RU2674007C1 - Located at big elevation angles radar targets elevation angle measuring method - Google Patents
Located at big elevation angles radar targets elevation angle measuring method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2674007C1 RU2674007C1 RU2017143306A RU2017143306A RU2674007C1 RU 2674007 C1 RU2674007 C1 RU 2674007C1 RU 2017143306 A RU2017143306 A RU 2017143306A RU 2017143306 A RU2017143306 A RU 2017143306A RU 2674007 C1 RU2674007 C1 RU 2674007C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- elevation
- angles
- radar
- radiation patterns
- antenna
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 58
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 5
- 238000003491 array Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- 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
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/08—Systems for measuring distance only
-
- 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
- G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
- G01S13/44—Monopulse radar, i.e. simultaneous lobing
-
- 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
- G01S13/46—Indirect determination of position data
- G01S13/48—Indirect determination of position data using multiple beams at emission or reception
-
- 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
- G01S13/66—Radar-tracking systems; Analogous systems
- G01S13/72—Radar-tracking systems; Analogous systems for two-dimensional tracking, e.g. combination of angle and range tracking, track-while-scan radar
-
- 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
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
- G01S3/72—Diversity systems specially adapted for direction-finding
-
- 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
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
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
Description
Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС) с фазированной антенной решеткой.The invention relates to radar and can be used in radar stations (radar) with a phased antenna array.
При разработке радиолокационной станции (РЛС) возникает задача создания трехкоординатной РЛС, способной определять высоту радиолокационных целей во всем диапазоне углов места, не только на малых, но и на больших углах (более 30°) места.When developing a radar station (radar), the task arises of creating a three-coordinate radar capable of determining the height of radar targets in the entire range of elevation angles, not only at small, but also at large angles (more than 30 °) of the elevation.
Существуют несколько способов определения высоты.There are several ways to determine the height.
Известен способ определения высоты с помощью сканирования диаграммы направленности в угломестной плоскости за счет механического перемещения антенны. Перемещение антенны по углу места осуществляется механическим качанием зеркала антенны вместе с облучателем. При этом характеристика направленности антенны качается в вертикальной плоскости в заданных пределах, что дает возможность осуществить пеленг цели по углу места (Авиационная радиолокация, Давыдов П.С., Сосновский А.А., Хаймович И.А., Справочник, М., Транспорт, 1984, стр. 125-128).A known method of determining the height by scanning the radiation pattern in the elevation plane due to the mechanical movement of the antenna. The antenna is moved along the elevation angle by mechanical swinging of the antenna mirror along with the irradiator. In this case, the directivity of the antenna sways in the vertical plane within the specified limits, which makes it possible to carry out the bearing of the target in elevation (Aviation radar, Davydov P.S., Sosnovsky A.A., Khaimovich I.A., Directory, M., Transport 1984, pp. 125-128).
Данный метод позволяет определять угол места (высоту) радиолокационных целей в широком диапазоне углов, однако этому методу присущи следующие недостатки:This method allows you to determine the elevation angle (height) of radar targets in a wide range of angles, however, this method has the following disadvantages:
- малая скорость обзора пространства, например, частота качания антенны для посадочного радиолокатора РП-3Г составляет в зависимости от типа двигателя привода антенн 0,763 или 0.56 Гц. (Авиационная радиолокация, Давыдов П.С., Сосновский А.А., Хаймович И.А., Справочник, М., Транспорт, 1984, стр. 127). При увеличении размеров антенны (например, для увеличения точности, при уменьшении рабочей частоты) скорость обзора, как правило, становится еще меньше. При увеличении диапазоне углов, в котором необходимо определять угол места (высоту) радиолокационных целей, скорость обзора значительно уменьшается;- low speed of viewing the space, for example, the frequency of the antenna’s swing for the RP-3G landing radar is 0.763 or 0.56 Hz, depending on the type of antenna drive motor. (Aviation radar, Davydov P.S., Sosnovsky A.A., Khaimovich I.A., Directory, M., Transport, 1984, p. 127). As the size of the antenna increases (for example, to increase accuracy, while reducing the operating frequency), the viewing speed, as a rule, becomes even lower. With an increase in the range of angles in which it is necessary to determine the elevation angle (height) of radar targets, the viewing speed decreases significantly;
- сложность конструктивного исполнения и, как следствие, высокая трудоемкость при изготовлении привода антенн и СВЧ-узлов, обеспечивающих передачу (прием) СВЧ-сигнала при механическом перемещении антенны;- the complexity of the design and, as a consequence, the high complexity in the manufacture of the drive antennas and microwave components, providing the transmission (reception) of the microwave signal during mechanical movement of the antenna;
- высокое энергопотребление, вызванное высоким энергопотреблением двигателя привода антенн;- high power consumption caused by high power consumption of the antenna drive motor;
- низкая надежность, вызванная наличием большого количества сложных узлов и механизмов, обеспечивающих механическое перемещение антенны.- low reliability caused by the presence of a large number of complex components and mechanisms providing mechanical movement of the antenna.
Существуют также способы определения высоты, не использующие сканирование диаграммы направленности в угломестной плоскости за счет механического перемещения антенны (способы электронного сканирования, фазовый и проч.), которые лишены некоторых недостатков, таких как, низкая скорость обзора пространства, сложность конструктивного исполнения и низкая надежность привода антенн и СВЧ-узлов, высокое энергопотребление двигателя привода антенн и т.д.There are also methods for determining the height that do not use scanning of the radiation pattern in the elevation plane due to the mechanical movement of the antenna (electronic scanning methods, phase, etc.), which are devoid of some disadvantages, such as low speed of viewing the space, complexity of the design and low reliability of the drive antennas and microwave nodes, high power consumption of the antenna drive motor, etc.
Рассмотрим некоторые из этих способов.Consider some of these methods.
Например, известен такой способ измерения углов места как фазовый метод. Фазовый метод измерения угла базируется на измерении разности фаз электромагнитных колебаний, принимаемых различными приемными каналами РЛС. Точность измерения зависит от величины крутизны пеленгационной кривой (Основы построения радиолокационных станций радиотехнических войск учебник под общей редакцией В.Н. Тяпкина, г. Красноярск, 2011, стр. 124, 125). При увеличении угла места крутизна пеленгационной кривой уменьшается, что приводит к уменьшению точности измерения угла места (высоты). Таким образом, фазовый метод не позволяет точно определять угол места (высоту) на больших углах.For example, such a method of measuring elevation angles as the phase method is known. The phase method for measuring the angle is based on measuring the phase difference of the electromagnetic waves received by the various receiving channels of the radar. The measurement accuracy depends on the steepness of the direction-finding curve (Fundamentals of the construction of radar stations of radioengineering troops textbook edited by V.N. Tyapkin, Krasnoyarsk, 2011, p. 124, 125). With an increase in elevation, the steepness of the direction-finding curve decreases, which leads to a decrease in the accuracy of measuring elevation (elevation). Thus, the phase method does not allow to accurately determine the elevation angle (height) at large angles.
Широкое распространение получил метод электронного сканирования, в котором используется остронаправленная в вертикальной плоскости антенна. Такая антенна имеет большой эффективный раскрыв антенны (большое количество строк). Так высотомер в РЛС 55Ж6 имеет 16 строк, с помощью которых осуществляет последовательное электронное сканирование в угломестной плоскости. (Зачепицкий А.А. Путь к трем координатам, журнал ВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКАЯ ОБОРОНА, вып. 4, 2007 г.). Однако и в этом случае зона обзора по углу места составляет всего 16 град. (http://militaryrussia.ru/blog/topic-645.html), т.е. невозможно с достаточной точностью определять высоту радиолокационных целей на больших углах места.Widespread electronic scanning method, which uses a highly directional antenna in the vertical plane. Such an antenna has a large effective opening of the antenna (a large number of lines). So the altimeter in the 55Zh6 radar has 16 lines, with the help of which it carries out sequential electronic scanning in the elevation plane. (Zachepitsky A.A. Path to three coordinates, the journal AIR-SPACE DEFENSE, issue 4, 2007). However, in this case, the viewing angle in elevation is only 16 degrees. (http://militaryrussia.ru/blog/topic-645.html), i.e. it is impossible to accurately determine the height of radar targets at large elevation angles.
Известен еще способ измерения углов места - метод парциальных диаграмм. Сущность этого метода заключается в том, что приемная антенна РЛС имеет ДНА в виде нескольких узких лепестков, расходящихся веером в угломестной плоскости. При этом каждому лепестку соответствует отдельный приемный канал. Данный метод используется в РЛС 22Ж6 (Основы построения радиолокационных станций радиотехнических войск учебник под общей редакцией В.Н. Тяпкина, г. Красноярск, 2011, стр. 129). Метод парциальных диаграмм позволяет достаточно точно определять угол места (высоту) на малых углах, так РЛС 22Ж6 определяет высоту цели в диапазоне углов от -2° до +27° (http://www.mil.by/ru/forces/vvspvo/equipment/456/7796), но не позволяет с достаточной точностью определять угол места (высоту) на больших углах.There is also a known method for measuring elevation angles — the partial diagram method. The essence of this method is that the radar receiving antenna has DNDs in the form of several narrow petals that diverge as a fan in the elevation plane. Moreover, each lobe corresponds to a separate receiving channel. This method is used in radar 22ZH6 (Fundamentals of the construction of radar stations of the radio engineering troops textbook edited by V.N. Tyapkin, Krasnoyarsk, 2011, p. 129). The method of partial diagrams allows you to accurately determine the elevation angle (height) at small angles, so the radar 22ZH6 determines the height of the target in the range of angles from -2 ° to + 27 ° (http://www.mil.by/ru/forces/vvspvo/ equipment / 456/7796), but it does not allow with sufficient accuracy to determine the elevation angle (height) at large angles.
Невозможность с достаточной точностью определять угол места (высоту) на больших углах методом электронного сканирования и методом парциальных диаграмм вызвано тем, что при больших углах места эффективный раскрыв антенны (эквивалентной длины) значительно меньше, чем при малых, следовательно, ширина диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости (метод электронного сканирования, в котором используется остронаправленная в вертикальной плоскости антенна) и ширина диаграммы направленности каждой из парциальных диаграмм, на больших углах увеличивается (Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток: Учеб. пособие для вузов, B.C. Филипов, Л.И. Пономарев, А.Ю. Гринев и др. под ред. Д.И. Воскресенского 2-е изд. М., Радио и связь, 1994, стр. 38), что и не позволяет с достаточной точностью определять угол места цели.The inability to accurately determine the elevation angle (height) at large angles by the electronic scanning method and the partial diagram method is caused by the fact that at large elevation angles the effective antenna opening (of equivalent length) is much smaller than at small angles, therefore, the antenna radiation pattern width in vertical planes (the method of electronic scanning, which uses an antenna that is highly directional in the vertical plane) and the width of the radiation pattern of each of the partial patterns, on the larger angles increases (Antennas and microwave devices. Designing phased antenna arrays: Textbook for universities, BC Filipov, L.I. Ponomarev, A.Yu. Grinev and others, edited by D.I. Voskresensky, 2nd ed. M., Radio and communications, 1994, p. 38), which does not allow determining the target elevation angle with sufficient accuracy.
Другим способом измерения угла места, выбранным в качестве прототипа в связи со сходством выполняемой технической задачи, является способ измерения угла места радиолокационных целей радиолокационной станцией с антенной решеткой, состоящей из двух подрешеток с разнесенными по высоте фазовыми центрами, основанный на измерении отношения амплитуд сигналов в подрешетках антенны, по которому с учетом известной формы диаграмм направленности подрешеток определяют набор возможных значений углов места цели, при этом для однозначного определения угла места измерение отношения амплитуд сигналов и определение наборов возможных значений углов места производят на нескольких частотах, сравнивают полученные на разных частотах значения и принимают за истинное совпадающее на всех частотах значение угла места (пат. №2317566, МПК G01S 13/06, опубл. 20.02.2008). Данный способ имеет высокую скорость обзора пространства, высокую надежность и малое энергопотребление ввиду отсутствия дополнительных устройств, обеспечивающих механическое перемещение антенны и прохождение СВЧ-сигнала при механическом перемещении антенны. Однако этому устройству присущи следующие недостатки:Another method for measuring the elevation angle, chosen as a prototype due to the similarity of the technical task being performed, is a method for measuring the elevation angle of radar targets by a radar station with an antenna array consisting of two sublattices with phase centers spaced apart in height, based on measuring the ratio of signal amplitudes in the sublattices antennas, according to which, taking into account the known shape of the radiation patterns of the sublattices, a set of possible values of the target elevation angles is determined, while for unambiguous determination elevation angle ratio measurement of signal amplitudes and determination of sets of possible elevation angles are performed at several frequencies, the values obtained at different frequencies are compared and taken for the true elevation angle value that matches at all frequencies (Pat. No. 2317566, IPC G01S 13/06, publ. 02/20/2008). This method has a high speed of viewing the space, high reliability and low power consumption due to the lack of additional devices that provide mechanical movement of the antenna and the passage of the microwave signal during mechanical movement of the antenna. However, this device has the following disadvantages:
- невозможность с достаточной точностью определять высоту радиолокационных целей на больших углах места (малая зона обзора по углу места, примерно 30° (Основы радиотехники и радиолокации, В.В. Слуцкий, Б.И. Фогельсон, В.Г. Левичев, О.Г. Погодин. М., Воениздат, 1961, стр. 158);- the inability to accurately determine the height of radar targets at large elevation angles (a small field of view by elevation, approximately 30 ° (Fundamentals of Radio Engineering and Radar, V.V. Slutsky, B.I. Fogelson, V.G. Levichev, O. G. Pogodin. M., Military Publishing House, 1961, p. 158);
- необходимость иметь широкую полосу рабочих частот для однозначного определения угла места.- the need to have a wide band of operating frequencies for unambiguous determination of the elevation angle.
Технический результат предлагаемого изобретения - однозначное измерение угла места радиолокационных целей, находящихся на больших углах места при малой ширине полосы рабочих частот.The technical result of the invention is an unambiguous measurement of the elevation angle of radar targets located at large elevation angles with a small operating frequency bandwidth.
Другой технический результат предлагаемого изобретения - уменьшение времени обработки СВЧ-сигналов для определения угла места радиолокационных целей.Another technical result of the invention is to reduce the processing time of microwave signals to determine the elevation angle of radar targets.
Указанный технический результат достигается тем, что в радиолокационной станции с антенной решеткой, состоящей из подрешеток, измеряют соотношения амплитуд сигналов и определяют наборы возможных значений углов места при различных диаграммах направленности, задаваемых различными амплитудными и фазовыми распределениями в подрешетках, затем сравнивают полученные при различных диаграммах направленности значения и принимают за истинное совпадающее на всех диаграммах направленности значение угла места.The indicated technical result is achieved by the fact that in the radar station with an antenna array consisting of sublattices, the signal amplitude ratios are measured and sets of possible elevation angles are determined for various radiation patterns specified by different amplitude and phase distributions in the sublattices, then the results obtained with various radiation patterns are compared values and take for the true value of the elevation angle, which coincides on all radiation patterns.
Другой технический результат достигается тем, что, например, с помощью метода электронного сканирования, в котором используется остронаправленная в вертикальной плоскости антенна или с помощью метода парциальных диаграмм «грубо» определяется диапазон углов места, в котором находится цель, а затем в этом диапазоне углов измеряют соотношения амплитуд сигналов в антенне при различных диаграммах направленности, и по измеренному соотношению с учетом известных форм диаграмм направленности антенны, определяют точное значение угла места цели.Another technical result is achieved by the fact that, for example, using the electron scanning method, which uses a highly directional antenna in the vertical plane or using the partial diagram method “roughly” determines the range of elevation angles in which the target is located, and then measure in this range of angles the ratio of the amplitudes of the signals in the antenna for various radiation patterns, and from the measured ratio, taking into account the known forms of the antenna radiation patterns, determine the exact value of the elevation angle and.
В предложенном способе имеются существенные отличия от рассмотренных выше способов определения угла места.In the proposed method, there are significant differences from the above methods for determining the elevation angle.
В отличие от прототипа, в котором используется антенна, состоящая из двух подрешеток, у каждой из которых используется одна диаграмма направленности известной формы, в предложенном способе используется антенна, состоящая из нескольких подрешеток, синтезирующая с помощью них различные диаграммы направленности. В прототипе используются две независимые подрешетки с разнесенными по высоте фазовыми центрами, в предложенном способе фазовый центр используемых диаграмм направленности может находиться на одной высоте. Кроме того, в прототипе необходимо использовать сигналы различной частоты, в предложенном устройстве используется сигнал на одной частоте.Unlike the prototype, which uses an antenna consisting of two sublattices, each of which uses one radiation pattern of a known shape, the proposed method uses an antenna consisting of several sublattices, synthesizing various radiation patterns using them. The prototype uses two independent sublattices with phase centers spaced apart in height; in the proposed method, the phase center of the radiation patterns used can be at the same height. In addition, in the prototype it is necessary to use signals of different frequencies, in the proposed device uses a signal at a single frequency.
В отличие от метода электронного сканирования в предложенном методе антенна не имеет узких лепестков диаграммы направленности в вертикальной плоскости в направлении цели, и обзор пространства может осуществляться, не последовательно остронаправленной в вертикальной плоскости антенной (Зачепицкий А.А. Путь к трем координатам, журнал ВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКАЯ ОБОРОНА, вып. 4, 2007 г.), а параллельно.In contrast to the electronic scanning method, in the proposed method, the antenna does not have narrow lobes of the radiation pattern in the vertical plane in the direction of the target, and the space can be viewed not sequentially in the vertical direction of the antenna (Zachepitsky A.A. Path to three coordinates, the journal AIR- SPACE DEFENSE, issue 4, 2007), and in parallel.
В отличие от метода парциальных диаграмм используется не диаграмма направленности в виде нескольких узких лепестков, расходящихся веером в угломестной плоскости, а несколько диаграмм направленности, причем, используемые диаграммы направленности могут не иметь узких лепестков в нужном угломестном направлении, и определение угла места происходит не по определению номера узкого лепестка (канала), в котором находится цель, а по соотношению амплитуд сигналов в различных диаграммах направленности.In contrast to the partial diagram method, it is not a radiation pattern in the form of several narrow petals that diverge in a fan in the elevation plane, but several radiation patterns, and the radiation patterns used may not have narrow petals in the desired elevation direction, and the determination of the elevation angle is not by definition the numbers of the narrow lobe (channel) in which the target is located, and by the ratio of the amplitudes of the signals in various radiation patterns.
Таким образом, в рассмотренных известных способах измерения угла места радиолокационных целей либо используются иные методы обзора пространства, либо используются несколько независимых антенн с разнесенными фазовыми центрами.Thus, in the considered known methods for measuring the elevation angle of radar targets, either other methods of viewing the space are used, or several independent antennas with spaced phase centers are used.
Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».This allows us to conclude that the claimed invention meets the patentability criterion of "inventive step".
Сущность изобретения будет более понятна из приведенного описания и прилагаемых к нему графиков диаграмм направленности.The invention will be more clear from the above description and the accompanying radiation patterns.
На фиг. 1 показаны:In FIG. 1 are shown:
1 - диаграмма направленности №1;1 - radiation pattern No. 1;
2 - диаграмма направленности №2;2 - radiation pattern No. 2;
3 - диаграмма направленности №3;3 - radiation pattern No. 3;
На фиг. 2 показаны:In FIG. 2 are shown:
4 - фрагмент диаграммы направленности №4 в диапазоне углов места, в котором находится цель;4 - a fragment of the radiation pattern No. 4 in the range of angles of the place where the target is;
5 - фрагмент диаграммы направленности №5 в диапазоне углов места, в котором находится цель.5 is a fragment of radiation pattern No. 5 in the range of angles of the place where the target is located.
Поясним принцип определения высоты радиолокационных целей на больших углах места на примере работы радиолокационной станции с антенной решеткой, состоящей из подрешеток, причем определение высоты (определение значения угла места) производится при приеме отраженных от цели эхо-сигналов.Let us explain the principle of determining the height of radar targets at large elevation angles using the example of a radar station with an antenna array consisting of sublattices, and determining the height (determining the elevation angle value) when receiving echoes reflected from the target.
Отраженный от цели, находящейся на определенной высоте, эхо-сигнал поступает в антенную решетку, состоящую из подрешеток. В антенной решетке, имеющей несколько независимых приемных каналов, формируется несколько различных диаграмм направленности. Сигнал, принятый антенной, имеющей несколько независимых приемных каналов и, соответственно, несколько различных диаграмм направленности имеет разный уровень в зависимости от диаграммы направленности. На Фиг. 1а, б показаны различные диаграммы направленности одной антенной решетки, состоящей из 16 подрешеток, каждая из которых соединена с приемным каналом. Диаграммы направленности получены при использовании различных амплитудно-фазовых распределений.Reflected from the target at a certain height, the echo signal enters the antenna array, consisting of sublattices. In an antenna array having several independent receiving channels, several different radiation patterns are formed. The signal received by an antenna having several independent receiving channels and, accordingly, several different radiation patterns has a different level depending on the radiation pattern. In FIG. 1a, b, various radiation patterns of a single antenna array consisting of 16 sublattices are shown, each of which is connected to a receiving channel. The radiation patterns were obtained using various amplitude-phase distributions.
Пусть цель расположена на некотором произвольном угле θ0, показанном на графиках стрелкой. Измеряется соотношение амплитуд эхо-сигналов и по известной форме диаграмм направленности 1 и 2 определяется набор углов места θ0, θ1, …θN, для которых отношение сигналов имеет такое же значение, как и измеренное.Let the target be located at some arbitrary angle θ 0 shown in the graphs by the arrow. The ratio of the amplitudes of the echo signals is measured, and the set of elevation angles θ 0 , θ 1 , ... θ N , for which the signal ratio has the same value as the measured one , is determined from the known shape of the
На фиг. 1б представлены другой набор диаграмм направленности (1 и 3). На этих диаграммах также измерено отношение амплитуд сигналов и определен другой набор углов места θ0', θ1', …θN'. Из сравнения графиков видно, что совпадение найденных углов места наблюдается только в точке истинного положения цели.In FIG. 1b presents another set of radiation patterns (1 and 3). The ratio of signal amplitudes was also measured on these diagrams and another set of elevation angles θ 0 ', θ 1 ', ... θ N 'was determined. A comparison of the graphs shows that the coincidence of the found elevation angles is observed only at the point of the true position of the target.
Все диаграммы направленности (1, 2, 3) сформированы на одной частоте.All radiation patterns (1, 2, 3) are formed at the same frequency.
Таким образом, для устранения неоднозначности необходимо измерение нескольких различных соотношений амплитуд эхо-сигналов, то есть необходимо иметь несколько (крайней мере, более 2-х) различных наборов диаграмм направленности, сформированными подрешетками антенной решетки.Thus, to eliminate the ambiguity, it is necessary to measure several different ratios of the amplitudes of the echo signals, that is, it is necessary to have several (at least more than 2) different sets of radiation patterns formed by the sublattices of the antenna array.
В реальности измеренное соотношение амплитуд сигналов имеет шумовое размытие тем большее, чем меньше отношение сигнал/шум на трассе полета цели. Это уменьшает точность определения углов места и может привести к совпадению ложных измерений. В этом случае для однозначного определения угла места возможно возникнет необходимость проведения измерения амплитуд сигналов еще на одном дополнительном наборе диаграмм направленности. В некоторых случаях, это может быть определение соотношения амплитуд сигналов между другими комбинациями диаграмм направленности, в данном случае между 2 и 3.In reality, the measured ratio of signal amplitudes has noise blur, the greater the smaller the signal-to-noise ratio on the target’s flight path. This reduces the accuracy of determining elevation angles and can lead to the coincidence of false measurements. In this case, to unambiguously determine the elevation angle, it may be necessary to measure the amplitudes of the signals on another additional set of radiation patterns. In some cases, this may be the determination of the ratio of the amplitudes of the signals between other combinations of radiation patterns, in this case between 2 and 3.
Использование эхо-сигналов со значительной разницей в уровнях также снижает негативное влияние шумового размытия. Значительную разницу можно получить, используя диаграммы направленности с большой разницей в уровнях, например, в одной из диаграмм направленности в этом направлении получить, например, минимумом или максимум, или две диаграммы направленности, одну с минимумом, другую с максимумом (см фиг. 1б в районе угла θ8'). Кроме того, использование диаграммы направленности, например, с глубоким, узким минимумом (крутыми фронтами) позволяет достаточно точно определять угол места.The use of echoes with a significant difference in levels also reduces the negative effects of noise blur. A significant difference can be obtained using radiation patterns with a large difference in levels, for example, in one of the radiation patterns in this direction, for example, to obtain a minimum or maximum, or two radiation patterns, one with a minimum and the other with a maximum (see Fig. 1b c angle θ 8 '). In addition, using a radiation pattern, for example, with a deep, narrow minimum (steep edges) allows you to accurately determine the elevation angle.
Как видно из описания определение угла места (высоты) и устранение неоднозначности осуществляется на одной частоте, это значит, что для однозначного измерения угла места радиолокационных целей, находящихся на больших углах места не требуется широкая полоса рабочих частот.As can be seen from the description, the determination of the elevation angle (height) and the elimination of ambiguity is carried out at the same frequency, this means that for a unique measurement of the elevation angle of radar targets located at large elevation angles, a wide operating frequency band is not required.
Чтобы уменьшить время обработки сигналов с целью уменьшения времени определения угла места радиолокационных целей, а также с целью уменьшения нагрузки на вычислительный комплекс, необходимо, например, с помощью метода электронного сканирования или с помощью метода парциальных диаграмм «грубо» (ширина главного лепестка диаграммы направленности при 45° составляет 6° и точность определения угломестной координаты цели, в данном случае, является недостаточной) определить диапазон углов места. После приблизительного определения диапазона углов места, в котором находится цель, измеряется соотношение амплитуд эхо-сигналов в полученном диапазоне и по известной форме диаграмм направленности 4,5 в этом диапазоне углов, определяется угол места θ0. Для каждого диапазона углов может быть заранее подобран набор диаграмм направленности, позволяющий точно и однозначно определять угломестную координату цели. Для определения угла места и устранения неоднозначности необходимо измерение меньшего, чем в предложенном п. 1 способе, количества различных соотношений амплитуд эхо-сигналов. Например (см. Фиг. 2), для однозначного определения угла места достаточно произвести измерение соотношения амплитуд сигналов с меньшим число наборов диаграмм направленности, в данном случае между двумя диаграммами направленности 4 и 5. Возможно также использование измерений, полученных при построении парциальных диаграмм.To reduce the processing time of signals in order to reduce the time to determine the elevation angle of radar targets, as well as to reduce the load on the computer system, it is necessary, for example, using the electronic scanning method or using the partial diagram method “roughly” (the width of the main lobe of the radiation pattern at 45 ° is 6 ° and the accuracy of determining the elevation coordinate of the target, in this case, is insufficient) to determine the range of elevation angles. After an approximate determination of the range of angles of the place where the target is located, the ratio of the amplitudes of the echo signals in the obtained range is measured, and the elevation angle θ 0 is determined from the known shape of the radiation patterns 4.5 in this range of angles. For each range of angles, a set of radiation patterns can be pre-selected to accurately and unambiguously determine the elevation coordinate of the target. To determine the elevation angle and eliminate ambiguity, it is necessary to measure less than the number of different ratios of the amplitudes of the echo signals than in the proposed p. 1 method. For example (see Fig. 2), to unambiguously determine the elevation angle, it is sufficient to measure the ratio of the amplitudes of the signals with a smaller number of sets of radiation patterns, in this case between two
Использование сначала метода электронного сканирования, или метода парциальных диаграмм для определения диапазона углов места, в котором находится цель, а затем в этом диапазоне углов измерение соотношения амплитуд сигналов в антенне при различных диаграммах направленности, и по измеренному соотношению с учетом известных форм диаграмм направленности антенны, определение точного значения угла места цели позволяет уменьшить время обработки за счет формирования меньшего количества различных диаграмм направленности и измерения соотношения амплитуд сигналов. Уменьшение времени обработки позволяет увеличить время наблюдения цели, что в свою очередь, приводит к увеличению точности определения координат.Using first the electronic scanning method, or the partial diagram method to determine the range of angles of the place where the target is located, and then in this range of angles measure the ratio of the amplitudes of the signals in the antenna for different radiation patterns, and from the measured ratio, taking into account the known shapes of the antenna patterns, determining the exact value of the elevation angle of the target reduces the processing time by forming fewer different radiation patterns and measuring accordingly the amplitudes of the signals. Reducing the processing time allows to increase the time of observation of the target, which in turn leads to an increase in the accuracy of determining the coordinates.
Реализующая предложенный способ РЛС содержит антенную решетку радиолокационной станции, которая состоит из подрешеток. Количество подрешеток может быть различным и определяется количеством независимых приемных (приемо-передающих) каналов. Увеличение независимых каналов позволяет увеличивать количество диаграмм направленности, что, в конечном счете, позволяет точнее определять значения угла места цели. Антенная решетка может представлять собой антенную решетку со «сплошным» заполнением апертуры, например, как в антенне высотомера РЛС 55Ж6 (Основы построения радиолокационных станций радиотехнических войск учебник под общей редакцией В.Н. Тяпкина, г. Красноярск, 2011, стр. 144), а также может состоять из отдельных подрешеток, разнесенных в пространстве и не образующих единую антенную решетку со «сплошным» заполнением апертуры.Implementing the proposed radar method comprises an antenna array of a radar station, which consists of sublattices. The number of sublattices can be different and is determined by the number of independent receiving (receiving and transmitting) channels. The increase in independent channels allows you to increase the number of radiation patterns, which, ultimately, allows you to more accurately determine the value of the elevation angle of the target. The antenna array can be an antenna array with a “full” filling of the aperture, for example, as in the antenna of the RLS 55ZH6 altimeter (Fundamentals of building radar stations of radio engineering troops, textbook edited by V.N. Tyapkin, Krasnoyarsk, 2011, 144), and it can also consist of separate sublattices spaced in space and not forming a single antenna array with a “solid” filling of the aperture.
Предложенный метод определения высоты радиолокационных целей позволяет определять угломестные координаты на любых углах места, однако, сформированные дополнительные диаграммы направленности в некоторых случаях не позволяют получить достаточно мощный приемный сигнал от целей, которые расположены под малыми углами, т.к. цели находится, как правило, на большом удалении от РЛС. Кроме того, диаграмма направленности антенны в этом случае сильно зависит от подстилающей поверхности. Это ограничивает использование данного метода для определения угломестных координат на малых углах местности. Определение же высоты радиолокационных целей на больших углах (более 30°) места предложенным методом не зависит от подстилающей поверхности. Что касается мощности приемного сигнала, то следует отметить, что цель, расположенная под большим углом имеет, как правило, небольшую наклонную дальность, и кроме того, ЭПР цели облучаемой под большими углами, больше, чем ЭПР цели, облучаемой под малыми углами.The proposed method for determining the height of radar targets makes it possible to determine elevation coordinates at any elevation angles; however, the additional radiation patterns formed in some cases do not allow a sufficiently powerful receiving signal from targets located at small angles, because the target is usually located at a great distance from the radar. In addition, the antenna pattern in this case is highly dependent on the underlying surface. This limits the use of this method for determining elevation coordinates at small angles of terrain. The determination of the height of radar targets at large angles (more than 30 °) of the place by the proposed method does not depend on the underlying surface. Regarding the power of the receiving signal, it should be noted that a target located at a large angle has, as a rule, a small inclined range, and in addition, the EPR of the target irradiated at large angles is greater than the EPR of the target irradiated at small angles.
В случае подключения подрешеток антенной решетки радиолокационной станции к приемо-передающим модулям возможно для уточнения местоположения цели использовать различные диаграммы направленности на передачу, например, использование диаграммы направленности, главный лепесток которой имеет направление в диапазон углов, где находится цель. Это позволяет, например, уменьшить ширину диапазона углов при «грубом» определении угломестной координаты цели.In the case of connecting the sublattices of the antenna array of the radar station to the transceiver modules, it is possible to use different radiation patterns for transmission, for example, using a radiation pattern whose main lobe has a direction in the range of angles where the target is located. This allows, for example, to reduce the width of the range of angles with a “rough” determination of the elevation coordinate of the target.
Использование данного изобретения позволяет создать трехкоординатную РЛС, способную точно определять высоту радиолокационных целей на больших углах места, не используя при этом широкую полосу рабочих частот.The use of this invention allows to create a three-coordinate radar capable of accurately determining the height of radar targets at large elevation angles, without using a wide band of operating frequencies.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017143306A RU2674007C1 (en) | 2017-12-11 | 2017-12-11 | Located at big elevation angles radar targets elevation angle measuring method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017143306A RU2674007C1 (en) | 2017-12-11 | 2017-12-11 | Located at big elevation angles radar targets elevation angle measuring method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2674007C1 true RU2674007C1 (en) | 2018-12-04 |
Family
ID=64603741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017143306A RU2674007C1 (en) | 2017-12-11 | 2017-12-11 | Located at big elevation angles radar targets elevation angle measuring method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2674007C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2699028C1 (en) * | 2019-03-20 | 2019-09-03 | Андрей Викторович Быков | Method for direction-finding of a source of active interference |
| RU2711736C1 (en) * | 2019-05-13 | 2020-01-21 | Андрей Викторович Быков | Method of measuring elevation angle of radar targets by a flat phased antenna array with one-dimensional beam movement |
| CN110988835A (en) * | 2019-11-27 | 2020-04-10 | 中国船舶重工集团公司第七二四研究所 | Distributed coherent radar angle measurement method |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4639733A (en) * | 1983-05-11 | 1987-01-27 | Racal Communications Equipment Limited | Direction finding |
| US6856280B1 (en) * | 2002-07-12 | 2005-02-15 | Robert Bosch Gmbh | Method and radar system for determining the directional angle of radar objects |
| RU2291464C2 (en) * | 2005-01-11 | 2007-01-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Нижегородский Научно-Исследовательский Институт Радиотехники" | Mode of measuring of the position of targets at availability of reflections of received echo-signal from surface and an impulse surface three-coordinate radar station for its realization |
| RU2317566C1 (en) * | 2006-06-27 | 2008-02-20 | ОАО "Конструкторское бюро "Лианозовские радары" | Mode of measuring of angular attitude of radar targets with a two-coordinate radar of meter range |
| JP2009180514A (en) * | 2008-01-29 | 2009-08-13 | Fujitsu Ten Ltd | Radar device and angle detecting method of target |
| RU136588U1 (en) * | 2013-07-19 | 2014-01-10 | Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" | DEVICE FOR MEASURING SMALL ANGLES OF PURPOSE TARGETS IN RADAR STATIONS |
| RU2630686C1 (en) * | 2016-11-29 | 2017-09-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Method of measuring angle of location (height) of low-yellow objects under small angles of site in radiological circuits of reviews with presence of interfering reflections from substrate surface |
-
2017
- 2017-12-11 RU RU2017143306A patent/RU2674007C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4639733A (en) * | 1983-05-11 | 1987-01-27 | Racal Communications Equipment Limited | Direction finding |
| US6856280B1 (en) * | 2002-07-12 | 2005-02-15 | Robert Bosch Gmbh | Method and radar system for determining the directional angle of radar objects |
| RU2291464C2 (en) * | 2005-01-11 | 2007-01-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Нижегородский Научно-Исследовательский Институт Радиотехники" | Mode of measuring of the position of targets at availability of reflections of received echo-signal from surface and an impulse surface three-coordinate radar station for its realization |
| RU2317566C1 (en) * | 2006-06-27 | 2008-02-20 | ОАО "Конструкторское бюро "Лианозовские радары" | Mode of measuring of angular attitude of radar targets with a two-coordinate radar of meter range |
| JP2009180514A (en) * | 2008-01-29 | 2009-08-13 | Fujitsu Ten Ltd | Radar device and angle detecting method of target |
| RU136588U1 (en) * | 2013-07-19 | 2014-01-10 | Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" | DEVICE FOR MEASURING SMALL ANGLES OF PURPOSE TARGETS IN RADAR STATIONS |
| RU2630686C1 (en) * | 2016-11-29 | 2017-09-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Method of measuring angle of location (height) of low-yellow objects under small angles of site in radiological circuits of reviews with presence of interfering reflections from substrate surface |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2699028C1 (en) * | 2019-03-20 | 2019-09-03 | Андрей Викторович Быков | Method for direction-finding of a source of active interference |
| RU2711736C1 (en) * | 2019-05-13 | 2020-01-21 | Андрей Викторович Быков | Method of measuring elevation angle of radar targets by a flat phased antenna array with one-dimensional beam movement |
| CN110988835A (en) * | 2019-11-27 | 2020-04-10 | 中国船舶重工集团公司第七二四研究所 | Distributed coherent radar angle measurement method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1872149B1 (en) | Positioning system with a sparse antenna array | |
| KR101220952B1 (en) | System and technique for calibrating radar arrays | |
| CN106066473B (en) | The multi-beam joint angle measurement of MIMO radar target and Contact fusion method under orthogonal waveforms | |
| CN107976660B (en) | Missile-borne multi-channel radar ultra-low-altitude target analysis and multi-path echo modeling method | |
| EP0162351A2 (en) | Method of estimating trajectories and apparatus therefor | |
| RU2674007C1 (en) | Located at big elevation angles radar targets elevation angle measuring method | |
| RU2440588C1 (en) | Passive radio monitoring method of air objects | |
| Sebt et al. | Robust low-angle estimation by an array radar | |
| RU2444754C1 (en) | Method for detection and spatial localisation of air objects | |
| US20200284901A1 (en) | Millimeter-wave radar for unmanned aerial vehicle swarming, tracking, and collision avoidance | |
| RU2632922C2 (en) | Multiposition passive radar complex implementing combined one-step method of determining aircraft location at stage of landing | |
| CN107607914B (en) | Modeling method for ultra-low-altitude target and multipath echo of missile-borne PD system radar | |
| RU2546330C1 (en) | Method for polarisation-sensitive radio monitoring of mobile objects | |
| RU2348053C1 (en) | Method of false air target identification | |
| RU2402034C1 (en) | Radar technique for determining angular position of target and device for realising said method | |
| RU2624736C2 (en) | Radar station circular view "resonance" | |
| RU2317566C1 (en) | Mode of measuring of angular attitude of radar targets with a two-coordinate radar of meter range | |
| RU2444753C1 (en) | Radio monitoring method of air objects | |
| RU2758979C1 (en) | Method for automatic measurement of antenna direction diagram parameters in the far zone by flight method using uav | |
| RU2741057C1 (en) | Method of radar recognition of classes of aerospace objects for a multi-band spaced apart radar system with phased antenna arrays | |
| RU2708371C1 (en) | Method of scanning airspace with a radar station with an active phased antenna array | |
| RU2572843C1 (en) | Method of improving characteristics of measuring azimuth of ground targets based on reflections from underlying surface | |
| RU2716262C1 (en) | Method of measuring elevation angle of radar targets by cylindrical phased antenna array | |
| Osman et al. | Active cancellation system for radar cross section reduction | |
| RU2692467C2 (en) | Radar method |