RU2522907C2 - Pulse-doppler radio altimeter - Google Patents

Pulse-doppler radio altimeter Download PDF

Info

Publication number
RU2522907C2
RU2522907C2 RU2012110751/07A RU2012110751A RU2522907C2 RU 2522907 C2 RU2522907 C2 RU 2522907C2 RU 2012110751/07 A RU2012110751/07 A RU 2012110751/07A RU 2012110751 A RU2012110751 A RU 2012110751A RU 2522907 C2 RU2522907 C2 RU 2522907C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
inputs
outputs
synchronizer
Prior art date
Application number
RU2012110751/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012110751A (en
Inventor
Николай Николаевич Калмыков
Виталий Иванович Вербицкий
Виталий Валерьевич Соловьев
Сергей Андреевич Мельников
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь"
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 Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" filed Critical Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь"
Priority to RU2012110751/07A priority Critical patent/RU2522907C2/en
Publication of RU2012110751A publication Critical patent/RU2012110751A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2522907C2 publication Critical patent/RU2522907C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: instrumentation.
SUBSTANCE: invention can be used in pulse Doppler radio altimeters (RA). It consists in emitting probing pulse packet towards underlying terrain. Mote here that the number of radio pulses (RP) and pulse time are selected to ensure maximum number of RP for a priori delay (AD) set by exchange controller (EC). Besides, it serves to rule out ambiguity of altitude measurement and getting of emitted signal in uncertainty zone wherein reflected signal is sought. Packet of radio pulses reflected from underlying terrain is received to convert video pulses into the train of digital binary signals (DBS) at sampling rate. Theses are memorised in synchronism with RP and, at termination of radiation, the address of memory cell is defined that corresponds to AD of reflected signal relative to radiation packet start. Narrow-band Doppler filtration of DBS read from memory cells in the range of memory cell search is performed. Filtration total result is accumulated over all digital binary signals of received packet for every estimated delay. Decision is made on signal availability by excess over preset threshold of accumulation to define the reflected signal delay relative to RP packet start. Data on measured altitude is output to RA via EC.
EFFECT: enhanced performances, higher radiation hiding.
8 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области радиолокации, в частности бортовым измерителям высоты полета, и может быть использовано в импульсно-доплеровских радиовысотомерах для систем управления полетом летательных аппаратов.The present invention relates to the field of radar, in particular on-board flight altitude meters, and can be used in pulse-Doppler radio altimeters for flight control systems of aircraft.

Известен [1] импульсно-доплеровский радиовысотомер, содержащий передатчик со средствами излучения, приемник со средствами приема отраженных сигналов, вычислительную схему, которая измеряет высоту путем излучения импульсных зондирующих сигналов, приема, узкополосной обработки доплеровским фильтром отраженных сигналов, измерения времени задержки их распространения до отражающей поверхности и обратно. Для сохранения работоспособности в широком диапазоне высот и скоростей летательного аппарата период повторения импульсов и соответственно время сеанса излучения радиовысотомера приходится увеличивать, а полосу пропускания доплеровского фильтра заведомо расширять, что уменьшает соотношение сигнал/шум на выходе доплеровского фильтра, компенсировать которое можно либо повышением излучаемой мощности, либо увеличением времени сеанса излучения, как следствие, ухудшается скрытность излучения.Known [1] is a pulse-Doppler radio altimeter comprising a transmitter with radiation means, a receiver with means of receiving reflected signals, a computational circuit that measures height by emitting pulse sounding signals, receiving, narrow-band processing of reflected signals by a Doppler filter, measuring the delay time of their propagation to the reflecting surface and back. In order to maintain operability in a wide range of aircraft altitudes and speeds, the pulse repetition period and, accordingly, the radiation session time of the radio altimeter have to be increased, and the passband of the Doppler filter must be expanded, which reduces the signal-to-noise ratio at the output of the Doppler filter, which can be compensated by either increasing the radiated power, or by increasing the time of the radiation session, as a result, the secrecy of the radiation worsens.

Известен [2] импульсный радиолокатор, в котором частота следования зондирующих импульсов зависит от измеряемой высоты, ее приходится понижать с увеличением высоты для сохранения работоспособности, что приводит к возрастанию времени сеанса излучения, как следствие, ухудшается скрытность излучения.Known [2] is a pulsed radar in which the repetition rate of the probe pulses depends on the measured height, it has to be lowered with increasing height in order to maintain operability, which leads to an increase in the time of the radiation session, as a result, the secrecy of radiation is worsened.

Известны [3, 4] импульсно-доплеровские радиолокационные станции, работающие с высокой частотой следования зондирующих импульсов, периодом излучения импульсов меньше максимально возможной задержки отраженных сигналов от цели, малым временем сеанса излучения при измерении дальности. Однако в этих станциях возникают проблемы, связанные с неоднозначностью отчетов дальности до цели, которые устраняют, например, двухчастотным способом устранения неоднозначности отчетов по дальности (например, [3], стр.375, рис.13.20), который позволяет обеспечить однозначное измерение дальности и стабильно работает только с целями, имеющими малую эффективную площадь рассеяния (например, при селекции движущихся целей, над спокойной водной поверхностью). Импульсно-доплеровские радиолокационные станции, как правило, работают с узкой диаграммой направленности антенны, имеющей следящую систему углового сканирования. Для учета влияния эволюции летательного аппарата радиовысотомеры работают в большинстве случаев с антеннами, имеющими широкую диаграмму направленности [5].Known [3, 4] are pulse-Doppler radar stations operating with a high repetition rate of probe pulses, the pulse emission period is less than the maximum possible delay of the reflected signals from the target, and the radiation session has a short time when measuring range. However, in these stations there are problems associated with the ambiguity of range reports to the target, which are eliminated, for example, by the two-frequency method of eliminating the ambiguity of range reports (for example, [3], p. 375, Fig. 13.20), which allows for unambiguous measurement of the range and stably works only with targets having a small effective scattering area (for example, when selecting moving targets, over a calm water surface). Pulse-Doppler radar stations, as a rule, work with a narrow radiation pattern of the antenna, which has a tracking system of angular scanning. To account for the influence of the evolution of the aircraft, radio altimeters in most cases work with antennas with a wide radiation pattern [5].

Как показано в [5] на странице 146, более шероховатой отражающей поверхности, при прочих равных условиях, соответствуют более широкая огибающая эхо-импульса и более широкий спектр флюктуации огибающей.As shown in [5] on page 146, a rougher reflective surface, ceteris paribus, corresponds to a wider envelope of the echo pulse and a wider spectrum of envelope fluctuations.

Над протяженной земной поверхностью (типа лес, пашня, взволнованная водная поверхность) двухчастотный способ устранения неоднозначности не учитывает влияния расширения огибающей отраженных импульсов на работу станции, что может привести к полной потере ее работоспособности из-за перекрытия по времени двух соседних сигналов дальности. Для сохранения работоспособности станции частоту следования импульсов приходится понижать, что увеличивает время сеанса излучения при измерении высоты и ухудшает скрытность излучения.Above an extended earth's surface (such as a forest, arable land, an agitated water surface), the two-frequency method of eliminating ambiguity does not take into account the effect of the expansion of the envelope of reflected pulses on the station's operation, which can lead to a complete loss of its operability due to the overlap in time of two adjacent range signals. To maintain the operability of the station, the pulse repetition rate must be reduced, which increases the time of the radiation session when measuring the height and worsens the secrecy of the radiation.

Наиболее близким по технической сущности является импульсно-фазовый измеритель толщины слоев разнородных жидкостей, а также их относительного изменения с повышенной точностью [6], содержащий синхронизатор, вычислительное устройство, аналого-цифровой преобразователь, фазовращатель, импульсный модулятор, управляемый аттенюатор, видеоусилитель, БОЗУ, блок регулировки усиления, блок регулировки ослабления, источник тока, управляемый напряжением, контроллер обмена, последовательно соединенные антенную систему, циркулятор, малошумящий УВЧ, фазовый детектор, направленный ответвитель, дискретно управляемый СВЧ генератор, выход которого соединен со входом направленного ответвителя, второй выход которого соединен со вторым входом фазового детектора, первый вход которого соединен с выходом малошумящего усилителя, вход которого соединен с выходом циркулятора, вход/выход которого подключен к антенной системе, а первый выход направленного ответвителя соединен с первым входом импульсного модулятора, второй вход которого соединен со вторым выходом синхронизатора, выход импульсного модулятора соединен со вторым входом фазовращателя, первый вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, а выход - с первым входом управляемого аттенюатора, выход которого соединен со входом циркулятора, а второй вход - с выходом источника тока, управляемого напряжением, вход которого соединен с выходом блока регулировки ослабления, все первые входы которого соединены по шине данных со всеми первыми входами блока регулировки усиления, всеми шестыми входами БОЗУ, всеми первыми входами/выходами контроллера обмена, все третьи входы/выходы которого являются входами/выходами измерителя, а также всеми двенадцатыми входами вычислительного устройства, второй, третий, четвертый, пятый выходы которого соединены соответственно со вторыми входами блока регулировки ослабления, блока регулировки усиления, контроллера обмена, БОЗУ, а шестой, седьмой, тринадцатый выходы - соответственно с третьим, четвертым, седьмым входами БОЗУ, восьмой, девятый выходы - соответственно со вторым и третьим входами синхронизатора, десятый, одиннадцатый выходы - соответственно со вторым и первым входами дискретно управляемого СВЧ генератора, первый вход - с четвертым выходом синхронизатора, первый вход которого соединен с первым выходом БОЗУ, первый вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора и вторым входом АЦП, все выходы которого соединены со всеми пятыми входами БОЗУ, а первый вход АЦП - с выходом видеоусилителя, первый вход которого соединен с выходом фазового детектора, второй вход - с выходом блока регулировки усиления.The closest in technical essence is a pulse-phase meter of the thickness of the layers of dissimilar liquids, as well as their relative changes with increased accuracy [6], containing a synchronizer, a computing device, an analog-to-digital converter, a phase shifter, a pulse modulator, a controlled attenuator, a video amplifier, BOSU, gain control unit, attenuation control unit, voltage controlled current source, exchange controller, antenna system connected in series, circulator, low-noise UV H, phase detector, directional coupler, discretely controlled microwave generator, the output of which is connected to the input of the directional coupler, the second output of which is connected to the second input of the phase detector, the first input of which is connected to the output of the low-noise amplifier, the input of which is connected to the output of the circulator, input / output which is connected to the antenna system, and the first output of the directional coupler is connected to the first input of the pulse modulator, the second input of which is connected to the second output of the synchronizer, the output of the pulses the other modulator is connected to the second input of the phase shifter, the first input of which is connected to the first output of the synchronizer, and the output to the first input of the controlled attenuator, the output of which is connected to the input of the circulator, and the second input to the output of the current source, voltage controlled, the input of which is connected to the output attenuation control unit, all the first inputs of which are connected via data bus to all first inputs of the gain control unit, all sixth inputs of the BOZU, all first inputs / outputs of the exchange controller, all third whose inputs / outputs are the inputs / outputs of the meter, as well as all twelve inputs of the computing device, the second, third, fourth, fifth outputs of which are connected respectively to the second inputs of the attenuation control unit, gain control unit, exchange controller, BOSE, and the sixth, seventh , thirteenth outputs, respectively, with the third, fourth, seventh inputs of the BOZU, eighth, ninth outputs, respectively, with the second and third inputs of the synchronizer, tenth, eleventh outputs, respectively, with the second and the first inputs of a discretely controlled microwave generator, the first input is with the fourth output of the synchronizer, the first input of which is connected to the first output of the BOZU, the first input of which is connected to the third output of the synchronizer and the second input of the ADC, all outputs of which are connected to all fifth inputs of the BOZU, and the first ADC input - with the output of the video amplifier, the first input of which is connected to the output of the phase detector, the second input - with the output of the gain control unit.

Импульсно-фазовый измеритель излучает в направлении подстилающей поверхности и принимает короткие пакеты радиоимпульсов. При этом, радиоимпульсы в приемнике преобразуются в биполярные видеоимпульсы, огибающая которых флюктуирует по амплитуде с частотой, определяемой доплеровским сдвигом частоты сигналов, отраженных от подстилающей поверхности (фиг.1).A pulse-phase meter emits in the direction of the underlying surface and receives short packets of radio pulses. In this case, the radio pulses in the receiver are converted into bipolar video pulses, the envelope of which fluctuates in amplitude with a frequency determined by the Doppler frequency shift of the signals reflected from the underlying surface (Fig. 1).

Недостаток импульсно-фазового измерителя заключается в том, что при увеличении диапазона измеряемых высот необходимо увеличивать период повторения, соответственно, длительность пакетов, либо мощность зондирующих радиоимпульсов, что ухудшает скрытность излучения.The disadvantage of a pulse-phase meter is that with an increase in the range of measured heights, it is necessary to increase the repetition period, respectively, the duration of the packets, or the power of the probe radio pulses, which impairs the secrecy of radiation.

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей измерителя, повышение скрытности излучения и максимальной измеряемой высоты без увеличения излучаемой мощности.The aim of the present invention is to expand the functionality of the meter, increasing the secrecy of radiation and the maximum measured height without increasing the radiated power.

Указанная цель достигается тем, что в импульсно-фазовый измеритель, содержащий синхронизатор, вычислительное устройство, аналого-цифровой преобразователь, фазовращатель, импульсный модулятор, управляемый аттенюатор, видеоусилитель, БОЗУ, блок регулировки усиления, блок регулировки ослабления, источник тока, управляемый напряжением, контроллер обмена, приемопередающую антенну, циркулятор, малошумящий УВЧ, фазовый детектор, направленный ответвитель, дискретно управляемый СВЧ генератор, выход которого соединен со входом направленного ответвителя, второй выход которого соединен со вторым входом фазового детектора, первый вход которого соединен с выходом малошумящего усилителя, вход которого соединен с выходом циркулятора, а первый выход направленного ответвителя соединен с первым входом импульсного модулятора, второй вход которого соединен со вторым выходом синхронизатора, выход импульсного модулятора соединен со вторым входом фазовращателя, первый вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, а выход - с первым входом управляемого аттенюатора, выход которого соединен со входом циркулятора, а второй вход - с выходом источника тока, управляемого напряжением, вход которого соединен с выходом блока регулировки ослабления, все первые входы которого соединены по шине данных со всеми первыми входами блока регулировки усиления, всеми шестыми входами/выходами БОЗУ, всеми первыми входами/выходами контроллера обмена, все третьи входы/выходы которого являются входами/выходами измерителя, а также всеми двенадцатыми входами/выходами вычислительного устройства, второй, третий, четвертый, пятый выходы которого соединены соответственно со вторыми входами блока регулировки ослабления, блока регулировки усиления, контроллера обмена, БОЗУ, а шестой, седьмой, тринадцатый выходы - соответственно с третьим, четвертым, седьмым входами БОЗУ, восьмой, девятый выходы - соответственно со вторым и третьим входами синхронизатора, десятый, одиннадцатый выходы - соответственно со вторым и первым входами дискретно управляемого СВЧ генератора, первый вход - с четвертым выходом синхронизатора, первый вход которого соединен с выходом БОЗУ, первый вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора и вторым входом АЦП, все выходы которого соединены со всеми пятыми входами БОЗУ, а первый вход АЦП - с выходом видеоусилителя, первый вход которого соединен с выходом фазового детектора, второй вход - с выходом блока регулировки усиления, вход/выход приемопередающей антенны соединен с входом/выходом циркулятора и осуществляется управление делителем с переменным коэффициентом деления (ДПКД) синхронизатора с помощью вычислителя, все двенадцатые входы/выходы вычислительного устройства соединены с четвертыми входами синхронизатора таким образом, что в направлении подстилающей поверхности излучают пачку зондирующих радиоимпульсов (фиг.2), причем, за время априорной задержки Та, задаваемой контроллером обмена, излучают N импульсов, период Tni повторения которых устанавливают равным сумме некоторой постоянной для данных N и Ta, величины Tn и переменной Tm, а величину Tn определяют в зависимости от N, Ta, величины Th зоны неопределенности задержки отраженного сигнала, длительности То сформированного прямого (наведенного) сигнала и диапазона Tm изменения периода (вобуляции), причем значения N и Tn определяют из решения системы уравнений:This goal is achieved by the fact that in a pulse-phase meter containing a synchronizer, a computing device, an analog-to-digital converter, a phase shifter, a pulse modulator, a controlled attenuator, a video amplifier, a BOZU, a gain control unit, an attenuation control unit, a voltage-controlled current source, a controller exchange, transceiver antenna, circulator, low-noise UHF, phase detector, directional coupler, discretely controlled microwave generator, the output of which is connected to the input of the directional coupler, the second output of which is connected to the second input of the phase detector, the first input of which is connected to the output of a low-noise amplifier, the input of which is connected to the output of the circulator, and the first output of the directional coupler is connected to the first input of the pulse modulator, the second input of which is connected to the second output of the synchronizer, the output the pulse modulator is connected to the second input of the phase shifter, the first input of which is connected to the first output of the synchronizer, and the output to the first input of the controlled attenuator, the output is It is connected to the input of the circulator, and the second input to the output of a voltage-controlled current source, the input of which is connected to the output of the attenuation control unit, all the first inputs of which are connected via the data bus to all the first inputs of the gain control unit, all the sixth inputs / outputs of the BOZU, all the first inputs / outputs of the exchange controller, all the third inputs / outputs of which are the inputs / outputs of the meter, as well as all twelve inputs / outputs of the computing device, the second, third, fourth, fifth output which are connected respectively to the second inputs of the attenuation control unit, gain control unit, exchange controller, BOSU, and the sixth, seventh, thirteenth outputs, respectively, with the third, fourth, seventh inputs of the BOSU, eighth, ninth outputs, respectively, with the second and third inputs of the synchronizer , tenth, eleventh outputs - respectively, with the second and first inputs of a discretely controlled microwave generator, the first input - with the fourth output of the synchronizer, the first input of which is connected to the output of the BOZU, the first input to which is connected to the third output of the synchronizer and the second input of the ADC, all the outputs of which are connected to all fifth inputs of the BOZU, and the first input of the ADC to the output of the video amplifier, the first input of which is connected to the output of the phase detector, the second input to the output of the gain control unit, input / the output of the transceiver antenna is connected to the input / output of the circulator and the divider with a variable division ratio (DPD) of the synchronizer is controlled by a computer, all twelve inputs / outputs of the computing device are connected inens with the fourth inputs of the synchronizer in such a way that a packet of probing radio pulses is emitted in the direction of the underlying surface (Fig. 2), and, during the a priori delay Ta set by the exchange controller, N pulses are emitted, the repetition period Tni of which is set equal to the sum of some constant for the data N and Ta, the values of Tn and the variable Tm, and the value of Tn is determined depending on N, Ta, the value Th of the uncertainty zone of the delay of the reflected signal, the duration of the generated direct (induced) signal and the range zone Tm of period change (wobble), and the values of N and Tn are determined from the solution of the system of equations:

{ N * T n = T a + T h ( N 1 ) * ( T n + T m ) = T a T o ,

Figure 00000001
{ N * T n = T a + T h ( N - one ) * ( T n + T m ) = T a - T o ,
Figure 00000001

принимают пачку отраженных от подстилающей поверхности радиоимпульсов, преобразуют видеоимпульсы в последовательность цифровых двоичных сигналов с периодом дискретезации Tk, запоминают эту последовательность синхронно с началом пачки излученных радиоимпульсов, и по окончании излучения определяют адрес ячейки памяти Aдр(k, Те), соотвествующий задержке k-того видеоимпульса пачки - Те, величина которой находится в диапазоне от априорного значения задержки Та до значения Та+Th и определяется из уравнения:receive a packet of radio pulses reflected from the underlying surface, convert the video pulses into a sequence of digital binary signals with a sampling period Tk, remember this sequence synchronously with the beginning of the packet of emitted radio pulses, and at the end of the radiation, determine the memory cell address Adr (k, Te) corresponding to the delay of the k-th burst video pulse - Those whose value is in the range from the a priori delay value Ta to the value Ta + Th and is determined from the equation:

A д р ( k , T c ) = ( i = 0 k T u i + T c ) / T k ,

Figure 00000002
A d R ( k , T c ) = ( i = 0 k T u i + T c ) / T k ,
Figure 00000002

производят узкополосную доплеровскую фильтрацию цифровых двоичных сигналов, считываемых последовательно из ячеек памяти с адресом Aдр(k,Тc), накопление суммарного результата фильтрации по всем видеоимпульсам пачки при каждой величине оцениваемой задержки, принятие решения о наличии сигнала по превышению наперед заданного порога накопления и определение задержки.narrow-band Doppler filtering of digital binary signals is performed, read sequentially from memory cells with the address Adr (k, Tc), the accumulation of the total filtering result for all video pulses of the packet at each value of the estimated delay, the decision on the presence of a signal when the predetermined accumulation threshold is exceeded in advance and the delay is determined .

При этом, время сеанса излучения сокращается за счет того, что такое же, как в прототипе, накопление отраженных сигналов, но уже согласованное с зоной неопределенности Th, достигается значительно быстрее, так как за время априорной задержки (соответствующей высоте полета, на которой производится измерение) излучается несколько импульсов с периодом, определяемым, как описано выше, который может быть значительно меньше задержки отраженного сигнала, а поскольку обработка сигнала происходит в нереальном масштабе времени без излучения, то значительно повышается скрытность излучаемых радиоимпульсов. Кроме того, использование при обработке последовательности цифровых двоичных сигналов памяти (в зависимости от скорости полета) перестройки параметров цифрового фильтра (центральной частоты и полосы пропускания) позволяет не расширять его полосу пропускания при высоких скоростях полета, перестраивая центральную частоту, и значительно сузить ее при малых скоростях полета летательного аппарата. Такая адаптация полосы пропускания фильтра по скорости позволяет при высоких скоростях полета сохранить верхний предел диапазона измеряемых высот неизменным.At the same time, the radiation session time is reduced due to the fact that the accumulation of reflected signals, which is already consistent with the uncertainty zone Th, is the same as in the prototype, which is achieved much faster, since during the a priori delay (corresponding to the flight altitude at which the measurement ) several pulses are emitted with a period defined as described above, which can be significantly less than the delay of the reflected signal, and since the signal is processed on an unrealistic time scale without radiation, then itelno increased stealth emitted radio pulses. In addition, the use of a digital filter tuning (central frequency and bandwidth) when processing a sequence of digital binary memory signals (depending on the flight speed) allows not to expand its bandwidth at high flight speeds, rebuilding the central frequency, and significantly narrow it at low aircraft flight speeds. This adaptation of the filter bandwidth in speed allows at high flight speeds to keep the upper limit of the measured altitude range unchanged.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый импульсно-доплеровский радиовысотомер отличается его связями с другими блоками. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения - "новизна". Предлагаемое исполнение импульсно-доплеровского радиовысотомера неизвестно, приводит к повышению его полезных свойств - расширению функциональных возможностей, повышению скрытности излучения и максимальной измеряемой высоты без увеличения излучаемой мощности.Comparative analysis with the prototype shows that the inventive pulse-Doppler radio altimeter is distinguished by its connections with other units. Thus, the claimed device meets the criteria of the invention - "novelty." The proposed implementation of the pulse-Doppler radio altimeter is unknown, leading to an increase in its useful properties - expanding functionality, increasing the secrecy of radiation and the maximum measured height without increasing the radiated power.

Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".This allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "significant differences".

На фиг.1 приведена временная диаграмма пачек излученных радиоимпульсов и принятых видеосигналов, на фиг.2 - формирование импульсов запуска импульсного модулятора в зависимости от априорной задержки Та (для примера), на фиг.3 - функциональная схема импульсно-доплеровского радиовысотомера, на фиг.4 - функциональная схема синхронизатора, на фиг.5 приведена блок - схема алгоритма работы цифрового фильтра.Figure 1 shows the timing diagram of the packs of emitted radio pulses and received video signals, figure 2 - the formation of the start pulses of the pulse modulator depending on the a priori delay Ta (for example), figure 3 is a functional diagram of a pulse-Doppler radio altimeter, Fig. 4 is a functional diagram of a synchronizer; FIG. 5 shows a block diagram of an algorithm for operating a digital filter.

Предлагаемый импульсно-доплеровский радиовысотомер (фиг.3) содержит дискретно управляемый СВЧ генератор 1, направленный ответвитель 2, импульсный модулятор 3, фазовращатель 4, управляемый аттенюатор 5, циркулятор 6, приемопередающую антенну 7, малошумящий УВЧ 9, фазовый детектор 10, видеоусилитель 11, АЦП 12, БОЗУ 13, синхронизатор 14, вычислительное устройство 15, контроллер 16 обмена, блок 17 регулировки усиления, блок 18 регулировки ослабления, источник 19 тока, управляемый напряжением.The proposed pulse-Doppler radio altimeter (Fig. 3) contains a discretely controlled microwave generator 1, a directional coupler 2, a pulse modulator 3, a phase shifter 4, a controlled attenuator 5, a circulator 6, a transceiver antenna 7, a low-noise UHF 9, a phase detector 10, a video amplifier 11, ADC 12, BOSU 13, synchronizer 14, computing device 15, exchange controller 16, gain control unit 17, attenuation adjustment unit 18, voltage controlled current source 19.

При этом, выход дискретно управляемого СВЧ генератора 1 соединен со входом направленного ответвителя 2, первый выход которого подключен к первому входу импульсного модулятора 3, второй вход которого подключен ко второму выходу синхронизатора 14, первый выход которого соединен с первым входом фазовращателя 4, второй вход которого соединен с выходом импульсного модулятора 3, а выход - с первым входом управляемого аттенюатора 5, выход которого соединен с первым входом циркулятора 6, второй вход/выход - со входом/выходом приемопередающей антенны 7, а выход циркулятора 6 соединен со входом малошумящего УВЧ 9, выход которого соединен с первым входом фазового детектора 10, второй вход которого соединен со вторым выходом направленного ответвителя 2, а выход - с первым входом видеоусилителя 11, второй вход которого соединен с выходом блока 17 регулировки усиления, а выход - с первым входом АЦП 12, все выходы которого соединены со всеми пятыми входами БОЗУ 13, первый вход которого соединен со вторым входом АЦП 12 и третьим выходом синхронизатора 14, четвертый выход которого соединен с первым входом вычислительного устройства 15, второй, третий, четвертый, пятый выходы которого соединены соответственно со вторыми входами блока 18 регулировки ослабления, блока 17 регулировки усиления, контроллера 16 обмена, БОЗУ 13, шестой, седьмой, тринадцатый выходы - соответственно с третьим, четвертым, седьмым входами БОЗУ 13, десятый, одиннадцатый выходы - соответственно со вторым и первым входами дискретно управляемого СВЧ генератора 1, восьмой, девятый выходы - соответственно со вторым и третьим входами синхронизатора 14, первый вход которого соединен с выходом БОЗУ 13, все шестые входы/выходы которого по шине данных соединены со всеми двенадцатыми входами/выходами вычислительного устройства 12, всеми первыми входами/выходами контроллера 16 обмена, все третьи входы/выходы которого являются входами/выходами импульсно-доплеровского радиовысотомера, а также - со всеми первыми входами блока 17 регулировки усиления, всеми четвертыми входами синхронизатора 14, всеми первыми входами блока 18 регулировки ослабления, выход которого соединен со входом источника 19 тока, управляемого напряжением, выход которого соединен со вторым входом управляемого аттенюатора 5, вход/выход приемопередающей антенны 7 соединен с входом/выходом циркулятора 6.Moreover, the output of the discretely controlled microwave generator 1 is connected to the input of the directional coupler 2, the first output of which is connected to the first input of the pulse modulator 3, the second input of which is connected to the second output of the synchronizer 14, the first output of which is connected to the first input of the phase shifter 4, the second input of which connected to the output of the pulse modulator 3, and the output to the first input of the controlled attenuator 5, the output of which is connected to the first input of the circulator 6, the second input / output to the input / output of the transceiver antenna 7, and the output of the circulator 6 is connected to the input of the low-noise UHF 9, the output of which is connected to the first input of the phase detector 10, the second input of which is connected to the second output of the directional coupler 2, and the output to the first input of the video amplifier 11, the second input of which is connected to the output of the unit 17 gain control, and the output with the first input of the ADC 12, all outputs of which are connected to all fifth inputs of the BOZU 13, the first input of which is connected to the second input of the ADC 12 and the third output of the synchronizer 14, the fourth output of which is connected to the first input computing device 15, the second, third, fourth, fifth outputs of which are connected respectively to the second inputs of the attenuation adjustment block 18, the gain control block 17, the exchange controller 16, the BOS 13, the sixth, seventh, thirteenth outputs, respectively, with the third, fourth, seventh inputs BOSU 13, the tenth, eleventh outputs, respectively, with the second and first inputs of a discretely controlled microwave generator 1, the eighth, ninth outputs, respectively, with the second and third inputs of the synchronizer 14, the first input of which is connected to output BOSU 13, all sixth inputs / outputs of which are connected via data bus to all twelve inputs / outputs of computing device 12, all first inputs / outputs of exchange controller 16, all third inputs / outputs of which are inputs / outputs of a pulse-Doppler radio altimeter, and - with all the first inputs of the gain control unit 17, all fourth inputs of the synchronizer 14, all the first inputs of the attenuation adjustment unit 18, the output of which is connected to the input of the voltage controlled current source 19, the output for which it is connected to the second input of the controlled attenuator 5, the input / output of the transceiver antenna 7 is connected to the input / output of the circulator 6.

Импульсно-доплеровский радиовысотомер (РВ) работает следующим образом.Pulse-Doppler radio altimeter (PB) works as follows.

После подачи питания на РВ вычислительное устройство 15 проводит сигналом 40 начальную установку триггера 28 флага излучения синхронизатора 14 (фиг.4), сигналами 65 и 64 записывает нулевое значение усиления и ослабления в блоки 17 и 18 регулирования усиления и ослабления (Nус=0, Nосл=0), записывает сигналами 52 и 53 по шине данных 55 в счетчик 44 адреса ОЗУ БОЗУ 13 нулевое значение кода (устанавливается тем самым низкий логический уровень сигнала 39 - окончание режима излучения и накопления), проводит опрос контроллера 16 обмена с внешними системами, который переводит измеритель в режим измерения задержки отраженного от подстилающей поверхности сигнала, устанавливает сигналами 63 и 67 несущую частоту СВЧ - генератора 1 на середину рабочего диапазона.After supplying power to the RV, the computing device 15 carries out the signal 40 the initial setting of the trigger 28 of the radiation flag of the synchronizer 14 (figure 4), the signals 65 and 64 records the zero value of the gain and attenuation in blocks 17 and 18 of the regulation of gain and attenuation (Nus = 0, Nrel = 0), writes the signals zero through code 55 via the data bus 55 to the counter 44 of the RAM address BOSU 13 (this sets the logical signal level 39 — the end of the radiation and accumulation modes), polls the exchange controller 16 with external systems, which P revodit caliper delay measurement signal reflected by the underlying surface mode, sets the signals 63 and 67 of the microwave carrier frequency - the generator 1 to the middle working range.

После этого вычислительное устройство 15 запускает подпрограмму установки параметров приемопередающего модуля (ППМ) и старта излучения и накопления. Алгоритм работы подпрограммы приведен на фиг.5. Подпрограмма устанавливает несущую частоту Fнес на дискретно управляемом СВЧ-генераторе 1, записывает в блоки 17 и 18 регулировки усиления и ослабления значения усиления и ослабления, записывает нулевое значение кода в счетчик 44 адреса ОЗУ БОЗУ, запускает таймер на время tуст.ппм - время установки параметров в ППМ (дискретно управляемый СВЧ - генератор 1, направленный ответвитель 2, импульсный модулятор 3, фазовращатель 4, управляемый аттенюатор 5, малошумящий УВЧ 9, фазовый детектор 10, видеоусилитель 11), после чего проводится запуск режима излучения и накопления, анализ флага излучения 42.After that, the computing device 15 starts the subroutine setting the parameters of the transceiver module (MRP) and the start of radiation and accumulation. The algorithm of the subroutine is shown in figure 5. The subroutine sets the carrier frequency Fnes on a discretely controlled microwave generator 1, writes the gain and attenuation values to the gain and attenuation adjustment blocks 17 and 18, writes the code zero to counter 44 of the RAM address of the RAM, starts the timer for the time tpp.ppm - parameter setting time in PPM (discretely controlled microwave generator 1, directional coupler 2, pulse modulator 3, phase shifter 4, controlled attenuator 5, low-noise UHF 9, phase detector 10, video amplifier 11), after which the radiation mode is started Nia and storage, emission analysis flag 42.

Через циркулятор 6, приемопередающую антенну 7 (вход/выход 2) обеспечивается излучение радиоимпульсов по направлению к подстилающей поверхности.Through the circulator 6, the transceiver antenna 7 (input / output 2) provides radiation of radio pulses in the direction of the underlying surface.

Принятые от подстилающей поверхности приемопередающей антенны 7 радиоимпульсы через циркулятор 6 поступают на малошумящий УВЧ 9, фазовый детектор 10, детекируются, видеосигналы усиливаются в видеоусилителе 11, преобразуются в цировую форму в АЦП12 и записываются в БОЗУ 13.The radio pulses received from the underlying surface of the transceiver antenna 7 are fed through a circulator 6 to a low-noise UHF 9, a phase detector 10, are detected, the video signals are amplified in a video amplifier 11, converted into a digital form in ADC12 and recorded in BOSU 13.

По окончании работы подпрограммы вычислительное устройство 15 считывает данные БОЗУ 13, после чего проводит обработку данных, сканируя по диапазону задержек, определяя временную задержку цифровых сигналов от подстилающей поверхности.At the end of the subroutine, the computing device 15 reads the data BOSU 13, and then carries out data processing, scanning the range of delays, determining the time delay of the digital signals from the underlying surface.

Излучение и тактирование АЦП 12 и запись в БОЗУ 13 начинаются в момент времени t0 (фиг.6) [3]. Радиоимпульсы излучаются по тактам с номерами 0, km+1, 2km+3, …, nk(m+1), … (фиг.6а, 6б), где m - параметр нониуса, k - расширитель временного диапазона для сигнала и n - номер излучения, Tизл - период тактовых импульсов.The radiation and timing of the ADC 12 and recording in the BOSE 13 begin at time t0 (Fig.6) [3]. Radio pulses are emitted at ticks with numbers 0, km + 1, 2km + 3, ..., nk (m + 1), ... (figa, 6b), where m is the vernier parameter, k is the time range extender for the signal, and n is radiation number, Tizl - period of clock pulses.

Преобразование принятого сигнала (фиг.6в) в АЦП 12 и запись в БОЗУ 13 проводится по каждому такту с периодом Тозу (фиг.6г, 6д). Если выполняется условие совпадения фронтов тактовых импульсов излучения и тактирования АЦП 12 и БОЗУ 13:The conversion of the received signal (pigv) in the ADC 12 and recording in the BOSU 13 is carried out for each clock cycle with a period of Tozu (Fig.6g, 6d). If the condition for the coincidence of the fronts of the clock pulses of radiation and the timing of the ADC 12 and BOSU 13:

k m * T и з л = k ( m 1 ) * T о з у ( 1 )

Figure 00000003
k m * T and s l = k ( m - one ) * T about s at ( one )
Figure 00000003

Условие (1) можно записать в виде:Condition (1) can be written as:

F и з л / m = F о з у / ( m 1 ) ( 2 )

Figure 00000004
F and s l / m = F about s at / ( m - one ) ( 2 )
Figure 00000004

где Fизл=1/Tизл - частота тактовых импульсов излучения; Fозу=1./Tозу - частота тактовых импульсов АЦП 12 и БОЗУ 13.where Fsl = 1 / Tsl is the frequency of radiation clock pulses; Fozu = 1. / Tozu - the frequency of the clock pulses of the ADC 12 and BOSU 13.

Если второе и последующие излучения выдавать в моменты n*(km+1)*Tизл, то следующий такт АЦП 12 и БОЗУ 13 придет в момент n*(k(m-1)+1)*Tозу с задержкой dtn, то из уравнения:If the second and subsequent radiations are emitted at moments n * (km + 1) * Tizl, then the next clock cycle of the ADC 12 and BOSU 13 will come at the moment n * (k (m-1) +1) * Toze with a delay dtn, then from the equation :

n*(km+1)*Tизл+dtn=n*(k(m-1)+1)*Tозуn * (km + 1) * Tizl + dtn = n * (k (m-1) +1) * Tozu

можно показать, что п-тое излучение начинается раньше n*(k(m-1)+1) тактового импульса АЦП 12 и БОЗУ 13 на величину:it can be shown that the fifth radiation starts earlier than n * (k (m-1) +1) of the ADC 12 and BOSU 13 clock pulses by:

dtn=n*Tозу/m.dtn = n * Tozu / m.

Отсюда получаем, что для восстановления принятого сигнала с шагом Tозу/m необходимо Nизл=m, а объем БОЗУ 13 Lозу определяется из уравнения:From this we get that in order to restore the received signal with a step of Toz / m, Nisl = m is necessary, and the volume of the BOSE 13 Loz is determined from the equation:

m*(km+1)*Tизл=Lозу*Tозу,m * (km + 1) * Tizl = Lozu * Tozu,

тогда объем БОЗУ 13, необходимой для восстановления принятого сигнала, равен Lозу=(km+1)(m-1).then the volume of BOSE 13 necessary to restore the received signal is equal to Lose = (km + 1) (m-1).

Выше проведенные рассуждения позволяют получить, что для восстановления значения принятого сигнала на задержке i*dt в цифровом виде можно вывести выражение:The above reasoning allows us to obtain that to restore the value of the received signal at the delay i * dt in digital form, we can derive the expression:

Ui=ОЗУ{(i mod M)*m+[i/M]},Ui = RAM {(i mod M) * m + [i / M]},

где: скобки {…} означают содержимое ячейки ОЗУ с данным номером, выражение (i mod M) - остаток от деления i на М, и скобка […] - целая часть числа, М=k(m-1)+1. На фиг.6е показан пример восстановленного сигнала для k=1, m=8.where: brackets {...} mean the contents of the RAM cell with the given number, the expression (i mod M) is the remainder of dividing i by M, and the bracket [...] is the integer part of the number, M = k (m-1) +1. 6e shows an example of a reconstructed signal for k = 1, m = 8.

При отражении от подстилающей поверхности изменение ослабления отраженных сигналов на входе малошумящего УВЧ 9 может составлять порядка 30 дБ, что приводит к флюктуациям амплитуды и изменению крутизны фронта отраженного сигнала и, как следствие, к дополнительной погрешности измерения задержки отраженного сигнала и высоты полета летательного аппарата.When reflected from the underlying surface, the change in the attenuation of the reflected signals at the input of the low-noise UHF 9 can be of the order of 30 dB, which leads to amplitude fluctuations and a change in the steepness of the reflected signal front and, as a result, to an additional error in measuring the delay of the reflected signal and the flight altitude of the aircraft.

Для поддержания стабильной крутизны фронта восстановленного сигнала на задержке i*dt вычислительное устройство 15 запускает после окончания каждого цикла излучения и накопления подпрограмму автоматической регулировки усиления видеоусилителя 11 и мощности излученных радиоимпульсов посредством блока 17 регулировки усиления, блока 18 регулировки усиления и источника 19 тока УН соответственно (фиг.7). Проводится оценка уровня восстановленного отраженного сигнала. Если уровень сигнала превышает пороговый, то производится уменьшение излучаемой мощности и усиления видеоусилителя 11, если не превышает порога, то увеличение.To maintain a stable steepness of the front of the reconstructed signal at the delay i * dt, the computing device 15 starts, after each radiation cycle and accumulation, the automatic gain control routine of the video amplifier 11 and the emitted radio pulse power through the gain control unit 17, the gain control unit 18, and the current source 19 of the UN, respectively ( Fig.7). The level of the reconstructed reflected signal is estimated. If the signal level exceeds the threshold, then the radiated power and the gain of the video amplifier 11 are reduced, if it does not exceed the threshold, then an increase.

После стабилизации крутизны фронта отраженного сигнала (примерно 5-6 излученных пакетов радиоимпульсов) вычислительное устройство 15 выдает результат измеренной высоты полета в контроллер обмена 16.After stabilization of the steepness of the front of the reflected signal (approximately 5-6 radiated packets of radio pulses), the computing device 15 provides the result of the measured flight altitude to the exchange controller 16.

Если измеряемая высота становится выше некоторой высоты Hтек (текущая высота), когда энергетический потенциал РВ уменьшается до критического значения, при котором режим измерения высоты может давать большие погрешности, РВ программно посредством вычислительного устройства 15 включает режим доплеровской фильтрации для измерения высоты.If the measured height becomes higher than a certain height Htek (current height), when the energy potential of the RS decreases to a critical value at which the height measurement mode can give large errors, the RS programmatically using the computing device 15 turns on the Doppler filtering mode for measuring the height.

После включения РВ на высоте выше Hтек вычислительное устройство 15 проводит сигналом 40 (фиг.4) начальную установку триггера 28 флага излучения синхронизатора 14, сигналом 83 начальную установку регистра 82 сдвига блока 7 управления АП, сигналами 65 и 64 записывает нулевое значение усиления и ослабления в блоки 17 и 18 регулирования усиления и ослабления (Nус=0, Nосл=0), записывает сигналами 52 и 53 по шине данных 55 в счетчик 44 адреса ОЗУ БОЗУ 13 нулевое значение кода (устанавливается тем самым низкий логический уровень сигнала 39-окончание режима излучения и накопления), проводит опрос контроллера 16 обмена с внешними системами (который задает априорное значение задержки Та), по шине 55 устанавливает коэффициент деления ДПКД 32 по входам dN0, dN1, dA [7] (соответственно период повторения импульсов запуска импульсного модулятора 3) в зависимости от априорной задержки Та и переводит РВ в режим измерения задержки отраженного от подстилающей поверхности сигнала, устанавливает сигналами 63 и 67 несущую частоту СВЧ-генератора 1 на середину рабочего диапазона.After turning on the RV at a height higher than Htec, the computing device 15 carries out with the signal 40 (Fig. 4) the initial setting of the trigger 28 of the radiation flag of the synchronizer 14, with the signal 83 the initial setting of the shift register 82 of the AP control unit 7, the signals 65 and 64 record the zero gain and attenuation value in blocks 17 and 18 control gain and attenuation (Nus = 0, Nrel = 0), writes signals 52 and 53 on the data bus 55 to the counter 44 of the RAM address BOSU 13 code zero value (thereby setting a low logic signal level 39-end of the radiation modeaccumulation), polls the controller 16 exchange with external systems (which sets the a priori value of the delay Ta), on the bus 55 sets the division coefficient DPKD 32 at the inputs dN0, dN1, dA [7] (respectively, the pulse repetition period of the start pulses of the pulse modulator 3) depending from the a priori delay Ta and puts the PB in the measurement mode of the delay of the signal reflected from the underlying surface, sets the carrier frequency of the microwave generator 1 to the middle of the operating range with signals 63 and 67.

После этого вычислительное устройство 15 запускает подпрограмму установки параметров приемопередающего модуля (ППМ) и старта излучения и накопления, после чего проводится запуск режима излучения и накопления, анализ флага излучения 42.After that, the computing device 15 starts the subroutine for setting the parameters of the transceiver module (MRP) and the start of radiation and accumulation, after which the radiation and accumulation modes are started, and the radiation flag is analyzed 42.

В направлении подстилающей поверхности излучаются пачки зондирующих радиоимпульсов, причем, в зависимости от значения априорной высоты, записываемой из контроллера обмена 16 в вычислительное устройство 15, определяющего режим работы синхронизатора 14, который управляет импульсным модулятором 3, открывающийся (за время задержки отраженного сигнала) на излучение N импульсов с периодом Tui, определяемым суммой некоторой постоянной для данных N, Та величины Тn и переменной Тm, а величину Тn определяют в зависимости от N, Та, величины Th зоны неопределенности задержки отраженного сигнала (диапазона поиска сигнала), диапазона Тm изменения периода (вобуляции), длительности То сформированного прямого (наведенного) сигнала на входе аналого-цифрового преобразователя 12, принимают пачку отраженных от подстилающей поверхности радиоимпульсов, преобразуют видеоимпульсы с выхода видеоусилителя 11 в аналого-цифровом преобразователе 12 в последовательность цифровых двоичных сигналов с периодом дискретизации Tk, запоминают в БОЗУ 13 синхронно с началом пачки излученных радиоимпульсов, и по окончании излучения, вычислительное устройство 15 определяет адрес ячейки памяти Aдр(k, Тc), производит узкополосную доплеровскую фильтрацию цифровых двоичных сигналов, считываемых последовательно из ячеек памяти БОЗУ 13, накапливает суммарный результат фильтрации по всем видеоимпульсам пачки при каждой величине оцениваемой задержки, в соответствии с заданной программой принимает решение о наличии сигнала по превышению наперед заданного порога накопления и определяет задержку отраженного сигнала.Packs of sounding radio pulses are emitted in the direction of the underlying surface, and, depending on the value of the a priori height recorded from the exchange controller 16 to the computing device 15, which determines the operating mode of the synchronizer 14, which controls the pulse modulator 3, which opens (during the delay of the reflected signal) to radiation N pulses with a period Tui determined by the sum of a certain constant for a given N, Ta value of Tn and a variable Tm, and the value of Tn is determined depending on N, Ta, the value of Th of the zone is undefined of the delay of the reflected signal (signal search range), the range of Tm of the period (wobble) change, the duration of the generated direct (induced) signal at the input of the analog-to-digital converter 12, a packet of radio pulses reflected from the underlying surface are received, video pulses from the output of the video amplifier 11 are converted to analog -digital converter 12 to a sequence of digital binary signals with a sampling period Tk, stored in the BOSU 13 synchronously with the beginning of the pack of emitted radio pulses, and at the end radiation, the computing device 15 determines the address of the memory cell Adr (k, Tc), performs narrow-band Doppler filtering of digital binary signals read sequentially from the memory cells of the BOZU 13, accumulates the total filtering result for all video pulses of the packet for each value of the estimated delay, in accordance with a given program makes a decision about the presence of a signal when the predetermined accumulation threshold is exceeded and determines the delay of the reflected signal.

Для осуществления доплеровской фильтрации (фиг.8) используется цифровой фильтр низких частот, прототипом которого выбран широко известный нормированный аналоговый фильтр Баттерворта 3-го порядка с передаточной функцией вида [8]:To implement Doppler filtering (Fig. 8), a digital low-pass filter is used, the prototype of which is the well-known normalized Butterworth 3rd-order analog filter with a transfer function of the form [8]:

H ( s ) = 1 ( s + 1 ) ( s 2 + s + 1 )

Figure 00000005
. H ( s ) = one ( s + one ) ( s 2 + s + one )
Figure 00000005
.

Для перехода к цифровому фильтру используется билинейное преобразование с подстановкой видаTo go to the digital filter, a bilinear transformation with the substitution of the form is used

s = 1 z 1 1 + z 1

Figure 00000006
. s = one - z - one one + z - one
Figure 00000006
.

В результате выражение для передаточной функции принимает видAs a result, the expression for the transfer function takes the form

H ( z 1 ) = 1 6 ( 1 + z 1 ) 3 1 + 1 3 z 2

Figure 00000007
. H ( z - one ) = one 6 ( one + z - one ) 3 one + one 3 z - 2
Figure 00000007
.

Если сигнал оцифрован с периодом Δt, то частота среза данного фильтра определяется выражениемIf the signal is digitized with a period Δt, then the cutoff frequency of this filter is determined by the expression

ω 0 = 1 4 2 π Δ t

Figure 00000008
. ω 0 = one four 2 π Δ t
Figure 00000008
.

Для получения цифрового фильтра низких частот с заданной частотой среза ωс выполняется преобразование полосы пропускания с помощью подстановкиTo obtain a digital low-pass filter with a given cutoff frequency ω s , the bandwidth is converted using substitution

z 1 = z 1 α 1 α z 1

Figure 00000009
, где α = sin ( ω 0 ω с 2 Δ t ) cos ( ω 0 + ω с 2 Δ t )
Figure 00000010
. z - one = z - one - α one - α z - one
Figure 00000009
where α = sin ( ω 0 - ω from 2 Δ t ) cos ( ω 0 + ω from 2 Δ t )
Figure 00000010
.

После выполнения всех преобразований передаточная функция доплеровского фильтра записывается в видеAfter performing all the transformations, the transfer function of the Doppler filter is written as

H ( z 1 ) = b 0 ( 1 + z 1 ) 3 1 + a 1 z 1 + a 2 z 2 + a 3 z 3 ,

Figure 00000011
H ( z - one ) = b 0 ( one + z - one ) 3 one + a one z - one + a 2 z - 2 + a 3 z - 3 ,
Figure 00000011

где коэффициенты фильтра определяются выражениямиwhere the filter coefficients are determined by the expressions

b 0 = ( 1 α ) 3 2 ( α 2 + 3 )

Figure 00000012
, a 1 = α ( α 2 + 11 ) 3 α 2 + 3
Figure 00000013
, a 2 = 11 α 2 + 1 α 2 + 3
Figure 00000014
, a 3 = α ( 3 α 2 + 1 ) α 2 + 3
Figure 00000015
. b 0 = ( one - α ) 3 2 ( α 2 + 3 )
Figure 00000012
, a one = - α ( α 2 + eleven ) 3 α 2 + 3
Figure 00000013
, a 2 = - eleven α 2 + one α 2 + 3
Figure 00000014
, a 3 = - α ( 3 α 2 + one ) α 2 + 3
Figure 00000015
.

Алгоритм фильтрации описывается разностным уравнениемThe filtering algorithm is described by a difference equation

yn=b0xn+3b0xn-1+3b0xn-2+b0xn-3-a1yn-1-a2yn-2-a3yn-3,y n = b 0 x n + 3b 0 x n-1 + 3b 0 x n-2 + b 0 x n-3-a 1 y n-1 -a 2 y n-2-a 3 y n-3 ,

где xn - значения сигнала на входе фильтра,where x n are the signal values at the filter input,

yn - выходные значения сигнала.y n are the output values of the signal.

Вычислительное устройство 15 сравнивает выходные значения сигналов с порогом и если накопленная сумма меньше порога, то увеличивает (без излучения) дискрет поиска Ncm на один шаг и повторяет в полном объеме режим обработки цифровых двоичных сигналов, обеспечивая тем самым поиск сигнала в диапазоне Th, если накопленная сумма превышает порог, то останавливает обработку и выдает значение найденной высоты Hрв на выход контроллера обмена 16:The computing device 15 compares the output values of the signals with a threshold, and if the accumulated amount is less than the threshold, it increases (without radiation) the search discret Ncm by one step and repeats in full the digital binary signal processing mode, thereby providing a signal search in the Th range if the accumulated the amount exceeds the threshold, it stops processing and gives the value of the found height Hp to the output of the exchange controller 16:

Hрв=Ncm*2*С*Tk-ΔНсм,Hrv = Ncm * 2 * C * Tk-ΔNcm,

где: С - скорость света,where: C is the speed of light,

ΔНсм - абсолютная величина смещения оценки измеряемой высоты [5].ΔNcm - the absolute value of the bias estimates of the measured height [5].

Если отраженный от подстилающей поверхности сигнал не обнаружен, то вновь запускается подпрограмма установки параметров приемопередающего модуля (ППМ) и старта излучения и накопления, после чего проводится запуск режима излучения и накопления, запоминание отраженных сигналов в БОЗУ 13 синхронно с началом пачки излученных радиоимпульсов, и по окончании излучения, вычислительное устройство 15 определяет адрес ячейки памяти Aдр(k, Тc) путем узкополосной доплеровской фильтрации цифровых двоичных сигналов, считываемых последовательно из ячеек памяти БОЗУ 13, накапливает суммарный результат фильтрации по всем видеоимпульсам пачки при каждой величине оцениваемой задержки, в соответствии с заданной программой принимает решение о наличии сигнала по превышению наперед заданного порога накопления и определения задержки отраженного сигнала.If the signal reflected from the underlying surface is not detected, then the subroutine for setting the parameters of the transceiver module (MRP) and the start of radiation and accumulation are started, after which the radiation and accumulation modes are started, the reflected signals are stored in BOSU 13 simultaneously with the beginning of the packet of emitted radio pulses, and the end of the radiation, the computing device 15 determines the address of the memory cell Adr (k, Tc) by narrow-band Doppler filtering of digital binary signals read sequentially from the cell Bozu memory 13 stores the total result of filtering for all video pulse burst whenever the estimated value of delay in accordance with a predetermined program decides the presence of excess accumulation signal preassigned threshold and determining the delay of the reflected signal.

По предложенному техническому решению разработана принципиальная схема и изготовлен РВ с малым временем сеанса излучения, в котором при обработке цифровых сигналов памяти в зависимости от априорной скорости полета Va перестраиваются параметры цифрового фильтра (центральная частота и полоса пропускания), что позволяет сделать обработку более оптимальной и, как следствие, повысить максимальную измеряемую высоту без увеличения излучаемой мощности и сократить время сеанса на излучение в широком диапазоне скоростей летательного аппарата [9].According to the proposed technical solution, a circuit diagram has been developed and an RW with a short radiation session time has been made, in which, when processing digital memory signals, depending on the a priori flight speed Va, the parameters of the digital filter are tuned (central frequency and bandwidth), which makes the processing more optimal and, as a result, increase the maximum measured height without increasing the radiated power and reduce the radiation session time in a wide range of aircraft speeds [9].

ЛитератураLiterature

1. Патент Франции №2.120.208.19721. French patent No. 2.120.208.1972

2. Патент Франции №2.596.873.19882. French Patent No. 2,596.873.1988

3. Григорина-Рябова В.В. Радиолокационные устройства. М., Советское радио, 1970 г.3. Grigorina-Ryabova VV Radar devices. M., Soviet Radio, 1970

4. Сколник М., Трофимова К.Н. Радиолокационные устройства и системы. М., Советское радио - 1979 г.4. Skolnik M., Trofimova K.N. Radar devices and systems. M., Soviet Radio - 1979

5. Жуковский А.П., Оноприенко Е.И., Чижов В.И. Теоретические основы радиовысометрии. М., Советское радио - 1979 г.5. Zhukovsky A.P., Onoprienko E.I., Chizhov V.I. Theoretical Foundations of Radio Altimetry. M., Soviet Radio - 1979

6. Патент РФ №2188399 от 21.06.1999 г., кл. 7G01F 23/284. Опубл. 21.06.1999 г.6. RF patent No. 2188399 dated 06/21/1999, class. 7 G01F 23/284. Publ. 06/21/1999

7. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я., Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах. М., Радио и связь - 1990 г., 274 с.7. Pukhalsky GI, Novoseltseva T.Ya., Design of discrete devices on integrated circuits. M., Radio and Communications - 1990, 274 p.

8. Гольденберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Полек М.Н. Цифровая обработка сигналов. Учебное пособие для высших учебных заведений, М., Радио и связь - 1990, 2560.8. Goldenberg L.M., Matyushkin B.D., Polek M.N. Digital signal processing. Textbook for higher education, M., Radio and communications - 1990, 2560.

9. Радиовысотометрия - 2010. Сборник трудов третьей Всероссийской научно-технической конференции, Каменск-Уральский, 19-21 октября 2010 г., 71 с.9. Radio altimetry - 2010. Proceedings of the Third All-Russian Scientific and Technical Conference, Kamensk-Uralsky, October 19-21, 2010, 71 pp.

Claims (1)

Импульсно-доплеровский радиовысотомер, содержащий синхронизатор, вычислительное устройство, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), фазовращатель, импульсный модулятор, управляемый аттенюатор, видеоусилитель, буферное оперативное запоминающее устройство (БОЗУ), блок регулировки усиления, блок регулировки ослабления, источник тока, управляемый напряжением, контроллер обмена, приемопередающую антенну, циркулятор, малошумящий усилитель высокой частоты (УВЧ), фазовый детектор, направленный ответвитель, дискретно управляемый сверхвысокочастотный (СВЧ) генератор, выход которого соединен с входом направленного ответвителя, второй выход которого соединен со вторым входом фазового детектора, первый вход которого соединен с выходом малошумящего усилителя, вход которого соединен с выходом циркулятора, а первый выход направленного ответвителя соединен с первым входом импульсного модулятора, второй вход которого соединен со вторым выходом синхронизатора, выход импульсного модулятора соединен со вторым входом фазовращателя, первый вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, а выход - с первым входом управляемого аттенюатора, выход которого соединен с первым входом циркулятора, а второй вход управляемого аттенюатора - с выходом источника тока, управляемого напряжением, вход которого соединен с выходом блока регулировки ослабления, все первые входы которого соединены по шине данных со всеми первыми входами блока регулировки усиления, всеми шестыми входами/выходами БОЗУ, всеми первыми входами/выходами контроллера обмена, все третьи входы/выходы которого являются входами/выходами радиовысотомера, а также всеми двенадцатыми входами/выходами вычислительного устройства, второй, третий, четвертый, пятый выходы которого соединены соответственно со вторыми входами блока регулировки ослабления, блока регулировки усиления, контроллера обмена, БОЗУ, а шестой, седьмой, тринадцатый выходы - соответственно с третьим, четвертым, седьмым входами БОЗУ, восьмой, девятый выходы - соответственно со вторым и третьим входами синхронизатора, десятый, одиннадцатый выходы - соответственно со вторым и первым входами дискретно управляемого СВЧ генератора, первый вход - с четвертым выходом синхронизатора, первый вход которого соединен с выходом БОЗУ, первый вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора и вторым входом АЦП, все выходы которого соединены со всеми пятыми входами БОЗУ, а первый вход АЦП - с выходом видеоусилителя, первый вход которого соединен с выходом фазового детектора, второй вход - с выходом блока регулировки усиления, вход/выход приемопередающей антенны соединен с входом/выходом циркулятора, отличающийся тем, что осуществляют управление делителем с переменным коэффициентом деления (ДКПД) синхронизатора с помощью вычислительного устройства, при этом все двенадцатые входы/выходы вычислительного устройства соединены с четвертыми входами синхронизатора.  A pulse-Doppler radio altimeter containing a synchronizer, a computing device, an analog-to-digital converter (ADC), a phase shifter, a pulse modulator, a controlled attenuator, a video amplifier, a buffer random access memory (BOS), a gain control unit, an attenuation control unit, a voltage-controlled current source , exchange controller, transceiver antenna, circulator, low-noise high-frequency amplifier (UHF), phase detector, directional coupler, discretely controlled ultra-high frequency (microwave) generator, the output of which is connected to the input of the directional coupler, the second output of which is connected to the second input of the phase detector, the first input of which is connected to the output of the low-noise amplifier, the input of which is connected to the output of the circulator, and the first output of the directional coupler is connected to the first input of the pulse a modulator, the second input of which is connected to the second output of the synchronizer, the output of the pulse modulator is connected to the second input of the phase shifter, the first input of which is connected to the first output of synchronizer, and the output is connected to the first input of the controlled attenuator, the output of which is connected to the first input of the circulator, and the second input of the controlled attenuator is connected to the output of the voltage-controlled current source, the input of which is connected to the output of the attenuation control unit, all first inputs of which are connected via the data bus with all the first inputs of the gain control unit, all six inputs / outputs of the BOZU, all the first inputs / outputs of the exchange controller, all of the third inputs / outputs of which are inputs / outputs of a radio altimeter as well as all twelve inputs / outputs of the computing device, the second, third, fourth, fifth outputs of which are connected respectively to the second inputs of the attenuation control unit, gain control unit, exchange controller, BOSE, and the sixth, seventh, thirteenth outputs, respectively, with the third, the fourth, seventh inputs of the BOZU, the eighth, ninth outputs, respectively, with the second and third inputs of the synchronizer, the tenth, eleventh outputs, respectively, with the second and first inputs of a discretely controlled microwave generator RA, the first input - with the fourth output of the synchronizer, the first input of which is connected to the output of the BOZU, the first input of which is connected to the third output of the synchronizer and the second input of the ADC, all outputs of which are connected to all fifth inputs of the BOZU, and the first input of the ADC - with the output of the video amplifier, the first input of which is connected with the output of the phase detector, the second input is with the output of the gain control unit, the input / output of the transceiver antenna is connected to the input / output of the circulator, characterized in that the divider is controlled from a variable m division coefficient (DKPD) of the synchronizer using a computing device, while all twelve inputs / outputs of the computing device are connected to the fourth inputs of the synchronizer.
RU2012110751/07A 2012-03-20 2012-03-20 Pulse-doppler radio altimeter RU2522907C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012110751/07A RU2522907C2 (en) 2012-03-20 2012-03-20 Pulse-doppler radio altimeter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012110751/07A RU2522907C2 (en) 2012-03-20 2012-03-20 Pulse-doppler radio altimeter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012110751A RU2012110751A (en) 2013-09-27
RU2522907C2 true RU2522907C2 (en) 2014-07-20

Family

ID=49253658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012110751/07A RU2522907C2 (en) 2012-03-20 2012-03-20 Pulse-doppler radio altimeter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2522907C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2769113C1 (en) * 2021-01-11 2022-03-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Method of correcting sampling error of ranging code

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995024706A1 (en) * 1994-03-07 1995-09-14 Honeywell Inc. In-flight radar warning receiver training system
US5549477A (en) * 1992-11-17 1996-08-27 Honeywell Inc. Integrated aircraft survivability equipment in-flight simulation
RU2188399C2 (en) * 1999-06-21 2002-08-27 Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Pulse-phase meter for measurement of thickness of layers of different liquids and their relative change at enhanced accuracy
US7119732B1 (en) * 2005-12-01 2006-10-10 Raytheon Company Bistatic and multistatic system for space situational awareness
RU2314553C1 (en) * 2006-07-18 2008-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Летно-исследовательский институт им. М.М. Громова" System for estimation of onboard radar accuracy characteristics
RU2334995C1 (en) * 2007-05-29 2008-09-27 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" Doppler meter of absolute speed
EP1860455B1 (en) * 2005-07-04 2009-05-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Position measuring system and method using wireless broadband (WIBRO) signal
RU2412450C2 (en) * 2008-03-11 2011-02-20 ОАО "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Method of reducing lower boundary of low altitude measurement to zero and design of coherent impulse doppler radioaltimetre to this end

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5549477A (en) * 1992-11-17 1996-08-27 Honeywell Inc. Integrated aircraft survivability equipment in-flight simulation
WO1995024706A1 (en) * 1994-03-07 1995-09-14 Honeywell Inc. In-flight radar warning receiver training system
RU2188399C2 (en) * 1999-06-21 2002-08-27 Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Pulse-phase meter for measurement of thickness of layers of different liquids and their relative change at enhanced accuracy
EP1860455B1 (en) * 2005-07-04 2009-05-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Position measuring system and method using wireless broadband (WIBRO) signal
US7119732B1 (en) * 2005-12-01 2006-10-10 Raytheon Company Bistatic and multistatic system for space situational awareness
RU2314553C1 (en) * 2006-07-18 2008-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Летно-исследовательский институт им. М.М. Громова" System for estimation of onboard radar accuracy characteristics
RU2334995C1 (en) * 2007-05-29 2008-09-27 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" Doppler meter of absolute speed
RU2412450C2 (en) * 2008-03-11 2011-02-20 ОАО "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Method of reducing lower boundary of low altitude measurement to zero and design of coherent impulse doppler radioaltimetre to this end

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2769113C1 (en) * 2021-01-11 2022-03-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Method of correcting sampling error of ranging code

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012110751A (en) 2013-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6646587B2 (en) Doppler radar apparatus
US9791550B2 (en) Frequency-Modulated-Continuous-Wave (FMCW) radar with timing synchronization
US4992796A (en) Computed-interferometry radar system with coherent integration
KR101300085B1 (en) Pulse doppler coherent method and system for snr enhancement
NO178415B (en) Method and system of passive distance determination
US20190129004A1 (en) Radar sensor with digital signal processing unit
RU2498344C2 (en) Correlation device for measuring height and ground velocity vector components
RU2660450C1 (en) Device of radar location station with continuous linear-frequency-modulated signal and synthesis of aperture
RU2522907C2 (en) Pulse-doppler radio altimeter
RU2500001C1 (en) Pulsed doppler radio altimeter system
RU2296346C2 (en) Mode of measuring distance in pulse-doppler radar stations
RU2510685C2 (en) Synthetic-aperture and quasicontinuous radiation radar station
US7486228B2 (en) Methods and systems for piecewise curve fitting or radar altimeter range gate data
RU2672098C1 (en) Radar altimeter system adapted to smooth water surface
RU2605442C1 (en) Radar altimeter system adapted to smooth water surface
Jha et al. Ka-Band FMCW Radar Altimeter for Navigation
Jahagirdar A high dynamic range miniature DDS-based FMCW radar
RU2515524C2 (en) Pulse-doppler radar altimetric system
KR101634455B1 (en) Radar using linear frequency modulation signal and noise signal, and method for controlling the same
Miller et al. Objectives and capabilities of the Skylab S-193 altimeter experiment
RU2414721C1 (en) Method for radar measurement of speed of an object
Rubio-Cidre et al. Design and preliminary results of a ground-based cloud profiling radar at 94 GHz
RU2392704C1 (en) Method of increasing broadbandness of transceiving module of phased antenna array using signal generation through direct digital synthesis, and embodiments thereof
RU2755518C1 (en) Radar station
JP3335778B2 (en) Radar equipment