RU2716273C1 - Direction finding method and device for implementation thereof - Google Patents

Direction finding method and device for implementation thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2716273C1
RU2716273C1 RU2019115948A RU2019115948A RU2716273C1 RU 2716273 C1 RU2716273 C1 RU 2716273C1 RU 2019115948 A RU2019115948 A RU 2019115948A RU 2019115948 A RU2019115948 A RU 2019115948A RU 2716273 C1 RU2716273 C1 RU 2716273C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
target
plate
angle
dielectric material
receiving
Prior art date
Application number
RU2019115948A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Петрович Крылов
Иван Васильевич Подольхов
Максим Олегович Забежайлов
Original Assignee
Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина»
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 «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» filed Critical Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина»
Priority to RU2019115948A priority Critical patent/RU2716273C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2716273C1 publication Critical patent/RU2716273C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • 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
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/522—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves
    • G01S13/524—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi
    • G01S13/53—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi performing filtering on a single spectral line and associated with one or more range gates with a phase detector or a frequency mixer to extract the Doppler information, e.g. pulse Doppler radar
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • 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
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/522—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves
    • G01S13/524—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi
    • G01S13/534—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi based upon amplitude or phase shift resulting from movement of objects, with reference to the surrounding clutter echo signal, e.g. non coherent MTi, clutter referenced MTi, externally coherent MTi
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/46—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/46—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
    • G01S3/465—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems the waves arriving at the aerials being frequency modulated and the frequency difference of signals therefrom being measured
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/46—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
    • G01S3/48—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems the waves arriving at the antennas being continuous or intermittent and the phase difference of signals derived therefrom being measured
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G01S7/292—Extracting wanted echo-signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40—Means for monitoring or calibrating

Landscapes

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

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to radio engineering and can be used in systems for monitoring radio environment in a complex or as an independent device. Said result is achieved due to the fact that direction-finding during space scanning involves emitting and receiving wave from target, determining phase shift between wave transmitted through plate from dielectric material and reflected from it, conversion of the phase shift into a control signal proportional to the angular position of the target in each position of the antenna beam, wherein the wave from the target of arbitrary polarization is directed at an angle to the plate of dielectric material, the electrical thickness of which is a multiple of half the wavelength. Device which realizes the method comprises a receiving-transmitting antenna, a plate of dielectric material, a receiving antenna located on a platform rotating in a direction-finding plane, equipped with a drive and a sensor of the angular position of the platform, connected to the target angle-based computer based on the processor, a generator connected through a switch with a receiving-transmitting antenna and a target detection detector, a phase shift meter between signals from the output of the receiving-transmitting antenna through the switch and the receiving antenna, connected to the target position angle computer, wherein plate of dielectric material is fixed on holder with possibility of rotation relative to centre of platform, and receiving antenna is installed on support to fix it at a certain angle relative to centre of platform.
EFFECT: technical result is high accuracy of angular target detection for arbitrary polarization of signals from a target.
2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах наблюдения за радиотехнической обстановкой в составе комплекса или как автономное устройство.The invention relates to radio engineering and can be used in monitoring systems for the radio environment in the complex or as a stand-alone device.

Известны амплитудные способы пеленгации (US 5541608 G01S 5/04, 30.07.1996 г., US 2427029, 10.04.1942 г.). Недостатком амплитудного способа пеленгации является то, что он не позволяет получить высокой точности пеленгации в широком диапазоне углов из-за низкой крутизны амплитудной пеленгационной характеристики.Known amplitude methods of direction finding (US 5541608 G01S 5/04, 07/30/1996, US 2427029, 04/10/1942). The disadvantage of the amplitude method of direction finding is that it does not allow to obtain high accuracy direction finding in a wide range of angles due to the low slope of the amplitude direction finding characteristic.

Известны фазовые способы пеленгации, в которых для достижения высокой точности требуется большое количество баз и каналов в приемном устройстве (US 5541608 G01S 5/04, 30.07.1996 г., US 2427029, 10.04.1942 г.).Known phase direction finding methods in which to achieve high accuracy requires a large number of bases and channels in the receiving device (US 5541608 G01S 5/04, 07/30/1996, US 2427029, 04/10/1942).

Недостатком фазового способа пеленгации является то, что он является узкополосным и не перестраиваемым.The disadvantage of the phase direction finding method is that it is narrowband and not tunable.

В патенте US 6061022, G01S 5/04, 09.05.2000 г. описано устройство, реализующее амплитудно-фазовый способ пеленгации.In the patent US 6061022, G01S 5/04, 05/09/2000 described a device that implements the amplitude-phase method of direction finding.

Недостатком этого устройства является то, что оно также является узкополосным и не позволяет получить высокой точности пеленгации в широком диапазоне частот.The disadvantage of this device is that it is also narrow-band and does not allow to obtain high precision direction finding in a wide frequency range.

Наиболее близким к предлагаемому является способ фазовой пеленгации (Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. М., из-во «Советское радио»., 1970, 392 стр. (стр. 6-7, 20-23)), в котором сигнал от цели принимается приемной антенной, а сдвиг фаз между сигналами на выходе парциальных антенн меняется в зависимости от направления отклонения цели относительно равносигнального направления. Этот сигнал непосредственно используется для управления положением антенной системы в процессе пеленгования или в процессе автоматического сопровождения цели. Качество пеленгующих свойств системы определяется крутизной пеленгационной характеристики.Closest to the proposed is the method of phase direction finding (Leonov A.I., Fomichev K.I. Monopulse radar. M., due to "Soviet Radio"., 1970, 392 pp. (Pp. 6-7, 20-23 )), in which the signal from the target is received by the receiving antenna, and the phase shift between the signals at the output of the partial antennas varies depending on the direction of deviation of the target relative to the equal signal direction. This signal is directly used to control the position of the antenna system in the process of direction finding or in the process of automatically tracking the target. The quality of the direction-finding properties of the system is determined by the steepness of the direction-finding characteristic.

Недостатком представленного решения является то, что для высокой точности определения углового положения цели необходима реализация высокой крутизны пеленгационной характеристики антенной системы, для чего требуется высокая степень идентичности парциальных диаграмм пеленгующей антенны недостижимой в широкой полосе частот при использовании двух антенных систем, объединенных в один пеленгатор.The disadvantage of the presented solution is that for the high accuracy of determining the angular position of the target, it is necessary to realize a high slope of the direction-finding characteristic of the antenna system, which requires a high degree of identity of the partial diagrams of the direction-finding antenna unattainable in a wide frequency band when using two antenna systems combined into one direction finder.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является пеленгатор описанный в патенте США (US 2427029, 10.04.1942 г.) в котором содержится генератор, соединенный через коммутатор, с приемо-предающими антеннами, расположенными на платформе, вращающейся в плоскости пеленгации, с приводом и датчиком угла поворота, измеритель сдвига фазы между сигналами с выхода антенн, соединенный с вычислителем угла положения цели.Closest to the proposed device is the direction finder described in US patent (US 2427029, 04/10/1942) which contains a generator connected via a switch with receiving and transmitting antennas located on a platform rotating in the direction-finding plane, with a drive and an angle sensor rotation meter phase shift between the signals from the output of the antennas connected to the calculator of the angle of the target position.

Недостатком пеленгатора является невысокая точность углового положения цели.The disadvantage of the direction finder is the low accuracy of the angular position of the target.

Задачей изобретения является повышение точности пеленгации, расширение частотного диапазона, повышение помехоустойчивости работы пеленгатора.The objective of the invention is to improve the accuracy of direction finding, expanding the frequency range, increasing the noise immunity of the direction finder.

Поставленная задача достигается тем, что предлагается:The task is achieved by the fact that it is proposed:

1. Способ пеленгации в процессе обзора пространства, включающий излучение и прием волны от цели, определение сдвига фаз между этими волнами, преобразование сдвига фазы в управляющий сигнал пропорциональный угловому положению цели в каждом положении луча антенны радиолокационной станции, отличающийся тем, что направленная на цель электромагнитная волна, проходит через диэлектрическую пластину полуволновой толщины, расположенную под углом относительно волны, приходящей от цели, а сдвиг фазы определяется между волной от цели, прошедшей через пластину из диэлектрического материала и волной, отраженной от нее.1. The method of direction finding in the process of viewing space, including radiation and reception of a wave from a target, determining a phase shift between these waves, converting the phase shift to a control signal proportional to the angular position of the target in each position of the beam of the radar antenna, characterized in that the target electromagnetic a wave passes through a dielectric plate of half-wave thickness, located at an angle relative to the wave coming from the target, and the phase shift is determined between the wave from the target, passed h through a plate of dielectric material and a wave reflected from it.

2. Устройство, содержащее генератор, соединенный через коммутатор с приемо-предающей антенной, расположенные на платформе, вращающейся в плоскости пеленгации, с приводом и датчиком угла поворота, измеритель сдвига фазы между сигналами с выхода антенн, соединенный с вычислителем угла положения цели, отличающийся тем, что в центре платформы установлена пластина из диэлектрического материала полуволновой толщины, а на подставке, установленной на платформе, закреплена, с возможностью ее поворота относительно центра платформы, приемная антенна, принимающая отраженную волну от пластины.2. A device comprising a generator connected via a switch to a receiving and transmitting antenna located on a platform rotating in the direction-finding plane, with a drive and a rotation angle sensor, a phase shift meter between signals from the output of the antennas, connected to a target angle calculator, characterized in that in the center of the platform there is a plate made of dielectric material of half-wave thickness, and on the stand mounted on the platform is fixed, with the possibility of its rotation relative to the center of the platform, a receiving ant a wave receiving a reflected wave from a plate.

Авторы установили, что при наклонном падении плоской электромагнитной волны с вектором электрического поля произвольной поляризации на пластину из диэлектрического материала угловая зависимость сдвига фазы между падающей и отраженной волнами составляет 180 градусов (±90 градусов) на частоте, соответствующей половине длины волны для диэлектрической проницаемости пластины, а угловое положение точки «нулевого» сдвига фазы соответствует направлению на цель. Эта угловая зависимость сдвига фазы соответствует пеленгационной зависимости для создаваемого пеленгатора.The authors found that with an oblique incidence of a plane electromagnetic wave with an electric field vector of arbitrary polarization on a plate of dielectric material, the angular dependence of the phase shift between the incident and reflected waves is 180 degrees (± 90 degrees) at a frequency corresponding to half the wavelength for the dielectric constant of the plate, and the angular position of the point of "zero" phase shift corresponds to the direction to the target. This angular dependence of the phase shift corresponds to the direction-finding dependence for the direction finder being created.

На Фиг. 1 представлено расположение пластины из диэлектрического материала с диэлектрической

Figure 00000001
и магнитной
Figure 00000002
проницаемостями в свободном пространстве с диэлектрической
Figure 00000003
и магнитной
Figure 00000004
проницаемостями относительно падающей плоской волны с электрическим вектором
Figure 00000005
под углом
Figure 00000006
относительно нормали к поверхности
Figure 00000007
. В рамках геометрической оптики условно изображено положение отраженного луча под углом
Figure 00000008
и преломленного угла под углом ε.In FIG. 1 shows the location of a plate of dielectric material with a dielectric
Figure 00000001
and magnetic
Figure 00000002
free space permittivity with dielectric
Figure 00000003
and magnetic
Figure 00000004
permeabilities relative to the incident plane wave with an electric vector
Figure 00000005
at an angle
Figure 00000006
relative to the normal to the surface
Figure 00000007
. In the framework of geometric optics, the position of the reflected beam at an angle is conventionally shown
Figure 00000008
and the refracted angle at an angle ε.

Для пластины из диэлектрического материала проведено расчетное моделирование сдвига фазы отраженной волны в соответствии с матричным методом, рассмотренным в работе (Борн М., Вольф Э. Основы оптики. - М.: Наука, 1973.- 720 с.) в виде:For a plate of a dielectric material, a computational simulation of the phase shift of the reflected wave was carried out in accordance with the matrix method considered in (Born M., Wolf E. Fundamentals of Optics. - M .: Nauka, 1973.- 720 p.) In the form:

Figure 00000009
Figure 00000009

где

Figure 00000010
;
Figure 00000011
;
Figure 00000012
;Where
Figure 00000010
;
Figure 00000011
;
Figure 00000012
;

Figure 00000013
;
Figure 00000013
;

Figure 00000014
- длина волны;
Figure 00000014
- wavelength;

с - скорость света;c is the speed of light;

f - частота измерения;f is the measurement frequency;

Figure 00000015
- угол преломления;
Figure 00000015
- angle of refraction;

Figure 00000016
- толщина пластины диэлектрика из диэлектрического материала;
Figure 00000016
- the thickness of the dielectric plate of a dielectric material;

Figure 00000017
- диэлектрическая проницаемость материала пластины;
Figure 00000017
- dielectric constant of the plate material;

Figure 00000018
- магнитная проницаемость материала пластины;
Figure 00000018
- magnetic permeability of the plate material;

Figure 00000019
- для угла падения между
Figure 00000020
, при этом
Figure 00000021
равно количеству слоев и для однослойной пластины равно:
Figure 00000019
- for the angle of incidence between
Figure 00000020
, wherein
Figure 00000021
equal to the number of layers and for a single-layer plate is equal to:

Figure 00000022
Figure 00000022

Для параллельной поляризации сдвиг фазы отраженной ТМ волны, когда вектор электрического поля лежит в плоскости падения, равен:For parallel polarization, the phase shift of the reflected TM wave, when the vector of the electric field lies in the plane of incidence, is equal to:

Figure 00000023
Figure 00000023

Используя закон Снеллиуса и условия, следующие из Фиг. 1 и предполагая, что материал пластины имеет

Figure 00000024
, запишем для продольной поляризации (ТМ волны):Using Snell's law and conditions following from FIG. 1 and assuming that the plate material has
Figure 00000024
, write for longitudinal polarization (TM waves):

Figure 00000025
,
Figure 00000026
,
Figure 00000027
Figure 00000028
Figure 00000025
,
Figure 00000026
,
Figure 00000027
Figure 00000028

Сдвиг фазы отраженной ТМ волны равен:The phase shift of the reflected TM wave is equal to:

Figure 00000029
Figure 00000029

для перпендикулярной поляризации ТЕ волны, когда вектор электрического поля перпендикулярен плоскости падения:for the perpendicular polarization of the TE wave, when the electric field vector is perpendicular to the plane of incidence:

Figure 00000030
Figure 00000030

Figure 00000025
,
Figure 00000031
,
Figure 00000032
Figure 00000028
Figure 00000025
,
Figure 00000031
,
Figure 00000032
Figure 00000028

Сдвиг фазы отраженной TE волны равен:The phase shift of the reflected TE wave is equal to:

Figure 00000033
Figure 00000033

Как следует из анализа формулы (6), во всем диапазоне изменений угла падения ТЕ волны скачкообразного изменения сдвига фазы не наблюдается, а, как видно из выражения (4), сдвиг фазы отраженной ТМ волны имеет скачок, возникающий в точке неопределенности функции

Figure 00000034
при условии, когда:As follows from the analysis of formula (6), in the entire range of changes in the angle of incidence of the TE wave, an abrupt change in the phase shift is not observed, and, as can be seen from expression (4), the phase shift of the reflected TM wave has a jump occurring at the uncertainty point of the function
Figure 00000034
provided that:

Figure 00000035
Figure 00000035

которое выполняется для

Figure 00000036
при
Figure 00000037
и соответствует углу Брюстера (Калитиевский Н.И. Волновая оптика. Учеб. Пособие для ун-тов. Изд. 2-е, испр. И доп.М., «Высшая школа». 1978 г. 383 с.) при отражении ТМ волны от пластины из диэлектрического материала, что соответствует условию пеленгации по прототипу.which is performed for
Figure 00000036
at
Figure 00000037
and corresponds to the Brewster angle (Kalitievsky NI Wave optics. Textbook. Handbook for Univ. Ed. 2 nd, rev. And add. M., "Higher School". 1978, 383 pp.) waves from a plate of dielectric material, which corresponds to the condition of direction finding by the prototype.

Второй скачок сдвига фазы, соответствующий условию:The second phase shift jump corresponding to the condition:

Figure 00000038
Figure 00000038

выполняется для сдвига фазы отраженной, как ТМ, так и ТЕ волн, в точках разрыва функции

Figure 00000039
, тогда аргумент равен ±∞:performed for the phase shift of the reflected, both TM and TE waves, at the points of discontinuity of the function
Figure 00000039
then the argument is ± ∞:

Figure 00000040
или
Figure 00000041
, n=0,1,…N,
Figure 00000042
,
Figure 00000040
or
Figure 00000041
, n = 0,1, ... N,
Figure 00000042
,

выполняется для толщины пластины кратной половине длины волны в материале при угле падения волны

Figure 00000006
для обеих поляризаций ТЕ и ТМ волн:performed for the plate thickness a multiple of half the wavelength in the material at an angle of incidence of the wave
Figure 00000006
for both polarizations of TE and TM waves:

Figure 00000043
Figure 00000043

где с - скорость света;where c is the speed of light;

f - частота измерения;f is the measurement frequency;

Figure 00000016
- геометрическая толщина пластины из диэлектрического материала;
Figure 00000016
- geometric thickness of the plate of dielectric material;

Figure 00000006
- угол падения волны на пластину;
Figure 00000006
- angle of incidence of the wave on the plate;

Figure 00000044
- диэлектрическая проницаемость пластины из диэлектрического материала.
Figure 00000044
- dielectric constant of a plate of dielectric material.

Условие (9) используется в предполагаемом изобретении для расчета параметров пластины при которой выполняется условие скачка сдвига фазы между падающей и отраженной волнами для реализации пеленгационной характеристики.Condition (9) is used in the proposed invention to calculate the plate parameters under which the condition for a phase jump between the incident and reflected waves is fulfilled to realize the direction-finding characteristic.

На фиг. 2 в качестве примера реализации изобретения методом расчетного моделирования показаны совпадающие для двух поляризаций угловые зависимости сдвига фазы между отраженной и падающей волнами при падении плоской волны на пластину с диэлектрической проницаемостью (ε)

Figure 00000045
под углом
Figure 00000046
для частоты f=10 ГГц для обеих поляризаций: ТМ волны с вектором электрического поля, лежащим в плоскости падения, совпадающей с плоскостью пеленга и для ТЕ волны с вектором электрического поля перпендикулярным плоскости падения.In FIG. 2, as an example implementation of the invention, by the method of computational modeling, the angular dependences of the phase shift between the reflected and incident waves coinciding for two polarizations when a plane wave is incident on a plate with a dielectric constant (ε) are shown
Figure 00000045
at an angle
Figure 00000046
for frequency f = 10 GHz for both polarizations: TM waves with an electric field vector lying in the plane of incidence coinciding with the bearing plane and for TE waves with an electric field vector perpendicular to the plane of incidence.

Из фиг. 2 видно, что при выполнении условий соответствующих выражению (9) для пластины из диэлектрического материала с электрической толщиной равной половине длины волны на частоте измерений формируется фазовая пеленгационная характеристика при падении волны от цели под углом

Figure 00000046
.From FIG. Figure 2 shows that, under the conditions corresponding to expression (9), for a plate of dielectric material with an electric thickness equal to half the wavelength at the measurement frequency, a phase direction-finding characteristic is formed when the wave from the target is angled
Figure 00000046
.

Источником угловой информации о положении цели в данном способе является угловая зависимость сдвига фазы отраженной волны от полуволновой пластины из диэлектрического материала.The source of angular information about the target position in this method is the angular dependence of the phase shift of the reflected wave from a half-wave plate of dielectric material.

Угловая информация о положении цели извлекается в процессе измерения сдвига фазы между волнами, отраженными от цели: падающей или прошедшей через пластину и отраженной от пластины.Angular information about the position of the target is extracted in the process of measuring the phase shift between the waves reflected from the target: incident or transmitted through the plate and reflected from the plate.

Угловая зависимость сдвига фазы, как пеленгационная характеристика угломерной системы, является нечетной действительной функцией угла прихода волны относительно равносигнального направления.The angular dependence of the phase shift, as the direction-finding characteristic of the goniometric system, is an odd real function of the angle of arrival of the wave relative to the equal-signal direction.

Измеряемое значение сдвига фазы при переходе от положительного к отрицательному приходу волны изменяется на обратное, так как угловая зависимость сдвига фазы симметрична относительно равносигнального направления.The measured value of the phase shift during the transition from positive to negative arrival of the wave changes to the opposite, since the angular dependence of the phase shift is symmetric with respect to the equal signal direction.

Волна, принятая приемо-передающей антенной, соответствует суммарному каналу и используется не только в качестве опорного канала, но и для обнаружения цели, а также для измерения дальности до цели и ее скорости.The wave received by the transceiver antenna corresponds to the total channel and is used not only as a reference channel, but also for target detection, as well as for measuring the distance to the target and its speed.

Отраженная волна используется, как разностный канал для управления положением антенной системы в процессе пеленгования или в процессе автоматического сопровождения.The reflected wave is used as a difference channel to control the position of the antenna system in the process of direction finding or in the process of automatic tracking.

На фиг. 3 представлена расчетная угловая зависимость ориентации приемной антенны относительно платформы для управления пеленгатором по частоте для пластины с диэлектрической проницаемостью

Figure 00000047
.In FIG. 3 shows the calculated angular dependence of the orientation of the receiving antenna relative to the platform for controlling the direction finder in frequency for a plate with a dielectric constant
Figure 00000047
.

На фиг. 3 представлен широкополосный пеленгатор. На платформе 1, вращающейся в плоскости пеленгации, с генератором 2 соединена приемо-передающая антенна произвольной поляризации 3. В центре платформы перпендикулярно плоскости пеленга, расположена пластина из диэлектрического материала 4, установленная на держателе 5, а приемная антенна 6 с плоскостью поляризации соответствующей передающей антенне, принимающая отраженную волну от пластины из диэлектрического материала, установлена на подставке 7 для закрепления антенны под определенным углом относительно центра платформы.In FIG. 3 shows a broadband direction finder. On the platform 1, rotating in the direction-finding plane, an arbitrary-polarization receiving-transmitting antenna 3 is connected to the generator 2. In the center of the platform perpendicular to the bearing plane, there is a plate of dielectric material 4 mounted on the holder 5, and the receiving antenna 6 with the plane of polarization corresponding to the transmitting antenna receiving a reflected wave from a plate of dielectric material is mounted on a stand 7 for fixing the antenna at a certain angle relative to the center of the platform.

При обнаружении детектором 8 волны от цели происходит уточнение положения цели по сдвигу фазы пеленгатора. Волны от цели через коммутатор 9 и с выхода приемной антенны 6 подаются на измеритель сдвига фазы 10, с выхода которого, сигнал пропорциональный сдвигу фазы, попадает в вычислитель угла положения цели, выполненный на основе процессора 11, в котором с учетом данных об угловом положении платформы, поступающих с датчика углового положения платформы 12, определяется угловое положение цели. Вращение платформы осуществляется управляемым приводом 13, а при сопровождении цели положение платформы управляется по сигналу рассогласования U(α), поступающему с вычислителя угла положения цели, выполненного на основе процессора 11.When the detector 8 detects a wave from the target, the position of the target is determined by the phase shift of the direction finder. The waves from the target through the switch 9 and from the output of the receiving antenna 6 are fed to the phase shift meter 10, from the output of which, a signal proportional to the phase shift falls into the target position angle calculator, based on the processor 11, in which, taking into account the data on the angular position of the platform coming from the sensor of the angular position of the platform 12, the angular position of the target is determined. The rotation of the platform is carried out by a controlled drive 13, and when tracking the target, the position of the platform is controlled by the error signal U (α) coming from the calculator of the angle of the target position, made on the basis of the processor 11.

На фиг. 4 представлена расчетная угловая зависимость ориентации приемной антенны относительно платформы для управления пеленгатором при перестройке по частоте для пластины с диэлектрической проницаемостью

Figure 00000047
. Изменяя угол расположения приемной антенны относительно центра платформы и пластины, производится перестройка пеленгатора по частоте.In FIG. Figure 4 shows the calculated angular dependence of the orientation of the receiving antenna relative to the platform for controlling the direction finder during frequency tuning for a plate with dielectric constant
Figure 00000047
. By changing the angle of the receiving antenna relative to the center of the platform and the plate, the direction finder is tuned in frequency.

На фиг. 5 представлена блок-схема платформы с геометрическим угловым взаимным расположением элементов конструкции пеленгатора. Пластина из диэлектрического материала 4 закрепляется в центре платформы и располагается под углом α относительно начальной оси ОХ. Цель условно ориентирована под углом β относительно оси ОХ. При наблюдении цели приемо-передающая антенна А1 неподвижно закреплена под углом

Figure 00000006
к нормали относительно пластины и под углом
Figure 00000048
относительно оси ОХ, а приемная антенна А2 также закреплена неподвижно относительно пластины и принимает сигнал от цели, отраженный от пластины
Figure 00000049
и расположена под углом
Figure 00000050
. При повороте платформы направление антенны А1 на цель происходит тогда, когда угол направления на цель равен
Figure 00000051
.In FIG. 5 shows a block diagram of a platform with a geometric angular mutual arrangement of structural elements of the direction finder. A plate of dielectric material 4 is fixed in the center of the platform and is located at an angle α relative to the initial axis OX. The target is conditionally oriented at an angle β relative to the axis OX. When observing the target, the transceiver antenna A1 is fixedly fixed at an angle
Figure 00000006
normal to the plate and at an angle
Figure 00000048
about the axis OX, and the receiving antenna A2 is also fixed motionless relative to the plate and receives a signal from the target, reflected from the plate
Figure 00000049
and is located at an angle
Figure 00000050
. When the platform rotates, the direction of the antenna A1 to the target occurs when the angle of direction to the target is
Figure 00000051
.

Настройка пеленгатора на частоту производится выбором диэлектрической проницаемости материала пластины, толщины пластины из диэлектрического материала или углом расположения приемной антенны относительно центра платформы.The direction finder is tuned to the frequency by selecting the dielectric constant of the plate material, the plate thickness of the dielectric material, or the receiving antenna’s angle with respect to the center of the platform.

Таким образом, способ пеленгации и устройство, выполненное по предлагаемому техническому решению, позволяет повысить помехоустойчивость углового обнаружения цели для произвольной поляризации сигналов от цели.Thus, the direction finding method and the device made according to the proposed technical solution, allows to increase the noise immunity of the angular target detection for arbitrary polarization of the signals from the target.

Claims (2)

1. Способ пеленгации в процессе обзора пространства, включающий излучение и прием волны от цели, определение сдвига фазы между волной, прошедшей через пластину из диэлектрического материала и отраженной от неё, преобразование сдвига фазы в управляющий сигнал, пропорциональный угловому положению цели в каждом положении луча антенны, отличающийся тем, что волна от цели произвольной поляризации направляется под углом к пластине из диэлектрического материала, электрическая толщина которой кратна половине длины волны.1. A direction finding method during the space survey, including radiation and reception of a wave from a target, determining a phase shift between a wave transmitted through a plate of dielectric material and reflected from it, converting a phase shift into a control signal proportional to the angular position of the target in each position of the antenna beam characterized in that the wave from the target of arbitrary polarization is directed at an angle to the plate of dielectric material, the electric thickness of which is a multiple of half the wavelength. 2. Устройство, содержащее приемо–передающую антенну, пластину из диэлектрического материала, приемную антенну, расположенные на платформе, вращающейся в плоскости пеленгации, снабженной приводом и датчиком углового положения платформы, соединенным с вычислителем угла положения цели на основе процессора, генератор, соединенный через коммутатор с приемо–предающей антенной и детектором обнаружения цели, измеритель сдвига фазы между сигналами с выхода приемо-передающей антенны через коммутатор и приемной антенны, соединенный с вычислителем угла положения цели, отличающийся тем, что пластина из диэлектрического материала закреплена на держателе с возможностью поворота относительно центра платформы, а приемная антенна установлена на подставке для крепления ее под определенным углом относительно центра платформы. 2. A device containing a transceiver antenna, a plate of dielectric material, a receiving antenna located on a platform rotating in the direction-finding plane, equipped with a drive and an angle sensor of the platform connected to a processor based on the angle of the target position, a generator connected via a switch with a transmitting and receiving antenna and a target detection detector, a phase shift meter between signals from the output of the receiving and transmitting antenna through the switch and a receiving antenna connected to the Ithel angle target position, characterized in that the plate of dielectric material is fixed on a holder rotatable relative to the platform center, and the receiving antenna is mounted on a support for fixing it at a predetermined angle relative to the platform center.
RU2019115948A 2019-05-23 2019-05-23 Direction finding method and device for implementation thereof RU2716273C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019115948A RU2716273C1 (en) 2019-05-23 2019-05-23 Direction finding method and device for implementation thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019115948A RU2716273C1 (en) 2019-05-23 2019-05-23 Direction finding method and device for implementation thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2716273C1 true RU2716273C1 (en) 2020-03-11

Family

ID=69898199

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019115948A RU2716273C1 (en) 2019-05-23 2019-05-23 Direction finding method and device for implementation thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2716273C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5359920A (en) * 1992-12-15 1994-11-01 Hughes Aircraft Company Munition impact point indicator and automatic gun aimpoint correction system
JP2005295201A (en) * 2004-03-31 2005-10-20 Toshiba Corp Antenna device
RU2446520C1 (en) * 2011-01-11 2012-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Broadband system "antenna dome"
US20130088395A1 (en) * 2010-06-19 2013-04-11 Nokia Corporation Method and apparatus for estimating direction of arrival
RU2513718C2 (en) * 2012-07-06 2014-04-20 Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Broadband "antenna-dome" system
RU2532259C2 (en) * 2013-01-09 2014-11-10 Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") Phase-based direction finding method
EP2919031A2 (en) * 2014-03-14 2015-09-16 Broadcom Corporation Locationing via staged antenna utilization

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5359920A (en) * 1992-12-15 1994-11-01 Hughes Aircraft Company Munition impact point indicator and automatic gun aimpoint correction system
JP2005295201A (en) * 2004-03-31 2005-10-20 Toshiba Corp Antenna device
US20130088395A1 (en) * 2010-06-19 2013-04-11 Nokia Corporation Method and apparatus for estimating direction of arrival
RU2446520C1 (en) * 2011-01-11 2012-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Broadband system "antenna dome"
RU2513718C2 (en) * 2012-07-06 2014-04-20 Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Broadband "antenna-dome" system
RU2532259C2 (en) * 2013-01-09 2014-11-10 Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") Phase-based direction finding method
EP2919031A2 (en) * 2014-03-14 2015-09-16 Broadcom Corporation Locationing via staged antenna utilization

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЛЕОНОВ А.И., ФОМИЧЕВ К.И. Моноимпульсная радиолокация. М.: изд. "Советское радио", 1970, с.6-7,20-23. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7701393B2 (en) Radio frequency navigation using frequency response matching
US7848896B2 (en) Non-contact measurement system for accurate measurement of frequency and amplitude of mechanical vibration
JPH063453B2 (en) Measuring method and device for altitude distribution of wind direction, wind speed, and temperature
RU2392635C2 (en) Method for detecting and determining coordinates of search object
Mayer et al. A holographic surface measurement of the Texas 4.9-m antenna at 86 GHz
US6070461A (en) System for detection and measurement of atmospheric movement
CN108363046B (en) Passive radar direction finding method and system based on double-receiver elliptic scanning
US7495611B2 (en) Method for determining signal direction using artificial doppler shifts
RU2716273C1 (en) Direction finding method and device for implementation thereof
Chen et al. Beam split algorithm for height measurement with meter-wave MIMO radar
Sen et al. Radar systems and radio aids to navigation
RU2811893C1 (en) Broadband direction finder
Zhao et al. A high precision direction-finding method based on multi-baseline for target rescue
RU2699079C1 (en) Direction finding method and broadband direction finder for realizing said method
EP3869616B1 (en) Measurement system for measuring an angular error introduced by a radome and corresponding method
RU2308735C1 (en) Method for determining position of radio radiation sources in short-distance zone
RU2296350C1 (en) Location mode
Kuznietsov et al. Providing the Required Accuracy of Measurements of Spatial Coordinates of Aerial Objects
RU2416108C1 (en) Method for complex target location
RU2352952C1 (en) Single-antenna measuring gauge of polarised matrix
McMillan Intensity and angle-of-arrival effects on microwave propagation caused by atmospheric turbulence
Goggins et al. Phase signature radars
RU2537384C1 (en) Polarisation-modulation method of radar measurement of roll angle of airborne vehicle, and device for its implementation
CN114114220B (en) Method and device for judging terahertz wave beam quality based on ray tracing
Mizrakhy et al. Investigation of polarization back-scattering characteristics of metal cube in sub-THz frequency range by the quasi-optical waveguide modeling method