RU2634477C2 - Method of passive single-position determination of object range and its radial speed - Google Patents

Method of passive single-position determination of object range and its radial speed Download PDF

Info

Publication number
RU2634477C2
RU2634477C2 RU2016115891A RU2016115891A RU2634477C2 RU 2634477 C2 RU2634477 C2 RU 2634477C2 RU 2016115891 A RU2016115891 A RU 2016115891A RU 2016115891 A RU2016115891 A RU 2016115891A RU 2634477 C2 RU2634477 C2 RU 2634477C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
range
speed
radial speed
frequency
radial
Prior art date
Application number
RU2016115891A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016115891A (en
Inventor
Александр Григорьевич Черевко
Александр Александрович Черевко
Евгений Михайлович Ильин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ)
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 бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ)
Priority to RU2016115891A priority Critical patent/RU2634477C2/en
Publication of RU2016115891A publication Critical patent/RU2016115891A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2634477C2 publication Critical patent/RU2634477C2/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/02—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves
    • G01S11/06—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves using intensity measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems

Landscapes

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

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: in order to determine the range and the radial speed of a moving object, it is necessary to measure only the frequency of the change of the maxima and minima of the result intensity of the spatial Fourier transformation of the electromagnetic wave emitted by the object, which is adopted by the Fourier transformer. The range and radial speed of the object is calculated from the ratios containing the data on frequency and its time derivative. The object is in the range of distances corresponding to the effect criterion of Fresnel diffraction.
EFFECT: increased reliability of determining the range and radial speed of the object by reducing the number of measured parameters and reducing the dependence of the measurement result on interference connected with atmospheric phenomena and technogenic factors.
6 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области радиолокации и радионавигации в части их использования для определения дальности и радиальной скорости объекта, излучающего электромагнитные волны. Предложенный способ может использоваться для определения дальности и радиальной скорости объекта излучающего электромагнитные волны при решении технических и физических задач.The present invention relates to the field of radar and radio navigation in terms of their use for determining the range and radial velocity of an object emitting electromagnetic waves. The proposed method can be used to determine the range and radial velocity of an object emitting electromagnetic waves in solving technical and physical problems.

Известны следующие способы определения дальности и радиальной скорости объекта с помощью приемника электромагнитных волн (ПЭВ) [1, 2]:The following methods are known for determining the range and radial velocity of an object using a receiver of electromagnetic waves (SEW) [1, 2]:

1. Угломерный способ определения дальности объекта и его радиальной скорости с помощью ПЭВ. В этом способе искомые параметры определяются при помощи двух (или более) пассивных ПЭВ, разнесенных на расстояние.1. The goniometer method for determining the range of an object and its radial velocity using SEW. In this method, the desired parameters are determined using two (or more) passive SEWs spaced at a distance.

Если объект и два ПЭВ расположены в горизонтальной (вертикальной) плоскости, достаточно найти 2 азимута (2 угла места), а определение дальности осуществляется решением треугольника. Для определения координат объекта в общем случае необходимо измерить не менее 3 угловых координат. Скорость объекта определяется по результатам измерения наклонной дальности в различные моменты времени.If the object and two SEWs are located in the horizontal (vertical) plane, it is enough to find 2 azimuths (2 elevation angles), and the range is determined by solving the triangle. To determine the coordinates of an object in the general case, it is necessary to measure at least 3 angular coordinates. The speed of the object is determined by measuring oblique range at various points in time.

2. Разностно-дальномерный способ определения дальности. Он предусматривает измерение разностей расстояний от излучаемого объекта до ПЭВ. Для определения координат объекта на плоскости требуется определить не менее двух значений разности расстояний, для чего необходимо иметь по крайней мере 3 разнесенных ПЭВ. Местоположение объекта определяется точкой пересечения гипербол, соответствующих измеренным разностям расстояний, с фокусами в точках расположения ПЭВ.2. The differential-ranging method of determining the range. It provides for the measurement of differences of distances from the emitted object to the SEW. To determine the coordinates of an object on a plane, it is necessary to determine at least two values of the distance difference, for which it is necessary to have at least 3 spaced SEWs. The location of the object is determined by the intersection point of the hyperbolas corresponding to the measured distance differences, with the foci at the points of the SEW location.

3. Угломерно-разностно-дальномерный способ определения дальности. Он является комбинацией первых двух и заключается в определении направлений и разности расстояний от объекта до ПЭВ. При этом способе надо иметь не менее двух ПЭВ. Определение плоскостных координат объекта обеспечивается измерением одной угловой координаты и разности расстояний.3. The goniometric-difference-rangefinder method of determining the range. It is a combination of the first two and consists in determining the directions and the difference in distances from the object to the SEW. With this method, you must have at least two SEW. The determination of the plane coordinates of the object is provided by measuring one angular coordinate and the difference in distances.

Однако известные способы обладают следующими недостатками:However, the known methods have the following disadvantages:

1 - эти способы не однопозиционные,1 - these methods are not single-position,

2 - для определения дальности и радиальной скорости объекта необходимо несколько ПЭВ.2 - to determine the range and radial velocity of an object, several SEW are needed.

Указанные недостатки приводят к усложнению конструкции измерительной системы и повышению ее стоимости, а также к снижению живучести системы.These shortcomings lead to a complication of the design of the measuring system and an increase in its cost, as well as to a decrease in the survivability of the system.

Также известен способ определения дальности и скорости двухпозиционным одиночным ПЭВ.Also known is a method for determining the range and speed of a two-position single SEW.

Этот способ реализован в патенте US 5420827 A «Passive multipath target range and depth estimation using a variable depth sonar», где пассивный акустический локатор с переменной глубиной погружения, который определяет расстояние до цели и глубину ее погружения по многоходовой оценке ее акустического излучения. Применяется новый способ оценки, при котором не требуются приемники больших размеров с большим объемом вычислений. Отличительной особенностью способа является изменение глубины погружения приемника акустического локатора, установленного на подвижной платформе. Объединение измерений, полученных на двух глубинах погружения приемника по определенному алгоритму, дает как дальность, так и глубину погружения цели. Недостатком этого способа является необходимость измерений минимум на двух глубинах погружения. Таким образом, в предложенном способе используется одиночный ПЭВ, но метод не является однопозиционным, т.е. для получения значения дальности позицию ПЭВ необходимо менять.This method is implemented in US patent 5420827 A "Passive multipath target range and depth estimation using a variable depth sonar", where a passive acoustic locator with a variable depth of immersion, which determines the distance to the target and the depth of its immersion from a multi-way assessment of its acoustic radiation. A new evaluation method is used, in which large receivers with a large amount of computation are not required. A distinctive feature of the method is the change in the immersion depth of the receiver of the acoustic locator mounted on a movable platform. The combination of measurements obtained at two receiver immersion depths according to a certain algorithm gives both the range and the target immersion depth. The disadvantage of this method is the need for measurements at least two depths of immersion. Thus, in the proposed method, a single SEW is used, but the method is not one-position, i.e. To obtain the value of the range, the position of the SEI must be changed.

Однако этот способ обладает следующими недостатками: он не является однопозиционным и требует измерений в различных позициях, что повышает время определения дальности и скорости объекта, что приводит к понижению надежности измерений и живучести измерительной системы.However, this method has the following disadvantages: it is not single-position and requires measurements in various positions, which increases the time to determine the range and speed of the object, which leads to a decrease in the reliability of measurements and the survivability of the measuring system.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ пассивного измерения пространственных координат движущегося объекта, описанный в работе [3] в 2013 году. Этот способ выбран в качестве прототипа.Of the known technical solutions, the closest in technical essence to the claimed method is the method of passive measurement of the spatial coordinates of a moving object, described in [3] in 2013. This method is selected as a prototype.

Сущность прототипа состоит в том, что для пассивного измерения пространственных координат движущегося объекта производится оценка пеленга и угла места объекта в процессе сопровождения объекта и одновременно производится измерение уровней принимаемого сигнала (энергии излучения, принимаемого от объекта). Затем данные по пеленгам, углам места и уровням принимаемого сигнала (т.е. три параметра) совместно обрабатываются по определенному алгоритму в вычислительном устройстве. Результатом такой совместной обработки, в частности, является дальность и постоянная радиальная скорость объекта. Необходимым условием работы прототипа является введение дополнительных измерений уровней принимаемого сигнала.The essence of the prototype is that for passive measurement of the spatial coordinates of a moving object, the bearing and the elevation angle of the object are evaluated in the process of tracking the object, and at the same time, the levels of the received signal (radiation energy received from the object) are measured. Then the data on bearings, elevation angles and levels of the received signal (i.e. three parameters) are jointly processed using a specific algorithm in a computing device. The result of such joint processing, in particular, is the range and constant radial speed of the object. A prerequisite for the operation of the prototype is the introduction of additional measurements of the levels of the received signal.

Способ-прототип иллюстрируется структурной схемой (Фиг. 1). Согласно Фиг. 1 работа прототипа заключается в следующем: электромагнитная волна от объекта принимается антенной 1, сигнал которой обрабатывается в блоке обнаружения сигналов по пеленговому каналу 2 и в блоке обнаружения сигналов по угломестному каналу 3 для последующего сопровождения объекта, соответственно в блоке сопровождения объекта в пеленговом канале 4 и в блоке сопровождения объекта в угломестном канале 5, далее сигналы от блоков 4 и 5 поступают на соответствующие два входа вычислителя дальности и радиальной скорости объекта 7. Сигнал антенны поступает также в блок измерения уровня сигнала объекта 6 и с его выхода данные об уровне сигнала поступают на третий вход вычислителя дальности и радиальной скорости объекта. Здесь пришедшие сигналы с трех входов, т.е. три параметра, совместно обрабатываются по соответствующим алгоритмам для получения, в частности, значения дальности и постоянной радиальной скорости объекта.The prototype method is illustrated in the structural diagram (Fig. 1). According to FIG. 1, the operation of the prototype is as follows: the electromagnetic wave from the object is received by the antenna 1, the signal of which is processed in the signal detection unit on the bearing channel 2 and in the signal detection unit on the elevation channel 3 for subsequent tracking of the object, respectively, in the object tracking unit in the bearing channel 4 and in the tracking unit of the object in the elevation channel 5, then the signals from blocks 4 and 5 are fed to the corresponding two inputs of the calculator of the range and radial velocity of the object 7. The antenna signal also enters the unit for measuring the signal level of the object 6 and from its output, data on the signal level is fed to the third input of the calculator of the range and radial velocity of the object. Here, the received signals from three inputs, i.e. three parameters are jointly processed by appropriate algorithms to obtain, in particular, the range and constant radial velocity of the object.

К недостаткам прототипа следует отнести необходимость измерения трех параметров: пеленга, угла места и уровня принимаемого сигнала для определения дальности и скорости движущегося объекта. Это снижает вероятность правильного определения дальности и скорости, поскольку повышается погрешность определения дальности и скорости особенно из-за введения измерений уровня сигнала объекта, результаты которого чувствительны к помехам, связанным с атмосферными явлениями и техногенными факторами. Такая чувствительность определяется тем, что мощность сигнала от объектов на входе антенны пассивного локатора обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника излучения, кроме этого она также убывает под воздействием свойств среды. В идеальном случае однородных изотропных сред мощность убывает по экспоненциальному закону с постоянным коэффициентом поглощения. Для реальных сред этот коэффициент может меняться со временем и с изменением свойств среды.The disadvantages of the prototype include the need to measure three parameters: bearing, elevation and level of the received signal to determine the range and speed of a moving object. This reduces the likelihood of a correct determination of range and speed, since the error in determining the range and speed increases, especially due to the introduction of measurements of the signal level of the object, the results of which are sensitive to interference associated with atmospheric phenomena and technological factors. Such sensitivity is determined by the fact that the signal power from objects at the input of the antenna of the passive locator is inversely proportional to the square of the distance to the radiation source, in addition, it also decreases under the influence of the properties of the medium. In the ideal case of homogeneous isotropic media, the power decreases exponentially with a constant absorption coefficient. For real media, this coefficient can change with time and with a change in the properties of the medium.

Целью заявляемого способа является повышение надежности определения дальности и радиальной скорости объекта, что достигается снижением числа измеряемых параметров для расчета дальности и скорости с трех до одного, снижением зависимости результата измерения от помех, связанных с атмосферными явлениями и техногенными факторами.The aim of the proposed method is to increase the reliability of determining the range and radial speed of the object, which is achieved by reducing the number of measured parameters for calculating the range and speed from three to one, reducing the dependence of the measurement result on interference associated with atmospheric phenomena and technological factors.

Поставленная цель достигается тем, что в заявляемом способе для определения дальности и радиальной скорости движущегося объекта одиночным однопозиционным ПЭВ необходимо провести только измерения частоты смены максимумов и минимумов интенсивности результата пространственного преобразования Фурье электромагнитной волны излучаемой объектом, которая принимается преобразователем Фурье одиночного однопозиционного ПЭВ. Дальность и радиальная скорость объекта вычисляется по простым соотношениям, содержащим данные по частоте и ее производной по времени. При этом объект находится в диапазоне расстояний, соответствующих критерию действия дифракции Френеля. Оценка пеленга и угла места не входят в алгоритм обработки. Они предназначены для обнаружения излучения объекта, сопровождения объекта и ориентировки Фурье преобразователя на объект.This goal is achieved by the fact that in the claimed method for determining the range and radial speed of a moving object by a single one-position SEW, it is only necessary to measure the frequency of the change of the maxima and minima of the intensity of the spatial Fourier transform of the electromagnetic wave emitted by the object, which is received by the Fourier transducer of a single one-position SEW. The range and radial velocity of the object is calculated by simple relations containing data on the frequency and its time derivative. Moreover, the object is in the range of distances corresponding to the criterion for the action of Fresnel diffraction. The assessment of the bearing and elevation angle are not included in the processing algorithm. They are designed to detect the radiation of an object, track the object and orient the Fourier transducer of the object.

Таким образом, предлагаемый способ для определения дальности и скорости объекта использует один тип измерения - измерения частоты, что исключает недостатки прототипа, поскольку измерение частоты является одним из наиболее простых и точных измерений и менее чувствительно к помехам, связанным с атмосферными явлениями и техногенными факторами, чем измерение уровня сигнала.Thus, the proposed method for determining the range and speed of an object uses one type of measurement - frequency measurement, which eliminates the disadvantages of the prototype, since the frequency measurement is one of the simplest and most accurate measurements and less sensitive to interference associated with atmospheric phenomena and technological factors than signal level measurement.

Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг. 2 приведена структурная схема предлагаемого способа, на фиг. 3-6 приведена модель экспериментальной установки для реализации способа и фрагменты показаний частотомера и вычислителя дальности и радиальной скорости объекта для разных расстояний и постоянной скорости объекта, приближающегося к апертуре.The invention is illustrated by the accompanying drawings, where in FIG. 2 shows a structural diagram of the proposed method, FIG. Figure 3-6 shows a model of an experimental setup for implementing the method and fragments of the readings of the frequency meter and calculator of the range and radial velocity of the object for different distances and constant speed of the object approaching the aperture.

Согласно структурной схеме (Фиг. 2) работа по предложенному способу реализуется следующим образом: электромагнитная волна (ЭМВ) от объекта, который находится в диапазоне расстояний, соответствующих критерию действия дифракции Френеля, принимается антенной 1, сигнал которой обрабатывается в блоке обнаружения сигналов по пеленговому каналу 2 и в блоке обнаружения сигналов по угломестному каналу 3 для последующего сопровождения объекта, соответственно в блоке сопровождения объекта в пеленговом канале 4 и в блоке сопровождения объекта в угломестном канале 5, далее сигналы от блоков 4 и 5 поступают на соответствующие два сигнальных входа пространственного преобразователя Фурье 6 для его ориентации на объект. ЭМВ объекта поступает в сориентированный пространственный преобразователь Фурье 6 через соответствующее окно, а с его выхода сигнал поступает на вход приемника пространственно-преобразованных электромагнитных волн 7, с выхода которого сигнал поступает на измеритель частоты сигнала 8, который измеряет частоту смены интенсивности результата пространственного преобразования Фурье с максимума на минимум, а с выхода измерителя частоты 8 сигнал поступает в вычислитель дальности и радиальной скорости объекта 9.According to the structural diagram (Fig. 2), the work according to the proposed method is implemented as follows: an electromagnetic wave (EMW) from an object that is in the range of distances corresponding to the criterion for the action of Fresnel diffraction is received by antenna 1, the signal of which is processed in the signal detection unit through the direction-finding channel 2 and in the block for detecting signals along the elevation channel 3 for subsequent tracking of the object, respectively, in the block for tracking the object in the bearing channel 4 and in the block for tracking the object in the corner local channel 5, further signals from the blocks 4 and 5 are supplied to the respective two signal inputs of the spatial Fourier converter 6 to its orientation to an object. The object’s electromagnetic wave enters the oriented spatial Fourier transducer 6 through the corresponding window, and from its output the signal goes to the input of the receiver of spatially transformed electromagnetic waves 7, from the output of which the signal goes to the signal frequency meter 8, which measures the frequency of the intensity change of the result of the spatial Fourier transform with the maximum to a minimum, and from the output of the frequency meter 8, the signal enters the calculator of the range and radial velocity of the object 9.

Как видно из описания структурной схемы (Фиг. 2), части 6-9 структурной схемы являются блоком оценки расстояния и радиальной скорости. Именно этот блок содержит новизну настоящей заявки.As can be seen from the description of the structural diagram (Fig. 2), parts 6-9 of the structural diagram are a unit for estimating the distance and radial velocity. This block contains the novelty of this application.

Работа модели экспериментальной установки для реализации заявленного способа понятна из Фиг. 3. В качестве объекта служит точечный источник монохроматической электромагнитной волны 1, находящийся в диапазоне расстояний, соответствующих критерию действия дифракции Френеля, в качестве пространственного преобразователя Фурье 2 служит диафрагма с круглой апертурой диметром D, поскольку интенсивность дифракционной картины, даваемой такой апертурой, представляет собой пространственное преобразование Фурье точечного источника электромагнитных волн. В качестве приемника пространственно-преобразованных электромагнитных волн 3 служит фотоприемник, помещаемый в центр картины пространственно-преобразованной электромагнитной волны, в качестве измерителя частоты сигнала 4 служит частотомер. Вычислитель дальности и радиальной скорости объекта 5, на который поступает сигнал частотомера, определяет производную частоты по времени и рассчитывает дальность и скорость объекта по нижеприведенным формулам (4) и (5), полученным авторами. Модель собрана на оптической скамье 8.The operation of the experimental setup model for implementing the inventive method is clear from FIG. 3. The object is a point source of a monochromatic electromagnetic wave 1, which is in the range of distances corresponding to the criterion for the action of Fresnel diffraction, and a diaphragm with a circular aperture with a diameter D serves as a spatial Fourier transducer 2, since the intensity of the diffraction pattern produced by such an aperture is spatial Fourier transform of a point source of electromagnetic waves. As a receiver of spatially transformed electromagnetic waves 3, there is a photodetector placed in the center of the picture of a spatially transformed electromagnetic wave, and a frequency meter serves as a frequency meter of signal 4. The calculator of the range and radial speed of the object 5, which receives the frequency meter signal, determines the derivative of the frequency with respect to time and calculates the range and speed of the object according to the following formulas (4) and (5) obtained by the authors. The model is assembled on an optical bench 8.

Для объекта, рассматриваемого как точечный источник монохроматической электромагнитной волны, согласно [4] число зон Френеля в круглом отверстии непрозрачного экрана диаметром D в первом приближении равноFor an object considered as a point source of a monochromatic electromagnetic wave, according to [4], the number of Fresnel zones in the circular hole of an opaque screen with a diameter D is equal to a first approximation

Figure 00000001
Figure 00000001

где а - расстояние от апертуры до фотоприемника, X - расстояние от апертуры до объекта. Полагаем, что объект движется с постоянной скоростью V, скорость положительна, если направлена от апертуры к объекту, т.е. если объект удаляется от апертуры; скорость отрицательна, если направлена от объекта к апертуре, т.е. если объект приближается к апертуре. Учитывая знак скорости, получаем: X=Vt, если образец удаляется от апертуры; X=X0-Vt, если образец приближается к апертуре, здесь Х0 - расстояние до образца в начальный момент времени.where a is the distance from the aperture to the photodetector, X is the distance from the aperture to the object. We believe that the object moves with a constant speed V, the speed is positive if it is directed from the aperture to the object, i.e. if the object is moving away from the aperture; the speed is negative if it is directed from the object to the aperture, i.e. if the subject is approaching the aperture. Given the sign of speed, we obtain: X = Vt if the sample moves away from the aperture; X = X 0 -Vt, if the sample approaches the aperture, here X 0 is the distance to the sample at the initial time.

Первое слагаемое соотношения (1) и коэффициент перед вторым слагаемым определяются постоянными, но настраиваемыми параметрами установки. Если m – четное, то в центре картины пространственного преобразования Фурье (ППФ) - минимум, если нечетное, то максимум. Таким образом, число нечетных зон Френеля, соответствующих максимумам ППФ в отверстии, равно m/2. Тогда частота смены максимума на минимум равна

Figure 00000002
. Дифференцируя (1) по времени и учитывая, что радиальная скорость равна
Figure 00000003
, получим:The first term of relation (1) and the coefficient before the second term are determined by constant, but adjustable setup parameters. If m is even, then in the center of the picture of the spatial Fourier transform (PPF) is the minimum, if odd, then the maximum. Thus, the number of odd Fresnel zones corresponding to the PPF maxima in the hole is m / 2. Then the frequency of the change of maximum to minimum is equal to
Figure 00000002
. Differentiating (1) with respect to time and considering that the radial velocity is
Figure 00000003
we get:

- для приближающегося образца (X=X0-Vt),

Figure 00000004
,- for an approaching sample (X = X 0 -Vt),
Figure 00000004
,

- для удаляющегося образца (Х=Vt),

Figure 00000005
.- for a receding sample (X = Vt),
Figure 00000005
.

С учетом того, что частота (показания частотомера) величина положительная, т.е. модуль частоты, получаем:Given the fact that the frequency (frequency meter readings) is a positive value, i.e. frequency module, we get:

Figure 00000006
Figure 00000006

Дифференцируя (2) с учетом того, что V=const для

Figure 00000007
, получаем:Differentiating (2) taking into account the fact that V = const for
Figure 00000007
we get:

- при приближении образца скорость отрицательна (X=X0-Vt),

Figure 00000008
,- when approaching the sample, the speed is negative (X = X 0 -Vt),
Figure 00000008
,

- при удалении образца скорость положительна (Х=Vt),

Figure 00000008
.- when removing the sample, the speed is positive (X = Vt),
Figure 00000008
.

Следовательно, по знаку производной

Figure 00000009
определяется направление движения образца, а именно, при положительной производной образец приближается - скорость отрицательна, при отрицательной производной образец удаляется - скорость положительна. Таким образом,Therefore, by the sign of the derivative
Figure 00000009
the direction of movement of the sample is determined, namely, with a positive derivative, the sample approaches — the speed is negative, with a negative derivative the sample is removed — the speed is positive. In this way,

Figure 00000010
Figure 00000010

Решая (2) и (3) совместно, получим расчетные формулы для дальности и радиальной скорости.Solving (2) and (3) together, we obtain the calculation formulas for the range and radial velocity.

Дальность объекта равнаThe range of the object is

Figure 00000011
Figure 00000011

где

Figure 00000012
- параметр установки.Where
Figure 00000012
- installation parameter.

Радиальная скорость объекта равнаThe radial velocity of the object is

Figure 00000013
Figure 00000013

Знак плюс у скорости соответствует удалению объекта, знак минус - его приближению. Знак перед скоростью определяет вычислитель дальности и радиальной скорости объекта по знаку производной частоты по времени (знаки скорости и производной противоположны).The plus sign at the speed corresponds to the distance of the object, the minus sign - to its approximation. The sign in front of the speed is determined by the calculator of the range and radial speed of the object by the sign of the derivative frequency with respect to time (the signs of speed and derivative are opposite).

На фиг. 3-6 приведены фрагменты показаний частотомера и вычислителя дальности и радиальной скорости объекта, соответствующие различным дальностям при постоянной скорости объекта -3 м/с, знак «-» означает, что объект приближается к апертуре.In FIG. Figures 3-6 show fragments of the readings of the frequency meter and calculator of the range and radial velocity of the object, corresponding to different ranges at a constant object speed of -3 m / s, the “-” sign means that the object is approaching the aperture.

Рассмотрим модель (Фиг. 3): 1- точечный источник монохроматической электромагнитной волны с длиной волны 650 нм, 2 - пространственный преобразователь Фурье (диафрагма с круглой апертурой), 3 - приемник пространственно-преобразованных электромагнитных волн (фотоприемник), 4 - частотомер, 5 - вычислитель дальности и радиальной скорости объекта, 6 - сигнальный кабель, 7 - увеличенное изображение центрального пятна, 8 - оптическая скамья.Consider the model (Fig. 3): 1 - point source of a monochromatic electromagnetic wave with a wavelength of 650 nm, 2 - spatial Fourier transducer (aperture with a circular aperture), 3 - receiver of spatially transformed electromagnetic waves (photodetector), 4 - frequency counter, 5 - calculator of the range and radial velocity of the object, 6 - signal cable, 7 - an enlarged image of the central spot, 8 - an optical bench.

На Фиг. 3 представлен первый фрагмент, характеризующий процесс измерения дальности и скорости. Он соответствует максимуму интенсивности центра картины пространственного преобразования Фурье (на увеличенном изображении этого центра видно красное пятно). Как видно из показаний вычислителя дальности и радиальной скорости объекта 5: дальность объекта равна 0,42449 м, скорость объекта равна - 3 м/с, т.е. объект приближается к апертуре, что подтверждается положительным знаком производной частоты по времени.In FIG. 3 presents the first fragment characterizing the process of measuring range and speed. It corresponds to the maximum intensity of the center of the picture of the spatial Fourier transform (a red spot is visible in the enlarged image of this center). As can be seen from the testimony of the range and radial velocity calculator of object 5: the range of the object is 0.42449 m, the speed of the object is - 3 m / s, i.e. the object approaches the aperture, which is confirmed by the positive sign of the derivative of the frequency with respect to time.

На Фиг. 4 представлена модель экспериментальной установки с фрагментом 2, где наблюдается минимум (изображение пятна отсутствует); на Фиг. 5 - модель экспериментальной установки с фрагментом 3, где наблюдается максимум; на Фиг. 6 - модель экспериментальной установки с фрагментом 4, где наблюдается минимум.In FIG. 4 shows a model of an experimental setup with fragment 2, where a minimum is observed (there is no image of the spot); in FIG. 5 - model of the experimental setup with fragment 3, where the maximum is observed; in FIG. 6 is a model of an experimental setup with fragment 4, where a minimum is observed.

Разработанный способ позволяет повысить надежность определения дальности и радиальной скорости объекта, так как уменьшает количество параметров, которые необходимо измерить для определения дальности и радиальной скорости с трех до одного. При этом в предлагаемом способе используется один тип измерения - измерение частоты, которое является одним из наиболее простых и точных измерений и менее чувствительно к помехам, связанным с атмосферными явлениями и техногенными факторами, чем измерение уровня сигнала, применяемое в прототипе. Эти преимущества в совокупности приводят к повышению надежности определения дальности и радиальной скорости объекта и соответствующему экономическому и социальному эффекту.The developed method allows to increase the reliability of determining the range and radial velocity of the object, as it reduces the number of parameters that must be measured to determine the range and radial speed from three to one. Moreover, in the proposed method, one type of measurement is used - a frequency measurement, which is one of the simplest and most accurate measurements and less sensitive to interference associated with atmospheric phenomena and technological factors than the signal level measurement used in the prototype. These advantages together lead to an increase in the reliability of determining the range and radial speed of the object and the corresponding economic and social effect.

ЛитератураLiterature

1. Быстров Р.П., Загорин Г.К., Федорова Л.В. Пассивная радиолокация: методы обнаружения объектов. Монография / Под ред. Р.П. Быстрова и А.В. Соколова. - М.: Радиотехника, 2008. - 320 с.: ил.1. Bystrov R.P., Zagorin G.K., Fedorova L.V. Passive radar: methods for detecting objects. Monograph / Ed. R.P. Bystrova and A.V. Sokolova. - M .: Radio engineering, 2008. - 320 p .: ill.

2. Охрименко А.Е. Основы радиолокации и радиоэлектронная борьба. Ч.1. Основы радиолокации. М.: Воениздат. 1983. 456 с. 2. Okhrimenko A.E. Basics of radar and electronic warfare. Part 1. Basics of radar. M .: Military Publishing. 1983. 456 p.

3. Рудинский А.В., Шенгелия М.В. О возможности определения дистанции до объекта в пассивном режиме работы радиотелескопа // Фундаментальные исследования. 2013, №11, с. 648-650.3. Rudinsky A.V., Shengelia M.V. On the possibility of determining the distance to an object in the passive mode of operation of a radio telescope // Fundamental Research. 2013, No. 11, p. 648-650.

4. Савельев И.В. Курс общей физики. Т2. М.: Наука. 1978. 480 с.4. Saveliev I.V. General physics course. T2. M .: Science. 1978. 480 p.

Claims (1)

Способ пассивного однопозиционного определения дальности объекта и его радиальной скорости, осуществляющий оценку пеленга и угла места объекта в процессе сопровождения объекта, а также оценку дальности и радиальной скорости объекта, отличающийся тем, что дальность и радиальная скорость объекта определяются путем измерения частоты смены максимумов и минимумов интенсивности результата пространственного преобразования Фурье электромагнитной волны, излучаемой объектом, находящимся в диапазоне расстояний, соответствующих критерию действия дифракции Френеля, при этом оценку пеленга и угла места объекта используют для ориентации пространственного преобразователя Фурье на объект.The method of passive on-off determination of the range of an object and its radial speed, evaluating the bearing and elevation angle of the object during the tracking of the object, as well as assessing the range and radial velocity of the object, characterized in that the range and radial speed of the object are determined by measuring the frequency of the change of maxima and minima of intensity the result of the spatial Fourier transform of the electromagnetic wave emitted by an object in the range of distances corresponding to the criterion Corollary Fresnel diffraction, and the evaluation of the bearing angle and object space are used for spatial orientation Fourier converter object.
RU2016115891A 2016-04-22 2016-04-22 Method of passive single-position determination of object range and its radial speed RU2634477C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016115891A RU2634477C2 (en) 2016-04-22 2016-04-22 Method of passive single-position determination of object range and its radial speed

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016115891A RU2634477C2 (en) 2016-04-22 2016-04-22 Method of passive single-position determination of object range and its radial speed

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016115891A RU2016115891A (en) 2017-10-26
RU2634477C2 true RU2634477C2 (en) 2017-10-31

Family

ID=60153627

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016115891A RU2634477C2 (en) 2016-04-22 2016-04-22 Method of passive single-position determination of object range and its radial speed

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2634477C2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1806596A1 (en) * 2005-12-30 2007-07-11 VALEO RAYTHEON SYSTEMS Inc. Method and system for generating a target alert
RU2416807C2 (en) * 2009-01-23 2011-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро радиосистем" Method for radar measurement of velocity and coordinates of objects and system for implementing said method
US20120206289A1 (en) * 2009-10-23 2012-08-16 Thales Air defense system architecture combining passive radars and active radars
RU2491572C1 (en) * 2011-12-28 2013-08-27 Дмитрий Львович Сабаев Method of providing constant range resolution in pulse radar station with quasirandom phase modulation
RU134670U1 (en) * 2013-04-30 2013-11-20 Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Аквамарин" RELIABLE SINGLE-POSITION RADIO ELECTRONIC SYSTEM FOR DETERMINING THE MOTION PARAMETERS OF A RADIO-RADIATING OBJECT
JP5601881B2 (en) * 2010-05-17 2014-10-08 三菱電機株式会社 Passive radar system and passive radar method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1806596A1 (en) * 2005-12-30 2007-07-11 VALEO RAYTHEON SYSTEMS Inc. Method and system for generating a target alert
RU2416807C2 (en) * 2009-01-23 2011-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро радиосистем" Method for radar measurement of velocity and coordinates of objects and system for implementing said method
US20120206289A1 (en) * 2009-10-23 2012-08-16 Thales Air defense system architecture combining passive radars and active radars
JP5601881B2 (en) * 2010-05-17 2014-10-08 三菱電機株式会社 Passive radar system and passive radar method
RU2491572C1 (en) * 2011-12-28 2013-08-27 Дмитрий Львович Сабаев Method of providing constant range resolution in pulse radar station with quasirandom phase modulation
RU134670U1 (en) * 2013-04-30 2013-11-20 Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Аквамарин" RELIABLE SINGLE-POSITION RADIO ELECTRONIC SYSTEM FOR DETERMINING THE MOTION PARAMETERS OF A RADIO-RADIATING OBJECT

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
РУДИНСКИЙ А.В., ШЕНГЕЛИЯ М.В. О возможности определения дистанции до объекта в пассивном режиме работы радиотелескопа. Фундаментальные исследования. 2013, N11, с.648-650. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016115891A (en) 2017-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9939522B2 (en) Systems and methods for 4-dimensional radar tracking
RU2590933C1 (en) Device for obtaining information on noisy object in sea
RU2343502C2 (en) Method and system of positional analysis of object under observation by depth in aqueous medium
RU2557808C1 (en) Method of determining inclined range to moving target using passive monostatic direction-finder
RU2593149C1 (en) Adaptive method for passive radar location
RU2649073C1 (en) Method for determining coordinates of the underwater object by the hydroacoustic system of underwater navigation with an alignment beacon
RU2669702C2 (en) Radar method for detecting and determining parameters of movement of low-attitude and low-visibility objects in decameter range of waves
RU2275649C2 (en) Method and passive radar for determination of location of radio-frequency radiation sources
RU2724962C1 (en) Method of determining coordinates of a marine noisy target
RU2545068C1 (en) Measurement method of changes of heading angle of movement of source of sounding signals
RU2586078C2 (en) Single-position passive radioelectronic system for determining horizontal coordinates, target motion elements and kilometric attenuation coefficient of electromagnetic radiation of target
RU2634477C2 (en) Method of passive single-position determination of object range and its radial speed
RU2526896C1 (en) Method of locating objects in passive monitoring system
KR101480834B1 (en) Target motion analysis method using target classification and ray tracing of underwater sound energy
CN115840192A (en) Indoor positioning method based on spatial estimation spectrum confidence estimation
RU2538105C2 (en) Method of determining coordinates of targets and system therefor
RU2515419C1 (en) Method of measuring change in course angle of probing signal source
RU2534731C1 (en) Automatic classification system for short-range sonar
CN104360335A (en) Ionized layer parametric inversion method based on AIS target indication
RU2308735C1 (en) Method for determining position of radio radiation sources in short-distance zone
RU2650830C1 (en) Device for obtaining information on noisy object in sea
RU2559310C2 (en) Method of estimating distance to noisy object at sea
Sekmen et al. Estimation of object location and radius of curvature using ultrasonic sonar
RU2516594C1 (en) Method of determining distance estimation error using sonar system
RU2665345C1 (en) Vessel speed measuring method by the doppler log