RU2535174C1 - Method of two-dimensional direction finding of air object - Google Patents

Method of two-dimensional direction finding of air object Download PDF

Info

Publication number
RU2535174C1
RU2535174C1 RU2013146414/07A RU2013146414A RU2535174C1 RU 2535174 C1 RU2535174 C1 RU 2535174C1 RU 2013146414/07 A RU2013146414/07 A RU 2013146414/07A RU 2013146414 A RU2013146414 A RU 2013146414A RU 2535174 C1 RU2535174 C1 RU 2535174C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
angular spectrum
antennas
signals
earth
received
Prior art date
Application number
RU2013146414/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Алексеевич Козьмин
Юрий Анатольевич Рембовский
Андрей Владимирович Уфаев
Владимир Анатольевич Уфаев
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "ИРКОС"
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 Закрытое акционерное общество "ИРКОС" filed Critical Закрытое акционерное общество "ИРКОС"
Priority to RU2013146414/07A priority Critical patent/RU2535174C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2535174C1 publication Critical patent/RU2535174C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radio, communication.
SUBSTANCE: signals of the object transmitter are received using the antennas forming an annular grid located parallel to the earth's surface, according to the received signals the azimuth of the object is measured, the signals are received with at least two additional antennas located on the central axis of the annular grid orthogonally to its plane, the received signals are converted to the angular range on the angles of the place of the direct signal and the signal reflected from the earth's surface in the direction of the measured azimuth of the object, at that the angular spectrum is converted into an angular spectrum of the second order, and the object site angle is determined by one-parameter maximization of the angular spectrum of the second order.
EFFECT: improving accuracy of measurement of the object site angle and reduction of the time of direction finding.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиопеленгации, и может быть использовано для определения местоположения воздушных объектов по радиоизлучениям их передатчиков.The invention relates to radio engineering, in particular to direction finding, and can be used to determine the location of airborne objects from the radio emissions of their transmitters.

Известен способ двухмерного пеленгования, включающий прием сигналов бортового передатчика воздушного объекта с помощью антенн, образующих кольцевую решетку, измерение фаз принятых сигналов, их реконструкцию с устранением цикличности фазовых измерений и расчет азимута и угла места по реконструированным фазам (Саидов А.С., Тагилаев А.Р., Алиев Н.М., Асланов Г.К. Проектирование фазовых автоматических пеленгаторов. М.: Радио и связь, 1997, глава I, II, стр.10, стр.51-52).There is a method of two-dimensional direction finding, including receiving signals from the airborne transmitter of an airborne object using antennas forming an annular array, measuring the phases of the received signals, reconstructing them by eliminating the cyclic phase measurements, and calculating the azimuth and elevation angle from the reconstructed phases (Saidov A.S., Tagilaev A .R., Aliev N.M., Aslanov GK Design of phase automatic direction finders. M: Radio and communications, 1997, chap. I, II, p. 10, p. 51-52).

Ограничением способа является низкая точность измерения угла места, когда пеленгуется энергетический центр лучей со значительными флуктуациями. Кроме того, набеги фаз в антеннах пропорциональны косинусу угла места и при его значениях, близких к нулю, для пологих радиоволн, различаются незначительно. Другой недостаток состоит в сложности выполнения операции реконструкции фаз.A limitation of the method is the low accuracy of measuring the elevation angle when the energy center of the rays with significant fluctuations is direction finding. In addition, the phase incursions in the antennas are proportional to the cosine of the elevation angle and, with its values close to zero, for shallow radio waves, they differ slightly. Another disadvantage is the difficulty of performing the phase reconstruction operation.

Известен способ пеленгования, включающий прием сигнала с помощью ненаправленных антенн, образующих кольцевую решетку, измерение разности фаз между сигналами в двух группах, векторы, соединяющие пары антенн в которых коллинеарны, а по совокупности разностей фаз в группах методом многошкальных измерений оценивают однозначные на расстоянии диаметра решетки набеги фаз, по которым рассчитывают азимут и угол места (RU, №2251707).A known method of direction finding, including receiving a signal using omnidirectional antennas forming an annular array, measuring the phase difference between signals in two groups, vectors connecting pairs of antennas in which are collinear, and using the combination of phase differences in groups using multiscale measurements, evaluate unique ones at a distance of the diameter of the array phase incursions by which the azimuth and elevation angle are calculated (RU, No. 2251707).

В данном способе исключается операция реконструкции фаз, но основной недостаток предыдущего аналога (низкая точность измерения угла места) не устраняется.In this method, the phase reconstruction operation is excluded, but the main disadvantage of the previous analogue (low accuracy of measuring the elevation angle) is not eliminated.

Известен способ определения двухмерного пеленга, включающий прием радиосигналов с помощью центральной антенны и антенн, образующих N элементную кольцевую решетку при общем числе антенн не менее трех, синхронное измерение комплексных амплитуд принятых радиосигналов, преобразование их в узлах сетки наведения решетки в угловой спектр и определение координат максимума его модуля (RU, №2288481).A known method for determining a two-dimensional bearing, including receiving radio signals using a central antenna and antennas forming an N element ring array with a total number of antennas of at least three, synchronous measurement of the complex amplitudes of the received radio signals, converting them in the nodes of the grid pointing the lattice into an angular spectrum and determining the coordinates of the maximum its module (RU, No. 2288481).

Введение центральной антенны позволяет увеличить максимально допустимый радиус решетки и тем самым увеличить точность пеленгования в горизонтальной плоскости, т.е. азимута. Однако основной недостаток - низкая точность измерения угла места - сохраняется по указанным ранее причинам.The introduction of a central antenna allows you to increase the maximum allowable radius of the array and thereby increase the accuracy of direction finding in the horizontal plane, i.e. azimuth. However, the main drawback - the low accuracy of measuring the elevation angle - persists for the reasons mentioned above.

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ двухмерного пеленгования воздушного объекта, заключающийся в том, что принимают сигналы передатчика объекта с помощью антенн, образующих кольцевую решетку, расположенную параллельно земной поверхности, измеряют по принятым сигналам азимут объекта, преобразуют принятые сигналы в угловой спектр по углам места (Саидов А.С., Тагилаев А.Р., Алиев Н.М., Асланов Г.К. Проектирование фазовых автоматических пеленгаторов. М.: Радио и связь, 1997, глава II, с.47-48).Of the known methods, the closest to the proposed technical essence is the method of two-dimensional direction finding of an air object, which consists in receiving the signals of the transmitter of the object using antennas forming an annular array located parallel to the earth's surface, measuring the azimuth of the object from the received signals, and converting the received signals to angular spectrum at elevation angles (Saidov A.S., Tagilaev A.R., Aliev N.M., Aslanov G.K. Design of phase automatic direction finders. M: Radio and communications, 1997, chapter II, p. 47- 48 )

В этом способе принятые сигналы преобразуют в двухмерный угловой спектр по возможным азимутам и углам места объекта, а двухмерный пеленг определяют как положение максимума квадрата модуля этого спектра. Причем преобразование в двухмерный угловой спектр выполняют путем умножения принятых сигналов на комплексно сопряженные двухмерные диаграммы направленности в направлении возможного положения объекта и усреднения результатов умножения по совокупности антенн решетки.In this method, the received signals are converted into a two-dimensional angular spectrum according to possible azimuths and elevation angles of the object, and a two-dimensional bearing is determined as the position of the maximum square of the modulus of this spectrum. Moreover, the conversion into a two-dimensional angular spectrum is performed by multiplying the received signals by complex conjugate two-dimensional radiation patterns in the direction of the possible position of the object and averaging the results of multiplication over the totality of the array antennas.

В данном способе достигается потенциальная точность и предельная чувствительность измерения азимута, но сохраняется основной недостаток аналогов - недостаточная точность измерения угла места объекта. Дополнительную сложность вызывает выполнение операций двухмерного преобразования сигналов в угловой спектр для совокупности антенн кольцевой решетки, что усложняет обработку и увеличивает время пеленгования.In this method, the potential accuracy and extreme sensitivity of the azimuth measurement are achieved, but the main disadvantage of the analogues is preserved - the insufficient accuracy of measuring the elevation angle of the object. An additional complication is the performance of operations of two-dimensional conversion of signals into an angular spectrum for a set of antennas of a ring array, which complicates the processing and increases the time of direction finding.

Решаемая изобретением задача - улучшение технико-эксплуатационных характеристик.The problem solved by the invention is the improvement of technical and operational characteristics.

Достигаемый технический результат изобретения заключается в повышении точности измерения угла места объекта и уменьшении времени пеленгования за счет сокращения числа операций обработки принятых сигналов.Achievable technical result of the invention is to improve the accuracy of measuring the elevation angle of the object and reduce the direction finding by reducing the number of processing operations of the received signals.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном способе двухмерного пеленгования воздушного объекта, заключающемся в том, что принимают сигналы передатчика объекта с помощью антенн, образующих кольцевую решетку, расположенную параллельно земной поверхности, измеряют по принятым сигналам азимут объекта, преобразуют принятые сигналы в угловой спектр по углам места, согласно изобретению принимают сигналы по меньшей мере двумя дополнительными антеннами, расположенными на центральной оси кольцевой решетки ортогонально ее плоскости, преобразуют принятые сигналы в угловой спектр по углам места прямого и отраженного от земной поверхности сигнала в направлении измеренного азимута объекта, угловой спектр преобразовывают в угловой спектр второго порядка, а угол места объекта определяют путем однопараметрической максимизации углового спектра второго порядка.To solve the problem with the achievement of the specified technical result in the known method of two-dimensional direction finding of an air object, which consists in the fact that the signals of the transmitter of the object are received using antennas that form an annular array located parallel to the earth's surface, the azimuth of the object is measured from the received signals, the received signals are converted to the angular spectrum at elevation angles according to the invention receives signals by at least two additional antennas located on the central axis of tsevoy grating orthogonally to its plane, convert the received signals into the angular range of elevation angles of direct and reflected from the earth's surface a signal in the direction of the measured azimuth of the object, the angular spectrum is converted into the angular range of the second order, and the angle of the object space is determined by the one-parameter maximizing the angular spectrum of the second order.

Целесообразно, чтобы преобразование в угловой спектр второго порядка осуществляли в соответствии с математическим выражениемIt is advisable that the conversion to the angular spectrum of the second order was carried out in accordance with the mathematical expression

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
,
Figure 00000003
- угловой спектр принятых сигналов в направлении измеренного азимута объекта по углам места β и -β прямого и отраженного от земной поверхности сигнала соответственно,
Figure 00000004
, N' - общее число антенн, n - порядковый номер антенны,
Figure 00000005
,
Figure 00000006
- соответственно комплексная амплитуда принятого n-й антенной сигнала и ее комплексная диаграмма направленности в направлении измеренного азимута
Figure 00000007
объекта, звездочка * сверху и справа у
Figure 00000008
означает операцию ее комплексного сопряжения,
Figure 00000009
- весовая функция.Where
Figure 00000002
,
Figure 00000003
- the angular spectrum of the received signals in the direction of the measured azimuth of the object at the elevation angles β and -β of the direct and reflected signal from the earth’s surface, respectively,
Figure 00000004
, N 'is the total number of antennas, n is the serial number of the antenna,
Figure 00000005
,
Figure 00000006
- respectively, the complex amplitude of the received nth antenna signal and its complex radiation pattern in the direction of the measured azimuth
Figure 00000007
object, asterisk * above and to the right of
Figure 00000008
means the operation of its complex conjugation,
Figure 00000009
- weight function.

Для отраженного сигнала

Figure 00000010
- соответственно комплексная амплитуда принятого n-й антенной сигнала и ее комплексная диаграмма направленности в направлении измеренного азимута
Figure 00000011
объекта для отраженного от земной поверхности сигнала. Однопараметрическая максимизация углового спектра второго порядка осуществляется только по параметру измеренного азимута
Figure 00000012
объекта, а по максимуму F(β) судят об истинном угле места
Figure 00000013
объекта.For reflected signal
Figure 00000010
- respectively, the complex amplitude of the received nth antenna signal and its complex radiation pattern in the direction of the measured azimuth
Figure 00000011
object for the signal reflected from the earth's surface. One-parameter maximization of the angular spectrum of the second order is carried out only by the measured azimuth parameter
Figure 00000012
object, and the maximum F (β) judge the true elevation
Figure 00000013
object.

Решение поставленной технической задачи основывается на двулучевом пеленговании прямой и отраженной от земной поверхности волны, которые приходят с одного азимута, но зеркально симметрично по углу места, в верхней и нижней полуплоскости кольцевой решетки, с углами места, равными по модулю, но различающимися знаками. Учет данной закономерности обеспечивается получением углового спектра дополнительно по возможным углам места отраженного от земной поверхности луча. Однако при этом только антенн кольцевой решетки, в которой набеги фаз четны, пропорциональны косинусу угла места, для двухлучевого пеленгования недостаточно. Необходимые условия: наличие дополнительных антенн в вертикальной плоскости с нечетной (пропорционально синусу) зависимостью набегов фаз, причем в количестве не менее двух. Прием сигналов, по крайней мере, в трех (совместно с антеннами решетки) уровнях по вертикали обеспечивает необходимые условия разделения лучей, так как с учетом амплитуды и фазы принимаемых колебаний для трех уровней, описывающая их система содержит шесть уравнений при ровно шести неизвестных: амплитуда, фаза, угол прихода прямого и отраженного луча.The solution of the stated technical problem is based on two-direction finding of the direct and reflected waves from the earth’s surface, which come from one azimuth, but are mirror symmetric in elevation, in the upper and lower half-planes of the annular lattice, with elevation angles equal in magnitude but with different signs. Taking this regularity into account is ensured by obtaining the angular spectrum additionally at possible elevation angles of the beam reflected from the earth's surface. However, in this case, only antennas of the annular array, in which the phase incursions are even, are proportional to the cosine of the elevation angle, for two-beam direction finding. Necessary conditions: the presence of additional antennas in a vertical plane with an odd (proportional to sine) dependence of phase incursions, and in an amount of at least two. The reception of signals in at least three (together with the array antennas) vertical levels provides the necessary conditions for the separation of rays, since taking into account the amplitude and phase of the received vibrations for three levels, the system describing them contains six equations with exactly six unknowns: amplitude, phase, angle of arrival of the direct and reflected beam.

При соблюдении указанных условий угловой спектр второго порядка, получаемый по совокупности сигналов всех N' антенн (кольцевой решетки и дополнительных), имеет максимум в окрестности истинного двухмерного пеленга со снижением погрешности измерений. Существенным является также осевая симметрия антенной системы: кольцевой решетки и дополнительных антенн. Это позволяет определять азимут одним из известных способов по принятым сигналам кольцевой решетки, а угол места путем однопараметрической максимизации углового спектра второго порядка в направлении измеренного азимута. Последним действием исключается процедура определения и максимизации двухмерного углового спектра, как в ближайшем аналоге, что приводит к сокращению количества выполняемых операций по обработке сигналов и в итоге к уменьшению времени двухмерного пеленгования.Under these conditions, the second-order angular spectrum obtained from the aggregate of signals of all N 'antennas (ring arrays and additional ones) has a maximum in the vicinity of a true two-dimensional bearing with a decrease in measurement error. The axial symmetry of the antenna system is also significant: an annular array and additional antennas. This makes it possible to determine the azimuth by one of the known methods from the received signals of the annular lattice, and the elevation angle by one-parameter maximization of the angular spectrum of the second order in the direction of the measured azimuth. The last step excludes the procedure for determining and maximizing the two-dimensional angular spectrum, as in the closest analogue, which leads to a reduction in the number of signal processing operations and, as a result, to a decrease in the time of two-dimensional direction finding.

Учет указанных закономерностей в соответствии с предложенными новыми действиями, условиями и порядком их выполнения, позволяет достичь указанного технического результата: повысить точность измерения угла места и быстродействие пеленгования.Accounting for these patterns in accordance with the proposed new actions, conditions and the order of their implementation, allows to achieve the specified technical result: to increase the accuracy of measuring the elevation angle and the speed of direction finding.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются вариантом его выполнения со ссылками на прилагаемые фигуры.These advantages, as well as features of the present invention are illustrated by a variant of its implementation with reference to the accompanying figures.

На фиг.1 представлена структурная схема радиопеленгатора для реализации заявленного способа;Figure 1 presents the structural diagram of the direction finder for implementing the inventive method;

на фиг.2 показаны угловые спектры;figure 2 shows the angular spectra;

на фиг.3 - зависимости измеренных углов места от дальности до объекта;figure 3 - dependence of the measured elevation angles from the distance to the object;

на фиг.4 - зависимости погрешности измерений углов места от дальности до объекта.figure 4 - dependence of the error of measurement of elevation angles from the distance to the object.

Радиопеленгатор для реализации заявленного способа (фиг.1) содержит антенны 1.0-1.N'-1, подключенные к входам 0-N'-1 радиоприемного устройства 2, выходами 0-N-1 соединенного с одноименными входами блока 3 определения азимута и анализатора 4 углового спектра. Входы N-N'-1 анализатора 4 углового спектра подключены к одноименным выходам радиоприемного устройства 2, а вход N' - к выходу блока 3 определения азимута, выход которого подсоединен к входу блока 5 расчета весовой функции и к первому входу индикатора 8. Преобразователь 6 углового спектра, устройство 7 определения минимума и индикатор 8 соединены последовательно. Первый и второй выход анализатора 4 углового спектра соответственно соединен с первым и вторым входом преобразователя 6 углового спектра, а его третий вход соединен с выходом блока 5 расчета весовой функции.The direction finder for implementing the claimed method (Fig. 1) contains antennas 1.0-1.N'-1 connected to the inputs 0-N'-1 of the radio receiving device 2, outputs 0-N-1 connected to the inputs of the same name of the azimuth determination unit 3 and the analyzer 4 angular spectrum. The inputs N-N'-1 of the angular spectrum analyzer 4 are connected to the outputs of the radio receiver 2 of the same name, and the input N 'is connected to the output of the azimuth determination unit 3, the output of which is connected to the input of the weight function calculation unit 5 and to the first input of the indicator 8. Converter 6 the angular spectrum, the minimum determining device 7 and the indicator 8 are connected in series. The first and second output of the angular spectrum analyzer 4 are respectively connected to the first and second input of the angular spectrum converter 6, and its third input is connected to the output of the weight function calculation unit 5.

Все антенны 1.0-1.N'-1 могут быть выполнены идентичными, всенаправленными в горизонтальной плоскости, например типа симметричный вибратор. Антенны 1.0-1.N-1 образуют кольцевую решетку (эквидистантную) с числом антенн в ней N>3. Для обеспечения в последующем однозначности фазовых измерений радиус ρ кольцевой решетки выбирают из условия непревышения расстояния между ближайшими антеннами 1.0-1.N-1 кольцевой решетки половины длины волны излучения. Кольцевую решетку ориентируют опорной 1.0 антенной на север. Фазовые центры антенн кольцевой решетки располагают в одной горизонтальной плоскости на высоте h над земной поверхностью, порядка единиц-десятков метров. Дополнительные антенны 1.N-1.N'-1 в количестве не менее двух устанавливают на нормали к плоскости решетки из ее центра, например, с постоянным шагом δh относительно плоскости антенной решетки на высоте Δhn, определяемой по формуле Δhn=δh-(n+1-N), где n=N, …, N'-1 порядковый номер дополнительной антенны, N, N' - число антенн кольцевой решетки и общее число антенн соответственно.All antennas 1.0-1.N'-1 can be made identical, omnidirectional in the horizontal plane, for example, a type of symmetrical vibrator. Antennas 1.0-1.N-1 form an annular array (equidistant) with the number of antennas N> 3 in it. To ensure further unambiguous phase measurements, the radius ρ of the annular array is selected from the condition that the distance between the nearest antennas 1.0-1.N-1 of the annular array of half the radiation wavelength does not exceed. The annular array is oriented by the reference antenna 1.0 to the north. The phase centers of the antennas of the annular array are located in one horizontal plane at a height h above the earth's surface, of the order of several tens of meters. Additional antennas 1.N-1.N'-1 in an amount of at least two are installed on the normal to the plane of the array from its center, for example, with a constant pitch δh relative to the plane of the antenna array at a height Δh n , determined by the formula Δh n = δh- (n + 1-N), where n = N, ..., N'-1 is the serial number of the additional antenna, N, N 'is the number of antennas of the ring array and the total number of antennas, respectively.

Радиоприемное устройство 2 многоканальное с числом каналов, равным общему числу антенн N', выполняет фильтрацию и синхронное преобразование принятых сигналов с цифровым измерением и представлением в виде комплексных амплитуд (квадратурных составляющих).A multi-channel radio receiver 2 with the number of channels equal to the total number of antennas N 'performs filtering and synchronous conversion of the received signals with digital measurement and presentation in the form of complex amplitudes (quadrature components).

Пеленгование воздушного объекта происходит следующим образом. Излучение бортового передатчика принимают антеннами 1.0-1.N'-1 и в радиоприемном устройстве 2 измеряют их комплексные амплитуды

Figure 00000014
, где
Figure 00000015
- мгновенные значения напряженности поля, ξn - шумы приема, n=0, …, N'-1.Direction finding of an air object is as follows. The radiation of the airborne transmitter is received by antennas 1.0-1.N'-1 and their complex amplitudes are measured in the radio receiver 2
Figure 00000014
where
Figure 00000015
- instantaneous field strengths, ξ n - receiving noise, n = 0, ..., N'-1.

В пункт пеленгования от бортового передатчика воздушного объекта приходит прямая и отраженная от земной поверхности волна. При этом согласно методу зеркального отображения мгновенные значения напряженности поля

Figure 00000016
, принимаемого антеннами радиопеленгатора, определяются соотношениемA direct and reflected wave from the earth's surface arrives at the direction-finding point from the onboard transmitter of the airborne object. Moreover, according to the method of mirror image instantaneous field strength
Figure 00000016
received by the direction finding antennas are determined by the ratio

Figure 00000017
Figure 00000017

где

Figure 00000018
,
Figure 00000019
- комплексная амплитуда напряженности поля прямого и отраженного сигнала в центре кольцевой решетки,
Figure 00000020
- диаграммы направленности антенн для прямого сигнала,
Figure 00000021
- то же, для отраженного сигнала, θ, β - азимут и угол места.Where
Figure 00000018
,
Figure 00000019
- the complex amplitude of the field strength of the direct and reflected signal in the center of the ring lattice,
Figure 00000020
- antenna patterns for the direct signal,
Figure 00000021
- the same for the reflected signal, θ, β - azimuth and elevation.

Отсчет положительных значений углов места β выполняют от линии, параллельной земной поверхности к зениту, азимута θ от опорной антенны (с порядковым номером n=0) в направлении по часовой стрелке.The positive values of elevation angles β are counted from a line parallel to the earth’s surface to the zenith, azimuth θ from the reference antenna (with serial number n = 0) in a clockwise direction.

Диаграммы направленности антенн в свободном пространстве определяются, соответственно для кольцевой решетки (n=0, …, N-1) и дополнительных антенн (n=N, …, N'-1), по формуламThe radiation patterns of antennas in free space are determined, respectively, for an annular array (n = 0, ..., N-1) and additional antennas (n = N, ..., N'-1), according to the formulas

Figure 00000022
Figure 00000023
Figure 00000022
Figure 00000023

где i - мнимая единица, k=2π/λ - волновое число, λ - длина волны излучения, α=2π/N - квант углового положения антенн кольцевой решетки, ρ - радиус кольцевой решетки, Δhn - высота расположения дополнительных антенн.where i is the imaginary unit, k = 2π / λ is the wave number, λ is the radiation wavelength, α = 2π / N is the quantum of the angular position of the antennas of the annular array, ρ is the radius of the annular array, Δh n is the height of the additional antennas.

Неизвестными параметрами являются азимут θ и угол места β объекта, а также, в силу неопределенности электрических параметров земной поверхности в области отражения, комплексные амплитуды лучей. Последующие действия над сигналами направлены на преодоление этой априорной неопределенности.The unknown parameters are the azimuth θ and elevation angle β of the object, and also, due to the uncertainty of the electrical parameters of the earth's surface in the reflection region, the complex amplitudes of the rays. Subsequent actions on the signals are aimed at overcoming this a priori uncertainty.

В блоке 3 определения азимута по результатам измерений комплексной амплитуды сигналов решетки, поступающим по входам 0-N-1 с одноименных выходов радиоприемного устройства 2, оценивают разности фаз Δφn между сигналами ближайших антенн кольцевой решетки по формуле:

Figure 00000024
, где
Figure 00000025
- аргумент комплексного числа, заключенного в скобки (фаза вектора),
Figure 00000026
- комплексная амплитуда принятого n-й антенной сигнала, звездочка * сверху и справа у
Figure 00000027
означает операцию ее комплексного сопряжения, ⊕ - операция сложения по модулю N, и рассчитывают азимут объектаIn block 3 of determining the azimuth from the results of measurements of the complex amplitude of the grating signals received at the inputs 0-N-1 from the same outputs of the radio receiving device 2, the phase differences Δφ n between the signals of the nearest antennas of the ring grating are estimated by the formula:
Figure 00000024
where
Figure 00000025
- argument of a complex number enclosed in brackets (vector phase),
Figure 00000026
- the complex amplitude of the received nth antenna signal, an asterisk * above and to the right of
Figure 00000027
means the operation of its complex conjugation, ⊕ is the addition operation modulo N, and the azimuth of the object is calculated

Figure 00000028
Figure 00000028

Оценивание пеленга по формуле (4) не требует выполнения двухмерного преобразования сигналов в угловой спектр, как осуществляется в ближайшем аналоге, что сокращает число операций обработки принятых сигналов, уменьшает время пеленгования и упрощает техническую реализацию заявленного способа.Assessment of the bearing by formula (4) does not require two-dimensional conversion of signals into the angular spectrum, as is done in the closest analogue, which reduces the number of processing operations of the received signals, reduces the time of direction finding, and simplifies the technical implementation of the claimed method.

В случае превышения расстояния между ближайшими антеннами кольцевой решетки половины длины волны излучения можно рекомендовать применение метода многошкальных измерений разностей фаз.If the distance between the nearest antennas of the annular array is half the wavelength of the radiation, the use of the method of multiscale measurements of phase differences can be recommended.

В анализаторе 4 углового спектра преобразуют принятые сигналы, поступающие по входам 0-N'-1 с одноименных выходов радиоприемного устройства 2, в угловой спектр. Это преобразование выполняют путем умножения принятых сигналов на комплексно сопряженные диаграммы направленности антенн [в соответствии с математическими выражениями (2), (3)] и усреднения результатов умножения по совокупности антенн в направлении полученного азимута [в соответствии с математическим выражением (4)] объекта, поступающего на вход N' анализатора 4 с выхода блока 3, по формулеIn the analyzer 4 of the angular spectrum convert the received signals arriving at the inputs 0-N'-1 from the same outputs of the radio receiving device 2, in the angular spectrum. This conversion is performed by multiplying the received signals by complex conjugate antenna patterns [in accordance with mathematical expressions (2), (3)] and averaging the results of multiplication over the set of antennas in the direction of the obtained azimuth [in accordance with the mathematical expression (4)] of the object, arriving at the input N 'of the analyzer 4 from the output of block 3, according to the formula

Figure 00000029
Figure 00000029

Преобразование (5) выполняют по возможным углам места объекта β прямого сигнала (луча) и отраженного сигнала (луча) -β, то есть для положительных и отрицательных углов места.Transformation (5) is performed at the possible elevation angles of the object β of the direct signal (beam) and the reflected signal (ray) -β, that is, for positive and negative elevation angles.

Результаты для положительных значений углов места

Figure 00000030
поступают на первый выход анализатора 4 углового спектра, а симметричные им для отрицательных значений
Figure 00000031
по второму выходу.Results for positive elevation
Figure 00000030
the angular spectrum analyzer 4 arrives at the first output of the analyzer, and symmetric them for negative values
Figure 00000031
on the second exit.

Одновременно в блоке 5 расчета определяют весовую функцию, также в направлении азимута (4) и по возможным углам места объекта:At the same time, in the calculation block 5, the weight function is determined, also in the azimuth direction (4) and at the possible elevation angles of the object:

Figure 00000032
Figure 00000032

Преобразование (6) аналогично операции (5), но входными величинами для него являются диаграммы направленности антенн в области положительных (прямой сигнал) и отрицательных (отраженный сигнал) значений угла места.Transformation (6) is similar to operation (5), but the input quantities for it are the radiation patterns of the antennas in the field of positive (direct signal) and negative (reflected signal) elevation values.

В преобразователе углового спектра 6 по результатам (5), (6) определяют угловой спектр второго порядка по формулеIn the Converter of the angular spectrum 6 according to the results of (5), (6) determine the angular spectrum of the second order by the formula

Figure 00000033
Figure 00000033

Угловой спектр второго порядка (7) отличается от углового спектра ближайшего аналога наличием второго слагаемого, в котором учитывается наличие как прямого, так и отраженного от земной поверхности сигнала.The second-order angular spectrum (7) differs from the angular spectrum of the closest analogue by the presence of the second term, which takes into account the presence of both a direct signal and a signal reflected from the earth's surface.

Типичный вид углового спектра второго порядка в соответствии с математическим выражением (7) показан на фиг.2 пунктирной линией с кружками. Для сравнения точками показан квадрат модуля углового спектра сигналов антенн решетки

Figure 00000034
в соответствии с выражением (5). Спектры нормированы на максимальное значение и получены для истинного угла места объекта, равного 2,8 градуса. Видно, что максимум углового спектра второго порядка F(β) находится в окрестности истинного значения угла места. Этот спектр сосредоточен в существенно меньшей области возможных углов места, чем квадрат модуля
Figure 00000035
углового спектра сигналов антенн кольцевой решетки, что повышает точность измерения истинного угла места
Figure 00000036
в присутствии шумов.A typical view of the angular spectrum of the second order in accordance with the mathematical expression (7) is shown in figure 2 by a dashed line with circles. For comparison, the dots show the square of the module of the angular spectrum of the signals of the array antennas
Figure 00000034
in accordance with the expression (5). The spectra are normalized to the maximum value and obtained for the true elevation angle of the object, equal to 2.8 degrees. It is seen that the maximum of the angular spectrum of the second order F (β) is in the vicinity of the true value of the elevation angle. This spectrum is concentrated in a significantly smaller region of possible elevation angles than the square of the module
Figure 00000035
the angular spectrum of the signals of the antennas of the annular array, which increases the accuracy of measuring the true elevation angle
Figure 00000036
in the presence of noise.

В устройстве определения максимума 7 определяют угол места объекта как положение максимума углового спектра второго порядка. Результаты определения пеленга θ (вход 1 индикатора 8) и истинного угла места

Figure 00000037
объекта (вход 2) отражаются на индикаторе 8.In the device for determining the maximum 7 determine the elevation angle of the object as the position of the maximum angular spectrum of the second order. The results of the determination of the bearing θ (input 1 of indicator 8) and the true elevation angle
Figure 00000037
object (input 2) are reflected in indicator 8.

Таким образом, как показано выше, удается достичь повышение точности измерения угла места объекта и сокращение времени пеленгования за счет упрощения обработки принятых сигналов.Thus, as shown above, it is possible to achieve an increase in the accuracy of measuring the elevation angle of the object and reduce the time of direction finding by simplifying the processing of the received signals.

Количественная оценка выполнена методом имитационного моделирования для следующих условий.Quantitative assessment was carried out by simulation method for the following conditions.

Исследовался радиопеленгатор, размещенный над морской поверхностью с относительной диэлектрической проницаемостью, равной 75, и удельной проводимостью 3 Ом/м и содержащий 3-элементную антенную решетку радиусом 0,25 м, поднятую на высоту 15 м, и две дополнительные антенны, установленные над плоскостью решетки на высоту 1 и 2 м. Задана предельная чувствительность пеленгования 2 мкВ/м. Высота воздушного объекта 1000 м, мощность передатчика 10 Вт, длина волны излучения 1 м. Моделирующая программа разработана в системе Mathcad.We studied a direction finder located above the sea surface with a relative permittivity of 75 and a conductivity of 3 Ohm / m and containing a 3-element antenna array with a radius of 0.25 m raised to a height of 15 m and two additional antennas mounted above the plane of the array to a height of 1 and 2 m. The maximum sensitivity of direction finding is set to 2 μV / m. The height of the airborne object is 1000 m, the transmitter power is 10 W, the radiation wavelength is 1 m. The simulation program is developed in the Mathcad system.

Результаты моделирования показаны на фиг.3, 4 в виде зависимости измеренных углов места

Figure 00000038
и погрешности измерений Δβ от дальности d до объекта для ближайшего аналога кружками, а для заявленного способа решения - точками. Истинные значения угла места указаны на фиг.3 тонкой сплошной линией.The simulation results are shown in figure 3, 4 in the form of the dependence of the measured elevation angles
Figure 00000038
and measurement errors Δβ from the range d to the object for the nearest analogue circles, and for the claimed method of solution - points. The true elevation values are indicated in FIG. 3 by a thin solid line.

Видно, что погрешности измерений в предлагаемом способе на расстоянии до объекта, большем 1 км, примерно на порядок меньше и не превышают по модулю одного градуса на дальности до 100 км. Максимальное значение дальности для ближайшего аналога при указанном уровне погрешности ограничено величиной порядка 15 км. Повышение точности измерения угла места предлагаемым способом позволяет упростить, сделать более надежным и безопасным сопровождение воздушного судна на необорудованные навигационными установками аэродромы или, например, буровые площадки, строительные объекты, сельскохозяйственные угодья и т.п.It can be seen that the measurement errors in the proposed method at a distance to the object greater than 1 km are approximately an order of magnitude smaller and do not exceed one degree in absolute value at a distance of up to 100 km. The maximum value of the range for the closest analogue at the specified level of error is limited to about 15 km. Improving the accuracy of measuring the elevation angle of the proposed method allows you to simplify, make more reliable and safe escort of the aircraft to non-equipped navigation installations airfields or, for example, drilling sites, construction sites, agricultural land, etc.

Наиболее успешно заявленный способ двухмерного пеленгования воздушного объекта промышленно применим для пеленгации летательных средств (самолетов, вертолетов, дирижаблей) с высокой точностью в сложной радиоэлектронной обстановке.The most successfully claimed method of two-dimensional direction finding of an air object is industrially applicable for direction finding of aircraft (airplanes, helicopters, airships) with high accuracy in a complex electronic environment.

Claims (2)

1. Способ двухмерного пеленгования воздушного объекта, заключающийся в том, что принимают сигналы передатчика объекта с помощью антенн, образующих кольцевую решетку, расположенную параллельно земной поверхности, измеряют по принятым сигналам азимут объекта, преобразуют принятые сигналы в угловой спектр по углам места, отличающийся тем, что принимают сигналы, по меньшей мере, двумя дополнительными антеннами, расположенными на центральной оси кольцевой решетки ортогонально ее плоскости, преобразуют принятые сигналы в угловой спектр по углам места прямого и отраженного от земной поверхности луча в направлении измеренного азимута объекта, угловой спектр преобразуют в угловой спектр второго порядка, а угол места объекта определяют из однопараметрической максимизации углового спектра второго порядка, который получают путем учета как прямого, так и отраженного от земной поверхности луча, а также количества используемых антенн, их комплексных диаграмм направленности и комплексных амплитуд принятых антеннами сигналов.1. The method of two-dimensional direction finding of an airborne object, which consists in receiving signals from the transmitter of the object using antennas forming an annular array parallel to the earth’s surface, measuring the azimuth of the object from the received signals, converting the received signals into an angular spectrum at elevation angles, characterized in that they receive signals by at least two additional antennas located on the central axis of the annular array orthogonal to its plane, convert the received signals into an angular spectrum along In terms of the direct and reflected beam from the earth’s surface in the direction of the measured azimuth of the object, the angular spectrum is converted into a second-order angular spectrum, and the object’s elevation angle is determined from the one-parameter maximization of the second-order angular spectrum, which is obtained by taking into account both direct and reflected from the earth’s surface beam, as well as the number of antennas used, their complex radiation patterns and complex amplitudes of the signals received by the antennas. 2. Способ двухмерного пеленгования воздушного объекта по п.1, отличающийся тем, что угловой спектр второго порядка получают
по формуле преобразования
Figure 00000039

где
Figure 00000040
,
Figure 00000041
- угловой спектр принятых сигналов в направлении измеренного азимута объекта по углам места β прямого и отраженного -β от земной поверхности луча,
Figure 00000042
N′ - общее число антенн, n - порядковый номер антенны,
Figure 00000043
,
Figure 00000044
- соответственно комплексная амплитуда принятого n-й антенной сигнала и ее комплексная диаграмма направленности в направлении измеренного азимута
Figure 00000045
объекта, звездочка * сверху и справа от величины означает операцию ее комплексного сопряжения,
Figure 00000009
- весовая функция.
2. The method of two-dimensional direction finding of an air object according to claim 1, characterized in that the second-order angular spectrum is obtained
by conversion formula
Figure 00000039

Where
Figure 00000040
,
Figure 00000041
- the angular spectrum of the received signals in the direction of the measured azimuth of the object at the elevation angles β of the direct and reflected β from the earth's surface of the beam,
Figure 00000042
N ′ is the total number of antennas, n is the serial number of the antenna,
Figure 00000043
,
Figure 00000044
- respectively, the complex amplitude of the received nth antenna signal and its complex radiation pattern in the direction of the measured azimuth
Figure 00000045
object, an asterisk * above and to the right of the value means the operation of its complex conjugation,
Figure 00000009
- weight function.
RU2013146414/07A 2013-10-18 2013-10-18 Method of two-dimensional direction finding of air object RU2535174C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013146414/07A RU2535174C1 (en) 2013-10-18 2013-10-18 Method of two-dimensional direction finding of air object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013146414/07A RU2535174C1 (en) 2013-10-18 2013-10-18 Method of two-dimensional direction finding of air object

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2535174C1 true RU2535174C1 (en) 2014-12-10

Family

ID=53285838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013146414/07A RU2535174C1 (en) 2013-10-18 2013-10-18 Method of two-dimensional direction finding of air object

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2535174C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2620130C1 (en) * 2016-03-28 2017-05-23 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method of amplitude two-dimensional direction-finding bearing
RU2696095C1 (en) * 2019-02-20 2019-07-31 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Method for two-dimensional monopulse direction finding of radio emission sources
RU2711341C1 (en) * 2018-12-26 2020-01-16 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Two-dimensional direction finding method

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4626859A (en) * 1983-10-07 1986-12-02 Racal Research Limited Direction finding systems
WO2000039601A1 (en) * 1998-08-04 2000-07-06 Raytheon Company Compensation of direction finding estimates for polarimetric errors
RU2431864C1 (en) * 2010-07-29 2011-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь" (ФГУП "ГКБ "Связь") Detection and direction finding method of air objects
RU2444754C1 (en) * 2010-07-29 2012-03-10 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (ОАО "КБ "Связь") Method for detection and spatial localisation of air objects
RU2452974C1 (en) * 2011-03-03 2012-06-10 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method of determining angular spectrum
RU2472176C1 (en) * 2011-06-24 2013-01-10 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (ОАО "КБ"Связь") Method for passive detection of air objects

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4626859A (en) * 1983-10-07 1986-12-02 Racal Research Limited Direction finding systems
WO2000039601A1 (en) * 1998-08-04 2000-07-06 Raytheon Company Compensation of direction finding estimates for polarimetric errors
RU2431864C1 (en) * 2010-07-29 2011-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь" (ФГУП "ГКБ "Связь") Detection and direction finding method of air objects
RU2444754C1 (en) * 2010-07-29 2012-03-10 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (ОАО "КБ "Связь") Method for detection and spatial localisation of air objects
RU2452974C1 (en) * 2011-03-03 2012-06-10 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method of determining angular spectrum
RU2472176C1 (en) * 2011-06-24 2013-01-10 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (ОАО "КБ"Связь") Method for passive detection of air objects

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
САИДОВ А.С. и др. Проектирование фазовых автоматических пеленгаторов. Москва, "Радио и связь", 1997, глава 11, с. 47-48. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2620130C1 (en) * 2016-03-28 2017-05-23 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method of amplitude two-dimensional direction-finding bearing
RU2711341C1 (en) * 2018-12-26 2020-01-16 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Two-dimensional direction finding method
RU2696095C1 (en) * 2019-02-20 2019-07-31 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Method for two-dimensional monopulse direction finding of radio emission sources

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2732505C1 (en) Method for detection and azimuth direction finding of ground-based radio-frequency sources from a flight-lifting means
RU2696095C1 (en) Method for two-dimensional monopulse direction finding of radio emission sources
RU2535174C1 (en) Method of two-dimensional direction finding of air object
CN103487798A (en) Method for measuring height of phase array radar
RU2711400C1 (en) Method of determining the emitter or direction-finding antennas above the earth's surface
RU2714502C1 (en) Method of determining coordinates of a radio-frequency source from an aircraft board using a tri-orthogonal antenna system
CN103257340A (en) Method for calibrating amplitude consistency of a plurality of ground receivers with radar satellite
Wu et al. Comparison of the observation capability of an X-band phased-array radar with an X-band Doppler radar and S-band operational radar
RU2567850C1 (en) Aerial object direction finding method
RU2711341C1 (en) Two-dimensional direction finding method
Parsons et al. Off-nadir radar altimetry
RU2572357C1 (en) Method of forming three-dimensional image of earth's surface in on-board four-channel doppler radar set
RU2602274C1 (en) Radar method and device for remote measurement of full velocity vector of meteorological object
US5812091A (en) Radio interferometric antenna for angle coding
Tsai et al. HF Radio Angle-of-Arrival Measurements and Ionosonde Positioning.
RU2527943C1 (en) Method of processing signals during multichannel phase-based direction-finding of short-wave radio sources
RU2620130C1 (en) Method of amplitude two-dimensional direction-finding bearing
RU2686113C1 (en) Method of amplitude two-dimensional direction-finding
Ross Fundamental problems in radio direction-finding at high frequencies (3–30 Mc/s)
RU2449312C1 (en) Panoramic radar method of determining parameters of state of ocean surface layer from satellite
RU2405166C2 (en) Method for determining location of transmitter with portable position finder
US3406397A (en) Satellite angle and altitude measuring system
Tsutsumi et al. Advanced SuperDARN meteor wind observations based on raw time series analysis technique
RU2659821C1 (en) Aircraft ground speed and the crab angle measuring device
RU2662803C1 (en) Aircraft ground speed and the crab angle measuring method

Legal Events

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

Effective date: 20171019