RU2392640C1 - Method for identification of parametres of trajectory instabilities of small-sized flying object in form of radial acceleration of motion for accompaniment mode with help of signals with per pulse carrier frequency tuning - Google Patents

Method for identification of parametres of trajectory instabilities of small-sized flying object in form of radial acceleration of motion for accompaniment mode with help of signals with per pulse carrier frequency tuning Download PDF

Info

Publication number
RU2392640C1
RU2392640C1 RU2009129063/28A RU2009129063A RU2392640C1 RU 2392640 C1 RU2392640 C1 RU 2392640C1 RU 2009129063/28 A RU2009129063/28 A RU 2009129063/28A RU 2009129063 A RU2009129063 A RU 2009129063A RU 2392640 C1 RU2392640 C1 RU 2392640C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signals
frequency
matrix
elements
radial
Prior art date
Application number
RU2009129063/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Александрович Майоров (RU)
Дмитрий Александрович Майоров
Дмитрий Геннадьевич Митрофанов (RU)
Дмитрий Геннадьевич Митрофанов
Александр Геннадьевич Прохоркин (RU)
Александр Геннадьевич Прохоркин
Виталий Валерьевич Бортовик (RU)
Виталий Валерьевич Бортовик
Валентин Александрович Перехожев (RU)
Валентин Александрович Перехожев
Алексей Дмитриевич Митрофанов (RU)
Алексей Дмитриевич Митрофанов
Елена Викторовна Митрофанова (RU)
Елена Викторовна Митрофанова
Алексей Николаевич Царьков (RU)
Алексей Николаевич Царьков
Виктор Павлович Ткаченко (RU)
Виктор Павлович Ткаченко
Ольга Сергеевна Трофимова (RU)
Ольга Сергеевна Трофимова
Артем Александрович Иноземцев (RU)
Артем Александрович Иноземцев
Original Assignee
Дмитрий Геннадьевич Митрофанов
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 Дмитрий Геннадьевич Митрофанов filed Critical Дмитрий Геннадьевич Митрофанов
Priority to RU2009129063/28A priority Critical patent/RU2392640C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2392640C1 publication Critical patent/RU2392640C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: measurement method fit for small-sized fling objects with minor azimuths of motion relative to the radiolocation station. The method may find application in prospective double-purpose antijamming radiolocation stations with signals tunable in terms of frequency including those for aerodrome landing radiolocators, aircraft landing radiolocation stations, accompaniment radiolocation stations for military purpose, onboard radiolocation stations of aircraft carrying ships etc. to provide for measurement of radial acceleration (as one of the forms of an object flight trajectory instability) a package of signals with per pulse random tuning of frequency is radiated into the space. Randomness of frequency tuning is formed algorithmically from a linear graded law of frequency change in a package of pulse signals. Centimetre wave band is used while frequency tuning range is within 150 MHz. Number of signals with frequency tuning in the package is 2k, where k-6…9. The method is based on rephrasing the object's frequency characteristic by way of compensation of phase components connected with its radial motion with account for the frequency tuning randomness.
EFFECT: elaboration of a method whose advantages consist in simplicity of digital implementation and high precision of measurement of radial acceleration of an object being accompanied.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для измерения параметров траекторных нестабильностей в виде радиального ускорения малоразмерного воздушного объекта (ВО) при поимпульсной перестройке несущей частоты по случайному закону.The invention relates to the field of radar and is intended to measure the parameters of trajectory instabilities in the form of radial acceleration of a small airborne object (AT) with pulse-wise tuning of the carrier frequency according to a random law.

Как известно, применение импульсных сигналов с поимпульсной перестройкой несущей частоты (со ступенчатым изменением частоты от импульса к импульсу) по случайному закону позволяет повысить помехоустойчивость радиолокационной системы [1]. Использование поимпульсной перестройки несущей частоты совместно с изменением периода повторения зондирующих сигналов снижает эффективность традиционных и перспективных видов помех [2, 3]. Кроме того, применение сигналов с перестройкой частоты (СПЧ) позволяет расширять информационные возможности радиолокационных станций (РЛС) в следующих направлениях: повышение разрешающей способности по дальности [1], обеспечение распознавания воздушных объектов [4, 5] и селекции ложных объектов [6], измерение радиальной протяженности летательных аппаратов [7], а также определение состава групповых ВО [8].As is known, the use of pulsed signals with pulse-wise tuning of the carrier frequency (with a stepwise change in frequency from pulse to pulse) according to a random law can increase the noise immunity of a radar system [1]. The use of pulse-frequency tuning of the carrier frequency together with a change in the repetition period of the probing signals reduces the effectiveness of traditional and promising types of interference [2, 3]. In addition, the use of frequency tunable signals (HF) allows you to expand the information capabilities of radar stations in the following areas: increasing resolution in range [1], providing recognition of airborne objects [4, 5] and selection of false objects [6], measuring the radial extent of aircraft [7], as well as determining the composition of group HE [8].

Радиальное ускорение является одним из видов траекторных нестабильностей полета ВО. Его измерение и учет важны для достоверного выделения признаков классификации, обеспечения управления воздушным движением в районе аэродромов, при посадке летательного аппарата на борт авианосца и т.п. В связи с этим актуальной является задача измерения радиального ускорения ВО перспективными РЛС в режиме реального времени.Radial acceleration is one of the types of trajectory instabilities of the VO flight. Its measurement and accounting are important for reliable identification of signs of classification, ensuring air traffic control in the area of aerodromes, when landing an aircraft on board an aircraft carrier, etc. In this regard, the urgent task of measuring radial acceleration in advanced radar prospective in real time.

Применение сигналов с поимпульсной перестройкой несущей частоты по случайному закону является одним из перспективных направлений совершенствования существующих РЛС. Однако для радиолокационных систем, ориентированных на использование указанных импульсных сигналов, до сих пор не предложен способ измерения радиального ускорения воздушного объекта даже в режиме его сопровождения.The use of signals with pulse-wise tuning of the carrier frequency according to a random law is one of the promising directions for improving existing radars. However, for radar systems focused on the use of these impulse signals, a method for measuring the radial acceleration of an air object even in its tracking mode has not yet been proposed.

В настоящее время развитие воздушного кораблестроения идет по пути создания и усовершенствования беспилотной авиации. По прогнозам американских экспертов [9] уже к 2025 году доля беспилотных летательных аппаратов составит 90% от общего количества авиационных средств военного назначения. Подавляющее большинство современных беспилотных летательных аппаратов имеет малые размеры (до 5 м). Следовательно, перспективные радиолокационные системы, к которым относятся и РЛС с поимпульсной перестройкой несущей частоты, должны быть оснащены алгоритмами обнаружения и измерения параметров движения малоразмерных объектов, в том числе параметров такого вида траекторных нестабильностей (ТН) полета как радиальное ускорение.Currently, the development of aircraft shipbuilding is on the path to creating and improving unmanned aircraft. According to forecasts of American experts [9], by 2025, the share of unmanned aerial vehicles will amount to 90% of the total number of military aircraft. The vast majority of modern unmanned aerial vehicles are small (up to 5 m). Consequently, promising radar systems, which include radars with pulse-frequency tuning of the carrier frequency, should be equipped with algorithms for detecting and measuring the motion parameters of small-sized objects, including parameters of this type of flight path instabilities (VT) such as radial acceleration.

Известен способ выявления параметров ТН полета ВО в виде радиального ускорения, применяемый в одночастотных когерентно-импульсных РЛС [10], заключающийся в том, что в пространство излучают импульсные зондирующие сигналы, принимают отраженные от ВО сигналы, понижают частоту принятых сигналов до промежуточной, усиливают принятые сигналы по мощности, производят их амплитудное ограничение и фазовое детектирование, переводят амплитуду и фазу каждого отраженного сигнала в цифровой вид, записывают значения амплитуд и фаз отраженных сигналов в запоминающее устройство, преобразуют принятые сигналы в видеоимпульсы, амплитуда которых от периода к периоду модулирована с частотой Доплера Fd, измеряют частоту Доплера отраженного сигнала Fd1 и Fd2 в два последовательные момента времени с интервалом порядка Δt=l с, определяют радиальную скорость объекта Vrl и Vr2 в эти моменты времени по формуле Vr1(2)=Fdl(2)λ/2, где индекс «r» означает принадлежность к радиальной составляющей вектора скорости, λ - длина волны, грубо определяют значение радиального ускорения ВО аr по формуле ar=(Vr2-Vrl)/Δt, выбирают из генеральной совокупности цифровых параметров отраженных сигналов частный массив из N элементов, формируют из этого цифрового массива с помощью быстрого преобразования Фурье доплеровские портреты объекта, причем перед формированием очередного доплеровского портрета вычитают из фазы каждого оцифрованного сигнала, входящего в частный массив, значение фазы, рассчитываемое по формуле Δφ=2π(nTi)2ar*/λ, где n - номер запомненного импульса из частного массива, Тi - период следования импульсов, аr* - предполагаемое значение радиального ускорения ВО, выбираемое из диапазона [аr±5 м/с2] с шагом 0,1 м/с2, получают совокупность доплеровских портретов объекта для различных предполагаемых значений ускорения аr*, в каждом сформированном доплеровском портрете находят сумму амплитуд всех его составляющих (элементов), сравнивают полученные суммы, принимают за измеренное значение радиального ускорения ВО то значение, при котором рассчитанная сумма минимальна.A known method for identifying the parameters of VT flight VO in the form of radial acceleration, used in single-frequency coherent-pulse radar [10], which consists in the fact that they emit pulsed sounding signals into space, receive signals reflected from the VO, reduce the frequency of the received signals to an intermediate, amplify the received power signals, perform their amplitude limitation and phase detection, translate the amplitude and phase of each reflected signal into digital form, record the values of the amplitudes and phases of the reflected signals memory, convert the received signals into video pulses whose amplitude from period to period modulated with the Doppler frequency F d, is measured Doppler frequency of the reflected signal F d1 and F d2 in two successive points in time with intervals of the order of Δt = l to determine the radial velocity of the object V rl and V r2 at these times according to the formula V r1 (2) = F dl (2) λ / 2, where the index “r” means belonging to the radial component of the velocity vector, λ is the wavelength, roughly determine the value of the radial acceleration VO a r according to the formula a r = (V r2 -V rl ) / Δt, select a private array of N elements is taken from the general set of digital parameters of the reflected signals, Doppler portraits of the object are formed from this digital array using fast Fourier transform, and before the formation of the next Doppler portrait, the phase value calculated from the phase of each digitized signal entering the private array is calculated by the formula Δφ = 2π (nT i ) 2 a r * / λ, where n is the number of the stored pulse from the private array, T i is the pulse repetition period, and r * is the estimated value of the radial acceleration In order to achieve a range of angles, selected from the range [a r ± 5 m / s 2 ] with a step of 0.1 m / s 2 , one obtains a set of Doppler portraits of the object for various assumed values of acceleration a r *, in each generated Doppler portrait they find the sum of the amplitudes of all components (elements), the resulting amounts are compared, taken for the measured value of the radial acceleration IN the value at which the calculated amount is minimal.

Недостатком способа [10] является невозможность его реализации в режиме поимпульсной перестройки частоты по случайному закону, так как к закономерному доплеровскому смещению частоты добавляется неизвестный фазовый сдвиг, обусловленный изменением несущей частоты. Кроме того, одночастотный режим зондирования, используемый способом, обладает низкой помехоустойчивостью, и в условиях воздействия прицельных по частоте помех высокой интенсивности выделение полезной информации из совокупности отраженных сигналов становится проблематичным. Следует также отметить неработоспособность данного способа в случае локации малоразмерных воздушных объектов, так как доплеровский портрет в этом случае представляется одной узкой планерной составляющей, и выявить изменение ширины портрета затруднительно.The disadvantage of this method [10] is the impossibility of its implementation in the mode of pulse frequency tuning according to a random law, since an unknown phase shift due to a change in the carrier frequency is added to the regular Doppler frequency shift. In addition, the single-frequency sounding mode used by the method has low noise immunity, and under the influence of high intensity interference-frequency interference, the extraction of useful information from the set of reflected signals becomes problematic. It should also be noted the inoperability of this method in the case of the location of small airborne objects, since the Doppler portrait in this case appears to be one narrow glider component, and it is difficult to detect a change in the width of the portrait.

Задачей изобретения является обеспечение выявления параметров ТН полета малоразмерного воздушного объекта в виде радиального ускорения в режиме поимпульсной перестройки несущей частоты по случайному закону.The objective of the invention is the provision of identifying the parameters of the flight parameters of a small airborne object in the form of radial acceleration in the mode of pulse-wise tuning of the carrier frequency according to a random law.

Для решения задачи изобретения предлагается использовать достоинства способа измерения радиальной скорости воздушного объекта в режиме перестройки частоты от импульса к импульсу [11]. Этот способ измерения радиальной скорости заключается в том, что излучают пачку сигналов с перестройкой частоты по случайному закону, принимают отраженные от воздушного объекта сигналы на n-х частотах, понижают частоты принимаемых сигналов до промежуточной, выделяют с помощью квадратурных фазовых детекторов квадратурные составляющие принятых сигналов, преобразовывают квадратурные составляющие в цифровую форму с помощью аналого-цифровых преобразователей и получают частотную характеристику (ЧХ) воздушного объекта, представляющую собой вектор G из совокупности откликов согласованного приемника на отраженные СПЧ. Способ основан на перефазировании ЧХ путем домножения ее элементов на комплексный фазовый множитель, зависящий от радиальной скорости ВО. В связи с тем, что радиальная скорость объекта требует определения, в интересах максимальной компенсации фазовых набегов, связанных с радиальным перемещением ВО (правильного перефазирования ЧХ), проводят перебор возможных значений радиальной скорости объекта, в результате которого с помощью вектора G формируют двумерную матрицу D, строки которой представляют собой набор перефазированных ЧХ. При переборе всех возможных (предполагаемых) радиальных скоростей ВО в одном из случаев (в одной из строк матрицы D) произойдет наилучшая компенсация негативных фазовых набегов, связанных с радиальным перемещением ВО. В качестве инструмента определения максимального совпадения истинной радиальной скорости объекта с ее предполагаемым значением используются дальностный портрет ВО [12] и значение энтропии данных, составляющих его вектор. При совпадении истинной и предполагаемой радиальной скорости ВО формируется наиболее информативный дальностный портрет (ДП), энтропия данных которого минимальна. Для этого формируют матрицу D1 путем проведения обратного преобразования Фурье с комплексными векторами данных каждой строки матрицы D, находят максимальное значение модуля комплексного сигнала в матрице D1 и делят комплексные величины всех элементов матрицы D1 на это значение (проводят ее нормирование), рассчитывают величину энтропии данных для каждой строки матрицы D1, находят значение предполагаемой радиальной скорости ВО, при котором энтропия данных, составляющих дальностный портрет, минимальна, и принимают найденное значение в качестве оценки радиальной скорости ВО.To solve the problem of the invention, it is proposed to use the advantages of the method of measuring the radial speed of an air object in the frequency tuning mode from pulse to pulse [11]. This method of measuring radial velocity consists in emitting a packet of signals with frequency tuning according to a random law, receiving signals reflected at the n-th frequencies from the airborne object, lowering the frequencies of the received signals to an intermediate one, and using quadrature phase detectors, quadrature components of the received signals are extracted, convert the quadrature components into digital form using analog-to-digital converters and get the frequency response (FX) of the air object, representing the second vector G from the set of responses of the matched receiver to the reflected FH. The method is based on the rephasing of the frequency response by multiplying its elements by a complex phase factor, depending on the radial velocity of the HE. Due to the fact that the radial velocity of the object needs to be determined, in the interests of maximum compensation for phase incursions associated with the radial movement of the HE (correct rephasing of the frequency response), the possible values of the radial velocity of the object are enumerated, as a result of which a two-dimensional matrix D is formed using the vector G, which lines are a set of rephased frequency response. When enumerating all the possible (assumed) radial velocities of the HE in one of the cases (in one of the rows of the matrix D), the best compensation for the negative phase incursions associated with the radial movement of the HE will occur. As a tool for determining the maximum coincidence of the true radial velocity of an object with its estimated value, a range VO portrait [12] and the entropy value of the data constituting its vector are used. When the true and assumed radial velocities of the VO coincide, the most informative range portrait (DP) is formed, the data entropy of which is minimal. To do this, form the matrix D1 by performing the inverse Fourier transform with complex data vectors of each row of the matrix D, find the maximum value of the modulus of the complex signal in the matrix D1 and divide the complex values of all elements of the matrix D1 by this value (normalize it), calculate the data entropy for each row of the matrix D1, find the value of the estimated radial velocity VO at which the entropy of the data constituting the range portrait is minimal, and take the found value as ve assessment of the radial velocity VO.

Достоинствами способа являются высокая помехоустойчивость и индифферентность к сложности и размерам геометрической конструкции ВО. Эти достоинства совместно с сущностью способа [11] создают основу его использования в интересах выявления параметров ТН полета малоразмерного воздушного объекта в виде радиального ускорения.The advantages of the method are high noise immunity and indifference to the complexity and size of the geometric structure of VO. These advantages, together with the essence of the method [11] create the basis for its use in the interests of identifying the parameters of the flight parameters of a small airborne object in the form of radial acceleration.

Для решения задачи выявления параметров ТН полета малоразмерного воздушного объекта в виде радиального ускорения предлагается излучать в направлении ВО пачку импульсных сигналов с перестройкой несущей частоты по случайному закону с вобуляцией периода повторения. Количество сигналов в пачке N выбирается равным 2k где k - целое число в диапазоне от 6 до 9. Выбор указанного значения числа N обусловлен стремлением к использованию при обработке алгоритмов быстрого преобразования Фурье (БПФ), позволяющих существенно уменьшить объем вычислений [13]. Вобуляция периода повторения сигналов внутри пачки необходима для устранения неоднозначности измерения радиальной скорости способом [11].To solve the problem of identifying the flight parameters of the flight of a small airborne object in the form of radial acceleration, it is proposed to radiate a burst of pulsed signals in the direction of the VO with the tuning of the carrier frequency according to a random law with a wobble of the repetition period. The number of signals in the packet N is chosen equal to 2 k where k is an integer in the range from 6 to 9. The choice of the specified value of the number N is determined by the desire to use fast Fourier transform (FFT) algorithms in processing, which can significantly reduce the amount of calculations [13]. Wobble of the signal repetition period inside the packet is necessary to eliminate the ambiguity of the radial velocity measurement by the method [11].

Длительность пачки СПЧ Δt выбирают равной интервалу времени, в течение которого изменение радиальной скорости ВО гарантированно превышало бы величину потенциальной точности оценки радиальной скорости способом [11]. Указанная точность зависит от числа импульсов в пачке, рабочего отношения сигнал-шум и составляет величину не более 0,5 м/с. Из этого видно, что для измерения ускорений, составляющих единицы м/с2, необходима длительность пачки СПЧ порядка 1 с. Здесь в явном виде проявляется ограниченность предлагаемого способа оценки радиального ускорения аr. Если ВО движется с большим курсовым углом, то радиальная составляющая ускорения изменяется медленно, и ее измерение затруднено. Поэтому способ пригоден только в случае радиального движения ВО (в направлении радара), что характерно для посадочных РЛС аэродромов, авианесущих кораблей и авианосцев.The duration of the FH bundle Δt is chosen equal to the time interval during which the change in the radial velocity of the HE would be guaranteed to exceed the value of the potential accuracy of estimating the radial velocity by the method [11]. The indicated accuracy depends on the number of pulses in the packet, the working signal-to-noise ratio, and amounts to no more than 0.5 m / s. From this it can be seen that for measuring accelerations of units m / s 2 , the duration of the HF pack is of the order of 1 s. Here, the limited nature of the proposed method for estimating radial acceleration a r is manifested explicitly. If the VO moves with a large heading angle, then the radial component of the acceleration changes slowly, and its measurement is difficult. Therefore, the method is suitable only in the case of radial movement of the aircraft (in the direction of the radar), which is typical for landing radars of aerodromes, aircraft carriers and aircraft carriers.

Следующим ограничением предлагаемого способа является возможность измерения радиального ускорения только малоразмерных ВО. Наличие траекторных нестабильностей полета крупноразмерных объектов в виде рысканий приводит к непредсказуемому изменению дальности до рассеивающих центров ВО и существенному изменению фазовой характеристики принятой пачки отраженных сигналов. Изменение дальности до рассеивающих центров малоразмерного ВО вследствие его рысканий является пренебрежимо малым и практически не оказывающим влияния на фазовую характеристику пачки принятых сигналов. Набор пачки отраженных СПЧ в течение 1 с не должен исключать излучение в этом же интервале других зондирующих сигналов.The next limitation of the proposed method is the ability to measure the radial acceleration of only small BO. The presence of trajectory instabilities in the flight of large-sized objects in the form of yaw leads to an unpredictable change in the distance to the scattering centers of the HE and a significant change in the phase characteristic of the received packet of reflected signals. The change in the distance to the scattering centers of the small-sized HE due to its yaw is negligible and has virtually no effect on the phase characteristic of the packet of received signals. A set of packs of reflected HFs for 1 s should not exclude radiation of other sounding signals in the same interval.

Для формирования пачки СПЧ в оперативном запоминающем устройстве РЛС формируют последовательность номеров и величин используемых частот от f0 до f0+Fпер, где f0 - основная несущая частота зондирующего сигнала сантиметрового диапазона, Fпер=150 МГц - диапазон, в котором осуществляется перестройка частоты от импульса к импульсу с шагом Δf=Fпер/(N-l). Затем номера частот излучения распределяют по случайному закону, при котором время излучения tn импульса на n-й частоте fn=f0+nΔf, где n - номер используемой частоты

Figure 00000001
, определяется по формулеTo form an FH bundle in the radar RAM, a sequence of numbers and values of the frequencies used is used from f 0 to f 0 + F per , where f 0 is the main carrier frequency of the probe signal of the centimeter range, F per = 150 MHz is the range in which tuning is performed frequency from pulse to pulse in increments of Δf = F per / (Nl). Then, the radiation frequency numbers are distributed according to a random law, in which the radiation time t n pulse at the n-th frequency f n = f 0 + nΔf, where n is the number of the used frequency
Figure 00000001
determined by the formula

Figure 00000002
Figure 00000002

где Ti - основной период следования (повторения) импульсов внутри пачки;where T i - the main period of the sequence (repetition) of pulses inside the packet;

ΔTn - временная добавка, необходимая для обеспечения вобуляции периода повторения импульсов, выбираемая случайным образом из диапазона [-0,05Ti; 0,05Ti];

Figure 00000003
- порядковый номер излучения импульса на n-й частоте fn, принимающий значение от 0 до N-1, единожды повторяющееся в пределах пачки СПЧ. Например, если в 26-м периоде излучен импульс на частоте f2=f0+2Δf, то
Figure 00000003
=26 при n=2. Порядок использования частот в пачке и величины tn запоминаются в интересах последующей обработки.ΔT n is the temporary addition necessary to ensure the wobble of the pulse repetition period, randomly selected from the range [-0,05T i ; 0.05T i ];
Figure 00000003
- the serial number of the pulse radiation at the n-th frequency f n , taking on a value from 0 to N-1, repeating itself once within the FH bundle. For example, if in the 26th period a pulse is emitted at a frequency f 2 = f 0 + 2Δf, then
Figure 00000003
= 26 for n = 2. The order in which the frequencies are used in the packet and the values of t n are stored in the interests of subsequent processing.

Далее предлагается принимать отраженные от ВО сигналы на разных частотах f0+nΔf+Fd n, где Fd n - доплеровская частотная добавка отраженного сигнала на n-й частоте, обусловленная радиальной скоростью ВО. Затем предлагается понижать частоту принимаемых сигналов до промежуточной fпр+nΔf+Fd n, где fnp - величина промежуточной частоты, и усиливать сигналы с помощью широкополосных усилителей промежуточной частоты.It is further proposed to receive signals reflected from the VO at different frequencies f 0 + nΔf + F dn , where F dn is the Doppler frequency addition of the reflected signal at the nth frequency, due to the radial velocity of the VO. Then it is proposed to lower the frequency of the received signals to an intermediate f pr + nΔf + F dn , where f np is the value of the intermediate frequency, and amplify the signals using broadband amplifiers of the intermediate frequency.

В последующем необходимо с помощью полосовых фильтров проводить фильтрацию сигналов, в результате которой сигналы с несущими частотами fn поступают в соответствующие n-е частотные каналы (число частотных каналов равно числу используемых частот), выделять с помощью квадратурных фазовых детекторов [14, 15] квадратурные составляющие принятых сигналов и преобразовывать квадратурные составляющие принятых сигналов в цифровую форму с помощью аналого-цифровых преобразователей.Subsequently, it is necessary to filter signals using band-pass filters, as a result of which signals with carrier frequencies f n enter the corresponding nth frequency channels (the number of frequency channels is equal to the number of frequencies used), quadrature phase detectors [14, 15] should be selected components of the received signals and convert the quadrature components of the received signals into digital form using analog-to-digital converters.

Затем предлагается проводить цифровую согласованную фильтрацию каждого принятого импульсного сигнала в отдельности, расставлять принятые сигналы в порядке линейного увеличения частоты и формировать вектор G, состоящий из N элементов. При этом в n-е элементы указанного вектора записывают комплексное значение

Figure 00000004
отклика согласованного приемника на сигнал n-й частоты.Then it is proposed to carry out digital matched filtering of each received pulse signal separately, to arrange the received signals in the order of a linear increase in frequency and to form a vector G consisting of N elements. At the same time, the nth elements of the specified vector write the complex value
Figure 00000004
response matched receiver to the signal of the n-th frequency.

После этого необходимо формировать трехмерную матрицу данных W (фиг.1), состоящую из V×Z продольных строк, N×V поперечных строк и N×Z столбцов, где V=(2Vr max/dV+l); Vr max - максимально возможная радиальная скорость ВО; dV - интервал дискретизации (шаг перебора) предполагаемой радиальной скорости объекта; Z=(2ar max/da+1); armax - максимально возможное радиальное ускорение ВО; da - интервал дискретизации (шаг перебора) предполагаемого радиального ускорения аr объекта. Число 2 определяет возможность измерения положительных и отрицательных радиальных скоростей и ускорений.After this, it is necessary to form a three-dimensional data matrix W (Fig. 1), consisting of V × Z longitudinal rows, N × V transverse rows and N × Z columns, where V = (2V r max / dV + l); V r max - the maximum possible radial velocity VO; dV is the sampling interval (search step) of the estimated radial velocity of the object; Z = (2a r max / da + 1); a rmax is the maximum possible radial acceleration of VO; da is the sampling interval (enumeration step) of the estimated radial acceleration a r of the object. The number 2 determines the ability to measure positive and negative radial velocities and accelerations.

Под продольной строкой понимается совокупность элементов

Figure 00000005
трехмерной матрицы, у которых изменяется только индекс n, а индексы v и z остаются неизменными, т.е. изменение величин откликов согласованного приемника определяется только изменением частоты излучаемых сигналов (фиг.1). У элементов
Figure 00000006
, составляющих поперечную строку, изменяется только индекс z при неизменности индексов n и v. У элементов трехмерной матрицы, входящих в состав столбцов, изменяется только индекс v при неизменности индексов n и z (фиг.1).A longitudinal line refers to a collection of elements
Figure 00000005
three-dimensional matrix, in which only the index n changes, and the indices v and z remain unchanged, i.e. the change in the response values of the matched receiver is determined only by the change in the frequency of the emitted signals (figure 1). The elements
Figure 00000006
constituting the transverse row, only the z index changes with the indices n and v unchanged. For the elements of the three-dimensional matrix included in the columns, only the index v changes with the indices n and z unchanged (Fig. 1).

В элементы трехмерной матрицы W следует записывать комплексную величину

Figure 00000007
рассчитанную по формулеIn the elements of the three-dimensional matrix W, the complex quantity should be written
Figure 00000007
calculated by the formula

Figure 00000008
Figure 00000008

где

Figure 00000009
- комплексная величина элементов вектора G, с - скорость распространения электромагнитных волн. В результате проведения указанных операций совокупность продольных строк матрицы W будет представлять собой набор перефазированных частотных характеристик ВО.Where
Figure 00000009
is the complex magnitude of the elements of the vector G, and c is the propagation velocity of electromagnetic waves. As a result of these operations, the set of longitudinal rows of the matrix W will be a set of rephased frequency characteristics of VO.

Далее предлагается путем проведения обратного БПФ с комплексными векторами данных каждой продольной строки матрицы W формировать трехмерную матрицу W1 (фиг.1), после чего находить в ней максимальное значение Wlmax модуля составляющих ее комплексных величин. После деления значений элементов матрицы на найденное максимальное значение предлагается записывать результаты деления в элементы (ячейки), ранее соответствующие элементам, используемым в качестве делимых при делении. Номера столбцов, продольных и поперечных строк (индексов элементов

Figure 00000010
матрицы W1 будут аналогичны номерам столбцов и строк (индексов элементов
Figure 00000011
исходной матрицы W. Другими словами, необходимо нормировать элементы матрицы W1.It is further proposed by conducting an inverse FFT with complex data vectors of each longitudinal row of the matrix W to form a three-dimensional matrix W1 (Fig. 1), and then find in it the maximum value Wl max of the modulus of its constituent complex quantities. After dividing the values of the matrix elements by the found maximum value, it is proposed to write the division results in the elements (cells) previously corresponding to the elements used as dividends in the division. Numbers of columns, longitudinal and transverse rows (element indices
Figure 00000010
matrices W1 will be similar to the numbers of columns and rows (element indices
Figure 00000011
of the original matrix W. In other words, it is necessary to normalize the elements of the matrix W1.

Таким образом, в элементах продольных строк матрицы W1 будут сначала размещены элементы векторов, являющихся результатом обратного БПФ над векторами продольных строк исходной матрицы W, а затем результаты деления записанных комплексных величин на максимальное значение модуля комплексных величин W1max.Thus, the elements of the vectors that are the result of the inverse FFT over the vectors of the longitudinal rows of the original matrix W will be placed in the elements of the longitudinal rows of the matrix W1, and then the results of dividing the recorded complex quantities by the maximum value of the module of complex quantities W1 max .

Далее предлагается рассчитывать величину энтропии данных Hv,z [16] для каждой продольной строки матрицы W1 по формуле [11]Further, it is proposed to calculate the entropy of the data H v, z [16] for each longitudinal row of the matrix W1 according to the formula [11]

Figure 00000012
Figure 00000012

где

Figure 00000013
- элементы матрицы W1, полученной после проведения обратного БПФ с комплексными векторами данных каждой продольной строки матрицы W и нормировки ее элементов.Where
Figure 00000013
- elements of the matrix W1 obtained after performing the inverse FFT with complex data vectors of each longitudinal row of the matrix W and normalizing its elements.

Далее предлагается формировать двумерную матрицу Н, состоящую из V строк и Z столбцов (фиг.1).It is further proposed to form a two-dimensional matrix H consisting of V rows and Z columns (FIG. 1).

Под v-й строкой понимается совокупность элементов двумерной матрицы Н, у которых изменяется только индекс z, а индекс v остается неизменным. У элементов Нv,z, входящих в состав z-го столбца, изменяется только индекс v при неизменности индекса z. Номера v-x строк и z-x столбцов матрицы Н аналогичны номерам v-x поперечных строк и z-x столбцов исходной матрицы W1. Таким образом, в строках матрицы Н будут содержаться значения энтропии, изменяющиеся в соответствии с изменением предполагаемого радиального ускорения ВО, а в столбцах - значения энтропии, изменяющиеся в соответствии с изменением предполагаемой радиальной скорости.By the vth row we mean the set of elements of the two-dimensional matrix H, in which only the index z changes, and the index v remains unchanged. For elements H v, z that are part of the z-th column, only the index v changes with the index z being unchanged. The numbers vx of the rows and zx columns of the matrix H are similar to the numbers vx of the transverse rows and zx columns of the original matrix W1. Thus, the rows of matrix H will contain the values of entropy that change in accordance with the change in the estimated radial acceleration of VO, and the columns will contain the values of entropy that change in accordance with the change in the estimated radial velocity.

На конечном этапе предлагается находить в сформированной матрице Н номер столбца ZminH, содержащего наименьшее значение энтропии Нv,z min и по номеру найденного столбца определять оценку радиального ускорения

Figure 00000014
по формулеAt the final stage, it is proposed to find in the generated matrix H the column number Z minH containing the lowest entropy H v , z min and determine the radial acceleration estimate by the number of the found column
Figure 00000014
according to the formula

Figure 00000015
Figure 00000015

Сущность способа измерения радиального ускорения малоразмерных ВО при использовании сигналов с поимпульсной перестройкой несущей частоты состоит в следующем.The essence of the method for measuring the radial acceleration of small-sized VOs when using signals with pulse-frequency tuning of the carrier frequency is as follows.

При излучении пачки сигналов с перестройкой несущей частоты по случайному закону и приеме отраженных сигналов n-й член полученной ЧХ воздушного объекта, движущегося со скоростью Vr и радиальным ускорением аr, определяется по формулеWhen a packet of signals is emitted with randomization of the carrier frequency and reception of reflected signals, the n-th term of the received frequency response of an airborne object moving with a speed V r and radial acceleration a r is determined by the formula

Figure 00000016
Figure 00000016

где K(n) - коэффициент, определяемый свойствами приемника РЛС при обработке сигнала n-й частоты; m - порядковый номер рассеивающего центра (РЦ); М - количество РЦ на планере ВО; σm - эффективная площадь рассеяния (ЭПР) m-го РЦ [14]; Rm∥ - расстояние от точки опорной дальности до m-го РЦ по радиальной координате в момент излучения первого импульса из состава пачки СПЧ; ψm - величина фазы, обусловленной отражением импульсного сигнала от m-го РЦ.where K (n) is the coefficient determined by the properties of the radar receiver when processing the signal of the nth frequency; m - serial number of the scattering center (RC); M is the number of RCs in the airframe; σ m is the effective scattering area (EPR) of the mth RC [14]; R m∥ is the distance from the reference range point to the mth RC along the radial coordinate at the time of the emission of the first pulse from the composition of the HF pack; ψ m is the phase value due to the reflection of the pulse signal from the m-th RC.

Обработку ЧХ предлагается проводить аналогично способу оценки радиальной скорости, приведенному в [11]. Проведение обратного БПФ с элементами ЧХ неподвижного воздушного объекта позволяет получить его ДП [12]. В интересах обеспечения соответствия параметров обрабатываемой пачки СПЧ ситуации неподвижности объекта необходимо проводить перефазировку ЧХ путем умножения ее элементов на комплексный фазовый множительIt is proposed to carry out the frequency response processing similarly to the method for estimating the radial velocity given in [11]. Carrying out the inverse FFT with the elements of the frequency response of a stationary air object allows one to obtain its DP [12]. In the interests of ensuring that the parameters of the processed HF bundle match the immobility of the object, it is necessary to rephase the frequency response by multiplying its elements by a complex phase factor

Figure 00000017
Figure 00000017

В связи с тем, что значения радиальной скорости и радиального ускорения являются неизвестными, необходимо по аналогии с [11] воспользоваться методом их подбора. При переборе всех возможных (предполагаемых) значений радиальной скорости в диапазоне ±Vr max и радиального ускорения в диапазоне ±ar max в одном из случаев (когда истинные радиальные скорость и ускорение объекта равны их предполагаемым значениям) произойдет наилучшая компенсация фазовых искажений, связанных с радиальным перемещением ВО. В результате проведения с перефазированной ЧХ обратного преобразования Фурье будет сформирован информативный ДП объекта (фиг.2), в котором m-му рассеивателю на поверхности ВО соответствует вполне определенный импульсный отклик [4, 5]. Выражения для когерентного ДП известны и представлены в [12].Due to the fact that the values of radial velocity and radial acceleration are unknown, it is necessary, by analogy with [11], to use the method of their selection. When enumerating all possible (assumed) values of the radial velocity in the range ± V r max and radial acceleration in the range ± a r max in one of the cases (when the true radial velocity and acceleration of the object are equal to their expected values), the best compensation for phase distortions associated with radial movement of VO. As a result of the inverse Fourier transform with the rephased frequency response, an informative DP of the object will be formed (Fig. 2), in which the mth diffuser on the BO surface corresponds to a well-defined impulse response [4, 5]. Expressions for coherent DP are known and presented in [12].

Геометрическая конструкция объекта (количество рассеивателей на его поверхности и расстояния между ними), а также вид соответствующего ДП тоже являются неизвестными. В качестве критерия определения максимального совпадения истинной радиальной скорости и истинного радиального ускорения ВО с их предполагаемыми значениями целесообразно использовать минимум энтропии системы [16]. Энтропия данных, составляющих ДП, минимальна при совпадении истинного радиального ускорения с его предполагаемым значением, которое следует выбирать в качестве оценки радиального ускорения ВО по аналогии со способом [11].The geometric design of the object (the number of scatterers on its surface and the distance between them), as well as the type of the corresponding DP, are also unknown. As a criterion for determining the maximum coincidence of the true radial velocity and the true radial acceleration of the HE with their expected values, it is advisable to use the minimum entropy of the system [16]. The entropy of the data constituting the DP is minimal when the true radial acceleration coincides with its expected value, which should be chosen as an estimate of the radial acceleration of VO by analogy with the method [11].

Таким образом, для обеспечения измерения радиального ускорения необходимо проводить двойной перебор по параметрам: сначала по радиальной скорости, а затем по радиальному ускорению ВО. В результате будет сформировано V×Z дальностных портретов. При совпадении истинных и подбираемых значений радиальной скорости и радиального ускорения ВО будет сформирован наиболее информативный когерентный ДП объекта, энтропия данных которого минимальна. Оценка радиального ускорения

Figure 00000014
определяется по номеру столбца zminH, содержащего наименьшее значение энтропии Нv,z min.Thus, to ensure the measurement of radial acceleration, it is necessary to conduct a double enumeration according to the parameters: first, according to the radial velocity, and then according to the radial acceleration of the HE. As a result, V × Z long-range portraits will be formed. With the coincidence of the true and selected values of the radial velocity and the radial acceleration of the HE, the most informative coherent DP of the object will be formed, the data entropy of which is minimal. Radial Acceleration Estimation
Figure 00000014
determined by the column number z minH containing the lowest entropy value H v, z min .

Введенное ограничение по пригодности способа только в отношении малоразмерных объектов обусловлено следующим. Любые ВО в полете испытывают случайные угловые перемещения, обусловленные воздействием турбулентных потоков воздушных масс. При крупных и средних размерах ВО в течение интервала Δt для приема пачки отраженных СПЧ фазовые набеги сигналов будут включать в себя компоненты, обусловленные случайными поворотами летательного аппарата. При наличии таких фазовых добавок в отраженных сигналах способ оценки радиальной скорости [11] прекращает функционировать. Для того, чтобы этот способ работал эффективно, введено ограничение длительности пачки СПЧ, которая в способе [11] должна быть меньше интервала угловой корреляции ВО, составляющего 5 мс. Для предлагаемого способа измерения радиального ускорения такая длительность пачки СПЧ неприемлема, а рыскания крупноразмерных ВО разрушают фазовую характеристику принятой пачки отраженных сигналов. Поэтому способ пригоден лишь для измерения радиального ускорения малоразмерного ВО.The introduced restriction on the suitability of the method only with respect to small-sized objects is due to the following. Any VO in flight experience random angular displacements due to the influence of turbulent flows of air masses. At large and medium sizes of HE during the Δt interval for receiving a packet of reflected HF, phase signal incursions will include components due to random turns of the aircraft. In the presence of such phase additives in the reflected signals, the radial velocity estimation method [11] ceases to function. In order for this method to work efficiently, a limitation of the duration of the FH bundle was introduced, which in method [11] should be less than the interval of angular correlation VO of 5 ms. For the proposed method for measuring radial acceleration, such a duration of an FH bundle is unacceptable, and yawing of large-sized HEs destroys the phase characteristic of the received packet of reflected signals. Therefore, the method is suitable only for measuring the radial acceleration of a small BO.

Для проверки работоспособности предложенного способа измерения радиального ускорения ВО был использован метод математического моделирования. В исследованиях использовались модели ВО типа F-15, F-16, F/A-18, A-10A, Q-5, построенные методом аппроксимации их конструкции телами простой геометрической формы [17]. Эффективная площадь рассеяния РЦ вычислялась с учетом ракурса планера ВО. Изменение уровня шумов имитировались аддитивным добавлением в квадратурные составляющие отраженного сигнала дополнительных компонентов, распределенных по закону Гаусса [18].To test the operability of the proposed method for measuring the radial acceleration of HE, the method of mathematical modeling was used. In studies, VO models of the F-15, F-16, F / A-18, A-10A, Q-5 type were used, constructed by the method of approximating their design by bodies of simple geometric shape [17]. The effective scattering area of the RC was calculated taking into account the angle of the glider VO. The change in the noise level was simulated by the additive addition of additional components distributed according to the Gauss law to the quadrature components of the reflected signal [18].

Значения предполагаемых скоростей ВО при моделировании изменяли в диапазоне ±700 м/с, а значения предполагаемых ускорений - в диапазоне ±10 м/с2. Шаг перебора по радиальной скорости полета ВО составлял 0,1 м/с, а шаг перебора по радиальным ускорениям составлял 0,1 м/с2. Результат обработки пачки СПЧ выводился в виде трехмерной скоростной развертки, вариант которой изображен на фиг.3, показывающей зависимость энтропии вектора данных, составляющих ДП, от предполагаемых значений радиальной скорости и радиального ускорения ВО. Для построения графика имитировалось движение ВО типа F-15 с радиальной скоростью Vr=-340 м/с и с радиальным ускорением ar=-5 м/с2. Для наглядности график инвертирован по оси H.The values of the estimated velocities of VO during modeling were varied in the range of ± 700 m / s, and the values of the expected accelerations were varied in the range of ± 10 m / s 2 . The search step in the radial speed of flight of the aircraft was 0.1 m / s, and the search step in radial accelerations was 0.1 m / s 2 . The result of processing the FH bundle was displayed in the form of a three-dimensional high-speed scan, a variant of which is shown in FIG. 3, showing the dependence of the entropy of the data vector constituting the DP on the assumed values of the radial velocity and radial acceleration of the HE. To plot the graph, the F-15 type of motion was simulated with a radial velocity V r = -340 m / s and with a radial acceleration a r = -5 m / s 2 . For clarity, the graph is inverted along the axis H.

Фиг.3 подтверждает возможность измерения радиального ускорения ВО в режиме поимпульсной перестройки несущей частоты. Положение глобального минимума скоростной развертки по оси предполагаемых скоростей ВО соответствует его истинной радиальной скорости, а по оси предполагаемых ускорений - истинному радиальному ускорению ВО. Анализ 1000 скоростных разверток, построенных для каждого из 5 типов моделей ВО, подтвердил работоспособность предложенного способа оценки радиального ускорения малоразмерных летательных аппаратов.Figure 3 confirms the possibility of measuring radial acceleration IN in the mode of pulse tuning of the carrier frequency. The position of the global minimum of the velocity sweep along the axis of the assumed velocities of the HE corresponds to its true radial velocity, and along the axis of the assumed accelerations to the true radial acceleration of the HE. Analysis of 1000 high-speed scans built for each of the 5 types of HE models confirmed the efficiency of the proposed method for estimating the radial acceleration of small-sized aircraft.

Оценка радиального ускорения ВО в случае, показанном на фиг.3, составила

Figure 00000018
вr=-5,1 м/с2. При проведении 1000 расчетов заявляемым способом ошибка измерения радиального ускорения не превысила 0,2 м/с2 при отношении сигнал-шум 13 дБ на входе системы обработки, что говорит о работоспособности способа и высокой точности измерения.The estimation of the radial acceleration of VO in the case shown in figure 3 was
Figure 00000018
in r = -5.1 m / s 2 . When conducting 1000 calculations by the claimed method, the error in measuring radial acceleration did not exceed 0.2 m / s 2 with a signal-to-noise ratio of 13 dB at the input of the processing system, which indicates the operability of the method and high measurement accuracy.

Предложенный способ легко реализуем и имеет следующие достоинства: высокая помехоустойчивость за счет поимпульсной перестройки несущей частоты по случайному закону, что исключает негативное влияние прицельных по частоте помех; высокая точность оценки радиального ускорения; простота цифровой реализации; возможность получения ДП воздушных объектов в интересах их распознавания. Предложенный способ может найти применение в перспективных РЛС двойного назначения с поимпульсной перестройкой несущей частоты.The proposed method is easy to implement and has the following advantages: high noise immunity due to the pulse-wise tuning of the carrier frequency according to a random law, which eliminates the negative impact of interference aiming in frequency; high accuracy of radial acceleration estimation; simplicity of digital implementation; the possibility of obtaining DP air objects in the interests of their recognition. The proposed method can find application in promising dual-purpose radars with pulse-frequency tuning of the carrier frequency.

Источники информацииInformation sources

1. Радиолокационные системы многофункциональных самолетов. Т.1. РЛС - информационная основа боевых действий многофункциональных самолетов. Системы и алгоритмы первичной обработки радиолокационных сигналов / Под ред. А.И.Канащенкова и В.И.Меркулова - М.: Радиотехника, 2006. - 656 с.1. Radar systems of multifunctional aircraft. T.1. Radar - the information basis of the fighting of multifunctional aircraft. Systems and algorithms for primary processing of radar signals / Ed. A.I. Kanaschenkov and V.I. Merkulov - M .: Radio engineering, 2006. - 656 p.

2. Перунов Ю. М., Фомичев К.И., Юдин Л.М. Радиоэлектронное подавление информационных каналов систем управления оружием / Под ред. Ю.М.Перунова - М.: Радиотехника, 2008. - 416 с.2. Perunov Yu. M., Fomichev K.I., Yudin L.M. Radio-electronic suppression of information channels of weapon control systems / Ed. Yu.M. Perunova - M .: Radio engineering, 2008 .-- 416 p.

3. Защита радиолокационных систем от помех. Состояние и тенденции развития / Под ред. А.И.Канащенкова и В.И.Меркулова - М.: Радиотехника, 2003. - 416 с.3. Protection of radar systems from interference. Status and development trends / Ed. A.I. Kanaschenkova and V.I. Merkulov - M .: Radio engineering, 2003 .-- 416 p.

4. Митрофанов Д.Г. Нейросетевая идентификация воздушных объектов по радиолокационным изображениям // Измерительная техника, 2006. №2. С.53-59.4. Mitrofanov D.G. Neural network identification of airborne objects by radar images // Measuring equipment, 2006. No. 2. S.53-59.

5. Митрофанов Д.Г., Сафонов А.В. Применение нейросетевой технологии для распознавания целей по радиолокационным изображениям // Нейрокомпьютеры, 2006. №3. С.60-68.5. Mitrofanov D.G., Safonov A.V. The use of neural network technology for target recognition by radar images // Neurocomputers, 2006. No. 3. S.60-68.

6. Патент РФ №2280263. МПК6 G01S 13/52. Способ селекции ложных воздушных целей. Прохоркин А.Г., Митрофанов Д.Г., Оверченко А.Г., Маркевич А.А., Романенко А.В., Абраменков А.В. Заявка №2005102388. Опубл. 20.07.06. Бюл. №20.6. RF patent No. 2280263. IPC 6 G01S 13/52. The method of selection of false air targets. Prokhorkin A.G., Mitrofanov D.G., Overchenko A.G., Markevich A.A., Romanenko A.V., Abramenkov A.V. Application No. 2005102388. Publ. 07/20/06. Bull. No. 20.

7. Радиоэлектронные системы / Под ред. Ширмана Я.Д. - М.: Радиотехника, 2007. - 512 с.7. Radio-electronic systems / Ed. Shirmana Y.D. - M.: Radio Engineering, 2007 .-- 512 p.

8. Вашкевич С.А. Аналитико-статистическое описание сигнала, отраженного от групповой воздушной цели, ориентированное на разработку оптимальных по критерию минимума среднего квадратического отклонения алгоритмов формирования радиолокационных изображений // Математическая морфология. Электронный математический и медико-биологический журнал, 2008. Т.7. №1.8. Vashkevich S.A. Analytical and statistical description of the signal reflected from the group of air targets, focused on the development of optimal algorithms for the formation of radar images according to the minimum criterion of the mean square deviation // Mathematical Morphology. Electronic mathematical and biomedical journal, 2008. V.7. No. 1.

9. Григорьев И.Н. Global Hawk пилотируегся с земли. http://aviapanorama.narod.ru/journal/2004_5/bpla_grigoriev.htm.9. Grigoriev I.N. Global Hawk is flying from the ground. http://aviapanorama.narod.ru/journal/2004_5/bpla_grigoriev.htm.

10. Митрофанов Д. Г., Прохоркнн А.Г., Нефедов С.И. Измерение поперечных размеров летательных аппаратов по частотной протяженности доплеровского портрета // Радиотехника, 2008. №1. С.89 (прототип).10. Mitrofanov D.G., Prokhornn A.G., Nefedov S.I. Measurement of the transverse dimensions of aircraft by the frequency extent of the Doppler portrait // Radio Engineering, 2008. No. 1. S.89 (prototype).

11. Патент РФ №2326402 от 10.06.2008. МКИ7 G01S 13/58. Способ измерения радиальной скорости воздушной цели в режиме перестройки частоты от импульса к импульсу. Савостьянов В.Ю., Майоров Д.А., Митрофанов Д.Г., Прохоркин А.Г. Заявка №2007101537. Приоритет 17.01.2007. Бюл. №16. Ч.3. С.752.11. RF patent №2326402 from 10.06.2008. MKI 7 G01S 13/58. A method of measuring the radial speed of an air target in the frequency tuning mode from pulse to pulse. Savostyanov V.Yu., Mayorov D.A., Mitrofanov D.G., Prokhorkin A.G. Application No. 2007101537. Priority January 17, 2007. Bull. No. 16. Part 3. S.752.

12. Митрофанов Д.Г., Сафонов А.В. Применение вейвлет-анализа для сохранения структуры дальностных портретов воздушных целей при повышении уровня шумов. Электромагнитные волны и электронные системы, 2005. №9. С.19-24.12. Mitrofanov D.G., Safonov A.V. The use of wavelet analysis to maintain the structure of long-range portraits of aerial targets with an increase in noise level. Electromagnetic waves and electronic systems, 2005. No. 9. S.19-24.

13. Охрименко А.Е. Основы радиолокации и радиоэлектронная борьба. Ч.1. Основы радиолокации. - М.: Воениздат, 1983. - 456 с.13. Okhrimenko A.E. Basics of radar and electronic warfare. Part 1. Basics of radar. - M .: Military Publishing House, 1983 .-- 456 p.

14. Справочник по радиолокации / Под ред. Сколника М.И. Пер. с англ. В четырех томах. - М.: Сов. радио, 1978.14. Handbook of radar / Ed. Skolnik M.I. Per. from English In four volumes. - M .: Owls. radio, 1978.

15. Справочник по основам радиолокационной техники / Под ред. Дружинина В.В. - М.: Воениздат, 1967. - 768 с.15. Handbook of the basics of radar technology / Ed. Druzhinina V.V. - M .: Military Publishing House, 1967 .-- 768 p.

16. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. - М.: Высш. шк., 2001. - 575 с.16. Wentzel E.S. Probability theory. - M .: Higher. school, 2001 .-- 575 s.

17. Криспин Ж.В., Маффетт А.Л. Оценка радиолокационного поперечного сечения тел простой формы // ТИИЭР, 1965. Т.53. №8. С.960-975.17. Crispin J.V., Muffett A.L. Evaluation of the radar cross section of simple bodies // TIIER, 1965. V.53. No. 8. S.960-975.

18. Майоров Д.А., Митрофанов Д.Г. Формирование статистических распределений отражений от воздушных целей и помех естественного происхождения на основе данных натурного эксперимента. - М.: ЦВНИ МО РФ, 2007. - 12 с. - Деп. в Центральном справочно-информационном фонде МО РФ 17.09.07, № В6688.18. Mayorov D.A., Mitrofanov D.G. Formation of statistical distributions of reflections from air targets and interference of natural origin based on data from a field experiment. - M.: TsVNI MO RF, 2007. - 12 p. - Dep. at the Central Reference and Information Fund of the Ministry of Defense of the Russian Federation on September 17, 07, No. В6688.

Claims (1)

Способ выявления параметров траекторных нестабильностей малоразмерного воздушного объекта в виде радиального ускорения движения для режима сопровождения с использованием сигналов с поимпульсной перестройкой несущей частоты, заключающийся в том, что с помощью радиолокационной станции излучают пачку сигналов с перестройкой несущей частоты по случайному закону, принимают отраженные от воздушного объекта сигналы на n-х частотах, понижают частоты принимаемых сигналов до промежуточной, усиливают сигналы на промежуточной частоте, с помощью полосовых фильтров проводят фильтрацию сигналов, в результате которой сигналы с n-ми несущими частотами fn поступают в соответствующие n-е частотные каналы, выделяют с помощью квадратурных фазовых детекторов квадратурные составляющие принятых сигналов, преобразовывают квадратурные составляющие принятых сигналов в цифровую форму с помощью аналого-цифровых преобразователей, отличающийся тем, что длительность излучаемой пачки сигналов с перестройкой частоты Δt выбирают равной интервалу времени, составляющего величину порядка 1 с, в течение которого изменение радиальной скорости воздушного объекта превышает 0,5 м/с, для излучения пачки из N сигналов с перестройкой несущей частоты по случайному закону в оперативном запоминающем устройстве радиолокационной станции формируют последовательность номеров и величин используемых несущих частот от f0 до f0+Fпер с шагом Δf=Fпер/(N-1), где f0 - основная несущая частота зондирующего сигнала сантиметрового диапазона, Fпер=150 МГц - диапазон, в котором осуществляется перестройка несущей частоты от импульса к импульсу, распределяют номера несущих частот излучения по случайному закону, при котором время излучения tn импульса на n-й частоте fn=f0+nΔf, где n - номер частоты сигнала, определяется по формуле
Figure 00000019
, где Тi - основной период следования (повторения) импульсов внутри пачки, ΔТn - временная добавка, необходимая для обеспечения вобуляции периода повторения импульсов, выбираемая случайным образом из диапазона [-0,05Тi; 0,05Тi];
Figure 00000020
- порядковый номер излучения импульса на n-й частоте fn, принимающий значение от 0 до N-1, единожды повторяющееся в пределах пачки сигналов с перестройкой несущей частоты, запоминают порядок использования несущих частот при излучении пачки сигналов с перестройкой несущей частоты, проводят цифровую согласованную фильтрацию каждого принятого импульсного сигнала в отдельности, расставляют принятые сигналы в порядке линейного увеличения частоты, формируют из параметров этих сигналов вектор G, состоящий из N элементов, записывают в n-е элементы указанного вектора комплексное значение
Figure 00000021
отклика согласованного приемника на сигнал n-й частоты, формируют трехмерную матрицу данных W, состоящую из V×Z продольных строк, содержащих элементы с неизменными индексами v и z, N×V поперечных строк, содержащих элементы с неизменными индексами n и v, и N×Z столбцов, содержащих элементы с неизменными индексами n и z, где V=(2Vr max/dV+1); Vr max - максимально возможная радиальная скорость воздушного объекта, dV - интервал дискретизации (шаг перебора) предполагаемой радиальной скорости объекта, Z=(2ar max/da+1); ar max - максимально возможное радиальное ускорение воздушного объекта, da - интервал дискретизации (шаг перебора) предполагаемого радиального ускорения аr, объекта, записывают в элементы трехмерной матрицы W комплексные величины
Figure 00000022
рассчитываемые по формуле
Figure 00000023

где
Figure 00000024
- комплексная величина n-го элемента вектора G, путем проведения обратного быстрого преобразования Фурье с комплексными векторами данных каждой продольной строки матрицы W получают трехмерную матрицу W1, в которой номера столбцов, продольных и поперечных строк аналогичны номерам столбцов и строк исходной матрицы W, но в элементах продольных строк располагают величины элементов векторов, являющихся результатом обратного быстрого преобразования Фурье над векторами продольных строк исходной матрицы W, находят в матрице W1 максимальное значение W1max модуля составляющих ее комплексных величин, находят частные от деления комплексных величин всех элементов матрицы W1 на значение W1max и записывают результаты деления в элементы, ранее соответствовавшие элементам, используемым в качестве делимых, рассчитывают величину энтропии данных Hv,z для каждой продольной строки матрицы W1 по формуле
Figure 00000025

где
Figure 00000026
- элементы матрицы W1, формируют двумерную матрицу Н, состоящую из V строк и Z столбцов, соответствующих поперечным строкам и столбцам исходной матрицы W1, в элементы матрицы Н записывают значения энтропии Hv,z, рассчитанные по данным продольных строк матрицы W1 с сохранением принадлежности этих продольных строк z-м столбцам и v-м поперечным строкам исходной матрицы, находят в сформированной матрице Н номер столбца ZminH, содержащего наименьшее значение энтропии, по найденному номеру столбца определяют оценку радиального ускорения воздушного объекта
Figure 00000027
по формуле
Figure 00000028

в случае отличия полученной оценки от нуля принимают решение о том, что воздушный объект движется с траекторными нестабильностями, обусловленными наличием радиального ускорения, равного
Figure 00000029
A method for detecting the parameters of trajectory instabilities of a small airborne object in the form of radial acceleration of motion for the tracking mode using signals with pulse-frequency tuning of the carrier frequency, which consists in using a radar station to radiate a packet of signals with tuning of the carrier frequency according to a random law, receiving reflected from the airborne object signals at n-th frequencies, lower the frequencies of the received signals to an intermediate, amplify the signals at an intermediate frequency, with the help of The filtering of signals is carried out by means of the bandpass filters, as a result of which the signals with the n-th carrier frequencies fn arrive at the corresponding n-th frequency channels, the quadrature components of the received signals are extracted using quadrature phase detectors, and the quadrature components of the received signals are converted to digital form using analog digital converters, characterized in that the duration of the emitted packet of signals with frequency tuning Δt is chosen equal to the time interval of about 1 s, in t whose importance change object radial velocity air exceeds 0.5 m / s, the radiation bundle of N signals with the rearrangement of the carrier frequency at random in the random access memory of the radar generates a sequence of numbers and quantities used carrier frequencies from f 0 to f 0 + F lane increments Δf = F trans / (N-1) where f 0 - primary carrier frequency of the probing signal centimeter range, F = 150 MHz lane - The range in which the rearrangement of the carrier frequency from pulse to pulse, partitioned prefecture pa carrier frequency radiation at random, whereby the time t n the pulse radiation on the n-th frequency f n = f 0 + nΔf, where n - the number of the signal frequency determined by the formula
Figure 00000019
where T i is the main pulse repetition period (repetition) inside the packet, ΔT n is the time supplement necessary to ensure the wobble of the pulse repetition period, randomly selected from the range [-0.05T i ; 0.05T i ];
Figure 00000020
- the serial number of the pulse radiation at the n-th frequency f n , taking on a value from 0 to N-1, repeating itself once within a packet of signals with tuning of the carrier frequency, remember the order of using carrier frequencies when emitting a packet of signals with tuning of the carrier frequency, conduct digital coordinated filtering each received pulse signal separately, the received signals are arranged in the order of a linear increase in frequency, a vector G consisting of N elements is formed from the parameters of these signals, recorded in the nth element said vector complex value
Figure 00000021
the response of the matched receiver to the signal of the n-th frequency, form a three-dimensional data matrix W, consisting of V × Z longitudinal rows containing elements with constant indices v and z, N × V transverse rows containing elements with constant indices n and v, and N × Z columns containing elements with constant indices n and z, where V = (2V r max / dV + 1); V r max - the maximum possible radial speed of an air object, dV - sampling interval (search step) of the estimated radial speed of the object, Z = (2a r max / da + 1); a r max is the maximum possible radial acceleration of an air object, da is the sampling interval (search step) of the estimated radial acceleration of a r , object, complex values are written into the elements of the three-dimensional matrix W
Figure 00000022
calculated by the formula
Figure 00000023

Where
Figure 00000024
- the complex value of the nth element of the vector G, by performing the inverse fast Fourier transform with complex data vectors of each longitudinal row of the matrix W, we obtain a three-dimensional matrix W1, in which the numbers of columns, longitudinal and transverse rows are similar to the numbers of columns and rows of the original matrix W, but in the elements of the longitudinal rows are the values of the elements of the vectors resulting from the inverse fast Fourier transform over the vectors of the longitudinal rows of the original matrix W, find the maximum value in the matrix W1 W1 max modulus of its constituent complex values, find the quotients of the division of the complex values of all elements of the matrix W1 by the value W1 max and write the results of division into elements that previously corresponded to the elements used as dividends, calculate the entropy of the data H v, z for each longitudinal rows of matrix W1 by the formula
Figure 00000025

Where
Figure 00000026
- the elements of the matrix W1, form a two-dimensional matrix H, consisting of V rows and Z columns corresponding to the transverse rows and columns of the original matrix W1, the entropy values H v, z calculated according to the data of the longitudinal rows of the matrix W1 are recorded in the elements of the matrix H while maintaining the identity of these longitudinal lines z-m columns and v-th transverse rows of the original matrix, are formed in matrix H z minH column number having the smallest value of the entropy, based on the found number column determining an estimate of the radial acceleration of air ekta
Figure 00000027
according to the formula
Figure 00000028

if the obtained estimate differs from zero, they decide that the airborne object moves with trajectory instabilities due to the presence of radial acceleration equal to
Figure 00000029
RU2009129063/28A 2009-07-28 2009-07-28 Method for identification of parametres of trajectory instabilities of small-sized flying object in form of radial acceleration of motion for accompaniment mode with help of signals with per pulse carrier frequency tuning RU2392640C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009129063/28A RU2392640C1 (en) 2009-07-28 2009-07-28 Method for identification of parametres of trajectory instabilities of small-sized flying object in form of radial acceleration of motion for accompaniment mode with help of signals with per pulse carrier frequency tuning

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009129063/28A RU2392640C1 (en) 2009-07-28 2009-07-28 Method for identification of parametres of trajectory instabilities of small-sized flying object in form of radial acceleration of motion for accompaniment mode with help of signals with per pulse carrier frequency tuning

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2392640C1 true RU2392640C1 (en) 2010-06-20

Family

ID=42682895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009129063/28A RU2392640C1 (en) 2009-07-28 2009-07-28 Method for identification of parametres of trajectory instabilities of small-sized flying object in form of radial acceleration of motion for accompaniment mode with help of signals with per pulse carrier frequency tuning

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2392640C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2456633C1 (en) * 2011-05-03 2012-07-20 Федеральное государственное научное учреждение "Государственный научно-технологический центр "Наука" (ФГНУ "ГНТЦ "Наука") Method of tracking clustered air target from 'turbojet aircraft' class
RU2603694C1 (en) * 2015-11-25 2016-11-27 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации имени Маршала Советского Союза А.М. Василевского" Министерства Обороны Российской Федерации Method of aerial object pulse characteristic generating with higher information value in sections of its spatial angular fading
RU2617110C1 (en) * 2016-03-09 2017-04-21 Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия воздушно-космической обороны имени Маршала Советского Союза Г.К. Жукова" Министерства обороны Российской Федерации Method to support group air targets of "aircraft with turbojet" class in radar location station at exposure of rate interference

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2456633C1 (en) * 2011-05-03 2012-07-20 Федеральное государственное научное учреждение "Государственный научно-технологический центр "Наука" (ФГНУ "ГНТЦ "Наука") Method of tracking clustered air target from 'turbojet aircraft' class
RU2603694C1 (en) * 2015-11-25 2016-11-27 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации имени Маршала Советского Союза А.М. Василевского" Министерства Обороны Российской Федерации Method of aerial object pulse characteristic generating with higher information value in sections of its spatial angular fading
RU2617110C1 (en) * 2016-03-09 2017-04-21 Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия воздушно-космической обороны имени Маршала Советского Союза Г.К. Жукова" Министерства обороны Российской Федерации Method to support group air targets of "aircraft with turbojet" class in radar location station at exposure of rate interference

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104914415B (en) Single-pulse radar coherent jamming method based on target range profile template matching
Chen et al. Radon-fractional ambiguity function-based detection method of low-observable maneuvering target
Dawidowicz et al. DPCA detection of moving targets in airborne passive radar
US7969345B2 (en) Fast implementation of a maximum likelihood algorithm for the estimation of target motion parameters
CN103339525B (en) Method and device for monitoring variations in terrain
EP1485729B1 (en) System and method for target signature calculation and recognition
JP2005517190A (en) System and method for correlating Doppler tracking in debris tracking
Vu et al. Fast time-domain algorithms for UWB bistatic SAR processing
CN108776342A (en) A kind of high speed platform SAR moving-target detection and speed estimation method at a slow speed
Inggs et al. Planning and design phases of a commensal radar system in the FM broadcast band
CN103091669A (en) Maneuvering target parameter estimation method based on compressed sensing
Yang et al. A 3-D electromagnetic-model-based algorithm for absolute attitude measurement using wideband radar
RU2419107C1 (en) Method of selecting moving targets in pulse-wise carrier frequency tuning
CN109655819A (en) A kind of clutter recognition three-D imaging method based on real aperture Doppler beam sharpening
RU2392640C1 (en) Method for identification of parametres of trajectory instabilities of small-sized flying object in form of radial acceleration of motion for accompaniment mode with help of signals with per pulse carrier frequency tuning
Barbary et al. Novel anti-stealth on sub-Nyquist scattering wave deception jammer with stratospheric balloon-borne bistatic radar using KA-STAP-FTRAB algorithm
Zhu et al. Estimating ambiguity-free motion parameters of ground moving targets from dual-channel SAR sensors
Ishtiaq et al. Detection and tracking of multiple targets using dual-frequency interferometric radar
RU2525829C1 (en) Radar method of detecting law of variation of angular velocity of turning of tracked aerial object based on successively received signal reflections with carrier frequency adjustment
RU2741057C1 (en) Method of radar recognition of classes of aerospace objects for a multi-band spaced apart radar system with phased antenna arrays
Melvin et al. Adaptive distributed radar
Kohlleppel Ground target tracking with signal adaptive measurement error covariance matrix
Pettersson et al. Performance of moving target parameter estimation using SAR
RU2427003C2 (en) Method of measuring radial velocity of aerial object in random pulse-wise carrier frequency tuning mode with limited number of frequencies used
Venkatesh et al. A frequency diversity pulse-pair algorithm for extending Doppler radar velocity Nyquist range