RU2377595C1

RU2377595C1 - Method of radar scanning area in space

Info

Publication number: RU2377595C1
Application number: RU2008124520/09A
Authority: RU
Inventors: Борис Григорьевич Беляев (RU); Борис Григорьевич Беляев; Геннадий Николаевич Голубев (RU); Геннадий Николаевич Голубев; Валерий Анатольевич Жибинов (RU); Валерий Анатольевич Жибинов; Сергей Назарович Лужных (RU); Сергей Назарович Лужных
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Институт Измерительных Приборов" (Оао "Ииип")
Priority date: 2008-06-16
Filing date: 2008-06-16
Publication date: 2009-12-27

Abstract

FIELD: physics; navigation.

SUBSTANCE: proposed engineering solution relates to radar and can be used in surveillance radar stations (RS) with a needlelike beam. The said technical outcome is achieved due to that, the method of radar scanning an area in space involves probing angular directions of the said area with signals from the radar station with step-wise movement of the beam of the antenna in space, and determining detection of a target if a signal which exceeds the detection threshold has been detected. When there is shortage of time for scanning the area, the step for moving the beam of the antenna is increased and a lower threshold is set for pre-detection of a target. If a target is pre-detected in the angular direction, the angular space around it is scanned with restoration of the step for moving the beam of the antenna.

EFFECT: averting shortage of time for scanning space using a surveillance radar station with a needlelike beam, ie possibility of scanning an area in space using a radar station with a needlelike beam at a scanning rate where the number of probing signals is less than the number of permitted angular directions.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в обзорных радиолокационных станциях (РЛС) с игольчатым лучом.The present invention relates to the field of radar and can be used in survey radar stations (radar) with a needle beam.

Известны последовательные, параллельные и параллельно-последовательные способы радиолокационного обзора пространства (Теоретические основы радиолокации. Под ред. Я.Д. Ширмана, М., Сов. радио, 1970, стр.13).Known sequential, parallel and parallel-sequential methods of radar space survey (Theoretical foundations of radar. Edited by Ya. D. Shirman, M., Sov. Radio, 1970, p.13).

Известен способ радиолокационного обзора зоны пространства, заключающийся в зондировании i-й ее части сигналами радиолокационной станции с широким лучом, охватывающим весь сектор в угломестной плоскости, приеме сигналов таким же широким лучом и в принятии решения об обнаружении цели, если обнаружен сигнал, превышающий порог обнаружения (там же, с. 242, п.2; рис. 5.21, б). Недостаток этого способа состоит в низкой точности измерения угловых координат и в низкой разрешающей способности по угловым координатам, что определяется увеличенными размерами луча, а также в низкой концентрации энергии в угловом направлении.There is a method of radar survey of a space zone, which consists in sensing the ith part of it with signals from a radar station with a wide beam, covering the entire sector in the elevation plane, receiving signals with the same wide beam and deciding to detect a target if a signal is found that exceeds the detection threshold (ibid., p. 242, p. 2; Fig. 5.21, b). The disadvantage of this method is the low accuracy of measuring the angular coordinates and the low resolution by angular coordinates, which is determined by the increased dimensions of the beam, as well as the low energy concentration in the angular direction.

Наиболее близким способом является способ радиолокационного обзора зоны пространства, заключающийся в зондировании ее угловых направлений сигналами радиолокационной станции при пошаговом перемещении луча антенны в пространстве и в принятии решения об обнаружении цели, если обнаружен сигнал, превышающий порог обнаружения (там же, стр. 242, п.3, рис. 5.21, в).The closest method is the method of radar viewing of a zone of space, which consists in sensing its angular directions by signals from a radar station when the antenna beam moves in space step by step and in deciding to detect a target if a signal is detected that exceeds the detection threshold (ibid., P. 242, p .3, Fig. 5.21, c).

Преимущество этого способа состоит в высокой точности измерения угловых координат, в высокой разрешающей способности по угловым координатам и в высокой концентрации энергии в угловом направлении, что определяется малыми размерами луча.The advantage of this method lies in the high accuracy of measuring angular coordinates, in high resolution in angular coordinates and in a high concentration of energy in the angular direction, which is determined by the small size of the beam.

Количество разрешаемых угловых направлений, которые осматривает при этом обзорная РЛС, определяется в виде:The number of permitted angular directions that the survey radar examines is determined in the form of:

где ΔВ, ΔЕ - размеры осматриваемой области пространства по азимуту и углу места соответственно;where ΔВ, ΔЕ are the dimensions of the examined region of space in azimuth and elevation, respectively;

Δβ, Δε - размер луча по азимуту и по углу места соответственно на уровне пересечения диаграмм направленности антенны при положении луча в соседних угловых направлениях, как правило, равный 0,7.Δβ, Δε is the beam size in azimuth and elevation, respectively, at the level of intersection of the antenna patterns when the beam is in adjacent angular directions, as a rule, equal to 0.7.

Если период обзора осматриваемой области пространства равен Т, а частота излучения зондирующих сигналов F, то среднее количество зондирующих сигналов, приходящихся на одно угловое направление, равно:If the period of the survey of the examined region of space is equal to T, and the radiation frequency of the probing signals F, then the average number of probing signals falling in one angular direction is:

Для современной обзорной РЛС S-диапазона входящие в (2) параметры могут иметь следующие значения: F=400 Гц, Т≤10 с, ΔВ=360°, ΔЕ=60-80°, Δβ, Δε≤2°, при этом из (1) следует n₃≤0,75, т.е. число зондирующих сигналов меньше, чем число угловых направлений, которые следует осматривать. Дефицит времени, отводимого на обзор зоны пространства, еще более увеличивается, когда появляются обнаруженные цели, поскольку для сопровождения каждой из них необходимо затрачивать каждый период обзора количество зондирующих сигналов существенно больше одного (Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации, М., «Радио и связь», 1986, с. 208, нижний абз. - с.209, 2-й абз.).For a modern surveillance S-band radar, the parameters included in (2) can have the following values: F = 400 Hz, T≤10 s, ΔВ = 360 °, ΔЕ = 60-80 °, Δβ, Δε≤2 °, while from (1) it follows that n ₃ ≤0.75, i.e. the number of sounding signals is less than the number of angular directions that should be inspected. The shortage of time allotted to the review of the space zone increases even more when the detected targets appear, since to accompany each of them it is necessary to spend each probe period the number of probing signals is significantly more than one (Kuzmin S.Z. ., "Radio and communications", 1986, p. 208, lower paragraph. - p. 209, 2nd paragraph.).

Таким образом, для современных обзорных РЛС S-диапазона с игольчатым лучом существует проблема дефицита времени на обзор зоны пространства, когда РЛС не может зондировать каждый период обзора, каждое угловое направление хотя бы одним зондирующим сигналом. В этом состоит главный недостаток рассматриваемого способа обзора пространства.Thus, for modern S-band survey radars with a needle beam, there is a problem of lack of time to survey the space zone, when the radar cannot probe each survey period, each angular direction with at least one sounding signal. This is the main disadvantage of the considered method of viewing space.

Заявляемое изобретение направлено на устранение указанного недостатка.The invention is aimed at eliminating this drawback.

Решаемой задачей (техническим результатом), таким образом, является устранение проблемы дефицита времени на обзор зоны пространства обзорной РЛС с игольчатым лучом, т.е. обеспечение возможности обзора зоны пространства РЛС с игольчатым лучом при темпе обзора, при котором число зондирующих сигналов меньше числа разрешаемых угловых направлений.The problem being solved (technical result), therefore, is the elimination of the problem of the time deficit in the survey of the space zone of the surveillance radar with a needle beam, i.e. providing the ability to view the area of the radar with a needle beam at a rate of view at which the number of sounding signals is less than the number of resolved angular directions.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе радиолокационного обзора зоны пространства, заключающемся в зондировании ее угловых направлений сигналами радиолокационной станции при пошаговом перемещении луча антенны в пространстве, в принятии решения об обнаружении цели, если обнаружен сигнал, превышающий порог обнаружения, согласно изобретению при возникновении дефицита времени, отводимого на обзор зоны пространства, увеличивают шаг перемещения луча антенны и дополнительно устанавливают пониженный порог для предварительного обнаружения цели, при этом в случае предварительного обнаружения цели в угловом направлении осматривают пространство вокруг него с восстановленным значением шага перемещения луча антенны.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of radar survey of a zone of space, which consists in sensing its angular directions by signals of a radar station when the antenna beam moves in space step by step, in deciding to detect a target if a signal is found that exceeds the detection threshold according to the invention when the deficit of time allotted for the review of the space zone, increase the step of moving the antenna beam and additionally set a lower threshold for variable detection of the target, while in the case of preliminary detection of the target in the angular direction, inspect the space around it with the restored value of the step of moving the beam of the antenna.

Суть заявленного способа основывается на следующем.The essence of the claimed method is based on the following.

Современные обзорные РЛС S-диапазона используются в условиях, когда в контролируемом пространстве может одновременно находиться лишь несколько сотен целей. Это означает, что для рассмотренного примера из М≥5000 разрешаемых угловых направлений лишь в малой их доле содержатся цели, а остальные направления являются «пустыми» (т.е. не содержащими целей). Это обстоятельство положено в основу заявляемого способа для решения проблемы дефицита времени на обзор зоны пространства обзорной РЛС. При обнаружении сигнала по критерию Неймана-Пирсона порог обнаружения устанавливают так, чтобы вероятность превышения его шумом (вероятность ложной тревоги) была очень малой (10^-6 и менее), поскольку ложное обнаружение цели приводит не только к большим затратам средств, но и к отвлечению боевых средств от реальных целей.Modern S-band surveillance radars are used in conditions where only a few hundred targets can be in a controlled space at a time. This means that for the considered example of M≥5000 resolved angular directions, only a small fraction of them contain targets, and the remaining directions are "empty" (ie, not containing goals). This circumstance is the basis of the proposed method for solving the problem of lack of time to review the space zone of the surveillance radar. When a signal is detected by the Neumann-Pearson criterion, the detection threshold is set so that the probability of exceeding it by noise (the probability of false alarm) is very small (10 ^-6 or less), since false detection of the target leads not only to large costs, but also to distraction military assets from real targets.

В заявляемом способе увеличение вероятности ложной тревоги за счет установки пониженного порога при предварительном обнаружении цели приведет лишь к ошибочному восстановлению (возврату к установленному до увеличения) значения шага перемещения луча. Причем если вероятность ошибочного предварительного обнаружения цели в одном угловом направлении равна Р, а общее число угловых направлений, осматриваемых при увеличенном шаге перемещения луча, равно М, то в среднем за один период обзора будет совершен ошибочный переход к восстановленному значению шага перемещения луча вокруг Р·М «пустых» угловых направлений (следовательно, к излишним затратам времени), но осмотр остальных «пустых» направлений будет проведен с увеличенным шагом перемещения луча. Это означает, что решение о предварительном обнаружении цели можно принимать с вероятностью ложной тревоги Р>>10^-6, то есть при пониженном пороге. Понижение порога при предварительном обнаружении цели необходимо для сохранения дальности предварительного обнаружения цели в угловых направлениях, соответствующих точке пересечения диаграмм направленности антенны при положении луча в соседних угловых направлениях, так как уровень пересечения при увеличении шага перемещения луча уменьшится.In the inventive method, an increase in the probability of false alarm due to the installation of a lowered threshold upon preliminary detection of the target will only lead to an erroneous restoration (return to the set to increase the value) of the step of moving the beam. Moreover, if the probability of erroneous preliminary detection of the target in one angular direction is equal to P, and the total number of angular directions inspected with an increased step of the beam’s movement is equal to M, then on average for one review period an erroneous transition to the restored value of the step of the beam’s movement around P · will be made M "empty" angular directions (therefore, to unnecessary time), but inspection of the remaining "empty" directions will be carried out with an increased step of the beam. This means that the decision to preliminarily detect the target can be made with a false alarm probability P >> 10 ^-6 , that is, with a reduced threshold. Lowering the threshold for preliminary target detection is necessary to maintain the target preliminary detection range in the angular directions corresponding to the intersection point of the antenna patterns when the beam is in adjacent angular directions, since the level of intersection will decrease with increasing step of the beam movement.

При увеличении шага перемещения луча и снижении уровня пересечения диаграмм направленности антенны увеличатся значения Δβ, Δε и, как следует из (2), увеличится количество зондирующих сигналов, приходящихся на одно разрешаемое угловое направление при сохранении отведенного на обзор времени.With an increase in the step of beam movement and a decrease in the level of intersection of the antenna patterns, Δβ and Δε will increase and, as follows from (2), the number of probing signals per one resolved angular direction will increase while maintaining the time allotted for the review.

Таким образом, увеличение шага перемещения луча антенны решает проблему возникающего дефицита времени, отводимого на обзор зоны пространства, а установка дополнительного пониженного порога при предварительном обнаружении цели и последующее восстановление шага перемещения луча антенны исключает пропуски в осмотре угловых направлений.Thus, increasing the step of moving the beam of the antenna solves the problem of the shortage of time allotted for the review of the space zone, and setting an additional lower threshold for preliminary detection of the target and the subsequent restoration of the step of moving the beam of the antenna eliminates omissions in the inspection of angular directions.

Следует подчеркнуть, что предварительное обнаружение цели используется лишь как признак принятия решения об осмотре части пространства с восстановленным значением шага перемещения луча, по результатам которого может быть принято решение об обнаружении цели, если будет принят сигнал, превысивший порог обнаружения. Поэтому при предварительном обнаружении цели никаких действий, обычно совершаемых при обнаружении цели (определение дальности, уточнение угловых координат, опознавание, распознавание, сопровождение, накопление данных и т.д.), не выполняют.It should be emphasized that preliminary target detection is used only as a sign of a decision to inspect part of the space with the restored value of the step of beam movement, based on which a decision can be made to detect the target if a signal is received that exceeds the detection threshold. Therefore, upon preliminary detection of a target, no actions are usually performed when a target is detected (ranging, clarification of angular coordinates, recognition, recognition, tracking, data accumulation, etc.).

Поскольку после предварительного обнаружения цели значение шага перемещения луча антенны при осмотре пространства вокруг углового направления, в котором предварительно обнаружена цель, восстанавливают, то условия обнаружения цели в этом пространстве будут соответствовать исходному значению шага перемещения луча. После принятия решения об обнаружении цели и взятия ее на сопровождение угловые направления, в которых она может находиться, осматривают в режиме сопровождения и из обзора исключают, а шаг перемещения луча антенны при обзоре вновь увеличивают.Since after preliminary detection of the target, the value of the step of moving the antenna beam when examining the space around the angular direction in which the target was previously detected is restored, the conditions for detecting the target in this space will correspond to the initial value of the step of moving the beam. After the decision is made to detect the target and take it for tracking, the angular directions in which it can be located are examined in the tracking mode and excluded from the review, and the step of moving the antenna beam during the review is again increased.

Claims

A method for radar viewing a zone of space, which consists in sensing its angular directions by signals from a radar station when moving the antenna beam in space step by step, in deciding to detect a target if a signal is found that exceeds the detection threshold, characterized in that when there is a shortage of time devoted to review zones of space, increase the step of moving the antenna beam and additionally set a lower threshold for preliminary target detection, while in the case of a preliminary To detect the target in the angular direction, inspect the space around it with the restored value of the step of moving the beam of the antenna.