RU2740779C1 - Active low-base correlation-phase direction finder - Google Patents

Active low-base correlation-phase direction finder Download PDF

Info

Publication number
RU2740779C1
RU2740779C1 RU2020127953A RU2020127953A RU2740779C1 RU 2740779 C1 RU2740779 C1 RU 2740779C1 RU 2020127953 A RU2020127953 A RU 2020127953A RU 2020127953 A RU2020127953 A RU 2020127953A RU 2740779 C1 RU2740779 C1 RU 2740779C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inputs
antenna
phase
direction finder
receivers
Prior art date
Application number
RU2020127953A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Николаевич Валяев
Владимир Павлович Коваленко
Залимхан Нурланович Турлов
Александр Семенович Чеботарев
Original Assignee
Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института"
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 "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" filed Critical Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института"
Priority to RU2020127953A priority Critical patent/RU2740779C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2740779C1 publication Critical patent/RU2740779C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02Direction-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
    • G01S3/14Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/38Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of real or effective orientation of directivity characteristic of an antenna or an antenna system to give a desired condition of signal derived from that antenna or antenna system, e.g. to give a maximum or minimum signal
    • G01S3/42Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of real or effective orientation of directivity characteristic of an antenna or an antenna system to give a desired condition of signal derived from that antenna or antenna system, e.g. to give a maximum or minimum signal the desired condition being maintained automatically
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02Direction-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
    • G01S3/14Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/46Systems 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

Landscapes

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

Abstract

FIELD: radar ranging and radio navigation.
SUBSTANCE: invention relates to radar ranging and can be used to determine current location and trajectory of aircraft. Technical result is achieved by complex use of phase direction finder and radio range-finder as composite elements of patented device, which provides measurement of angular coordinates and distance to object. Use of the radio range-finding device as a part of the antenna complex of a larger size than the antennas of the phase direction-finder enables to considerably increase the sensitivity of the complex.
EFFECT: technical result consists in providing measurement of angular coordinates and distance to the object and high accuracy of these measurements, which, in its turn, enables to more accurately determine the location of the object and trajectory of its movement.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для определения текущего местоположения и траектории движения летательных объектов.The invention relates to radar and can be used to determine the current location and trajectory of movement of flying objects.

Известны фазовые пеленгаторы и радиодальномеры (Космические траекторные измерения. Под общей редакцией П.А. Агаджанова и др. - М.: Сов. Радио, 1969, гл. 7, 5, Мониторинг космических аппаратов на основе применения корреляционно-фазовых пеленгаторов. Под общей редакцией А.С. Чеботарева и др. - М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2011, гл. 1.4, 1.3).Known phase direction finders and radio range finders (Space trajectory measurements. Under the general editorship of PA Agadzhanov and others - M .: Sov. Radio, 1969, chap. 7, 5, Monitoring of spacecraft based on the use of phase correlation direction finders. Under the general edited by A.S. Chebotarev and others - M .: FIZMAT LIT, 2011, ch. 1.4, 1.3).

Известен радиодальномер (Мониторинг космических аппаратов на основе применения корреляционно-фазовых пеленгаторов. Под общей редакцией А.С. Чеботарева и др. - М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2011, стр. 29-31, рис. 1.2), содержащий антенну и последовательно соединенные с ней блок приемопередачи и блок измерения дальности.Known radio range finder (Monitoring of spacecraft based on the use of correlation-phase direction finders. Under the general editorship of A.S. Chebotarev and others - M .: FIZMAT LIT, 2011, pp. 29-31, Fig. 1.2), containing an antenna and connected in series with it a transceiver unit and a range measurement unit.

Радиодальномер измеряет расстояние до летательного объекта, но не измеряет угловые координаты летательного объекта, т.е. не позволяет определить местоположение этого объекта.The radio range finder measures the distance to the flying object, but does not measure the angular coordinates of the flying object, i.e. does not allow the location of this object to be determined.

Известен корреляционно-фазовый пеленгатор (патент РФ №2631422, 2017) выбранный в качестве прототипа, содержащий пять антенн, расположенных по сторонам прямого угла, причем третья антенна расположена в вершине этого угла, последовательно соединенные с ними пять приемников, гетеродин, выход которого соединен со вторыми входами приемников, четыре цифровых коррелятора, первые входы которых соединены с выходами первого, второго, четвертого и пятого приемников соответственно, а вторые входы соединены с выходом третьего приемника и вычислитель, входы которого соединены с выходами четырех цифровых корреляторов соответственно. Прототип измеряет угловые координаты летательного объекта, но не измеряет расстояние до этого объекта, т.е. не позволяет определить его местоположение. При этом размеры антенн прототипа ограничены малой базой пеленгатора, вопросами калибровки в ближней зоне и затенения антенн на определенных углах пеленга.Known correlation-phase direction finder (RF patent No. 2631422, 2017), selected as a prototype, containing five antennas located on the sides of a right angle, and the third antenna is located at the top of this angle, five receivers connected in series with them, a local oscillator, the output of which is connected to the second inputs of the receivers, four digital correlators, the first inputs of which are connected to the outputs of the first, second, fourth and fifth receivers, respectively, and the second inputs are connected to the output of the third receiver and the calculator, the inputs of which are connected to the outputs of four digital correlators, respectively. The prototype measures the angular coordinates of the flying object, but does not measure the distance to this object, i.e. does not allow you to determine its location. At the same time, the dimensions of the prototype antennas are limited by the small base of the direction finder, calibration issues in the near field and antenna shading at certain bearing angles.

Признаки изобретения, совпадающие с признаками прототипа, пять антенн, расположенных по сторонам прямого угла, пять приемников, гетеродин, четыре цифровых коррелятора и вычислитель.Features of the invention, coinciding with the features of the prototype, five antennas located on the sides of a right angle, five receivers, a local oscillator, four digital correlators and a calculator.

Изобретение - активный малобазовый корреляционно-фазовый пеленгатор решает задачу измерения координат летательных объектов и повышение точности этих измерений.The invention - an active low-base correlation-phase direction finder solves the problem of measuring the coordinates of flying objects and improving the accuracy of these measurements.

Технический результат - изобретение обеспечивает определение текущего местоположения и траектории движения летательных объектов с повышенной точностью.EFFECT: invention provides determination of current location and trajectory of movement of flying objects with increased accuracy.

Сущность патентуемого изобретения поясняется описанием и чертежом, представленным на фиг. 1.The essence of the invention being patented is illustrated by the description and drawing presented in FIG. one.

Функциональная схема активного малобазового корреляционно-фазового пеленгатора (фиг. 1) содержит пять антенн 1, 2, 3, 4, 5, расположенных по сторонам прямого угла, причем антенна 3 расположена в вершине этого угла, последовательно соединенные с ними пять приемников 7, 8, 9, 10, 11, гетеродин 12, выход которого соединен со вторыми входами приемников, пять цифровых корреляторов 13, 14, 15, 16, 17, первые входы которых соединены с выходами первого 7, второго 8, третьего 9, четвертого 10 и пятого 11 приемников соответственно, шестую антенну 6, последовательно соединенные с ней блок приемопередачи 18 и блок измерения дальности 19, вычислитель 20, входы которого соединены с выходами пяти цифровых корреляторов 13, 14, 15, 16, 17 и выходом блока измерения дальности 19 соответственно, второй выход блока приемопередачи 18 соединен со вторыми входами цифровых корреляторов 13, 14, 15, 16, 17.The functional diagram of an active low-base correlation-phase direction finder (Fig. 1) contains five antennas 1, 2, 3, 4, 5 located on the sides of a right angle, and antenna 3 is located at the top of this angle, five receivers 7, 8 connected in series with them , 9, 10, 11, local oscillator 12, the output of which is connected to the second inputs of the receivers, five digital correlators 13, 14, 15, 16, 17, the first inputs of which are connected to the outputs of the first 7, second 8, third 9, fourth 10 and fifth 11 receivers, respectively, the sixth antenna 6, the transceiver unit 18 and the range measurement unit 19 connected in series with it, the calculator 20, the inputs of which are connected to the outputs of five digital correlators 13, 14, 15, 16, 17 and the output of the range measurement unit 19, respectively, the second the output of the transceiver unit 18 is connected to the second inputs of the digital correlators 13, 14, 15, 16, 17.

Работает активный малобазовый корреляционно-фазовый пеленгатор следующим образом.The active low-base correlation-phase direction finder operates as follows.

Антенна 6, с помощью блока приемопередачи 18, излучает зондирующий сигнал и принимает ответный сигнал от объекта. Ответный сигнал обрабатывается в блоке измерения дальности 19. После обработки, полученная информация о расстоянии до объекта поступает в вычислитель 20. Ответный сигнал также преобразуется по частоте в блоке приемопередачи 18 на промежуточную частоту, соответствующую промежуточной частоте приемников 7-11, и поступает на второй выход блока приемопередачи 18.Antenna 6, using the transceiver unit 18, emits a probe signal and receives a response signal from the object. The response signal is processed in the range measuring unit 19. After processing, the obtained information about the distance to the object is sent to the calculator 20. The response signal is also converted in frequency in the transceiver unit 18 to an intermediate frequency corresponding to the intermediate frequency of the receivers 7-11, and is fed to the second output transceiver unit 18.

Ответный сигнал от объекта, принятый антеннами 1-5, после преобразования по частоте, усиления и фильтрации с помощью приемников 7-11, поступает на первые входы цифровых корреляторов 13-17. На вторые входы цифровых корреляторов 13-17 поступает сигнал со второго выхода блока приемопередачи 18. Цифровые корреляторы, после перемножения и усреднения сигналов, формируют на выходе информацию о разности фаз обрабатываемых сигналов следующим образом. После перемножения и усреднения сигналов, принимаемых антеннами 1-5 и антенной 6, получают квадратурные составляющие вида - Ii6=AiA6 cos(ϕi6), Qi6=AiA6 sin(ϕi6), Ai и ϕi - амплитуда и фаза сигналов, где i - соответствует номеру антенны 1-5. Формируют информацию о разности фаз принимаемых сигналов Δϕi6=arctgQi6/Ii6.The response signal from the object, received by antennas 1-5, after frequency conversion, amplification and filtering with the help of receivers 7-11, arrives at the first inputs of digital correlators 13-17. The second inputs of digital correlators 13-17 receive a signal from the second output of the transceiver 18. Digital correlators, after multiplying and averaging the signals, generate information about the phase difference of the processed signals at the output as follows. After multiplying and averaging the signals received by antennas 1-5 and antenna 6, quadrature components of the form are obtained - I i6 = A i A 6 cos (ϕ i6 ), Q i6 = A i A 6 sin (ϕ i6 ), A i and ϕ i are the amplitude and phase of the signals, where i corresponds to the antenna number 1-5. Form information about the phase difference of the received signals Δϕ i6 = arctanQ i6 / I i6 .

Таким образом, на выходах цифровых корреляторов имеем: коррелятор 13 - Δϕ1616, коррелятор 14 - Δϕ2626, коррелятор 15 - Δϕ3636, коррелятор 16 - Δϕ4646, коррелятор 17 - Δϕ5656, где индекс фазы соответствует номеру антенны.Thus, at the outputs of digital correlators we have: correlator 13 - Δϕ 16 = ϕ 16 , correlator 14 - Δϕ 26 = ϕ 26 , correlator 15 - Δϕ 36 = ϕ 36 , correlator 16 - Δϕ 46 = ϕ 46 , correlator 17 - ∆ϕ 56 = ϕ 56 , where the phase index corresponds to the antenna number.

Энергетический потенциал измерительных каналов определяется результатом перемножения сигнала принятого антенной 6 и сигналов принятых антеннами 1-5. Размеры антенны 6 ограничены только возможностью технической реализации. Это позволяет, выбрав максимально возможный размер антенны 6, обеспечить высокую чувствительность активного малобазового корреляционно-фазового пеленгатора.The energy potential of the measuring channels is determined by the multiplication of the signal received by the antenna 6 and the signals received by the antennas 1-5. The dimensions of the antenna 6 are limited only by the possibility of technical implementation. This allows, by choosing the maximum possible size of the antenna 6, to ensure high sensitivity of the active low-base correlation-phase direction finder.

Измеренные разности фаз с выходов цифровых корреляторов 13-17 поступают в вычислитель 20, где производится вычисление разности фаз сигналов принятых антеннами 1,3, 2,3, 4,3 и 5,3 по следующему алгоритму: Δϕ1316-Δϕ3613, Δϕ23=Δϕ26-Δϕ3623, Δϕ43=Δϕ46-Δϕ3643, Δϕ53=Δϕ56-Δϕ3653. Измерительные каналы 1,3 и 5,3 образуют точные измерительные базы пеленгатора, а измерительные каналы 2,3 и 4,3 - промежуточные базы пеленгатора, необходимые для раскрытия неоднозначности фазовых измерений. При этом фазовые набеги вносимые аппаратурой измерительного канала 6 не влияют на точность фазовых измерений корреляционно-фазового пеленгатора, т.к. они компенсируются.The measured phase differences from the outputs of the digital correlators 13-17 enter the computer 20, where the phase difference of the signals received by the antennas 1,3, 2,3, 4,3 and 5,3 is calculated according to the following algorithm: Δϕ 13 = ϕ 16 -Δϕ 36 = ϕ 13 , ∆ϕ 23 = ∆ϕ 26 -∆ϕ 36 = ϕ 23 , ∆ϕ 43 = ∆ϕ 46 -∆ϕ 36 = ϕ 43 , ∆ϕ 53 = ∆ϕ 56 -∆ϕ 36 = ϕ 53 . Measuring channels 1,3 and 5,3 form the exact measuring bases of the direction finder, and measuring channels 2,3 and 4.3 - intermediate bases of the direction finder, which are necessary for revealing the ambiguity of phase measurements. In this case, the phase incursions introduced by the equipment of the measuring channel 6 do not affect the accuracy of the phase measurements of the correlation-phase direction finder, since they are compensated.

Косинусы направляющих углов в двух ортогональных плоскостях вычисляют, с помощью вычислителя 20, по формулам cosθ1=Δϕ13λ/2πd13 и cosθ2=Δϕ53λ/2πd53, где λ - длина волны сигнала, d - база пеленгатора, θ1 - угол между направлением на объект и базой 1,3, θ2 - угол между направлением на объект и базой 5,3. Используя информацию о косинусах направляющих углах и расстоянии до объекта, измеренном блоком измерения дальности 19, вычисляют местоположение объекта.The cosines of the direction angles in two orthogonal planes are calculated using the calculator 20 by the formulas cosθ 1 = Δϕ 13 λ / 2πd 13 and cosθ 2 = Δϕ 53 λ / 2πd 53 , where λ is the signal wavelength, d is the base of the direction finder, θ 1 - the angle between the direction to the object and the base 1.3, θ 2 - the angle between the direction to the object and the base 5.3. Using the information about the cosines of the guiding angles and the distance to the object measured by the range measuring unit 19, the position of the object is calculated.

Claims (1)

Активный малобазовый корреляционно-фазовый пеленгатор, содержащий пять антенн, расположенных по сторонам прямого угла, при этом третья антенна расположена в вершине угла, и последовательно соединенные с ними пять приемников, гетеродин, выход которого соединен со вторыми входами приемников, четыре цифровых коррелятора, первые входы которых соединены с выходами первого, второго, четвертого и пятого приемников соответственно, и вычислитель, входы которого соединены с выходами четырех цифровых корреляторов соответственно, отличающийся тем, что в него введены шестая антенна большего размера, чем антенны корреляционно-фазового пеленгатора, позволяющая повысить чувствительность комплекса, и последовательно соединенные с ней блок приемопередачи и блок измерения дальности, пятый цифровой коррелятор, первый вход которого соединен с выходом третьего приемника, при этом второй выход блока приемопередачи соединен со вторыми входами пяти цифровых корреляторов, выходы пятого цифрового коррелятора и блока измерения дальности соединены с соответствующими входами вычислителя, который производит вычисление косинусов направляющих углов в двух ортогональных плоскостях, на основании фазовых измерений, и вычисляет текущее местоположение объекта, используя информацию об измеренном расстоянии до объекта.An active low-base correlation-phase direction finder containing five antennas located on the sides of a right angle, while the third antenna is located at the apex of the angle, and five receivers connected in series with them, a local oscillator whose output is connected to the second inputs of the receivers, four digital correlators, the first inputs which are connected to the outputs of the first, second, fourth and fifth receivers, respectively, and a calculator, the inputs of which are connected to the outputs of four digital correlators, respectively, characterized in that a sixth antenna of a larger size than the antenna of the phase correlation direction finder is inserted into it, which makes it possible to increase the sensitivity of the complex , and a transceiver unit and a range measuring unit connected in series with it, a fifth digital correlator, the first input of which is connected to the output of the third receiver, while the second output of the transceiver unit is connected to the second inputs of five digital correlators, the outputs of the fifth digital correlator and b The range measurement locator is connected to the corresponding inputs of the calculator, which calculates the cosines of the direction angles in two orthogonal planes, based on the phase measurements, and calculates the current position of the object using information about the measured distance to the object.
RU2020127953A 2020-08-21 2020-08-21 Active low-base correlation-phase direction finder RU2740779C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127953A RU2740779C1 (en) 2020-08-21 2020-08-21 Active low-base correlation-phase direction finder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127953A RU2740779C1 (en) 2020-08-21 2020-08-21 Active low-base correlation-phase direction finder

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2740779C1 true RU2740779C1 (en) 2021-01-21

Family

ID=74213026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020127953A RU2740779C1 (en) 2020-08-21 2020-08-21 Active low-base correlation-phase direction finder

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2740779C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4443801A (en) * 1981-06-15 1984-04-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Direction finding and frequency identification method and apparatus
RU2330304C1 (en) * 2007-02-19 2008-07-27 Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского Phase direction-finder
RU2624409C1 (en) * 2016-06-02 2017-07-03 Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" Correlation signal processing device
RU2631422C1 (en) * 2016-06-02 2017-09-22 Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" Correlation-phase direction-finder

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4443801A (en) * 1981-06-15 1984-04-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Direction finding and frequency identification method and apparatus
RU2330304C1 (en) * 2007-02-19 2008-07-27 Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского Phase direction-finder
RU2624409C1 (en) * 2016-06-02 2017-07-03 Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" Correlation signal processing device
RU2631422C1 (en) * 2016-06-02 2017-09-22 Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" Correlation-phase direction-finder

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6778336B2 (en) RF signal arrival angle determination method and system
RU2649411C1 (en) Method of measurement of the aircraft flight parameters in the phase goniometrical and distance-measuring systems and the device for the implementation of this method
EP1910864A1 (en) A system and method for positioning a transponder
RU2684321C1 (en) Phase direction finder
RU2506605C2 (en) Ranging method and device to determine coordinates of radiation source
RU2365931C2 (en) Phase direction finding technique, phase direction-finder therefor
RU2275649C2 (en) Method and passive radar for determination of location of radio-frequency radiation sources
RU2474835C1 (en) Correlation-phase direction finder
RU2740779C1 (en) Active low-base correlation-phase direction finder
RU2330304C1 (en) Phase direction-finder
RU2134429C1 (en) Phase direction finding method
RU2405166C2 (en) Method for determining location of transmitter with portable position finder
RU38509U1 (en) SYSTEM OF MULTIPOSITIONAL DETERMINATION OF COORDINATES OF COUNTERBORNE OBJECTS BY RADIATION OF THEIR RADAR STATIONS
US20180341025A1 (en) Method for locating a receiver wihtin a positioning system
RU2308735C1 (en) Method for determining position of radio radiation sources in short-distance zone
RU2681203C1 (en) Phase direction finding method and phase direction finder
US10761181B2 (en) Method for locating a receiver within a positioning system
RU2603971C1 (en) Method of measuring angles in phase multi-scale angular systems and device therefor
RU2681942C1 (en) Method of phase location finding and phase location finder
RU2671921C2 (en) Method for determining error in trajectory measurements of interplanetary spacecraft due to propagation of radio signals in earth's ionosphere and interplanetary plasma
RU2457629C1 (en) Phase radio-navigation system
Avdeyenko et al. Phase systems of determining coordinates of radiation source with harmonic signal in Fresnel zone
RU2631118C1 (en) Method of determining azimuth of object with help of interpolated direction-finding characteristics
RU2189609C1 (en) Phase direction finder
RU2584332C1 (en) Device for determining motion parameters of target