RU2610833C1 - Space scanning method - Google Patents

Space scanning method Download PDF

Info

Publication number
RU2610833C1
RU2610833C1 RU2015146330A RU2015146330A RU2610833C1 RU 2610833 C1 RU2610833 C1 RU 2610833C1 RU 2015146330 A RU2015146330 A RU 2015146330A RU 2015146330 A RU2015146330 A RU 2015146330A RU 2610833 C1 RU2610833 C1 RU 2610833C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
receiving
radiation pattern
digital
elevation
objects
Prior art date
Application number
RU2015146330A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Владимирович Задорожный
Александр Юрьевич Ларин
Алексей Владимирович Литвинов
Иван Степанович Омельчук
Андрей Сергеевич Помысов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС")
Priority to RU2015146330A priority Critical patent/RU2610833C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2610833C1 publication Critical patent/RU2610833C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/56—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds for presence detection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radars.
SUBSTANCE: invention relates to radar ranging and intended for construction of surveillance radar stations with digital antenna arrays. According to method in each beam pattern bearing position in transmission mode digital antenna array generates radial transmitting beam pattern in elevation plane, in receiving mode received reflected signals from antenna elements outputs are presented in form of digital readings, of which through weighted summation receiving directivity diagram multi-beam in elevation plane with needle-shaped beams is generated, wherein adjacent beams are overlapped by level of half-power, at objects detection, measurement of their range and elevation coordinates single-pulse signal processing method of each of adjacent pairs of receiving beams is used, wherein detected objects bearing coordinate is directivity pattern current bearing position.
EFFECT: achieved technical result is reduction of scanning time and increasing accuracy of objects coordinates measuring.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокационной технике, а именно к способам обзора пространства, и предназначено для использования в радиолокационных системах (РЛС) с цифровыми антенными решетками (ЦАР).The invention relates to radar technology, and in particular to methods of viewing space, and is intended for use in radar systems (radar) with digital antenna arrays (CAR).

Известен способ обзора пространства [1 - стр. 39 - Обработка сигналов в многоканальных РЛС / Под ред. А.П. Лукошкина. М.: Радио и связь. 1983. - 328 с.] путем параллельного обзора по всем измеряемым координатам с помощью многолучевой РЛС, при этом формируются перекрывающиеся лучи диаграммы направленности (ДН), охватывающие всю зону обзора.A known method of reviewing the space [1 - p. 39 - Signal processing in multi-channel radar / Ed. A.P. Lukoshkina. M .: Radio and communication. 1983. - 328 p.] By means of a parallel survey over all measured coordinates using a multi-beam radar, and overlapping radiation patterns (DF) are formed, covering the entire viewing area.

Недостатками известного способа являются избыточные ресурсы, которые требуются для формирования параллельных лучей по всем измеряемым координатам.The disadvantages of this method are the excess resources that are required for the formation of parallel rays along all measured coordinates.

Известен способ обзора пространства [2 - стр. 233 - Белоцерковский Г.Б. Основы радиолокации и радиолокационные устройства. М.: Сов. радио. 1975 - 336 с.], в котором формируется многолучевая ДН в угломестной плоскости за счет облучения зеркальной антенны несколькими излучателями (рупорами), при этом линейка излучателей расположена в угломестной плоскости и зафиксирована относительно оси зеркала, каждый излучатель соединен со своим приемопередатчиком отдельным фидером и формирует парциальный луч на своей несущей частоте. Прием отраженных сигналов каждым излучателем также осуществляется на своей частоте. Сканирование по азимуту осуществляется механическим вращением антенны.A known method of reviewing space [2 - p. 233 - Belotserkovsky GB Basics of radar and radar devices. M .: Sov. radio. 1975 - 336 S.], in which a multipath beam is formed in the elevation plane due to the irradiation of the mirror antenna by several emitters (horns), while the line of emitters is located in the elevation plane and is fixed relative to the mirror axis, each emitter is connected to its transceiver by a separate feeder and forms partial beam at its carrier frequency. The reception of reflected signals by each emitter is also carried out at its own frequency. Azimuth scanning is performed by mechanical rotation of the antenna.

Недостатками известного способа обзора пространства являются:The disadvantages of this method of viewing space are:

- низкий кпд передающей части устройства за счет больших потерь излучаемого и принимаемого сигнала в фидерах, соединяющих излучатели (рупоры) и приемопередающие каналы, поскольку они значительно разнесены в пространстве;- low efficiency of the transmitting part of the device due to the large losses of the emitted and received signal in the feeders connecting the emitters (horns) and transceiver channels, since they are significantly spaced in space;

- недостаточно высокая надежность, поскольку при выходе из строя одного приемопередатчика обзор пространства становится невозможен в том секторе угломестного обзора, который обеспечивал этот приемопередатчик.- insufficiently high reliability, since in case of failure of one transceiver, a review of the space becomes impossible in the sector of elevation viewing, which this transceiver provided.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ обзора пространства [3 - Способ обзора пространства и сопровождения объектов поверхности при маловысотном полете - Патент РФ 2211459, опубл. 27.08.2003], взятый за прототип, заключающийся в том, что обнаружение объектов включает последовательную обработку данных в дискретном времени с привязкой к каждому текущему такту tn обработки, полученных при обзоре пространства с использованием веерной диаграммы направленности и занимающей М положений по горизонтали и диаграммы направленности с игольчатой формой, зондирующей отдельные выбранные участки зоны обзора с малым периодом обзора, при этом обе диаграммы направленности формируются одной антенной системой с электронным управлением лучом.Closest to the technical nature of the invention is a method of reviewing space [3 - Method for reviewing space and tracking surface objects during low-altitude flight - Patent RF 2211459, publ. 08/27/2003], taken as a prototype, which consists in the fact that the detection of objects includes sequential processing of data in discrete time with reference to each current measure t n of the processing obtained by reviewing the space using a fan radiation pattern and occupying M horizontal positions and diagrams directivity with a needle shape probing individual selected portions of the viewing area with a short viewing period, while both radiation patterns are formed by a single antenna system with electronic control beam.

К недостаткам прототипа следует отнести:The disadvantages of the prototype include:

- большое время обзора, так как измерение координат объекта выполняется в два этапа: вначале используется веерная ДН в режиме приема и передачи, при этом производится грубое измерение координат объекта, а для уточнения координат дополнительно используется ДН с игольчатой формой, что значительно удлиняет время обзора при увеличении числа объектов;- a long survey time, since the measurement of the object’s coordinates is carried out in two stages: first, a fan beam in the receiving and transmitting mode is used, while a rough measurement of the object’s coordinates is performed, and to clarify the coordinates, a beam with a needle shape is additionally used, which significantly lengthens the viewing time when increasing the number of objects;

- недостаточную точность измерения координат объекта, поскольку для измерения используется единственная ДН с игольчатой формой, и метод максимума [2 - стр. 87].- insufficient accuracy of measuring the coordinates of the object, because the measurement uses the only MD with a needle shape, and the maximum method [2 - p. 87].

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является уменьшение времени обзора и повышение точности измерения координат объектов.The task to which the invention is directed is to reduce the viewing time and improve the accuracy of measuring the coordinates of objects.

Для решения указанной задачи предлагается способ обзора пространства, при котором последовательно обрабатывают данные в дискретном времени с привязкой к каждому азимутальному положению диаграммы направленности, при этом обзор пространства осуществляют веерной диаграммой направленности, последовательно занимающей М положений по азимуту, и диаграммой направленности игольчатой формы, при этом обе диаграммы направленности формируют одной антенной системой с электронным управлением лучом.To solve this problem, we propose a space survey method in which data is processed sequentially in discrete time with reference to each azimuthal position of the radiation pattern, while the space survey is carried out by a fan radiation pattern sequentially occupying M positions in azimuth and a needle-shaped radiation pattern, while both radiation patterns form one antenna system with electronic beam control.

Согласно изобретению для формирования передающей и приемной диаграмм направленности используют многоэлементную цифровую антенную решетку, при этом в каждом азимутальном положении диаграммы направленности в режиме передачи при формировании веерной передающей диаграммы направленности в угломестной плоскости зондирующий сигнал усиливают в твердотельном усилителе мощности, встроенном в каждый приемопередающий канал цифровой антенной решетки, и передают его по соединительной цепи минимальной длины на подключенный к этому каналу антенный элемент, в режиме приема отраженные сигналы, принимаемые с выхода каждого антенного элемента, представляют в виде цифровых отсчетов, из которых путем взвешенного суммирования формируют приемную многолучевую в угломестной плоскости диаграмму направленности, каждый луч которой имеет игольчатую форму, при этом соседние лучи перекрываются по уровню половинной мощности, а ширина приемной и передающей диаграмм направленности соответствует угловому размеру зоны обнаружения в угломестной плоскости, выполняют обнаружение объектов, измерение их дальности и угломестной координаты моноимпульсным методом обработки сигналов каждой из соседних пар приемных лучей.According to the invention, a multi-element digital antenna array is used to form transmit and receive radiation patterns, while in each azimuthal position of the radiation pattern in the transmission mode, a probing signal is amplified in a solid-state power amplifier built into each transceiver channel by a digital antenna in the form of a fan-shaped radiation pattern in the elevation plane lattice, and transmit it along the connecting circuit of minimum length to the ant connected to this channel the received element, in the reception mode, the reflected signals received from the output of each antenna element are represented in the form of digital samples, from which, by weighted summation, a receiving multi-beam radiation pattern in the elevation plane is formed, each beam of which has a needle shape, while adjacent rays overlap in level half power, and the width of the receiving and transmitting radiation patterns corresponds to the angular size of the detection zone in the elevation plane, objects are detected, measured Measurement of their range and elevation coordinate by a single-pulse method of processing signals from each of the neighboring pairs of receiving beams.

Техническим результатом предлагаемого способа является уменьшение времени обзора и повышение точности измерения координат объектов.The technical result of the proposed method is to reduce the viewing time and improve the accuracy of measuring the coordinates of objects.

Проведенный сравнительный анализ заявленного способа и прототипа показывает, что их отличие заключается в следующем:A comparative analysis of the claimed method and prototype shows that their difference is as follows:

- в прототипе обзор пространства осуществляется в два этапа - грубое определение с помощью веерной ДН и уточнение с помощью сканирования единственной ДН игольчатой формы. Эти действия необходимо выполнять последовательно в реальном времени. При этом для уточнения координат нескольких объектов необходимо последовательно сканировать игольчатой ДН в нескольких областях пространства, что занимает тем больше времени, чем больше объектов. В предлагаемом способе обзор пространства осуществляется в один этап, а за счет формирования многолучевой ДН, каждый луч которой имеет игольчатую форму, а соседние лучи перекрываются по уровню половинной мощности, измерение координат всех объектов обеспечивается сразу для всех объектов, за счет чего уменьшается время обзора;- in the prototype, a review of the space is carried out in two stages - a rough determination using a fan pattern and refinement by scanning a single needle-shaped pattern. These actions must be performed sequentially in real time. Moreover, to clarify the coordinates of several objects, it is necessary to sequentially scan the needle pattern in several areas of space, which takes the longer, the more objects. In the proposed method, the survey of space is carried out in one step, and due to the formation of a multi-beam pattern, each beam of which has a needle shape, and neighboring rays overlap at half power level, the measurement of the coordinates of all objects is provided immediately for all objects, thereby reducing the viewing time;

- в прототипе уточнение координат объекта осуществляется с помощью сканирования ДН игольчатой формы с применением метода максимума. В предлагаемом способе используется моноимпульсная обработка сигналов каждой из соседних пар приемных лучей сформированной многолучевой ДН, что обеспечивает значительное снижение ошибки измерения [2 - стр. 91] по сравнению с методом максимума, применяемом в прототипе.- in the prototype, the coordinates of the object are refined using a needle-shaped pattern scanning using the maximum method. The proposed method uses monopulse signal processing of each of the adjacent pairs of receiving rays of the formed multipath beam, which provides a significant reduction in measurement error [2 - p. 91] compared with the maximum method used in the prototype.

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого способа обзора пространства из литературы не известно, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.The combination of distinguishing features and properties of the proposed method of reviewing space from the literature is not known, therefore, it meets the criteria of novelty and inventive step.

На фиг. 1. приведена структурная схема устройства, обеспечивающего реализацию предложенного способа.In FIG. 1. The structural diagram of a device that provides the implementation of the proposed method.

На фиг. 2. приведена структурная схема системы управления и цифрового диаграммообразования.In FIG. 2. The structural diagram of the control system and digital chart formation is shown.

На фиг. 3. приведена структурная схема преобразователя частоты.In FIG. 3. The structural diagram of the frequency converter is shown.

На фиг. 4. приведена структурная схема модуля управления и цифровой обработки сигналов.In FIG. 4. The block diagram of the control module and digital signal processing is shown.

При реализации предложенного способа выполняется следующая последовательность действий:When implementing the proposed method, the following sequence of actions is performed:

- в каждом азимутальном положении диаграммы направленности в режиме передачи формируют веерную передающую диаграмму направленности в угломестной плоскости с помощью многоэлементной цифровой антенной решетки, при этом зондирующий сигнал усиливают в твердотельном усилителе мощности, встроенном в каждый приемопередающий канал цифровой антенной решетки, и его передают по соединительной цепи минимальной длины на подключенный к этому каналу антенный элемент - 1;- in each azimuthal position, the radiation patterns in the transmission mode form a fan transmitting radiation pattern in the elevation plane using a multi-element digital antenna array, while the probing signal is amplified in a solid-state power amplifier built into each transceiver channel of the digital antenna array, and it is transmitted through a connecting circuit minimum length per antenna element connected to this channel - 1;

- в режиме приема отраженные сигналы, принимаемые с выхода каждого антенного элемента, представляют в виде цифровых отсчетов - 2;- in the reception mode, the reflected signals received from the output of each antenna element are presented in the form of digital samples - 2;

- из полученных цифровых отсчетов формируют приемную многолучевую в угломестной плоскости диаграмму направленности путем взвешенного суммирования, каждый луч которой имеет игольчатую форму, при этом соседние лучи перекрываются по уровню половинной мощности, а ширина приемной и передающей диаграмм направленности соответствует угловому размеру зоны обнаружения в угломестной плоскости - 3;- from the obtained digital readings, a multi-beam receiving radiation pattern is formed in the elevation plane by weighted summation, each beam of which has a needle shape, while adjacent rays overlap at half power level, and the width of the receiving and transmitting radiation patterns corresponds to the angular size of the detection zone in the elevation plane - 3;

- выполняют обнаружение объектов, измерение их дальности и угломестной координаты с использованием моноимпульсного метода обработки сигналов каждой из соседних пар приемных лучей – 4;- perform the detection of objects, measuring their range and elevation coordinates using a single-pulse method of processing signals from each of the adjacent pairs of receiving rays - 4;

- устанавливают следующее азимутальное положение диаграммы направленности и выполняют перечисленные операции для этого положения - 5.- establish the following azimuthal position of the radiation pattern and perform the listed operations for this position - 5.

Предложенный способ может работать как при электронном сканировании ДН по азимуту при неподвижной цифровой антенной решетке (ЦАР), так и при сканировании ДН по азимуту за счет механического перемещения (вращения) ЦАР.The proposed method can work both with electronic scanning of the azimuth day with a fixed digital antenna array (CAR), and when scanning the beam in azimuth due to the mechanical movement (rotation) of the CAR.

Реализация предложенного способа обзора пространства возможна, например, с помощью устройства, включающего в себя (фиг. 1) ЦАР 1, блок управления (БУ) 2, первый управляющий выход которого подключен к управляющему входу ЦАР 1, второй управляющий выход - ко входу управления опорно-поворотного устройства (ОПУ) 3, третий управляющий выход - к управляющему входу блока обнаружения и измерения координат объектов (БОИКО) 4, а вход - к выходу БОИКО 4.Implementation of the proposed space survey method is possible, for example, using a device including (Fig. 1) CAR 1, control unit (CU) 2, the first control output of which is connected to the control input of CAR 1, the second control output to the control input -the rotary device (OPU) 3, the third control output to the control input of the unit for detecting and measuring the coordinates of objects (BOIKO) 4, and the input to the output of BOIKO 4.

ЦАР 1 включает в себя N приемопередающих модулей (ППМ) 5, систему формирования и распределения сигналов (СФРС) 6 и систему управления и цифрового диаграммообразования (СУЦДО) 7.CAR 1 includes N transceiver modules (PPM) 5, a system for the formation and distribution of signals (SFRS) 6 and a control system and digital chart formation (SUDSDO) 7.

СФРС 6 имеет N выходов зондирующего сигнала (ЗС), соединенных со входами ЗС ППМ 5, N выходов дискретизации Fд, соединенных со входами дискретизации ППМ 5, N выходов гетеродина Fгет, соединенных с гетеродинными входами ППМ 5.SFRS 6 has N outputs of the probing signal (ЗС) connected to the inputs of the ЗС ППМ 5, N outputs of the sampling Фд, connected to the inputs of the sampling ППМ 5, N outputs of the local oscillator Fget, connected to the heterodyne inputs of the ППМ 5.

ППМ 5 содержат последовательно соединенные фазовращатель (ФВ) 8, твердотельный усилитель мощности (УМ) 9, циркулятор 10 и антенный элемент (АЭ) 11. К выходу циркулятора 10 подключены последовательно соединенные малошумящий усилитель (МШУ) 12, преобразователь частоты (ПРЧ) 13, гетеродинный вход которого является гетеродинным входом ППМ 5, и модуль управления и цифровой обработки сигналов (МУЦОС) 14, вход дискретизации которого является входом дискретизации ППМ 5.PPM 5 contain series-connected phase shifter (PV) 8, solid-state power amplifier (PA) 9, circulator 10 and antenna element (AE) 11. To the output of the circulator 10 are connected in series low-noise amplifier (LNA) 12, frequency converter (PFR) 13, the heterodyne input of which is the PPM 5 heterodyne input, and the control and digital signal processing module (MUCOS) 14, whose sampling input is the PPM 5 sampling input.

Выход данных МУЦОС 14 является выходом данных ППМ 5 и соединен с одним из N входов данных СУЦДО 7, управляющий вход МУЦОС 14 является управляющим входом ППМ 5 и соединен с одним из N управляющих выходов СУЦДО 7. Первый, второй и третий управляющие выходы МУЦОС 14 соединены соответственно с управляющими входами ПРЧ 13, УМ 9 и фазовращателя 8. Выход данных СУЦДО 7 соединен со входом данных БОИКО 4.The data output of MUCOS 14 is the data output of the PMP 5 and is connected to one of the N data inputs of the control system 7, the control input of the MUCOS 14 is the control input of the MPCS 5 and connected to one of the N control outputs of the control system 7. The first, second and third control outputs of the MUCOS 14 are connected respectively, with the control inputs of the RFP 13, UM 9 and phase shifter 8. The data output of the control system 7 is connected to the data input of BOIKO 4.

СУЦДО 7 (фиг. 2) имеет К формирователей 15 по числу формируемых лучей, каждый из которых содержит N каналов, при этом входы i-х каналов в формирователях 15 объединены. Каждый канал формирователя 15 содержит перемножитель 16, первый вход которого является входом канала, ко второму входу подключен выход постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 17, а выход перемножителя 16 является выходом канала и подключен к одному из N входов цифрового сумматора 18, выход которого подключен к одному из К входов интерфейса (И) 19. Выход интерфейса 19 является выходом СУЦДО 7. Устройство управления (УУ) 20, вход которого является управляющим входом СУЦДО 7, имеет N+1 управляющих выходов, которые являются управляющими выходами СУЦДО 7. Все блоки СУЦДО 7 могут быть выполнены в зависимости от числа ППМ 5 и числа лучей К в виде одной или нескольких программируемых логических интегральных схем (ПЛИС).SUTSDO 7 (Fig. 2) has K formers 15 in the number of generated beams, each of which contains N channels, while the inputs of i-channels in the formers 15 are combined. Each channel of the shaper 15 contains a multiplier 16, the first input of which is the input of the channel, the output of the read-only memory (ROM) 17 is connected to the second input, and the output of the multiplier 16 is the output of the channel and connected to one of the N inputs of the digital adder 18, the output of which is connected to one of the K inputs of the interface (I) 19. The output of the interface 19 is the output of the control system 7. The control device (CU) 20, the input of which is the control input of the control system 7, has N + 1 control outputs, which are the control outputs of the control system 7 All blocks SUTSDO 7 can be performed depending on the number of PPM 5 and the number of rays K in the form of one or more programmable logic integrated circuits (FPGA).

ПРЧ 13 (фиг. 3) представляет собой последовательно соединенные смеситель (СМ) 21, вход которого является входом ПРЧ 13, а гетеродинный вход - гетеродинным входом ПРЧ 13, и усилитель промежуточной частоты (УПЧ) 22, выход которого является выходом промежуточной частоты (ПЧ) ПРЧ 13, а управляющий вход - управляющим входом ПРЧ 13.RFP 13 (Fig. 3) is a series-connected mixer (SM) 21, the input of which is the input of the RFI 13, and the local oscillator input is the heterodyne input of the RFI 13, and an intermediate frequency amplifier (IFA) 22, the output of which is the output of the intermediate frequency (IF) ) RFI 13, and the control input - the control input of the RFI 13.

МУЦОС 14 (фиг. 4) представляет собой последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 23, вход которого является входом ПЧ МУЦОС 14, а тактовый вход является входом дискретизации МУЦОС 14, и блок управления и обработки (БУО) 24. Первый, второй и третий управляющие выходы БУО 24 являются соответственно первым, вторым и третьим управляющим выходами МУЦОС 14. Выход данных и управляющий вход БУО 24 являются соответственно выходом данных и управляющим входом МУЦОС 14.MUCOS 14 (Fig. 4) is a series-connected analog-to-digital converter (ADC) 23, the input of which is the input of the MUCOS 14 IF, and the clock input is the sampling input of MUCOS 14, and the control and processing unit (CUO) 24. The first, second and the third control outputs of the BUO 24 are respectively the first, second, and third control outputs of the MUCOS 14. The data output and the control input of the BUO 24 are the data output and the control input of the MUCC 14, respectively.

СФРС 6 представляет собой три синтезатора частоты, обеспечивающих формирование зондирующего сигнала ЗС, сигнала тактовой частоты дискретизации Fд и сигнала гетеродина Fгет. При этом могут быть использованы, например, синтезаторы из [4 - стр. 142-143. Mini-Circuits. RF & Microwave components guide. 2010]. Сформированные в синтезаторах сигналы разветвляются на N выходов с помощью делителей мощности [4 - стр. 136-140].SFRS 6 is a three frequency synthesizer, providing the formation of the probing signal ZS, the signal of the sampling clock frequency Fд and the local oscillator signal Fget. In this case, for example, synthesizers from [4 - pp. 142-143. Mini-Circuits. RF & Microwave components guide. 2010]. The signals generated in the synthesizers are branched into N outputs using power dividers [4 - p. 136-140].

БОИКО 4 представляет собой ЭВМ, обеспечивающую обработку отсчетов сигнала по заданному алгоритму.BOIKO 4 is a computer that provides processing of signal samples according to a given algorithm.

БУ 2 представляет собой ЭВМ, обеспечивающую управление работой устройств ЦАР 1, ОПУ 3 и БОИКО 4, а также отображение координат обнаруженных объектов.BU 2 is a computer that provides control over the operation of devices CAR 1, OPU 3 and BOIKO 4, as well as displaying the coordinates of detected objects.

ОПУ 3 представляет собой устройство, обеспечивающее вращение ЦАР 1 в азимутальной плоскости, и может быть выполнено на основе опорно-поворотного круга с подшипником и червячного вала с электромотором.OPU 3 is a device that ensures the rotation of CAR 1 in the azimuthal plane, and can be performed on the basis of a slewing ring with a bearing and a worm shaft with an electric motor.

Устройство может работать как при электронном сканировании ДН по азимуту при неподвижной ЦАР 1, так и при сканировании ДН по азимуту за счет механического вращения ЦАР 1 с помощью ОПУ 3. Сектор сканирования по азимуту в первом случае ограничивается характеристиками ЦАР 1, а во втором случае равен 360°.The device can work both with electronic scanning of the azimuth of the azimuth while the CAR 1 is stationary, and when scanning the azimuth of the azimuth due to the mechanical rotation of the CAR 1 using the OPU 3. The azimuth scanning sector in the first case is limited by the characteristics of CAR 1, and in the second case it is 360 °.

В каждом азимутальном положении ДН в режиме передачи формируют веерную передающую диаграмму направленности в угломестной плоскости с помощью ЦАР 1. Формирование передающей ДН производится путем установки в ППМ 5 из состава ЦАР 1 требуемых фазовых и амплитудных соотношений регулировкой сдвига фазы зондирующего сигнала ЗС в фазовращателях 8 и коэффициента усиления усилителей мощности УМ 9.In each azimuthal position of the radiation paths in the transmission mode, a fan transmitting radiation pattern is formed in the elevation plane using CAR 1. The transmitting power path is formed by setting the required phase and amplitude ratios in CAR 5 from the CAR 1 structure by adjusting the phase shift of the probing signal ZS in phase shifters 8 and the coefficient amplification of power amplifiers UM 9.

Для случая плоской прямоугольной ЦАР, апертура которой содержит Nx АЭ 11, установленных вдоль координаты X на расстоянии dx, и Ny АЭ 11, установленных вдоль координаты Y, на расстоянии dy, диаграмма направленности F(ϕ,θ) определяется как [5 - стр. 27-28, Кузьмин С.З. Цифровая радиолокация. Введение в теорию. - КВИЦ. 2000]:For the case of a flat rectangular CAR, the aperture of which contains N x AE 11 installed along the X coordinate at a distance d x , and N y AE 11 installed along the Y coordinate at a distance d y , the radiation pattern F (ϕ, θ) is defined as [ 5 - p. 27-28, Kuzmin S.Z. Digital radar. Introduction to the theory. - QUIEC. 2000]:

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
Where
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где Axi, Ayi - коэффициенты амплитудного распределения в УМ 9, соединенных с АЭ 11, которые расположены вдоль координат X и Y соответственно;where A xi , A yi are the coefficients of the amplitude distribution in PA 9 connected to AE 11, which are located along the coordinates X and Y, respectively;

ψxi ψyi - коэффициенты фазового распределения, представленные в виде фазовых сдвигов в фазовращателях 8, соединенных через УМ 9 и циркулятор 10 с АЭ 11, которые расположены вдоль координат X и Y соответственно.ψ xi ψ yi are the phase distribution coefficients presented in the form of phase shifts in the phase shifters 8 connected through the PA 9 and circulator 10 to the AE 11, which are located along the X and Y coordinates, respectively.

Для наземных обзорных РЛС веерная ДН может иметь косекансную форму [6 - рис. 5.1 б - Бакулев П.А. Радиолокационные системы. М.: Радиотехника. 2007. - 376 с.]. Такая форма ДН формируется путем установки соответствующих амплитудных и фазовых коэффициентов в усилителях мощности 9 и фазовращателях 8, например, как описано в [7 - Лопатенко Э.В., Марусич А.А. Диаграмма направленности антенны cosec с низким уровнем боковых лепестков. // Радиотехника, 2006, №12, с. 49-53.].For ground surveillance radars, the fan beam may have a cosecance shape [6 - Fig. 5.1 b - Bakulev P.A. Radar systems. M .: Radio engineering. 2007. - 376 p.]. This form of the DN is formed by setting the corresponding amplitude and phase coefficients in the power amplifiers 9 and phase shifters 8, for example, as described in [7 - E. Lopatenko, A. A. Marusich Cosec antenna pattern with low side lobe. // Radio engineering, 2006, No. 12, p. 49-53.].

После усиления зондирующего сигнала ЗС в УМ 9 он поступает на подключенный к этому каналу антенный элемент (АЭ) 11 по соединительной цепи минимальной длины.After amplification of the probe signal ZS in the PA 9, it enters the antenna element (AE) 11 connected to this channel via a connecting circuit of minimum length.

После излучения зондирующего сигнала ЗС ЦАР 1 переходит в режим приема.After the radiation of the probing signal, the AP CAR 1 switches to the reception mode.

В режиме приема принимаемые отраженные сигналы с выхода каждого АЭ 11 в каждом ППМ 5 проходят через циркулятор 10, усиливаются в МШУ 12, преобразуются по частоте в ПРЧ 13 и представляются в виде цифровых отсчетов Smn(t) с помощью АЦП 23.In the receiving mode, the received reflected signals from the output of each AE 11 in each APM 5 pass through the circulator 10, amplified in the LNA 12, converted in frequency to the RFI 13 and presented as digital samples S mn (t) using the ADC 23.

Из полученных цифровых отсчетов формируют приемную многолучевую в угломестной плоскости ДН с лучами игольчатой формы путем взвешенного суммирования в СУЦДО 7. Отсчеты i-го луча с направлением максимума ϕi, θi вычисляются путем умножения цифрового потока с каждого АЦП 23 в перемножителях 16 на весовой множитель Wmn(ϕi,θi) из ПЗУ 17 и суммирования в цифровом сумматоре 18. Диаграмма направленности для i-го луча имеет видFrom the obtained digital samples, a multi-beam receiver is formed in the elevation plane of the beam with needle-shaped rays by weighted summation in the control system 7. The samples of the i-th beam with the maximum direction ϕ i , θ i are calculated by multiplying the digital stream from each ADC 23 in the multipliers 16 by the weight factor W mn (ϕ i , θ i ) from the ROM 17 and the summation in the digital adder 18. The radiation pattern for the i-th beam has the form

Figure 00000004
Figure 00000004

где

Figure 00000005
Where
Figure 00000005

Число лучей К определяется требуемой зоной обзора в угломестной плоскости и шириной одного луча. Лучи приемной многолучевой ДН имеют игольчатую форму, расположены в угломестной плоскости, при этом направления их максимумов обеспечивает перекрытие соседних лучей по уровню половинной мощности. Ширина приемной диаграммы направленности соответствует угловому размеру зоны обнаружения в угломестной плоскости.The number of rays K is determined by the desired viewing area in the elevation plane and the width of one beam. The beams of the receiving multipath beam have a needle shape, are located in the elevation plane, while the directions of their maxima provide overlapping of the neighboring rays at the half power level. The width of the receiving radiation pattern corresponds to the angular size of the detection zone in the elevation plane.

Сформированные отсчеты К приемных лучей с выходов формирователей 15 поступают в интерфейс 19, где преобразуются в последовательную форму и в виде последовательных кодов передаются в БОИКО 4, где в каждой из соседних пар сформированных приемных лучей выполняется обнаружение объектов, например, движущихся, измерение их дальности и угломестных координат, соответствующих угломестному положению тех приемных лучей, в которых они были обнаружены [8, стр. 185-189 - Справочник по радиолокации / Под ред. М.И. Сколника. М.: Техносерв, 2014. т. 1].The generated samples K of the receiving beams from the outputs of the formers 15 enter the interface 19, where they are converted into a serial form and transmitted in sequential codes to BOIKO 4, where objects, for example, moving ones, are measured in each of the adjacent pairs of formed receiving beams, and their distance and elevation coordinates corresponding to the elevation position of those receiving rays in which they were detected [8, p. 185-189 - Guide to radar / Ed. M.I. Skolnik. M .: Technoserv, 2014. vol. 1].

Многолучевая в угломестной плоскости ДН обеспечивает ускорение обзора пространства за счет одновременного обнаружения объектов и измерения их координат в широком угломестном секторе обзора. В то время как в прототипе измерение координат объекта выполняется в два этапа: вначале используется веерная ДН в режиме приема и передачи, при этом производится грубое измерение координат объекта, а для уточнения координат дополнительно используется одна ДН игольчатой формы. Двухэтапный поиск прототипа занимает более длительное время, чем в предлагаемом способе, за счет введения дополнительных команд по установке луча ЦАР, загрузки весовых коэффициентов формирования луча и т.д. Время обзора пространства в прототипе тем больше, чем больше объектов, координаты которых необходимо уточнить.Multipath in the elevation plane of the beam ensures accelerated viewing of space by simultaneously detecting objects and measuring their coordinates in a wide elevation viewing sector. While in the prototype, the measurement of the coordinates of the object is carried out in two stages: first, a fan beam in the receive and transmit mode is used, while a rough measurement of the coordinates of the object is performed, and one needle-shaped beam is additionally used to refine the coordinates. A two-stage search for a prototype takes a longer time than in the proposed method, due to the introduction of additional commands for installing the CAR beam, loading weights of beam formation, etc. The space review time in the prototype is the longer, the more objects whose coordinates must be clarified.

Применение в предлагаемом способе для измерения угломестных координат нескольких лучей дает возможность использовать равносигнальный метод пеленгации, который обеспечивает значительное снижение ошибки измерения [2 - стр. 91] по сравнению с методом максимума, применяемым в прототипе.The use in the proposed method for measuring elevation coordinates of several rays makes it possible to use the equal-signal direction finding method, which provides a significant reduction in measurement error [2 - p. 91] compared with the maximum method used in the prototype.

Применение ЦАР с N приемопередающими модулями, содержащими твердотельные усилители мощности, расположенными в непосредственной близости от антенных элементов, обеспечивает снижение потерь передаваемого и принимаемого сигналов за счет уменьшения длины соединений с антенным элементом. Повышение надежности многоэлементной ЦАР обеспечивается за счет медленного снижения характеристик ЦАР при выходе из строя части приемопередающих модулей.The use of a CAR with N transceiver modules containing solid-state power amplifiers located in the immediate vicinity of the antenna elements provides a reduction in the losses of the transmitted and received signals by reducing the length of the connections with the antenna element. Improving the reliability of a multi-element CAR is achieved by slowly reducing the characteristics of the CAR during the failure of some of the transceiver modules.

Работоспособность предлагаемого способа была проверена на макете устройства (фиг. 1). Испытания показали совпадение полученных характеристик с расчетными.The performance of the proposed method was tested on the layout of the device (Fig. 1). Tests showed the coincidence of the obtained characteristics with the calculated ones.

Claims (1)

Способ обзора пространства, включающий последовательную обработку данных в дискретном времени с привязкой к каждому азимутальному положению диаграммы направленности, при этом обзор пространства осуществляют веерной диаграммой направленности, последовательно занимающей M положений по азимуту, и диаграммой направленности игольчатой формы, при этом обе диаграммы направленности формируют одной антенной системой с электронным управлением лучом, отличающийся тем, что для формирования передающей и приемной диаграмм направленности используют многоэлементную цифровую антенную решетку, при этом в каждом азимутальном положении диаграммы направленности в режиме передачи при формировании веерной передающей диаграммы направленности в угломестной плоскости зондирующий сигнал усиливают в твердотельном усилителе мощности, встроенном в каждый приемопередающий канал цифровой антенной решетки и передают его по соединительной цепи минимальной длины на подключенный к этому каналу антенный элемент, в режиме приема отраженные сигналы, принимаемые с выхода каждого антенного элемента, представляют в виде цифровых отсчетов, из которых путем взвешенного суммирования формируют приемную многолучевую в угломестной плоскости диаграмму направленности, каждый луч которой имеет игольчатую форму, при этом соседние лучи перекрываются по уровню половинной мощности, а ширина приемной и передающей диаграмм направленности соответствует угловому размеру зоны обнаружения в угломестной плоскости, выполняют обнаружение объектов, измерение их дальности и угломестной координаты моноимпульсным методом обработки сигналов каждой из соседних пар приемных лучей.A space survey method, including sequential processing of data in discrete time with reference to each azimuthal position of the radiation pattern, the space survey is carried out by a fan radiation pattern sequentially occupying M azimuth positions and a needle-shaped radiation pattern, both radiation patterns being formed by one antenna electronic beam control system, characterized in that for the formation of the transmitting and receiving radiation patterns using they use a multi-element digital antenna array, and in each azimuthal position of the radiation pattern in the transmission mode, when generating a fan transmitting radiation pattern in the elevated plane, the probing signal is amplified in a solid-state power amplifier built into each transceiver channel of the digital antenna array and transmit it through a connecting circuit of minimum length to the antenna element connected to this channel, in the reception mode the reflected signals received from the output of each antenna ment, represent in the form of digital readings, from which, by weighted summation, a receiving multi-beam radiation pattern in the elevation plane is formed, each beam of which is needle-shaped, with adjacent rays overlapping at half power level, and the width of the receiving and transmitting radiation patterns corresponds to the angular size of the zone detection in the elevation plane, perform the detection of objects, measure their distance and elevation coordinates using a single-pulse method of signal processing each one of the neighboring pairs of receiving beams.
RU2015146330A 2015-10-27 2015-10-27 Space scanning method RU2610833C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015146330A RU2610833C1 (en) 2015-10-27 2015-10-27 Space scanning method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015146330A RU2610833C1 (en) 2015-10-27 2015-10-27 Space scanning method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2610833C1 true RU2610833C1 (en) 2017-02-16

Family

ID=58458741

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015146330A RU2610833C1 (en) 2015-10-27 2015-10-27 Space scanning method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2610833C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2666763C1 (en) * 2017-09-11 2018-09-12 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Space scanning method
RU2765873C1 (en) * 2021-04-12 2022-02-04 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Method for viewing the space

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6005531A (en) * 1998-09-23 1999-12-21 Northrop Grumman Corporation Antenna assembly including dual channel microwave transmit/receive modules
RU2211459C2 (en) * 2001-03-22 2003-08-27 Государственное унитарное предприятие Государственный Рязанский приборный завод - Дочернее предприятие Государственного унитарного предприятия "Военно-промышленного комплекса "МАПО" Technique of space scan and tracking of surface objects in low-altitude flight
US7071868B2 (en) * 2000-08-16 2006-07-04 Raytheon Company Radar detection method and apparatus
WO2008105458A1 (en) * 2007-02-28 2008-09-04 Denso Corporation Electronic scan rader device and receiving array antenna
RU82044U1 (en) * 2008-11-25 2009-04-10 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "ЛЭМЗ" ALTITUDE DETECTOR - BBO
RU2405168C2 (en) * 2008-04-30 2010-11-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт измерительных приборов" (ОАО "НИИИП") Method for radar scanning zones in space (versions)
US20110291890A1 (en) * 2008-06-13 2011-12-01 Thales Method for angularly refining the antenna beam of a radar

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6005531A (en) * 1998-09-23 1999-12-21 Northrop Grumman Corporation Antenna assembly including dual channel microwave transmit/receive modules
US7071868B2 (en) * 2000-08-16 2006-07-04 Raytheon Company Radar detection method and apparatus
RU2211459C2 (en) * 2001-03-22 2003-08-27 Государственное унитарное предприятие Государственный Рязанский приборный завод - Дочернее предприятие Государственного унитарного предприятия "Военно-промышленного комплекса "МАПО" Technique of space scan and tracking of surface objects in low-altitude flight
WO2008105458A1 (en) * 2007-02-28 2008-09-04 Denso Corporation Electronic scan rader device and receiving array antenna
RU2405168C2 (en) * 2008-04-30 2010-11-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт измерительных приборов" (ОАО "НИИИП") Method for radar scanning zones in space (versions)
US20110291890A1 (en) * 2008-06-13 2011-12-01 Thales Method for angularly refining the antenna beam of a radar
RU82044U1 (en) * 2008-11-25 2009-04-10 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "ЛЭМЗ" ALTITUDE DETECTOR - BBO

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2666763C1 (en) * 2017-09-11 2018-09-12 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Space scanning method
RU2765873C1 (en) * 2021-04-12 2022-02-04 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Method for viewing the space

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tolkachev et al. A megawatt power millimeter-wave phased-array radar
EP2857857B1 (en) Digital active array radar
US10281571B2 (en) Phased array antenna using stacked beams in elevation and azimuth
RU146508U1 (en) SHORT-PULSE RADAR WITH ELECTRONIC SCANNING IN TWO PLANES AND WITH HIGH-PRECISE MEASUREMENT OF COORDINATES AND SPEED OF OBJECTS
RU2507647C1 (en) Controlled beamwidth phased antenna array
RU2546999C1 (en) Short-pulse radar with electronic scanning in two planes and with high-precision measurement of coordinates and speeds of objects
RU2285939C1 (en) Method for controlling airspace, irradiated by external radiation sources, and radiolocation station for realization of said method
RU2390946C2 (en) Broadband station of radio engineering survey with high sensitivity
EP3779506A1 (en) Radar system and related method of scanning remote objects
RU2610833C1 (en) Space scanning method
RU2723299C1 (en) Method of constructing a radar station
RU2402034C1 (en) Radar technique for determining angular position of target and device for realising said method
RU2315332C1 (en) Radiolocation station
RU2666763C1 (en) Space scanning method
RU2732803C1 (en) Method for digital formation of beam pattern of active phased antenna array during radiation and reception of linear-frequency-modulated signals
RU2621680C1 (en) Space observation method
RU2545168C2 (en) Multifunctional jamming station
RU2765873C1 (en) Method for viewing the space
US3197774A (en) Radar system utilizing a frequency dispersive array
RU2730120C1 (en) Method of constructing an active phased antenna array
RU2713621C1 (en) Method of constructing a radar interrogator
Shu et al. Design considerations for DBF phased array 3D surveillance radar
RU2697194C1 (en) Method of constructing an active phased antenna array
RU2708371C1 (en) Method of scanning airspace with a radar station with an active phased antenna array
Rommel et al. An orthogonal waveform scheme for imaging MIMO-Radar applications