RU2696095C1 - Способ двухмерного моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучений - Google Patents

Способ двухмерного моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучений Download PDF

Info

Publication number
RU2696095C1
RU2696095C1 RU2019104823A RU2019104823A RU2696095C1 RU 2696095 C1 RU2696095 C1 RU 2696095C1 RU 2019104823 A RU2019104823 A RU 2019104823A RU 2019104823 A RU2019104823 A RU 2019104823A RU 2696095 C1 RU2696095 C1 RU 2696095C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radio
grid
radio signals
antenna
received
Prior art date
Application number
RU2019104823A
Other languages
English (en)
Inventor
Михаил Леонидович Артемов
Олег Владимирович Афанасьев
Михаил Павлович Сличенко
Екатерина Сергеевна Артемова
Original Assignee
Акционерное общество "Концерн "Созвездие"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Концерн "Созвездие" filed Critical Акционерное общество "Концерн "Созвездие"
Priority to RU2019104823A priority Critical patent/RU2696095C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2696095C1 publication Critical patent/RU2696095C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G01S13/44—Monopulse radar, i.e. simultaneous lobing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G01S13/44—Monopulse radar, i.e. simultaneous lobing
    • G01S13/4418—Monopulse radar, i.e. simultaneous lobing with means for eliminating radar-dependent errors in angle measurements, e.g. multipath effects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G01S13/44—Monopulse radar, i.e. simultaneous lobing
    • G01S13/4454—Monopulse radar, i.e. simultaneous lobing phase comparisons monopulse, i.e. comparing the echo signals received by an interferometric antenna arrangement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G01S13/44—Monopulse radar, i.e. simultaneous lobing
    • G01S13/4463—Monopulse radar, i.e. simultaneous lobing using phased arrays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/04—Position of source determined by a plurality of spaced direction-finders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/12—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves by co-ordinating position lines of different shape, e.g. hyperbolic, circular, elliptical or radial
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/14—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location
    • G01S5/145—Using a supplementary range measurement, e.g. based on pseudo-range measurements

Abstract

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в многоканальных моноимпульсных обнаружителях-пеленгаторах систем радиомониторинга, размещаемых, в том числе, на беспилотных летательных аппаратах, для двухмерного моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучения по азимуту и углу места, а также при определении местоположения наземных объектов по радиоизлучениям их передатчиков. Достигаемый технический результат – повышение точности пеленгования и разрешающей способности моноимпульсного ОП по углу места при незначительном увеличении массогабаритных характеристик ОП, обеспечивается за счет выбора конфигурации антенной системы. Указанный результат достигается за счет того, что в способе прием радиосигналов осуществляют с помощью антенн, образующих N-элементную винтовую антенную решетку при общем числе антенн не менее трех; преобразование комплексных амплитуд принятых радиосигналов в узлах сетки наведения решетки в угловой спектр выполняют по формуле
Figure 00000075
,
где
Figure 00000076
 - комплексная амплитуда радиосигнала, принятого n-й антенной;
Figure 00000077
,
Figure 00000078
,
Figure 00000079
 - координаты h-го узла сетки наведения решетки с текущим номером h,
Figure 00000080
 – отношение шага
Figure 00000081
 винтовой линии к радиусу
Figure 00000082
 образующего цилиндра;
Figure 00000083
 – длина радиоволны;
Figure 00000084
 при
Figure 00000085
 и
Figure 00000086
 при
Figure 00000087
; n - номер антенны; i - мнимая единица;
Figure 00000088
=3,1415926. 6 ил.

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в многоканальных моноимпульсных обнаружителях-пеленгаторах систем радиомониторинга, размещаемых в том числе на беспилотных летательных аппаратах, для решения задач двухмерного моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучения по азимуту и углу места, а также при определении местоположения наземных объектов по радиоизлучениям их передатчиков.
В настоящее время задача снижения массогабаритных характеристик обнаружителей-пеленгаторов (ОП) имеет особую практическую значимость, в частности, при размещении ОП в качестве целевой нагрузки на беспилотных летательных аппаратах. При этом для пеленгования наземных источников радиоизлучения (ИРИ) необходимо обеспечить прием радиоволн в общем случае с ненулевым углом места направления прихода, зависящего как от взаимного расположения ИРИ и антенной системы (АС), а также углов пространственной ориентации носителя. Это определяет необходимость разработки АС ОП, конфигурация которой позволяет обеспечить требуемые показатели точности и достоверности пеленгования в азимутально-угломестном секторе приема.
На практике широкое распространение получили ОП с плоской антенной решеткой, в частности, эквидистантной кольцевой антенной решеткой (ЭКАР), элементы которой расположены в одной плоскости на одинаковом расстоянии от центра решетки с эквидистантным угловым разносом.
Известен способ двухмерного пеленгования источников радиоизлучения, представленный в [Козьмин В.А, Рембовский Ю.А., Уфаев А.В., Уфаев В.А. Способ двухмерного пеленгования воздушного объекта. Патент РФ № 2535174 G01S 3/10], включающий прием сигналов передатчика объекта с помощью антенн, образующих кольцевую решетку, расположенную параллельно земной поверхности, и, по меньшей мере, двумя дополнительными антеннами, расположенными на центральной оси кольцевой решетки ортогонально ее плоскости, измерение по принятым сигналам азимута объекта, преобразование принятых сигналов в угловой спектр по углам места прямого и отраженного от земной поверхности луча в направлении измеренного азимута объекта, после чего угловой спектр преобразуют в угловой спектр второго порядка, а угол места объекта определяют из однопараметрической максимизации углового спектра второго порядка, который получают путем учета как прямого, так и отраженного от земной поверхности луча, а также количества используемых антенн, их комплексных диаграмм направленности и комплексных амплитуд принятых антеннами сигналов.
Данный способ по технической сущности в части структуры применяемой антенной системы – объемной антенной решетки – является близким к предлагаемому. В способе-аналоге достигается повышение потенциальной точности и предельной чувствительности измерения направления на ИРИ в азимутально-угломестной плоскости. Применительно к технической сущности предлагаемого способа, недостатком указанного способа является то, что этот способ основан на увеличении (по сравнению со случаем использования плоской ЭКАР), по меньшей мере, на два количества антенных элементов АС ОП. В случае моноимпульсного приема, для реализации этого способа необходимо увеличение количества радиоприемных каналов, что приведет к увеличению массогабаритных характеристик ОП. Соответствующее повышение вычислительных ресурсов аппаратуры, энергопотребления и массы ОП в ряде случаев может являться технически неоправданным, а причем степень реализуемости такого ОП существенным образом ограничивается возможностями носителя по использованию ОП в качестве целевой нагрузки.
Этот недостаток существенным образом ограничивает область применимости указанного способа-аналога в современных (перспективных) многоканальных системах радиомониторинга, размещаемых в качестве целевой нагрузки на беспилотных летательных аппаратах, при решении задач двухмерного моноимпульсного пеленгования наземных ИРИ по азимуту и углу места, а также при решении задач определения местоположения наземных объектов по радиоизлучениям их передатчиков.
Кроме того, учет наличия (наряду с прямым лучом) второго луча, отраженного от земной поверхности, приходящего с одинакового с прямым лучом азимута, но зеркально симметричным значением угла места, не соответствует применительной к предлагаемому способу ситуации, когда ОП размещен над поверхностью земли, так как в этом случае имеет место наличие прямого луча, обусловленного излучением наземного ИРИ в направлении на АС ОП.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому является способ определения двухмерного пеленга по патенту РФ № 2288481. G01S 5/04, принятый за прототип.
Способ-прототип включает следующие операции.
1 Прием радиосигналов с помощью центральной антенны и антенн, образующих N элементную кольцевую решетку при общем числе антенн не менее трех.
2 Синхронное измерение комплексных амплитуд принятых радиосигналов.
3 Определение узлов сетки наведения решетки в системе координат нормированных набегов фаз радиосигналов между диаметрально противоположными точками решетки на линии, параллельной опорному направлению и перпендикулярной ему, путем равномерного квантования нормированных набегов фаз и определения всех пар их значений, сумма квадратов которых не превышает единицы.
4 Преобразование комплексных амплитуд принятых радиосигналов в узлах сетки наведения решетки в угловой спектр по формуле
Figure 00000001
где
Figure 00000002
,
Figure 00000003
 - координаты h-го узла сетки наведения решетки с текущим номером h;
n - номер антенны, равный N - для центральной антенны и 0, 1, ..., (N-1) - для других антенн;
Figure 00000004
 - комплексная амплитуда радиосигнала, принятого n-й антенной;
i - мнимая единица;
Figure 00000005
=3,14...;
R - радиус решетки.
5 Определение значения азимута и угла места двухмерного пеленга как фазу вектора и арккосинус модуля вектора с ортогональными составляющими, равными координатам максимума модуля углового спектра.
В способе-прототипе рассматривается плоская ЭКАР, ввиду свойств симметрии структуры которой, ОП с ЭКАР обеспечивают равноточные измерения направления прихода радиоволны в круговом азимутальном секторе. В частности, при отсутствии взаимных влияний в ЭКАР, флуктуационные составляющие ошибок оценивания азимута и угла места не коррелированы и инвариантны к значению азимута ввиду симметричной структуры антенной решетки. Однако, при стремлении угла места к нулю, средняя квадратическая ошибка (СКО) пеленгования по углу места неограниченно возрастает, что обусловлено уменьшением апертуры ЭКАР в проекции на плоскость волнового фронта радиоволны, что является недостатком способа-прототипа.
С целью повышения точности пеленгования и разрешающей способности ОП по углу места необходимо обеспечить пространственный разнос антенных элементов вдоль вертикальной оси, что соответствует объемной конфигурации антенной решетки. В ряде случаев в качестве объемной АС рассматривают две ЭКАР, разнесенные в пространстве вдоль вертикальной оси. В случае моноимпульсного приема, структура такой АС предполагает увеличение (по сравнению со случаем плоской ЭКАР) количества радиоприемных каналов и массогабаритных характеристик ОП. Соответствующее повышение вычислительных ресурсов аппаратуры, энергопотребления и массы ОП в ряде случаев может являться технически неоправданным, причем степень реализуемости такого ОП существенным образом ограничивается возможностями носителя по использованию ОП в качестве целевой нагрузки.
Задача – улучшение технико-эксплуатационных характеристик многоканальных моноимпульсных обнаружителей-пеленгаторов систем радиомониторинга, размещаемых, в том числе на беспилотных летательных аппаратах, для двухмерного моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучения по азимуту и углу места, а также при определении местоположения наземных объектов по радиоизлучениям их передатчиков.
Для решения поставленной задачи, в способе двухмерного моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучений, включающем прием радиосигналов с помощью N-элементной антенной решетки, синхронное измерение комплексных амплитуд принятых радиосигналов; определение узлов сетки наведения решетки в системе координат нормированных набегов фаз радиосигналов между диаметрально противоположными точками решетки на линии, параллельной опорному направлению и перпендикулярной ему, путем равномерного квантования нормированных набегов фаз и определения всех пар их значений, сумма квадратов которых не превышает единицы; преобразование комплексных амплитуд принятых радиосигналов в узлах сетки наведения решетки в угловой спектр; определение значения азимута и угла места двухмерного пеленга как фазу вектора и арккосинус модуля вектора с ортогональными составляющими, равными координатам максимума модуля углового спектра, согласно изобретению, прием радиосигналов осуществляют с помощью антенн, образующих N-элементную винтовую антенную решетку при общем числе антенн не менее трех; преобразование комплексных амплитуд принятых радиосигналов в узлах сетки наведения решетки в угловой спектр выполняют по формуле
Figure 00000006
где
Figure 00000007
 - комплексная амплитуда радиосигнала, принятого n-й антенной;
Figure 00000002
,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
- координаты h-го узла сетки наведения решетки с текущим номером h, определяющийся по формуле:
Figure 00000010
Figure 00000011
Figure 00000012
,
Figure 00000013
 – отношение шага
Figure 00000014
 винтовой линии к радиусу
Figure 00000015
 образующего цилиндра;
Figure 00000016
 – длина радиоволны;
Figure 00000017
, при
Figure 00000018
 и
Figure 00000019
, при
Figure 00000020
n - номер антенны
i - мнимая единица;
Figure 00000021
=3,1415926.
Поставленная задача решается следующим образом. В качестве одной из возможных конфигураций объемной АС рассмотрим эквидистантную винтовую антенную решетку (ЭВАР), см. фиг. 1. Соседние антенные элементы ЭВАР расположены на одинаковом расстоянии вдоль винтовой линии – кривой в трехмерном пространстве, расположенной на круглом цилиндре. По сравнению с конфигурацией АС вида разнесенных по высоте двух плоских ЭКАР, данная конфигурация обладает следующими преимуществами.
Во-первых, конфигурация N-элементной ЭВАР может быть получена из N-элементной ЭКАР путем вертикального перемещения точек расположения антенных элементов вдоль поверхности цилиндра. Данная трансформация обеспечивает сохранение расстояния между элементами вдоль горизонтальной плоскости, т.к. проекция ЭВАР на эту плоскость совпадает с соответствующей ей ЭКАР. Это обеспечивает неизменную по сравнению со случаем ЭКАР точность пеленгования в азимутальной плоскости.
Во-вторых, в отличие от способа-прототипа, данная трансформация конфигурации АС не предполагает увеличения количества антенных элементов, что при обеспечении моноимпульсного приема радиосигналов не приводит к увеличению количества радиоприемных каналов ОП.
В-третьих, варьируя отношением шага витка (h) винтовой линии к радиусу (R) окружности образующего цилиндра, становится возможным существенное повышение точности и разрешающей способности пеленгования ИРИ при ненулевых углах места.
В качестве примера на фиг. 1 приведено изображение модели семиэлементной ЭВАР из биконических симметричных вибраторов.
При соблюдении указанных условий угловой спектр второго порядка, получаемый по совокупности сигналов всех N антенн ЭВАР, имеет максимум в окрестности истинного двухмерного пеленга со снижением погрешности его измерений. Существенным, как и в способе-прототипе, является также осевая симметрия антенной системы. Это позволяет определять азимут и угол места одним из известных способов по принятым сигналам с выходов антенной системы путем максимизации двумерного углового спектра второго порядка.
Предлагаемый способ предполагает выполнение следующих процедур:
1 Прием радиосигналов, в отличие от п.1 способа прототипа, с помощью антенн, образующих N–элементную винтовую антенную решетку при общем числе антенн не менее трех.
2 Синхронное измерение комплексных амплитуд принятых радиосигналов.
3 Определение узлов сетки наведения решетки в системе координат нормированных набегов фаз радиосигналов между диаметрально противоположными точками решетки на линии, параллельной опорному направлению и перпендикулярной ему, путем равномерного квантования нормированных набегов фаз и определения всех пар их значений, сумма квадратов которых не превышает единицы.
4 Преобразование комплексных амплитуд принятых радиосигналов в узлах сетки наведения решетки в угловой спектр, в отличие от п.4 способа-прототипа, по следующей формуле
Figure 00000006
где
Figure 00000007
 - комплексная амплитуда радиосигнала, принятого n-й антенной;
Figure 00000002
,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
- координаты h-го узла сетки наведения решетки с текущим номером h, определяющийся по формуле:
Figure 00000010
Figure 00000011
Figure 00000012
,
Figure 00000013
 – отношение шага
Figure 00000014
 винтовой линии к радиусу
Figure 00000015
 образующего цилиндра;
Figure 00000016
 – длина радиоволны;
Figure 00000017
, при
Figure 00000018
 и
Figure 00000019
, при
Figure 00000020
n - номер антенны
i - мнимая единица;
Figure 00000021
=3,1415926.
5 Определение значения азимута и угла места двухмерного пеленга как фазу вектора и арккосинус модуля вектора с ортогональными составляющими, равными координатам максимума модуля углового спектра.
Предлагаемый способ двухмерного моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучений лишен перечисленных выше недостатков способа-прототипа, что обусловлено осуществлением приема радиосигналов с помощью объемной винтовой антенной решетки.
Технический результат способа обеспечивается тем, что в результате пространственного разноса антенных элементов вдоль вертикальной оси АР по сравнению с плоской ЭКАР данная ЭВАР обладает лучшей разрешающей способностью и точностью пеленгования по углу места.
На фиг. 2 приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, где обозначено:
1 – винтовая антенная решетка (антенная система);
2 – радиоприемное устройство;
3 – измеритель комплексной амплитуды;
4 – вычислитель углового спектра;
5 – формирователь поворачивающих множителей;
6 – формирователь набега фаз;
7.1, 7.2 – первое и второе запоминающие устройства;
8 – умножитель комплексных чисел;
9 – масштабный умножитель;
10 – устройство определения модуля;
11 – устройство определения максимума;
12 – запоминающая ячейка максимума (ЗЯМ);
13 – компаратор;
14 – запоминающая ячейка координат (ЗАК);
15 – блок определения модуля и фазы;
16 – блок определения арккосинуса.
Устройство содержит антенную систему 1, включающую N антенн, каждая из которых подсоединена к соответствующему входу радиоприемного устройства 2, N выходов которого соединены с соответствующими N входами измерителя комплексной амплитуды 3, N выходов которого соединены с соответствующими входами вычислителя углового спектра 4, выход которого через устройство определения модуля подключен к входу устройства определения максимума 11. Устройство определения максимума содержит запоминающую ячейку максимума 12 и компаратор 13, первые входы которых соединены и являются входом устройства 11. При этом выход запоминающей ячейки максимума 12 подсоединен ко второму входу компаратора 13, выход которого соединен со вторым входом запоминающей ячейки максимума 12 и является выходом устройства определения максимума 11. Формирователь набега фаз 6 содержит первое 7.1 и второе 7.2 запоминающие устройства, выходы которых соединены с соответствующими входами умножителя комплексных чисел 8, выход которого соединен с входом масштабного умножителя 9, выход которого является первым выходом формирователя 6 и через формирователь поворачивающих множителей 5 соединен с соответствующим входом вычислителя углового спектра 4. Кроме того, выход второго запоминающего устройства 7.2 является вторым выходом формирователя 6 и соединен с одним входом запоминающей ячейки координат 14, другой вход которого подключен к выходу устройства определения максимума 11. Выход запоминающей ячейки координат 14 через блок определения модуля и фазы 15 соединен с входом блока определения арккосинуса 16. Второй выход блока определения модуля и фазы 15 является первым выходом всего устройства (азимутальный пеленг), вторым выходом которого является выход блока определения арккосинуса 16 (угломестный пеленг).
Антенная система 1 включает N антенн, образующих эквидистантную винтовую решетку при общем числе антенн не менее трех. Антенны идентичные, всенаправленные (по крайней мере, в горизонтальной плоскости), типа вертикальный несимметричный вибратор, установлены над поверхностью Земли.
Одна из антенн решетки с номером n=0 ориентирована на север, нумерация других антенн решетки - по часовой стрелке в проекции на горизонтальной плоскости в порядке возрастания порядковых номеров. Радиус решетки R.
Радиоприемное устройство 2 и измеритель комплексной амплитуды 3 – многоканальные, с числом каналов N, равным числу антенн. Измеритель 3 обеспечивает синхронное измерение комплексных амплитуд радиосигналов на выходе антенн и может быть выполнен с применением цифровой элементной базы, например, по схеме рис.3.14, приведенной в [Побережский Е.С. Цифровые радиоприемные устройства. - М.: Радио и связь, 1987, с.67-69].
Вычислитель углового спектра 4 реализует функцию типа сверка:
Figure 00000022
,
здесь
Figure 00000023
 - поворачивающий множители.
Формирователь поворачивающих множителей 5 реализует функцию преобразования вида
Figure 00000024
здесь х - сигнал на входе.
Запоминающие устройства предназначены для хранения: 7.1 - комплексных величин вида
Figure 00000025
,
а 7.2 значений координат узлов наведения решетки в виде
Figure 00000026
где h - текущий номер узла.
Информацию записывают до начала работы устройства. Объем запоминающего устройства 7.1 равен N, а запоминающего устройства 7.2 не превышает
Figure 00000027
,
где
Figure 00000028
 - число уровней квантования координат сетки наведения решетки.
Запоминающие ячейки 12, 14 обеспечивают хранение и запись одного числа (в ячейке 14 - комплексного). Запись информации производится по сигналам с выхода компаратора. Исходное состояние запоминающей ячейки 12 - нулевое.
Блок определения модуля и фазы 15 и блок определения арккосинуса 16 реализуют функции преобразования вектора х (комплексного числа) соответственно
Figure 00000029
,
Figure 00000030
,
Figure 00000031
.
Эти блоки могут быть выполнены по способу Волдера [Бойков В.Д., Смолов В.Б. Аппаратурная реализация элементарных функций в ЦВМ. Л., ЛГУ, 1975, с.18-22].
Принцип действия устройства состоит в следующем.
Перед началом работы в запоминающее устройство 7.2 заносят возможные значения нормированных (на параметр разноса решетки
Figure 00000032
 ,
где R - радиус решетки,
Figure 00000033
- длина волны излучения),
набегов фаз между диаметрально противоположными точками решетки, расположенными на линии, параллельной опорному направлению (север - юг) и перпендикулярной ему (восток - запад)
Figure 00000034
,
где
Figure 00000035
,
Figure 00000036
 - возможные значения азимута и угла места.
Эти значения, лежащие в пределах диапазона [-1,+1], предварительно равномерно квантуют и определяют пары квантованных чисел, сумма квадратов которых не превышает единицы. Результаты квантования используют как координаты узлов сетки наведения решетки
Figure 00000037
,
Figure 00000038
,. Общее число узлов Н зависит от количества уровней квантования координат сетки наведения решетки
Figure 00000039
 и стремится, но не превышает значения
Figure 00000040
.
Результаты сравнения пеленгационных характеристик ЭВАР и соответствующей ей ЭКАР.
Для анализа достигаемого технического результата – обеспечиваемого за счет выбора конфигурации антенной системы повышения точности моноимпульсного пеленгования и разрешающей способности ОП по углу места при незначительном увеличении массогабаритных характеристик ОП, рассмотрим в качестве примера пеленгационные характеристики ОП с ЭВАР, полученной из 7-ЭКАР.
На фиг. 3 – 5 представлены функции неопределенности (ФН) (а) по азимуту и углу места для 7-ЭКАР и 7-ЭВАР и их угломестные (б) и азимутальные (в) срезы вдоль истинного значения направления прихода в случае прихода радиоволны с азимута 360/14
Figure 00000041
25,7º и угла места
Figure 00000042
=0º, 10º и 20º при
Figure 00000043
Figure 00000044
=1. Видно, что плоская ЭКАР в сравнении со ЭВАР при малых углах места практически не обеспечивает разрешение по данному параметру. В отличие от ЭКАР, ФН ЭВАР даже при малых углах места (менее 20º) имеет «локализованный» главный лепесток, ориентированный на истинное направление прихода радиоволны, со сравнимыми по величине значениями ширины лепестка вдоль азимутального и угломестного срезов. Это обеспечивает повышение разрешающей способности и точности пеленгования в угломестной плоскости. Угломестные срезы ЭВАР и соответствующей ей ЭКАР совпадают (см. фиг. 3б - 5б), что обусловлено соответствием параметров проекции ЭВАР на горизонтальную плоскость и параметров рассматриваемой ЭКАР.
В результате пространственного разноса антенных элементов вдоль вертикальной оси АР по сравнению с плоской 7-ЭКАР данная АР обладает лучшей разрешающей способностью и точностью пеленгования по углу места. Для плоской ЭКАР определяющим параметром функции неопределенности, характеризующим соотношение параметров конфигурации АС и длины пеленгуемой волны, является отношение
Figure 00000045
. Для анализируемой ЭВАР такими параметрами являются
Figure 00000046
 и
Figure 00000047
, где
Figure 00000048
 – радиус окружности в проекции винтовой линии на горизонтальную плоскость;
Figure 00000049
 – шаг спирали (см. фиг.4).
На фиг.6 представлена зависимость от угла места,
Figure 00000050
, отношения потенциальной СКО пеленгования по углу места,
Figure 00000051
, для ОП с ЭКАР к СКО в случае ЭВАР,
Figure 00000052
. Кривые 1-4 соответствуют отношениям шага винтовой линии к радиусу образующего цилиндра
Figure 00000053
= 0,1; 0,5; 1 и 1,5 соответственно. Кривые построены по формулам (6) и (7) в случае аддитивного некоррелированного шума при значении азимута
Figure 00000054
 и справедливы при произвольном значении
Figure 00000055
 и количестве антенных элементов ЭВАР.
Видно, что при фиксированном угле места с увеличением шага винтовой линии выигрыш в точности пеленгования за счет использования ЭВАР повышается, что обусловлено ростом кривизны главного лепестка азимутально-угломестной функции неопределенности. В частности, уже при шаге витка ЭВАР равном радиусу ЭКАР при углах места менее 10 град. выигрыш в СКО пеленгования составляет не менее 13 дБ. С ростом угла места прихода радиоволны различие в потенциальных характеристиках ЭВАР и ЭКАР уменьшаются.
Варьируя величиной отношения шага винтовой линии к радиусу образующего цилиндра,
Figure 00000056
, можно обеспечить требуемую точность и достоверность пеленгования по азимуту и углу места, оставляя неизменными (в сравнении с соответствующей ЭКАР) количество радиоприемных каналов ОП и габаритные характеристики АС в горизонтальной плоскости. Использование ЭВАР позволяет при неизменной (соответствующей плоской ЭКАР) точности пеленгования по азимуту, повысить точность, разрешающую способность и достоверность пеленгования по углу места. В предельном случае, при
Figure 00000057
=0, конфигурация ЭВАР трансформируется в плоскую ЭКАР.
Предлагаемый способ лишен указанных недостатков способа-прототипа и обеспечивает повышение точности пеленгования и разрешающей способности моноимпульсного ОП по углу места при незначительном увеличении массогабаритных характеристик ОП, в значительной степени определяющихся количеством радиоприемных каналов и антенных элементов АС.

Claims (13)

  1. Способ двухмерного моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучений, включающий прием радиосигналов с помощью N-элементной антенной решетки, синхронное измерение комплексных амплитуд принятых радиосигналов; определение узлов сетки наведения решетки в системе координат нормированных набегов фаз радиосигналов между диаметрально противоположными точками решетки на линии, параллельной опорному направлению и перпендикулярной ему, путем равномерного квантования нормированных набегов фаз и определения всех пар их значений, сумма квадратов которых не превышает единицы; преобразование комплексных амплитуд принятых радиосигналов в узлах сетки наведения решетки в угловой спектр; определение значения азимута и угла места двухмерного пеленга как фазу вектора и арккосинус модуля вектора с ортогональными составляющими, равными координатам максимума модуля углового спектра, отличающийся тем, что прием радиосигналов осуществляют с помощью антенн, образующих N-элементную винтовую антенную решетку при общем числе антенн не менее трех; преобразование комплексных амплитуд принятых радиосигналов в узлах сетки наведения решетки в угловой спектр выполняют по формуле
  2. Figure 00000058
    ,
  3. где
    Figure 00000059
     - комплексная амплитуда радиосигнала, принятого n-й антенной;
  4. Figure 00000060
    ,
    Figure 00000061
    ,
    Figure 00000062
     - координаты h-го узла сетки наведения решетки с текущим номером h, определяющиеся по формуле:
  5. Figure 00000063
  6. Figure 00000064
  7. Figure 00000065
    ,
  8. Figure 00000066
     – отношение шага
    Figure 00000067
     винтовой линии к радиусу
    Figure 00000068
     образующего цилиндра;
  9. Figure 00000069
     – длина радиоволны;
  10. Figure 00000070
     при
    Figure 00000071
     и
    Figure 00000072
     при
    Figure 00000073
    ;
  11. n - номер антенны;
  12. i - мнимая единица;
  13. Figure 00000074
    =3,1415926.
RU2019104823A 2019-02-20 2019-02-20 Способ двухмерного моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучений RU2696095C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019104823A RU2696095C1 (ru) 2019-02-20 2019-02-20 Способ двухмерного моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучений

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019104823A RU2696095C1 (ru) 2019-02-20 2019-02-20 Способ двухмерного моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучений

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2696095C1 true RU2696095C1 (ru) 2019-07-31

Family

ID=67586815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019104823A RU2696095C1 (ru) 2019-02-20 2019-02-20 Способ двухмерного моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучений

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2696095C1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110828984A (zh) * 2019-10-28 2020-02-21 常州安塔歌电子科技有限公司 一种方向图可重构的紧凑马刀天线
RU2731682C1 (ru) * 2020-02-06 2020-09-07 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Способ пространственного отождествления пеленгов с наземными источниками радиоизлучения
RU2732505C1 (ru) * 2020-01-27 2020-09-18 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Способ обнаружения и азимутального пеленгования наземных источников радиоизлучения с летно-подъемного средства
RU2739486C1 (ru) * 2020-04-09 2020-12-24 Владимир Иванович Милкин Способ пеленгования источника радиосигнала

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997022890A1 (de) * 1995-12-19 1997-06-26 Siemens Schweiz Ag Verfahren und amplituden- oder phasen-monopulsradargerät zur ortung von flugobjekten
EP1012623A1 (en) * 1997-05-23 2000-06-28 Raytheon Company Method for improving monopulse processing of aperture segment outputs
RU2288481C2 (ru) * 2005-01-11 2006-11-27 5 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации (5 ЦНИИИ МО РФ) Способ определения двухмерного пеленга
RU2316860C1 (ru) * 2006-09-11 2008-02-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" Способ формирования приемных диаграмм направленности моноимпульсной антенной системы и моноимпульсная антенная система
RU2535174C1 (ru) * 2013-10-18 2014-12-10 Закрытое акционерное общество "ИРКОС" Способ двухмерного пеленгования воздушного объекта
US9146309B2 (en) * 2013-02-27 2015-09-29 The Aerospace Corporation Super delta monopulse beamformer
RU2624008C2 (ru) * 2015-11-25 2017-06-30 Акционерное общество "Концерн "Гранит-Электрон" Моноимпульсный пеленгатор с комбинированным антенным устройством

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997022890A1 (de) * 1995-12-19 1997-06-26 Siemens Schweiz Ag Verfahren und amplituden- oder phasen-monopulsradargerät zur ortung von flugobjekten
EP1012623A1 (en) * 1997-05-23 2000-06-28 Raytheon Company Method for improving monopulse processing of aperture segment outputs
RU2288481C2 (ru) * 2005-01-11 2006-11-27 5 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации (5 ЦНИИИ МО РФ) Способ определения двухмерного пеленга
RU2316860C1 (ru) * 2006-09-11 2008-02-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" Способ формирования приемных диаграмм направленности моноимпульсной антенной системы и моноимпульсная антенная система
US9146309B2 (en) * 2013-02-27 2015-09-29 The Aerospace Corporation Super delta monopulse beamformer
RU2535174C1 (ru) * 2013-10-18 2014-12-10 Закрытое акционерное общество "ИРКОС" Способ двухмерного пеленгования воздушного объекта
RU2624008C2 (ru) * 2015-11-25 2017-06-30 Акционерное общество "Концерн "Гранит-Электрон" Моноимпульсный пеленгатор с комбинированным антенным устройством

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110828984A (zh) * 2019-10-28 2020-02-21 常州安塔歌电子科技有限公司 一种方向图可重构的紧凑马刀天线
CN110828984B (zh) * 2019-10-28 2021-06-25 常州安塔歌电子科技有限公司 一种方向图可重构的紧凑马刀天线
RU2732505C1 (ru) * 2020-01-27 2020-09-18 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Способ обнаружения и азимутального пеленгования наземных источников радиоизлучения с летно-подъемного средства
RU2731682C1 (ru) * 2020-02-06 2020-09-07 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Способ пространственного отождествления пеленгов с наземными источниками радиоизлучения
RU2739486C1 (ru) * 2020-04-09 2020-12-24 Владимир Иванович Милкин Способ пеленгования источника радиосигнала

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2696095C1 (ru) Способ двухмерного моноимпульсного пеленгования источников радиоизлучений
RU2632922C2 (ru) Многопозиционный пассивный радиолокационный комплекс, реализующий комбинированный одноэтапный способ определения местоположения летательного аппарата на этапе захода на посадку
CN103746757A (zh) 一种基于星载多波束天线的单星干扰源定位方法
CN107919535B (zh) 一种基于定向双圆阵的立体阵列天线及其构建方法
Chen et al. Two-dimensional direction of arrival estimation for improved archimedean spiral array with MUSIC algorithm
Chau et al. Empirical phase calibration for multistatic specular meteor radars using a beamforming approach
CN108089161B (zh) 一种基于功率反馈的天线阵列合成波束空域选择方法
US2898589A (en) Hemispherical acoustic phase compensator
CN103257340A (zh) 一种利用雷达卫星标定多台地面接收机幅度一致性的方法
RU2615491C1 (ru) Способ одновременного измерения двух угловых координат цели в обзорной амплитудной моноимпульсной радиолокационной системе с антенной решеткой и цифровой обработкой сигнала
RU2288481C2 (ru) Способ определения двухмерного пеленга
US4870420A (en) Signal acquisition apparatus and method
RU2711341C1 (ru) Способ двухмерного пеленгования
RU2292560C1 (ru) Способ определения местоположения источника радиоизлучения
CN104993220A (zh) 旋转场式全向天线、低空近程雷达系统及信号处理方法
Fu et al. A low SNR and fast passive location algorithm based on virtual time reversal
Dorny A self-survey technique for self-cohering of antenna systems
RU2535174C1 (ru) Способ двухмерного пеленгования воздушного объекта
Tsai et al. HF Radio Angle-of-Arrival Measurements and Ionosonde Positioning.
RU2614035C1 (ru) Одноэтапный метод пеленгования источников излучения в дкмв диапазоне с применением фазированной антенной решетки, состоящей из взаимно ортогональных симметричных горизонтальных вибраторов
RU2686113C1 (ru) Способ амплитудного двухмерного пеленгования
Wu et al. Nonuniformly spaced array with the Direct Data Domain method for 2D angle-of-Arrival measurement in electronic support measures application from 6 to 18 GHz
CN109856597B (zh) 一种新体制超视距短波定位系统及定位方法
Zhang et al. Research on the measurement of antennas radiation characteristics based on small unmanned aerial vehicle platform
Yi et al. Direction-of-arrival estimation for high-frequency radar on a floating platform