RU2621680C1

RU2621680C1 - Space observation method

Info

Publication number: RU2621680C1
Application number: RU2016108231A
Authority: RU
Inventors: Владимир Владимирович Задорожный; Александр Юрьевич Ларин; Алексей Владимирович Литвинов; Андрей Сергеевич Помысов
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2017-06-07

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: according to the method, in each azimuthal position of the radiation pattern in the transmission mode, the digital antenna array generates a fan transmitting radiation pattern in the elevation plane, in the receiving mode, the received reflected signals from the antenna element outputs are represented as digital samples from which, by weighted summation, in the angle plane, a directivity pattern with needle-shaped rays. Neighboring rays overlap at half-power level when detecting objects, measuring their range and angle coordinates a monopulse method of signal processing for each of the neighboring pairs of receiving beams is used. The azimuthal coordinate of the detected objects is the current azimuthal position of the radiation pattern. When the antenna system is rotated, the azimuthal position of the transmitting and receiving radiation patterns is maintained by electronically scanning them in the direction opposite to the rotation of the antenna system, until the angular shift of the antenna reaches the value of Δθ_obs. After that, the hopping movement of the transmitting and receiving radiation patterns is carried out by electronically scanning them to the next azimuthal position, which differs from the previous one by an angle Δθ_obs. along the antenna system rotatation pattern.

EFFECT: reduction of review time and improving the accuracy of the measurement object coordinates.

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 - с. 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 space [1 - p. 39. - Signal processing in multi-channel radar / Ed. A.P. Lukoshkina, M., Radio and Communications, 1983 - 328 p.] By means of a parallel survey of all measured coordinates using a multi-beam radar, and overlapping radiation patterns (NDs) covering the entire field of view are formed.

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 - с. 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 G.B. Basics of radar and radar devices, M., Owls. radio, 1975 - 336 pp.], in which a multipath beam is formed in the elevation plane due to 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 a 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 приемо-передающие 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 приемо-передатчика обзор пространства становится невозможен в том секторе угломестного обзора, который обеспечивал этот приемопередатчик.- insufficiently high reliability, since when one transceiver fails, a view of the space becomes impossible in the sector of elevation view that 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 обработки, полученных при обзоре пространства с использованием веерной диаграммы направленности и занимающей М положений по азимуту 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 for viewing space [3 - Method for viewing space and tracking surface objects during low-altitude flight. RF patent 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 processing step obtained by reviewing the space using a fan radiation pattern and occupying M positions in azimuth and radiation pattern with needle-shaped, probing individual selected sections of the viewing area with a short viewing period, while both radiation patterns are formed by a single antenna system with electronic beam control .

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 уточнения координат используется одна ДН с игольчатой формой, и метод максимума [2 - с. 87];- insufficient accuracy of measuring the coordinates of the object, because to clarify the coordinates used one MD with a needle shape, and the maximum method [2 - p. 87];

- при осуществлении кругового обзора пространства с помощью механического вращения антенны, принимаемые отраженные сигналы будут иметь амплитудную модуляцию вследствие движения ДН антенны [4 - с. 77. Бакулев П.А. Радиолокационные системы, М., Радиотехника, 2004. 320 с.]. Период модуляции равен- when performing a circular review of space using mechanical rotation of the antenna, the received reflected signals will have amplitude modulation due to the movement of the antenna’s bottom [4 - p. 77. Bakulev P.A. Radar systems, M., Radio engineering, 2004. 320 S.]. The modulation period is

где T_вращ - период вращения;where T _rotation is the rotation period;

Δθ - ширина ДН антенны в азимутальной плоскости.Δθ is the antenna beam width in the azimuthal plane.

Это вызывает снижение мощности принимаемых сигналов из-за отклонения максимума ДН от направления на объект при вращении антенны, а в случае, если направление на цель соответствует краю ширины ДН, то мощность принимаемых сигналов снижается в два раза.This causes a decrease in the power of the received signals due to the deviation of the maximum of the beam from the direction to the object during rotation of the antenna, and if the direction to the target corresponds to the edge of the beam width, the power of the received signals is reduced by half.

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 вращении антенной системы в пределах угла Δθ_ОБЗ, меньшего или равного ширине диаграммы направленности по азимуту Δθ, поддерживают постоянство азимутального положения передающей и приемной диаграмм направленности путем их электронного сканирования в направлении, противоположном ходу вращения антенной системы, после того, как угловой сдвиг антенной системы достигает величины Δθ_ОБЗ, осуществляют скачкообразное перемещение передающей и приемной диаграмм направленности путем их электронного сканирования в следующее азимутальное положение, отличающееся от предыдущего на угол Δθ_ОБЗ по ходу вращения антенной системы, 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, for forming the transmitting and receiving radiation patterns, a multi-element digital antenna array is used; when the antenna system rotates within the angle Δθ of the _SPS less than or equal to the width of the radiation pattern in azimuth Δθ, the azimuthal position of the transmitting and receiving radiation patterns is kept constant by electronically scanning them the direction opposite to the direction of rotation of the antenna system, after the angular shift of the antenna system reaches the value Δθ _SSC, they cause a jump-like movement of the transmitting and receiving radiation patterns by electronically scanning them to the next azimuthal position, which differs from the previous one by an angle Δθ _OBZ along the rotation of the antenna system, in each azimuthal position of the radiation pattern in the transmission mode when generating a fan-shaped transmitting radiation pattern in the elevation plane, the probe signal amplified in a solid-state power amplifier built into each transceiver channel of a digital antenna array, and transmitted it along the 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 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 at half power level, and the width of the receiving and transmitting radiation patterns corresponds to the angular size The detection zones in the elevation plane perform the detection of objects, measuring their distance and elevation coordinates using the single-pulse method of processing signals from each of the neighboring pairs of receiving rays.

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, за счет формирования многолучевой ДН, каждый луч которой имеет игольчатую форму, 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 review of space is carried out in one step, due to the formation of a multi-beam pattern, each beam of which has a needle shape, neighboring rays overlap at the level of half power, 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 - с. 91] по сравнению с методом максимума, применяемым в прототипе;- in the prototype, the coordinates of the object are refined using a needle-shaped pattern scanning using the maximum method. In the proposed method, monopulse signal processing is used for each of the adjacent pairs of receiving beams 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;

- в прототипе при осуществлении кругового обзора пространства с помощью механического вращения антенной системы, принимаемые отраженные сигналы будут иметь амплитудную модуляцию вследствие движения диаграммы направленности (ДН) антенны. Это вызывает снижение мощности принимаемых сигналов при отклонении максимума ДН от направления на цель, а в случае, если направление на цель соответствует краю ширины ДН, то мощность принимаемых сигналов снижается в два раза. В предлагаемом способе величина снижения мощности принимаемого сигнала значительно меньше за счет удержания азимутального направления ДН путем электронного сканирования.- in the prototype when performing a circular review of the space using the mechanical rotation of the antenna system, the received reflected signals will have amplitude modulation due to the movement of the radiation pattern of the antenna. This causes a decrease in the power of the received signals when the maximum of the beam deviates from the direction to the target, and if the direction to the target corresponds to the edge of the beam width, the power of the received signals is reduced by half. In the proposed method, the magnitude of the decrease in the power of the received signal is much less due to the retention of the azimuthal direction of the beam by electronic scanning.

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 shows a 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 shows a structural diagram of a control system and digital chart formation.

На фиг. 3 приведена структурная схема преобразователя частоты.In FIG. 3 shows a structural diagram of a frequency converter.

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

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

- для формирования передающей и приемной диаграмм направленности используют многоэлементную цифровую антенную решетку, в каждом азимутальном положении диаграммы направленности в режиме передачи формируют веерную передающую диаграмму направленности в угломестной плоскости, 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;- for forming the transmitting and receiving radiation patterns, a multi-element digital antenna array is used, in each azimuthal position of the radiation patterns in the transmission mode, a fan transmitting radiation pattern is formed in the elevation plane, 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 the connecting circuit of minimum length to the 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;

- при вращении антенной системы в пределах углового сектора Δθ_ОБЗ, меньшего или равного ширине диаграммы направленности по азимуту Δθ, поддерживают постоянство азимутального положения передающей и приемной диаграмм направленности путем их электронного сканирования в направлении, противоположном ходу вращения антенной системы - 5;- when the antenna system rotates within the angular sector Δθ _SSC , less than or equal to the width of the radiation pattern in azimuth Δθ, the azimuthal position of the transmitting and receiving radiation patterns is kept constant by electronically scanning them in the direction opposite to the direction of rotation of the antenna system - 5;

- после того, как угловой сдвиг антенной системы достигает границы углового сектора Δθ_ОБЗ, осуществляют скачкообразное перемещение передающей и приемной диаграмм направленности путем их электронного сканирования в следующее азимутальное положение, отличающееся от предыдущего на угол Δθ_ОБЗ по ходу вращения антенной системы, и выполняют перечисленные операции для этого положения - 6.- after the angular shift of the antenna system reaches the boundary of the angular sector Δθ _SSC , they stepwise move the transmitting and receiving radiation patterns by scanning them electronically to the next azimuthal position, which differs from the previous one by an angle Δθ _SSC along the rotation of the antenna system, and the operations for this position - 6.

Предложенный способ предназначен для цифровой антенной решетки (ЦАР), обеспечивающей круговое сканирование пространства ДН по азимуту за счет механического перемещения (вращения) ЦАР.The proposed method is intended for a digital antenna array (CAR), providing a circular scan of the space of the beam along the 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 method for viewing space is possible, for example, using a device that includes (Fig. 1) CAR 1, control unit BU 2, the first control output of which is connected to the control input of CAR 1, the second control output to the control input of the slewing ring OPU 3 devices, the third control output - to the control input of the unit for detecting and measuring coordinates of BOIKO 4 objects, 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 charting SUCCO 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.ППМ 5 contain series-connected phase shifter ФВ 8, solid-state power amplifier (PA) 9, circulator 10 and antenna element AE 11. To the output of circulator 10 are connected series-connected low-noise amplifier LNA 12, frequency converter ППЧ 13, the local oscillator input of which is a heterodyne input of ППМ 5 , and the control and digital signal processing module MUCOS 14, the sampling input of which 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, твердотельным УМ 9 и фазовращателя 8. Выход данных СУЦДО 7 соединен со входом данных БОИКО 4, а его N+1-й управляющий выход соединен с управляющим входом СФРС 6.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 PFR 13, solid state amplifier 9, and phase shifter 8. The data output of the control system 7 is connected to the BOIKO 4 data input, and its N + 1st control output is connected to the control input of the SFRS 6.

СУЦДО 7 (фиг. 2) имеет К формирователей 15 по числу формируемых лучей, каждый из которых содержит N каналов, при этом входы i-тых 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 the i-th channels in the formers 15 are combined. Each channel of the shaper 15 contains a multiplier 16, the first input of which is the channel input, the output of the read-only memory ROM 17 is connected to the second input, and the output of the multiplier 16 is the channel output and connected to one of the N inputs of the digital adder 18, the output of which is connected to one of To the inputs of the interface And 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. V All SUCCO 7 blocks can be made, depending on the number of PPM 5 and the number of rays K, in the form of one or more programmable logic integrated circuits (FPGAs).

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 CM 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 the intermediate frequency amplifier is UPCH 22, the output of which is the intermediate frequency output (IF) of the RFI 13, and the control input is the control input of the PRCH 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 управляющими выходами МУЦОС 14. Выход данных и управляющий вход БУО 24 являются соответственно выходом данных и управляющим входом МУЦОС 14.MUCOS 14 (Fig. 4) is an 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 BUO 24. The first, second, and third control outputs BUO 24 are, respectively, the first, second and third control outputs of MUCOS 14. The data output and control input of BUO 24 are, respectively, the data output and control input of MUCOS 14.

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 [5 - стр. 142-143. Mini-Circuits. RF & Microwave components guide. 2010]. Сформированные в синтезаторах сигналы разветвляются на N выходов с помощью делителей мощности [5 - 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 [5 - pp. 142-143. Mini-Circuits. RF & Microwave components guide. 2010]. The signals generated in the synthesizers are branched into N outputs using power dividers [5 - 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 обеспечивает вращение ЦАР 1 в азимутальной плоскости и может быть выполнено на основе опорно-поворотного круга с подшипником и червячного вала с электромотором.OPU 3 provides 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 работает при сканировании по азимуту за счет механического вращения ЦАР 1 с помощью ОПУ 3. Сектор сканирования по азимуту равен 360°.The device operates when scanning in azimuth due to the mechanical rotation of CAR 1 using the control panel 3. The scanning sector in azimuth 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 твердотельных 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 solid-state power amplifiers UM 9.

Для случая плоской прямоугольной ЦАР 1, апертура которой содержит N_x АЭ 11, установленных вдоль координаты X на расстоянии d_x, и N_y АЭ 11, установленных вдоль координаты Y, на расстоянии d_y, диаграмма направленности F(ϕ,θ) определяется как [6 - с. 27-28, Кузьмин С.З. Цифровая радиолокация, Введение в теорию, - КВИЦ, 2000]:For the case of a planar rectangular CAR 1, 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 [6 - p. 27-28, Kuzmin S.Z. Digital Radar, Introduction to Theory, - KVITs, 2000]:

где

,Where

,

где A_xi, A_yi - весовые коэффициенты амплитудного распределения в твердотельных УМ 9, соединенных с АЭ 11, которые расположены вдоль координат X и Y соответственно;where A _xi , A _yi are the weighting coefficients of the amplitude distribution in solid-state CMs 9 connected to AE 11, which are located along the X and Y coordinates, respectively;

ψ_xi, ψ_yi - весовые коэффициенты фазового распределения, представленные в виде фазовых сдвигов в фазовращателях 8, соединенных через твердотельный УМ 9 и циркулятор 10 с АЭ 11, которые расположены вдоль координат X и Y соответственно.ψ _xi , ψ _yi are the weighting coefficients of the phase distribution, presented in the form of phase shifts in the phase shifters 8, connected through a solid state amplifier 9 and a circulator 10 with AE 11, which are located along the coordinates X and Y, respectively.

Для обзорных РЛС веерная ДН может иметь косекансную форму [4 - рис. 5.1]. Такая форма ДН формируется путем установки соответствующих амплитудных и фазовых коэффициентов в твердотельных усилителях мощности УМ 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 survey radars, the fan beam may have a cosecance shape [4 - Fig. 5.1]. This form of the ND is formed by setting the appropriate amplitude and phase coefficients in solid-state power amplifiers UM 9 and phase shifters 8, for example, as described in [7 - Lopenko EV, Marusich AA Cosec antenna pattern with low side lobe. // Radio engineering, 2006, No. 12, p. 49-53].

После усиления зондирующего сигнала ЗС в твердотельных 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 solid-state MC 9 it arrives at 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 S_mn(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 ϕ_i, θ_i вычисляются путем умножения цифрового потока с каждого АЦП 23 в перемножителях 16 на весовой коэффициент W_mn(ϕ_i,θ_i) из ПЗУ 17 и суммирования в цифровом сумматоре 18. Диаграмма направленности для i-го приемного луча имеет видFrom the obtained digital readings, a multi-beam receiver is formed in the elevation plane of the beam with needle-shaped rays by weighted summation in the control center 7. The samples of the ith 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 coefficient 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 receiving beam has the form

где

.Where

.

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, с. 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, v. 1].

Для снижения амплитудной модуляции принимаемых отраженных сигналов за счет вращения ЦАР 1, осуществляемого с помощью на ОПУ 3, используется удержание азимутального направления ДН в положении θi путем электронной перестройки ДН.To reduce the amplitude modulation of the received reflected signals due to the rotation of the CAR 1, carried out with the help of the SDA 3, the azimuthal direction of the beam in the θi position is used by electronic tuning of the beam.

При этом при вращении ЦАР 1 в пределах углового сектора Δθ_ОБЗ, меньшего или равного ширине ДН по азимуту Δθ, удерживают постоянство азимутального положения передающей и приемной диаграмм направленности θi путем их электронной перестройки в направлении, противоположном ходу вращения антенны. Электронная перестройка осуществляется с шагом Δθ_Д, при этом шаг перестройки выбирается из условия заданной точности направления максимума ДН.At the same time, when the CAR 1 rotates within the angular sector Δθ _SSC smaller than or equal to the beam width in azimuth Δθ, the azimuthal position of the transmitting and receiving radiation patterns θi is kept constant by electronically adjusting them in the direction opposite to the direction of the antenna rotation. Electronic tuning is carried out with a step Δθ _D , while the tuning step is selected from the condition of the specified accuracy of the direction of the maximum of the beam.

Электронная перестройка передающей ДН осуществляется в соответствии с формулой (1) загрузкой соответствующих весовых коэффициентов в фазовращатели 8, а перестройка приемной ДН осуществляется в соответствии с формулой (2) использованием в перемножителях 16 соответствующих весовых коэффициентов из ПЗУ 17.The electronic adjustment of the transmitting DN is carried out in accordance with formula (1) by loading the corresponding weighting factors into the phase shifters 8, and the tuning of the receiving DN is carried out in accordance with formula (2) using the respective weighting factors from the ROMs 16 in the multipliers 16.

После того, как при вращении антенны ее угловой сдвиг достигает границы углового сектора Δθ_ОБЗ, осуществляют скачкообразное перемещение передающей и приемной ДН путем их электронной перестройки в следующее азимутальное положение θ_i+1, отличающееся от предыдущего на угол Δθ_ОБЗ по ходу вращения антенны.After the rotation of the antenna, its angular shift reaches the boundary of the angular sector Δθ _SSC , they stepwise move the transmitting and receiving MDs by electronically _adjusting them to the next azimuthal position θ _{i + 1} , which differs from the previous one by the angle Δθ _SSC in the direction of rotation of the antenna.

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 в прототипе занимает более длительное время, чем в предлагаемом способе за счет введения дополнительных команд по установке луча ЦАР 1, 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 in the prototype takes a longer time than in the proposed method due to the introduction of additional commands for setting the beam of CAR 1, loading the weighting factors 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 1 с N приемопередающими модулями 5, содержащими твердотельные усилители мощности 9, расположенными в непосредственной близости от антенных элементов 11, обеспечивает снижение потерь передаваемого и принимаемого сигнала за счет уменьшения длины соединений с антенным элементом 11. Повышение надежности многоэлементной ЦАР 1 обеспечивается за счет медленного снижения характеристик ЦАР 1 при выходе из строя части приемопередающих модулей 5.The use of CAR 1 with N transceiver modules 5 containing solid-state power amplifiers 9 located in the immediate vicinity of the antenna elements 11, reduces the loss of the transmitted and received signal by reducing the length of the connections with the antenna element 11. Improving the reliability of the multi-element CAR 1 is ensured by slow reduce the characteristics of CAR 1 in case of failure of a part of the transceiver modules 5.

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

A space survey method in which data is sequentially processed in discrete time with reference to each azimuthal position of the radiation pattern, while a 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, characterized in that for the formation of the transmitting and receiving radiation patterns used they use a multi-element digital antenna array, when the antenna system rotates within the angle Δθ of the _OBZ less than or equal to the width of the radiation pattern in the azimuth Δθ, the azimuthal position of the transmitting and receiving radiation patterns is kept constant by electronically scanning them in the direction opposite to the direction of rotation of the antenna system, after that the angular shift of the antenna system reaches a value Δθ _{actual situation review,} carried out stepwise movement of the transmitting and receiving beam patterns and by Electronic scanning in the following azimuthal position that is different from the preceding one by an angle Δθ _{actual situation review} during the rotation of the antenna system, each azimuthal position of radiation pattern in a transmission mode in the formation of fan transmission radiation pattern in the elevation plane of the probing signal is amplified in a solid-state power amplifier is built into each transceiving channel of the digital antenna array, and transmit it via a connecting circuit of minimum length to the antenna antenna connected to this channel ment, 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 neighboring rays overlap in 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, perform object detection, measurement and x range and elevation coordinates by a single-pulse method of processing signals from each of the neighboring pairs of receiving beams.