RU2622908C1 - Radar location method for detecting aircrafts - Google Patents

Radar location method for detecting aircrafts Download PDF

Info

Publication number
RU2622908C1
RU2622908C1 RU2016127479A RU2016127479A RU2622908C1 RU 2622908 C1 RU2622908 C1 RU 2622908C1 RU 2016127479 A RU2016127479 A RU 2016127479A RU 2016127479 A RU2016127479 A RU 2016127479A RU 2622908 C1 RU2622908 C1 RU 2622908C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aircraft
reflected
polarization
signal
signals
Prior art date
Application number
RU2016127479A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Николаевич Фомин
Георгий Яковлевич Шайдуров
Евгений Николаевич Гарин
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ)
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 автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ)
Priority to RU2016127479A priority Critical patent/RU2622908C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2622908C1 publication Critical patent/RU2622908C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S13/00Systems 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
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S13/00Systems 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
    • G01S13/66Radar-tracking systems; Analogous systems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S13/00Systems 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
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/91Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for traffic control

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: in the proposed radar location method for detecting aircrafts, probing radio signals are emitted alternately with linear polarization and with quadrature polarization, and each radiated probing radio signal with quadrature polarization is phase-synchronous with the previous linear-polarizing probing signal. After the spectra comparison of the demodulated reflected radio signals with linear polarization and reflected radio signals with quadrature polarization, it is judged that the aircraft is detected by the presence of the value multiplicity of their amplitude modulation periods.
EFFECT: possibility of detecting unobtrusive aircrafts.
2 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокационному обнаружению летательных аппаратов (ЛА), в частности самолетов, вертолетов как одиночных, так и в составе группы, а также малоразмерных беспилотных летательных аппаратов (МБПЛА), когда величина эффективной площади рассеяния (ЭПР) составляет σц=0,01…0,001 м2.The invention relates to radar detection of aircraft (LA), in particular aircraft, helicopters, both single and in the group, as well as small unmanned aerial vehicles (MBPLA), when the effective dispersion area (EPR) is σ c = 0.01 ... 0.001 m 2 .

Известен способ обнаружения ЛА, в том числе и МБПЛА, заключающийся в излучении в пространство с помощью радиолокационной станции (РЛС) импульсных зондирующих сигналов, отражении их от ЛА, приеме отраженных сигналов антенной системой РЛС, фильтрации отраженных сигналов по частоте для выделения отражений от движущихся ЛА на фоне местных предметов, сравнении отфильтрованных отражений с порогом и, в случае превышения установленного порога, принятии решения о том, что обнаружен движущийся ЛА [1].A known method for detecting aircraft, including MBPLA, which consists in emitting into space using a radar station (radar) pulsed sounding signals, reflecting them from the aircraft, receiving the reflected signals by the radar antenna system, filtering the reflected signals by frequency to extract reflections from moving aircraft against the background of local objects, comparing filtered reflections with a threshold and, in case of exceeding the established threshold, deciding that a moving aircraft was detected [1].

Данный способ используется в большинстве обзорных РЛС старого и нового парка, однако обладает тем недостатком, что достоверное обнаружение возможно только в случае отражений электромагнитных волн (ЭМВ) от типовых объектов с ЭПР порядка единиц-десятков квадратных метров. В случае же отражения ЭМВ от МБПЛА, ЭПР которых может составлять 0,01…0,001 м2, мощности отраженных сигналов для превышения порога явно недостаточно, и обнаружение таких объектов крайне затруднено.This method is used in most survey radars of the old and new parks, however, it has the disadvantage that reliable detection is possible only in the case of reflections of electromagnetic waves (EMW) from typical objects with EPRs of the order of tens of square meters. In the case of reflection of electromagnetic waves from MBPLA, the EPR of which can be 0.01 ... 0.001 m 2 , the power of the reflected signals to exceed the threshold is clearly insufficient, and the detection of such objects is extremely difficult.

Известен также способ обнаружения малозаметных ЛА (в том числе и МБПЛА), предполагающий накопление отражений от ЛА, полученных в разных периодах повторения импульсов РЛС [4]. Когерентное накопление (сложение) отраженных сигналов позволяет превысить порог обнаружения даже в случае малой отражающей способности ЛА. Для обеспечения когерентного сложения отраженных импульсных сигналов повышают частоту повторения импульсов Fп или, что то же самое, снижают величину периода повторения импульсов Тп. Данный способ требует, чтобы при заданной скорости обзора пространства минимальное число импульсов Ммин, принимаемых после отражения от ЛА, было достаточным для обнаружения ЛА с заданной вероятностью [4, с. 71-72, 89-90]. Данный способ обнаружения также не позволяет эффективно обнаруживать малозаметные МБПЛА, поскольку отсутствуют методики, позволяющие определить необходимое число накапливаемых импульсов Ммин, а при увеличении Fп возникает неоднозначность определения дальности до обнаруживаемого объекта.There is also a method of detecting subtle aircraft (including MBPLA), which involves the accumulation of reflections from aircraft obtained in different periods of the pulse repetition of the radar [4]. Coherent accumulation (addition) of reflected signals allows you to exceed the detection threshold even in the case of low reflectance of the aircraft. To ensure coherent addition of the reflected pulse signals, the pulse repetition rate F p is increased or, which is the same, the pulse repetition period T p is reduced. This method requires that at a given speed of viewing the space the minimum number of pulses M min received after reflection from the aircraft was sufficient to detect the aircraft with a given probability [4, p. 71-72, 89-90]. This detection method also does not allow to effectively detect subtle MBPLA, since there are no methods to determine the required number of accumulated pulses M min , and with increasing F p there is an ambiguity in determining the range to the detected object.

В современных обзорных РЛС число накапливаемых импульсов не превышает 10-100, что явно недостаточно для обнаружения малоотражающих МБПЛА.In modern surveillance radars, the number of accumulated pulses does not exceed 10-100, which is clearly not enough to detect low-reflecting MBPLA.

Известными являются также способы обнаружения, использующие наряду с рэлеевской и квазиоптической областью рассеяния резонансную область, в которой ЭПР существенно возрастает [5, с. 15-30].Detection methods are also known that use, along with the Rayleigh and quasi-optical scattering regions, a resonance region in which the EPR increases substantially [5, p. 15-30].

На этом эффекте основан еще один известный способ обнаружения ЛА, имеющих малую отражающую способность. В соответствии с принципами работы устройств, описанных в [6, с. 74-82], а также с использованием традиционных методов корреляционно-фильтровой обработки [1-3] известный способ обнаружения ЛА, включая малоотражающие МБПЛА, заключается в следующем. Посредством перестройки частоты зондирующего сигнала в достаточно широком диапазоне от 150 МГц (λ=2 м) до 6 ГГц (λ=5 см) с дискретностью 10 МГц генерируют высокочастотные электромагнитные колебания на всех частотах и после согласованной обработки принятых отраженных сигналов определяют резонансную частоту ƒp, соответствующую длине волны λp, соизмеримой с размером типового малозаметного ЛА. Сравнивают спектральные отклики отраженных сигналов с пороговым значением и в случае превышения спектральным откликом порога фиксируют частоту ƒp, равной несущей частоте пачки, по отражениям которой получено разовое превышение порогового значения. По превышению трех последовательно принятых пачек отраженных на резонансной частоте радиоимпульсов принимается решение об обнаружении на соответствующей дальности малозаметного ЛА.Another well-known method for detecting aircraft with low reflectivity is based on this effect. In accordance with the principles of operation of the devices described in [6, p. 74-82], as well as using traditional methods of correlation-filter processing [1-3], a known method for detecting aircraft, including low-reflecting MBPLA, is as follows. By tuning the frequency of the probe signal in a fairly wide range from 150 MHz (λ = 2 m) to 6 GHz (λ = 5 cm) with a resolution of 10 MHz, high-frequency electromagnetic oscillations are generated at all frequencies and, after coordinated processing of the received reflected signals, the resonant frequency ƒ p corresponding to a wavelength λ p commensurate with the size of a typical subtle LA. The spectral responses of the reflected signals are compared with a threshold value, and if the spectral response exceeds a threshold, the frequency ƒ p is set equal to the carrier frequency of the packet, from the reflections of which a one-time excess of the threshold value is obtained. After exceeding three consecutively received packs of radio pulses reflected at the resonant frequency, a decision is made to detect an inconspicuous aircraft at the appropriate range.

Описанный способ обнаружения МБПЛА эффективнее указанных ранее, так как обеспечивает анализ всего диапазона частот, на которых современные МБПЛА отражают ЭМВ в резонансной области, а также исключает принятие случайных, неподтвержденных решений об обнаружении МБПЛА. Однако и этот способ обладает определенными недостатками. Во-первых, перестройка несущей частоты зондирующего сигнала в столь широких пределах (от 150 МГц до 6 ГГц), т.е. четыре декады при использовании направленного приема, потребует создание весьма сложной и дорогостоящей антенно-фидерной системы. Во-вторых, формирование зондирующего сигнала, процесс согласованного приема и обработки принятых отраженных сигналов потребует достаточно большого времени обзора пространства.The described method for detecting MBPLA is more effective than previously indicated, since it provides an analysis of the entire frequency range at which modern MBPLA reflect EMW in the resonance region, and also eliminates the adoption of random, unconfirmed decisions about the detection of MBPLA. However, this method also has certain disadvantages. Firstly, the tuning of the carrier frequency of the probe signal in such a wide range (from 150 MHz to 6 GHz), i.e. four decades when using directional reception, will require the creation of a very complex and expensive antenna-feeder system. Secondly, the formation of the probing signal, the process of coordinated reception and processing of the received reflected signals will require a sufficiently long time to review the space.

Известен также способ радиолокационного обнаружения и классификации ЛА (в частности, вертолетов), основанный на анализе отражений зондирующего сигнала от лопастей несущего винта, использовании признаков пропеллерной модуляции, содержащихся в спектре принятого отраженного сигнала, и описанный в патенте РФ №2293350 от 10.02.2007 г. [8]. Известный способ предполагает обработку отраженных сигналов посредством быстрого преобразования Фурье (БПФ), определения периода амплитудной модуляции сигнала, который соответствует сигналам, отраженным от вращающихся лопастей несущего винта вертолета (далее ЛА), дальнейшего сравнения полученного значения периода амплитудной модуляции сигнала с данными базы и определения на основе этого скорости и модели ЛА.There is also known a method for radar detection and classification of aircraft (in particular, helicopters), based on the analysis of the reflections of the probe signal from the rotor blades, the use of propeller modulation characteristics contained in the spectrum of the received reflected signal, and described in RF patent No. 2293350 dated 02.10.2007 . [8]. The known method involves processing the reflected signals by means of a fast Fourier transform (FFT), determining the amplitude modulation period of the signal, which corresponds to the signals reflected from the rotor blades of the rotor of the helicopter (hereinafter referred to as LA), further comparing the obtained value of the amplitude modulation period of the signal with the base data and determining the basis of this speed and model of the aircraft.

Недостатком известного способа является невозможность однозначного распознавания МБПЛА, поскольку при облучении вращающегося винта зондирующим радиосигналом с круговой поляризацией амплитудной модуляции отраженного сигнала вообще не происходит, а при линейной (вертикальной или горизонтальной) поляризации зондирующего радиосигнала нет однозначного ответа по распознаванию ЛА из-за многократного отражения от несущих и рулевых винтов.A disadvantage of the known method is the impossibility of unambiguous recognition of MBPLA, since when a rotating rotor is irradiated with a probing radio signal with circular polarization, the amplitude modulation of the reflected signal does not occur at all, and with linear (vertical or horizontal) polarization of the probing radio signal there is no unambiguous answer for aircraft recognition due to multiple reflection from main and tail rotors.

Задачей изобретения является обеспечение возможности обнаружения МБПЛА с малой величиной ЭПР в пределах 0,0…0,001 м2 на фоне интенсивных отражений от подстилающей поверхности. Сущность предлагаемого технического решения основана на анализе структуры отраженного зондирующего сигнала от лопастей вращающегося винта беспилотного летательного аппарата.The objective of the invention is the ability to detect MBPLA with a small ESR in the range of 0.0 ... 0.001 m 2 against the background of intense reflections from the underlying surface. The essence of the proposed technical solution is based on the analysis of the structure of the reflected sounding signal from the blades of the rotating rotor of an unmanned aerial vehicle.

Поставленная задача решается тем, что в радиолокационном способе обнаружения летательных аппаратов, включающем излучение зондирующих радиосигналов, прием и осуществление быстрого преобразования Фурье отраженных радиосигналов, определение пиков и периода амплитудной модуляции в доплеровском спектре отраженного сигнала и запоминании его, согласно изобретению зондирующие радиосигналы излучают попеременно с линейной поляризацией и с квадратурной поляризацией, при этом каждый зондирующий радиосигнал с квадратурной поляризацией синхронен по фазе с предыдущим зондирующим радиосигналом с линейной поляризацией, сравнивают спектры демодулированных отраженных радиосигналов с линейной поляризацией и отраженных радиосигналов с квадратурной поляризацией и по наличию кратности значений периодов их амплитудной модуляции судят об обнаружении летательного аппарата.The problem is solved in that in the radar detection method of aircraft, including the radiation of sounding radio signals, receiving and performing fast Fourier transform of the reflected radio signals, determining the peaks and the amplitude modulation period in the Doppler spectrum of the reflected signal and storing it, according to the invention, the sounding radio signals emit alternating with linear polarized and quadrature polarized, with each probing radio signal with quadrature polarization it is phase in phase with the previous probing radio signal with linear polarization, the spectra of demodulated reflected radio signals with linear polarization and reflected radio signals with quadrature polarization are compared and the detection of an aircraft is judged by the presence of the multiplicity of the values of their amplitude modulation periods.

На фиг. 1 схематично представлено устройство для реализации заявляемого радиолокационного способа обнаружения летательных аппаратов. На фиг. 2 представлены экспериментальные спектральные диаграммы отраженных сигналов на индикаторе после Фурье-анализа, выполненного микроконтроллером для различных угловых положений плоскости винта облучаемой модели МБПЛА.In FIG. 1 schematically shows a device for implementing the inventive radar method for detecting aircraft. In FIG. Figure 2 shows the experimental spectral diagrams of the reflected signals on the indicator after the Fourier analysis performed by the microcontroller for various angular positions of the screw plane of the irradiated MBPLA model.

Устройство для реализации заявляемого способа (фиг. 1) включает передатчик (ПЕР) 1 РЛС, соединенный с передающей антенной 2, и приемник 3. Приемник 3 содержит последовательно соединенные амплитудный детектор 4 (АД), аналого-цифровой преобразователь 5 (АЦП), микроконтроллер 6 (МК) и индикатор 7 (ИНД). При этом вход АД 4 является входом приемника 3 и соединен с приемной антенной 8. Передающая антенна 2 формирует диаграмму излучения 9 в направлении траектории полета 10 летательного аппарата с вращающимся винтом 11.A device for implementing the proposed method (Fig. 1) includes a radar transmitter (PER) 1 connected to a transmitting antenna 2 and a receiver 3. The receiver 3 contains a series-connected amplitude detector 4 (AD), an analog-to-digital converter 5 (ADC), and a microcontroller 6 (MK) and indicator 7 (IND). The input HELL 4 is the input of the receiver 3 and is connected to the receiving antenna 8. The transmitting antenna 2 generates a radiation pattern 9 in the direction of the flight path 10 of the aircraft with a rotary screw 11.

Способ осуществляют следующим образом. Сформированные передатчиком 1 РЛС высокочастотные зондирующие сигналы излучаются передающей антенной 2 в направлении траектории полета 10 летательного аппарата, движущегося с определенной скоростью Vц. Одновременно высокочастотный зондирующий сигнал поступает на приемную антенну 8 (сигнал прямого прохождения 12), где в дальнейшем замешивается с отраженным сигналом на амплитудном детекторе 4. Радиосигналы, отраженные от ЛА и промодулированные по амплитуде за счет вращения его винта 11, принимаются приемной антенной 8 в пределах ее диаграммы направленности 13 и поступают на вход амплитудного детектора 4 приемника 3. Далее через аналого-цифровой преобразователь 5 поступают на устройство цифровой обработки - микроконтроллер 6, выход которого подключен к индикатору 7.The method is as follows. Formed by the radar transmitter 1, the high-frequency sounding signals are emitted by the transmitting antenna 2 in the direction of the flight path 10 of the aircraft moving at a certain speed V c . At the same time, the high-frequency probing signal is fed to the receiving antenna 8 (direct signal 12), where it is subsequently mixed with the reflected signal at the amplitude detector 4. Radio signals reflected from the aircraft and modulated in amplitude due to the rotation of its screw 11 are received by the receiving antenna 8 within its radiation patterns 13 and are fed to the input of the amplitude detector 4 of the receiver 3. Then, through an analog-to-digital converter 5, they are transferred to a digital processing device - a microcontroller 6, the output of which dklyuchen to the indicator 7.

Принцип выделения частоты биений отраженного сигнала от вращения винта 11 ЛА заключается в следующем.The principle of highlighting the beat frequency of the reflected signal from the rotation of the screw 11 of the aircraft is as follows.

Последовательность отраженных от вращающегося винта ЛА радиосигналов можно записать в следующем виде:The sequence of radio signals reflected from the rotating rotor of the aircraft can be written as follows:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
- нормированная по дальности амплитуда огибающей последовательности отраженного сигнала;
Figure 00000002
- range-normalized amplitude of the envelope of the sequence of the reflected signal;

Fj - частота вращения винта, Гц;F j - screw speed, Hz;

S - огибающая последовательности отраженных сигналов;S is the envelope of the sequence of reflected signals;

ti - время задержки, с;t i is the delay time, s;

Т - период следования зондирующих радиосигналов, с;T - the period of the probing radio signals, s;

N - количество отраженных радиосигналов, поступивших на вход приемника 3 за время нахождения ЛА в пределах ширины диаграммы направленности 13 приемной антенны 8.N is the number of reflected radio signals received at the input of the receiver 3 during the time the aircraft was within the width of the radiation pattern 13 of the receiving antenna 8.

В микроконтроллере 6 происходит спектральный анализ продетектированых отраженных радиосигналов в полосе частот вращения винта 11 (порядка 20…1000 Гц - в зависимости от скорости вращения винта), результат которого отображается на индикаторе 7. Одновременно результат спектрального анализа в виде набора нормированных амплитуд

Figure 00000002
и частот Fj записывается в модуль оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) микроконтроллера 6 и подается в нейрокомпьютерную программу обнаружения и распознавания класса ЛА. Параметры ЭПР являются дополнением к признакам распознавания класса ЛА. При этом обучающая программа нейрокомпьютера формируется на этапе летных испытаний моделей ЛА для конкретного типа РЛС.In microcontroller 6, a spectral analysis of the detected reflected radio signals in the frequency band of the screw 11 (of the order of 20 ... 1000 Hz depending on the speed of rotation of the screw) takes place, the result of which is displayed on indicator 7. At the same time, the result of spectral analysis in the form of a set of normalized amplitudes
Figure 00000002
and frequencies F j is recorded in the module random access memory (RAM) of the microcontroller 6 and is fed to a neurocomputer program for detecting and recognizing an aircraft class. The EPR parameters are in addition to the recognition features of the aircraft class. At the same time, the neurocomputer training program is formed at the stage of flight tests of aircraft models for a specific type of radar.

Класс ЛА определяется совокупностью измеряемых параметров отраженного сигнала, в частности для линейной модели распознаванияThe aircraft class is determined by the set of measured parameters of the reflected signal, in particular for a linear recognition model

Figure 00000003
Figure 00000003

α1, α2, …, αi - весовые коэффициенты, подбираемые в процессе обучения нейро-ПЭВМ,α 1 , α 2 , ..., α i - weighting factors selected in the process of training a neuro-PC,

Figure 00000004
,
Figure 00000005
, …,
Figure 00000006
- параметры отраженного сигнала,
Figure 00000004
,
Figure 00000005
, ...,
Figure 00000006
- parameters of the reflected signal,

j - номер класса ЛА.j is the class number of the aircraft.

В качестве параметров (признаков) ЛА будут использованы:As parameters (signs) of the aircraft will be used:

- частота вращения винта по четырем координатным осям, 0°, 45°, 90°, Z (зенит);- rotational speed of the screw along the four coordinate axes, 0 °, 45 °, 90 °, Z (zenith);

- амплитуда спектральных составляющих;- the amplitude of the spectral components;

- эффективная площадь рассеяния ЛА;- effective dispersion area of the aircraft;

- скорость движения ЛА,- the speed of the aircraft,

всего около 12 признаков, что позволяет формировать образ (класс) ЛА.only about 12 signs, which allows you to form the image (class) of the aircraft.

С целью проверки принципиальной возможности осуществления заявляемого способа обнаружения ЛА были проведены лабораторные испытания обнаружения малоразмерных беспилотных летательных аппаратов (МБПЛА) по модуляции отраженного сигнала частотой вращения винта в радиолаборатории «Иридий» Военно-инженерного института ФГАОУ ВО Сибирского федерального университета.In order to verify the fundamental possibility of implementing the inventive method for detecting aircraft, laboratory tests were conducted to detect small unmanned aerial vehicles (MBPLA) by modulating the reflected signal by the rotational speed of the screw in the Iridium radio laboratory of the Military Engineering Institute of the Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education of the Siberian Federal University.

Цель испытаний: определение принципиальной возможности радиолокационного обнаружения МБПЛА массой 1÷10 кг путем выделения из отраженного сигнала частоты вращения винта.The purpose of the tests: determination of the fundamental possibility of radar detection MBPLA weighing 1 ÷ 10 kg by extracting from the reflected signal the rotational speed of the screw.

Используемое оборудование.Used equipment.

1. Модель ЛА - аналог-МБПЛА: WINDS 50Е (Sebastiano Silvestri) со следующими характеристиками:1. Aircraft model - analog-MBPLA: WINDS 50Е (Sebastiano Silvestri) with the following characteristics:

Длина фюзеляжа - 1600 мм;The length of the fuselage - 1600 mm;

Размах крыльев - 1580 мм;Wingspan - 1580 mm;

Мощность двигателя - 1500 Вт;Engine power - 1500 W;

Питание аккумуляторное - LiPo, 22,2 В, (6S), С=4500 мА/час;Battery power - LiPo, 22.2 V, (6S), C = 4500 mA / h;

Скорость вращения винта n - 50÷100 об/сек.Screw rotation speed n - 50 ÷ 100 r / s.

2. Экспериментальный радиолокатор автодинного типа с мощностью передатчика - 5 мВт, рабочей частотой - 2,4 ГГц, поляризацией сигнала линейной горизонтальной, антенной зеркальной (сплошной) диаметром 0,8 м (коэффициент усиления антенны по мощности Ga=25 дБ).2. An autodyne-type experimental radar with a transmitter power of 5 mW, an operating frequency of 2.4 GHz, a linear horizontal signal polarization, a mirror antenna (solid) with a diameter of 0.8 m (antenna gain in power G a = 25 dB).

3. Средство измерения: внешний модуль АЦП/ЦАП Е-154 для шины USB: разрядность - 12 бит; частота дискретизации - 10 кГц; диапазон измерений входного сигнала -1.6÷1.6 В.3. Means of measurement: external ADC / DAC module E-154 for USB bus: resolution - 12 bits; sampling rate - 10 kHz; input signal measuring range -1.6 ÷ 1.6 V.

4. Программное обеспечение: цифровой анализатор спектра на базе персонального компьютера (ноутбук).4. Software: a digital spectrum analyzer based on a personal computer (laptop).

Модель МБПЛА устанавливалась в закрытом помещении длиной 40 м с поперечным сечением 3×3 м. Зеркало радиолокатора размещалось на треноге, на высоте 1 м от пола. Расстояние между моделью МБПЛА и радиолокатором составило 30 м.The MBPLA model was installed indoors 40 m long with a cross section of 3 × 3 m. The radar mirror was placed on a tripod, at a height of 1 m from the floor. The distance between the MBPLA model and the radar was 30 m.

С выхода детектора РЛС отраженные видеосигналы длиной реализации 3 сек подавались на персональный компьютер с программой спектрального анализа.From the output of the radar detector, the reflected video signals with a realization length of 3 seconds were fed to a personal computer with a spectral analysis program.

Плоскость вращения винта 11 ЛА устанавливалась относительно оси диаграммы излучения под углом θ: 0°, 45°, 90°.The plane of rotation of the screw 11 of the aircraft was set relative to the axis of the radiation diagram at an angle θ: 0 °, 45 °, 90 °.

Исследовались винты двух типов: из диэлектрика (длина 406 мм) и углепластика (длина 559 мм).We studied two types of screws: dielectric (length 406 mm) and carbon fiber (length 559 mm).

Результаты измерений представлены в виде соответствующих спектрограмм и показаны на фиг. 2. Анализ результатов показывает, что РЛС регистрирует сигналы частоты вращения обоих видов винтов при соотношении сигнал/шум 30÷35 дБ.The measurement results are presented in the form of corresponding spectrograms and are shown in FIG. 2. An analysis of the results shows that the radar registers the speed signals of both types of screws with a signal-to-noise ratio of 30–35 dB.

Для углового положения МБПЛА в 0° отмечаются 1-я и 2-я гармоники частоты, соответствующей удвоенной скорости вращения винта, что логично с учетом линейной поляризации излучаемой E-волны, т.к. за один оборот вращения винта его положение дважды совпадает с линией поляризации Е-волны.For the angular position of the MBPLA at 0 °, the 1st and 2nd harmonics of the frequency corresponding to twice the rotational speed of the propeller are noted, which is logical given the linear polarization of the emitted E-wave, because for one rotation of the screw rotation, its position twice coincides with the line of polarization of the E-wave.

При угловом положении МБПЛА в 45° относительно фронта падающей волны на спектрограмме появляется несколько дополнительных линий спектра.When the MBPLA angular position is 45 ° relative to the incident wave front, several additional spectral lines appear on the spectrogram.

При смене материала винта с диэлектрика на углепластик возрастает амплитуда регистрируемого сигнала примерно на 10 дБ.When changing the screw material from dielectric to carbon fiber, the amplitude of the recorded signal increases by about 10 dB.

Таким образом, в процессе проведенных экспериментальных исследований была доказана возможность обнаружения МБПЛА по частотам вращения его винта независимо от результирующей эффективной площади рассеяния (ЭПР) корпуса МБПЛА. Подобный подход возможен и для других винтокрылых ЛА.Thus, in the course of the experimental studies, it was proved that MBPLA can be detected by the rotational speeds of its propeller, regardless of the resulting effective scattering area (ESR) of the MBPLA hull. A similar approach is possible for other rotorcraft.

Важным преимуществом заявляемого способа является возможность существенного улучшения качества обнаружения МБПЛА за счет последовательного использования вначале линейной, затем квадратурной поляризации зондирующих радиосигналов с одинаковой фазой по ортогональным компонентам излучения.An important advantage of the proposed method is the possibility of a significant improvement in the quality of detection of MBPLA due to the sequential use of first linear, then quadrature polarization of the probing radio signals with the same phase along the orthogonal radiation components.

Использование синхронно квадратурной поляризации зондирующих радиосигналов позволяет существенно улучшить задачу распознавания объектов класса МБПЛА за счет введения второго проверочного признака - увеличение частоты модуляции отраженного радиосигнала вращением винта в кратное число раз. Другими словами, появление в спектре отраженного радиосигнала кратной составляющей частоты по отношению к первому виду поляризации (линейной) прямо указывает на признак вращения несущего винта МБПЛА.The use of synchronously quadrature polarization of the probing radio signals can significantly improve the recognition of MBPLA objects by introducing a second verification feature - increasing the modulation frequency of the reflected radio signal by rotating the screw a multiple of times. In other words, the appearance in the spectrum of the reflected radio signal of a multiple component of the frequency with respect to the first type of polarization (linear) directly indicates a sign of rotation of the main rotor of the MBPLA.

Еще одним несомненным достоинством предлагаемого способа является возможность существенного улучшения угловой разрешающей способности за счет использования современного способа обратного синтеза апертуры по движущемуся ЛА на конечном участке полета L (см. фиг. 1).Another undoubted advantage of the proposed method is the possibility of a significant improvement in angular resolution due to the use of the modern method of reverse synthesis of aperture along a moving aircraft in the final flight section L (see Fig. 1).

Формирование синтезированной апертуры происходит в данном случае за счет облета ЛА с радиусом разворота Rн при постоянной линейной скорости его перемещения на участке L. При этом обеспечивается наблюдение ЛА последовательно во времени (см. фиг. 1) под различными ракурсами в пределах углового размера β0. При неподвижной РЛС угловой размер синтезированной апертуры β0 определяется скоростью перемещения цели Vц и временем синтезирования Тс, т.е. β0=VцTс/Rн. При этом угловое разрешение по цели за время накопления сигнала Тс составит [7]The formation of the synthesized aperture occurs in this case due to an overflown aircraft with a turning radius R n at a constant linear speed of its movement in section L. This ensures the observation of the aircraft sequentially in time (see Fig. 1) from different angles within the angular size β 0 . When the radar is stationary, the angular size of the synthesized aperture β 0 is determined by the target moving speed V c and the synthesis time T s , i.e. β 0 = V c T s / R n In this case, the angular resolution on the target during the accumulation of the signal T with will be [7]

Figure 00000007
Figure 00000007

Так, если предположить, что на удалении 1000 м от РЛС МБПЛА движется со скоростью Vц=100 км/час (≈28 м/с), то на участке L длиной в 100 м время синтезирования Тс≈3,5 с. За такое время скорость вращения винта n [об/мин] можно считать постоянной (n=const). При этом угловое разрешение согласно выражению (3) при длине волны λ=12,5 см (ƒ=2,4 ГГц) составитSo, if we assume that at a distance of 1000 m from the radar MBPLA moves at a speed of V c = 100 km / h (≈28 m / s), then in the area L of 100 m in length the synthesis time T s ≈ 3.5 s. During this time, the screw rotation speed n [rpm] can be considered constant (n = const). In this case, the angular resolution according to expression (3) at a wavelength of λ = 12.5 cm (ƒ = 2.4 GHz) is

Figure 00000008
Figure 00000008

Таким образом, при когерентном суммировании сигналов модуляции частоты вращения винта (даже при достаточно широкой диаграмме направленности антенны РЛС порядка 3…6°) способ позволит получить высокое угловое разрешение.Thus, when coherently summing the signals of the modulation of the rotational speed of the screw (even with a fairly wide radiation pattern of the radar antenna of the order of 3 ... 6 °), the method will allow to obtain a high angular resolution.

Источники информацииInformation sources

1. Справочник по радиолокации./Под ред. М.И. Сколника. - Пер. с англ. М.: Сов. радио, 1967. Т.1. Основы радиолокации. - 456 с.1. Handbook of radar. / Ed. M.I. Skolnik. - Per. from English M .: Sov. Radio, 1967. Vol. 1. Basics of radar. - 456 p.

2. Теоретические основы радиолокации./Под ред. Я.Д. Ширмана. М.: Сов. радио, 1970. - 560 с.2. Theoretical foundations of radar. / Ed. POISON. Shirman. M .: Sov. Radio, 1970 .-- 560 p.

3. Охрименко А.Е. Основы радиолокации и радиоэлектронная борьба. Ч.1. Основы радиолокации. М.: Воениздат, 1983. - 456 с.3. Okhrimenko A.E. Basics of radar and electronic warfare. Part 1. Basics of radar. M .: Military Publishing, 1983.- 456 p.

4. Справочник по основам радиолокационной техники./Под ред. В.В. Дружинина. М.: Воениздат, 1967. - 768 с.4. Reference on the basics of radar technology. / Ed. V.V. Druzhinina. M .: Military Publishing House, 1967 .-- 768 p.

5. Радиолокационные характеристики летательных аппаратов./Под ред. Л.Т. Тучкова. М.: Радио и связь, 1985. - 236 с.5. Radar characteristics of aircraft. / Ed. L.T. Tuchkova. M .: Radio and communications, 1985 .-- 236 p.

6. Патент РФ №2534217 от 27.11.2014. Радиолокационный способ обнаружения малозаметных беспилотных летательных аппаратов.6. RF patent No. 2534217 of 11/27/2014. Radar method for detecting stealth unmanned aerial vehicles.

7. Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли./Под ред. Г.С. Кондратенкова. - М.: «Радиотехника», 2005. - 368 с.7. Kondratenkov G.S., Frolov A.Yu. Radio vision. Radar systems for remote sensing of the Earth./ Ed. G.S. Kondratenkova. - M.: "Radio Engineering", 2005. - 368 p.

8. Патент РФ №2293350, опубл. 10.02.2007 г. Устройство для обнаружения и классификации летящих и зависших вертолетов (прототип).8. RF patent No. 2293350, publ. 02/10/2007. A device for the detection and classification of flying and hovering helicopters (prototype).

Claims (1)

Радиолокационный способ обнаружения летательных аппаратов, заключающийся в излучении зондирующих радиосигналов, приеме и осуществлении быстрого преобразования Фурье отраженных радиосигналов, определении пиков и периода амплитудной модуляции в доплеровском спектре отраженного сигнала и запоминании его, отличающийся тем, что зондирующие радиосигналы излучают попеременно с линейной поляризацией и с квадратурной поляризацией, при этом каждый зондирующий радиосигнал с квадратурной поляризацией синхронен по фазе с предыдущим зондирующим радиосигналом с линейной поляризацией, сравнивают спектры демодулированных отраженных радиосигналов с линейной поляризацией и отраженных радиосигналов с квадратурной поляризацией и по наличию кратности значений периодов их амплитудной модуляции судят об обнаружении летательного аппарата.The radar method for detecting aircraft, which consists in emitting sounding radio signals, receiving and performing fast Fourier transform of the reflected radio signals, determining the peaks and amplitude modulation period in the Doppler spectrum of the reflected signal and storing it, characterized in that the probing radio signals emit alternately with linear polarization and quadrature polarization, with each probing radio signal with quadrature polarization synchronized in phase with the previous probe conductive RF signal with a linear polarization spectra comparing the demodulated reflected signals with linear polarization and reflected signals with quadrature polarization and by the presence of period values multiplicity of amplitude modulation judging the detected aircraft.
RU2016127479A 2016-07-07 2016-07-07 Radar location method for detecting aircrafts RU2622908C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016127479A RU2622908C1 (en) 2016-07-07 2016-07-07 Radar location method for detecting aircrafts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016127479A RU2622908C1 (en) 2016-07-07 2016-07-07 Radar location method for detecting aircrafts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2622908C1 true RU2622908C1 (en) 2017-06-21

Family

ID=59241251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016127479A RU2622908C1 (en) 2016-07-07 2016-07-07 Radar location method for detecting aircrafts

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2622908C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2713433C1 (en) * 2019-05-13 2020-02-05 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Салют" Method for detection, identification and monitoring of vibrating objects
RU2732916C1 (en) * 2019-06-24 2020-09-24 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Ярославское высшее военное училище противовоздушной обороны" Министерства обороны Российской Федерации Complex detector of rectilinear trajectory of air object in space with use of hough transform
RU2771834C1 (en) * 2021-07-07 2022-05-12 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) Method for simultaneous full-polarization doppler measurements in the microwave range
CN115980742A (en) * 2023-03-20 2023-04-18 成都航空职业技术学院 Radar detection method and device for unmanned aerial vehicle

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040144893A1 (en) * 2003-01-29 2004-07-29 Clark Walter Dennis Aircraft with forward opening inlay spoilers for yaw control
WO2006133268A2 (en) * 2005-06-06 2006-12-14 Signal Labs, Inc. System and method for detection and discrimination of targets in the presence of interference
RU2293350C2 (en) * 2005-04-26 2007-02-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Нижегородский Научно-Исследовательский Институт Радиотехники" Device for detection and classification of flying and hovering helicopters
EP1806596A1 (en) * 2005-12-30 2007-07-11 VALEO RAYTHEON SYSTEMS Inc. Method and system for generating a target alert
RU2534217C1 (en) * 2013-08-28 2014-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Смоленский научно-инновационный центр радиоэлектронных систем "Завант" Radar method of detecting low-visibility unmanned aerial vehicles
RU157936U1 (en) * 2015-03-27 2015-12-20 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) LIMITER IN ADDITIONAL CODE
RU2574224C1 (en) * 2014-09-18 2016-02-10 Федеральное государственное казённое военное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия материально технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Passive detection of miniature drones and determination of their coordinates

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040144893A1 (en) * 2003-01-29 2004-07-29 Clark Walter Dennis Aircraft with forward opening inlay spoilers for yaw control
RU2293350C2 (en) * 2005-04-26 2007-02-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Нижегородский Научно-Исследовательский Институт Радиотехники" Device for detection and classification of flying and hovering helicopters
WO2006133268A2 (en) * 2005-06-06 2006-12-14 Signal Labs, Inc. System and method for detection and discrimination of targets in the presence of interference
EP1806596A1 (en) * 2005-12-30 2007-07-11 VALEO RAYTHEON SYSTEMS Inc. Method and system for generating a target alert
RU2534217C1 (en) * 2013-08-28 2014-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Смоленский научно-инновационный центр радиоэлектронных систем "Завант" Radar method of detecting low-visibility unmanned aerial vehicles
RU2574224C1 (en) * 2014-09-18 2016-02-10 Федеральное государственное казённое военное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия материально технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Passive detection of miniature drones and determination of their coordinates
RU157936U1 (en) * 2015-03-27 2015-12-20 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) LIMITER IN ADDITIONAL CODE

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2713433C1 (en) * 2019-05-13 2020-02-05 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Салют" Method for detection, identification and monitoring of vibrating objects
RU2732916C1 (en) * 2019-06-24 2020-09-24 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Ярославское высшее военное училище противовоздушной обороны" Министерства обороны Российской Федерации Complex detector of rectilinear trajectory of air object in space with use of hough transform
RU2771834C1 (en) * 2021-07-07 2022-05-12 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) Method for simultaneous full-polarization doppler measurements in the microwave range
CN115980742A (en) * 2023-03-20 2023-04-18 成都航空职业技术学院 Radar detection method and device for unmanned aerial vehicle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108398677B (en) Three-coordinate continuous wave one-dimensional phase scanning unmanned aerial vehicle low-altitude target detection system
CN107121670B (en) Anti-unmanned aerial vehicle defense method based on synthetic aperture radar
Knott et al. Radar cross section
Meikle Modern radar systems
US20170045613A1 (en) 360-degree electronic scan radar for collision avoidance in unmanned aerial vehicles
Rahman Fundamental principles of radar
RU2534217C1 (en) Radar method of detecting low-visibility unmanned aerial vehicles
RU2280263C1 (en) Method for selecting air decoys
RU2622908C1 (en) Radar location method for detecting aircrafts
CN110109072A (en) A kind of more base sea Small object radar detection methods
Yang et al. Practical Investigation of a MIMO radar system capabilities for small drones detection
KR101714198B1 (en) Target detection method and apparatus using radar
Akhter et al. Development of RF-photonic system for automatic targets’ nonlinear rotational/flapping/gliding signatures imaging applications
Balal et al. Identifying low-RCS targets using micro-Doppler high-resolution radar in the millimeter waves
Geise et al. Modulating features of field measurements with a UAV at millimeter wave frequencies
Lam et al. Time-frequency analysis using V-band radar for drone detection and classification
RU2735289C1 (en) Method for selection of simulators of secondary radiation of air objects
Abratkiewicz et al. Target acceleration estimation in active and passive radars
RU2571957C1 (en) Method for experimental verification of information and identification capabilities of doppler portraits of aerial objects
Bouzayene et al. Scan radar using an uniform rectangular array for drone detection with low rcs
Strømøy Hitchhiking bistatic radar
Kurosaki et al. Experimental study on multiple drone detection using a millimeter-wave fast chirp MIMO radar
Ezuma UAV detection and classification using radar, radio frequency and machine learning techniques
US5281971A (en) Radar techniques for detection of particular targets
He et al. Long-time integration for drone targets detection based on digital ubiquitous radar

Legal Events

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

Effective date: 20190708