RU2717233C1 - Способ определения дальности до поверхности земли - Google Patents

Способ определения дальности до поверхности земли Download PDF

Info

Publication number
RU2717233C1
RU2717233C1 RU2019130413A RU2019130413A RU2717233C1 RU 2717233 C1 RU2717233 C1 RU 2717233C1 RU 2019130413 A RU2019130413 A RU 2019130413A RU 2019130413 A RU2019130413 A RU 2019130413A RU 2717233 C1 RU2717233 C1 RU 2717233C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
earth
range
determined
duration
radio
Prior art date
Application number
RU2019130413A
Other languages
English (en)
Inventor
Андрей Алексеевич Хрусталёв
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Priority to RU2019130413A priority Critical patent/RU2717233C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2717233C1 publication Critical patent/RU2717233C1/ru

Links

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
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
    • G01S13/103—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves particularities of the measurement of the distance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
    • G01S13/106—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves using transmission of pulses having some particular characteristics
    • 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
    • G01S5/06—Position of source determined by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при построении различных радиолокационных систем, предназначенных для определения дальности от движущегося объекта до поверхности земли, использующих принцип отражения радиоволн. Техническим результатом предлагаемого изобретения является сокращение времени обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли. В способе определения дальности до поверхности земли, заключающемся в использовании в качестве зондирующих сигналов радиоимпульсов, состоящих из N монохроматических субимпульсов, с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией, изменении несущей частоты радиоимпульсов периода повторения и длительности от радиоимпульса к радиоимпульсу, приеме сигналов, отраженных от поверхности земли, проведении согласованной фильтрации отраженных сигналов и определении дальности до поверхности земли на предварительном этапе период повторения, длительность зондирующих радиоимпульсов и количество монохроматических субимпульсов устанавливают фиксированными, а обнаружение отраженных сигналов производят одновременно во всем диапазоне определяемых дальностей с разбиванием диапазона определяемых дальностей до поверхности земли на ƒ поддиапазонов, в каждом из которых проводят согласованную фильтрацию отраженных сигналов.

Description

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при построении различных радиолокационных систем, предназначенных для определения дальности от движущегося объекта до поверхности земли, использующих принцип отражения радиоволн.
Известен аналог - способ определения дальности до поверхности земли (В.И. Вербицкий, Н.Н. Калмыков, С.А. Мельников, В.В. Соловьев, А.С. Рыжков. Радиовысотомер больших высот с ФКМ сигналом, Сборник трудов Третьей Всероссийской научно-технической конференции «Радиовысотометрия-2010», Каменск-Уральский, 2010 г., стр. 206-210), применяемый в радиовысотомерах, заключающийся в излучении зондирующих сигналов в направлении поверхности земли, в качестве которых используют радиоимпульсы с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией.
Реализация способа-аналога заключается в следующем.
Задают диапазон определяемых дальностей.
Используют в качестве зондирующих сигналов радиоимпульсы с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией.
Определяют параметры радиоимпульсов, исходя из требований:
- радиоимпульсы должны иметь постоянные длительность tu, и период повторения Tn.
- радиоимпульсы должны состоять из N монохроматических субимпульсов длительностью τ, где N - постоянная величина;
- максимальная длительность радиоимпульсов tu должна быть ограничена временем распространения сигнала от нижней границы диапазона определяемых дальностей до поверхности земли и обратно.
Реализуют фазокодовую внутриимпульсную манипуляцию модулированием М-последовательностями начальных фаз субимпульсов, принимающих одно из двух значений 0 или π.
Излучают в направлении поверхности земли зондирующие сигналы на постоянной несущей частоте ƒн.
Принимают сигналы, отраженные от поверхности земли.
Проводят согласованную фильтрацию отраженных сигналов с использованием в качестве весовых коэффициентов кодов, формирующих модулирующие М-последовательности.
Определяют дальность до поверхности земли.
В способе-аналоге радиоимпульсы имеют постоянные длительность tu и количество N монохроматических субимпульсов длительностью τ, что требует увеличения уровня мощности излучаемых радиоимпульсов при определении дальности до поверхности земли вблизи верхней границы диапазона определяемых дальностей.
Излучение зондирующих сигналов на постоянной несущей частоте с большим уровнем пиковой мощности излучаемых радиоимпульсов приводит к снижению функциональных возможностей способа при определении дальности до поверхности земли.
Известен способ определения дальности до поверхности земли (патент №2685702 РФ, МПК G01S 13/32 (2006.01). Способ определения дальности до поверхности земли / Хрусталев А.А., Артемьев В.В. // Изобретения. Полезные модели. - 2019. - Опубл. 23.04.2019. - Бюл. №12), выбранный за прототип, применяемый в радиовысотомерах, заключающийся в излучении зондирующих сигналов в направлении поверхности земли, в качестве которых используют радиоимпульсы с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией.
Реализация способа-прототипа осуществляется в два этапа (предварительный и основной) и заключается в следующем.
Предварительный этап обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли.
Реализуется предварительный этап обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли следующим образом.
Задают диапазон определяемых дальностей.
Используют в качестве зондирующих сигналов радиоимпульсы с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией, имеющие несущую частоту ƒн, длительность tu, период повторения Tn, и состоящие из N монохроматических субимпульсов длительностью τ.
Реализуют фазокодовую внутриимпульсную манипуляцию модулированием М-последовательностями начальных фаз субимпульсов, принимающих одно из двух значений 0 или π.
Осуществляют перестройку несущей частоты ƒн радиоимпульсов от радиоимпульса к радиоимпульсу по случайному равновероятному закону в заданном диапазоне частот в каждом периоде повторения радиоимпульсов. Несущая частота ƒнi для каждого i-го радиоимпульса постоянна.
Разбивают диапазон определяемых дальностей до поверхности земли на j поддиапазонов, где первый поддиапазон начинают с минимальной дальности до поверхности, а последний - заканчивают максимальной дальностью до поверхности.
Устанавливают в каждом поддиапазоне определяемых дальностей длительности радиоимпульсов, период повторения радиоимпульсов и количество монохроматических субимпульсов фиксированными, для каждого j-го поддиапазона определяемых дальностей.
Определяют длительность tuj радиоимпульсов как разность между временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для минимальной дальности данного поддиапазона и первой временной константой k1, определяемой условиями определения дальности до поверхности земли на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли, для каждого j-го поддиапазона определяемых дальностей.
Определяют период повторения радиоимпульсов Tnj как сумму времени распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для максимальной дальности данного поддиапазона, длительности tuj радиоимпульса для j-го поддиапазона и второй временной константы k2, определяемой временем, необходимым на перестройку несущей частоты от радиоимпульса к радиоимпульсу в каждом периоде повторения по случайному равновероятному закону в заданном диапазоне частот и временем, необходимым на прием сигналов, отраженных от поверхности земли в заданном секторе углов на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли.
Определяют для каждого j-го поддиапазона определяемых дальностей, количество Nj монохроматических субимпульсов радиоимпульсе как отношение длительности tuj радиоимпульсов к длительности монохроматических субимпульсов (постоянная величина) с округлением до ближайшего целого в меньшую сторону.
Проводят согласованную фильтрацию принятых отраженных сигналов с использованием в качестве весовых коэффициентов кодов, формирующих на предварительном этапе модулирующие М-последовательности.
Проводят обнаружение отраженных сигналов в первом поддиапазоне, причем число проинтегрированных отраженных сигналов, необходимых для обнаружения, определяют с учетом заданных коэффициента различимости и вероятности ложной тревоги.
При отсутствии обнаружения в первом поддиапазоне обнаружение отраженных сигналов осуществляют во втором поддиапазоне, и так проводят обнаружение отраженных сигналов во всех поддиапазонах, последовательно увеличивая номер поддиапазона.
После обнаружения отраженных сигналов в одном из поддиапазонов грубо определяют дальность до поверхности земли и переходят к основному этапу определения дальности до поверхности земли.
Основной этап определения дальности до поверхности земли.
Основной этап определения дальности до поверхности земли осуществляется следующим образом.
Используют определенное на предварительном этапе значение грубо определенной дальности до поверхности земли в качестве априорной дальности, т.е. определенной в (i-1)-ом периоде.
Определяют длительности tui радиоимпульсов в i-ом периоде повторения радиоимпульсов, период повторения Tni для i-го радиоимпульса и количество Ni монохроматических субимпульсов в i-ом радиоимпульсе.
Определяют длительности tui радиоимпульсов в i-ом периоде повторения радиоимпульсов как разности между временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для дальности, определенной в (i-1)-ом периоде и третьей временной константой k3, определяемой условиями определения дальности до поверхности земли.
Определяют значение периода повторения Tni для i-го радиоимпульса как сумму времени распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для дальности, определенной в (i-1)-ом периоде, длительности tui радиоимпульсов в i-ом периоде и четвертой временной константы k4, определяемой временем, необходимым на перестройку несущей частоты от радиоимпульса к радиоимпульсу в каждом периоде повторения по случайному равновероятному закону в заданном диапазоне частот и временем, необходимым на прием сигналов, отраженных от поверхности земли в заданном секторе углов.
Определяют количество Ni монохроматических субимпульсов в i-ом радиоимпульсе как отношения длительности радиоимпульса в i-ом периоде повторения к длительности монохроматических субимпульсов (постоянная величина) с округлением до ближайшего целого в меньшую сторону.
Принимают сигналы, отраженные от поверхности земли.
Проводят согласованную фильтрацию отраженных сигналов с использованием в качестве весовых коэффициентов кодов, формирующих на основном этапе модулирующие М-последовательности.
Осуществляют точное определение дальности до поверхности земли без интегрирования отраженных сигналов.
При потере отраженных сигналов на основном этапе переходят к предварительному этапу обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли для повторного обнаружения отраженных сигналов.
Недостатком способа-прототипа является большое время обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли.
В способе-прототипе диапазон определяемых дальностей до поверхности земли разбивают на j поддиапазонов, где первый поддиапазон начинают с минимальной дальности до поверхности, а последний - заканчивают максимальной дальностью до поверхности.
Обнаружение отраженных сигналов сначала проводят в первом поддиапазоне. При отсутствии обнаружения в первом поддиапазоне обнаружение отраженных сигналов осуществляют во втором поддиапазоне, и так проводят обнаружение отраженных сигналов во всех поддиапазонах, последовательно увеличивая номер поддиапазона.
При нахождении отраженных сигналов в последнем поддиапазоне время обнаружения отраженных сигналов будет определяться суммой времен обнаружения отраженных сигналов по всем j поддиапазонам.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является сокращение времени обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов.
Технический результат достигается тем, что в способе определения дальности до поверхности земли, проводимом в два этапа (предварительный и основной), заключающемся в излучении на обоих этапах зондирующих сигналов в направлении поверхности земли, использовании в качестве зондирующих сигналов радиоимпульсов, состоящих из монохроматических субимпульсов длительностью τ, с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией, которую реализуют модулированием М-последовательностями начальных фаз субимпульсов, принимающих одно из двух значений 0 или π, перестройке несущей частоты ƒн радиоимпульсов от радиоимпульса к радиоимпульсу по случайному равновероятному закону в каждом периоде повторения, грубом определении дальности до поверхности земли на предварительном этапе путем установки фиксированными длительности радиоимпульсов, периода повторения радиоимпульсов и количества монохроматических субимпульсов, разбиения диапазона определяемых дальностей до поверхности земли на поддиапазоны, где первый поддиапазон начинают с минимальной дальности до поверхности, а последний - заканчивают максимальной дальностью до поверхности, проведения согласованной фильтрации принятых отраженных сигналов, обнаружения отраженных сигналов в одном из поддиапазонов, грубого определения дальности до поверхности земли и определения дальности до поверхности земли на основном этапе путем использования определенного на предварительном этапе значения грубо определенной дальности до поверхности земли в качестве априорной дальности для установки параметров радиоимпульсов на основном этапе, на предварительном этапе длительность tuc радиоимпульсов определяют как разность между временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для минимальной дальности данного диапазона и первой временной константой k1, период повторения радиоимпульсов Tnc определяют как сумму времени распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для максимальной дальности, длительности tuc радиоимпульса и второй временной константы k2, количество Nc монохроматических субимпульсов радиоимпульсе определяют как отношение длительности tuc радиоимпульсов к длительности монохроматических субимпульсов (постоянная величина) с округлением до ближайшего целого в меньшую сторону, производят согласованную фильтрацию отраженных сигналов одновременно во всех ƒ поддиапазонах определяемых дальностей, на которые разбит диапазон определяемых дальностей до поверхности земли, в каждом из ƒ поддиапазонов проводят согласованную фильтрацию отраженных сигналов с использованием в качестве весовых коэффициентов кодов согласованной фильтрации, образованных из кодов длительностью tu, формирующих модулирующие М-последовательности, вырезанием фрагментов длительностью tuƒ для каждого ƒ поддиапазона определяемых дальностей, отсчет длительностей tuƒ кодов согласованной фильтрации для ƒ всех поддиапазонов определяемых дальностей производят от конца кодов длительностью tu, определяют длительности tuƒ кодов согласованной фильтрации, как разность между временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для минимальной дальности поддиапазона tmin(ƒ) и первой временной константой k1, устанавливают длительности tuƒ кодов согласованной фильтрации фиксированными для каждого ƒ поддиапазона определяемых дальностей, производят обнаружение отраженных сигналов одновременно во всех ƒ поддиапазонах определяемых дальностей, число проинтегрированных отраженных сигналов, необходимых для обнаружения, определяют с учетом заданного коэффициента различимости и заданной вероятности ложной тревоги, производят поиск и обнаружение сигнала, отраженного от поверхности земли в каждом ƒ-м поддиапазоне, во временном интервале, соответствующем временному интервалу от минимального значения измеряемой дальности поддиапазона определяемых дальностей до максимального значения измеряемой дальности данного поддиапазона определяемых дальностей, после обнаружения отраженных сигналов в одном из поддиапазонов грубо определяют дальность до поверхности земли.
Способ определения дальности до поверхности земли реализуется следующим образом.
Реализуют предварительный этап обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли следующим образом.
Используют в качестве зондирующих сигналов радиоимпульсы с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией.
Реализуют фазокодовую внутриимпульсную манипуляцию модулированием М-последовательностями начальных фаз субимпульсов, принимающих одно из двух значений 0 или π.
Определяют параметры радиоимпульсов: значения длительности tuc и периода повторения Tnc радиоимпульсов, количества монохроматических субимпульсов Nc длительностью τ.
Длительность tuc, период повторения радиоимпульсов Tnc и количество монохроматических субимпульсов Nc устанавливают фиксированными, для всего диапазона определяемых дальностей.
Длительность tuc радиоимпульсов определяют, как разность между временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для минимальной дальности диапазона tmin(c) и первой временной константой k1, определяемой на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли.
Время распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для минимальной дальности диапазона равно:
Figure 00000001
где R(c) - минимальная дальность диапазона;
с - скорость распространения электромагнитных волн.
Значение длительности tuc радиоимпульса определяют:
Figure 00000002
где k1 - первая временная константа, определяемая условиями определения дальности до поверхности земли.
Figure 00000003
где tмз - время, определяемое величиной «мертвой» зоны приемника измерителя дальности при измерении дальности;
tnu - время, определяемое погрешностью измерения дальности измерителя дальности;
tuв - время, определяемое максимальным изменением высоты рельефа поверхности земли за время обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли;
tвc - время, определяемое изменением дальности до поверхности земли за время обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли при наличии вертикальной скорости движения движущегося объекта.
Значение периода повторения Tnc определяют, как сумму времени распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для максимальной дальности tmax(c), длительности tuc радиоимпульса и второй временной константы k2, определяемой на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли.
Значение периода повторения Tnc определяют:
Figure 00000004
Figure 00000005
tпep - время, необходимое на перестройку несущей частоты от радиоимпульса к радиоимпульсу в каждом периоде повторения по случайному (равновероятному) закону в заданном диапазоне частот;
tизм - время, необходимое на прием сигналов, отраженных от поверхности земли в заданном секторе углов.
Количество Nc монохроматических субимпульсов в радиоимпульсе определяют, как отношение длительности tuc радиоимпульсов к длительности монохроматических субимпульсов (постоянная величина) с округлением до ближайшего целого в меньшую сторону.
Количество Nc монохроматических субимпульсов определяют:
Figure 00000006
где
Figure 00000007
- округление до ближайшего целого в меньшую сторону;
tuc - длительность радиоимпульса;
τ - длительность монохроматических субимпульсов (постоянная величина).
Излучают в направлении поверхности земли зондирующие сигналы на перестраиваемой от радиоимпульса к радиоимпульсу несущей частоте ƒнi. Перестройку несущей частоты ƒнi производят в каждом периоде повторения по случайному (равновероятному) закону в заданном диапазоне частот. Несущая частота ƒнi для каждого i-го радиоимпульса постоянна.
Принимают отраженные от поверхности земли зондирующие сигналы.
Диапазон определяемых дальностей до поверхности земли при обнаружении отраженных сигналов разбивают на ƒ поддиапазонов, где первый поддиапазон начинают с минимальной дальности до поверхности, а последний - заканчивают максимальной дальностью до поверхности.
Проводят согласованную фильтрацию отраженных сигналов в каждом из ƒ поддиапазонов с использованием в качестве весовых коэффициентов кодов согласованной фильтрации, образованных из кодов, формирующих на предварительном этапе модулирующие М-последовательности.
Определяют значения длительности кодов согласованной фильтрации для каждого ƒ поддиапазона определяемых дальностей, образованных вырезанием из кодов длительностью tu, формирующих модулирующие М-последовательности, фрагментов длительностью tuƒ для каждого ƒ поддиапазона определяемых дальностей.
Отсчет длительностей tuƒ кодов согласованной фильтрации для ƒ всех поддиапазонов определяемых дальностей производят от конца кодов длительностью tu, формирующих модулирующие М-последовательности.
Длительность tuƒ кодов согласованной фильтрации определяют, как разность между временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для минимальной дальности поддиапазона tmin(ƒ) и первой временной константой k1, определяемой на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли.
Время распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для минимальной дальности поддиапазона равно:
Figure 00000008
где R(ƒ) - минимальная дальность поддиапазона;
с - скорость распространения электромагнитных волн.
Значение длительности tuƒ кода согласованной фильтрации определяют:
Figure 00000009
Длительности tuƒ кодов согласованной фильтрации устанавливают фиксированными для каждого ƒ поддиапазона определяемых дальностей.
Производят обнаружение отраженных сигналов и грубое определение дальности до поверхности земли.
Обнаружение отраженных сигналов производят одновременно во всех ƒ поддиапазонах определяемых дальностей, причем число проинтегрированных отраженных сигналов, необходимых для обнаружения, определяют с учетом заданного коэффициента различимости и заданной вероятности ложной тревоги.
Поиск и обнаружение сигнала, отраженного от поверхности земли в каждом ƒ-м поддиапазоне, производят во временном интервале, соответствующем временному интервалу от минимального значения измеряемой дальности поддиапазона определяемых дальностей до максимального значения измеряемой дальности данного поддиапазона определяемых дальностей, разбитом на М парциальных интервалов (М>>1) времени равной длительности Δt, каждому из которых соответствует свой селектирующий импульс.
Поиск и обнаружение отраженного сигнала производят одновременно по всем селектирующим импульсам, что сокращает время обнаружения сигнала.
Отраженный сигнал считается обнаруженным, когда в одном из селектирующих импульсов ΔtM∈MΔt происходит превышение порога накопления р (р>1).
Чем больше значение порога накопления р, тем больше отраженных сигналов надо проинтегрировать и тем выше вероятность правильного обнаружения и меньше вероятность ложного срабатывания при обнаружении отраженного сигнала.
На практике максимальное значение порога накопления р ограничено временем, в течение которого сигнал, отраженный от поверхности земли, находится в пределах одного и того же селектирующего импульса. За счет интегрирования (накопления) отраженных сигналов обнаружение отраженных сигналов происходит с низкой вероятностью ложной тревоги и высокой вероятностью правильного обнаружения и может происходить при значениях отношения сигнал-шум близких к единице.
После обнаружения отраженных сигналов в одном из ƒ поддиапазонов определяемых дальностей, определяют грубое значение дальности до поверхности земли.
Временную задержку tЗ(ƒ) измеряют в поддиапазоне определяемых дальностей, в котором произошло обнаружение отраженного сигнала, между моментом излучения зондирующего сигнала и фронтом селектирующего импульса, в котором произошло обнаружение отраженного сигнала.
Значение tЗ(ƒ) определяет значение грубо определенной дальности до поверхности земли.
Основной этап определения дальности до поверхности земли осуществляется следующим образом.
Используют определенное на предварительном этапе значение грубо определенной дальности до поверхности земли в качестве априорной дальности, т.е. определенной в (i-1)-ом периоде.
Определяют параметры радиоимпульсов: длительность tui и период повторения Tni радиоимпульсов, количество Ni монохроматических субимпульсов длительностью τ.
Длительность tui периода повторения Tni радиоимпульсов и количество Ni монохроматических субимпульсов в i-ом периоде повторения радиоимпульсов определяют в зависимости от дальности до поверхности земли, определенной в (i-1)-ом периоде повторения (в предыдущем периоде повторения).
Значение длительности tui радиоимпульса в i-ом периоде повторения определяют:
Figure 00000010
где tЗ(i-1) - время распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для дальности, определенной в (i-1)-ом периоде.
Figure 00000011
где R(i-1) - дальность до поверхности земли, определенная в (i-1)-ом периоде повторения;
k3 - третья временная константа, определяемая условиями определения дальности до поверхности земли.
Figure 00000012
где tмз - время, определяемое величиной «мертвой» зоны приемника измерителя дальности при измерении дальности;
tnu - время, определяемое погрешностью измерения дальности измерителя дальности;
tuв - время, определяемое максимальным изменением высоты рельефа поверхности земли за один период повторения радиоимпульсов;
tвс - время, определяемое изменением дальности до поверхности земли за один период повторения радиоимпульсов при наличии вертикальной скорости движения движущегося объекта.
В начале работы на втором этапе за время распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для дальности, определенной в (i-1)-ом периоде повторения, принимают грубое значение дальности до поверхности земли tЗ(ƒ), определенное на первом этапе.
Значение периода повторения Tni для i-го радиоимпульса определяют:
Figure 00000013
где k4 - четвертая временная константа, определяемая временем, необходимым на перестройку несущей частоты от радиоимпульса к радиоимпульсу в каждом периоде повторения по случайному равновероятному закону в заданном диапазоне частот и временем, необходимым на прием сигналов, отраженных от поверхности земли в заданном секторе углов.
Figure 00000014
tпep - время, необходимое на перестройку несущей частоты от радиоимпульса к радиоимпульсу в каждом периоде повторения по случайному (равновероятному) закону в заданном диапазоне частот;
tизм - время, необходимое на прием сигналов, отраженных от поверхности земли в заданном секторе углов.
Количество Ni монохроматических субимпульсов в i-ом радиоимпульсе определяют:
Figure 00000015
где
Figure 00000007
- округление до ближайшего целого в меньшую сторону;
tui - длительность радиоимпульса в i-ом периоде повторения;
τ - длительность монохроматических субимпульсов (постоянная величина).
Излучают в направлении поверхности земли зондирующие сигналы на перестраиваемой от радиоимпульса к радиоимпульсу несущей частоте ƒнi.
Принимают сигналы, отраженные от поверхности земли.
Проводят согласованную фильтрацию отраженных сигналов во всем диапазоне определяемых дальностей с использованием в качестве весовых коэффициентов кодов, формирующих на основном этапе модулирующие М-последовательности.
Осуществляют точное определение дальности до поверхности земли без интегрирования отраженных сигналов.
При потере отраженных сигналов на основном этапе переходят к предварительному этапу обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли для повторного обнаружения отраженных сигналов.
Данный способ определения дальности до поверхности земли имеет существенные отличия от прототипа, поскольку обеспечивается сокращение времени обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли.
В способе-прототипе диапазон определяемых дальностей до поверхности земли разбивают на j поддиапазонов, где первый поддиапазон начинают с минимальной дальности до поверхности, а последний - заканчивают максимальной дальностью до поверхности.
Обнаружение отраженных сигналов сначала проводят в первом поддиапазоне. При отсутствии обнаружения в первом поддиапазоне обнаружение отраженных сигналов осуществляют во втором поддиапазоне, и так проводят обнаружение отраженных сигналов во всех поддиапазонах, последовательно увеличивая номер поддиапазона.
При нахождении отраженных сигналов в последнем поддиапазоне время обнаружения отраженных сигналов будет определяться суммой времен обнаружения отраженных сигналов по всем j поддиапазонам.
Кроме того, данный способ определения дальности до поверхности земли имеет дополнительные существенные отличия от аналога.
В данном способе определения дальности до поверхности земли обеспечивается расширение функциональных возможностей при определении дальности до поверхности земли за счет:
- перестройки несущей частоты радиоимпульсов от радиоимпульса к радиоимпульсу по случайному равновероятному закону;
- снижения требований к стабильности фазы зондирующих сигналов. Стабильность фазы зондирующих сигналов требуется не за время полного периода зондирующих сигналов, а лишь за время, соответствующее времени излучения данного радиоимпульса. А эффект Доплера практически не оказывает влияния при обработке отраженных сигналов, т.к. осуществляется перестройка несущей частоты радиоимпульсов от радиоимпульса к радиоимпульсу по случайному равновероятному закону.
- снижения уровня пиковой мощности излучаемых радиоимпульсов, которое обусловлено двумя факторами:
а) значение длительности tui радиоимпульса в i-ом периоде повторения - величина переменная и определяется дальностью до поверхности земли, измеренной в предыдущем периоде измерений (временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для дальности, определенной в предыдущем периоде). Это позволяет изменять количество Ni монохроматических субимпульсов длительностью τ в излучаемых радиоимпульсах, увеличивая их количество при увеличении измеряемой дальности, и, тем самым, не требовать увеличения уровня мощности излучаемых радиоимпульсов при определении дальности до поверхности земли вблизи верхней границы диапазона определяемых дальностей. Так Ni может составлять единицы при малых дальностях и сотни - при больших дальностях. При этом выигрыш в отношении сигнал/шум за счет когерентной обработки может составить десятки децибел;
б) значение периода повторения Tni для i-гo радиоимпульса - величина переменная и определяется значением длительности tui радиоимпульса в i-ом периоде повторения, временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для дальности, определенной в предыдущем периоде и константой, значение которой в основном определяется временем, необходимым на перестройку несущей частоты от радиоимпульса к радиоимпульсу в каждом периоде повторения. Это позволяет изменять значение периода повторения Tni для i-го радиоимпульса, обеспечивая однозначность измерения дальности до поверхности земли. Необходимо отметить, что наличие константы приводит к тому, что скважность радиоимпульсов является переменной и уменьшается при увеличении измеряемой дальности, тем самым увеличивая среднюю мощность излучаемых радиоимпульсов. Так скважность радиоимпульсов может составлять единицы при больших дальностях и сотни (и даже тысячи) - при малых дальностях.
Таким образом, данный способ определения дальности до поверхности земли имеет существенные отличия от известных способов определения дальности, поскольку обеспечивается сокращение времени обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли и расширение функциональных возможностей при определении дальности до поверхности земли.

Claims (1)

  1. Способ определения дальности до поверхности земли, проводимый в два этапа (предварительный и основной), заключающийся в излучении на обоих этапах зондирующих сигналов в направлении поверхности земли, использовании в качестве зондирующих сигналов радиоимпульсов, состоящих из монохроматических субимпульсов длительностью τ, с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией, которую реализуют модулированием М-последовательностями начальных фаз субимпульсов, принимающих одно из двух значений 0 или π, перестройке несущей частоты ƒн радиоимпульсов от радиоимпульса к радиоимпульсу по случайному равновероятному закону в каждом периоде повторения, грубом определении дальности до поверхности земли на предварительном этапе путем установки фиксированными длительности радиоимпульсов, периода повторения радиоимпульсов и количества монохроматических субимпульсов, разбиения диапазона определяемых дальностей до поверхности земли на поддиапазоны, где первый поддиапазон начинают с минимальной дальности до поверхности, а последний заканчивают максимальной дальностью до поверхности, проведения согласованной фильтрации принятых отраженных сигналов, обнаружения отраженных сигналов в одном из поддиапазонов, грубого определения дальности до поверхности земли и определения дальности до поверхности земли на основном этапе путем использования определенного на предварительном этапе значения грубо определенной дальности до поверхности земли в качестве априорной дальности для установки параметров радиоимпульсов на основном этапе, отличающийся тем, что на предварительном этапе длительность tuc радиоимпульсов определяют как разность между временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для минимальной дальности данного диапазона и первой временной константой k1, период повторения радиоимпульсов Тnс определяют как сумму времени распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для максимальной дальности, длительности tuc радиоимпульса и второй временной константы k2, количество Nc монохроматических субимпульсов врадиоимпульсе определяют как отношение длительности tuc радиоимпульсов к длительности монохроматических субимпульсов (постоянная величина) с округлением до ближайшего целого в меньшую сторону, производят согласованную фильтрацию отраженных сигналов одновременно во всех ƒ поддиапазонах определяемых дальностей, на которые разбит диапазон определяемых дальностей до поверхности земли, в каждом из
    Figure 00000016
    ƒ поддиапазонов проводят согласованную фильтрацию отраженных сигналов с использованием в качестве весовых коэффициентов кодов согласованной фильтрации, образованных из кодов длительностью tu, формирующих модулирующие М-последовательности, вырезанием фрагментов длительностью tuƒ для каждого ƒ поддиапазона определяемых дальностей, отсчет длительностей tuƒ кодов согласованной фильтрации для ƒ всех поддиапазонов определяемых дальностей производят от конца кодов длительностью tu, определяют длительности tuƒ кодов согласованной фильтрации, как разность между временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для минимальной дальности поддиапазона tmin(ƒ) и первой временной константой k1, устанавливают длительности tuƒ кодов согласованной фильтрации фиксированными для каждого ƒ поддиапазона определяемых дальностей, производят обнаружение отраженных сигналов одновременно во всех ƒ поддиапазонах определяемых дальностей, число проинтегрированных отраженных сигналов, необходимых для обнаружения, определяют с учетом заданного коэффициента различимости и заданной вероятности ложной тревоги, производят поиск и обнаружение сигнала, отраженного от поверхности земли в каждом ƒ-м поддиапазоне, во временном интервале, соответствующем временному интервалу от минимального значения измеряемой дальности поддиапазона определяемых дальностей до максимального значения измеряемой дальности данного поддиапазона определяемых дальностей, после обнаружения отраженных сигналов в одном из поддиапазонов грубо определяют дальность до поверхности земли.
RU2019130413A 2019-09-25 2019-09-25 Способ определения дальности до поверхности земли RU2717233C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019130413A RU2717233C1 (ru) 2019-09-25 2019-09-25 Способ определения дальности до поверхности земли

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019130413A RU2717233C1 (ru) 2019-09-25 2019-09-25 Способ определения дальности до поверхности земли

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2717233C1 true RU2717233C1 (ru) 2020-03-19

Family

ID=69898688

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019130413A RU2717233C1 (ru) 2019-09-25 2019-09-25 Способ определения дальности до поверхности земли

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2717233C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2746521C1 (ru) * 2020-05-28 2021-04-15 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Способ определения дальности до поверхности земли

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0633983B2 (ja) * 1988-02-22 1994-05-02 日本電子機器株式会社 目標及び一定離隔度検知方法
WO2007038068A2 (en) * 2005-09-26 2007-04-05 Honeywell International Inc. Methods and systems for measuring terrain height
RU2372626C1 (ru) * 2008-06-11 2009-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" Способ определения дальности до поверхности земли
US7639175B1 (en) * 2007-09-27 2009-12-29 Rockwell Collins, Inc. Method and apparatus for estimating terrain elevation using a null response
FR2941304A1 (fr) * 2009-01-20 2010-07-23 Thales Sa Procede de mesure en distance, notamment pour radar a courte portee
RU2436116C1 (ru) * 2010-03-09 2011-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" Способ определения дальности до поверхности земли
US8115672B2 (en) * 2010-02-02 2012-02-14 Thales Method of measuring distance, notably for short-range radar
RU2510043C1 (ru) * 2012-11-12 2014-03-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Способ определения дальности до поверхности земли
RU2550365C1 (ru) * 2014-03-18 2015-05-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Способ определения дальности до поверхности земли
RU2637817C1 (ru) * 2017-02-20 2017-12-07 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Способ определения дальности до поверхности земли
CN109490874A (zh) * 2017-09-12 2019-03-19 德尔福技术有限责任公司 确定雷达目标作为位置地标的适合性的方法
RU2685702C1 (ru) * 2018-06-25 2019-04-23 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Способ определения дальности до поверхности земли

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0633983B2 (ja) * 1988-02-22 1994-05-02 日本電子機器株式会社 目標及び一定離隔度検知方法
WO2007038068A2 (en) * 2005-09-26 2007-04-05 Honeywell International Inc. Methods and systems for measuring terrain height
US7639175B1 (en) * 2007-09-27 2009-12-29 Rockwell Collins, Inc. Method and apparatus for estimating terrain elevation using a null response
RU2372626C1 (ru) * 2008-06-11 2009-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" Способ определения дальности до поверхности земли
FR2941304A1 (fr) * 2009-01-20 2010-07-23 Thales Sa Procede de mesure en distance, notamment pour radar a courte portee
US8115672B2 (en) * 2010-02-02 2012-02-14 Thales Method of measuring distance, notably for short-range radar
RU2436116C1 (ru) * 2010-03-09 2011-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" Способ определения дальности до поверхности земли
RU2510043C1 (ru) * 2012-11-12 2014-03-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Способ определения дальности до поверхности земли
RU2550365C1 (ru) * 2014-03-18 2015-05-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Способ определения дальности до поверхности земли
RU2637817C1 (ru) * 2017-02-20 2017-12-07 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Способ определения дальности до поверхности земли
CN109490874A (zh) * 2017-09-12 2019-03-19 德尔福技术有限责任公司 确定雷达目标作为位置地标的适合性的方法
RU2685702C1 (ru) * 2018-06-25 2019-04-23 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Способ определения дальности до поверхности земли

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2746521C1 (ru) * 2020-05-28 2021-04-15 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Способ определения дальности до поверхности земли

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2641727C1 (ru) Способ первичной импульсно-доплеровской дальнометрии целей на фоне узкополосных пассивных помех
RU2449307C2 (ru) Способ обзорной импульсно-доплеровской радиолокации целей на фоне отражений от земной поверхности
CN101470202A (zh) 一种脉冲多普勒雷达系统及其信号处理方法
KR20110114795A (ko) 주파수 변조 연속파 레이다에서 간섭 제거를 위한 시스템 간 동기화 방법
US11428795B2 (en) Method and device for counting people by using UWB radar
RU2650835C1 (ru) Способ определения параметров цели гидролокатором
WO2018194477A1 (ru) Способ и устройство радиолокационного определения координат и скорости объектов
RU2704789C1 (ru) Способ адаптивной обработки сигналов в обзорных когерентно-импульсных радиолокационных станциях
CN103048657A (zh) 一种雷达目标检测方法
RU2633962C1 (ru) Способ определения местоположения сканирующей РЛС пассивным многолучевым пеленгатором
RU2436116C1 (ru) Способ определения дальности до поверхности земли
RU2466419C1 (ru) Способ классификации эхо-сигнала гидролокатора
RU2510043C1 (ru) Способ определения дальности до поверхности земли
RU2717233C1 (ru) Способ определения дальности до поверхности земли
RU2685702C1 (ru) Способ определения дальности до поверхности земли
RU2637817C1 (ru) Способ определения дальности до поверхности земли
RU2692841C1 (ru) Гидроакустический способ определения параметров цели при использовании взрывного сигнала с беспроводной системой связи
RU2372626C1 (ru) Способ определения дальности до поверхности земли
RU2550365C1 (ru) Способ определения дальности до поверхности земли
RU2334244C1 (ru) Способ определения местоположения источника радиоизлучения
RU2296346C2 (ru) Способ измерения дальности в импульсно-доплеровских радиолокационных станциях
RU2660219C1 (ru) Способ классификации эхо-сигнала гидролокатора
RU2490664C1 (ru) Способ классификации объекта, обнаруженного гидролокатором
KR101840651B1 (ko) 구름레이더를 이용한 강우 강도 산출 시스템 및 이를 이용한 강우 강도 산출 방법
Marszal et al. Application of maximum length sequence in silent sonar