 представлен один типовой канал обработки сигнала с выходной шины для соответствующей двумерной или трехмерной группы. Канал содержит последовательно соединенные смеситель 14, первый широкополосный усилитель 15, дисперсионную линию задержки (ДЛЗ) 16, второй широкополосный усилитель 17, компенсирующий потери сигнала в ДЛЗ, амплитудный детектор 18, ограничитель по минимуму 19 с заданным порогом ограничения и компаратор 20. Для всех n каналов обработки используется общий для них генератор линейно-частотно-модулированных колебаний (ГЛЧМ) 21, вход которого запускается от генератора строб-импульсов (ГСИ) 22, а выход ГЛЧМ подключен ко вторым входам смесителей 14 каналов. Временная задержка между моментами возникновения строб-импульса, открывающего данный цикл измерения, и нормированным импульсом с выхода компаратора 20 однозначно характеризует величину доплеровского сдвига частоты ΔυДОП i. Указанная задержка - временной интервал τзад - кодируется в буферном запоминающем устройстве (БЗУ) 23, общем для всех n каналов, и БЗУ при этом имеет соответственно n канальных входов, а также управляющий вход, связанный со вторым выходом ГСИ 22.Figure 3 presents one typical channel for processing the signal from the output bus for the corresponding two-dimensional or three-dimensional group. The channel contains a series-connected mixer 14, a first broadband amplifier 15, a dispersion delay line (DLS) 16, a second broadband amplifier 17 that compensates for signal loss in the DLS, an amplitude detector 18, a minimum limiter 19 with a given threshold threshold, and a comparator 20. For all n The processing channels use a common linear frequency-modulated oscillation (HLF) generator 21, the input of which is triggered by a strobe pulse generator (GSI) 22, and the output of the HLF is connected to the second inputs of the channel mixers 14. The time delay between the moments of the appearance of the strobe pulse that opens this measurement cycle and the normalized pulse from the output of the comparator 20 uniquely characterizes the magnitude of the Doppler frequency shift Δυ ADD i . The specified delay - the time interval τ back - is encoded in a buffer storage device (BZU) 23, common to all n channels, and the BZU at the same time has accordingly n channel inputs, as well as a control input associated with the second output of the GSI 22.
На фиг.4 представлены диаграммы, поясняющие работу канала обработки информации с использованием ДЛЗ. На фиг.4а указана периодическая последовательность синхроимпульсов, вырабатываемых в ГСИ 22 (фиг.3) и определяющих период цикла измерений. На фиг.4б представлена частотно-временная характеристика вырабатываемых в ГЛЧМ 21 (фиг.3) сигналов гетеродинирования, подаваемых ко вторым входам канальных смесителей 14. На фиг.4в изображено взаимодействие образующегося на выходе смесителя 14 (фиг.3) ЛЧМ-эквивалента с ДЛЗ 16. На фиг.4г показаны формируемые на выходе ДЛЗ (фиг.3) «сжатые» импульсы длительностью tимп и временная задержка τзад их появления относительно строб-импульса.Figure 4 presents diagrams explaining the operation of the information processing channel using DLZ. On figa indicated a periodic sequence of clock pulses generated in the ICG 22 (figure 3) and determining the period of the measurement cycle. Fig. 4b shows the time-frequency characteristic of the heterodyning signals generated in the GLFM 21 (Fig. 3) supplied to the second inputs of the channel mixers 14. Fig. 4c shows the interaction of the LFM equivalent formed at the output of the mixer 14 (Fig. 3) with DLZ 16. fig.4g shown DLA generated at the output (3) "short" pulses of duration t pulse and a time delay of τ with respect to their appearance backside strobe.
На фиг.5 изображена блок-схема БЗУ 23 (фиг.3), содержащая n многоразрядных запоминающих модулей (ЗМ) 24, 25, 26, … 27, к информационным входам которых параллельно подключен выход счетчика временных импульсов (СВИ) 28, пересчет в котором происходит от подачи на его счетный вход высокочастотных импульсов от генератора временных меток (ГВМ) 29. Запись временного кода с выхода СВИ 28 в соответствующие запоминающие модули 24, 25, 26, … 27 происходит при подаче на входы разрешения записи импульса с соответствующего канального компаратора 20 (фиг.3). Блок-схема БЗУ содержит также счетчик циклов измерения (СЦ) 30, входом соединенный со вторым выходом ГСИ 22 (фиг.3), и двухвходовые суммирующие регистры (ДСР) 31, 32, 33, … 34, перезапись кодовой информации в которые по их первым входам осуществляется в начале следующего цикла измерений от действия строб-импульса, поступающего со второго выхода ГСИ 22 (фиг.3), а вторые входы ДСР параллельно подключены к выходу СЦ 29, так что код номера цикла записывается в старшем байте регистра, а код временной задержки τзад - в младших байтах регистра. Импульс ГСИ 22 осуществляет сброс в СВИ 28 и через некоторый интервал времени задержки, организуемый элементом задержки (ЭЗ) 35, осуществляет также сброс ранее записанных кодов в соответствующих ЗМ 24, 25, 26, … 27 (для записи новых кодов времени в следующем цикле измерений). Импульсные сигналы ГСИ 22 также осуществляют фазовую синхронизацию работы ГВМ 29, частота следования импульсов в котором кратна частоте импульсов ГСИ 22 и определяет временной дискрет отсчета временной задержки τзад для каждого из действующих каналов обработки. Выход БЗУ 23 (фиг.3) образован сигналами с ГСИ 22, ДСР 31, 32, 33, … 34 и СЦ 30. Эти сигналы поступают в вычислитель измеряемых параметров объекта локации, рассмотрение конкретной структуры которого выходит за рамки рассматриваемого технического решения.Figure 5 shows a block diagram of the BZU 23 (figure 3), containing n multi-bit memory modules (ZM) 24, 25, 26, ... 27, to the information inputs of which are connected in parallel the output of the counter of temporary pulses (SVI) 28, recounted in which comes from the supply of high-frequency pulses to its counting input from a time-stamp generator (GVM) 29. The time code is recorded from the
На фиг.6 дана геометрическая схема расчета местоопределения объекта локации с использованием одного (i-го) переотражающего блика на морской поверхности, положение которого задано измеряемыми на него угловыми координатами - азимутом φi и углом места εi при известной высоте h0 реперной точки локатора относительно поверхности моря (реперная точка локатора находится в центре приемно-передающего объектива). В этой схеме плоскость OABD - вертикальная в координатах x, z, плоскость ОСЕ - горизонтальная, совпадающая с поверхностью моря, в координатах x, y. В вертикальной плоскости расположены реперная точка А локатора, дифракционно-ограниченный (точечный) объект локации (точка В), линия высоты реперной точки локатора ОА=h0, объекта локации BD=Н и наклонной дальности АВ=d. В горизонтальной плоскости расположен рассматриваемый i-й блик (точка С) с измеряемыми углами φi и εi на него. Линия CG - суть перпендикуляр к линии пересечения вертикальной и горизонтальной плоскостей OD, совпадающей с осью х. По построению ОС=ОЕ, поэтому находятся углы γi и σi из соотношений tg γi=tg εi/cos φi, и σi=εi-γi. Угол при вершине В треугольника ABG, расположенного в вертикальной плоскости, обозначен как χi а угол при вершине В пространственно расположенного треугольника BCG обозначен как ψi. Поскольку треугольники ABG и BCG взаимно ортогональны, то несложным расчетом можно показать, что двугранный угол Θi между ними определяется из соотношения cos Θi=cos χi*cos ψi. При этом угол Θi является искомым углом между направлением зондирующего излучения локатора и направлением рассеянного отражения от лоцируемого объекта, определяемым по значению доплеровского смещения ΔυДОПi в принятом излучении от данного блика морской поверхности. Значение априори неизвестного угла места ε0 на невидимый объект локации и высота последнего Н над поверхностью моря определяются уравнением связи с величиной наклонной дальности d вида Н=h0+d sinε0. Проекция хi линии наклонной дальности di в i-м измерении на данной схеме отвечает отрезку OD. Число таких независимых измерений равно m, так что в результате усреднения имеемFigure 6 shows a geometric diagram for calculating the location of a location object using one (i-th) reflective glare on the sea surface, the position of which is defined by the measured angular coordinates - azimuth φ i and elevation angle ε i at a known height h 0 of the reference point of the locator relative to the surface of the sea (the reference point of the locator is located in the center of the receiving-transmitting lens). In this scheme, the OABD plane is vertical in x, z coordinates, the OCE plane is horizontal, coinciding with the sea surface, in x, y coordinates. In the vertical plane are the reference point A of the locator, the diffraction-limited (point) location object (point B), the height line of the reference point of the locator ОА = h 0 , the location object BD = Н and the slant range AB = d. In the horizontal plane, the considered ith flare (point C) is located with the measured angles φ i and ε i on it. The line CG is the perpendicular to the line of intersection of the vertical and horizontal planes OD, which coincides with the x axis. By construction, OS = OE, therefore, the angles γ i and σ i are found from the relations tan γ i = tan ε i / cos φ i and σ i = ε i -γ i . The angle at the vertex B of the triangle ABG located in the vertical plane is denoted by χ i and the angle at the vertex B of the spatially located triangle BCG is denoted by ψ i . Since the triangles ABG and BCG are mutually orthogonal, it can be shown by simple calculations that the dihedral angle Θ i between them is determined from the relation cos Θ i = cos χ i * cos ψ i . In this case, the angle углом i is the desired angle between the direction of the probing radiation of the locator and the direction of the scattered reflection from the located object, determined by the value of the Doppler shift Δυ DOPi in the received radiation from this highlight of the sea surface. The value of an a priori unknown elevation angle ε 0 to an invisible location object and the height of the last H above the sea surface are determined by the equation of communication with the slope range d of the form H = h 0 + d sinε 0 . The projection x i of the oblique range line d i in the i-th dimension in this diagram corresponds to the segment OD. The number of such independent measurements is m, so, as a result of averaging, we have
Рассматривая прямоугольный треугольник BCD (угол при его вершине D прямой), отмечаем, что линия ВС есть направление, под которым объект локации виден от данного блика морской поверхности (от точки С). При этом угол ηi наблюдения объекта локации от рассматриваемого блика является функцией измеряемых углов εi и φi и доплеровского смещения ΔυДОП i при известном значении h0 и варьируемых параметрах ε0 и v. Причем φ0=0, поскольку считается, что линия наклонной дальности на объект локации АВ лежит в вертикальной плоскости zOx, то есть при выполнении условия, что объект локации подсвечен зондирующим излучением локатора.Considering the right triangle BCD (the angle at its vertex D is straight), we note that the BC line is the direction under which the location object is visible from a given highlight of the sea surface (from point C). In this case, the angle η i of the observation of the location object from the flare under consideration is a function of the measured angles ε i and φ i and the Doppler shift Δυ DOP i at a known value of h 0 and varied parameters ε 0 and v. Moreover, φ 0 = 0, since it is believed that the oblique range line to the location object AB lies in the vertical plane zOx, that is, if the condition is met that the location object is illuminated by the probe radiation of the locator.
На фиг.7а и 7б представлена графическая интерпретация местоопределения лоцируемого объекта методом пересечения двух (и более) окружностей, расположенных в разных плоскостях. Линия пересечения этих плоскостей АВ - суть линия наклонной дальности. Точка А - реперная точка локатора с известными координатами. Точка В - точка местоположения лоцируемого объекта с априори неизвестными координатами. Точки C1 и C2 - точки расположения бликов на поверхности моря xOy, координаты которых легко вычисляются по известной высоте h0 реперной точки локатора и измеряемым азимутам φ1 и φ2 и углам места ε1 и ε2. Это позволяет вычислить координаты точки В по вычисленным углам Θ1 и Θ2 при вершине В треугольников ABC1 (фиг.7а) и АВС2 (фиг.7б) методом пересечения окружностей.On figa and 7b presents a graphical interpretation of the location of the located object by the intersection of two (or more) circles located in different planes. The line of intersection of these planes AB is the line of oblique range. Point A is the reference point of the locator with known coordinates. Point B is the location point of the located object with a priori unknown coordinates. Points C 1 and C 2 are the points of glare on the sea surface xOy, the coordinates of which are easily calculated from the known height h 0 of the reference point of the locator and the measured azimuths φ 1 and φ 2 and elevation angles ε 1 and ε 2 . This allows you to calculate the coordinates of point B from the calculated angles Θ 1 and Θ 2 at the vertex B of the triangles ABC 1 (figa) and ABC 2 (fig.7b) by the method of intersection of circles.
Рассмотрим операционную сущность заявляемого способа.Consider the operational nature of the proposed method.
Как видно из фиг.1 и 2, NЭ элементов матричного фотоприемника 1, матрица которого может быть, например, прямоугольной (не обязательно квадратной) с числом строк p1 и числом столбцов р2 с элементами аjk, где j=1, 2, 3, … p1 - номера строк матрицы, k=1, 2, 3, … р2 - номера столбцов матрицы, могут быть сформированы в две различные группы - двумерную (фиг.1) или трехмерную (фиг.2), для которых соблюдается условие NЭ=рpk, где р - размерность группы, соответственно равная двум или трем. Значение целого числа k определяется из условия k=Ent[logр(р1*р2)]+δ, где δ=1 при logр(p1*р2)>Ent[logр(p1*р2)] и δ=0 при logр(p1*р2)=Ent[logp(p1*р2)]. Так, для матрицы размерностью 32×32 элементов для двумерной группы имеем k=5, а при образовании трехмерной группы k=Ent[log31024]+1=3. Однако в последнем случае имеет место значительная избыточность кубической структуры отображения элементов матрицы, поскольку 33*3=39=19683>>1024, что означает, что при таком отображении элементов матрицы проще проигнорировать ее 1024-729=295 элементов, чтобы k=2, и тогда 32·3=36=729, либо иметь размерность матрицы, например, как 27×27. В другом случае, когда матрица фотоприемника имеет размерность 100×200 элементов, для двумерной группы (р=2) имеем k=Ent[log2(2*104)]+1=15, и при этом 215=32768>>20000, так что выгоднее взять k=14 и иметь матрицу размерностью 100×163=16300 элементов. В этом примере для трехмерной группы (р=3) целесообразно выбрать k=3, что позволяет отобразить кубической структурой 19683 элемента матрицы, размерность которой следует понизить до величины 100×196 элементов. Эти примеры показывают, что при определении размерности фотоприемной матрицы p1*p2 следует исходить из следующего условия k=Ent[logp(p1*p2)], соответственно ограничивая числа p1 и р2 для получения целочисленного значения k, при котором разница рpk-p1*p2>0 и минимальна. Отметим, что выбор квадратного представления матрицы в двумерной группе или кубического в трехмерной дает минимум числа каналов обработки информации, так как квадрат определяет минимальный его полупериметр для заданной площади, а куб - минимальную его поверхность для заданного объема по сравнению соответственно с прямоугольником и параллелепипедом. Так, матрица размерностью 100×163 элементов в прямоугольном представлении определяет 100+163=263 канала обработки, а в соответствующей двумерной группе потребуется только 256 каналов обработки. Если прямоугольная матрица имеет размерность 50×326 элементов (то есть ту же площадь, как предыдущая), то число потребных для нее каналов обработки составит 376 против тех же 256 каналов при преобразовании такой матрицы в двумерную группу. При образовании трехмерной группы для матрицы размерностью 100×196 элементов кубическая структура со стороной куба в 27 элементов определяет потребность в использовании 108 каналов обработки, а параллелепипедальная того же объема с размерами сторон 27×9×81 потребует применения 126 каналов обработки, а при размерах параллелепипеда 9×9×243 число каналов возрастает уже до 270.As can be seen from figures 1 and 2, N E elements of the
Если число элементов в фотоприемной матрице выбрать из условия NЭ=рkp, то общее число каналов обработки должно быть равным n=2рk(р-1). На фиг.1 представлена схема двумерной группы 1 размерностью 6х6 фотоприемных элементов, каждый из которых имеет по два независимых выхода. Выходы этих элементов соединены к шести строчным и шести столбцовым шинам, которые образуют две сборки 2 и 3 с общим числом шин, равным двенадцати (n=12). На фиг.3 представлена блок-схема трехмерной группы 4, образующий куб со сторонами из р элементов. При этом фотоприемная матрица 12 содержит 33k элементов αjk каждый из которых имеет два независимых выхода. Куб 4, образующий трехмерную группу, имеет всего 2р2k шин по р2k взаимно коллинеарных шин для каждой из его двух смежных граней. Выходы элементов матрицы соединены с взаимно ортогональными р2k шинами каждого из рk слоев куба. Каждый такой слой представляет собой двумерную группу, схема соединений которой показана на фиг.1. Поэтому к каждой из шин куба оказываются параллельно подключенными по рk соответствующих элементов матрицы 12. При этом р2k шин каждой из двух граней куба образуют две квадратные двумерные сборки 5 и 6. Каждая из этих двумерных сборок содержит р2k усилителей 13 с двумя независимыми выходами. Входы этих усилителей соединены с р2k шинами соответствующей грани куба 4, первые выходы усилителей в каждой из сборок 5 и 6 соединены с рk шинами сборок 7 и 9, а вторые - с рk шинами сборок 8 и 10, так что общее число выходных шин равно 2рk. Так, для фотоприемной матрицы 12 из 729×243 элементов имеем рk=27 и общее число шин n=4рk=108. Это позволяет более чем на два порядка снизить количество оборудования для обработки информации с 19683 фотоприемных элементов матрицы 12. Выигрыш в сокращении количества каналов обработки информации при организации трехмерной группы составляет ψ3=p2k/4.If the number of elements in the photodetector matrix is selected from the condition N Э = р kp , then the total number of processing channels should be equal to n = 2р k (р-1). Figure 1 presents a diagram of a two-
Однако такое существенное сокращение числа каналов n обработки информации приводит к неоднозначности определения группы двух (при р=2) или четырех (при р=3) шин с одинаковыми доплеровскими смещениями частоты ΔυДОП i. Действительно, для двумерной группы (р=2) одна и та же информация от одного блика содержится в двух шинах. Если бликов m, то число действующих информационных шин равно 2 m. Чтобы из этого числа выбрать только две шины с одинаковой информацией, необходимо осуществить (2m-1) переборов, а общее число вариантов выбора m пар шин с учетом последовательно выбываемых из перебора шин (для уже найденных пар) находят по следующей формуле:However, such a significant reduction in the number of information processing channels n leads to ambiguity in determining the group of two (at p = 2) or four (at p = 3) buses with the same Doppler frequency shifts Δυ ADD i . Indeed, for a two-dimensional group (p = 2), the same information from one flare is contained in two buses. If glare is m, then the number of active information buses is 2 m. In order to select only two tires with the same information from this number, it is necessary to carry out (2m-1) searches, and the total number of choices of m pairs of tires, taking into account the successively retired tires (for already found pairs), is found by the following formula:
Так, при m=3 максимальное число вариантов выбора q=9, при m=4 имеем q=16, а при m=5 получаем q=25, следовательно, q=m2. Видно, что с ростом числа обрабатываемых в устройстве действующих бликов m существенно увеличивается число вычислительных операций, что следует учитывать при оценке быстродействия вычислительной среды.So, for m = 3 the maximum number of choices is q = 9, for m = 4 we have q = 16, and for m = 5 we get q = 25, therefore, q = m 2 . It can be seen that with an increase in the number of active glare processed in the device m, the number of computational operations significantly increases, which should be taken into account when evaluating the speed of a computing environment.
В случае трехмерной группы (р=3) одна и та же информация содержится на четырех шинах из общего числа действующих шин 4m (для m бликов). Общее число вариантов m выбора m эквиинформационных четверок шин определяется по правилуIn the case of a three-dimensional group (p = 3), the same information is contained on four tires out of the total number of active tires 4m (for m glare). The total number of options m for choosing m equinformation fours of tires is determined by the rule
Так, при m=3 максимальное число вариантов выбора q=21, при m=4 имеем q=36, а при m=5 получаем q=55. Таким образом, при переходе от двумерной группы к трехмерной резко сокращается количество потребного оборудования для обработки информации, но при этом увеличивается число вычислительных операций, связанных с перебором вариантов (приблизительно вдвое).So, for m = 3 the maximum number of choices is q = 21, for m = 4 we have q = 36, and for m = 5 we get q = 55. Thus, when moving from a two-dimensional group to a three-dimensional group, the amount of equipment needed for information processing decreases sharply, but the number of computational operations associated with enumerating options increases (approximately by half).
Ниже будет показано, что определение координат и скорости лоцируемого объекта-невидимки возможно при измерении азимутов φi и углов места εi на несколько бликов m морской поверхности и измерении доплеровских сдвигов частоты ΔυДОП i от этих бликов (i=1, 2, 3, … m). Углы φi и εi однозначно определяются местоположением фотоэлемента αjk фотоприемной матрицы, шифруемым номерами соответствующих двух (при р=2) или четырех (при р=3) шин с одинаковыми сдвигами ΔυДОП i. Значения этих сдвигов частоты измеряют с помощью устройства, блок-схема которого для одного из n параллельно работающих каналов обработки информации представлена на фиг.3.It will be shown below that the determination of the coordinates and speed of the located invisible object is possible when measuring azimuths φ i and elevation angles ε i by several highlights m of the sea surface and measuring Doppler frequency shifts Δυ ADP i from these highlights (i = 1, 2, 3, ... m). The angles φ i and ε i are uniquely determined by the location of the photocell α jk of the photodetector matrix, encoded by the numbers of the corresponding two (at p = 2) or four (at p = 3) buses with the same shifts Δυ ADD i . The values of these frequency shifts are measured using a device whose block diagram for one of the n parallel processing channels is shown in FIG. 3.
Схема состоит из последовательно включенных смесителя 14, первого широкополосного усилителя 15, дисперсионной линии задержки (ДЛЗ) 16, второго широкополосного (компенсирующего) усилителя 17, амплитудного детектора 18, ограничителя по минимуму 19, компаратора 20 и блока запоминающих устройств (БЗУ) 23 с n информационными входами. Ко второму входу смесителя 14 подключен выход генератора линейно-частотно-модулированных колебаний (ГЛЧМ) 21, к запускающему входу которого подключен генератор синхроимпульсов (ГСИ) 22, задающий цикл обработки информации, например, длительностью 100 мкс. Второй выход ГСИ 22 подключен к управляющему входу БЗУ 23. Элементы 21, 22 и 23 являются общими для всех n каналов обработки информации на элементах 14-20.The circuit consists of a series-connected mixer 14, a first broadband amplifier 15, a dispersion delay line (DLS) 16, a second broadband (compensating) amplifier 17, an amplitude detector 18, a minimum limiter 19, a comparator 20, and a storage unit (CCD) 23 with n information inputs. To the second input of the mixer 14 is connected the output of a linear-frequency-modulated oscillation (HLF) generator 21, to the triggering input of which a clock generator (GSI) 22 is connected, which sets the information processing cycle, for example, for a duration of 100 μs. The second output of the GSI 22 is connected to the control input of the BZU 23. Elements 21, 22 and 23 are common to all n channels of information processing on the elements 14-20.
Работа канала обработки информации поясняется графиками на фиг.4.The operation of the information processing channel is illustrated by graphs in figure 4.
На фиг.4а представлена последовательность синхроимпульсов, определяющих период цикла записи-считывания и называемых как импульсы «Цикла сброса», формируемые в ГСИ 22. На фиг.4б показан процесс периодически воспроизводимого ЛЧМ-сканинга в ГЛЧМ 21 с диапазоном изменения частоты от 80 до 130 МГц. На фиг.4в прямой жирной горизонтальной линией показан сигнал с выхода соответствующей ячейки матрицы ФПУ 12 в координатах «частота-время», например, с частотой 53 МГц (из предполагаемого возможного диапазона частот 50-60 МГц), жирной пилообразной линией изображен ЛЧМ-эквивалент, образованный на выходе смесителя 14, частота в котором изменяется от 80-53=27 МГц до 130-53=77 МГц. Параллельно пилообразному изменению частоты в ЛЧМ-эквиваленте пунктиром показаны пределы вариации последнего при изменении частоты входного сигнала в диапазоне 50-60 МГц (этот диапазон обозначен как ΔFΣ), а крайними горизонтальными пунктирными линиями указана полоса пропускания согласованного фильтра на ДЛЗ 16, в данном примере она равна 40 МГц, что позволяет получить длительность «сжатого» импульса на выходе ДЛЗ tимп=1/ΔFлз=25 нс, где ΔFлз=40 МГц - полоса частот ДЛЗ. На этом же графике пунктирными вертикальными линиями показаны границы вариации по времени возникновения импульсных откликов при изменении частоты входного сигнала в диапазоне частот доплеровских сдвигов от 50 до 60 МГц. Видно, что доплеровский сдвиг частоты преобразуется во временной сдвиг импульса-отклика относительно запускающего синхроимпульса, указанного на фиг.4а. Это обстоятельство отражено на втором графике фиг.4г, который представляет собой прямоугольный импульс с длительностью τзад, равной разности моментов времени появления импульса-отклика и предшествующего ему синхроимпульса. Отметим, что эта длительность импульса затем кодируется в многоканальном БЗУ 23.On figa presents a sequence of clock pulses that determine the period of the write-read cycle and referred to as pulses of the "Reset Cycle" generated in the ICG 22. On figb shows the process of periodically reproduced LFM scanning in GLFM 21 with a frequency range from 80 to 130 MHz Fig. 4c, a straight bold horizontal line shows the signal from the output of the corresponding cell of the
Работа канала обработки информации связана с оценкой вероятностных характеристик обнаружения объекта локации с учетом характеристик приемного тракта.The operation of the information processing channel is associated with the assessment of the probabilistic characteristics of the detection of a location object, taking into account the characteristics of the receiving path.
Как известно, отношение сигнал/шум µ однозначно определяет обнаружительные вероятностные характеристики локатора [16, 17]. Так, вероятность обнаружения Робн сигнала на фоне нормального (гауссова) шума в соответствии с критерием Неймана-Пирсона определяется отношением сигнал/шум µ на входе решающего устройства с установленным в нем нормированным порогом αп=Uп/σш, где σш - среднеквадратическое напряжение шума на входе решающего устройства, Uп - пороговое напряжение, вычисляется из выраженияAs is known, the signal-to-noise ratio µ uniquely determines the probabilistic probabilistic characteristics of the locator [16, 17]. So, the probability of detecting P obn signal against a background of normal (Gaussian) noise in accordance with the Neumann-Pearson criterion is determined by the signal-to-noise ratio μ at the input of the solver with the normalized threshold α p = U p / σ w set in it, where σ w - the rms noise voltage at the input of the decider, U p is the threshold voltage, calculated from the expression
гдеWhere
- интеграл вероятности, а вероятность ложных тревог Рлт равнаis the probability integral, and the probability of false alarms P lt is
Для обычно задаваемых при расчетах локационных систем величинах вероятностей обнаружения и ложных тревог требуемое отношение сигнал/шум определяется из выраженияFor the values of the probabilities of detection and false alarms that are usually set when calculating location systems, the required signal-to-noise ratio is determined from the expression
где Ф-1(x) - обратный интеграл вероятности.where Ф -1 (x) is the inverse probability integral.
Если качество ФПУ известно (величина спектральной плотности шума Gш), то на основании (5) можно рассчитать величину потребной энергии сигнала на входе ФПУ, которая достаточна для обработки в согласованном фильтре:If the quality of the FPU is known (the value of the noise spectral density G W ), then based on (5), it is possible to calculate the amount of required signal energy at the input of the FPU, which is sufficient for processing in a matched filter:
Вместо вероятности ложных тревог часто пользуются значением частоты ложных тревог Fлт, которая определяется выражениемInstead of the probability of false alarms, the value of the frequency of false alarms F l , which is determined by the expression
где <fш> - среднеквадратическое значение полосы шума, которое в предположении относительной узкополосности тракта имеет выражение <fш>=(f0 2+Δf2/12)1/2, причем f0 - несущая частота сигнала (или центральная частота тракта), Δf - полоса пропускания приемного тракта, по отношению к которому вычисляется полоса шума, причем из выражения (7) обычно вычисляют величину порогового напряжения Uп, которое равно:where <f w> - the rms value of the noise band, which in the relative path narrowband assumption has expression <f w> = (f 0 + Δf 2 2/12) 1/2, wherein f 0 - signal carrier frequency (or center frequency tract ), Δf is the passband of the receive path with respect to which the noise band is calculated, and from the expression (7) the threshold voltage U p is usually calculated, which is equal to:
Полученное из (8) значение порогового напряжения подставляют в выражение (2) и находят вероятность обнаружения Робн для полученной величины отношения сигнал/шум на выходе согласованного фильтра µ. В зависимости от поставленных условий либо принимают решение на увеличение времени обзора в заданном телесном угле, либо, наоборот, на уменьшение этого времени или на увеличение предельной дальности обнаружения локатора (либо на увеличение точности измеряемых параметров объекта).The threshold voltage value obtained from (8) is substituted into expression (2) and the probability of detecting P obn for the obtained signal-to-noise ratio at the output of the matched filter μ is found. Depending on the conditions set, they either decide to increase the viewing time at a given solid angle, or, conversely, to reduce this time or to increase the limiting detection range of the locator (or to increase the accuracy of the measured parameters of the object).
Работа многоканального блока запоминающих устройств (БЗУ) 23 поясняется блок-схемой на фиг.5. Схема содержит n параллельно работающих многоразрядных запоминающих модулей (ЗМ) 24, 25, 26, … 27, к информационным входам которых параллельно подключен выход счетчика временных импульсов (СВИ) 28, пересчет в котором происходит от подачи на его счетный вход высокочастотных импульсов от генератора временных меток (ГВМ) 29. Запись временного кода с выхода СВИ 28 в соответствующие запоминающие модули 24, 25, 26, … 27 происходит при подаче на входы разрешения записи импульса с соответствующего канального компаратора 20 (фиг.3). Блок-схема БЗУ содержит также счетчик циклов измерения (СЦ) 30, входом соединенный со вторым выходом ГСИ 22 (фиг.3), и двухвходовые суммирующие регистры (ДСР) 31, 32, 33, … 34, перезапись кодовой информации в которые по их первым входам осуществляется в начале следующего цикла измерений от действия строб-импульса, поступающего со второго выхода ГСИ 22 (фиг.3), а вторые входы ДСР параллельно подключены к выходу СЦ 30 так, что код номера цикла записывается в старшем байте регистра, а код временной задержки τзад - в младших байтах регистра. Импульс ГСИ 22 осуществляет сброс в СВИ 28, а через некоторый интервал времени задержки, организуемый элементом задержки (ЭЗ) 35, также сброс ранее записанных кодов в соответствующих ЗМ 24, 25, 26, … 27 (для записи новых кодов времени в следующем цикле измерений). Импульсные сигналы ГСИ 22 также осуществляют фазовую синхронизацию работы ГВМ 29, частота следования импульсов в котором кратна частоте импульсов ГСИ 22 и определяет временной дискрет отсчета временной задержки τзад для каждого из действующих каналов обработки. Выход БЗУ 23 (фиг.3) образован сигналами с ГСИ 22, ДСР 31, 32, 33, … 34 и СЦ 30. Эти сигналы поступают в вычислитель измеряемых параметров объекта локации, рассмотрение конкретной структуры которого выходит за рамки рассматриваемого технического решения.The operation of the multi-channel block storage devices (BZU) 23 is illustrated by the block diagram in figure 5. The circuit contains n parallel multi-bit memory modules (ZM) 24, 25, 26, ... 27, to the information inputs of which are connected in parallel the output of the counter of temporary pulses (SVI) 28, the conversion of which occurs from the supply to its counting input of high-frequency pulses from the time generator marks (GVM) 29. The time code is written from the output of the
Важно лишь отметить, что в вычислителе измеряемых параметров объекта локации осуществляются следующие операции:It is only important to note that the following operations are carried out in the calculator of the measured parameters of the location object:
- выбор m пар (при р=2) или m четверок (при р=3) шин с идентичными для них доплеровскими сдвигами частоты ΔυДОП i для m действующих в данном цикле измерения бликов методом сравнения кодов с заданной погрешностью, например ±(1-2) бита;- the choice of m pairs (at p = 2) or m fours (at p = 3) of buses with Doppler frequency shifts identical to them Δυ ADD i for m glare measurements in this cycle by comparing codes with a given error, for example ± (1- 2) bits;
- определение путем дешифрации номеров шин в каждой паре (или четверке) азимутов φ1 и углов места εi на все работающие m блики;- determination by decryption of tire numbers in each pair (or four) of azimuths φ 1 and elevation angles ε i for all working m highlights;
- вычисление координат и скорости объекта локации по одному из возможных алгоритмов, включая итерационный анализ априори неизвестных параметров - азимута φ0 и угла места ε0 для линии наклонной дальности на объект локации и радиальной скорости v последнего.- calculation of the coordinates and speed of the location object according to one of the possible algorithms, including iterative analysis of a priori unknown parameters - azimuth φ 0 and elevation angle ε 0 for the oblique range line to the location object and radial velocity v of the latter.
Если объем вычислительных операций оказывается большим, что не позволяет его завершить в пределах данного или последующего цикла измерений, то вычисления могут производиться в течение нескольких последовательных циклов в зависимости от организации вычислительной среды и ее быстродействия, а результаты вычислений должны соотноситься во времени к рассматриваемому циклу. По мере уточнения параметров лоцируемого объекта (его координат и скорости) диапазон итерационного поиска должен автоматически сокращаться, уменьшая тем самым временные затраты на производство необходимых вычислений вплоть до интервала времени, равного времени цикла измерений.If the volume of computational operations turns out to be large, which does not allow it to be completed within a given or subsequent measurement cycle, then the calculations can be performed for several consecutive cycles, depending on the organization of the computing environment and its speed, and the results of the calculations should be related in time to the cycle under consideration. As the parameters of the located object (its coordinates and speed) are refined, the range of iterative search should automatically be reduced, thereby reducing the time spent on the necessary calculations up to a time interval equal to the measurement cycle time.
Использование в заявляемом способе методов статистического усреднения позволяет повысить точность измерения координат и скорости движения объекта-невидимки.Using the claimed method of statistical averaging methods can improve the accuracy of measuring the coordinates and speed of motion of an invisible object.
На основе использования методов аналитической геометрии задача метонахождения лоцируемого объекта-невидимки, когда отсутствует прямое переизлучение от последнего вдоль линии наклонной дальности, сводится к нахождению направлений на объект локации с нескольких разнесенных в пространстве морских бликов, пересечение которых при известных координатах этих бликов происходит в точке, являющейся координатами лоцируемого объекта. Координаты бликов однозначно определяются их азимутами φi и углами места εi, а также высотой h0 реперной точки приемопередающего объектива локатора над уровнем моря, что тривиально. Более сложной задачей является определение углов ηi, под которыми объект «наблюдается» от соответствующих морских бликов. Для решения этой задачи необходимо найти углы Θi (см. фиг.6), которые определяются при рассеянном отражении лазерного излучения объектом локации и отсчитываются от направления зондирующего объект излучения (от линии наклонной дальности). Эти углы по каждому из действующих бликов однозначно зависят от измеренных значений доплеровских сдвигов частоты ΔυДОП i, поскольку известно, что ΔυДОП i=(2v/λ) cosΘi, следовательно,Based on the use of methods of analytical geometry, the problem of meta-location of the located invisible object, when there is no direct reradiation from the latter along the oblique range line, is reduced to finding directions to the location object from several sea glare spaced in space, the intersection of which at known coordinates of these glare occurs at a point, which is the coordinates of the located object. Glare coordinates are uniquely determined by their azimuths φ i and elevation angles ε i , as well as by the height h 0 of the reference point of the transceiver lens of the locator above sea level, which is trivial. A more difficult task is to determine the angles η i , at which the object is "observed" from the corresponding sea glare. To solve this problem, it is necessary to find the angles Θ i (see Fig. 6), which are determined by the scattered reflection of laser radiation by the location object and are counted from the direction of the radiation probing the object (from the inclined range line). These angles for each of the active glare uniquely depend on the measured values of the Doppler frequency shifts Δυ DOP i , since it is known that Δυ DOP i = (2v / λ) cosΘ i , therefore
то есть угол Θi определяется по измеряемому значению доплеровского сдвига частоты и априори неизвестному значению радиальной скорости V лоцируемого объекта, значение которой требуется установить.that is, the angle Θ i is determined by the measured value of the Doppler frequency shift and a priori unknown value of the radial velocity V of the located object, the value of which needs to be set.
Высота Н полета объекта над уровнем моря также является неизвестным его параметром и выражается через априори неизвестные значения наклонной дальности d и угол места ε0 по формуле: Н=h0+d sin ε0.The flight height H of an object above sea level is also an unknown parameter and is expressed in terms of a priori unknown values of the oblique range d and elevation angle ε 0 according to the formula: Н = h 0 + d sin ε 0 .
Можно показать, что неизвестными параметрами рассматриваемой локационной задачи являются радиальная скорость объекта v, азимут φ0 и угол места ε0, то есть угловое положение линии наклонной дальности, а измеряемыми параметрами являются азимуты φi и углы места εi «видения» локатором m бликов, доплеровские смещения частоты ΔυДОПi в излучении с этих бликов. Однако с учетом предельно узкой диаграммы излучения в азимутальной плоскости можно считать, что блики переизлучения появляются при условии, что объект локации облучен локатором, и, следовательно, можно полагать, что величина φ0=0, либо мало отличается от этой величины. Известными константами при этом являются значение высоты h0 реперной точки локатора над уровнем моря и длина волны λ лазерного излучения. Таким образом, однозначное решение локационной задачи возможно при совместном решении системы, как минимум, трех независимых уравнений в процессе последовательного итерационного перебора неизвестных параметров v и ε0 таким образом, чтобы обеспечить минимальную ошибку местоопределения объекта в пространстве. В процессе решения системы независимых уравнений, число которых может быть выбрано равным m, но не меньшем трех, рассчитываются углы ηi, определяющие направления, под которыми «наблюдается» объект локации от соответствующих бликов. Каждый из углов ηi указывает лишь на наклон линии наблюдения относительно поверхности моря, то есть образует семейство таких одинаковых углов, то есть коническую поверхность с вершиной конуса в точке расположения на море i-го блика и высотой конуса, ортогональной поверхности моря. Совокупность двух таких разных конусов при их пересечении образует кривую второго порядка, на которой располагается точка, соответствующая координатам объекта.It can be shown that the unknown parameters of the considered location problem are the radial velocity of the object v, the azimuth φ 0 and the elevation angle ε 0 , that is, the angular position of the oblique range line, and the measured parameters are the azimuths φ i and elevation angles ε i of the “vision” with m glare locator , Doppler frequency shifts Δυ DOPi in radiation from these glare. However, taking into account the extremely narrow radiation pattern in the azimuthal plane, it can be considered that re-emission flares appear under the condition that the location object is irradiated with a locator, and, therefore, it can be assumed that φ 0 = 0 or differs little from this value. The known constants in this case are the value of the height h 0 of the reference point of the locator above sea level and the wavelength λ of the laser radiation. Thus, an unambiguous solution to the location problem is possible by jointly solving a system of at least three independent equations during a sequential iterative enumeration of unknown parameters v and ε 0 in such a way as to ensure a minimum error in determining the location of the object in space. In the process of solving a system of independent equations, the number of which can be chosen equal to m, but not less than three, the angles η i are calculated, which determine the directions under which the location object is “observed” from the corresponding glare. Each of the angles η i indicates only the slope of the observation line relative to the surface of the sea, that is, it forms a family of such identical angles, that is, a conical surface with a vertex of a cone at the location of the i-th glare on the sea and the height of the cone orthogonal to the sea surface. The combination of two such different cones when they intersect forms a second-order curve, on which there is a point corresponding to the coordinates of the object.
При пересечении трех конических поверхностей от трех различных бликов образуются соответственно три такие кривых, которые, пересекаясь между собой, образуют фигуру в виде криволинейного треугольника, внутри которого располагается искомая точка, отвечающая координатам объекта. Задача итерационного перебора величин параметров v и ε0 сводится к минимизации площади такого криволинейного треугольника, или к минимизации расстояний между его вершинами, что по сути одно и то же. Повышение точности местоопределения объекта локации может быть достигнуто при выборе большего числа действующих бликов (m>3), хотя это и приводит к увеличению объема вычислительных операций. Получение минимума площади криволинейного треугольника приводит к установлению искомых точных значений величин v и ε0, то есть к фактическому решению локационной задачи.When three conical surfaces intersect from three different glares, three such curves are formed, respectively, which, intersecting each other, form a figure in the form of a curved triangle, inside which is the desired point corresponding to the coordinates of the object. The iterative enumeration of the values of the parameters v and ε 0 reduces to minimizing the area of such a curved triangle, or to minimizing the distances between its vertices, which is essentially the same thing. An increase in the accuracy of positioning of a location object can be achieved by choosing a larger number of active glare (m> 3), although this leads to an increase in the volume of computational operations. Obtaining the minimum area of a curved triangle leads to the establishment of the desired exact values of the quantities v and ε 0 , that is, to the actual solution of the location problem.
Диапазон итераций параметров v и ε0 определяется конкретикой задач локации, тактико-техническими характеристиками лоцируемых объектов (в частности, априори ожидаемых скоростей их полета) и параметрами локатора (в частности, размерностью его фотоприемной матрицы). Что касается диапазона итераций параметра φ0, то он весьма мал, что определяется узконаправленным (веерообразным) излучением по азимуту, и вариация этого параметра используется практически только в целях обеспечения автосопровождения объекта по азимуту, и в расчетах можно полагать φ0=0, как это представлено на фиг.6. Диапазон вариации параметра v задается априори ожидаемым разбросом радиальных скоростей объекта, например разбросом доплеровских сдвигов частоты с полосой 10 МГц, как в рассматриваемом примере на фиг.4, с исходной дискретностью в 100 кГц, которая может изменяться в процессе уточнения этого параметра за несколько последовательных циклов измерения. Диапазон вариации параметра ε0 определяется предварительными сведениями разведданных для лоцируемого объекта (в частности, его высоты полета над поверхностью моря) и размерностью фотоприемной матрицы по ее столбцам.The range of iterations of the parameters v and ε 0 is determined by the specifics of the location tasks, the tactical and technical characteristics of the objects being located (in particular, the a priori expected flight speeds) and the locator parameters (in particular, the size of its photodetector matrix). As for the range of iterations of the parameter φ 0 , it is very small, which is determined by narrowly directed (fan-shaped) radiation in azimuth, and the variation of this parameter is used almost exclusively to ensure auto tracking of the object in azimuth, and in the calculations we can assume φ 0 = 0, as this presented in Fig.6. The range of variation of the parameter v is determined by the a priori expected spread of radial velocities of the object, for example, the spread of Doppler frequency shifts with a band of 10 MHz, as in the example considered in Fig. 4, with an initial resolution of 100 kHz, which can change during the refinement of this parameter over several successive cycles measurements. The range of variation of the parameter ε 0 is determined by preliminary intelligence information for the target object (in particular, its altitude above the sea surface) and the dimension of the photodetector matrix along its columns.
Отметим, что по мере получения данных о параметрах v и ε0 диапазоны вариации этих параметров могут существенно сокращаться, что позволит решать локационную задачу за меньшее время, например в пределах одного цикла, следующего за рассматриваемым циклом. Такая возможность связана с тем, что изменение во времени этих параметров сравнительно незначительно за время одного цикла, находится за пределами инструментальной погрешности измерения величин v и ε0.Note that, as data on the parameters v and ε 0 are obtained, the ranges of variation of these parameters can be significantly reduced, which will allow solving the location problem in less time, for example, within one cycle following the cycle under consideration. This possibility is due to the fact that the time change of these parameters is relatively insignificant during one cycle, is beyond the instrumental error of measuring the values of v and ε 0 .
Решение локационной задачи в заявляемом техническом решении может быть существенно упрощено при соблюдении условия, что оптическая ось приемопередающего объектива локатора и линия наклонной дальности АВ на объект локации (см. фиг.6) лежат в одной плоскости, в вертикальной плоскости zOx, так что φ0=0. Это условие практически всегда выполняется, иначе от объекта не образовывались бы блики, и задача автоматического сопровождения движущегося объекта по азимуту как раз и сводится к обеспечению равенства φ0=0. При этом, как видно из фиг.6, реперная точка А локатора и точка В, определяемая координатами объекта, лежат в вертикальной плоскости. В точке С располагается на поверхности моря i-й блик, видимый локатором с азимутом φi и углом места εi с высоты ОА=h0. Этот блик расположен на расстоянии OG=h0 cos φi/tg εi вдоль оси х и на расстоянии CG=h0 sin φi/tg εi вдоль оси y. Треугольник ABC образован линией наклонной дальности на объект АВ=d и двумя линиями-направлениями с локатора на блик AC=(h0 2+CG2+OG2)1/2=h0/sin εi и от блика на объект ВС, длина которой пока не известна. Однако известно, что угол при вершине В этого треугольника ABC равен Θi и определяется из (9). Поскольку треугольник BCG перпендикулярен к вертикальной плоскости zOx, поскольку CG⊥OD и CG лежит в плоскости треугольника, то из известного соотношения cos Θi=cos χi*cos ψi можно найти из (9) значение угла ψi согласно соотношению cos ψi=cos Θi/cos χi=λ ΔυДОПi/2v cos χi, причем значение угла χi находится из рассмотрения треугольника ABG. Отметим, что по построению ОЕ=ОС=h0/tg εi и отрезок EG=ОЕ-OG=tg εi/cos φi(1-cos φi)/tg εi. Отмечаем, что tg γi=h0tg εi/h0cos φi=tg εi/cos φi и γi=εI-σi=arctg(tg εi/cos φi). Из треугольника BDG выражаем угол при его вершине G через пока неизвестную высоту Н=BD=h0+d sin ε0 так: tg(∟BGD)=Н/(OD-OG)=(h0+d sin ε0)/(d cos ε0-h0 cos φi/tg εi), откуда для углов γi и ∟BGD получаем равенства:The solution of the location problem in the claimed technical solution can be significantly simplified provided that the optical axis of the transceiver lens of the locator and the oblique range line AB on the location object (see Fig.6) lie in the same plane, in the vertical plane zOx, so that φ 0 = 0. This condition is almost always fulfilled, otherwise there would be no glare from the object, and the task of automatically tracking a moving object in azimuth just comes down to ensuring the equality φ 0 = 0. Moreover, as can be seen from Fig.6, the reference point A of the locator and point B, determined by the coordinates of the object, lie in a vertical plane. At point C, the ith highlight is located on the sea surface, visible by a locator with an azimuth φ i and elevation angle ε i from a height OA = h 0 . This flare is located at a distance OG = h 0 cos φ i / tg ε i along the x axis and at a distance CG = h 0 sin φ i / tg ε i along the y axis. Triangle ABC is formed by the oblique range line to the object AB = d and two direction lines from the locator to the glare AC = (h 0 2 + CG 2 + OG 2 ) 1/2 = h 0 / sin ε i and from the reflection to the aircraft object, the length of which is not yet known. However, it is known that the angle at vertex B of this triangle ABC is Θ i and is determined from (9). Since the triangle BCG is perpendicular to the vertical plane zOx, since CG⊥OD and CG lie in the plane of the triangle, from the well-known relation cos Θ i = cos χ i * cos ψ i we can find from (9) the value of the angle ψ i according to the relation cos ψ i = cos Θ i / cos χ i = λ Δυ DOPi / 2v cos χ i , and the value of the angle χ i is found from the consideration of triangle ABG. Note that, by construction, OE = OS = h 0 / tan ε i and the segment EG = OE-OG = tan ε i / cos φ i (1-cos φ i ) / tan ε i . We note that tan γ i = h 0 tan ε i / h 0 cos φ i = tan ε i / cos φ i and γ i = ε I −σ i = arctan (tan ε i / cos φ i ). From the triangle BDG we express the angle at its vertex G through the yet unknown height Н = BD = h 0 + d sin ε 0 as follows: tg (∟BGD) = Н / (OD-OG) = (h 0 + d sin ε 0 ) / (d cos ε 0 -h 0 cos φi / tan ε i ), whence for the angles γ i and ∟BGD we obtain the equalities:
γi=arctg(tg εi/cos φi),γ i = arctan (tan ε i / cos φ i ),
При этом угол ∟AGB при вершине G в треугольнике ABG равенMoreover, the angle ∟AGB at the vertex G in triangle ABG is
Угол при вершине А треугольника ABG, как очевидно, равенThe angle at vertex A of triangle ABG is obviously equal to
откуда находим значение искомого угла при вершине В в треугольнике ABG:whence we find the value of the desired angle at the vertex B in triangle ABG:
С учетом указанного ранее соотношения cos ψi=λΔυДОПi/2v cosχi из (13) находим значение угла ψi и длину стороны ВС в треугольнике BCG, которая равнаTaking into account the relation cos ψ i = λΔυ DOPi / 2v cosχ i indicated above, from (13) we find the value of the angle ψ i and the length of the side of the BC in triangle BCG, which is equal to
Из рассмотрения прямоугольного треугольника BCD находим значение угла ηi при вершине С по определению sin ηi=Н/ВС=(h0+d sin ε0)tg εi[1-(λ ΔυДОПi/2v cos χi)2)1/2/h0 sin φi=[1+(d/h0)sin ε0]tg εi[1-(λ ΔυДОПi/2v cos χi)2)]1/2/sin φi.From the consideration of the right-angled triangle BCD, we find the value of the angle η i at the vertex C by the definition sin η i = Н / ВС = (h 0 + d sin ε 0 ) tan ε i [1- (λ Δυ DOPi / 2v cos χ i ) 2 ) 1/2 / h 0 sin φ i = [1+ (d / h 0 ) sin ε 0 ] tg ε i [1- (λ Δυ ADPi / 2v cos χ i ) 2 )] 1/2 / sin φ i .
При подстановке в это выражение для sin ηi значений углов χi из выражения (13) найдем углы ηi относительно вертикалей, восстановленных из точек дислокации морских бликов, которые образуют группу m указанных ранее конических поверхностей, пересечение которых реконструирует точку в пространстве, в которой находится дифракционно ограниченный (точечный) объект локации. В это уравнение входят три неизвестные величины - ε0, V и d, из которых первые две находятся путем их последовательной итерации в заданных диапазонах, а третью ищут при совместном решении системы независимых уравнений с их числом не менее трех (m≥3). В результате получаем m значений наклонной дальности di, для которых модуль разности любой пары этих значений должен иметь минимальную возможную величину. Среднее значение наклонной дальности при этом равноWhen substituting the values of the angles χ i in this expression for sin η i from expression (13), we find the angles η i relative to the verticals reconstructed from the dislocation points of the sea glare that form the group m of the previously mentioned conical surfaces, the intersection of which reconstructs a point in the space in which there is a diffraction limited (point) location object. This equation includes three unknown quantities - ε 0 , V, and d, of which the first two are found by sequential iteration in the given ranges, and the third is searched for when solving a system of independent equations with at least three (m≥3). As a result, we obtain m values of the inclined range d i for which the absolute value of the difference of any pair of these values should have the minimum possible value. The average value of the slant range is
а дисперсияand the variance
минимальна при правильном выборе варьируемых неизвестных ε0 и v.minimal when correctly selected variable unknowns ε 0 and v.
Возможно и иное решение локационной задачи, не связанное с вычислением углов ηi и использованием методики пересекающихся конических поверхностей. Это решение, основанное на так называемом методе пересекающихся окружностей, геометрически представлено на фиг.7а и 7б. Считается, что в режиме автосопровождения лоцируемого объекта по азимуту с учетом узконаправленного зондирующего излучения в плоскости азимутов, когда возникают морские блики от рассеяния объектом лазерного облучения, реперная точка А локатора и точка В расположения объекта, то есть линия наклонной дальности АВ, лежат в вертикальной плоскости xOz. Через эти точки А и В, как известно, можно провести бесчисленное количество окружностей, а через три точки - только одну единственную. При этом различное пространственное положение этих третьих точек (C1 и C2) приводит к неколлинеарности плоскостей, в которых лежат эти окружности, а линия пересечения указанных плоскостей соответствует линии наклонной дальности на объект. Координаты точек А и C1 (А и C2) известны, а координаты точки В априори не известны и подлежат расчету. Нетрудно понять, что точка В соответствует точке пересечения окружностей, проведенных через три точки, - первая через А, В и C1, а вторая - через А, В и C2. Однако для определения координат центров этих окружностей O1 и О2, лежащих в плоскостях соответствующих треугольников ABC1 и ABC2, а также величин их радиусов r1 и r2, необходимо и достаточно определить углы Θ1 и Θ2 при вершинах В указанных треугольников, опирающиеся на хорды AC1 и АС2. Измерение этих углов, соответствующих углам между направлениями рассеяния объектом лазерного излучения на соответствующие блики морской поверхности и направлением зондирования, совпадающим с линией наклонной дальности АВ, производится на основе измерения доплеровского сдвига частоты ΔυДОП i в излучениях, принятых локатором от двух бликов.Another solution to the location problem is also possible, not related to calculating the angles η i and using the technique of intersecting conical surfaces. This solution, based on the so-called intersecting circle method, is geometrically presented in FIGS. 7a and 7b. It is believed that in the mode of automatic tracking of the located object in azimuth, taking into account the narrowly directed probe radiation in the azimuth plane, when sea glare from scattering by the laser irradiation object occurs, the reference point A of the locator and the object location point B, that is, the oblique range line AB, lie in the vertical plane xOz. As you know, through these points A and B one can draw countless circles, and through three points only one unique one. Moreover, the different spatial position of these third points (C 1 and C 2 ) leads to noncollinearity of the planes in which these circles lie, and the line of intersection of these planes corresponds to the line of inclined range to the object. The coordinates of points A and C 1 (A and C 2 ) are known, and the coordinates of point B are not known a priori and must be calculated. It is easy to understand that point B corresponds to the intersection point of circles drawn through three points - the first through A, B and C 1 , and the second through A, B and C 2 . However, to determine the coordinates of the centers of these circles O 1 and O 2 lying in the planes of the corresponding triangles ABC 1 and ABC 2 , as well as the values of their radii r 1 and r 2 , it is necessary and sufficient to determine the angles Θ 1 and Θ 2 at the vertices B of the indicated triangles based on the chords AC 1 and AC 2 . The measurement of these angles corresponding to the angles between the scattering directions of the laser radiation object to the corresponding glare of the sea surface and the sounding direction coinciding with the inclined range AB line is based on measuring the Doppler frequency shift Δυ ADP i in the radiation received by the locator from two glare.
Рассмотрим задачу определения координат центра окружности O1 (фиг.7а) и ее радиуса r1. Координаты х, y, z точек А, В и C1 следующие: А (0, 0, h0); В (х, 0, h0+x tg ε0); C1 (h0cos φ1/tg ε1, h0sin φ1/tg ε1, 0). При этом х и ε0 - априори неизвестные величины. Длина хорды AC1 равна AC1=h0/sin ε1. Центр окружности О1 лежит на перпендикуляре, проведенном из центра отрезка AC1. При известном угле Θ1 при вершине треугольника ABC1 и при условии, что точка В лежит на данной окружности, длина перпендикуляра h1 * от середины хорды AC1 - от точки F1 с координатами F1(h0cos φ1/2 tg ε1, h0sin φ1/2 tg ε1, h0/2) - равна h1 *=r1 cos Θ1, где величина радиуса окружности равна r1=h0/2 sin ε1sin Θ1.Consider the task of determining the coordinates of the center of the circle O 1 (figa) and its radius r 1 . The x, y, z coordinates of points A, B and C 1 are as follows: A (0, 0, h 0 ); B (x, 0, h 0 + x tan ε 0 ); C 1 (h 0 cos φ 1 / tg ε 1 , h 0 sin φ 1 / tg ε 1 , 0). Moreover, x and ε 0 are a priori unknown quantities. The chord length AC 1 is equal to AC 1 = h 0 / sin ε 1 . The center of the circle O 1 lies on a perpendicular drawn from the center of the segment AC 1 . For a known angle Θ 1 at the apex of triangle ABC 1 and provided that point B lies on this circle, the perpendicular length h 1 * from the middle of the chord AC 1 is from point F 1 with coordinates F 1 (h 0 cos φ 1/2 tg ε 1, h 0 sin φ 1/2 tg ε 1, h 0/2) - equal to h 1 * = r 1 cos Θ 1, wherein the radius of the circle is r 1 = h 0/2 sin ε 1 sin Θ 1.
Для соответствующей окружности на фиг.7б получаем h2 *=r2cosΘ2 и радиус r2=h0/2sin ε2sin Θ2. Пересечение этих двух окружностей происходит в точке В, координаты которой х и z вычисляются как функции х=f(h0, ε0, ε1, φ1, v) и z=g (h0, ε0, ε1, φ1, v) при вариации параметров ε0 и v, при правильном выборе которых и при числе действующих бликов m>2 расстояния между точками пересечения m окружностей вблизи точки В минимально. В последнем случае решается система m независимых уравнений при последовательно варьируемых параметрах ε0 и v, в результате чего находятся значения хi с минимальным разбросом их длин.For the corresponding circle in figb we get h 2 * = r 2 cos 2 2 and the radius r 2 = h 0 / 2sin ε 2 sin Θ 2 . The intersection of these two circles occurs at point B, the coordinates of which x and z are calculated as functions x = f (h 0 , ε 0 , ε 1 , φ 1 , v) and z = g (h 0 , ε 0 , ε 1 , φ 1 , v) with a variation of the parameters ε 0 and v, with the correct choice of which and with the number of effective glare m> 2, the distance between the intersection points of m circles near point B is minimal. In the latter case, a system of m independent equations is solved with successively varying parameters ε 0 and v, as a result of which the values of x i are found with a minimum spread of their lengths.
Данная методика интересна тем, что позволяет весьма существенно сократить диапазоны вариации параметров ε0 и v, если число действующих бликов m>2. Действительно, координаты объекта - точки В: х=f(h0, ε0, ε1, φi, v), y=0 и z=g(h0, ε0, εi, φi, v) могут быть определены решением системы из трех независимых уравнений (для m=3) без применения операции итерационного поиска параметров ε0 и v. Таким образом получают данные об этих параметрах, что и позволяет сократить диапазон итераций в последующих измерениях, одновременно уменьшая дискрет итераций, с целью увеличения точности измерения координат объекта.This technique is interesting in that it allows a very significant reduction in the ranges of variation of the parameters ε 0 and v if the number of effective glare m> 2. Indeed, the coordinates of the object - point B: x = f (h 0 , ε 0 , ε 1 , φ i , v), y = 0 and z = g (h 0 , ε 0 , ε i , φ i , v) can be determined by solving a system of three independent equations (for m = 3) without applying the operation of iterative search for parameters ε 0 and v. Thus, data on these parameters is obtained, which allows one to reduce the range of iterations in subsequent measurements, while simultaneously reducing the discrete iterations in order to increase the accuracy of measuring the coordinates of the object.
Автоматическое сопровождение приемопередающего объектива локатора по азимуту обеспечивает совмещение оптической оси объектива с направлением визирования объекта локации, то есть с линией наклонной дальности АВ (фиг.6 и 7). При этом обеспечивается равенство φ0=0 (угол φ0 указывает лишь на рассогласование в азимутальной плоскости оптической оси объектива относительно оси визирования объекта, но не значение азимута на объект, отсчитываемого относительно направления на север). Вариация в малых пределах угла φ0 используется в локаторе для осуществления автоматического сопровождения объекта по азимуту по критерию максимума мощности принимаемых оптических сигналов от бликов морской поверхности. Поэтому в алгоритм решения локационной задачи не входит проведение итерации по азимуту φ0.Automatic tracking of the transceiver lens of the locator in azimuth ensures the alignment of the optical axis of the lens with the direction of sight of the location object, that is, with the line of inclined range AB (Fig.6 and 7). This ensures the equality φ 0 = 0 (the angle φ 0 indicates only the mismatch in the azimuthal plane of the optical axis of the lens relative to the axis of sight of the object, but not the value of the azimuth to the object, measured relative to the north direction). Variation within small limits of the angle φ 0 is used in the locator to automatically track an object in azimuth according to the criterion of the maximum power of received optical signals from glare of the sea surface. Therefore, the algorithm for solving the location problem does not include iteration along the azimuth φ 0 .
Рассмотрим пример построения локационной системы.Consider an example of building a location system.
При образовании фотоприемной матрицы размерностью 181×181 элементов КРТ с диаметром элемента 0,1 мм минимальный размер матрицы составляет 18,1×18,1 мм2, а углы зрения в азимутальной Δφ и угломестной Δε плоскостях равны Δφ=Δε=0,05 рад при фокусном расстоянии приемного объектива Fпр=360 мм. При высоте реперной точки h0=30 м и при минимальной дальности наблюдения морской поверхности Lmin=500 м (т.е. при εmax=arctg(h0/Lmin)=0,06 рад) получаем εmin=εmax-Δε=0,01 рад, и максимальная дальность видения морской поверхности равна Lmax=h0/εmin=3000 м, то есть длина участка расположения видимых локатором морских бликов равна 2500 м. Ширина этого участка растет линейно по его длине от smin=Lmin*Δφ=500*0,05=25 м до smax=Lmax*Δφ=3000*0,05=150 м - в конце зоны видения на морской поверхности. Если приемный объектив локатора выполнить как трансфокатор, то можно в широких пределах варьировать длину рабочей зоны, в которой наблюдаются морские блики, а также ее положение по длине при изменении положения оптической оси приемного объектива. Так, при фокусном расстоянии Fпр=120 мм получим Δφ=Δε=0,15 рад и длину зоны видимых локатором бликов можно установить в диапазоне L=0,2…9 км с шириной зоны s=30 м … 1,35 км. Важно также отметить, что веерообразная диаграмма излучения передающим объективом локатора может быть меньше ширины обзора по углу места в приемном объективе, поскольку излучение нет необходимости направлять в сторону морской поверхности, однако оптические оси приемного и передающего объективов локатора всегда должны находиться в одной плоскости. Наконец, конфигурация расположения фоточувствительных элементов в матрице может отличаться от прямоугольной. Например, она может быть трапецеидальной, что позволит расширить зону наблюдения морской поверхности в ближней зоне, сузив ее в дальней, то есть сделать эту зону равновеликой по ширине на всей длине обзора.When forming a photodetector matrix with a dimension of 181 × 181 CMT elements with an element diameter of 0.1 mm, the minimum matrix size is 18.1 × 18.1 mm 2 , and the viewing angles in the azimuthal Δφ and elevation Δε planes are Δφ = Δε = 0.05 rad when the focal length of the receiving lens F CR = 360 mm With a height of the reference point h 0 = 30 m and a minimum observation range of the sea surface L min = 500 m (i.e., with ε max = arctan (h 0 / L min ) = 0.06 rad), we obtain ε min = ε max -Δε = 0.01 rad, and the maximum range of vision of the sea surface is L max = h 0 / ε min = 3000 m, that is, the length of the location of the sea glare visible by the locator is 2500 m.The width of this area grows linearly along its length from s min = L min * Δφ = 500 * 0.05 = 25 m to s max = L max * Δφ = 3000 * 0.05 = 150 m - at the end of the vision zone on the sea surface. If the receiving lens of the locator is executed as a zoom lens, then it is possible to widely vary the length of the working area in which sea glare is observed, as well as its position along the length when changing the position of the optical axis of the receiving lens. So, with a focal length F CR = 120 mm, we obtain Δφ = Δε = 0.15 rad and the length of the zone of glare visible by the locator can be set in the range L = 0.2 ... 9 km with a zone width of s = 30 m ... 1.35 km. It is also important to note that the fan-shaped radiation pattern of the transmitting lens of the locator may be smaller than the viewing width in elevation in the receiving lens, since the radiation does not need to be directed towards the sea surface, however, the optical axes of the receiving and transmitting lenses of the locator should always be in the same plane. Finally, the configuration of the arrangement of photosensitive elements in the matrix may differ from a rectangular one. For example, it can be trapezoidal, which will expand the observation zone of the sea surface in the near zone, narrowing it in the far, that is, make this zone equally wide in width along the entire length of the review.
Если полагать, что углы Θi находятся в диапазоне Θi≤π/3, то при работе по объектам-невидимкам, движущимся со скоростью 300 м/с на высотах 30-50 м над уровнем моря, диапазон изменения доплеровских сдвигов частоты для излучения газового СО2-лазера (λ=10,6 мкм) будет равен 8,4 МГц, то есть не превосходит указанной на фиг.4в величины ΔFΣ=10 МГц.If we assume that the angles Θ i are in the range Θ i ≤π / 3, then when working on invisible objects moving at a speed of 300 m / s at altitudes of 30-50 m above sea level, the range of variation of Doppler frequency shifts for gas radiation The CO 2 laser (λ = 10.6 μm) will be equal to 8.4 MHz, that is, does not exceed the value ΔF Σ = 10 MHz indicated in FIG.
Всего в матрице использовано 1812=32400 элементов, что позволяет построить трехмерную группу со стороной куба в 32 элемента, что соответствует 128 каналам обработки информации на ДЛЗ. Последняя может иметь полосу частот ΔF=40 МГц и длительность импульсной характеристики τдз=50 мкс (база ДЛЗ равна В=2000), что позволяет повысить отношение сигнал/шум на входе решающего устройства в В1/2=45 раз, что компенсирует ухудшение этого отношения в 321/2=5,7 раза за счет увеличения мощности шума подключением к выходным шинам сборок 7-10 (фиг.2) тридцати двух выходов усилителей 13. «Сжатые» импульсы на выходах ДЛЗ имеют длительность tимп=25 нс, длительность цикла измерений целесообразно выбрать равной 100 мкс. При скорости лоцируемого объекта-невидимки v=300 м/с за время цикла объект проходит путь всего 3 см, что позволяет считать, что блики устойчивы в течение всего цикла. Тактовую частоту в ГВМ 29 выбирают не ниже 80 МГц, при этом коды временного положения импульса-отклика ДЛЗ должны быть 13-разрядные (младшие разряды в ДСР 31, 32, 33, … 34). Временная задержка в элементе 35 (порядка 1 мкс) обеспечивает сброс кодов в ЗМ 24, 25, 26, … 27 после того, как в начале нового цикла записанные в них данные будут переписаны в младшие разряды ДСР 31, 32, 33, … 34.In total, 181 2 = 32,400 elements are used in the matrix, which allows you to build a three-dimensional group with a cube side of 32 elements, which corresponds to 128 channels of information processing at the DL. The latter can have a frequency band ΔF = 40 MHz and the duration of the impulse response τ dz = 50 μs (the base of the DLZ is equal to B = 2000), which allows to increase the signal-to-noise ratio at the input of the resolver by 1/2 1/2 = 45 times, which compensates for the deterioration this
Для практического использования заявляемого способа в лазерной локации низколетящих воздушных объектов-невидимок необходимо исследовать статистику бликовых переотражений на море (в океане) в различных погодных условиях, энергетику этих оптических сигналов, преимущественные зоны на морской поверхности для приема бликовых переотражений при задании определенного класса объектов-невидимок. Кроме того, следует разработать соответствующую быстродействующую вычислительную среду для многоканальной обработки кодированных сигналов и разработать фотоприемную матрицу, например, с элементами КРТ, с низким уровнем шума и высокой плотностью размещения фотоприемных элементов в ней. В качестве лазера следует использовать мощные газовые одночастотные приборы с высокой кратковременной частотной стабильностью излучения. Также следует рекомендовать разработку многоканальных дисперсионных линий задержки в интегральном исполнении с большой базой, что позволит скомпенсировать влияние шума при параллельном включении на одну шину двумерной или трехмерной группы нескольких фотоприемных элементов матрицы. Представляет интерес разработка приемопередающего объектива локатора с трансфокацией приемного объектива и веерообразной диаграммой излучения-приема с соответствующими точными приводами управления угловым положением объективов.For the practical use of the proposed method in the laser location of low-flying invisible aerial objects, it is necessary to study the glare statistics of reflections at sea (in the ocean) in various weather conditions, the energy of these optical signals, the primary zones on the sea surface for receiving glare reflections when specifying a certain class of invisible objects . In addition, it is necessary to develop an appropriate high-speed computing environment for multichannel processing of encoded signals and develop a photodetector array, for example, with SRT elements, with a low noise level and a high density of photodetector elements in it. As a laser, powerful gas single-frequency devices with high short-term frequency stability of radiation should be used. It is also recommended that the development of multi-channel dispersion delay lines in an integrated design with a large base allow to compensate for the effect of noise when several two-dimensional or three-dimensional groups of several photodetector elements of a matrix are connected on one bus in parallel. Of interest is the development of a transceiver lens of the locator with zoom of the receiving lens and a fan-shaped radiation-reception diagram with the corresponding precise actuators for controlling the angular position of the lenses.
Соответствующее проведение НИОКР по рассматриваемой локационной системе может быть проведено на предприятиях Министерства промышленности, связанных с разработкой оптико-электронных приборов в интересах тактических задач ВМФ России.Appropriate R&D for the location system under consideration can be carried out at enterprises of the Ministry of Industry related to the development of optoelectronic devices in the interests of tactical tasks of the Russian Navy.
ЛитератураLiterature
1. О.Ф.Меньших, Лазерный доплеровский локатор. Патент РФ №1829641.1. O.F. Smaller, Laser Doppler Locator. RF patent No. 1829641.
2. О.Ф.Меньших, Обнаружитель лазерного доплеровского локатора. Патент РФ №1829640.2. O.F. Smaller, Detector of a laser Doppler radar. RF patent No. 1829640.
3. О.Ф.Меньших, Согласованный фильтр, Патент РФ №2016493.3. O.F. Smaller, Consistent Filter, RF Patent No.2016493.
4. О.Ф.Меньших, Устройство для анализа спектра сигналов. Патент РФ №2040798.4. O.F. Smaller, Device for analyzing the spectrum of signals. RF patent No. 2040798.
5. О.Ф.Меньших, Способ локации. Патент РФ №2296390.5. O.F. Smaller, Method of location. RF patent No. 2296390.
6. Лазерная локация. Под ред. Н.Д.Устинова. - М.: Машиностроение, 1984.6. Laser location. Ed. N.D.Ustinova. - M.: Mechanical Engineering, 1984.
7. В.В.Протопопов, Н.Д.Устинов, Инфракрасные лазерные локационные системы, М.: Воениздат, 1987.7. V.V. Protopopov, ND Ustinov, Infrared laser location systems, M .: Military Publishing House, 1987.
8. Измерение спектро-частотных и корреляционных параметров и характеристик лазерного излучения. Под ред. А.Ф.Котова и Б.М.Степанова. - М.: Радио и связь, 1982.8. Measurement of spectral-frequency and correlation parameters and characteristics of laser radiation. Ed. A.F. Kotova and B.M. Stepanov. - M.: Radio and Communications, 1982.
9. Ч.Кук, М.Бернфельд, Радиолокационные сигналы, пер. с англ., под ред. В.С.Кильзона. - М.: Сов. радио, 1971.9. C. Cook, M. Bernfeld, Radar signals, trans. from English, ed. V.S.Kilzon. - M .: Owls. Radio, 1971.
10. Фильтры на поверхностных акустических волнах. Под ред. Г.Мэттьюза. - М.: Сов. радио, 1981, 472 с.10. Filters on surface acoustic waves. Ed. G. Matthews. - M .: Owls. Radio 1981, 472 pp.
11. В.И.Тверской, Дисперсионно-временные методы измерения спектров радиосигналов. - М.: Сов. радио, 1974, 240 с.11. V.I. Tverskoy, Dispersion-time methods for measuring the spectra of radio signals. - M .: Owls. Radio, 1974, 240 p.
12. А.А.Джек, П.М.Грант, Дж.Х.Коллинз, Те0рия проектирования и применение Фурье-процессоров на поверхностных акустических волнах, ТИИЭИР, 1980, №4, р.22-43.12. A.A.Dzhek, P.M. Grant, J.H. Collins, Design Theory and Application of Fourier Processors on Surface Acoustic Waves, TIIEIR, 1980, No. 4, p. 22-43.
13. Фильтры на поверхностных акустических волнах, технология и применение, пер. с англ. Г.Б.Звороно. Под ред. В.Б.Акпамбетова. - М.: Радио и связь, 1981.13. Filters on surface acoustic waves, technology and application, trans. from English G. B. Zvorono. Ed. V.B.Akpambetova. - M.: Radio and Communications, 1981.
14. Я.Д.Ширман, В.Н.Манжос, Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. - М.: Радио и связь, 1981.14. Ya. D. Shirman, VN Manzhos, Theory and technique of processing radar information against a background of interference. - M.: Radio and Communications, 1981.
15. Ю.С.Лезин, Оптимальные фильтры и накопители импульсных сигналов. - М.: Сов. радио, 1969.15. Yu.S. Lezin, Optimal filters and pulse signal storage devices. - M .: Owls. radio, 1969.
16. Б.Р.Левин, Те0ретические основы статистической радиотехники. - М.: Сов. радио, 1974, кн.1 и 2.16. B. R. Levin, Theoretical Foundations of Statistical Radio Engineering. - M .: Owls. Radio, 1974,
17. В.И.Тихонов, Оптимальный прием сигналов. - М.: Радио и связь, 1983, 320 с.17. V.I. Tikhonov, Optimal signal reception. - M .: Radio and communications, 1983, 320 p.
Claims (7)
Θi=arccos(ΔυДОП i·λ/2v), λ - длина волны лазерного излучения, hv - известная высота над уровнем моря центральной точки приемного объектива локатора, так что координату х рассчитывают по формуле и при этом минимизируется абсолютная величина разности любых двух значений хi с разными индексами i из их числа m.5. The method according to claim 1, characterized in that the coordinates of the located object are refined by performing an iterative search of the values of v and εо by a joint solution of the system m of equations x i = f (ho, εо, φ i , ε i , v) for all visible locator m of glare of the sea, that is, for i = 1, 2, 3, ... m, where the scattering angle of the object of the probing radiation relative to the direction of the latter is
Θ i = arccos (Δυ DOP i · λ / 2v), λ is the wavelength of laser radiation, h v is the known height above sea level of the center point of the receiving lens of the locator, so the x coordinate is calculated by the formula and at the same time, the absolute value of the difference between any two values of x i with different indices i from their number m is minimized.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007140025/28A RU2354994C1 (en) | 2007-10-29 | 2007-10-29 | Method of processing information in coherent laser locator with photodetector array |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007140025/28A RU2354994C1 (en) | 2007-10-29 | 2007-10-29 | Method of processing information in coherent laser locator with photodetector array |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2354994C1 true RU2354994C1 (en) | 2009-05-10 |
Family
ID=41020097
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007140025/28A RU2354994C1 (en) | 2007-10-29 | 2007-10-29 | Method of processing information in coherent laser locator with photodetector array |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2354994C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2449313C1 (en) * | 2011-01-12 | 2012-04-27 | Олег Фёдорович Меньших | Device for recording random distribution of group flare reflections of laser light by sea surface |
WO2012057653A1 (en) * | 2010-10-26 | 2012-05-03 | Открытое Акционерное Общество "Ракетно-Космическая Корпорация "Энергия" Имени С. П. Королева | Laser location method |
RU2457504C1 (en) * | 2011-04-15 | 2012-07-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (ОАО "НИИ ОЭП") | Method of scanning space using optoelectronic system |
CN113935354A (en) * | 2021-09-09 | 2022-01-14 | 同济大学 | Anti-interference graph intersection point coding and decoding method for commodity outer package |
RU208857U1 (en) * | 2021-06-30 | 2022-01-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Device for determining the Doppler frequency measurement of the reflected radar signal |
RU2774410C1 (en) * | 2021-06-30 | 2022-06-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Device for determining the doppler measurement of the frequency of the reflected radar signal |
-
2007
- 2007-10-29 RU RU2007140025/28A patent/RU2354994C1/en active
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012057653A1 (en) * | 2010-10-26 | 2012-05-03 | Открытое Акционерное Общество "Ракетно-Космическая Корпорация "Энергия" Имени С. П. Королева | Laser location method |
RU2449313C1 (en) * | 2011-01-12 | 2012-04-27 | Олег Фёдорович Меньших | Device for recording random distribution of group flare reflections of laser light by sea surface |
RU2457504C1 (en) * | 2011-04-15 | 2012-07-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (ОАО "НИИ ОЭП") | Method of scanning space using optoelectronic system |
RU208857U1 (en) * | 2021-06-30 | 2022-01-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Device for determining the Doppler frequency measurement of the reflected radar signal |
RU2774410C1 (en) * | 2021-06-30 | 2022-06-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Device for determining the doppler measurement of the frequency of the reflected radar signal |
CN113935354A (en) * | 2021-09-09 | 2022-01-14 | 同济大学 | Anti-interference graph intersection point coding and decoding method for commodity outer package |
CN113935354B (en) * | 2021-09-09 | 2023-08-04 | 同济大学 | Anti-interference graph intersection point encoding and decoding method for commodity outer package |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108445471B (en) | A kind of range accuracy appraisal procedure under the conditions of single-photon laser radar multi-detector | |
US10852388B2 (en) | Method and device for locating an electromagnetic emission source and system implementing such a method | |
CA2473564C (en) | Identification and location of an object via passive acoustic detection | |
EP0619024B1 (en) | Correlation sonar system | |
RU2352958C1 (en) | Laser coherent locator | |
Sergiyenko | Optoelectronic system for mobile robot navigation | |
US7450251B2 (en) | Fanned laser beam metrology system | |
US4373808A (en) | Laser doppler attitude measurement | |
RU2354994C1 (en) | Method of processing information in coherent laser locator with photodetector array | |
JPS62265584A (en) | Method and device for measuring passive distance | |
CN102004244B (en) | Doppler direct distance measurement method | |
US6806828B1 (en) | Passive range and angle measurement system and method | |
US3691560A (en) | Method and apparatus for geometrical determination | |
RU2373551C1 (en) | Method of measuring angular coordinates of several objects in multichannel doppler radar sets | |
CN113946949A (en) | Multilayer and multi-granularity simulation method for typical electromagnetic environment signal of radio frequency detector | |
RU2375724C1 (en) | Method for laser location of specified region of space and device for its implementation | |
RU2627550C1 (en) | Three-dimensional coherent doppler radar | |
Lozinsky et al. | ICEBEAR-3D: A low elevation imaging radar using a non-uniform coplanar receiver array for E region observations | |
CN112904326A (en) | Satellite-borne passive positioning method based on virtual aperture | |
Yuan | Direction-finding with a misoriented acoustic vector sensor | |
Yu | An airborne passive positioning method based on angle and frequency difference measurement | |
RU2335785C1 (en) | Laser doppler radar | |
Hu | Theory and Technology of Laser Imaging Based Target Detection | |
RU2296350C1 (en) | Location mode | |
Cuccoli et al. | Coordinate registration method based on sea/land transitions identification for over-the-horizon sky-wave radar: Numerical model and basic performance requirements |