RU2685702C1 - Способ определения дальности до поверхности земли - Google Patents

Способ определения дальности до поверхности земли Download PDF

Info

Publication number
RU2685702C1
RU2685702C1 RU2018123104A RU2018123104A RU2685702C1 RU 2685702 C1 RU2685702 C1 RU 2685702C1 RU 2018123104 A RU2018123104 A RU 2018123104A RU 2018123104 A RU2018123104 A RU 2018123104A RU 2685702 C1 RU2685702 C1 RU 2685702C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
earth
radio
distance
duration
pulse
Prior art date
Application number
RU2018123104A
Other languages
English (en)
Inventor
Андрей Алексеевич Хрусталев
Владимир Владимирович Артемьев
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
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 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Priority to RU2018123104A priority Critical patent/RU2685702C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2685702C1 publication Critical patent/RU2685702C1/ru

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • G01S13/08Systems for measuring distance only
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • G01S13/08Systems for measuring distance only
    • G01S13/32Systems for measuring distance only using transmission of continuous unmodulated waves, amplitude-, frequency- or phase-modulated waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • G01S13/46Indirect determination of position data
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/66Radar-tracking systems; Analogous systems where the wavelength or the kind of wave is irrelevant
    • G01S13/70Radar-tracking systems; Analogous systems where the wavelength or the kind of wave is irrelevant for range tracking only
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28Details of pulse systems
    • G01S7/285Receivers
    • G01S7/292Extracting wanted echo-signals

Abstract

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при построении радиолокационных систем, предназначенных для определения дальности от движущегося объекта до поверхности земли, использующих принцип отражения радиоволн. Достигаемый технический результат - повышение автономности работы при определении дальности до поверхности земли. Указанный результат достигается за счет излучения зондирующих сигналов в направлении поверхности земли, использования в качестве зондирующих сигналов радиоимпульсов, имеющих несущую частоту, длительность, период повторения и состоящих из N монохроматических субимпульсов, с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией, которую реализуют модулированием М-последовательностями начальных фаз субимпульсов, принимающих одно из двух значений 0 или π, за счет перестройки несущей частоты радиоимпульсов от радиоимпульса к радиоимпульсу по случайному равновероятному закону в каждом периоде повторения и изменения от радиоимпульса к радиоимпульсу периода повторения радиоимпульсов, длительности радиоимпульсов и количества монохроматических субимпульсов, приема сигналов, отраженных от поверхности земли, за счет проведения согласованной фильтрации отраженных сигналов с использованием в качестве весовых коэффициентов кодов, формирующих модулирующие М-последовательности, и определения дальности до поверхности земли (основной этап), а также за счет введения предварительного этапа обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли, причем на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности длительность, период повторения радиоимпульсов и количество монохроматических субимпульсов устанавливают фиксированными, а в начале работы на основном этапе за время распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно принимают значение дальности до поверхности земли, определенное на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли.

Description

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при построении различных радиолокационных систем, предназначенных для определения дальности от движущегося объекта до поверхности земли, использующих принцип отражения радиоволн.

Известен аналог - способ определения дальности до поверхности земли (В.И. Вербицкий, Н.Н. Калмыков, С.А. Мельников, В.В. Соловьев, А.С. Рыжков. Радиовысотомер больших высот с ФКМ сигналом, Сборник трудов Третьей Всероссийской научно-технической конференции «Радиовысотометрия-2010», Каменск-Уральский, 2010 г., стр. 206-210), применяемый в радиовысотомерах, заключающийся в излучении зондирующих сигналов в направлении поверхности земли, в качестве которых используют радиоимпульсы с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией.

Реализация способа-аналога заключается в следующем.

Задают диапазон определяемых дальностей.

Используют в качестве зондирующих сигналов радиоимпульсы с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией.

Определяют параметры радиоимпульсов, исходя из требований:

- радиоимпульсы должны иметь постоянные длительность

Figure 00000001
и период повторения
Figure 00000002

- радиоимпульсы должны состоять из N монохроматических субимпульсов длительностью τ, где N - постоянная величина;

- максимальная длительность радиоимпульсов

Figure 00000003
должна быть ограничена временем распространения сигнала от нижней границы диапазона определяемых дальностей до поверхности земли и обратно.

Реализуют фазокодовую внутриимпульсную манипуляцию модулированием М-последовательностями начальных фаз субимпульсов, принимающих одно из двух значений 0 или π.

Излучают в направлении поверхности земли зондирующие сигналы на постоянной несущей частоте ƒн.

Принимают сигналы, отраженные от поверхности земли.

Проводят согласованную фильтрацию отраженных сигналов с использованием в качестве весовых коэффициентов кодов, формирующих модулирующие М-последовательности.

Определяют дальность до поверхности земли.

В способе-аналоге радиоимпульсы имеют постоянные длительность

Figure 00000004
и количество N монохроматических субимпульсов длительностью τ, что требует увеличения уровня мощности излучаемых радиоимпульсов при определении дальности до поверхности земли вблизи верхней границы диапазона определяемых дальностей.

Излучение зондирующих сигналов на постоянной несущей частоте с большим уровнем пиковой мощности излучаемых радиоимпульсов приводит к снижению функциональных возможностей способа при определении дальности до поверхности земли.

Известен способ определения дальности до поверхности земли (патент №2637817 РФ, МПК G01S 13/32 (2006.01). Способ определения дальности до поверхности земли / Кузнецов А.Я., Куликов Ю.М., Марков А.В., Хрусталев А.А. // Изобретения. Полезные модели. - 2017. - Опубл. 07.12.2017. - Бюл. №34.), выбранный за прототип, применяемый в радиовысотомерах, заключающийся в излучении зондирующих сигналов в направлении поверхности земли, в качестве которых используют радиоимпульсы с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией.

Реализация способа-прототипа заключается в следующем.

Задают диапазон определяемых дальностей.

Используют в качестве зондирующих сигналов радиоимпульсы с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией, имеющие несущую частоту ƒн, длительность

Figure 00000005
период повторения
Figure 00000006
и состоящие из N монохроматических субимпульсов длительностью τ.

Реализуют фазокодовую внутриимпульсную манипуляцию модулированием М-последовательностями начальных фаз субимпульсов, принимающих одно из двух значений 0 или π.

Осуществляют перестройку несущей частоты ƒн радиоимпульсов от радиоимпульса к радиоимпульсу по случайному равновероятному закону в заданном диапазоне частот в каждом периоде повторения радиоимпульсов. Несущая частота ƒнi для каждого i-го радиоимпульса постоянна.

Изменяют от радиоимпульса к радиоимпульсу длительность радиоимпульсов, период повторения радиоимпульсов и количество монохроматических субимпульсов в радиоимпульсе.

Определяют длительность

Figure 00000007
радиоимпульсов в i-ом периоде повторения радиоимпульсов как разность между временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для дальности, определенной в (i-1)-ом периоде и первой временной константой k1, определяемой условиями определения дальности до поверхности земли.

В начале работы за дальность до поверхности земли, определенную в (i-1)-ом периоде повторения, принимают дальность до поверхности земли, определенную с помощью иных средств измерений.

Определяют значение периода повторения

Figure 00000008
для i-го радиоимпульса как сумму времени распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для дальности, определенной в (i-1)-ом периоде и второй временной константы k2, определяемой временем, необходимым на перестройку несущей частоты от радиоимпульса к радиоимпульсу в каждом периоде повторения по случайному равновероятному закону в заданном диапазоне частот и временем, необходимым на прием сигналов, отраженных от поверхности земли в заданном секторе углов.

Определяют количество Ni монохроматических субимпульсов в i-ом радиоимпульсе как отношение длительности радиоимпульса в i-ом периоде повторения к длительности монохроматических субимпульсов (постоянная величина) с округлением до ближайшего целого в меньшую сторону.

Излучают в направлении поверхности земли зондирующие сигналы на перестраиваемой от радиоимпульса к радиоимпульсу несущей частоте ƒнi.

Принимают сигналы, отраженные от поверхности земли.

Проводят согласованную фильтрацию отраженных сигналов с использованием в качестве весовых коэффициентов кодов, формирующих модулирующие М-последовательности.

Определяют дальность до поверхности земли.

Недостатком способа-прототипа является низкая автономность работы при определении дальности до поверхности земли.

В способе-прототипе в начале работы за дальность до поверхности земли, определенную в (i-1)-ом периоде повторения, принимают дальность до поверхности земли, определенную с помощью иных средств измерений. Т.е. необходимо наличие иных средств измерений, которые должны определить дальность до поверхности земли в момент начала работы.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение автономности работы способа при определении дальности до поверхности земли.

Технический результат достигается тем, что в способе определения дальности до поверхности земли, заключающемся в излучении зондирующих сигналов в направлении поверхности земли, использовании в качестве зондирующих сигналов радиоимпульсов, имеющих несущую частоту ƒн, длительность

Figure 00000009
период повторения
Figure 00000010
и состоящих из N монохроматических субимпульсов длительностью τ, с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией, которую реализуют модулированием М-последовательностями начальных фаз субимпульсов, принимающих одно из двух значений 0 или π, перестройке несущей частоты ƒн радиоимпульсов от радиоимпульса к радиоимпульсу по случайному равновероятному закону в каждом периоде повторения, изменении от радиоимпульса к радиоимпульсу длительности радиоимпульсов, периода повторения радиоимпульсов и количества монохроматических субимпульсов, определении длительности
Figure 00000011
радиоимпульсов в i-ом периоде повторения радиоимпульсов как разности между временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для дальности, определенной в (i-1)-ом периоде и первой временной константой k1, определяемой условиями определения дальности до поверхности земли, определении значения периода повторения
Figure 00000012
для i-го радиоимпульса как сумму времени распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для дальности, определенной в (i-1)-ом периоде, длительности
Figure 00000013
радиоимпульсов в i-ом периоде и второй временной константы k2, определяемой временем, необходимым на перестройку несущей частоты от радиоимпульса к радиоимпульсу в каждом периоде повторения по случайному равновероятному закону в заданном диапазоне частот и временем, необходимым на прием сигналов, отраженных от поверхности земли в заданном секторе углов, определении количества Ni монохроматических субимпульсов в i-ом радиоимпульсе как отношения длительности радиоимпульса в i-ом периоде повторения к длительности монохроматических субимпульсов (постоянная величина) с округлением до ближайшего целого в меньшую сторону, приеме сигналов, отраженных от поверхности земли, проведении согласованной фильтрации отраженных сигналов с использованием в качестве весовых коэффициентов кодов, формирующих модулирующие М-последовательности, и определении дальности до поверхности земли в способ определения дальности до поверхности земли (основной этап) введен предварительный этап обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли, причем на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности диапазон определяемых дальностей до поверхности земли разбивают на j поддиапазонов, где первый поддиапазон начинают с минимальной дальности до поверхности, а последний - заканчивают максимальной дальностью до поверхности, на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли в каждом поддиапазоне определяемых дальностей длительности радиоимпульсов, период повторения радиоимпульсов и количество монохроматических субимпульсов устанавливают фиксированными, для каждого j-го поддиапазона определяемых дальностей длительность
Figure 00000014
радиоимпульсов определяют как разность между временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для минимальной дальности данного поддиапазона и третьей временной константой k3, определяемой условиями определения дальности до поверхности земли на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли, для каждого j-го поддиапазона определяемых дальностей период повторения радиоимпульсов
Figure 00000015
определяют как сумму времени распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для максимальной дальности данного поддиапазона, длительности
Figure 00000016
радиоимпульса для j-го поддиапазона и четвертой временной константы k4, определяемой временем, необходимым на перестройку несущей частоты от радиоимпульса к радиоимпульсу в каждом периоде повторения по случайному равновероятному закону в заданном диапазоне частот и временем, необходимым на прием сигналов, отраженных от поверхности земли в заданном секторе углов на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли, для каждого j-го поддиапазона определяемых дальностей, количество Nj монохроматических субимпульсов в радиоимпульсе определяют как отношение длительности
Figure 00000017
радиоимпульсов к длительности монохроматических субимпульсов (постоянная величина) с округлением до ближайшего целого в меньшую сторону, обнаружение отраженных сигналов начинают в первом поддиапазоне, причем число проинтегрированных отраженных сигналов, необходимых для обнаружения, определяют с учетом заданных коэффициента различимости и вероятности ложной тревоги, при отсутствии обнаружения в первом поддиапазоне обнаружение отраженных сигналов осуществляют во втором поддиапазоне, и так проводят обнаружение отраженных сигналов во всех поддиапазонах, последовательно увеличивая номер поддиапазона, после обнаружения отраженных сигналов в одном из поддиапазонов грубо определяют дальность до поверхности земли и переходят к основному этапу определения дальности до поверхности земли, используют значение грубо определенной дальности до поверхности земли в качестве дальности, определенной в (i-1)-ом периоде, определяют длительности
Figure 00000018
радиоимпульсов в i-ом периоде повторения радиоимпульсов, период повторения
Figure 00000019
для i-го радиоимпульса и количество Ni монохроматических субимпульсов в i-ом радиоимпульсе и производят точное определение дальности до поверхности земли.

Способ определения дальности до поверхности земли реализуется следующим образом.

Реализуют предварительный этап обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли следующим образом.

Используют в качестве зондирующих сигналов радиоимпульсы с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией.

Реализуют фазокодовую внутриимпульсную манипуляцию модулированием М-последовательностями начальных фаз субимпульсов, принимающих одно из двух значений 0 или π.

Определяют параметры радиоимпульсов: значения длительности

Figure 00000020
и периода повторения
Figure 00000021
радиоимпульсов, количества монохроматических субимпульсов Nj длительностью τ.

Длительность

Figure 00000022
период повторения радиоимпульсов
Figure 00000023
и количество монохроматических субимпульсов Nj устанавливают фиксированными, для каждого j-го поддиапазона определяемых дальностей.

Длительность

Figure 00000024
радиоимпульсов для j-го поддиапазона определяют, как разность между временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для минимальной дальности данного поддиапазона tmin(j) и третьей временной константой k3, определяемой для каждого j-го поддиапазона на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли.

Время распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для минимальной дальности j-го поддиапазона равно:

Figure 00000025

где R(j) - минимальная дальность j-го поддиапазона;

с - скорость распространения электромагнитных волн.

Значение длительности

Figure 00000026
радиоимпульса для j-го поддиапазона определяют:

Figure 00000027

где k3 - третья временная константа, определяемая условиями определения дальности до поверхности земли.

Figure 00000028

где tмз - время, определяемое величиной «мертвой» зоны приемника измерителя дальности при измерении дальности;

Figure 00000029
- время, определяемое погрешностью измерения дальности измерителя дальности для j-го поддиапазона дальности;

Figure 00000030
- время, определяемое максимальным изменением высоты рельефа поверхности земли за время обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли в j-м поддиапазоне дальности;

tвсj - время, определяемое изменением дальности до поверхности земли за время обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли в j-м поддиапазоне дальности при наличии вертикальной скорости движения движущегося объекта.

Значение периода повторения

Figure 00000031
для j-го поддиапазона определяют, как сумму времени распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для максимальной дальности данного поддиапазона tmax(j), длительности
Figure 00000032
радиоимпульса для j-го поддиапазона и четвертой временной константы k4, определяемой для j-го поддиапазона на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли.

Значение периода повторения

Figure 00000033
для j-го поддиапазона определяют:

Figure 00000034

где

Figure 00000035

Figure 00000036
- время, необходимое на перестройку несущей частоты от радиоимпульса к радиоимпульсу в каждом периоде повторения по случайному (равновероятному) закону в заданном диапазоне частот для j-го поддиапазона;

Figure 00000037
- время, необходимое на прием сигналов, отраженных от поверхности земли в заданном секторе углов для j-го поддиапазона.

Количество Nj монохроматических субимпульсов в радиоимпульсе определяют как отношение длительности

Figure 00000038
радиоимпульсов к длительности монохроматических субимпульсов (постоянная величина) с округлением до ближайшего целого в меньшую сторону.

Количество Ni монохроматических субимпульсов для j-го поддиапазона определяют:

Figure 00000039

где ⎣ ⎦ - округление до ближайшего целого в меньшую сторону;

Figure 00000040
- длительность радиоимпульса в j-м поддиапазоне;

τ - длительность монохроматических субимпульсов (постоянная величина).

Излучают в направлении поверхности земли зондирующие сигналы на перестраиваемой от радиоимпульса к радиоимпульсу несущей частоте ƒнi. Перестройку несущей частоты ƒнi производят в каждом периоде повторения по случайному (равновероятному) закону в заданном диапазоне частот. Несущая частота ƒнi для каждого i-го радиоимпульса постоянна.

Принимают отраженные от поверхности земли зондирующие сигналы.

Проводят согласованную фильтрацию отраженных сигналов с использованием в качестве весовых коэффициентов кодов, формирующих модулирующие М-последовательности.

Производят обнаружение отраженных сигналов. Обнаружение отраженных сигналов начинают в первом поддиапазоне, причем число проинтегрированных отраженных сигналов, необходимых для обнаружения, определяют с учетом заданного коэффициента различимости и заданной вероятности ложной тревоги, при отсутствии обнаружения в первом поддиапазоне обнаружение отраженных сигналов осуществляют во втором поддиапазоне, и так проводят обнаружение отраженных сигналов во всех поддиапазонах, последовательно увеличивая номер поддиапазона.

Поиск и обнаружение сигнала, отраженного от поверхности земли в j-м поддиапазоне, производят во временном интервале, соответствующем временному интервалу от минимального значения измеряемой дальности данного поддиапазона до максимального значения измеряемой дальности данного поддиапазона, разбитом на М парциальных интервалов (М>>1) времени равной длительности Δt, каждому из которых соответствует свой селектирующий импульс.

Поиск и обнаружение отраженного сигнала производят одновременно по всем селектирующим импульсам, что сокращает время обнаружения сигнала.

Отраженный сигнал считается обнаруженным, когда в одном из селектирующих импульсов ΔtM∈MΔt происходит превышение порога накопления р (р>1).

Чем больше значение порога накопления р, тем больше отраженных сигналов надо проинтегрировать и тем выше вероятность правильного обнаружения и меньше вероятность ложного срабатывания при обнаружении отраженного сигнала.

На практике максимальное значение порога накопления р ограничено временем, в течение которого сигнал, отраженный от поверхности земли, находится в пределах одного и того же селектирующего импульса. За счет интегрирования (накопления) отраженных сигналов обнаружение отраженных сигналов происходит с низкой вероятностью ложной тревоги и высокой вероятностью правильного обнаружения и может происходить при значениях отношения сигнал-шум близких к единице.

Поле обнаружения отраженных сигналов в одном из поддиапазонов определяют грубое значение дальности до поверхности земли в данном поддиапазоне.

Временную задержку tз(j) измеряют между моментом излучения зондирующего сигнала и фронтом селектирующего импульса, в котором произошло обнаружение отраженного сигнала. Значение tз(j) определяет грубое значение дальности до поверхности земли.

На предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли диапазон определяемых дальностей до поверхности земли разбивают на j поддиапазонов, в каждом поддиапазоне определяемых дальностей длительности радиоимпульсов, период повторения радиоимпульсов и количество монохроматических субимпульсов устанавливают фиксированными, для каждого j-го поддиапазона определяемых дальностей длительность

Figure 00000041
радиоимпульсов устанавливают в соответствии с (2), период повторения радиоимпульсов
Figure 00000042
устанавливают в соответствии с (4), количество Nj монохроматических субимпульсов в радиоимпульсе устанавливают в соответствии с (6).

Такой выбор длительности радиоимпульсов, периода повторения радиоимпульсов и количества монохроматических субимпульсов приводит к снижению энергетического потенциала за счет увеличения скважности радиоимпульсов и снижения средней мощности излучаемых радиоимпульсов. На предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли данное снижение энергетического потенциала компенсируют за счет интегрирования отраженных сигналов, причем число проинтегрированных отраженных сигналов, необходимых для обнаружения, определяют с учетом заданных коэффициента различимости и вероятности ложной тревоги.

Таким образом, число проинтегрированных отраженных сигналов будет определять допустимое снижение энергетического потенциала за счет увеличения скважности радиоимпульсов и определять количество поддиапазонов, на который разбивают диапазон определяемых дальностей до поверхности земли.

Основной этап определения дальности до поверхности земли осуществляется следующим образом.

Определяют параметры радиоимпульсов: длительность

Figure 00000043
и период повторения
Figure 00000044
радиоимпульсов, количество Ni монохроматических субимпульсов длительностью τ.

Длительность

Figure 00000045
периода повторения
Figure 00000046
радиоимпульсов и количество Ni монохроматических субимпульсов в i-ом периоде повторения радиоимпульсов определяют в зависимости от дальности до поверхности земли, определенной в (i-1)-ом периоде повторения (в предыдущем периоде повторения).

Значение длительности

Figure 00000047
радиоимпульса в i-ом периоде повторения определяют:

Figure 00000048

где tз(i-1) - время распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для дальности, определенной в (i-1)-ом периоде.

Figure 00000049

где R(i-1) - дальность до поверхности земли, определенная в (i-1)-ом периоде повторения;

k1 - первая временная константа, определяемая условиями определения дальности до поверхности земли.

Figure 00000050

где tмз - время, определяемое величиной «мертвой» зоны приемника измерителя дальности при измерении дальности;

Figure 00000051
- время, определяемое погрешностью измерения дальности измерителя дальности;

Figure 00000052
- время, определяемое максимальным изменением высоты рельефа поверхности земли за один период повторения радиоимпульсов;

tвс - время, определяемое изменением дальности до поверхности земли за один период повторения радиоимпульсов при наличии вертикальной скорости движения движущегося объекта.

В начале работы на втором этапе за время распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для дальности, определенной в (i-1)-ом периоде повторения, принимают грубое значение дальности до поверхности земли tз(j), определенное на первом этапе.

Значение периода повторения

Figure 00000053
для i-го радиоимпульса определяют:

Figure 00000054

где

Figure 00000055

Figure 00000056
- время, необходимое на перестройку несущей частоты от радиоимпульса к радиоимпульсу в каждом периоде повторения по случайному (равновероятному) закону в заданном диапазоне частот;

Figure 00000057
- время, необходимое на прием сигналов, отраженных от поверхности земли в заданном секторе углов.

Количество Ni монохроматических субимпульсов в i-ом радиоимпульсе определяют:

Figure 00000058

где ⎣ ⎦ - округление до ближайшего целого в меньшую сторону;

Figure 00000059
- длительность радиоимпульса в i-ом периоде повторения;

τ - длительность монохроматических субимпульсов (постоянная величина).

Излучают в направлении поверхности земли зондирующие сигналы на перестраиваемой от радиоимпульса к радиоимпульсу несущей частоте ƒнi.

Принимают сигналы, отраженные от поверхности земли.

Проводят согласованную фильтрацию отраженных сигналов с использованием в качестве весовых коэффициентов кодов, формирующих модулирующие М-последовательности.

Осуществляют точное определение дальности до поверхности земли без интегрирования отраженных сигналов.

При потере отраженных сигналов на основном этапе переходят к предварительному этапу обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли для повторного обнаружения отраженных сигналов.

Данный способ определения дальности до поверхности земли имеет существенные отличия от прототипа, поскольку обеспечивается повышение автономности работы при определении дальности до поверхности земли, т.к. отсутствует необходимость наличия иных средств измерений, которые должны определить дальность до поверхности земли в момент начала работы.

Кроме того, данный способ определения дальности до поверхности земли имеет дополнительные существенные отличия от аналога.

В данном способе определения дальности до поверхности земли обеспечивается расширение функциональных возможностей при определении дальности до поверхности земли за счет:

- перестройки несущей частоты радиоимпульсов от радиоимпульса к радиоимпульсу по случайному равновероятному закону;

- снижения требований к стабильности фазы зондирующих сигналов. Стабильность фазы зондирующих сигналов требуется не за время полного периода зондирующих сигналов, а лишь за время, соответствующее времени излучения данного радиоимпульса. А эффект Доплера практически не оказывает влияния при обработке отраженных сигналов, т.к. осуществляется перестройка несущей частоты радиоимпульсов от радиоимпульса к радиоимпульсу по случайному равновероятному закону.

- снижения уровня пиковой мощности излучаемых радиоимпульсов, которое обусловлено двумя факторами:

а) значение длительности

Figure 00000060
радиоимпульса в i-ом периоде повторения - величина переменная и определяется дальностью до поверхности земли, измеренной в предыдущем периоде измерений (временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для дальности, определенной в предыдущем периоде). Это позволяет изменять количество Ni монохроматических субимпульсов длительностью τ в излучаемых радиоимпульсах, увеличивая их количество при увеличении измеряемой дальности, и, тем самым, не требовать увеличения уровня мощности излучаемых радиоимпульсов при определении дальности до поверхности земли вблизи верхней границы диапазона определяемых дальностей. Так Ni, может составлять единицы при малых дальностях и сотни - при больших дальностях. При этом выигрыш в отношении сигнал/шум за счет когерентной обработки может составить десятки децибел;

б) значение периода повторения

Figure 00000061
для i-го радиоимпульса - величина переменная и определяется значением длительности
Figure 00000062
радиоимпульса в i-ом периоде повторения, временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для дальности, определенной в предыдущем периоде и константой, значение которой в основном определяется временем, необходимым на перестройку несущей частоты от радиоимпульса к радиоимпульсу в каждом периоде повторения. Это позволяет изменять значение периода повторения
Figure 00000063
для i-го радиоимпульса, обеспечивая однозначность измерения дальности до поверхности земли. Необходимо отметить, что наличие константы приводит к тому, что скважность радиоимпульсов является переменной и уменьшается при увеличении измеряемой дальности, тем самым увеличивая среднюю мощность излучаемых радиоимпульсов. Так скважность радиоимпульсов может составлять единицы при больших дальностях и сотни (и даже тысячи) - при малых дальностях.

Таким образом, данный способ определения дальности до поверхности земли имеет существенные отличия от известных способов определения дальности, поскольку обеспечивается повышение автономности и скрытности работы при определении дальности до поверхности земли.

Claims (1)

  1. Способ определения дальности до поверхности земли, заключающийся в излучении зондирующих сигналов в направлении поверхности земли, использовании в качестве зондирующих сигналов радиоимпульсов, имеющих несущую частоту ƒн, длительность tu, период повторения Tn и состоящих из N монохроматических субимпульсов длительностью τ, с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией, которую реализуют модулированием М-последовательностями начальных фаз субимпульсов, принимающих одно из двух значений 0 или π, перестройке несущей частоты ƒн радиоимпульсов от радиоимпульса к радиоимпульсу по случайному равновероятному закону в каждом периоде повторения, изменении от радиоимпульса к радиоимпульсу длительности радиоимпульсов, периода повторения радиоимпульсов и количества монохроматических субимпульсов, определении длительности tui радиоимпульсов в i-м периоде повторения радиоимпульсов как разности между временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для дальности, определенной в (i-1)-м периоде и первой временной константой k1, определяемой условиями определения дальности до поверхности земли, определении значения периода повторения Tni для i-го радиоимпульса как сумму времени распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для дальности, определенной в (i-1)-м периоде, длительности tui радиоимпульсов в i-м периоде и второй временной константы k2, определяемой временем, необходимым на перестройку несущей частоты от радиоимпульса к радиоимпульсу в каждом периоде повторения по случайному равновероятному закону в заданном диапазоне частот, и временем, необходимым на прием сигналов, отраженных от поверхности земли в заданном секторе углов, определении количества Ni монохроматических субимпульсов в i-м радиоимпульсе как отношения длительности радиоимпульса в i-м периоде повторения к длительности монохроматических субимпульсов (постоянная величина) с округлением до ближайшего целого в меньшую сторону, приеме сигналов, отраженных от поверхности земли, проведении согласованной фильтрации отраженных сигналов с использованием в качестве весовых коэффициентов кодов, формирующих модулирующие М-последовательности, и определении дальности до поверхности земли, отличающийся тем, что в способ определения дальности до поверхности земли (основной этап) введен предварительный этап обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли, причем на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности диапазон определяемых дальностей до поверхности земли разбивают на j поддиапазонов, где первый поддиапазон начинают с минимальной дальности до поверхности, а последний - заканчивают максимальной дальностью до поверхности, на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли в каждом поддиапазоне определяемых дальностей длительности радиоимпульсов, период повторения радиоимпульсов и количество монохроматических субимпульсов устанавливают фиксированными, для каждого j-го поддиапазона определяемых дальностей длительность tuj радиоимпульсов определяют как разность между временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для минимальной дальности данного поддиапазона и третьей временной константой k3, определяемой условиями определения дальности до поверхности земли на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли, для каждого j-го поддиапазона определяемых дальностей период повторения радиоимпульсов Tnj определяют как сумму времени распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для максимальной дальности данного поддиапазона, длительности tuj радиоимпульса для j-го поддиапазона и четвертой временной константы k4, определяемой временем, необходимым на перестройку несущей частоты от радиоимпульса к радиоимпульсу в каждом периоде повторения по случайному равновероятному закону в заданном диапазоне частот, и временем, необходимым на прием сигналов, отраженных от поверхности земли в заданном секторе углов на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли, для каждого j-го поддиапазона определяемых дальностей, количество Nj монохроматических субимпульсов в радиоимпульсе определяют как отношение длительности tuj радиоимпульсов к длительности монохроматических субимпульсов (постоянная величина) с округлением до ближайшего целого в меньшую сторону, обнаружение отраженных сигналов начинают в первом поддиапазоне, причем число проинтегрированных отраженных сигналов, необходимых для обнаружения, определяют с учетом заданных коэффициента различимости и вероятности ложной тревоги, при отсутствии обнаружения в первом поддиапазоне обнаружение отраженных сигналов осуществляют во втором поддиапазоне, и так проводят обнаружение отраженных сигналов во всех поддиапазонах, последовательно увеличивая номер поддиапазона, после обнаружения отраженных сигналов в одном из поддиапазонов грубо определяют дальность до поверхности земли и переходят к основному этапу определения дальности до поверхности земли, используют значение грубо определенной дальности до поверхности земли в качестве дальности, определенной в (i-1)-м периоде, определяют длительности tui радиоимпульсов в i-м периоде повторения радиоимпульсов, период повторения Tni для i-го радиоимпульса и количество Ni монохроматических субимпульсов в i-м радиоимпульсе и производят точное определение дальности до поверхности земли.
RU2018123104A 2018-06-25 2018-06-25 Способ определения дальности до поверхности земли RU2685702C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018123104A RU2685702C1 (ru) 2018-06-25 2018-06-25 Способ определения дальности до поверхности земли

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018123104A RU2685702C1 (ru) 2018-06-25 2018-06-25 Способ определения дальности до поверхности земли

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2685702C1 true RU2685702C1 (ru) 2019-04-23

Family

ID=66314452

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018123104A RU2685702C1 (ru) 2018-06-25 2018-06-25 Способ определения дальности до поверхности земли

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2685702C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2717233C1 (ru) * 2019-09-25 2020-03-19 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Способ определения дальности до поверхности земли

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7145501B1 (en) * 2005-09-26 2006-12-05 Honeywell International Inc. Methods and systems for measuring terrain height
WO2008080739A1 (de) * 2006-12-28 2008-07-10 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur entfernungsmessung
US7639175B1 (en) * 2007-09-27 2009-12-29 Rockwell Collins, Inc. Method and apparatus for estimating terrain elevation using a null response
RU2436116C1 (ru) * 2010-03-09 2011-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" Способ определения дальности до поверхности земли
RU2510043C1 (ru) * 2012-11-12 2014-03-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Способ определения дальности до поверхности земли
RU2630686C1 (ru) * 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) Способ измерения угла места (высоты) низколетящих целей под малыми углами места в радиолокаторах кругового обзора при наличии мешающих отражений от подстилающей поверхности
RU2637817C1 (ru) * 2017-02-20 2017-12-07 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Способ определения дальности до поверхности земли

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7145501B1 (en) * 2005-09-26 2006-12-05 Honeywell International Inc. Methods and systems for measuring terrain height
WO2008080739A1 (de) * 2006-12-28 2008-07-10 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur entfernungsmessung
US7639175B1 (en) * 2007-09-27 2009-12-29 Rockwell Collins, Inc. Method and apparatus for estimating terrain elevation using a null response
RU2436116C1 (ru) * 2010-03-09 2011-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" Способ определения дальности до поверхности земли
RU2510043C1 (ru) * 2012-11-12 2014-03-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Способ определения дальности до поверхности земли
RU2630686C1 (ru) * 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) Способ измерения угла места (высоты) низколетящих целей под малыми углами места в радиолокаторах кругового обзора при наличии мешающих отражений от подстилающей поверхности
RU2637817C1 (ru) * 2017-02-20 2017-12-07 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Способ определения дальности до поверхности земли

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2717233C1 (ru) * 2019-09-25 2020-03-19 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Способ определения дальности до поверхности земли

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2766744B1 (en) Distance measurement methods and apparatus
US5757320A (en) Short range, ultra-wideband radar with high resolution swept range gate
Yanovsky et al. Retrieval of information about turbulence in rain by using Doppler-polarimetric radar
CN1078949C (zh) 减轻脉冲多普勒雷达中距离一多普勒模糊的设备和方法
EP2462463B1 (en) Method and system for motion compensation for hand held mti radar sensor
Brennan et al. Phase-sensitive FMCW radar system for high-precision Antarctic ice shelf profile monitoring
EP1064564B1 (en) Method and system for measuring radar reflectivity and doppler shift by means of a pulse radar
US20040150552A1 (en) Technique for non-coherent integration of targets with ambiguous velocities
JP5502262B2 (ja) 測地距離データを得る方法及び装置
US7823446B2 (en) Pulsed radar level gauging with relative phase detection
DK1735637T3 (en) System and method for radar detection of an object.
KR101300085B1 (ko) 신호-대-잡음비 증강을 위한 펄스 도플러 위상정합 방법 및시스템
US7342651B1 (en) Time modulated doublet coherent laser radar
US2837738A (en) Passive range measuring device
CN103616696A (zh) 一种激光成像雷达装置及其测距的方法
CA2337386C (en) Radar ice sounder with parallel doppler processing
EP0842440A4 (en) LOW RANGE LOCATION RADIO SYSTEM
KR101135982B1 (ko) 주파수 변조 연속파 레이다에서 간섭 제거를 위한 시스템 간 동기화 방법
US7474255B2 (en) Target tracking method of radar with frequency modulated continuous wave
WO2008093036A2 (en) Adaptive radar
JP2003521692A (ja) 光学距離測定
US8581778B2 (en) Pulse compression system and method
US20060273948A1 (en) Selectable range lobes using wide-band array
Noon Stepped-frequency radar design and signal processing enhances ground penetrating radar performance
JP5460066B2 (ja) Vhf/uhfレーダー局を使用して河川流量パラメータを監視するシステムおよび方法