RU2373551C1 - Method of measuring angular coordinates of several objects in multichannel doppler radar sets - Google Patents

Method of measuring angular coordinates of several objects in multichannel doppler radar sets Download PDF

Info

Publication number
RU2373551C1
RU2373551C1 RU2008111259/09A RU2008111259A RU2373551C1 RU 2373551 C1 RU2373551 C1 RU 2373551C1 RU 2008111259/09 A RU2008111259/09 A RU 2008111259/09A RU 2008111259 A RU2008111259 A RU 2008111259A RU 2373551 C1 RU2373551 C1 RU 2373551C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
objects
radar
angular coordinates
doppler
range
Prior art date
Application number
RU2008111259/09A
Other languages
Russian (ru)
Original Assignee
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет filed Critical Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет
Priority to RU2008111259/09A priority Critical patent/RU2373551C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2373551C1 publication Critical patent/RU2373551C1/en

Links

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to radar, and more specifically to radar surveillance systems based on multichannel on-board pulse Doppler radar. The proposed method involves measurement of a reflected signal in range resolution cells and Doppler filters at the same time in Q measurement channels. The set of measurements is put in the measurement vector, which is processed and an evaluation vector is obtained, of the field amplitude of reflection in discretisation elements of the azimuth or angle of elevation. Angular coordinates of objects are found from the found sequence. The said operations are repeated for all elements of the range and frequency filters, and so angular coordinates of all objects in the radar surveillance area are determined.
EFFECT: measurement of angular coordinates an arbitrary number of ground-based and airborne objects, which cannot be resolved on range and Doppler frequency, in measurement error conditions.

Description

Изобретение относится к радиолокации, а именно к радиолокационным системам наблюдения за объектами на базе многоканальных бортовых импульсно-доплеровских радиолокационных станций (РЛС).The invention relates to radar, and in particular to radar systems for monitoring objects based on multi-channel airborne pulse Doppler radar stations.

Измерение угловых координат воздушных, наземных и морских объектов с помощью бортовой РЛС необходимо для посадки самолетов и вертолетов на аэродром, в интересах навигации, а также при решении разнообразных тактических задач, связанных с обнаружением объектов и обеспечением безопасности полетов.The measurement of the angular coordinates of air, ground and sea objects using the on-board radar is necessary for landing planes and helicopters at the airfield, in the interests of navigation, as well as in solving a variety of tactical tasks related to the detection of objects and ensuring flight safety.

Известен способ измерения угловых координат одиночных воздушных объектов, не разрешенных по дальности, основанный на пеленгации объектов с помощью моноимпульсной РЛС с суммарным и двумя разностными каналами, называемый моноимпульсным методом [1, с.95-105]. При этом формируется пеленгационная характеристика (пеленг), линейно зависящая от отклонения объекта по азимуту и углу места относительно равносигнального направления. Однако данный способ не работает для двух и большего числа воздушных объектов, находящихся в зоне видимости РЛС, а также не предназначен для измерения координат наземных и морских объектов. Известен способ измерения координат воздушных объектов в моноимпульсных РЛС, не разрешенных по дальности, но позволяющих разрешить их в узких диапазонах доплеровской частоты [2]. Однако этот способ не работает при неизвестном числе объектов, а также для объектов, не разрешимых по доплеровской частоте (например, неподвижных объектов). Известен также способ оценивания угловых координат известного числа N точечных источников излучения с помощью многоканальной М-элементной антенной решетки [3]. Способ основан на формировании пространственно-временной выборки отраженных сигналов, принятых в зоне видимости РЛС одновременно в М каналах, и оценивании угловых координат источников на основе критерия максимума функции правдоподобия. Однако, как и предыдущие способы, данный способ применим только для случая известного числа источников излучения (объектов), а возможная модификация способа, основанная на переборе гипотез о числе объектов, может не удовлетворять вычислительным ресурсам бортовой ЭВМ в реальном масштабе времени.A known method of measuring the angular coordinates of single airborne objects not permitted in range, based on direction finding of objects using a monopulse radar with a total and two difference channels, called the monopulse method [1, p. 95-105]. In this case, a direction-finding characteristic (bearing) is formed, which linearly depends on the deviation of the object in azimuth and elevation relative to the equal-signal direction. However, this method does not work for two or more airborne objects located in the radar visibility range, and is also not intended for measuring the coordinates of land and sea objects. A known method of measuring the coordinates of airborne objects in monopulse radars, not resolved by range, but allowing them to be resolved in narrow ranges of Doppler frequency [2]. However, this method does not work with an unknown number of objects, as well as for objects that are not solvable by the Doppler frequency (for example, stationary objects). There is also a method of estimating the angular coordinates of a known number N of point radiation sources using a multi-channel M-element antenna array [3]. The method is based on the formation of a spatio-temporal sample of the reflected signals received in the radar visibility zone simultaneously in the M channels, and estimation of the angular coordinates of the sources based on the maximum likelihood function criterion. However, like the previous methods, this method is applicable only for the case of a known number of radiation sources (objects), and a possible modification of the method based on enumerating hypotheses about the number of objects may not satisfy the computing resources of the on-board computer in real time.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения угловых координат двух объектов, не разрешенных по дальности и радиальной скорости (доплеровской частоте) по данным суммарно-разностной моноимпульсной РЛС [2], который заключается в следующем.The closest in technical essence is a method of measuring the angular coordinates of two objects that are not allowed in range and radial velocity (Doppler frequency) according to the total-difference monopulse radar [2], which is as follows.

1. При данном положении диаграммы направленности антенны (ДНА) комплексный сигнал

Figure 00000001
принятый одновременно в Q измерительных каналах
Figure 00000002
,
Figure 00000003
, селектируется в i-x элементах разрешения по дальности:
Figure 00000004
Figure 00000005
, где I - число элементов разрешения дальности.1. At a given position of the antenna pattern (BOTTOM), a complex signal
Figure 00000001
adopted simultaneously in Q measuring channels
Figure 00000002
,
Figure 00000003
, selectable in ix range resolution elements:
Figure 00000004
Figure 00000005
where I is the number of range resolution elements.

2. В каждом i-м элементе дальности сигнал

Figure 00000006
селектируется по доплеровской частоте fj в j-x узкополосных фильтрах доплеровских частот:
Figure 00000007
,
Figure 00000008
где J - число таких фильтров.2. In each i-th element of the range signal
Figure 00000006
is selected by the Doppler frequency f j in jx narrow-band filters of Doppler frequencies:
Figure 00000007
,
Figure 00000008
where J is the number of such filters.

3. Измеряется амплитуда Uq(i,j) сигнала

Figure 00000009
, выделенного в i-м элементе дальности и j-м фильтре доплеровских частот во всех q-x каналах: q=1 - суммарный, q=2 - разностный азимутальный, q=3 - разностный угломестный канал
Figure 00000010
.3. The amplitude U q (i, j) of the signal is measured
Figure 00000009
allocated in the ith range element and the jth Doppler frequency filter in all qx channels: q = 1 - total, q = 2 - differential azimuthal, q = 3 - difference angular channel
Figure 00000010
.

4. Если в j-м фильтре доплеровских частот первого (q=1) суммарного канала (соответственно во всех Q одинаково работающих каналах) амплитуда Uq(i,j) превышает порог обнаружения (соответствуют отражению от одного или большего числа элементарных отражателей), то принимается решение о принадлежности сигналов

Figure 00000011
Figure 00000012
одному или большему числу объектов, частоты отражения от которых находятся в полосе пропускания j-го фильтра доплеровских частот каждого q-го канала
Figure 00000013
.4. If in the jth filter of Doppler frequencies of the first (q = 1) total channel (respectively, in all Q equally working channels), the amplitude U q (i, j) exceeds the detection threshold (correspond to reflection from one or more elementary reflectors), then a decision is made on the ownership of the signals
Figure 00000011
Figure 00000012
one or more objects whose reflection frequencies are in the passband of the jth Doppler filter of each qth channel
Figure 00000013
.

5. В суммарном канале (q=1) любым известным способом по спектральной характеристике сигнала

Figure 00000014
, принятого в j-й полосе частот, находятся частоты 5. In the total channel (q = 1) by any known method according to the spectral characteristic of the signal
Figure 00000014
received in the j-th frequency band, are the frequencies

fk,

Figure 00000015
, k-x источников сигнала и запоминаются значения частотных характеристик
Figure 00000016
для каждого k-го источника
Figure 00000017
. При этом предполагается, что k-e источники (объекты) разрешены по частоте в полосе частот j-го фильтра и имеют одинаковые характеристики
Figure 00000016
во всех Q=3 каналах. Также предполагается, что в силу флуктуации отраженного сигнала по частоте подобные операции можно осуществить в соседней (j+i)-й полосе частот и определить частотные характеристики
Figure 00000018
этих же самых k-x источников
Figure 00000019
.f k
Figure 00000015
, kx of the signal sources and the values of the frequency characteristics are stored
Figure 00000016
for every k-th source
Figure 00000017
. It is assumed that ke sources (objects) are frequency-resolved in the frequency band of the j-th filter and have the same characteristics
Figure 00000016
in all Q = 3 channels. It is also assumed that due to the fluctuation of the reflected signal in frequency, such operations can be carried out in the adjacent (j + i) -th frequency band and determine the frequency characteristics
Figure 00000018
the same kx sources
Figure 00000019
.

6. Если число источников два (Kj=2), то измеряются значения сигналов

Figure 00000020
,
Figure 00000021
в j-м и (j+1)-м фильтрах q-x каналов
Figure 00000022
. Эти значения связаны с комплексными амплитудами
Figure 00000023
сигналов отражения от k-х объектов (k=1, 2) следующими зависимостями:6. If the number of sources is two (K j = 2), then the signal values are measured
Figure 00000020
,
Figure 00000021
in the jth and (j + 1 )th filters of qx channels
Figure 00000022
. These values are associated with complex amplitudes
Figure 00000023
reflection signals from k-objects (k = 1, 2) with the following dependencies:

Figure 00000024
Figure 00000024

где

Figure 00000025
- комплексная характеристика ДНА q-го канала в координатах азимута φk и угла места θk k-го объекта;
Figure 00000026
- известное значение частотной характеристики j-го фильтра для k-го объекта (одинаковое для всех q-х каналов).Where
Figure 00000025
- a complex characteristic of the bottom of the q-th channel in the coordinates of the azimuth φ k and elevation angle θ k of the k-th object;
Figure 00000026
- the known value of the frequency response of the j-th filter for the k-th object (the same for all q-channels).

7. Из решения шести уравнений (1) находятся шесть неизвестных7. From the solution of six equations (1), six unknowns are found

Figure 00000027
Figure 00000027

и из отношения полученных величин (2) определяются пеленги:and from the ratio of the obtained values (2) bearings are determined:

Figure 00000028
Figure 00000028

пропорциональные отклонению k-x объектов по азимуту φk и углу места θk относительно равносигнального направления. Из равенства (2) также могут быть найдены амплитуды сигналов от объектов

Figure 00000029
Figure 00000030
в i-x элементах разрешения дальности нa j-x доплеровских частотах.proportional to the deviation kx of the objects in azimuth φ k and elevation angle θ k relative to the equal-signal direction. From equality (2), amplitudes of signals from objects can also be found
Figure 00000029
Figure 00000030
in ix range resolution elements at jx Doppler frequencies.

Однако такой способ обладает следующими недостатками.However, this method has the following disadvantages.

1. Способ опирается на метод обнаружения k-x объектов и измерения их частот fk,

Figure 00000031
по спектральной характеристике сигнала
Figure 00000032
обработанного в j-й полосе частот доплеровского фильтра. Однако разрешить объекты по частоте не всегда удается, например, при пеленгации неподвижных объектов. Кроме того, подобные операции требуют определенных вычислительных затрат, а число объектов заранее не известно.1. The method relies on the method of detecting kx objects and measuring their frequencies f k ,
Figure 00000031
according to the spectral characteristic of the signal
Figure 00000032
processed in the j-th frequency band of the Doppler filter. However, it is not always possible to resolve objects by frequency, for example, during direction finding of stationary objects. In addition, such operations require certain computational costs, and the number of objects is not known in advance.

2. Если число объектов Kj в j-й полосе частот окажется больше двух, например, Kj=3, то придется увеличить число уравнений системы (1) за счет дополнительных измерений во втором соседнем (j-1)-м фильтре доплеровских частот. Использование измерений соседних фильтров доплеровских частот основано на предположении о флуктуации сигналов по частоте. Однако флуктуации носят вероятностный характер, что не гарантирует получения стабильных измерений частотных характеристик

Figure 00000033
,
Figure 00000034
,
Figure 00000035
в трех фильтрах для всех2. If the number of objects K j in the j-th frequency band turns out to be more than two, for example, K j = 3, then it will be necessary to increase the number of equations of system (1) due to additional measurements in the second adjacent (j-1) th Doppler frequency filter . The use of measurements of neighboring filters of Doppler frequencies is based on the assumption of fluctuation of signals in frequency. However, fluctuations are probabilistic in nature, which does not guarantee stable measurements of frequency characteristics
Figure 00000033
,
Figure 00000034
,
Figure 00000035
in three filters for all

Kj объектов.K j objects.

3. Способ не учитывает наличия помех измерений.3. The method does not take into account the presence of interference measurements.

Технический результат направлен на измерение угловых координат произвольного числа наземных, морских и воздушных объектов, не разрешимых по дальности и доплеровской частоте, в условиях помех измерения.The technical result is aimed at measuring the angular coordinates of an arbitrary number of land, sea and air objects that are not solvable in range and Doppler frequency, under conditions of measurement interference.

Технический результат предлагаемого технического решения достигается тем, что способ измерения угловых координат нескольких объектов в многоканальных доплеровских радиолокационных станциях (РЛС) заключается в измерении отраженного сигнала

Figure 00000036
в i-x элементах разрешения дальности и j-x фильтрах доплеровских частот одновременно в Q измерительных каналах
Figure 00000037
, определении тех j-x фильтров доплеровских частот, где амплитуда Uq(i, j) сигнала
Figure 00000038
превышает порог обнаружения, и последующей обработке совокупности полученных измерений
Figure 00000039
Figure 00000040
в j-х фильтрах, отличающийся тем, что совокупность измерений
Figure 00000041
Figure 00000042
располагают в составе Q-вектора измерений
Figure 00000043
, который умножают справа на K×Q-матрицу весовых коэффициентов Н, вычисляемую заранее, в результате получают K-вектор оценок
Figure 00000044
элементы которого
Figure 00000045
Figure 00000046
, взятые по модулю, дают распределение амплитуд поля отражения нa j-й линии, являющейся линией окружности, пространственно-протяженного доплеровского элемента разрешения (ДЭР) в k-x элементах дискретизации азимута φ с повышенным в K раз разрешением по углу (при Q>K), далее в найденной последовательности амплитуд определяют угловые координаты точек максимума φm,
Figure 00000047
, в которых амплитуда превышает порог обнаружения, а значения угла места θm,
Figure 00000048
, берут из уравнения линии ДЭР, представленного в виде табулированной зависимости в системе координат носителя РЛС: cosφm cosθm=cosαj, где αj - угол отклонения луча отраженного сигнала от вектора путевой скорости движения носителя РЛС, при этом cosαj=λ·fi/2ν, λ - длина волны, fj - частота j-го фильтра доплеровских частот, ν - путевая скорость носителя, и таким образом находят искомые угловые координаты φm(i, j), θm(i, j),
Figure 00000049
, объектов в i-м элементе дальности и j-м ДЭР, затем указанные операции повторяют для всех значений i, j и тем самым определяют угловые координаты всех объектов в зоне видимости РЛС.The technical result of the proposed technical solution is achieved by the fact that the method of measuring the angular coordinates of several objects in multichannel Doppler radar stations (radar) is to measure the reflected signal
Figure 00000036
in ix range resolution elements and jx Doppler frequency filters simultaneously in Q measuring channels
Figure 00000037
, determination of those jx filters of Doppler frequencies, where the amplitude U q (i, j) of the signal
Figure 00000038
exceeds the detection threshold, and subsequent processing of the set of measurements
Figure 00000039
Figure 00000040
in j-filters, characterized in that the set of measurements
Figure 00000041
Figure 00000042
positioned as part of the Q-vector of measurements
Figure 00000043
, which is multiplied on the right by the K × Q-matrix of weight coefficients H, calculated in advance, as a result, a K-vector of estimates
Figure 00000044
elements of which
Figure 00000045
Figure 00000046
taken modulo give the distribution of the amplitudes of the reflection field on the j-th line, which is the circle line of the spatially extended Doppler resolution element (DER) in kx azimuth discretization elements φ with a resolution increased in K by angle (for Q> K), then in the found sequence of amplitudes determine the angular coordinates of the maximum points φ m ,
Figure 00000047
in which the amplitude exceeds the detection threshold and the elevation angle θ m ,
Figure 00000048
, taken from the equation of the DER line, presented in the form of a tabulated dependence in the coordinate system of the radar carrier: cosφ m cosθ m = cosα j , where α j is the angle of deviation of the reflected signal beam from the directional velocity vector of the radar carrier, with cos α j = λ f i / 2ν, λ is the wavelength, f j is the frequency of the jth filter of Doppler frequencies, ν is the path velocity of the carrier, and thus the desired angular coordinates φ m (i, j), θ m (i, j) are found,
Figure 00000049
, objects in the ith range element and the jth DER, then these operations are repeated for all values of i, j and thereby determine the angular coordinates of all objects in the radar visibility range.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

1. При данном положении ДНА комплексный сигнал

Figure 00000050
, принятый одновременно в Q измерительных каналах:
Figure 00000051
Figure 00000052
селектируется в i-x элементах разрешения по дальности:
Figure 00000053
,
Figure 00000054
1. At this position of the bottom of the DNA complex signal
Figure 00000050
adopted simultaneously in Q measuring channels:
Figure 00000051
Figure 00000052
selectable in ix range resolution elements:
Figure 00000053
,
Figure 00000054

2. В каждом i-м элементе дальности сигнал

Figure 00000055
селектируется по доплеровской частоте fj в j-x узкополосных фильтрах:
Figure 00000056
,
Figure 00000057
.2. In each i-th element of the range signal
Figure 00000055
is selected by the Doppler frequency f j in jx narrow-band filters:
Figure 00000056
,
Figure 00000057
.

3. Последовательность j-x элементов разрешения по частоте ставится в соответствие последовательности j-x элементов разрешения по углу αj и вычисляется косинус этого угла по формуле3. The sequence of jx resolution elements in frequency is mapped to the sequence of jx resolution elements in angle α j and the cosine of this angle is calculated by the formula

Figure 00000058
Figure 00000058

где λ - длина волны, fj - частота j-го фильтра, ν - путевая скорость носителя.where λ is the wavelength, f j is the frequency of the jth filter, ν is the carrier path velocity.

4. Измеряется амплитуда Uq(i, j) сигнала

Figure 00000059
, выделенного в i-м элементе дальности и j-м фильтре доплеровских частот во всех q-x каналах и j-x фильтрах доплеровских частот.4. The amplitude U q (i, j) of the signal is measured
Figure 00000059
allocated in the ith range element and the jth Doppler frequency filter in all qx channels and jx Doppler frequency filters.

5. Для тех j-x фильтров доплеровских частот и q-x каналов (число таких каналов Q1<Q), где амплитуда Uq(i, j) превышает порог обнаружения (соответствует отражению от одного или большего числа объектов), по совокупности q-x сигналов

Figure 00000060
, изложенным в п.8 способом, измеряется одна угловая координата (азимут φ или угол места θ в самолетной системе координат) каждого точечного отражателя, находящегося в i, j-м ДЭР.5. For those jx filters of Doppler frequencies and qx channels (the number of such channels Q 1 <Q), where the amplitude U q (i, j) exceeds the detection threshold (corresponds to reflection from one or more objects), the total of qx signals
Figure 00000060
The method described in clause 8 measures one angular coordinate (azimuth φ or elevation angle θ in the aircraft coordinate system) of each point reflector located in the i, jth DER.

6. Вторая угловая координата для известного косинуса угла αj вычисляется на основе уравнения линии ДЭР6. The second angular coordinate for the known cosine of the angle α j is calculated based on the equation of the DER line

Figure 00000061
Figure 00000061

по формулеaccording to the formula

Figure 00000062
Figure 00000062

причем первая формула в (5) выбирается в том случае, если взятый по модулю угловой коэффициент касательной

Figure 00000063
, проведенной к линии ДЭР, меньше
Figure 00000064
. Иначе выбирается вторая формула. Измерение азимута при наблюдении поверхности предпочтительней, чем измерение угла места, так как в этом случае влияние боковых лепестков ДНА слева и справа (по горизонтали) оказывается равномерным.moreover, the first formula in (5) is chosen if the angular coefficient of the tangent taken modulo
Figure 00000063
drawn to the DER line is less
Figure 00000064
. Otherwise, the second formula is selected. Measurement of azimuth when observing the surface is preferable to measuring the elevation angle, since in this case the influence of the side lobes of the DND on the left and right (horizontal) is uniform.

7. Угловой коэффициент

Figure 00000065
вычисляется заранее взятием производной от θ по φ:7. Angular coefficient
Figure 00000065
calculated in advance by taking the derivative of θ with respect to φ:

Figure 00000066
Figure 00000066

причем его можно рассчитать только для угловых координат α, φ центра ДНА, так как в пределах узкой ДНА (например, 1°×1,5°) линии ДЭР наклонены примерно под одним и тем же углом, и

Figure 00000065
слабо зависит от α и φ.moreover, it can be calculated only for the angular coordinates α, φ of the DND center, since within the narrow DND (for example, 1 ° × 1.5 °), the DER lines are inclined at approximately the same angle, and
Figure 00000065
weakly depends on α and φ.

8. Измерение первой угловой координаты в п.5 осуществляется следующим образом.8. The measurement of the first angular coordinate in paragraph 5 is as follows.

8.1. Совокупность измеренных значений

Figure 00000067
Figure 00000068
, располагается в составе Q-вектора измерений
Figure 00000069
, который умножается справа на K×Q-матрицу весовых коэффициентов Н, вычисляемую заранее по указанной далее методике, в результате получают K-вектор оценок
Figure 00000070
8.1. Set of measured values
Figure 00000067
Figure 00000068
, is located in the Q-vector of measurements
Figure 00000069
, which is multiplied on the right by the K × Q-matrix of weight coefficients H, calculated in advance using the following procedure, as a result, we obtain a K-vector of estimates
Figure 00000070

8.2. Элементы

Figure 00000071
Figure 00000072
, вектора оценок
Figure 00000073
взятые по модулю, дают распределение амплитуд поля отражения на j-й линии пространственно-протяженного доплеровского элемента разрешения ДЭР в k-x элементах дискретизации одной угловой координаты φ (например, азимута) с повышенным в K раз разрешением по углу (при Q>K).8.2. Items
Figure 00000071
Figure 00000072
, vector estimates
Figure 00000073
taken modulo, they give the distribution of the amplitudes of the reflection field on the jth line of the spatially extended Doppler resolution element of the DER in kx discrete elements of the same angular coordinate φ (for example, azimuth) with an angular resolution increased by K times (for Q> K).

8.3. В найденной последовательности амплитуд определяются угловые координаты точек максимума φm,

Figure 00000074
(например, азимута), в которых амплитуда превышает порог обнаружения, а значения второй угловой координаты (угла места) θm,
Figure 00000075
, как уже было указано в п.6, берутся из уравнения линии ДЭР (5), представленного для ускорения вычислений в виде табулированной зависимости.8.3. In the found sequence of amplitudes, the angular coordinates of the maximum points φ m ,
Figure 00000074
(for example, azimuth), in which the amplitude exceeds the detection threshold, and the values of the second angular coordinate (elevation angle) θ m ,
Figure 00000075
as already indicated in paragraph 6, are taken from the equation of the DER line (5), presented to speed up the calculations in the form of a tabulated dependence.

9. Таким образом находятся искомые угловые координаты φm (i, j), θm(i, j),

Figure 00000076
, объектов в i-м элементе дальности и j-м ДЭР.9. Thus, the desired angular coordinates φ m (i, j), θ m (i, j) are found
Figure 00000076
, objects in the i-th range element and the j-th DER.

10. Операции пп.1-9 повторяют для всех значений i, j и тем самым определяют угловые координаты всех объектов в зоне видимости РЛС.10. The operations of claims 1 to 9 are repeated for all values of i, j and thereby determine the angular coordinates of all objects in the radar visibility range.

Расчетная частьSettlement part

1. Вывод уравнения линии ДЭР сводится к следующему. Доплеровской частоте fj ставится в соответствие угол αj отклонения луча отраженного сигнала от вектора

Figure 00000077
путевой скорости движения носителя РЛС, причем частота fj связана с углом αj зависимостью (например, [4], с.273):1. The derivation of the equation of the DER line is as follows. The Doppler frequency f j corresponds to the angle α j of the deviation of the beam of the reflected signal from the vector
Figure 00000077
the path velocity of the radar carrier, and the frequency f j is related to the angle α j by a dependence (for example, [4], p.273):

Figure 00000078
Figure 00000078

где ν - путевая скорость; λ - длина волны РЛС.where ν is the ground speed; λ is the radar wavelength.

С учетом ускорения движения носителя зависимость (8) усложняется [4]:Taking into account the acceleration of carrier motion, dependence (8) is complicated [4]:

Figure 00000079
Figure 00000079

где r - радиальная дальность; t - время приема отраженного сигнала.where r is the radial range; t is the time of reception of the reflected signal.

В элементах разрешения дальности коническая поверхность постоянного угла αj (частоты fj), имеющая общую вершину с конической поверхностью ДНА, пересекает сферическую поверхность уровня дальности в пределах ДНА по линии окружности, какой и является линия ДЭР. Центр данной окружности лежит на оси ОХ прямого кругового конуса постоянного значения угла αj. По этой же оси направлен вектор

Figure 00000077
путевой скорости. В самолетной системе координат положительная полуось ОХ совмещается с вектором скорости
Figure 00000077
. Тогда линия ДЭР (линия окружности) без искажения проецируется по плоскость YOZ. Уравнение окружности с центром в начале координат и радиусом R в плоскости YOZ:In the range resolution elements, the conical surface of a constant angle α j (frequency f j ), having a common vertex with the conical surface of the BOTTOM, intersects the spherical surface of the range within the BOTTOM along a circle line, which is the line of DER. The center of this circle lies on the axis OX of the direct circular cone of a constant value of the angle α j . The vector is directed along the same axis
Figure 00000077
ground speed. In the aircraft coordinate system, the positive axis OX is aligned with the velocity vector
Figure 00000077
. Then the DER line (circle line) is projected along the YOZ plane without distortion. The equation of a circle centered at the origin and radius R in the YOZ plane:

Figure 00000080
Figure 00000080

Связь прямоугольных y, z и сферических r, φ, θ (дальность, азимут, угол места) координат произвольной точки, лежащей на окружности, устанавливается обычным образом:The relationship between the rectangular y, z and spherical r, φ, θ (range, azimuth, elevation angle) of the coordinates of an arbitrary point lying on a circle is established in the usual way:

Figure 00000081
Figure 00000081

После подстановки (3) в (2) получается уравнение линии ДЭР:After substituting (3) in (2), we obtain the equation of the DER line:

Figure 00000082
Figure 00000082

где θ∈[0,90°], αj∈[0°,90°], φ∈(-90°,90°). Угол места θ при наблюдении за поверхностью отсчитывается в положительном направлении по часовой стрелке от горизонтальной плоскости XOY, азимут φ - против часовой стрелки от оси ОХ (направления движения носителя РЛС).where θ∈ [0.90 °], α j ∈ [0 °, 90 °], φ∈ (-90 °, 90 °). The elevation angle θ when observing the surface is counted in a positive direction clockwise from the horizontal plane XOY, the azimuth φ is counterclockwise from the axis OX (direction of movement of the radar carrier).

Уравнение (11) линии ДЭР связывает угловые координаты азимута φ и угла места θ точки в пространстве, принадлежащей линии ДЭР в пределах ДНА, с косинусом угла αj, зависящим от доплеровской частоты fj в соответствии с (8), в самолетной системе координат.Equation (11) of the DER line connects the angular coordinates of the azimuth φ and elevation angle θ of the point in space belonging to the DER line within the BOTTOM with the cosine of the angle α j depending on the Doppler frequency f j in accordance with (8) in the aircraft coordinate system.

2. Методика измерения (оценивания) первой угловой координаты (например, азимута) сводится к следующему. Пусть в i-м элементе дальности, в j-м фильтре доплеровских частот нескольких q-x приемных каналов (общим числом Q1≤Q) зафиксированы (измерены) значения отраженных сигналов

Figure 00000083
от неизвестного числа точечных объектов, расположенных нa j-й линии ДЭР, амплитуды которых превысили порог обнаружения. Модель измерений имеет вид следующей суммарной линейной зависимости:2. The method of measuring (estimating) the first angular coordinate (for example, azimuth) is reduced to the following. Let in the i-th range element, in the j-th Doppler frequency filter of several qx receive channels (total number Q 1 ≤ Q), the values of the reflected signals be recorded (measured)
Figure 00000083
from an unknown number of point objects located on the j-th line of the DER, whose amplitudes exceeded the detection threshold. The measurement model has the form of the following total linear relationship:

Figure 00000084
Figure 00000084

где суммирование ведется в области пересечения q-x ДНА по k-м элементам дискретизации азимута φk или угла места θk, связанным между собой уравнением (11) линии ДЭР в системе координат носителя РЛС:where the summation is carried out in the intersection qq of the bottom of the bottom beam over the k-th sampling elements of the azimuth φ k or elevation angle θ k , interconnected by equation (11) of the DER line in the coordinate system of the radar carrier:

Figure 00000085
Figure 00000085

причем с вычислительной точки зрения зависимость (13) целесообразно табулировать;

Figure 00000086
- комплексная амплитуда (огибающая [5]) сигнала, отселектированного в i-м элементе дальности, j-м фильтре доплеровских частот q-го канала;
Figure 00000087
- комплексные коэффициенты ДНА q-го канала, взятые в координатах φk, θk k-го элемента дискретизации относительно центра
Figure 00000088
q-й ДНА в системе координат носителя;
Figure 00000089
- искомые комплексные амплитуды поля отражения в k-x элементах дискретизации на линии ДЭР;
Figure 00000090
- комплексная помеха типа белого шума.moreover, from a computational point of view, the dependence (13) is advisable to tabulate;
Figure 00000086
- the complex amplitude (envelope [5]) of the signal selected in the i-th range element, the j-th filter of the Doppler frequencies of the q-th channel;
Figure 00000087
- complex coefficients of the bottom of the q-th channel, taken in the coordinates φ k , θ k of the k-th sampling element relative to the center
Figure 00000088
qth DND in the coordinate system of the carrier;
Figure 00000089
- the desired complex amplitudes of the reflection field in kx discretization elements on the DER line;
Figure 00000090
- complex interference such as white noise.

Совокупность q-x измерений (12) при фиксированных i, j описывается векторно-матричной моделью [6]:The set of q-x measurements (12) for fixed i, j is described by the vector-matrix model [6]:

Figure 00000091
Figure 00000091

где

Figure 00000092
- вектор измерений
Figure 00000093
;Where
Figure 00000092
- vector of measurements
Figure 00000093
;

A - Q1×K-матрица коэффициентов ДНА и

Figure 00000094
ленточного типа;
Figure 00000095
К-вектор искомых комплексных амплитуд
Figure 00000096
;
Figure 00000097
- вектор помех
Figure 00000098
.A - Q 1 × K-matrix of DND coefficients and
Figure 00000094
tape type;
Figure 00000095
K-vector of the sought complex amplitudes
Figure 00000096
;
Figure 00000097
- interference vector
Figure 00000098
.

В описании (14) решается задача нахождения вектора оптимальных оценок

Figure 00000099
по методу наименьших квадратов (МНК), при этом МНК-оценки имеют стандартный вид (например, [6]):In the description (14), the problem of finding the vector of optimal estimates is solved
Figure 00000099
by the least squares method (least squares), while the least squares estimates have a standard form (for example, [6]):

Figure 00000100
Figure 00000100

где δ - параметр регуляризации, необходимый для обращения матрицы А*T А; *Т - символ комплексного сопряжения и транспонирования; Е - единичная матрица; Н - матрица комплексных весовых коэффициентов, вычисляемая заранее. Точность оценивания по формуле (15) при δ→0 характеризуется корреляционной матрицей ошибок оценивания

Figure 00000101
. Для некоррелированных помех where δ is the regularization parameter necessary for inversion of the matrix A * T A; * T - a symbol of complex conjugation and transposition; E is the identity matrix; H is a matrix of complex weights calculated in advance. The estimation accuracy by formula (15) as δ → 0 is characterized by a correlation matrix of estimation errors
Figure 00000101
. For uncorrelated interference

pq(i, j) с дисперсией

Figure 00000102
дисперсия
Figure 00000103
ошибки оценивания
Figure 00000104
отдельного элемента
Figure 00000105
вектора
Figure 00000106
составляет
Figure 00000107
, где tr - след матрицы, и уменьшается с увеличением числа каналов Q1.p q (i, j) with dispersion
Figure 00000102
dispersion
Figure 00000103
estimation errors
Figure 00000104
single item
Figure 00000105
of vector
Figure 00000106
makes up
Figure 00000107
, where tr is the trace of the matrix, and decreases with increasing number of channels Q 1 .

Предложенный способ позволяет измерять угловые координаты неизвестного числа точечных отражателей (объектов) в составе доплеровских элементов разрешения, что отличает его от ранее известных прототипов. Помимо измерения координат воздушных объектов, способ позволяет измерять угловые координаты наземных и надводных объектов. На основе измеренных координат всех точечных отражателей может быть построено трехмерное изображение поверхности.The proposed method allows to measure the angular coordinates of an unknown number of point reflectors (objects) as part of the Doppler resolution elements, which distinguishes it from previously known prototypes. In addition to measuring the coordinates of airborne objects, the method allows you to measure the angular coordinates of ground and surface objects. Based on the measured coordinates of all point reflectors, a three-dimensional image of the surface can be constructed.

ЛитератураLiterature

1. Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. М.: Радио и связь, 1984. 312 с.1. Leonov A.I., Fomichev K.I. Monopulse radar. M .: Radio and communications, 1984. 312 p.

2. Жибуртович Н.Ю., Абраменков В.В., Савинов Ю.И., Климов С.А., Чижов А.А. Определение радиолокационной системой с моноимпульсным пеленгатором угловых координат отдельных целей из состава группы // Радиотехника. 2005, №6. С.38-41.2. Zhiburtovich N.Yu., Abramenkov VV, Savinov Yu.I., Klimov S.A., Chizhov A.A. Determination of a radar system with a monopulse direction finder of the angular coordinates of individual targets from the group // Radio Engineering. 2005, No.6. S.38-41.

3. Сычев М.И. Оценивание угловых координат близко расположенных источников излучения по пространственно-временной выборке // Радиоэлектроника. 1991, №5. С.33-39.3. Sychev M.I. Estimation of the angular coordinates of closely spaced radiation sources from a spatio-temporal sample // Radioelectronics. 1991, No. 5. S.33-39.

4. Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли. Учебное пособие для вузов / Под ред. Г.С.Кондратенкова. М.: Радиотехника, 2005. 368 с.4. Kondratenkov G.S., Frolov A.Yu. Radio vision. Earth remote sensing radar systems. Textbook for universities / Ed. G.S. Kondratenkova. M .: Radio engineering, 2005.368 s.

5. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны / В.Н.Антипов, В.Т.Горяинов, А.Н.Кулин, Толстов Е.Ф. и др. Под ред. В.Т.Горяинова. М.: Радио и связь, 1988. 304 с.5. Radar stations with digital synthesis of the antenna aperture / V.N. Antipov, V. T. Goryainov, A. N. Kulin, Tolstov E. F. et al. Ed. V.T. Goryainova. M .: Radio and communications, 1988. 304 p.

6. Клочко В.К. Методы оптимального восстановления радиолокационных изображений поверхности // Автометрия. 2005. Т.41. №6. С.62-73.6. Klochko V.K. Methods for optimal restoration of surface radar images // Avtometriya. 2005.V.41. No. 6. S.62-73.

Claims (1)

Способ измерения угловых координат нескольких объектов в многоканальных доплеровских радиолокационных станциях (РЛС), заключающийся в измерении отраженного сигнала
Figure 00000108
в i-x элементах разрешения дальности и j-x фильтрах доплеровских частот одновременно в Q измерительных каналах
Figure 00000109
определении тех j-x фильтров доплеровских частот, где амплитуда Uq(i,j) сигнала
Figure 00000110
превышает порог обнаружения, и последующей обработке совокупности полученных измерений
Figure 00000111
Figure 00000112
в j-x фильтрах, отличающийся тем, что совокупность измерений
Figure 00000113
Figure 00000114
располагают в составе Q-вектора измерений Y, который умножают справа на K×Q-матрицу весовых коэффициентов Н, вычисляемую заранее, в результате получают К-вектор оценок
Figure 00000115
элементы которого
Figure 00000116
Figure 00000117
взятые по модулю, дают распределение амплитуд поля отражения на j-й линии, являющейся линией окружности, пространственно-протяженного доплеровского элемента разрешения (ДЭР) в k-x элементах дискретизации азимута φ с повышенным в К раз разрешением по углу (при Q>K), далее в найденной последовательности амплитуд определяют угловые координаты точек максимума φm,
Figure 00000118
в которых амплитуда превышает порог обнаружения, а значения угла места θm,
Figure 00000119
берут из уравнения линии ДЭР, представленного в виде табулированной зависимости в системе координат носителя РЛС: cos φm cosθm=cos αj, где αj - угол отклонения луча отраженного сигнала от вектора путевой скорости движения носителя РЛС, при этом cos αj=λ·fj/2ν, λ - длина волны, fj частота j-го фильтра доплеровских частот, ν - путевая скорость носителя, и таким образом находят искомые угловые координаты φm(i,j), θm(i,j),
Figure 00000120
объектов в i-м элементе дальности и j-м ДЭР, затем указанные операции повторяют для всех значений i,j и тем самым определяют угловые координаты всех объектов в зоне видимости РЛС. A method for measuring the angular coordinates of several objects in multichannel Doppler radar stations (RLS), which consists in measuring the reflected signal
Figure 00000108
in ix range resolution elements and jx Doppler frequency filters simultaneously in Q measuring channels
Figure 00000109
determination of those jx Doppler frequency filters, where the amplitude Uq (i, j) of the signal
Figure 00000110
exceeds the detection threshold, and subsequent processing of the set of measurements
Figure 00000111
Figure 00000112
in jx filters, characterized in that the set of measurements
Figure 00000113
Figure 00000114
positioned in the composition of the Q-vector of measurements Y, which is multiplied on the right by the K × Q-matrix of weight coefficients H, calculated in advance, the result is a K-vector of estimates
Figure 00000115
elements of which
Figure 00000116
Figure 00000117
taken modulo give the distribution of the amplitudes of the reflection field on the j-th line, which is the circle line of the spatially extended Doppler resolution element (DER) in kx azimuth discretization elements φ with a resolution increased by a factor of K (at Q> K), then in the found sequence of amplitudes determine the angular coordinates of the maximum points φ m ,
Figure 00000118
in which the amplitude exceeds the detection threshold and the elevation angle θ m ,
Figure 00000119
take from the equation of the DER line presented in the form of a tabulated dependence in the coordinate system of the radar carrier: cos φ m cosθ m = cos α j , where α j is the angle of deviation of the reflected signal beam from the directional velocity vector of the radar carrier, with cos α j = λ · f j / 2ν, λ is the wavelength, f j is the frequency of the jth Doppler filter, ν is the carrier path velocity, and thus the desired angular coordinates φ m (i, j), θ m (i, j) are found ,
Figure 00000120
objects in the ith range element and the jth DER, then the indicated operations are repeated for all values of i, j and thereby determine the angular coordinates of all objects in the radar visibility range.
RU2008111259/09A 2008-03-24 2008-03-24 Method of measuring angular coordinates of several objects in multichannel doppler radar sets RU2373551C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008111259/09A RU2373551C1 (en) 2008-03-24 2008-03-24 Method of measuring angular coordinates of several objects in multichannel doppler radar sets

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008111259/09A RU2373551C1 (en) 2008-03-24 2008-03-24 Method of measuring angular coordinates of several objects in multichannel doppler radar sets

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2373551C1 true RU2373551C1 (en) 2009-11-20

Family

ID=41477989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008111259/09A RU2373551C1 (en) 2008-03-24 2008-03-24 Method of measuring angular coordinates of several objects in multichannel doppler radar sets

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2373551C1 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2468384C1 (en) * 2011-08-03 2012-11-27 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method of determining speed and direction of ground target using synthetic-aperture radar
RU2534224C1 (en) * 2013-04-25 2014-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Method of measuring coordinates of elements earth's surface in on-board four-channel doppler radar set
RU2534220C1 (en) * 2013-07-23 2014-11-27 Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" Apparatus for determining motion parameters of object
RU2546967C1 (en) * 2014-02-10 2015-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Method of measuring angular coordinates of aerial targets using doppler radar
RU2569843C1 (en) * 2014-11-25 2015-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Method of forming three-dimensional image of earth's surface in on-board doppler radar station with linear antenna array
RU2572357C1 (en) * 2014-11-25 2016-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Method of forming three-dimensional image of earth's surface in on-board four-channel doppler radar set
RU2594005C1 (en) * 2015-09-01 2016-08-10 Иван Васильевич Колбаско Method of processing radar signal in pulse-doppler radar set
RU2661913C1 (en) * 2017-03-10 2018-07-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Method of distinguishing spectral samples in multichannel doppler radar
RU2694235C1 (en) * 2018-07-05 2019-07-10 Акционерное общество "Радиотехнические и Информационные Системы воздушно-космической обороны" (АО "РТИС ВКО") Method for regular detection of useful radio signals

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЖИБУРТОВИЧ Н.Ю. и др. Определение радиолокационной системой с моноимпульсным пеленгатором угловых координат отдельных целей из состава группы. Радиотехника, 2005, №6, с.38-41. *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2468384C1 (en) * 2011-08-03 2012-11-27 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method of determining speed and direction of ground target using synthetic-aperture radar
RU2534224C1 (en) * 2013-04-25 2014-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Method of measuring coordinates of elements earth's surface in on-board four-channel doppler radar set
RU2534220C1 (en) * 2013-07-23 2014-11-27 Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" Apparatus for determining motion parameters of object
RU2546967C1 (en) * 2014-02-10 2015-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Method of measuring angular coordinates of aerial targets using doppler radar
RU2569843C1 (en) * 2014-11-25 2015-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Method of forming three-dimensional image of earth's surface in on-board doppler radar station with linear antenna array
RU2572357C1 (en) * 2014-11-25 2016-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Method of forming three-dimensional image of earth's surface in on-board four-channel doppler radar set
RU2594005C1 (en) * 2015-09-01 2016-08-10 Иван Васильевич Колбаско Method of processing radar signal in pulse-doppler radar set
RU2661913C1 (en) * 2017-03-10 2018-07-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Method of distinguishing spectral samples in multichannel doppler radar
RU2694235C1 (en) * 2018-07-05 2019-07-10 Акционерное общество "Радиотехнические и Информационные Системы воздушно-космической обороны" (АО "РТИС ВКО") Method for regular detection of useful radio signals

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2373551C1 (en) Method of measuring angular coordinates of several objects in multichannel doppler radar sets
CN107121670B (en) Anti-unmanned aerial vehicle defense method based on synthetic aperture radar
US20170045613A1 (en) 360-degree electronic scan radar for collision avoidance in unmanned aerial vehicles
US20070222667A1 (en) Methods and systems for identifying high-quality phase angle measurements in an interferometric radar system
RU2540323C1 (en) Method of determining modulus of velocity of ballistic target in ground-based radar station
US6404379B1 (en) Matrix monopulse ratio radar processor for two target azimuth and elevation angle determination
CN109061638B (en) Phased array close-range digital imaging method
RU2732505C1 (en) Method for detection and azimuth direction finding of ground-based radio-frequency sources from a flight-lifting means
RU2557808C1 (en) Method of determining inclined range to moving target using passive monostatic direction-finder
Nenashev et al. Formation of radar image the earth's surface in the front zone review two-position systems airborne radar
RU2416105C1 (en) Method of determining motion parametres of aerial objects in surveillance radar by using coherent properties of reflected signals
RU2275649C2 (en) Method and passive radar for determination of location of radio-frequency radiation sources
RU2317566C1 (en) Mode of measuring of angular attitude of radar targets with a two-coordinate radar of meter range
RU2305851C2 (en) Method for determining coordinates of radio emission source
RU2569843C1 (en) Method of forming three-dimensional image of earth&#39;s surface in on-board doppler radar station with linear antenna array
RU2572357C1 (en) Method of forming three-dimensional image of earth&#39;s surface in on-board four-channel doppler radar set
RU2677586C1 (en) Method of positioning the object of the crossing distance and angle of the site from the first measuring item and the angle of the site - with the second
RU2335785C1 (en) Laser doppler radar
Hersey Adaptive detection and estimation using a conformal array antenna
RU2602274C1 (en) Radar method and device for remote measurement of full velocity vector of meteorological object
RU2729459C1 (en) Method of determining spatial coordinates and speeds of objects using a scanning multiposition radio system
DeFranco et al. Bio-inspired electromagnetic orientation for UAVs in a GPS-denied environment using MIMO channel sounding
RU166462U1 (en) MONOPULSE RADAR
RU2672092C1 (en) Method of measuring the angular position of terrestrial fixed radio-contrast objects
RU2539558C1 (en) Method of forming three-dimensional image of earth&#39;s surface and air environment using antenna array

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100325