RU2692912C1 - Method for simultaneous measurement of range, speed and acceleration of low-speed maneuvering air target in pulse-doppler radar stations with high frequency of repetition of pulses and linear frequency modulation - Google Patents
Method for simultaneous measurement of range, speed and acceleration of low-speed maneuvering air target in pulse-doppler radar stations with high frequency of repetition of pulses and linear frequency modulation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2692912C1 RU2692912C1 RU2017143611A RU2017143611A RU2692912C1 RU 2692912 C1 RU2692912 C1 RU 2692912C1 RU 2017143611 A RU2017143611 A RU 2017143611A RU 2017143611 A RU2017143611 A RU 2017143611A RU 2692912 C1 RU2692912 C1 RU 2692912C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chirp
- frequency
- acceleration
- slope
- values
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 91
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 title claims abstract description 74
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 62
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 17
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 8
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000001934 delay Effects 0.000 claims 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 12
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 14
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 7
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 3
- 238000001473 dynamic force microscopy Methods 0.000 description 3
- 238000013213 extrapolation Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 101001016186 Homo sapiens Dystonin Proteins 0.000 description 2
- 101000832669 Rattus norvegicus Probable alcohol sulfotransferase Proteins 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012552 review Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N (+)-Biotin Chemical compound N1C(=O)N[C@@H]2[C@H](CCCCC(=O)O)SC[C@@H]21 YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N 0.000 description 1
- TVZRAEYQIKYCPH-UHFFFAOYSA-N 3-(trimethylsilyl)propane-1-sulfonic acid Chemical compound C[Si](C)(C)CCCS(O)(=O)=O TVZRAEYQIKYCPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100116973 Mus musculus Dmbt1 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 description 1
- 238000005311 autocorrelation function Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- FEPMHVLSLDOMQC-UHFFFAOYSA-N virginiamycin-S1 Natural products CC1OC(=O)C(C=2C=CC=CC=2)NC(=O)C2CC(=O)CCN2C(=O)C(CC=2C=CC=CC=2)N(C)C(=O)C2CCCN2C(=O)C(CC)NC(=O)C1NC(=O)C1=NC=CC=C1O FEPMHVLSLDOMQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
- G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиолокации воздушных целей (ВЦ) и применимо в стационарных и мобильных импульсно-доплеровских (ИД) радиолокационных станциях (РЛС) военного и гражданского назначения:The invention relates to radar air targets (CC) and is applicable in stationary and mobile pulse-Doppler (ID) radar stations (radar) for military and civil purposes:
- функционирующих в режимах с высокой (ВЧП) частотой повторения импульсов (ЧПИ), малой скважностью и внутриимпульсной линейной частотной модуляцией несущей частоты (ЛЧМ);- operating in the modes with high (VCHP) pulse repetition frequency (PRF), low duty cycle and intra-pulse linear frequency modulation of the carrier frequency (chirp);
- предназначенных для обнаружения, измерения первичных радиолокационных параметров (ПРЛП) и сопровождения ВЦ;- intended for detection, measurement of primary radar parameters (RLP) and tracking CC;
в широком диапазоне скоростей сближения с РЛС, включая радиальные скорости, близкие к нулю;in a wide range of velocities of approach to the radar, including radial velocities close to zero;
при интенсивном маневрировании ВЦ и/или носителя РЛС, включая применение специальных («антирадарных») тактические приемов (полет летательного аппарата (ЛА) на предельно малых/малых высотах, резкое изменение скорости/направления движения, «зависание» и др.);with intensive maneuvering of the CC and / or radar carrier, including the use of special ("anti-radar") tactical techniques (flight of an aircraft (LA) at extremely low / low altitudes, a sharp change in speed / direction of movement, "hovering", etc.);
при малой эффективной площади рассеяния (ЭПР) целей.with a small effective area of scattering (EPR) targets.
Для существующих образцов ИД РЛС в настоящее время считаются [7] типичными низколетящие малоскоростные маневрирующие цели с малой ЭПР, например, беспилотные ЛА, в т.ч. и обладающие свойствами сверхманевренности. В то же время такие малоскоростные маневрирующие ВЦ для ИД РЛС являются проблемными с точки зрения их обнаружения и измерения ПРЛП, что обусловлено следующими обстоятельствами.For existing radar ID models, at present, [7] are considered typical low-flying low-speed maneuvering targets with low EPR, for example, unmanned aircraft, including and possessing supermaneuverability properties. At the same time, such low-speed maneuvering CC for radar IDs are problematic from the point of view of their detection and measurement of RLP, which is due to the following circumstances.
Обнаружение ВЦ с малой ЭПР и на больших удалениях (при близких к единице отношениях «сигнал-шум») и при широком диапазоне возможных радиальных скоростей требует увеличения времени когерентного накопления сигнала ВЦ (до сотен миллисекунд) и использования ВЧП для однозначного определения скоростей, что, в целом, приводит:Detection of CC with small EPR and at large distances (with close to unity “signal-to-noise” relations) and with a wide range of possible radial velocities requires an increase in the coherent accumulation time of the CC signal (up to hundreds of milliseconds) and the use of ICP to uniquely determine the velocities, in general, leads:
- к увеличению числа «слепых» зон по дальности (из-за бланкирования приемника на время излучения импульса), степени неоднозначности измерения дальности - внутрипериодного положения (задержки) сигнала цели (ВПЦ);- to an increase in the number of “blind” zones in range (due to receiver blanking for the duration of the pulse emitting), the degree of ambiguity in measuring the range — the intraperiod position (delay) of the target signal (HCV);
- к увеличению общей продолжительности радиоконтакта с ВЦ в связи с необходимостью излучения серий пачек зондирующих импульсов (ПЗИ) для раскрытия «слепых» зон при обнаружении и устранения неоднозначности ВПЦ, а также в связи с увеличением длительности самих ПЗИ для достижения эффекта когерентного накопления.- an increase in the total duration of radio contact with the EC due to the need to emit a series of probe pulse bursts (FDIs) to uncover “blind” zones when HCV ambiguity is detected and eliminated, as well as due to an increase in the duration of the FZIs themselves to achieve a coherent accumulation effect.
Типичными для современных ИД РЛС являются многоцелевые задачи сопровождения ВЦ с продолжительными интервалами экстраполяции траекторий. При этом ужесточаются требования к точности измерений ПРЛП, а в условиях интенсивного маневрирования возникает необходимость повышения информативности сеанса РЛ измерений - прежде всего, в аспекте определения производных пространственных и угловых координат второго и более высокого порядка в интересах обеспечения точности и устойчивости сопровождения маневрирующих ВЦ.Typical for modern radar IDs are multipurpose tasks of tracking CC with long extrapolation intervals of trajectories. At the same time, the requirements for accuracy of PRLP measurements are becoming more stringent, and in conditions of intensive maneuvering, it becomes necessary to increase the information content of a radar measurement session — first of all, in terms of determining the derived spatial and angular coordinates of the second and higher order in order to ensure the accuracy and stability of tracking the maneuvering EC.
С другой стороны, возникающее при маневре радиальное ускорение приводит к изменению характеристик принимаемого сигнала - появлению вторичной частотной модуляции; «размыванию» спектра сигнала ВЦ и снижению эффекта когерентного накопления; снижению отношения «сигнал/шум» на входе обнаружителя; возможности проявления сигнала одной цели в нескольких доплеровских фильтрах и др. В целом, при относительно длительном радиоконтакте с ВЦ и при интенсивном маневрировании радиальное ускорение существенно влияет на возможности ИД РЛС по обнаружению ВЦ и по точности измерений ее ПРЛП.On the other hand, the radial acceleration arising during maneuver leads to a change in the characteristics of the received signal — the appearance of secondary frequency modulation; “Blurring” the EC signal spectrum and reducing the effect of coherent accumulation; reducing the signal-to-noise ratio at the detector input; the possibility of the manifestation of a single target signal in several Doppler filters, etc. In general, with a relatively long radio contact with the EC and with intensive maneuvering, radial acceleration significantly affects the capabilities of the radar ID for detecting the CC and for measuring the accuracy of its RLP.
Кроме того, для малоскоростных целей или при маневрах скоростных ЛА, приводящих к малой скорости сближения или «зависанию» (далее по тексту такие ВЦ, в целом, обозначаются как малоскоростные), возникают дополнительные трудности по обнаружению/измерению ПРЛП. Прежде всего, они связаны с попаданием доплеровского сигнала ВЦ - доплеровского смещения частоты (ДСЧ), обусловленного радиальной скоростью - в спектр мощных мешающих отражений от земли (МО), т.е. в «слепую» зону по доплеровской частоте.In addition, for low-speed targets or during maneuvers of high-speed aircraft, leading to low speed of convergence or “freezing” (hereinafter, such CC, generally referred to as low-speed ones), additional difficulties arise in detecting / measuring RLPs. First of all, they are related to the EC Doppler signal - Doppler frequency offset (RMS), due to radial velocity - entering the spectrum of powerful interfering reflections from the ground (MO), i.e. in the "blind" zone on the Doppler frequency.
Таким образом, для ИД РЛС с ВЧП при работе по малоскоростным маневрирующим ВЦ с малой ЭПР в настоящее время является актуальным решение задач:Thus, for the ID of the radar with VCHP when working on a low-speed maneuvering EC with a small EPR, it is currently important to solve the following problems:
- обеспечения возможности обнаружения ВЦ /измерения ПРЛП при широком спектре МО и малой радиальной скорости;- enable the detection of VTs / measurements of RSPL with a wide range of MO and low radial velocity;
- расширения информативности сеанса измерения ПРЛП при радиоконтакте, включая измерение радиального ускорения, и обеспечение достаточно высокой точности измерений ПРЛП в условиях интенсивного маневрирования, требуемой для обеспечения точного устойчивого сопровождения ВЦ при относительно длительных интервалах экстраполяции траекторий.- expanding the information content of the measurement session of the RLP at radio contact, including measuring the radial acceleration, and ensuring a sufficiently high accuracy of measuring the RLP under the conditions of intensive maneuvering required to ensure accurate sustained tracking of the EC at relatively long trajectories extrapolation intervals.
В ИД РЛС традиционно, наряду с измерением угловых координат, сеанс измерения ПРЛП в рамках радиоконтакта с ВЦ, ограничивается измерением дальности и радиальной скорости. Расширение функциональных возможностей ИД РЛС как информационно-измерительной системы за счет включения радиального ускорения в состав измеряемых ПРЛП в условиях интенсивного маневрирования является практически обязательным:In the radar-ID, traditionally, along with the measurement of the angular coordinates, the RLP measurement session within the framework of the radio contact with the CC is limited to measuring the range and radial velocity. Expanding the functionality of the radar ID as an information-measuring system due to the inclusion of radial acceleration in the composition of the measured RLP in conditions of intensive maneuvering is almost mandatory:
- для учета/компенсации влияния ускорения на характеристики принимаемого сигнала и обеспечения условий когерентности в условиях маневра (при первичной обработке сигналов);- to take into account / compensate for the effect of acceleration on the characteristics of the received signal and to ensure coherence conditions in the conditions of maneuver (during the initial signal processing);
- для учета/компенсации динамических погрешностей в оценках ПРЛП, формируемых в условия маневра при относительно длительном радиоконтакте с ВЦ, включающем серию ПЗИ;- to account for / compensate for dynamic errors in the RLPP estimates, which are formed in maneuver conditions at a relatively long radio contact with the CC, including the FDI series;
- для адаптации параметров следящих фильтров в контуре сопровождения, выполнения более точной экстраполяции траекторий на относительно длительных интервалах, т.е. для обеспечения точного и устойчивого сопровождения интенсивно маневрирующих целей (при вторичной обработке информации).- to adapt the parameters of the tracking filters in the tracking loop, to perform a more accurate extrapolation of the trajectories at relatively long intervals, i.e. to ensure accurate and sustainable tracking of intensively maneuvering targets (during secondary processing of information).
Известны [1-3] и широко применяются при ВЧП способы обнаружения ВЦ, позволяющие раскрыть «слепые зоны» по дальности путем излучения серии ПЗИ с различными значениями ЧПИ. Серии ПЗИ при поиске/обнаружении ВЦ обычно включают «гладкие» пачки, формируемые без использования специальной внутриимпульсной ЛЧМ. В таких случаях одновременно с обнаружением ВЦ измеряется неоднозначная дальность (ВПЦ), доплеровский сдвиг частоты отраженного и оценивается радиальная скорость. Однако, при малых значениях радиальной скорости -при попадании ДСЧ в спектральную зону мощных МО - задача обнаружения/измерения ПРЛП в ряде случаев практически не может быть решена, что является существенным недостатком, ограничивающим функциональные возможности ИД РЛС при работе с малоскоростными ВЦ.Known [1-3] and widely used in VCh methods of detecting CC, allowing to reveal the "blind zone" in range by radiation of a series of FPI with different values of the CRP. When searching / detecting a VC, FDI series usually include “smooth” packs that are formed without the use of a special intra-pulse chirp. In such cases, simultaneously with the detection of the VC, the ambiguous range (HCV) is measured, the Doppler shift of the reflected frequency and the radial velocity is estimated. However, at small values of the radial velocity, when the DSCH hits the spectral zone of powerful MOs, the task of detecting / measuring the RLP in some cases is practically impossible to solve, which is a significant drawback that limits the radar ID functionality when working with low-speed CC.
Известен ряд способов определения дальности до обнаруженной ВЦ в режимах ВЧП и средней (СЧП) ЧПИ [US 471 3664 А, дата публикации (д.п.) 15.12.87; ЕР 0490423 А, д.п. 17.06.92; RU 2010244 С1, д.п. 30.03.94; FR 2709835 А, д.п. 17.03.95; US 5546088 А, д.п. 13.06.96; US 5905458, д.п. 19.11.97; RU 2145092 С1, д.п. 27.01.2000; RU 98104808 А, д.п. 27.01.2000; ЕР 1043601 А1, д.п. 11.10.2000; WO 020633336 А1, д.п. 15.08.2002; RU 2237265 С1, д.п. 27.05.2003; RU 2206102, д.п. 10.06.2003; RU 2221258 С1, д.п. 01.10.2004, RU 2237265, д.п. 27.09.2004, RU 2296346, д. п. 27.03.2007 и др.].The number of known methods for determining the distance to the detected CC in the VCHP and average (SSP) modes of the PRF [US 471 3664 A, publication date (dp) 12.15.87; EP 0490423 A, p. 06/17/92; RU 2010244 C1, d. 03/30/94; FR 2709835 A, p. 03/17/95; US 5546088 A, d. 13.06.96; US 5905458, DP 11/19/97; RU 2145092 C1, dp 01.27.2000; RU 98104808 A, dp 01.27.2000; EP 1043601 A1, D.S. 10/11/2000; WO 020633336 A1, e. August 15, 2002; RU 2237265 C1, d.p. May 27, 2003; RU 2206102, p. 06/10/2003; RU 2221258 C1, DP 01.10.2004, RU 2237265, p. September 27, 2004, RU 2296346, p. P. 27.03.2007, etc.].
В общем случае, для дальнометрии обнаруженных ВЦ в указанных способах используются измерения временных и/или частотных РЛ параметров принимаемого сигнала: ВПЦ; ДСЧ - при «гладкой» ПЗИ и дальномерной частоты (ДМЧ), смещенной с помощью ДЧМ в ПЗИ. Способы, использующие только измерения ВПЦ, требуют излучения относительно продолжительной серии ПЗИ с разными значениями ЧПИ. При этом обеспечивается относительно высокая точность дальнометрии (на уровне тонности измерений ВПЦ). Способы, основанные только на частотных измерениях - измерениях ДСЧ и ДМЧ - после обнаружения требуют дополнительно излучать только одну-две ПЗИ с ЛЧМ, но при этом точность дальнометрии остается относительно невысокой (с ошибками от сотен метров до нескольких километров). Комбинированные способы, основанные на частотных и временных измерениях, в общем случае, позволяют на основе оценок дальности, полученных способами с ЛЧМ, существенно сократить время на устранение неопределенности измерения ВПЦ путем варьирования ЧПИ и, в итоге, обеспечивают точность определения дальности на уровне ошибок измерения ВПЦ. Для устранения неоднозначности ППИ могут также использоваться не вариации ЧПИ, а статистическая обработка выборок измерений однозначной (при ЛЧМ) и неоднозначной дальности, полученных в сериях пачек при постоянной ЧПИ. Например, в измерителе дальности на основе ЛЧМ [RU 2237265, 27.09.2004], применяется статистическое «сглаживание» нарастающей выборки измерений ВПЦ и однозначной дальности, определяемой традиционным способом с ЛЧМ [1]. Однако, для достижения требуемой точности также необходимо относительно продолжительное время на формирование статистической выборки измерений.In the general case, for the ranging measurements of the detected VTs, in the indicated methods, measurements of the time and / or frequency X-ray parameters of the received signal are used: DFC - with “smooth” FDI and rangefinder frequency (MFR), shifted by DFM in FDI. Methods that use only measurements of HVAC require radiation of a relatively long series of FDI with different values of the PRF. This ensures a relatively high accuracy of ranging (at the level of tonnage of HCV measurements). Methods based only on frequency measurements — measurements of the DFC and DMC — after detection require additional emission of only one or two FPIs with chirp, but the accuracy of ranging is relatively low (with errors from hundreds of meters to several kilometers). Combined methods based on frequency and time measurements, in general, allow, based on range estimates obtained by chirp methods, to significantly reduce the time to eliminate the uncertainty of HCV measurement by varying the CRPD and, as a result, ensure the accuracy of determining the range at the error rate of the HCV . To eliminate the ambiguity of the PIT, it is also possible to use not the variations of the PRF, but the statistical processing of the measurement samples of the unambiguous (with the LFM) and ambiguous range obtained in a series of packs with a constant PRF. For example, in the range meter based on chirp [RU 2237265, 09/27/2004], statistical “smoothing” of the growing sample of HVAC measurements and a single-digit range determined in the traditional way with chirp [1] is used. However, to achieve the required accuracy, a relatively long time is also needed for the formation of a statistical sample of measurements.
При применении указанных способов, за исключением [RU 2221258 C1, RU 2296346], предполагается, что ВЦ обнаруживается по эхо-сигналам «гладкой» ПЗИ, что означает достаточно высокую радиальную скорость и нахождение ДСЧ вне спектра МО.When using these methods, with the exception of [RU 2221258 C1, RU 2296346], it is assumed that the CC is detected by the echo signals of “smooth” FDI, which means a rather high radial velocity and finding the DMS outside the MO spectrum.
В способах [RU 2221258 C1, RU 2296346], используемых при СЧП, предполагается, что поиск/обнаружение ВЦ и измерение дальности осуществляется только на основе ПЗИ с ЛЧМ, что создает потенциальную возможность для обнаружения/измерения параметров малоскоростной ВЦ, сигнал которой, смещенный ЛЧМ, может наблюдаться вне «слепой» зоны по частоте.In the methods [RU 2221258 C1, RU 2296346] used in the PTS, it is assumed that VC search and detection and range measurement is carried out only on the basis of FDI with chirp, which creates a potential opportunity to detect / measure parameters of a low-speed VC whose signal is displaced by the chirp , can be observed outside the "blind" zone in frequency.
В качестве прототипа изобретения в части, касающейся формирования последовательности и значений крутизны пачек с ЛЧМ в сеансе обнаружения/измерения ПРЛП и процедур определения дальности, рассматривается способ измерения дальности [RU 2221258 С1], предполагающий в ИД РЛС при СЧП выполнение следующих действий.As a prototype of the invention in terms of sequencing and the steepness values of packs with chirp in the RLP detection / measurement session and range determination procedures, a method of measuring the distance is considered [RU 2221258 S1], which involves the following actions in the radar ID for CAS.
1. Поиск/обнаружение и измерение ВПЦ и дальномерной частоты обнаруженной цели осуществляется при излучении ПЗИ при СЧП с заданной крутизной ЛЧМ So.1. Search / detection and measurement of HVAC and the rangefinder frequency of the detected target is carried out with the emission of FPIs at the SPE with a given slope of the chirp So.
2. При той же ЧПИ, как и в позиции 1, последовательно излучаются еще две ПЗИ со значениями S1 и S2 крутизны ЛЧМ, причем: значение крутизны So является средним между значениями S1 и S2, а приращения крутизны, равные по модулю, имеют разные знаки, т.е.:2. With the same PRF, as in position 1, two more FZIs with values S 1 and S 2 of the chirp steepness are consistently emitted, moreover: the value of the steepness So is the average between the values of S 1 and S 2 , and the increments of the slope equal in magnitude , have different signs, i.e .:
Величины приращений крутизны выбираются такими, чтобы суммарное смещение не превышало значения ЧПИ за вычетом протяженности «слепой» зоны по частоте даже для тех ВЦ, которые находятся на максимальном удалении, т.е. The values of the slope increments are chosen such that the total offset does not exceed the values of the PRF minus the length of the “blind” zone in frequency, even for those CCs that are at the maximum distance, i.e.
где: Fп - средняя ЧПИ; ΔFсз - ширина «слепой» зоны по доплеровской частоте.where: F p - average CPI; ΔF sz - the width of the "blind" zone by the Doppler frequency.
При изменении крутизны ЛЧМ обнаружение сигнала ВЦ и измерения происходит в тех же каналах дальности, как и позиции 1.When the chirp slope changes, the CC signal detection and measurement occurs in the same range channels as position 1.
3. При запомненных частотных измерениях (ДМЧ), выполненных в позиции 1, и хотя бы одном частотном измерении в позиции 2, по величине приращения частоты принятого сигнала, происходящего из-за назначенного приращения крутизны ЛЧМ этого сигнала, вычисляют однозначные, но грубые дальности. Затем на основании полученных данных и с использованием измерения ВПЦ вычисляют точную однозначную дальность.3. With memorized frequency measurements (DMF) performed in position 1, and at least one frequency measurement in position 2, the frequency increments of the received signal occurring due to the chirp steepness increment of this signal are calculated by single-valued, but coarse ranges. Then, on the basis of the data obtained and using the measurement of the HCV, an exact single-digit range is calculated.
Способ измерения дальности в ИД РЛС [RU 2296346], рассматриваемый как аналог изобретения, отличается от способа-прототипа тем, что на первом этапе исходное значение крутизны So рассчитывается априорно, исходя из обеспечения «грубого» измерения дальности для всех ВЦ в пределах дальности действия РЛС. Кроме того, рассчитывается и требуемое значение крутизны S1 для следующей пачки. Опираясь на полученную однозначную дальность по ЛЧМ, далее рассчитывается новое значение ЧПИ (для следующей пачки, излучаемой с требуемой S2 крутизной ЛЧМ), обеспечивающее попадание сигналов в зону прозрачности по дальности. По отраженным сигналам этой пачки, аналогично способу-прототипу, для каждой ВЦ определяется однозначная дальность по сигналам с ЛЧМ, измеряется ВПЦ (неоднозначная задержка), рассчитывается номер ППИ и определяется итоговое уточненное значение дальности с использованием измерения ВПЦ. В этом способе, с точки зрения последовательности излучаемых пачек с ЛЧМ в сеансе обнаружения/измерения РЛ параметров ВЦ также возможна ситуация равными по модулю разнозначными приращениями крутизны ЛЧМ, т.е. удовлетворяющая условиям (1) и (2) способа-прототипа [RU 2221258 С1].The method of measuring the range in the radar ID [RU 2296346], considered as an analogue of the invention, differs from the prototype method in that at the first stage the initial value of the slope So is calculated a priori, based on providing a “rough” distance measurement for all VC within the radar range . In addition, the required value of the slope S 1 is calculated for the next pack. Based on the obtained unambiguous range of chirp, then a new value of the SIP is calculated (for the next pack, radiated from the required S 2 slope of the chirp), ensuring that signals enter the zone of transparency in range. The reflected signals of this pack, similar to the prototype method, determine for each VC a unique range from the chirp signals, measure the HCV (ambiguous delay), calculate the TLI number and determine the final corrected value of the VPS using the measurement of VPC. In this method, from the point of view of the sequence of radiated packets with chirp in a session of detection / measurement of radar parameters of the CC, it is also possible that the modulus of the equal-valued increments of the chirp steepness, i.e. satisfying the conditions (1) and (2) of the prototype method [RU 2221258 C1].
К недостаткам способа-прототипа и аналога изобретения относится:The disadvantages of the prototype method and analogue of the invention include:
- недостаточная для режимов ВЧП точность определения дальности по сигналам с ЛЧМ, ограничивающая возможность их применения только в режимах СПЧ (с относительно большими расстояниями, соответствующими длительности ППИ) и не позволяющая устранить неопределенность ППИ при ВЧП (с ППИ, соответствующими расстояниям около 1000 м и менее).- insufficient for the modes of ICP, the accuracy of determining the range of signals from the chirp, limiting the possibility of their use only in FIR modes (with relatively large distances corresponding to the duration of the TFI) and does not allow to eliminate the uncertainty of TFI at HFI (with TFI, corresponding distances of about 1000 m and less ).
- существенное ухудшение точности ЛЧМ-дальнометрии при интенсивном маневрировании, в сравнении с точностью, достижимой при стационарном характере движении «ВЦ-РЛС»;- a significant deterioration in the accuracy of chirp-ranging when intensive maneuvering, in comparison with the accuracy achievable with the stationary nature of the movement "VTs-RLS";
- низкая информативность сеанса измерения ПРЛП, поскольку отсутствует возможность измерения радиальной скорости, а также и ускорения, оценка которого требуется в условиях интенсивного маневрирования.- low information content of the measurement session RLP, because there is no possibility of measuring the radial velocity, as well as the acceleration, the assessment of which is required in conditions of intensive maneuvering.
Известен способ одновременного измерения дальности и радиальной скорости только по сигналам с ЛЧМ. В радиолокационном устройстве с непрерывным излучением и ЛЧМ, обеспечивающем измерение дальности и скорости цели [заявка 198335199 от 25.07.98, Германия, МПК6 G01S 13/34 / WeiRG, Daimler-BenzAerospaceAG, д.п. 11.02.99] патентовалась схема с непрерывным излучением и симметричной (возрастающей и убывающей) ЛЧМ, содержащая раздельные антенны приемника и передатчика, с которого на приемник через направленный ответвитель подается сигнал, обеспечивающий выделение в смесителе разностной частоты. Приемник содержит синфазный и квадратурный каналы, с выходов которых сигналы поступают на АЦП. При обработке с помощью цифровых фильтров и построения функции автокорреляции выделяются составляющие, характеризующие дальность - в виде полусуммы разностных частот для участков модуляционной характеристики, соответствующих увеличению и уменьшению частоты несущей. На основе разности частот определяется составляющая скорости цели, характеризующаяся ДСЧ.There is a method of simultaneously measuring the range and radial velocity only by signals from the chirp. In the radar device with continuous radiation and chirp, providing measurement of the distance and speed of the target [application 198335199 from 07.25.98, Germany, IPC 6 G01S 13/34 / WeiRG, Daimler-BenzAerospaceAG, p. 11.02.99] a patented scheme with continuous radiation and symmetric (increasing and decreasing) chirp, containing separate receiver and transmitter antennas, from which a signal is provided to the receiver through a directional coupler that provides a difference frequency in the mixer. The receiver contains in-phase and quadrature channels, from the outputs of which the signals are sent to the ADC. When processing using digital filters and building the autocorrelation function, the components characterizing the range are singled out in the form of half-sum difference frequencies for the sections of the modulation characteristic corresponding to an increase and decrease in the carrier frequency. Based on the frequency difference is determined by the component of the velocity of the target, characterized by the RMS.
В части, касающейся процедур одновременного определения дальности и скорости только на основе сигналов с ЛЧМ, данное устройство также рассматривается как аналог изобретения.In terms of the procedures for simultaneous determination of the range and speed based only on chirp signals, this device is also considered to be analogous to the invention.
К недостаткам указанного аналога относятся:The disadvantages of this analogue include:
- невозможность применения в ИД РЛС, поскольку предполагается РЛ устройство с непрерывным излучением;- the impossibility of application in the radar ID, as it is assumed RL device with continuous radiation;
- ограничение по применению только для случаев, когда возможно реализация с симметричным возрастанием и убыванием ЛЧМ (с равными по модулю и разными знаку значениями крутизны ЛЧМ);- restriction on the application only in cases where it is possible to implement a symmetric increase and decrease in the chirp (with equal modulus and different signs of the chirp steepness);
- недостаточная информативность сеанса измерения ПРЛП для условий интенсивного маневрирования, поскольку отсутствует возможность измерения радиального ускорения.- insufficient information content of the measurement session RLP for intensive maneuvering conditions, because there is no possibility of measuring the radial acceleration.
Традиционно ускорение вычисляется путем численного дифференцирования скорости, наблюдаемой в течение нескольких радиоконтактов (периодов обзора). Начало маневра и присутствие ускорения обнаруживают на основе расчета статистических характеристик отклонений реальных и прогнозируемых параметров движения ВЦ, что требует получения измерений в течение нескольких периодов обзора. Например, известен способ обнаружения маневра ВЦ на основе анализа обновляющей последовательности [8] при вторичной обработке информации, при котором эта последовательность обрабатывается набором низкочастотных фильтров, настроенных на маневр ВЦ определенного типа. Известен ряд способов определения начала маневра ВЦ на основе информации об ускорении, применение которых, однако, требует использования дополнительных датчиков, например, в составе оптико-радиолокационной системы сопровождения ВЦ. К ним относится, например, способ адаптации системы сопровождения маневренной ВЦ по дальности на основе информации от измерителей различной физической природы [патент RU 2303797 /МПК G01S 13/87].Traditionally, acceleration is calculated by numerical differentiation of the speed observed during several radio contacts (review periods). The beginning of the maneuver and the presence of acceleration are detected on the basis of the calculation of the statistical characteristics of deviations of the real and predicted parameters of the EC motion, which requires obtaining measurements during several periods of the review. For example, there is a known method of detecting a CC maneuver based on an analysis of the updating sequence [8] during secondary information processing, in which this sequence is processed by a set of low-pass filters tuned to a certain type of CC maneuver. There are a number of ways to determine the beginning of the EC maneuver on the basis of information about acceleration, the use of which, however, requires the use of additional sensors, for example, as part of an AC-radar tracking system CC. These include, for example, the method of adapting the tracking system of a maneuverable VC in range based on information from meters of different physical nature [patent RU 2303797 / IPC G01S 13/87].
Известна группа способов, например, представленная в патентах [RU 2282873, д.п. 27.08.06, RU 2542347, д.п. 20.02.2015, RU 2154837, д.п. 20.08.2000 и др.] и работах [5, 6, 9, 10], предполагающих обнаружение маневра ВЦ непосредственно на этапе первичной обработки сигналов. Эти способы требуют существенной модификации устройств многоканальной обработки сигналов по дальности и скорости с целью повышения эффективности фильтрации сигналов с нелинейным изменением доплеровской фазы, обусловленных ускорением цели. В качестве технического решения обычно предлагается введение многоканальности по ускорению с определением каналов, в наибольшей степени соответствующих принимаемым сигналам цели, путем взаимного сравнения и выбора максимальных сигналов на выходах этих каналов. Например, в известном способе [10] после АЦП осуществляется панорамная развертка сигнала по частоте и производной частоты с последующим накоплением в матричном фильтре. В другом способе [RU 2154837] осуществляется разбиение сигнальной выборки на ряд коротких выборок, вычисление корреляционных сумм в узлах сетки гексагонального типа. В способах совместного измерения радиальной скорости и радиального ускорения [9] вычисляются корреляционные суммы выборки сигнала и опорных комплексных ЛЧМ сигналов, определяется максимум модуля корреляционной суммы по узлам прямоугольной сетки.A known group of methods, for example, presented in the patents [RU 2282873, p. 08.27.06, RU 2542347, p. 02.20.2015, RU 2154837, d.p. 08.20.2000 et al.] And [5, 6, 9, 10], suggesting detection of the EC maneuver directly at the stage of primary signal processing. These methods require a significant modification of multi-channel signal processing devices in range and speed in order to increase the filtering efficiency of signals with a non-linear change in the Doppler phase caused by the acceleration of the target. As a technical solution, it is usually proposed to introduce multichannel acceleration with the definition of the channels most relevant to the received target signals, by mutual comparison and selection of the maximum signals at the outputs of these channels. For example, in the well-known method [10], after the ADC, a panoramic scan of the signal with respect to the frequency and the derivative of the frequency is carried out, followed by accumulation in the matrix filter. In another method [RU 2154837], the signal sample is divided into a series of short samples, the calculation of the correlation sums in the grid nodes of the hexagonal type. In the methods of joint measurement of the radial velocity and radial acceleration [9], the correlation sums of the signal sample and the reference complex chirp signals are calculated, and the maximum of the correlation sum module over the rectangular grid nodes is determined.
В фазоразностном способе [5] измерения ускорения осуществляется перенос сигнала в область видеочастот, разделение на два сигнала длительностью, равной половине времени радиоконтакта. Один из сигналов комплексно сопрягается и, затем, оба сигнала перемножаются. Осуществляется преобразование Фурье и оценивается положение (смещение) максимума, пропорциональное ускорению и определяется ускорение. Данный способ рассматривается как аналог изобретения в части, касающейся определения радиального ускорения на основе оценки крутизны вторичной ЛЧМ сигнала цели, обусловленной ускорением.In the phase difference method [5] of the measurement of acceleration, the signal is transferred to the video frequency region, divided into two signals with a duration equal to half the time of the radio contact. One of the signals is complexly mated and, then, both signals are multiplied. The Fourier transform is performed and the position (displacement) of the maximum proportional to the acceleration is estimated and the acceleration is determined. This method is considered as an analogue of the invention in terms of determining the radial acceleration based on the evaluation of the steepness of the secondary chirp signal of the target due to the acceleration.
К недостаткам вышеуказанных способов, связанных с определением радиального ускорения при первичной обработке сигнала, в т.ч. и способа [5], относятся:The disadvantages of the above methods associated with the determination of radial acceleration during primary signal processing, including and method [5], include:
- необходимость существенной модификации систем первичной обработки сигналов для практической реализации этих способов в ИД РЛС и значительные вычислительные затраты, затрудняющие их реализацию в реальном масштабе времени;- the need for substantial modification of the systems of primary signal processing for the practical implementation of these methods in the radar ID and significant computational costs that impede their implementation in real time;
- трудность реализации для широких диапазонов измеряемых параметров частоты и производной частоты (ввиду резкого увеличения требуемых каналов обработки сигналов);- the difficulty of implementation for wide ranges of measured parameters of frequency and frequency derivative (due to a sharp increase in the required signal processing channels);
- относительно низкая точность определения ускорения при малых значениях отношений «сигнал/шум» из-за возникновения аномальных ошибок и при малой длительности радиоконтакта.- relatively low accuracy of determining the acceleration for small values of the signal-to-noise ratio due to the occurrence of anomalous errors and with a small duration of radio contact.
В целом, учитывая отмеченные недостатки указанных выше аналогов и прототипа изобретения, основными задачами в заявляемом изобретении являются следующие.In General, given the noted disadvantages of the above analogues and prototype of the invention, the main objectives of the invention are the following.
1. Расширение функциональных возможностей прототипа по информативности сеанса измерения ПРЛП обнаруженной маневрирующей малоскоростной ВЦ путем обеспечения одновременного измерения дальности, радиальной скорости и ускорения в рамках одного радиоконтакта с ВЦ и при таком же количестве ПЗИ, используемых в сеансе измерения ПРЛП1. Expansion of the functionality of the prototype on the informativeness of the RLP measurement session detected by a maneuvering low-speed CC by providing simultaneous measurements of the range, radial velocity and acceleration within the same radio contact with the CC and with the same number of FPIs used in the RLP measurement session
2. Существенное повышение точности определения дальности до ВЦ при равномерном движении (за счет расширения диапазонов изменения крутизны, используемых при оценивании дальности) и при интенсивном маневрировании (путем оценивания и компенсации влияния динамики сближения за время радиоконтакта с использованием измерений радиального ускорения).2. A significant increase in the accuracy of determining the distance to the EC with uniform movement (by expanding the ranges of variation of the steepness used in estimating the range) and during intensive maneuvering (by estimating and compensating for the effect of proximity dynamics during radio contact using radial acceleration measurements).
3. Существенное повышение точности определения радиальной скорости (в сравнении с известным способом измерения скорости только по сигналам с ЛЧМ) в условиях интенсивного маневрирования - на основе компенсации динамических погрешностей за время радиоконтакта с учетом измерений радиального ускорения.3. A significant increase in the accuracy of determining the radial velocity (in comparison with the known method of measuring speed only from signals with chirp) under conditions of intense maneuvering - based on the compensation of dynamic errors during radio contact taking into account measurements of radial acceleration.
4. Обеспечение возможности практической реализации заявленного способа одновременного измерения дальности, скорости и ускорения без изменения типовой структуры первичной обработки сигналов, используемой в существующих образцах ИД РЛС с ВЧП.4. Ensuring the practical implementation of the claimed method of simultaneous measurement of range, speed and acceleration without changing the typical structure of the primary signal processing used in existing samples of radar ID with HFD.
Решение вышеуказанных задач 1-4, по сути, и составляет технический эффект изобретения, который в заявляемом способе одновременного измерения дальности, скорости и ускорения малоскоростной маневрирующей ВЦ в ИД РЛС при высокой частоте повторения импульсов и ЛЧМ достигается при выполнении следующих действий.The solution of the above problems 1-4, in essence, is the technical effect of the invention, which in the present method of simultaneously measuring the range, speed and acceleration of a low-speed maneuvering CC in the radar ID at a high pulse repetition rate and chirp is achieved by performing the following actions.
1. По аналогии с прототипом, излучают три пачки зондирующих импульсов ПЗИ(1), i=0, 1, 2 с заданными значениями крутизны S0, S1, S2 (S0 является средним относительно S1 и S2, а приращения крутизны S1 и S2 относительно S0 имеют разный знак) и на основании обработки эхо-сигналов этих пачек известным способом измеряют и запоминают значения ВПЦ τi и ДМЧ Fia (i=0, 1, 2) для обнаруженной ВЦ.1. By analogy with the prototype, emit three bundles of probe pulses of FDI (1), i = 0, 1, 2 with given values of the slope S 0 , S 1 , S 2 (S 0 is average relative to S 1 and S 2 , and increments the slopes of S 1 and S 2 relative to S 0 have a different sign) and based on the processing of the echo signals of these packs, the values of the AED τ i and the HFM F ia (i = 0, 1, 2) are measured and memorized for the detected VTs.
2. В отличие от прототипа все ПЗИ излучают при высокой частоте повторения Fп, а полученные известными способами и запомненные частотные и временные измерения τi и Fia(i=0, 1, 2) обрабатывают следующим образом:2. Unlike the prototype, all FPIs emit at a high repetition rate F p , and the stored frequency and time measurements obtained by known methods τ i and F ia (i = 0, 1, 2) are processed as follows:
- определяют отклонения измеренных значений ДМЧ, полученных по второй и третьей пачке от ДМЧ, определенной по первой пачке (далее по тексу - базовой ДМЧ):- determine the deviations of the measured values of the DMC, obtained by the second and third pack from the DMC, determined by the first pack (hereinafter referred to as tex - base DMC):
а также сумму этих отклонений: and the sum of these deviations:
- по измерениям ВПЦ τ0 и τ2, полученным по первой и третьей пачкам, определяют среднее значение смещения ВПЦ за известное и постоянное время Тпачки между ближайшими моментами излучения ПЗИ:- based on measurements of the HCV τ 0 and τ 2 , obtained by the first and third packs, determine the average offset value of the HCV for the known and constant time T of the pack between the nearest moments of radiation of FDI:
- по вычисленным значениям суммы отклонений измеренных ДМЧ от базовой частоты и среднего смещения ВПЦ, при известных значениях S1, S2 заданной крутизны ЛЧМ, временного интервала Тпачки между ПЗИ и известной длине волны λ определяют значение крутизны Sa для ЛЧМ, обусловленной радиальным ускорением, а также значение ац этого ускорения:- using the calculated values of the sum of deviations of the measured MST from the base frequency and the average offset of the HCV, with known values of S 1 , S 2 given the slope of the chirp, time interval T of the pack between FDI and known wavelength λ determine the value of the slope S a for chirp, due to radial acceleration , and also value and c of this acceleration:
- используя измерения ДМЧ Fia (i=1, 2), полученных по второй и третьей пачкам, рассчитанное среднее смещение ВПЦ Δτср за известное и постоянное время Тпачки между ближайшими пачками, известные значения заданной крутизны S1 и S2 для второй и третьей пачки, а также рассчитанное по измерениям значение крутизны Sa ЛЧМ из-за ускорения определяют:- using measurements of DMP F ia (i = 1, 2) obtained by the second and third packs, the calculated average offset of the HCV Δτ sr for the known and constant time T of the pack between the nearest packs, the known values of the given slope S 1 and S 2 for the second and the third pack, as well as the measured value of the steepness S a chirp due to acceleration determine:
доплеровскую частоту F∂2 и радиальную скорость Vц на момент излучения третьей пачки:Doppler frequency F ∂2 and radial velocity V c at the moment of radiation of the third bundle:
дальность R2 до ВЦ на момент излучения третьей пачки:R 2 range to VTS at the time of the third bundle radiation:
а затем, с использованием рассчитанного значения дальности R2, при известной частоте повторения импульсов Fп=1/Tп и при измеренной по сигналам третьей пачки неоднозначной задержки τ32 вычисляют соответствующие ей номер периода повторение импульсов и определяют уточненное значение дальности R на момент излучения третьей ПЗИ по известным формулам:and then, using the calculated value of the distance R2, with a known pulse repetition frequency F n = 1 / T p and with the third ambiguous delay τ 32 measured by the signals, calculate the corresponding period number of the pulse repetition and determine the updated value of the distance R at the moment of radiation of the third FDI by known formulas:
где: int{•} - процедура взятия целой части числа, заключенного в скобках.where: int {•} is the procedure of taking the integer part of the number enclosed in brackets.
Физическая сущность способа базируется на следующих положениях.The physical essence of the method is based on the following provisions.
Известно [4-6], что радиальное ускорение приводит к вторичному эффекту Доплера - квадратичному «набегу фазы» и появлению после преобразования ЛЧМ в эхо-сигнале цели. При ПЗИ с заданным индексом К (крутизной) ЛЧМ сигнал на входе приемника Cпрм(t) имеет вид:It is known [4-6] that radial acceleration leads to a secondary Doppler effect - a quadratic “phase advance” and the appearance of a target after the chirp transformation in the echo signal. When FDI with a given index K (steepness), the chirp signal at the input of the receiver C prm (t) has the form:
где: А - амплитуда сигнала; Р - импульсная мощность; λ - длина волны; f0 - несущая частота; С0 - амплитуда зондирующего сигнала; G - коэффициент усиления антенны; К - заданный индекс ЛЧМ в ПЗИ; σц, Vц, ац - ЭПР, скорость и ускорение сближения с ВЦ, соответственно; с - скорость распространения радиоволн; t -время; ξ(t) - шум в приемном канале. Компоненты в этом выражении характеризуют: - эффект Доплера, обусловленный радиальной скоростью; - ЛЧМ при заданном в ПЗИ индексе модуляции; - вторичную ЛЧМ, вызванную ускорением, причем индекс Ка этой дополнительной ЛЧМ пропорционален значению радиального ускорения т.е. компонента а результирующая ЛЧМ, обусловленная заданным индексом К и индексом Ка по ускорению характеризуется как Where: A is the signal amplitude; P is the pulse power; λ is the wavelength; f 0 - carrier frequency; С 0 - amplitude of the probing signal; G is the antenna gain; K - given chirp index in FDI; σ c , V c , and c - ESR, speed and acceleration of approach with CC, respectively; c is the propagation velocity of radio waves; t is the time; ξ (t) is the noise in the receiving channel. Components in this expression characterize: - Doppler effect due to radial velocity; - chirp with modulation index specified in the FPI; - secondary chirp caused by acceleration, and the index K and this extra chirp is proportional to the radial acceleration those. component and the resulting chirp, due to a given index K and index K and is characterized by acceleration as
При заданной ЛЧМ в ПЗИ частота f излучаемого сигнала: f(t)=fo+К t, К≠0, а частота f* эхо-сигнала такой ПЗИ: f*=f0+fд+К(t-Тз), где: Тз=(2/c)R - задержка сигнала, пропорциональная дальности R до ВЦ; Fд=2Vц/λ - ДСЧ, обусловленное скоростью Vц сближения.For a given chirp in FDI, the frequency f of the emitted signal is: f (t) = f o + K t, K ≠ 0, and the frequency f * of the echo signal is such PZI: f * = f 0 + f d + K (t-T s ), where: T s = (2 / c) R - delay signal proportional to the distance R to the CC; F d = 2V c / λ - DSCH, due to the speed V c convergence.
Измерению доступна разность частот излучаемого и принимаемого сигнала - дальномерная частота, зависящая от ДСЧ и однозначной задержки сигнала: F=f*-f=Fд-КТ3=Fд+SТз.The measurement is available the difference between the frequencies of the emitted and received signal - the ranging frequency, depending on the RMS and unambiguous delay of the signal: F = f * -f = F d -CT 3 = F d + ST h .
Примечание:Note:
Положительный индекс модуляции приводит к уменьшению дальномерной частоты относительно доплеровской и наоборот. Далее используется термин «крутизна модуляции S» в понимании S=-К. Положительная крутизна S>0 соответствует положительному приращению дальномерной частоты относительно доплеровской и наоборот.A positive modulation index leads to a decrease in the ranging frequency relative to the Doppler frequency and vice versa. Further, the term “S modulation slope” is used in the sense of S = -K. A positive slope S> 0 corresponds to a positive increment of the ranging frequency relative to the Doppler frequency and vice versa.
Применительно к последовательности из трех ПЗИ с ЛЧМ Пi(i=0, 1, 2), излучаемых с заданными значениями крутизны S0, S1 и S2, соответствующих условиям (1) и (2) по аналогии со способом-прототипом, измерению доступны ДМЧ F0, F1 и F2. Ввиду «симметричности» значений крутизны S1 и S2 относительно S0 при отсутствии ускорения (Fд i=const) отклонения ДМЧ F1, F2 от начальной (базовой) частоты F0 также будут близки к симметричности (относительно базовой частоты). Модули отклонений ДМЧ отличаются только на малые величины, зависящие от значений крутизны и разницы расстояний до ВЦ в различные моменты излучения ПЗИ. Для малоскоростных ВЦ изменение расстояния за время между моментами излучения ПЗИ может считаться незначительным.Applied to a sequence of three FPIs with chirp P i (i = 0, 1, 2), radiated with given values of the slope S 0 , S 1 and S 2 , corresponding to conditions (1) and (2) by analogy with the method of the prototype, The measurement is available DMP F 0 , F 1 and F 2 . Due to the "symmetry" of the values of the slope S 1 and S 2 relative to S 0 in the absence of acceleration (F d i = const), the deviation of the DMF F 1 , F 2 from the initial (base) frequency F 0 will also be close to symmetry (relative to the base frequency). The deviation moduli of the MFDs differ only by small values, depending on the values of the steepness and the difference of the distances to the EC at different points in the emission of FDI. For low-speed CC, the change in the distance over the time between the moments of emission of the FDI can be considered insignificant.
Например, при отсутствии ускорения:For example, in the absence of acceleration:
- значения ДМЧ:- values of MDC:
- отклонения ДМЧ от базовой частоты:- deviation of MFR from base frequency:
, ,
где: Тз0, Δτ0/1, Δτ0/2 - задержка, соответствующая дальности в момент излучения ПЗИ П0, смещения ВПЦ за время между излучениями ПЗИ П0 и П1, П0 и П2, соответственно; - ДСЧ при постоянной радиальной скорости.where: T s0 , Δτ 0/1 , Δτ 0/2 is the delay corresponding to the distance at the moment of emission of FDI P 0 , offset of HVAC during the time between the emissions of FDI P 0 and P 1 , P 0 and P 2 , respectively; - DSCH at a constant radial velocity.
- сумма отклонений: - amount of deviations:
Критерием отсутствия ускорения является относительная симметричность ДМЧ, выражающаяся равенством .The criterion for the absence of acceleration is the relative symmetry of the MST, which is expressed by the equality .
При наличии ускорения из-за вторичной модуляции относительная симметричность нарушается. Например, при равноускоренном движении во время радиоконтакта:In the presence of acceleration due to secondary modulation, the relative symmetry is broken. For example, with a uniformly accelerated motion during a radio contact:
- значения ДМЧ: ,- values of MDC: ,
где: Fia - ДМЧ при заданной ЛЧМ в ПЗИ Пi и наличии ускорения; Fдi - ДСЧ из-за скорости сближения для ПЗИ Пi; Sa - крутизна ЛЧМ при равноускоренном движении;where: F ia - DMC at a given chirp in FDI P i and the presence of acceleration; F di - DSCH due to the speed of convergence for FDI P i ; S a is the steepness of the chirp at uniformly accelerated motion;
где: Тпачки - интервал между моментами излучения ПЗИ, считающийся одинаковым и, как минимум, равным длительности ПЗИ.where: T burst is the interval between the moments of radiation of FDI, which is considered to be the same and, at least, equal to the duration of FDI.
- отклонения ДМЧ от базовой частоты:- deviation of MFR from base frequency:
сумма отклонений:amount of deviations:
откуда следует, что крутизна Sa ЛЧМ из-за радиального ускорения и значение ускорения ац определяются выражениями:whence it follows that the steepness S a chirp due to radial acceleration and the value of the acceleration a c are determined by the expressions:
для которых: - определяется на основании доступных частотных измерений Fia по всем ПЗИ Пi; Δτ0/i=τ0-τi - определяется на основании доступных измерений ВПЦ τi по всем ПЗИ; Si, λ, Тпачки - известные величины.for which: - determined on the basis of available frequency measurements F ia for all FDI P i ; Δτ 0 / i = τ 0 -τ i - is determined on the basis of available HCV τ i measurements for all FDI; S i , λ, T packs - known values.
Таким образом, в изобретении сущность измерения ускорения состоит:Thus, in the invention, the essence of the measurement of acceleration is:
в выявлении относительной асимметрии («перекоса») измерений двух ДМЧ (относительно принятой базовой ДМЧ), возникающей при наличии радиального ускорения из-за дополнительной ЛЧМ в принимаемом сигнале, а также трендом радиальной скорости и смещением ВПЦ в течение радиоконтакта при измерении. in identifying the relative asymmetry (“skew”) of measurements of two DMCs (relative to the adopted basic DMCs), which occurs when there is radial acceleration due to the additional chirp in the received signal, as well as the trend of the radial velocity and offset of the HVAC during the radio contact during the measurement.
в оценивании на основе частотных и временных измерений по эхо-сигналам трех ПЗИ значения крутизны дополнительной ЛЧМ, вызванной ускорением, и значения этого ускорения. in the estimation based on the frequency and time measurements from the echo signals of three FDIs, the values of the slope of the additional chirp caused by the acceleration and the values of this acceleration.
В общем случае, наличие измерений ДМЧ по эхо-сигналам двух ПЗИ с различной заданной крутизной ЛЧМ позволяет определить как дальность до ВЦ, так и радиальную скорость.In the general case, the presence of measurements of the MST by the echo signals of two FPIs with different specified chamfer slopes allows determining both the distance to the CC and radial velocity.
В способе-прототипе определение дальности осуществляется по величине приращения доплеровской частоты принятого сигнала, происходящего из-за известного приращения крутизны принятого ЛЧМ сигнала (относительно крутизны первой пачки с ЛЧМ). При этом вычисляются однозначные, но относительно грубые оценки дальности, точность которых, в частности, зависит от используемой при расчете величины приращения крутизны. В отличие от прототипа, для повышения точности дальнометрии по сигналам с ЛЧМ, в заявляемом изобретении:In the prototype method, the determination of the range is carried out by the increment of the Doppler frequency of the received signal, which occurs due to a known increment of the steepness of the received chirp signal (relative to the slope of the first pack with chirp). In this case, unambiguous, but relatively coarse estimates of the range are calculated, the accuracy of which, in particular, depends on the value of the slope increment used in the calculation. Unlike the prototype, to improve the accuracy of ranging on the signals from the chirp, in the claimed invention:
используются измерения двух ДМЧ, выполненных по второй и третьей ПЗИ с различными по знаку приращениями крутизны (относительно базовой ДМЧ), что эквивалентно по модулю удвоенному приращению крутизны (с сравнении с приращением, используемым в прототипе), которое затем и применяется при определении дальности, обеспечивая повышение точности вдвое; measurements are used of two DFMs made on the second and third FDIs with increments of different steepness (relative to the basic DSTs), which is equivalent to the modulus of twice the increment of steepness (compared to the increment used in the prototype), which is then used to determine the range, providing double the accuracy;
используется более широкий диапазон относительных приращений крутизны, отвечающих условию (2) при ВЧП (в сравнении с режимом СЧП); a wider range of relative steepness increments is used that meet condition (2) for HFC (compared to the SPP mode);
при определении дальности, используя измеренное значение дополнительной крутизны ЛЧМ из-за ускорения, учитываются и компенсируются эффекты ускорения (влияние дополнительной ЛЧМ, «дрейф» доплеровской частоты (скорости) и ВПЦ на интервалах между ПЗИ), что приводит к существенному повышению точности определения дальности в условиях интенсивного маневрирования (в сравнении с прототипом). when determining the range, using the measured value of the additional chirp of the chirp because of acceleration, the effects of acceleration are taken into account and compensated (the effect of the additional chirp, “drift” of the Doppler frequency (speed) and HVF on the intervals between the FDI), which leads to a significant increase in the accuracy of determining the range in conditions of intensive maneuvering (in comparison with the prototype).
При одновременном определении дальности/скорости в аналоге [Заявка 198335199, Германия, МПК6 G01S 13/34 от 11.02 99 г.] доплеровская частота (скорость) формируется на основе разности двух частот, измеренных по сигналам с симметричной (отличающейся только по знаку) заданной ЛЧМ при непрерывном излучении. В отличие от аналога, в заявляемом изобретении:With simultaneous determination of the range / speed in the analogue [Application 198335199, Germany, IPC 6 G01S 13/34 of 11.02 99], the Doppler frequency (speed) is formed based on the difference of two frequencies measured by signals from a symmetric (differing only in sign) set Chirp with continuous radiation. Unlike analogue, in the claimed invention:
обеспечивается инвариантное по отношению к ДСЧ определение скорости только по измерениям ДМЧ, выполненных при ВЧП по двум ПЗИ, в общем случае, при любых неравных друг другу значениях крутизны их ЛЧМ, а в конкретном случае - для значений, симметричных относительно крутизны в первой пачке с ЛЧМ и имеющих одинаковый знак крутизны; the speed is invariant with respect to the DSS and is determined only by measurements of the DFMs performed during the HF of two FDIs, in the general case, for any values of their chirp steepness that are unequal to each other, and in a particular case for values that are symmetric with respect to the slope in the first pack with chirp and having the same slope sign;
при определении скорости также учитываются и компенсируются эффекты из-за ускорения (ЛЧМ из-за ускорения, «дрейф» скорости) и смещение ВПЦ на интервалах между ПЗИ в течение радиоконтакта), что приводит к повышению точности определения скорости в условиях интенсивного маневрирования. in determining the speed, effects due to acceleration (chirp due to acceleration, “drift” of speed) and displacement of HVAC at the intervals between FDI during radio contact are also taken into account and compensated, which leads to an increase in the accuracy of determining the speed under conditions of intensive maneuvering.
Анализ в приращениях и частных производных [11] для соотношений (3)-(7) определения крутизны ЛЧМ из-за ускорения Sa и самого ускорения ац приводит к следующим выражениям для абсолютных ошибок и среднеквадратических отклонений (без учета ошибок реализации заданной в ПЗИ крутизны ЛЧМ, которые для существующих задающих генераторов, как правило, считаются несущественными).Analysis in increments and partial derivatives [11] for relations (3) - (7) of determining the chirp steepness due to the acceleration S a and the acceleration a c leads to the following expressions for absolute errors and standard deviations (without taking into account the implementation errors specified in the FDI LFM steepness, which for existing master oscillators are generally considered to be insignificant).
Абсолютные ошибки δSa определения крутизны ЛЧМ и δа определения радиального ускорения имеют вид: The absolute errors δ Sa of the definition of the chirp steepness and δ and the definition of the radial acceleration are:
где: δFia - ошибка измерения ДМЧ; δτ - ошибка измерения неоднозначной задержки (ВПЦ). Учитывая, что Тпачки может составлять сотни миллисекунд, а ВЦ малоскоростная, то длительность Тпачки>>Δτср и в этом случае корректно выражение: where: δ Fia - measurement error DMC; δ τ is the measurement error of the ambiguous delay (HCV). Considering that T packs can be hundreds of milliseconds, and the CC is low-speed, then the duration of T packs >> Δτ cf and in this case the expression is correct:
Соответственно, СКО ошибок определения крутизны σSa и ускорения σa:Accordingly, the MSE of errors for determining the slope σ Sa and acceleration σ a :
где: Δf - дискрет измерения частоты (ширина доплеровского фильтра), причем дисперсия погрешностей дискретизации полагается равной Δf2/12; σ2 δτ - дисперсия ошибок измерения ВПЦ.where: Δf - discrete frequency measurements (width Doppler filter), wherein the sampling error is set equal variance Δf 2/12; σ 2 δτ is the variance of measurement errors of the HCV.
Например, для типичных параметров ИД РЛС с ВЧП (ширина фильтра Δf=15 Гц; СКО S1=12 кГц/мс; S2=4 кГц/мс; λ=3 см) и при радиальном ускорение 10g (при котором крутизна Sa≈6533 Гц/с), получаются значения СКО ошибок:For example, for typical parameters of radar IDs with HF (filter width Δf = 15 Hz; SD S 1 = 12 kHz / ms; S 2 = 4 kHz / ms; λ = 3 cm) and with a radial acceleration of 10g (at which the slope S a ≈6533 Hz / s), the values of standard deviation of errors are obtained:
при Тпачки=100…300 мс, соответственно. at T packs = 100 ... 300 ms, respectively.
Примечание: В наибольшей степени ошибки определения крутизны и ускорения зависят от погрешностей измерений ДМЧ, которые при больших отношениях «сигнал/шум», в основном, имеют инструментальный характер и зависят от ширины доплеровского фильтра. В наименьшей степени - от ошибок измерения ВПЦ, масштабируемых крутизной ЛЧМ по ускорению. Ошибки измерения ВПЦ, масштабируемые в зависимости от назначенных значений крутизны ведут к погрешностям, не превышающим единицы Гц/с, что в несколько раз меньше ошибок, обусловленных дискретизацией частотных измерений.Note: The errors in determining the steepness and acceleration are most dependent on the measurement errors of the DMP, which, for large signal-to-noise ratios, are mainly instrumental in nature and depend on the width of the Doppler filter. In the least degree - from errors of measurement of HVAC, scaled by the steepness of chirp on acceleration. Measurement errors of the HCV, depending on the assigned values of the steepness, lead to errors not exceeding units of Hz / s, which is several times less than the errors caused by the sampling of frequency measurements.
Для сопоставления: по результатам математического моделирования фазоразностного способа измерения ускорения, рассматриваемого в качестве аналога изобретения в части ускорения, при сопоставимых параметрах ИД РЛС получены [5] СКО ошибок определения радиального ускорения, составляющие 1,6…1,2 м/с2 при времени радиоконтакта с ВЦ 100…300 мс, соответственно.For comparison: according to the results of mathematical modeling of the phase-difference method for measuring acceleration, considered as an analogue of the invention in terms of acceleration, with the comparable parameters of the radar ID [5], the average deviation of the radial acceleration determination errors is 1.6 ... 1.2 m / s 2 with time radio contact with the EC 100 ... 300 ms, respectively.
Таким образом, в изобретении обеспечивается измерение радиального ускорения с точностью, превышающей точность аналога, при несложных вычислительных процедурах в отличие от аналога, требующего значительно большего вычислительного ресурса при первичной обработке сигналов.Thus, the invention provides a measurement of radial acceleration with an accuracy exceeding the accuracy of the analog, with simple computational procedures in contrast to the analog that requires a much larger computational resource in the primary signal processing.
При использовании частотных измерений при симметричной ЛЧМ, как в аналоге [заявка 198335199 от 25.07.98], предложенные в изобретении соотношения (8)-(10) определения ДСЧ, скорости и дальности - без учета динамики сближения за время радиоконтакта - вырождаются в следующий частный случай при ВЧП (при sign (S1)≠sign (S2), ), фактически эквивалентный аналогу: When using frequency measurements with symmetric chirp, as in the analogue [application 198335199 dated July 25, 1998], the ratios (8) - (10) for determining the DST, proposed in the invention (8) - (10) for determining the rapprochement during a radio contact, degenerate into the next particular case of HFC (with sign (S 1 ) ≠ sign (S 2 ), ), actually equivalent to the analogue:
При равномерном движении и полагая, что для малоскоростных ВЦ приращение дальности за время между ПЗИ считается несущественным (Tз1≅Тз2=Тз), точность оценки доплеровского сдвига частоты по выражению (15) зависит только от ошибок измерения частот, а точность оценки дальности по выражению (16) - от ошибок частотных измерений, масштабированных по удвоенному модулю назначаемой крутизны ЛЧМ.In uniform motion and assuming that for the low-speed range VTS increment during the time between FDI considered insignificant (T s2 = P1 ≅T T s), the estimation accuracy of the Doppler frequency shift from the expression (15) depends only on the frequency error measurement and the accuracy of range estimation according to expression (16) - from frequency measurement errors scaled by a double modulus of the assigned chirp slope.
При равноускоренном движении в полученных таким образом оценках ДСЧ и дальности, наряду с указанными ошибками частотных измерений, будет присутствовать и динамическая погрешность. Например, при S1>0, S2<0, измеряемые ДМЧ:In the case of uniformly accelerated motion, the RNP and range estimates obtained in this way, along with the indicated frequency measurement errors, will also have a dynamic error. For example, when S 1 > 0, S 2 <0, measured dims:
Тогда абсолютная ошибка оценки ДСЧ: Then the absolute error in estimating the DSSH:
где: ΔFдинам=-Sa(Тз-0,5 Тпачки) - неучтенная динамическая ошибка. Например, при радиальном ускорении 10g (Sa≈6533 Гц/с), Тпачки=100 мс, дальности 15 км (Тз=0,0001 с) динамическая составляющая ошибки оценивания ДСЧ составляет |ΔFдинам|≈326 Гц, что при длине волны λ=3 см приводит к существенной дополнительной ошибке по радиальной скорости ≈4,9 м/с, игнорируемой в эквивалентном аналогу соотношении (15).where: Δ Fdinam = -S a (T s -0.5 T packs ) is an unaccounted dynamic error. For example, with a radial acceleration of 10g (S a ≈6533 Hz / s), T- packs = 100 ms, a range of 15 km (T s = 0.0001 s), the dynamic component of the RMS estimation error is | Δ Fdinam | ≈326 Hz, which is a wavelength of λ = 3 cm leads to a significant additional error in the radial velocity ≈4.9 m / s, ignored in the equivalent equivalent relation (15).
Аналогично, для эквивалентного аналогу соотношения (16) при определении дальности, наряду с компонентой, зависящей от ошибок частотных измерений и крутизны, в оценке присутствует неучтенная динамическая погрешность, которая, например, при крутизне ЛЧМ S=12 кГц/мс составит ≈4083 м. Такая ошибка практически исключает возможность использования этих оценок для устранения неоднозначности по дальности в режимах с ВЧП и малой скважностью.Similarly, for the equivalent analogue of relation (16), when determining the range, along with the component depending on frequency measurement errors and steepness, there is an unaccounted dynamic error in the estimate, which, for example, with a chirp slope S = 12 kHz / ms, will be ≈4083 m. Such an error practically excludes the possibility of using these estimates to eliminate ambiguity in range in the modes with HFC and low porosity.
В заявляемом способе компенсация динамической ошибки в оценке ДСЧ осуществляется с абсолютной ошибкой δΔF динам=(Тз-0,5 Tпaчки) δSa. Соответственно, СКО ошибки компенсации Например, для ранее рассчитанного значения, при дальности 15 км и Тпачки=100 мс, значения СКО что соответствует малым значением СКО некомпенсированной динамической ошибки по скорости ≈(4…10)*10-3 м/с при λ=3 см.In the present method, the compensation of the dynamic error in the estimation of the DFS is carried out with the absolute error δ ΔF dyns = (T s -0.5 T packs ) δ Sa. Respectively, the error standard error compensation For example, for a previously calculated value, at a distance of 15 km and T packs = 100 ms, the standard deviation values which corresponds to a small value of the standard deviation of the uncompensated dynamic error in speed ≈ (4… 10) * 10 -3 m / s at λ = 3 cm.
Аналогично, при симметричной крутизне ±12 кГц/мс СКО некомпенсированной динамической ошибки в оценке дальности составляет ≈368…119 м, что более чем на порядок меньше динамической ошибки по дальности (≈4083 м) Гц, вносимой при оценке дальности по соотношению (16), эквивалентному рассматриваемому аналогу [заявка 198335199 от 25.07.98] изобретения.Similarly, with a symmetrical slope of ± 12 kHz / ms, the standard deviation of the uncompensated dynamic error in the range estimate is ≈368 ... 119 m, which is more than an order of magnitude less than the dynamic error in range (≈4083 m) Hz introduced in the range estimate by the relation (16) equivalent to the considered analogue [application 198335199 of July 25, 1998] of the invention.
В способе измерения дальности [RU 2221258 С1], принятом в качестве прототипа, оценка дальности при радиоконтакте выполняется по соотношению вида: R=(с/2) [ΔF/ΔS], где: ΔF - отклонение частоты (ДМЧ), вызванное приращением крутизны ΔS, причем ΔS=ΔS01=S0-S1 или же ΔS=ΔS02=S0-S2. При равномерном сближении и без учета смещения ВПЦ за время между ПЗИ (для малоскоростных ВЦ) потенциальная точность способа-прототипа характеризуется СКО ошибок определения дальности по сигналам с ЛЧМ , где - СКО ошибок измерения отклонения дальномерных частот. При больших отношениях «сигнал/шум» ошибки частотных измерений δF, в основном, зависят от ширины Δf доплеровских фильтров и характеризуются дисперсией DF=Δf2/12. При аналогичных условиях в заявляемом способе оценка дальности сводится к выражению вида R=(с/2) [ΔF/2ΔS] с использованием отклонений частоты, фактически вызванных удвоенным приращением крутизны |ΔS*|=|ΔS12|=|S1-S2|=2|ΔS|. Как следствие, в сравнении с прототипом вдвое снижается значение СКО ошибок по дальности - In the method of measuring the distance [RU 2221258 C1], adopted as a prototype, the range estimate with radio contact is performed by the ratio of the form: R = (s / 2) [ΔF / ΔS], where: ΔF is the frequency deviation (DMC) caused by the increment of the slope ΔS, and ΔS = ΔS 01 = S 0 -S 1 or ΔS = ΔS 02 = S 0 -S 2 . With a uniform approach and without taking into account the displacement of the HCV during the time between FDI (for low-speed VC), the potential accuracy of the prototype method is characterized by the MSE of range determination errors from the chirp signals where - RMS errors of measuring the deviation of the ranging frequencies. When large ratios "S / N" frequency measurement error δ F, mainly depend on the width Δf of Doppler filters, and characterized by a dispersion D F = Δf 2/12. Under similar conditions in the claimed method, range estimation is reduced to an expression of the form R = (c / 2) [ΔF / 2ΔS] using frequency deviations actually caused by a double increase in the slope | ΔS * | = | ΔS 12 | = | S 1 -S 2 | = 2 | ΔS |. As a result, in comparison with the prototype, the value of the mean-square error of the range error decreases by half.
При равноускоренном движении в полученных в соответствии со способом-прототипом оценках дальности, наряду с ошибками частотных измерений, будет присутствовать и существенная динамическая погрешность. Например, даже при относительно небольшом ускорении 1g (т.е. при крутизне вторичной ЛЧМ Sa≈653 Гц/с) некомпенсированная динамическая составляющая ошибки дальности |ΔRдинам|≈(с/2) [Sa Тпачки/ΔS], которая, например, при ΔS=4 кГц/мс и интервале Тпачки=100 мс составляет ≈2248 м.In the case of uniformly accelerated motion, the range estimates obtained in accordance with the method of the prototype, along with the errors of frequency measurements, will also contain significant dynamic error. For example, even with a relatively small acceleration of 1g (i.e., with the steepness of the secondary chirping factor S a ≈ 653 Hz / s), the uncompensated dynamic component of the range error | ΔR dynamic | ≈ (s / 2) [S a T of the packet / ΔS], which , for example, when ΔS = 4 kHz / ms and the interval T of the pack = 100 ms is ≈2248 m.
Очевидно, что без компенсации динамической составляющей ошибки данный способ не может использоваться при ВЧП, а при более интенсивном маневрировании только динамические ошибки могут составлять более десятка километров и в таких условиях способ-прототип является практически неработоспособным. Заявленный же способ сохраняет работоспособность и в условиях интенсивного маневрирования, обеспечивая снижение уровня влияния динамики на ошибки оценивания и компенсацию возникающих динамических ошибок. Например, при вышеуказанных условиях (1g, ΔS=4 кГц/мс, Тпачки=100 мс с) динамическая составляющая ошибки ≈1125 м, причем она оценивается и компенсируется точностью (СКО) ≈109 м. Такая потеря точности дальнометрии в условиях маневрирования сопоставима с погрешностями, обусловленными ошибками дискретных частотных измерений. Например, при ширине доплеровского фильтра 15 Гц в данных условиях СКО инструментальных ошибок определения дальности составляет ≈162 м.Obviously, without compensating for the dynamic component of the error, this method cannot be used for HFC, and with more intensive maneuvering, only dynamic errors can be more than ten kilometers and, under such conditions, the prototype method is practically inoperative. The claimed method also maintains performance in conditions of intensive maneuvering, providing a reduction in the level of the influence of dynamics on the estimation errors and compensation of the dynamic errors that occur. For example, under the above conditions (1g, ΔS = 4 kHz / ms burst T = 100 ms), the dynamic component of the error ≈1125 m, and it is estimated and compensated precision (MSE) ≈109 m. Such a loss of precision in conditions ranging maneuvering comparable with errors due to discrete frequency measurement errors. For example, with a Doppler filter width of 15 Hz, under given RMS conditions, instrumental errors in determining the distance are ≈162 m.
В целом, предлагаемый способ в условиях интенсивного маневрирования обеспечивает устойчивое определение дальности по сигналам с ЛЧМ с точностью, позволяющей использование полученных оценок дальности для устранения неоднозначности измерений ВПЦ и перехода к точной оценке дальности в режимах с ВЧП и при малой скважности.In general, the proposed method, under conditions of intensive maneuvering, provides a stable determination of the range from the chirp signals with an accuracy that allows the use of the obtained range estimates to eliminate the ambiguity of HCV measurements and the transition to an accurate estimate of the range in the LCP modes and at low porosity.
Эффективность применения заявляемого способа в условиях интенсивного маневрирования ВЦ также проверена путем имитационного математического моделирования, результаты которого подтвердили достигаемый технический эффект изобретения, заключающийся в возможности одновременного измерения дальности, радиальной скорости и ускорения малоскоростной маневрирующей цели с точностью:The effectiveness of the application of the proposed method in conditions of intensive maneuvering EC also checked by simulation mathematical modeling, the results of which confirmed the achieved technical effect of the invention, consisting in the possibility of simultaneous measurement of distance, radial velocity and acceleration of low-speed maneuvering target with accuracy:
измерения радиального ускорения, превышающей точность способа-аналога;measurements of radial acceleration, exceeding the accuracy of the method-analogue;
измерения дальности по сигналам с ЛЧМ, значительно превышающей точность способа-прототипа как при равномерном движении, так и в условиях интенсивного маневрирования,;measuring the range of signals from the chirp, far exceeding the accuracy of the prototype method, both in the case of uniform motion and in conditions of intensive maneuvering;
измерения скорости по сигналам с ЛЧМ, значительно превышающего точность способа, принятого в качестве аналога, в условиях интенсивного маневрирования.measuring the speed of signals from the chirp, far exceeding the accuracy of the method adopted as a counterpart, in conditions of intensive maneuvering.
Заявленный способ достаточно просто может быть реализован в системах управления и обработки информации существующих ИД РЛС с ВЧП и ЛЧМ. Без изменений способ может использоваться не только для малоскоростных маневрирующих ВЦ, но и для скоростных целей, доплеровские частоты которых даже при их смещении ЛЧМ, измеряются однозначно и находятся вне зоны МО.The claimed method simply can be implemented in the control and information processing systems of the existing radar ID with HFC and LFM. Without changes, the method can be used not only for low-speed maneuvering VC, but also for speed purposes, the Doppler frequencies of which, even when they are shifted by the chirp, are unambiguously measured and are outside the MO zone.
Использованные источники информацииInformation sources used
(кроме патентов и заявок, указанных в тексте описания изобретения)(except for patents and applications indicated in the text of the description of the invention)
1. Справочник по радиолокации. Том 3. /Под ред. М. Сколника, Нью-Йорк, 1970. Пер. с англ. (в 4-х томах) // Под общей ред. К.Н. Трофимова. М.: Сов. Радио, 1979.1. Handbook of radar. Volume 3. / Ed. M. Skolnik, New York, 1970. Trans. from English (in 4 volumes) // Under the general ed. K.N. Trofimova. M .: Owls. Radio, 1979.
2. Редди Н.С, Свейми М.Н. Устранение неоднозначности по дальности и доплеровскому смещению частоты в РЛС в РЛС со средней частотой повторения при наличии многочисленных целей, перевод Л-46681, Всесоюзный центр переводов, Москва, 1985.2. Reddy N.S., Swejm M.N. Elimination of ambiguity in range and Doppler frequency shift in radars in radars with a medium repetition rate in the presence of multiple targets, L-46681 translation, All-Union Translation Center, Moscow, 1985.
3. Поттер Н.С. Устранение неоднозначности по дальности в РЛС с высокой частотой повторения, ВРЭ, Серия ОТ, Вып. 11, 1977.3. Potter N.S. Ambiguity elimination in high-frequency radar radar, VRE, OT Series, Vol. 11, 1977.
4. Кондратенков Г.С. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли. - М.: Радиотехника, 2005. - 368 с.4. Kondratenkov G.S. Radio vision. Earth remote sensing radar systems. - M .: Radio Engineering, 2005. - 368 p.
5. Рязанцев Л.Б., Лихачев В.П., Шатовкин P.P. Фазоразностный способ определения ускорения сближения истребителя с воздушной целью // Труды МАИ, Выпуск №84.5. Ryazantsev, L.B., Likhachev, V.P., Shatovkin, P.P. Phase-difference method for determining the acceleration of a fighter approaching with an air target // Proceedings of the MAI, Issue No. 84.
6. Лихачев В.П., Рязанцев Л.Б. Вероятностные характеристики индикатора маневра воздушной цели на основе фазоразностной оценки ускорения сближения. // Успехи современной радиоэлектроники. 2010, №11, с. 10-14.6. Likhachev, V.P., Ryazantsev, L.B. Probabilistic characteristics of the air target maneuver indicator based on the phase difference estimate of the acceleration of convergence. // Successes of modern radio electronics. 2010, №11, p. 10-14.
7. Радиолокационные системы многофункциональных самолетов. Т. 1. РЛС - информационная основа боевых действий многофункциональных самолетов. / Под ред. Канащенкова А.И. и Меркулова В.И. М.: Радиотехника, 2006. 656 с.7. Radar systems of multifunctional aircraft. T. 1. Radar is an informational basis for the combat operations of multifunctional aircraft. / Ed. Kanashchenkova A.I. and Merkulova V.I. M .: Radio engineering, 2006. 656 p.
8. А. Фарина, Ф. Студер. Цифровая обработка радиолокационной информации. Сопровождение целей. - М.: Радио и связь. 1993, с. 223-224.8. A. Farina, F. Studer. Digital processing of radar information. Accompanying goals. - M .: Radio and communication. 1993, p. 223-224.
9. Кузьменков В.Ю., Логинова В.М. Способы и устройства совместного измерения радиальной скорости и радиального ускорения. Радиотехника и электроника, 1997, Т. 42, №12, с. 1465…1475.9. Kuzmenkov V.Yu., Loginova V.M. Methods and devices for the joint measurement of radial velocity and radial acceleration. Radio engineering and electronics, 1997, Vol. 42, No. 12, p. 1465 ... 1475.
10. Обработка сигналов в многоканальных РЛС / Под. ред. А.П. Лукошина. М.: Радио и связь, 1983, с. 307.10. Signal processing in multi-channel radar / Under. ed. A.P. Lukoshina. M .: Radio and communication, 1983, p. 307.
11. Тейлор Дж. Введение в теорию ошибок. Пер. с англ. - М.: Мир. 1985. - 272 с., ил.11. Taylor J. Introduction to the theory of errors. Per. from English - M .: Mir. 1985. - 272 s., Ill.
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017143611A RU2692912C1 (en) | 2018-02-13 | 2018-02-13 | Method for simultaneous measurement of range, speed and acceleration of low-speed maneuvering air target in pulse-doppler radar stations with high frequency of repetition of pulses and linear frequency modulation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017143611A RU2692912C1 (en) | 2018-02-13 | 2018-02-13 | Method for simultaneous measurement of range, speed and acceleration of low-speed maneuvering air target in pulse-doppler radar stations with high frequency of repetition of pulses and linear frequency modulation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2692912C1 true RU2692912C1 (en) | 2019-07-01 |
Family
ID=67251705
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017143611A RU2692912C1 (en) | 2018-02-13 | 2018-02-13 | Method for simultaneous measurement of range, speed and acceleration of low-speed maneuvering air target in pulse-doppler radar stations with high frequency of repetition of pulses and linear frequency modulation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2692912C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2742461C1 (en) * | 2020-07-27 | 2021-02-08 | Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия воздушно-космической обороны имени Маршала Советского Союза Г.К. Жукова" Министерства обороны Российской Федерации | Method of primary range-finding of pulsed-doppler rs targets with low pulse ratio of probing transmissions |
CN116256743A (en) * | 2023-05-16 | 2023-06-13 | 南京慧尔视智能科技有限公司 | Method and device for detecting moving object, electronic equipment and storage medium |
RU2801393C1 (en) * | 2022-12-19 | 2023-08-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" | Method for detecting, measuring ranges, velocities and accelerations of several low-speed low-altitude targets in the main beam of pulse-doppler radars |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5551376A (en) * | 1978-10-12 | 1980-04-15 | Mitsubishi Electric Corp | Fm ranging system for pulse doppler radar |
US5629705A (en) * | 1996-02-09 | 1997-05-13 | Raytheon Company | High range resolution radar system |
RU2206102C1 (en) * | 2001-10-25 | 2003-06-10 | НИИ Приборостроения им. В.В. Тихомирова | Procedure measuring range and velocity by pulse-doppler radar |
RU2221258C1 (en) * | 2002-08-15 | 2004-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НИИ Приборостроения им. В.В. Тихомирова" | Procedure to measure range to several targets by pulse doppler radars with medium pulse repetition rate |
RU2237265C1 (en) * | 2003-05-27 | 2004-09-27 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон - научно-исследовательский институт радиостроения" | Range meter on the basis of linear-frequency modulation lfm |
-
2018
- 2018-02-13 RU RU2017143611A patent/RU2692912C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5551376A (en) * | 1978-10-12 | 1980-04-15 | Mitsubishi Electric Corp | Fm ranging system for pulse doppler radar |
US5629705A (en) * | 1996-02-09 | 1997-05-13 | Raytheon Company | High range resolution radar system |
RU2206102C1 (en) * | 2001-10-25 | 2003-06-10 | НИИ Приборостроения им. В.В. Тихомирова | Procedure measuring range and velocity by pulse-doppler radar |
RU2221258C1 (en) * | 2002-08-15 | 2004-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НИИ Приборостроения им. В.В. Тихомирова" | Procedure to measure range to several targets by pulse doppler radars with medium pulse repetition rate |
RU2237265C1 (en) * | 2003-05-27 | 2004-09-27 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон - научно-исследовательский институт радиостроения" | Range meter on the basis of linear-frequency modulation lfm |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2742461C1 (en) * | 2020-07-27 | 2021-02-08 | Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия воздушно-космической обороны имени Маршала Советского Союза Г.К. Жукова" Министерства обороны Российской Федерации | Method of primary range-finding of pulsed-doppler rs targets with low pulse ratio of probing transmissions |
RU2801393C1 (en) * | 2022-12-19 | 2023-08-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" | Method for detecting, measuring ranges, velocities and accelerations of several low-speed low-altitude targets in the main beam of pulse-doppler radars |
CN116256743A (en) * | 2023-05-16 | 2023-06-13 | 南京慧尔视智能科技有限公司 | Method and device for detecting moving object, electronic equipment and storage medium |
CN116256743B (en) * | 2023-05-16 | 2023-08-04 | 南京慧尔视智能科技有限公司 | Method and device for detecting moving object, electronic equipment and storage medium |
RU2807316C1 (en) * | 2023-06-16 | 2023-11-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Method for determining movement parameters of high-speed air object |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU592510B2 (en) | Passive ranging method and apparatus | |
US8115672B2 (en) | Method of measuring distance, notably for short-range radar | |
US5252980A (en) | Target location system | |
Folster et al. | An automotive radar network based on 77 GHz FMCW sensors | |
US10641885B2 (en) | Systems and methods for measuring velocity and acceleration with a radar altimeter | |
EP3054316A1 (en) | Systems and methods for measuring velocity with a radar altimeter | |
US7605744B1 (en) | Method for extension of unambiguous range and velocity of a weather radar | |
JP2009510487A (en) | Method and system for identifying high quality phase angle measurements in an interferometric radar system | |
US5708443A (en) | Method and apparatus for using signal doppler change to resolve long baseline interferometer ambiguous phase change measurements for locating a radar emitter | |
US5610609A (en) | Passive doppler emitter classification and ranging system utilizing a time-frequency constant | |
IL179425A (en) | Coherent geolocation system | |
RU2692912C1 (en) | Method for simultaneous measurement of range, speed and acceleration of low-speed maneuvering air target in pulse-doppler radar stations with high frequency of repetition of pulses and linear frequency modulation | |
RU2416105C1 (en) | Method of determining motion parametres of aerial objects in surveillance radar by using coherent properties of reflected signals | |
US5689274A (en) | Doppler rate and angle rate passive emitter location | |
US8933836B1 (en) | High speed angle-to-target estimation for a multiple antenna system and method | |
Jha et al. | Ka-Band FMCW Radar Altimeter for Navigation | |
RU2237265C1 (en) | Range meter on the basis of linear-frequency modulation lfm | |
RU2660159C1 (en) | Method of side-looking airborne radar determination of aircraft demolition angle | |
RU2697509C2 (en) | Method of detecting, measuring range and speed of low altitude low-speed target in pulse-doppler radar stations with high frequency of pulses repetition and inverted linear frequency modulation | |
RU2296346C2 (en) | Mode of measuring distance in pulse-doppler radar stations | |
CN114545390A (en) | Ground detection attitude determination method for radar carried by aircraft | |
RU2551896C2 (en) | Method for single-beam measurement of altitude and component velocities of aircraft and radar altimeter therefor | |
Kumawat et al. | Moving target detection in foliage environment using FMCW radar | |
Gilliam | All-weather sense and avoid (SAA) radar clutter modeling and control | |
Ruegg et al. | Moving target indication with dual frequency millimeter wave SAR |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200214 |