RU2568430C1 - Способ радиолокационного зондирования пространства - Google Patents
Способ радиолокационного зондирования пространства Download PDFInfo
- Publication number
- RU2568430C1 RU2568430C1 RU2014125921/07A RU2014125921A RU2568430C1 RU 2568430 C1 RU2568430 C1 RU 2568430C1 RU 2014125921/07 A RU2014125921/07 A RU 2014125921/07A RU 2014125921 A RU2014125921 A RU 2014125921A RU 2568430 C1 RU2568430 C1 RU 2568430C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- elements
- signals
- frequency
- signal
- coherent
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к радиотехнике, преимущественно к радиолокации, в частности может быть использовано для зондирования квазимонохроматическими и дискретно-частотными сигналами стационарных, линейно рассеивающих электромагнитные волны объектов. Достигаемый технический результат - повышение разрешающей способности радиолокационной станции (РЛС) по дальности за счет когерентной обработки сигналов разной частоты при сохранении потребляемой энергии, энергопотенциала и простоты конструкции РЛС. Указанный результат достигается за счет того, что способ радиолокационного зондирования пространства заключается в излучении N элементами передающей решетки сигналов с произвольными амплитудой A0n и фазой φ0n, их приеме М элементами приемной решетки, при этом М=N, и когерентном их сложении, причем излучают сигнал n-м элементам передающей решетки на частоте fn=f0+nΔf, где n=1, …, N; f0 - минимальная частота; Δf - шаг по частоте, а когерентное сложение осуществляют в соответствии с формулой
где Sm - результат когерентного сложения выходных сигналов элементов приемной решетки; A0nm, φ0nm - зарегистрированные амплитуда и фаза сигнала на выходе m-го элемента приемной решетки; kn - волновое число; c - скорость света. 1 ил.
Description
Изобретение относится к радиотехнике, преимущественно к радиолокации, в частности может быть использовано для зондирования квазимонохроматическими и дискретно-частотными сигналами стационарных, линейно рассеивающих электромагнитные волны объектов.
Известен способ зондирования пространства когерентными сигналами, одновременно излучаемыми N элементами передающей решетки элементами для обеспечения когерентного их сложения в различных точках зондируемого пространства. Он реализован, в частности, в радиолокационных системах (РЛС) с передающими фазированными антенными решетками (ФАР) (см., например, Активные фазированные антенные решетки./Под ред. Д.И. Воскресенского, А.И. Канащенкова, М.: «Радиотехника», 2004 г.; Д.И. Воскресенский. Антенны с обработкой сигнала. Сайнс-Пресс, 2002 г.; Синани А.И., Алексеев О.С., Винярский В.Ф. Антенны, вып. 2 (93), 2005, с. 64-68).
В указанных способах осуществляется зондирование пространства одновременно излученными когерентными сигналами с требуемыми амплитудой и фазой, излучаемыми N элементами передающей решетки и прием отраженных сигналов.
Основным недостатком указанных аналогов является низкая скрытность при осуществлении зондирования пространства и объектов противоборствующей стороны, которая необходима при обнаружении, распознавании и т.д., в первую очередь, объектов военного назначения в условиях информационного конфликта. Это связано с тем, что при его осуществлении на объекте зондирования за счет когерентного сложения одновременно излучаемых сигналов формируется высокая плотность потока мощности облучения, что делает работу РЛС весьма заметной. Так, при равенстве амплитуд сигналов результирующая плотность потока мощности облучения (А2) N элементами в точке их когерентного сложения в N2 больше плотности потока мощности облучения (а2), приходящего от отдельного N элемента, то есть
Кроме того, реализация существующего способа связана со значительными трудностями, так как требует наличия большого числа управляемых фазосдвигающих устройств, управляемых линий задержки и др.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ зондирования пространства когерентными сигналами, излучаемыми N элементами, основанный на определении требуемых амплитуд An и фаз φn излучаемых сигналов в каждом n-м элементе передающей решетки (n=1, …, N) для обеспечения когерентного сложения сигналов в заданной области пространства, когерентном приеме отраженных сигналов каждым m-n приемником с регистрацией амплитуды и фазы (см. патент РФ №2483321, G01S 5/02, G01S 13/02. «Способ зондирования пространства когерентными сигналами». Понькин В.А., Иванкин А.В., Иванкин Е.Ф.).
Основным недостатком прототипа является низкая разрешающая способность системы по дальности, которая необходима при обнаружении и распознавании, в первую очередь, объектов военного назначения в условиях информационного конфликта. Это связано с использованием зондирующих сигналов одной частоты, что не позволяет добиться максимальной разрешающей способности по дальности.
Техническим результатом данного изобретения является повышение разрешающей способности системы по дальности за счет когерентной обработки сигналов разной частоты при сохранении потребляемой энергии, энергопотенциала и простоты конструкции РЛС.
Указанный результат достигается тем, что в способе радиолокационного зондирования пространства, заключающимся в излучении N элементами передающей решетки сигналов, с произвольными амплитудой A0n и фазой φ0n, их приеме М элементами приемной решетки, при этом М=N и когерентном их сложении, отличающийся тем, что излучают сигнал n-м элементам передающей решетки на частоте fn=f0+nΔf, где n=1, …, N, f0 - минимальная частота, Δf - шаг по частоте, а когерентное сложение осуществляют в соответствии с формулой
где Sm - результат когерентного сложения выходных сигналов элементов приемной решетки; A0nm, φ0nm - зарегистрированные амплитуда и фаза сигнала на выходе m-го элемента приемной решетки; kn - волновое число; c - скорость света.
Сущность предлагаемого способа состоит в следующем. В соответствии с линейностью известных уравнений Максвелла, описывающих электромагнитные явления в произвольных средах и в вакууме, будем считать, что процесс радиолокационного наблюдения, включающий излучение сигнала N элементами, его распространение, взаимодействие с объектами наблюдения, распространение рассеянного излучения и его прием в некотором пункте является линейным. Это означает, что излучаемый сигнал S и принятый сигнал Y в приемнике связаны между собой линейным оператором L
Важным для осуществления заявляемого способа является свойство линейных операторов, которое состоит в том, что если входное воздействие можно представить в виде весовой суммы
, где αn - постоянные, в общем случае комплексные числа, то выходной сигнал можно также представить в виде суммы с теми же коэффициентами
, где Ynm - выходной сигнал в m-м приемнике при воздействии Sn сигналом, излученным n-м элементом передающей решетки.
В заявляемом способе предусматривается зондирование пространства сигналами отдельных N элементов, поэтому Ynm в m-м приемнике для каждого входного сигнала определяется экспериментально. При этом произвольные амплитуда A0n, фаза φ0n на различных частотах fn в каждом N элементе не препятствуют восстановлению Ynm, поскольку их установка эквивалентна умножению зондирующего сигнала на комплексный коэффициент
, а устранение их влияния достигается нормированием зарегистрированного при этом выходного сигнала Y0nm путем деления на коэффициент α0n. После этого нормированные отклики
можно суммировать с требуемыми для фазирования амплитудами An, фазами φn и волнового числа kn, описав их действие коэффициентом
. Таким образом приходим к формуле
Для реализации вычислительного процесса важной является операция когерентного приема, обеспечивающая в случае использования квазимонохроматического (дискретно-частотного) зондирующего сигнала полное извлечение радиолокационной информации об объекте наблюдения при регистрации амплитуды и фазы. Это позволяет представить выходные сигналы в виде комплексных чисел
с которыми свободно оперирует современная вычислительная техника.
С учетом (1) и (2) можно перейти к заявляемому алгоритму обработки, указанному в формуле изобретения
Таким образом, введение новых по сравнению с прототипом операций, заключающихся в том, что зондирование производится сигналами, излучаемыми отдельными N элементами, с произвольными амплитудой A0n, фазой φ0n на различной частоте fn и когерентном сложении результатов зондирования в каждом m-м приемном пункте, в соответствии с формулой (3), позволяет увеличить ширину спектра, за счет разницы частот во всех N элементах, что является основой увеличения разрешающей способности по дальности всей системы.
Кроме заявленного способа излучения сигналов разной частоты, также можно использовать вместо простых сигналов - сложные, такие как, например, сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ-сигналы) или бинарные, использующие две градации фазы, фазоманипулированные сигналы. Но при этом наличие у сложных сигналов внутриимпульсной модуляции приводит к тому, что их генерация и обработка при приеме сложнее, чем для простых сигналов. Поэтому, при сохранении энергопотенциала и простоты конструкции РЛС, реальное увеличение разрешающей способности системы при использовании множества простых сигналов различной частоты равно
Δr=с/ΔF,
где Δr - разрешающая способность по дальности; c - скорость света; ΔF - общая ширина спектра сигналов.
С другой стороны, технический эффект явным образом не следует из общих принципов зондирования пространства когерентными сигналами и может быть достигнут только при проведении предложенной в изобретении последовательности действий.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, идентичных всем признакам заявляемого технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».
Заявляемое техническое решение промышленно применимо, так как может использоваться в радиолокации и для его реализации могут быть пригодны стандартное оборудование и приборы.
На чертеже представлен вариант структурной схемы устройства, реализующего способ зондирования пространства радиолокационными сигналами разной частоты, излучаемыми N элементами, где используются следующие обозначения:
1 - генератор зондирующих сигналов (ГЗС);
2 - переключатель частоты;
3 - переключатель;
4.1,…,4N - элементы передающей решетки (ЭПР);
5 - зондируемое пространство;
6 - m-й приемник;
7 - ответвитель;
8 - вычислительное устройство.
Устройство содержит генератор зондирующих сигналов (ГЗС) 1, частота на котором регулируется переключателем частоты 2, выход ГЗС 1 соединен со входом переключателя 3 элементов передающей решетки (N элементы) 4.1…4.N, также переключатель 3 соединен с переключателем частоты 2, передающий значение текущей частоты. Апертуры N элементов 4.1…4.N направлены в сторону зондируемого пространства 5, в область которого ориентирован m-й приемник 6, который через ответвитель 7 соединен с выходом ГЗС 1, а выход m-го приемника 6 подключен к вычислительному устройству 8. Выход вычислительного устройства 8 является выходом устройства, реализующего заявленный способ зондирования. Принцип работы переключателя частоты заключается в изменении частот зондирующих сигналов на заданный Δf и передачи значений частот на переключатель 3 и через ГЗС 1 и ответвитель 7 на m-й приемник 6.
Устройство, реализующее заявленный способ, работает следующим образом.
ГЗС 1 формирует когерентный сигнал заданной переключателем частоты 2, который поступает на вход переключателя 3. Переключатель 3 последовательно подает сигнал на входы N элементов 4.1…4.N, которые облучают зондирующее пространство 5 сигналами с произвольно сформировавшимися в процессе их излучения амплитудой A0n, фазой φ0n и различной частотой fn. Сигнал, отраженный от зондируемого пространства 5, поступает на вход m-го приемника 6, в котором с использованием опорного сигнала, поступающего от ГЗС 1, через ответвитель 6 осуществляются когерентный прием и измерение амплитуды A0nm, и фазы φ0nm принятого сигнала, значения которых поступают в вычислительное устройство 8. В вычислительном устройстве 8 осуществляется нормирование сигнала в виде
с учетом излучаемых амплитуд A0n, фаз φ0n и частоты fn и когерентное сложение нормированных сигналов в соответствии с выражением (3).
Оценку технического результата заявляемого способа (повышение разрешающей способности по дальности системы) можно провести на основе следующих рассуждений.
В прототипе при одновременном излучении когерентных сигналов N элементов их частота является постоянной, из чего следует, что ширина спектра (ΔF) постоянна и ограничена выбранной частотой, что существенно влияет на разрешающую способность по дальности всей системы в целом
В заявляемом способе ЗП последовательно облучается сигналами разной частоты отдельных N элементов. В этой связи технический результат данного изобретения казалось бы очевиден и обеспечивал бы разрешающую способность, равную
Δr=с/ΔF,
где Δr - разрешающая способность по дальности; c - скорость света; ΔF - общая ширина спектра сигналов. В прототипе же разрешающая способность определялась исходя из частоты сигнала.
Таким образом заявляемый способ обеспечивает достижение существенного технического эффекта, а практическая реализация способа может быть осуществлена на базе более простых технических средств с соответствующим изменением алгоритмов и программ обработки результатов измерений.
Claims (1)
- Способ радиолокационного зондирования пространства, заключающийся в излучении N элементами передающей решетки сигналов, с произвольными амплитудой A0n и фазой φ0n, их приеме M элементами приемной решетки, при этом M=N, и когерентном их сложении, отличающийся тем, что излучают сигнал n-м элементам передающей решетки на частоте fn=f0+nΔf, где n=1, …, N; f0 - минимальная частота; Δf - шаг по частоте, а когерентное сложение осуществляют в соответствии с формулой
где Sm - результат когерентного сложения выходных сигналов элементов приемной решетки; A0nm, φ0nm - зарегистрированные амплитуда и фаза сигнала на выходе m-го элемента приемной решетки; kn - волновое число; c - скорость света.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014125921/07A RU2568430C1 (ru) | 2014-06-26 | 2014-06-26 | Способ радиолокационного зондирования пространства |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014125921/07A RU2568430C1 (ru) | 2014-06-26 | 2014-06-26 | Способ радиолокационного зондирования пространства |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2568430C1 true RU2568430C1 (ru) | 2015-11-20 |
Family
ID=54597970
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014125921/07A RU2568430C1 (ru) | 2014-06-26 | 2014-06-26 | Способ радиолокационного зондирования пространства |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2568430C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109164440A (zh) * | 2018-09-30 | 2019-01-08 | 厦门大学 | 一种多频雷达测距的方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5122805A (en) * | 1991-02-06 | 1992-06-16 | Radian Corporation | Radio acoustic sounding system for remotely determining atmospheric temperature profiles |
RU2348945C1 (ru) * | 2007-07-03 | 2009-03-10 | ОАО "Радиоавионика" | Способ повышения разрешающей способности радиолокационного сверхширокополосного зондирования |
RU81812U1 (ru) * | 2008-11-14 | 2009-03-27 | Андрей Владимирович Володин | Устройство для радиолокационного зондирования подповерхностного пространства |
US20100225529A1 (en) * | 2009-03-05 | 2010-09-09 | Southwest Research Institute | Unswitched, ultra low power, long range radar system |
RU2408032C2 (ru) * | 2009-03-16 | 2010-12-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "Научно-исследовательский институт дальней радиосвязи" (ОАО НПК НИИДАР) | Способ зондирования контролируемого пространства радиолокационной системой с фазированной антенной решеткой |
RU2483321C2 (ru) * | 2010-01-27 | 2013-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "РосЭнергоПроект" | Способ зондирования пространства когерентными сигналами |
JP5336292B2 (ja) * | 2009-08-04 | 2013-11-06 | 日本無線株式会社 | レーダ波浪解析装置 |
-
2014
- 2014-06-26 RU RU2014125921/07A patent/RU2568430C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5122805A (en) * | 1991-02-06 | 1992-06-16 | Radian Corporation | Radio acoustic sounding system for remotely determining atmospheric temperature profiles |
RU2348945C1 (ru) * | 2007-07-03 | 2009-03-10 | ОАО "Радиоавионика" | Способ повышения разрешающей способности радиолокационного сверхширокополосного зондирования |
RU81812U1 (ru) * | 2008-11-14 | 2009-03-27 | Андрей Владимирович Володин | Устройство для радиолокационного зондирования подповерхностного пространства |
US20100225529A1 (en) * | 2009-03-05 | 2010-09-09 | Southwest Research Institute | Unswitched, ultra low power, long range radar system |
RU2408032C2 (ru) * | 2009-03-16 | 2010-12-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "Научно-исследовательский институт дальней радиосвязи" (ОАО НПК НИИДАР) | Способ зондирования контролируемого пространства радиолокационной системой с фазированной антенной решеткой |
JP5336292B2 (ja) * | 2009-08-04 | 2013-11-06 | 日本無線株式会社 | レーダ波浪解析装置 |
RU2483321C2 (ru) * | 2010-01-27 | 2013-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "РосЭнергоПроект" | Способ зондирования пространства когерентными сигналами |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109164440A (zh) * | 2018-09-30 | 2019-01-08 | 厦门大学 | 一种多频雷达测距的方法 |
CN109164440B (zh) * | 2018-09-30 | 2021-08-20 | 厦门大学 | 一种多频雷达测距的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9070972B2 (en) | Wideband beam forming device; wideband beam steering device and corresponding methods | |
Gaikovich et al. | Pseudopulse near-field subsurface tomography | |
US10018714B2 (en) | Two-dimensional RF harmonic imaging system and algorithm | |
US20190187266A1 (en) | Object detection apparatus and object detection method | |
US10948580B2 (en) | Object sensing device and object sensing method | |
US10983209B2 (en) | Accurate signal compensations for UWB radar imaging in dispersive medium | |
Vierinen et al. | High latitude artificial periodic irregularity observations with the upgraded EISCAT heating facility | |
Costanzo et al. | Low-cost radars integrated into a landslide early warning system | |
RU2568430C1 (ru) | Способ радиолокационного зондирования пространства | |
Liubchyk et al. | Application of the multi-frequency phase method of ranging to many objects for construction of ground penetrating radar | |
RU2483321C2 (ru) | Способ зондирования пространства когерентными сигналами | |
US10436895B2 (en) | Phase confocal method for near-field microwave imaging | |
Vincent et al. | An alternate antenna array geometry for a GB-SAR system used in landslide monitoring | |
JP5925264B2 (ja) | レーダ装置 | |
RU2614035C1 (ru) | Одноэтапный метод пеленгования источников излучения в дкмв диапазоне с применением фазированной антенной решетки, состоящей из взаимно ортогональных симметричных горизонтальных вибраторов | |
RU2567214C1 (ru) | Многочастотная антенная решетка с цифровой обработкой сигналов для определения координат радиолокационной цели | |
RU2530542C1 (ru) | Способ и устройство измерения угловой высоты объекта поиска в обзорных нелинейных радиолокаторах | |
RU2634735C1 (ru) | Способ определения амплитудно-фазового распределения в раскрыве фазированной антенной решетки | |
Lin et al. | Human tracking using a two-element antenna array | |
Gorbunova et al. | Parametric reconstruction of stochastic EMI sources based on two-point planar near-field scanning | |
Kulpa et al. | Pseudo-noise waveform design minimizing range and Doppler masking effect | |
RU2581898C1 (ru) | Способ измерения угловых координат цели | |
Monte et al. | Direct-path mitigation for underground imaging in RF tomography | |
RU2498339C1 (ru) | Способ активной радиолокации | |
RU2533789C1 (ru) | Способ определения поляризационных характеристик среды распространения высокочастотных сигналов |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170627 |