RU2742945C1 - Method of determining coordinates of target in request-response system - Google Patents
Method of determining coordinates of target in request-response system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2742945C1 RU2742945C1 RU2020117233A RU2020117233A RU2742945C1 RU 2742945 C1 RU2742945 C1 RU 2742945C1 RU 2020117233 A RU2020117233 A RU 2020117233A RU 2020117233 A RU2020117233 A RU 2020117233A RU 2742945 C1 RU2742945 C1 RU 2742945C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- target
- carrier
- antenna
- request
- coordinates
- Prior art date
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
- G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous 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
- 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
- G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
- G01S13/76—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein pulse-type signals are transmitted
- G01S13/78—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein pulse-type signals are transmitted discriminating between different kinds of targets, e.g. IFF-radar, i.e. identification of friend or foe
-
- 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
- G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
- G01S13/76—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein pulse-type signals are transmitted
- G01S13/78—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein pulse-type signals are transmitted discriminating between different kinds of targets, e.g. IFF-radar, i.e. identification of friend or foe
- G01S13/781—Secondary Surveillance Radar [SSR] in general
-
- 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
- G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
- G01S13/76—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein pulse-type signals are transmitted
- G01S13/78—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein pulse-type signals are transmitted discriminating between different kinds of targets, e.g. IFF-radar, i.e. identification of friend or foe
- G01S13/785—Distance Measuring Equipment [DME] systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в системах вторичной радиолокации при определении координат цели в системе «запрос-ответ».The invention relates to the field of radar and can be used in secondary radar systems when determining the coordinates of the target in the "request-response" system.
Из уровня техники известны различные способы определения координат цели.Various methods for determining the coordinates of a target are known in the art.
Один из способов описан изобретением (патент US №6933879, МПК: G01S 5/12, G01S 13/78, опубликован 23.08.2005), в соответствии с которым для определения координат цели используют следующие параметры: высоту цели, сообщаемую целью, высоту носителя, сообщаемую навигационной системой носителя, а также значение разницы между направлением на цель и направлением прицеливания антенны. В данном способе безошибочное определение координат цели возможно только тогда, когда направление оси Y нормальной системы координат (НСК) носителя совпадает с направлением оси Y локальной системы координат (ЛСК) антенны.One of the methods is described by the invention (US patent No. 6933879, IPC:
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ определения координат цели в системе «запрос-ответ» (патент RU №2666360, МПК: G01S 13/75, опубликован 07.09.2018), который выбран в качестве прототипа. Способ определения координат цели, описанный в прототипе, использует следующие параметры: расстояние от носителя до цели, высоту цели, высоту носителя, угловое положение носителя в пространстве (угловое смещение связанной системы координат (ССК) носителя относительно НСК носителя), угловое направление прицеливания антенны относительно носителя (угловое смещение ЛСК антенны относительно ССК носителя), получаемое от датчиков носителя, отклонение направления на цель относительно направления прицеливания антенны, определяемое системой определения координат цели.The closest to the proposed technical solution is the method for determining the coordinates of the target in the "request-response" system (patent RU No. 2666360, IPC: G01S 13/75, published on 09/07/2018), which is selected as a prototype. The method for determining the coordinates of the target, described in the prototype, uses the following parameters: the distance from the carrier to the target, the height of the target, the height of the carrier, the angular position of the carrier in space (angular displacement of the linked coordinate system (SSC) of the carrier relative to the NSC of the carrier), the angular direction of aiming the antenna relative to carrier (angular displacement of the LSC of the antenna relative to the SSC of the carrier), received from the carrier sensors, the deviation of the direction to the target relative to the direction of aiming of the antenna, determined by the target coordinate system.
Технической проблемой, возникающей при применении способа, описанного прототипом, является невозможность его использования при отсутствии на носителе информации об угловом смещении ЛСК антенны относительно ССК носителя, что существенно ограничивает область применения технического решения, описываемого прототипом.A technical problem arising from the application of the method described by the prototype is the impossibility of using it in the absence of information on the carrier about the angular displacement of the LSC antenna relative to the SSC carrier, which significantly limits the scope of the technical solution described by the prototype.
Для решения указанной технической проблемы может использоваться, например, дополнение носителя датчиками углового смещения подвижной составной части носителя, на которой установлена антенна, и, соответственно, ЛСК антенны относительно ССК носителя. Такое решение порождает новые технические проблемы, связанные как с ухудшением надежности носителя за счет вновь вводимых механических составных частей, так и с необходимостью конструктивного размещения вновь вводимых датчиков на носителе, которое в ряде случаев является технически невыполнимым и/или экономически нецелесообразным.To solve this technical problem, for example, the addition of the carrier with angular displacement sensors of the movable component of the carrier, on which the antenna is installed, and, accordingly, the LSC of the antenna relative to the SCC of the carrier, can be used. This solution gives rise to new technical problems associated with both the deterioration of the reliability of the carrier due to the newly introduced mechanical components, and the need for constructive placement of the newly introduced sensors on the carrier, which in some cases is technically impracticable and / or economically inexpedient.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности определения координат цели в системе «запрос-ответ», установленной на носителях, для которых получение требуемой данной системой информации об угловом смещении ЛСК антенны относительно ССК носителя невозможно.The technical result of the invention consists in providing the possibility of determining the coordinates of the target in the "request-response" system installed on the carriers, for which it is impossible to obtain the information required by this system about the angular displacement of the LSC antenna relative to the SSC of the carrier.
Неожиданный технический результат изобретения заключается в возможности адаптации системы «запрос-ответ», использующей способ, к экземпляру носителя, на котором установлена система, за счет учета особенностей подвижной составной части, установленной на экземпляре носителя.An unexpected technical result of the invention lies in the possibility of adapting the “request-response” system using the method to the instance of the carrier on which the system is installed, by taking into account the peculiarities of the moving component installed on the instance of the carrier.
При анализе существующего уровня техники не выявлены аналоги заявляемого изобретения в виде способов определения координат цели в системе «запрос-ответ» с использованием антенны, имеющей заданное направление прицеливания, и объединяющих параметры, которые отражают положение цели, положение носителя антенны и направление прицеливания антенны, причем в качестве параметров используют расстояние от носителя до цели, высоту цели, высоту и угловое положение носителя в пространстве, и дополнительно в качестве параметра используют команды системе управления подвижной составной частью носителя, на которой установлена антенна.When analyzing the existing level of technology, no analogues of the claimed invention have been identified in the form of methods for determining the coordinates of a target in a "request-response" system using an antenna having a given aiming direction and combining parameters that reflect the position of the target, the position of the antenna carrier and the direction of aiming of the antenna, and the distance from the carrier to the target, the height of the target, the height and angular position of the carrier in space are used as parameters, and additionally, as a parameter, commands are used to control the moving component of the carrier on which the antenna is installed.
Поиск технических решений в научно-технической литературе и смежных областях техники не выявил решения, имеющего признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемого изобретения.The search for technical solutions in the scientific and technical literature and related fields of technology did not reveal a solution that has features that coincide with the distinctive features of the claimed invention.
Технический результат достигается тем, что способ определения координат цели в системе «запрос-ответ» с использованием антенны, имеющей заданное направление прицеливания, объединяет параметры, которые отражают положение цели, положение носителя антенны и направление прицеливания антенны, установленной на подвижной составной части носителя. Причем в качестве параметров используют расстояние от носителя до цели, высоту цели, высоту и угловое положение носителя в пространстве, угловое направление антенны на цель относительно носителя.The technical result is achieved in that the method for determining the coordinates of the target in the "request-response" system using an antenna having a predetermined aiming direction, combines parameters that reflect the position of the target, the position of the antenna carrier and the aiming direction of the antenna mounted on the moving component of the carrier. Moreover, the parameters used are the distance from the carrier to the target, the height of the target, the height and angular position of the carrier in space, the angular direction of the antenna to the target relative to the carrier.
При этом способ включает следующие последовательно осуществляемые этапы:In this case, the method includes the following sequentially carried out stages:
- получают с помощью системы «запрос-ответ» ответные сигналы от цели и определяют азимутальное направление на цель в плоскости X0Z ЛСК антенны;- using the “request-response” system, the response signals from the target are received and the azimuth direction to the target in the X0Z plane of the LSC antenna is determined;
- по вычисленному азимутальному направлению на цель определяют плоскость азимутального пеленга на цель в ЛСК антенны, перпендикулярную плоскости X0Z ЛСК, путем задания в плоскости азимутального пеленга трех точек в границах основного лепестка ДН антенны или двух векторов границ основного лепестка ДН антенны;- according to the calculated azimuthal direction to the target, the plane of the azimuthal bearing to the target in the LSC of the antenna is determined, perpendicular to the plane X0Z of the LSC, by specifying three points in the azimuthal bearing plane within the boundaries of the main lobe of the antenna pattern or two vectors of the boundaries of the main lobe of the antenna pattern;
- определяют угловое направление антенны на цель относительно носителя;- determine the angular direction of the antenna to the target relative to the carrier;
- определяют плоскость азимутального пеленга на цель в НСК носителя путем пересчета координат трех точек или двух векторов границ основного лепестка ДН антенны из ЛСК антенны в НСК носителя с использованием определенного на предыдущем этапе углового направления антенны относительно носителя;- determine the plane of azimuth bearing to the target in the NSC of the carrier by recalculating the coordinates of three points or two vectors of the boundaries of the main lobe of the antenna pattern from the LSC antenna to the NSC of the carrier using the angular direction of the antenna relative to the carrier determined at the previous stage;
- определяют плоскость высоты цели в НСК носителя, используя полученную от цели с помощью системы «запрос-ответ» информацию о высоте цели;- determine the plane of the height of the target in the NSC of the carrier, using the information about the height of the target received from the target using the "request-response" system;
- определяют сферу равной дальности до цели, используя дальность до цели, получаемую преобразованием интервала времени от выдачи запроса до получения ответа от цели;- determine a sphere of equal range to the target, using the range to the target, obtained by transforming the time interval from issuing a request to receiving a response from the target;
- вычисляют возможные положения цели в НСК носителя, как координаты точек пересечения плоскости азимутального пеленга, плоскости высоты цели и сферы равной дальности до цели;- calculate the possible positions of the target in the NSC of the carrier, as the coordinates of the points of intersection of the azimuth bearing plane, the plane of the height of the target and the sphere of equal range to the target;
- определяют углы между вектором целеуказания и каждым из направлений на возможные местоположения цели;- determine the angles between the target designation vector and each of the directions to possible target locations;
- производят отбор местоположения, для которого указанный угол имеет наименьшее значение;- make a selection of the location for which the specified angle has the smallest value;
- координаты отобранного местоположения используют в качестве координат цели.- the coordinates of the selected location are used as target coordinates.
Причем заявляемый способ отличается от прототипа тем, что дополнительно в качестве параметров используют текущие значения команд системе управления подвижной составной частью носителя, на которой установлена антенна. Угловое направление антенны на цель относительно носителя определяют как результат обработки в реальном времени текущих значений команд системе управления подвижной составной частью носителя, на которой установлена антенна. Причем команды системе управления обрабатываются по алгоритму, определенному математической моделью динамической механической системы «система управления подвижной составной частью носителя - подвижная составная часть носителя», а значения параметров математической модели формируются на этапе проектирования носителя и уточняются по результатам испытаний экземпляра носителя, на котором установлена система «запрос-ответ».Moreover, the claimed method differs from the prototype in that, in addition, the current values of the commands to the control system of the mobile component of the carrier on which the antenna is installed are used as parameters. The angular direction of the antenna to the target relative to the carrier is determined as a result of real-time processing of the current command values to the control system of the carrier's mobile component on which the antenna is installed. Moreover, the commands to the control system are processed according to the algorithm determined by the mathematical model of the dynamic mechanical system "control system of the moving component of the carrier - the moving component of the carrier", and the values of the parameters of the mathematical model are formed at the stage of designing the carrier and are refined according to the test results of the instance of the carrier on which the system is installed Request-response.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1-10.The essence of the invention is illustrated in FIG. 1-10.
На фиг. 1 изображена схема динамической механической системы «система управления подвижной составной частью носителя - подвижная составная часть носителя». На схеме представлены информационные связи, входные команды управления для системы управления механической системы и функциональные блоки, обеспечивающие требуемые законы управления подвижной составной частью носителя, в том числе:FIG. 1 shows a diagram of the dynamic mechanical system "control system of the carrier's movable component - the carrier's movable component". The diagram shows information links, input control commands for the control system of the mechanical system and functional blocks that provide the required laws for controlling the moving component of the carrier, including:
«отказ КУН (канал управления носками)» - дискретный сигнал отказа механики системы;"KUHN failure (toe control channel)" - discrete signal of failure of the system mechanics;
«q=F(Vпр)» - промежуточный параметр, значение которого зависит от текущей приборной скорости Vпр;"Q = F (Vpr)" - an intermediate parameter, the value of which depends on the current indicated speed Vpr;
М - число Маха;M is the Mach number;
αаист - текущее значение угла атаки носителя;α stork is the current value of the carrier's angle of attack;
α - промежуточный параметр, зависящий от αист, q, М и текущего времени;α is an intermediate parameter depending on α source , q, M and the current time;
Т - постоянная времени интегрирования;T is the integration time constant;
0°, 30° - константы;0 °, 30 ° - constants;
Обж.ПС - дискретный сигнал обжатия передней стойки шасси ЛА.Obzh.PS - discrete signal of compression of the front landing gear of the aircraft.
На фиг. 2 представлена математическая модель динамической механической системы в графическом виде пакета программ Matlab-Simulink, в том числе:FIG. 2 shows a mathematical model of a dynamic mechanical system in a graphical form of the Matlab-Simulink software package, including:
From Workspace7 - входной массив текущих значений угла атаки;From Workspace7 - input array of current values of the angle of attack;
From Workspace13 - входной массив текущих значений команды «Отказ КУН»;From Workspace13 - input array of the current values of the "KUHN Failure" command;
From Workspace16 - входной массив текущих значений числа Маха;From Workspace16 - input array of current Mach number values;
From Workspace14 - входной массив текущих значений приборной скорости Vпр;From Workspace14 - input array of current values of indicated speed Vpr;
From Workspace21 - входной массив измеренных угловых отклонений подвижной составной части носителя.From Workspace21 - input array of measured angular deviations of the carrier's moving part.
Discrete Transfer Fcn1, Discrete Transfer Fcn2, Discrete Transfer Fcn3, Discrete Transfer Fcn4 - функциональные блоки, моделирующие коэффициенты передачи параметров с учетом динамических свойств механической системы;Discrete Transfer Fcn1, Discrete Transfer Fcn2, Discrete Transfer Fcn3, Discrete Transfer Fcn4 - functional blocks that simulate parameter transfer coefficients taking into account the dynamic properties of a mechanical system;
1/((2+d1)*s+1), 1/((0.12+d2)*s+1), 1/((0.04+d3)*s+1), 1/((2+d4)*s+1) - передаточные характеристики функциональных блоков, моделирующих коэффициенты передачи параметров с учетом динамических свойств механической системы, где1 / ((2 + d1) * s + 1), 1 / ((0.12 + d2) * s + 1), 1 / ((0.04 + d3) * s + 1), 1 / ((2 + d4) * s + 1) are the transfer characteristics of functional blocks that simulate the transfer coefficients of parameters taking into account the dynamic properties of the mechanical system, where
s - комплексная переменная преобразования Лапласа (Г. Корн, Т. Корн, Справочник по математике Для научных работников и инженеров, М., изд. Наука, 1973, стр. 228),s is a complex variable of the Laplace transform (G. Korn, T. Korn, Handbook of Mathematics For Scientists and Engineers, Moscow, Nauka Publishing House, 1973, p. 228),
d1, d2, d3, d4 - добавки, уточняющие номинальные значения параметров по результатам испытаний экземпляра носителя, на котором установлена система «запрос-ответ»;d1, d2, d3, d4 - additives that clarify the nominal values of the parameters based on the test results of the sample of the carrier on which the “request-response” system is installed;
Fнос(alpha) - функциональный блок, моделирующий функцию Fнос(α) (эмпирическая функция, определяемая конструкцией ЛА);Fnos (alpha) is a functional block that simulates the function Fnos (α) (an empirical function determined by the aircraft design);
F(Vпр) - функциональный блок, моделирующий промежуточный параметр q, значение которого зависит от текущей приборной скорости Vпр.F (Vpr) is a functional block that models the intermediate parameter q, the value of which depends on the current indicated speed Vpr.
На фиг. 3 - фиг. 6 изображены результаты моделирования углового отклонения подвижной составной части носителя, на которой установлена антенна, на исходной математической модели в промежутках времени моделирования соответственно 0-4970 секунд (Фиг. 3), 1300-1600 секунд (Фиг. 4), 1315-1320 секунд (Фиг. 5) и 2550-2590 секунд (Фиг. 6). Представлены результаты моделирования поведения исходной математической модели при подаче на ее входы в реальном времени сигналов управления системой управления. Верхняя часть соответствующей фигуры представляет угловое положение подвижной составной части носителя, измеренное (красный цвет) при испытаниях экземпляра носителя, на котором установлена система «запрос-ответ», и угловое положение подвижной составной части носителя, рассчитанное (зеленый цвет) исходной математической моделью, нижняя часть соответствующей фигуры представляет расхождение между угловым положением, измеренным при испытаниях экземпляра носителя, и угловым положением, рассчитанным исходной математической моделью.FIG. 3 to FIG. 6 shows the results of modeling the angular deviation of the moving component of the carrier, on which the antenna is installed, on the initial mathematical model in the simulation time intervals, respectively, 0-4970 seconds (Fig. 3), 1300-1600 seconds (Fig. 4), 1315-1320 seconds ( Fig. 5) and 2550-2590 seconds (Fig. 6). The results of modeling the behavior of the original mathematical model when the control signals of the control system are fed to its inputs in real time are presented. The upper part of the corresponding figure represents the angular position of the movable component part of the carrier, measured (red) during tests of the instance of the carrier, on which the “request-response” system is installed, and the angular position of the movable component of the carrier, calculated (green) by the original mathematical model, the lower a portion of the corresponding figure represents the difference between the angular position measured when testing the carrier instance and the angular position calculated by the original mathematical model.
На фиг. 7 - фиг. 10 изображены результаты моделирования углового отклонения подвижной составной части носителя, на которой установлена антенна, на откорректированной математической модели в промежутках времени моделирования соответственно 0-4970 секунд (Фиг. 7), 1300-1600 секунд (Фиг. 8), 1315-1320 секунд (Фиг. 9) и 2550-2590 секунд (Фиг. 10). Математическая модель откорректирована по результатам испытаний экземпляра носителя, на котором установлена система «запрос-ответ». Представлены результаты моделирования поведения откорректированной математической модели при подаче на ее входы в реальном времени сигналов управления системой управления. Верхняя часть соответствующей фигуры представляет угловое положение подвижной составной части носителя, измеренное (красный цвет) при испытаниях экземпляра носителя, на котором установлена система «запрос-ответ», и угловое положение подвижной составной части носителя, рассчитанное (зеленый цвет) откорректированной математической моделью, нижняя часть соответствующей фигуры представляет расхождение между угловым положением, измеренным при испытаниях экземпляра носителя, и угловым положением, рассчитанным откорректированной математической моделью.FIG. 7 to FIG. 10 shows the results of modeling the angular deviation of the mobile component of the carrier, on which the antenna is installed, on the corrected mathematical model in the simulation time intervals, respectively, 0-4970 seconds (Fig. 7), 1300-1600 seconds (Fig. 8), 1315-1320 seconds ( Fig. 9) and 2550-2590 seconds (Fig. 10). The mathematical model has been corrected based on the test results of a sample of the carrier on which the "request-response" system is installed. The results of modeling the behavior of the corrected mathematical model when the control signals of the control system are fed to its inputs in real time are presented. The upper part of the corresponding figure represents the angular position of the movable component of the carrier, measured (red) during tests of the instance of the carrier, on which the "request-response" system is installed, and the angular position of the movable component of the carrier, calculated (green) by the corrected mathematical model, the lower a portion of the corresponding figure represents the difference between the angular position measured when testing the carrier instance and the angular position calculated by the corrected mathematical model.
Сущность изобретения заключается в том, что отсутствующую информацию об угловом направлении антенны на цель относительно носителя формируют при помощи обработки в реальном времени команд для системы управления подвижной составной частью носителя, на которой установлена антенна. Обработка команд проводится по алгоритму, определенному математической моделью динамической механической системы «система управления подвижной составной частью носителя - подвижная составная часть носителя», при этом значения параметров математической модели формируются на этапе проектирования носителя и уточняются по результатам испытаний экземпляра носителя, на котором установлена система «запрос-ответ». Алгоритм реализован в виде программы для цифрового вычислительного устройства, исполняемой в реальном времени. Входной информацией для программы являются текущие значения команд системе управления подвижной частью носителя, на которой установлена антенна. Программа вычисляет текущее угловое направление подвижной части носителя относительно носителя, и, соответственно, текущее угловое направление антенны относительно носителя. Сформированное таким образом текущее значение углового направления антенны используется далее в системе «запрос-ответ».The essence of the invention lies in the fact that the missing information about the angular direction of the antenna to the target relative to the carrier is generated by real-time processing of commands for the control system of the moving component of the carrier on which the antenna is installed. Command processing is carried out according to the algorithm defined by the mathematical model of the dynamic mechanical system "control system of the carrier's moving component - the carrier's moving component", while the values of the parameters of the mathematical model are formed at the stage of the carrier's design and are refined according to the test results of the carrier instance on which the system is installed. request-response ". The algorithm is implemented as a real-time program for a digital computing device. The input information for the program is the current values of the commands to the control system of the mobile part of the carrier on which the antenna is installed. The program calculates the current angular direction of the moving part of the carrier relative to the carrier, and, accordingly, the current angular direction of the antenna relative to the carrier. The current value of the angular direction of the antenna generated in this way is used further in the “request-response” system.
Способ определения координат цели в системе «запрос-ответ» осуществляется следующим образом.The method for determining the coordinates of the target in the "request-response" system is as follows.
1. На этапе проектирования определяют динамическую механическую систему «система управления подвижной составной частью носителя - подвижная составная часть носителя» и ее параметры, обеспечивающие требуемые законы управления подвижной составной частью носителя.1. At the design stage, the dynamic mechanical system "control system of the carrier's movable component - the carrier's movable component" and its parameters are determined, which provide the required control laws for the carrier's movable component.
Например, для носителя, на котором применено заявляемое техническое решение, определенная по результатам проектирования носителя динамическая модель механической системы имеет вид, представленный на фиг. 1.For example, for the carrier on which the claimed technical solution is applied, the dynamic model of the mechanical system determined from the results of designing the carrier has the form shown in FIG. one.
На основе динамической модели механической системы создают математическую модель, на входы которой в реальном времени подают сигналы управления механической системой, и на выходе которой в реальном времени имеется вычисленное математической моделью угловое отклонение подвижной составной части носителя.On the basis of the dynamic model of the mechanical system, a mathematical model is created, to the inputs of which control signals of the mechanical system are supplied in real time, and at the output of which there is in real time the angular deviation of the carrier's moving component calculated by the mathematical model.
Например, для носителя, на котором применено заявляемое техническое решение, исходная математическая модель может быть представлена в виде, изображенном на фиг. 2.For example, for a medium on which the claimed technical solution is applied, the initial mathematical model can be represented in the form shown in FIG. 2.
Параметры математической модели представляют в виде неизменяемого номинального значения, определяемого на этапе проектирования носителя, и добавки, определяемой на испытаниях изготовленного экземпляра носителя, на котором установлена система «запрос-ответ». На основе указанной математической модели формируют алгоритм и исполняемую программу реализации математической модели, обрабатывающую в реальном времени значения команд управления системе управления подвижной составной частью носителя. Выходными данными исполняемой программы реализации математической модели являются вычисленные значения текущего углового направления антенны относительно носителя.The parameters of the mathematical model are presented in the form of an invariable nominal value, determined at the stage of designing the carrier, and an additive, determined during tests of a manufactured copy of the carrier, on which the "request-response" system is installed. On the basis of the specified mathematical model, an algorithm and an executable program for the implementation of the mathematical model are formed, which processes in real time the values of the control commands for the control system of the carrier's moving component. The output data of the executable program for the implementation of the mathematical model are the calculated values of the current angular direction of the antenna relative to the carrier.
2. В процессе испытаний экземпляра носителя, на котором установлена система «запрос-ответ», проводят уточнение параметров (определение значений добавок к номинальным значениям параметров) математической модели, алгоритма и исполняемой программы реализации математической модели известными методами, например, путем задания в реальном времени различных значений команд управления, и фиксации в реальном времени действительных значений углового направления антенны. Затем такие же значения команд управления подают на вход программы реализации математической модели и фиксируют выходные значения, вычисленные программой. Корректировку параметров математической модели производят заданием соответствующих значений добавок и повторным прогоном программы, задавая значения добавок так, чтобы разница между действительными значениями углового направления антенны и определенными программой выходными значениями была минимальной.2. In the process of testing a copy of the medium on which the “request-response” system is installed, the parameters are refined (the values of additions to the nominal values of the parameters) of the mathematical model, the algorithm and the executable program for the implementation of the mathematical model by known methods, for example, by setting in real time different values of control commands, and fixing in real time the actual values of the angular direction of the antenna. Then the same values of control commands are fed to the input of the program for the implementation of the mathematical model and the output values calculated by the program are fixed. Correction of the parameters of the mathematical model is carried out by setting the corresponding values of the additions and re-running the program, setting the values of the additions so that the difference between the actual values of the angular direction of the antenna and the output values determined by the program is minimal.
Например, после изготовления экземпляра носителя, на котором применено заявляемое техническое решение, в процессе его испытаний на входы системы управления подвижной составной частью носителя подавались в реальном времени входные сигналы управления и измерялось угловое положение подвижной составной части носителя. Значения входных сигналов управления и углового положения подвижной составной части носителя сохранялись в виде массивов данных с привязкой к текущему времени. Графики изменения во времени углового положения подвижной составной части носителя показаны на фиг. 3 - фиг. 10 (верхняя часть рисунка) красным цветом.For example, after the manufacture of a copy of the carrier on which the claimed technical solution was applied, in the process of testing it, input control signals were supplied in real time to the inputs of the control system of the carrier's movable component and the angular position of the carrier's movable component was measured. The values of the input control signals and the angular position of the movable component of the carrier were stored in the form of data arrays with reference to the current time. The graphs of the change in time of the angular position of the movable component of the carrier are shown in FIG. 3 to FIG. 10 (top of the figure) in red.
Затем сигналы управления из сохраненных массивов данных подавались на входы математической модели, и с помощью пакета программ Matlab-Simulink вычислялось текущее выходное значение углового положения подвижной составной части носителя, выдаваемое математической моделью. Графики вычисленного значения углового положения показаны на фиг. 3 - фиг. 10 (верхняя часть рисунка) зеленым цветом.Then control signals from the stored data arrays were fed to the inputs of the mathematical model, and using the Matlab-Simulink software package, the current output value of the angular position of the carrier's moving component, given by the mathematical model, was calculated. The plots of the calculated angular position value are shown in FIG. 3 to FIG. 10 (top of the figure) in green.
Полученные угловые положения сравнивались с фактическими угловыми положениями, взятыми из массивов данных, полученных при испытаниях экземпляра носителя. На графиках видно (нижняя часть фиг. 3 - фиг. 6), что в промежутках времени от 1317 до 1321 секунды, от 1417 до 1421 секунды и от 1537 до 1541 секунды значения углового положения, вычисленные исходной математической моделью, значительно отличаются от измеренных фактических значений, а в промежутках от 2550 до 2555 секунды и от 2585 до 2590 секунд превышают 1 градус. В результате анализа данных установлено, что отличие связано с недостаточной скоростью изменения и с запаздыванием во времени выходного параметра математической модели по сравнению с измеренными значениями. Для приведения математической модели в соответствие с фактическими значениями потребовалось установить значение добавки d1 равной 0,5, d2 оставить нулевой, d3 установить равной 0,02, а d4 установить равной минус 1,8.The obtained angular positions were compared with the actual angular positions taken from the datasets obtained during the tests of the carrier instance. The graphs show (the lower part of Fig. 3 - Fig. 6) that in the time intervals from 1317 to 1321 seconds, from 1417 to 1421 seconds and from 1537 to 1541 seconds, the angular position values calculated by the original mathematical model differ significantly from the actual measured ones. values, and in the intervals from 2550 to 2555 seconds and from 2585 to 2590 seconds exceed 1 degree. As a result of data analysis, it was found that the difference is associated with an insufficient rate of change and with a time lag of the output parameter of the mathematical model in comparison with the measured values. To bring the mathematical model in line with the actual values, it was necessary to set the value of the addition d1 equal to 0.5, leave d2 zero, set d3 equal to 0.02, and set d4 equal to minus 1.8.
После корректировки значений параметров математической модели и повторного прогона модели в пакете программ Matlab-Simulink по результатам (фиг. 7 - фиг. 10) видно, что разница между реально измеренными и вычисленными значениями углового положения подвижной составной части носителя не превышает одного градуса на всем протяжении моделирования, кроме одного периода длительностью менее 0,5 секунды. Достигнутая точность воспроизведения реального углового отклонения подвижной составной части носителя полностью удовлетворяет техническим требованиям.After correcting the values of the parameters of the mathematical model and re-running the model in the Matlab-Simulink software package according to the results (Fig. 7 - Fig. 10), it can be seen that the difference between the actually measured and calculated values of the angular position of the moving component of the carrier does not exceed one degree throughout simulation, except for one period less than 0.5 seconds long. The achieved accuracy of reproduction of the real angular deviation of the moving component of the carrier fully meets the technical requirements.
3. В процессе эксплуатации системы проводят пеленгацию цели (т.е. определяют направление на цель в азимутальной плоскости XLsk0ZLsk ЛСК антенны в виде угла отклонения α от оси 0XLsk проекции направления на цель на плоскость XLsk0ZLsk) в процессе выполнения циклов «запрос носителя - ответ цели», а также выделение из ответов цели информации о ее высоте.3. During the operation of the system, the direction finding of the target is carried out (i.e., the direction to the target is determined in the azimuthal plane X Lsk 0Z Lsk of the LSC antenna in the form of the angle of deviation α from the axis 0X Lsk of the projection of the direction to the target on the plane X Lsk 0Z Lsk ) in the process cycles "carrier request - target response", as well as the extraction of information about its height from the target responses.
4. По направлению α на цель, вычисленному в процессе выполнения циклов «запрос - ответ», определяют плоскость азимутального пеленга на цель, перпендикулярную плоскости XLSk0ZLsk ЛСК антенны, как два вектора [X1Lsk, Y1lsk, Z1LSk], [X2lSK, Y2Lsk, Z2Lsk] (или три точки [X0Lsk=0, Y0lsk=0, Z0lsk=0], [X1lSk, Y1lsk, Z1lsk], [X2lsk, Y2lsk, Z2lsk]) границ основного лепестка ДН антенны в плоскости азимутального пеленга, при этом для ширины полезного сектора ДН антенны 60° в угломестной плоскости ЛСК антенны координаты векторов будут:4. Along the direction α to the target, calculated during the execution of the "request - response" cycles, determine the azimuth bearing plane to the target, perpendicular to the plane X LSk 0Z Lsk LSC antenna, as two vectors [X1 Lsk , Y1 lsk , Z1 LSk ], [ X2 lSK , Y2 Lsk , Z2 Lsk ] (or three points [X0 Lsk = 0, Y0 lsk = 0, Z0 lsk = 0], [X1 lSk , Y1 lsk , Z1 lsk ], [X2 lsk , Y2 lsk , Z2 lsk ]) the boundaries of the main lobe of the antenna pattern in the plane of azimuth bearing, while for the width of the useful antenna pattern sector of 60 ° in the elevation plane of the LSC antenna, the coordinates of the vectors will be:
5. Пересчитывают координаты векторов границ основного лепестка ДН антенны из ЛСК антенны в НСК носителя, используя информацию о положении носителя в пространстве и результат работы программы реализации математической модели - информацию об угловом направлении антенны относительно носителя. Для пересчета формируют матрицу преобразования составляющих вектора в соответствии с ГОСТ 20058-80, и используют ее для пересчета координат:5. The coordinates of the vectors of the boundaries of the main lobe of the antenna pattern are recalculated from the LSC of the antenna to the LSC of the carrier, using information about the position of the carrier in space and the result of the program for implementing the mathematical model - information about the angular direction of the antenna relative to the carrier. For recalculation, the transformation matrix of the vector components is formed in accordance with GOST 20058-80, and it is used to recalculate the coordinates:
где ψ, ϑ, γ, β, ε - значения поворотов на углы рыскания, тангажа и крена системы координат ССК относительно НСК, на углы азимутального и угломестного смещения ЛСК относительно ССК соответственно. Угол азимутального смещения ЛСК относительно ССК определяется конструкцией носителя и не изменяется в процессе эксплуатации. Угломестное смещение ЛСК относительно НСК определяется как выходной результат работы в реальном времени программы реализации математической модели, на вход которой подаются текущие значения команд управления системе управления подвижной составной частью носителя, на которой установлена антенна.where ψ, ϑ, γ, β, ε are the values of rotations for the yaw, pitch and roll angles of the LSC coordinate system relative to the LSC, for the angles of the azimuthal and elevation displacement of the LSC relative to the LSC, respectively. The angle of the LSC azimuthal displacement relative to the LSC is determined by the carrier design and does not change during operation. The angular displacement of the LSC relative to the NSC is determined as the output result of the real-time operation of the program for the implementation of the mathematical model, to the input of which the current values of the control commands are supplied to the control system of the moving component of the carrier on which the antenna is installed.
6. Определяют в НСК плоскость высоты цели (по значению высоты цели, полученному в процессе выполнения циклов «запрос-ответ»), и сферу равной дальности до цели вычисленную в процессе выполнения циклов «запрос-ответ» по значению временной задержки от выдачи запроса до получения ответа от цели:6. Determine in the NSC the plane of the target height (according to the value of the target height obtained during the execution of the "request-response" cycles), and the sphere of equal range to the target calculated during the execution of the "request-response" cycles according to the value of the time delay from the issuance of the request to getting a response from the target:
где А - высота, полученная от цели;where A is the height received from the target;
ALa - высота носителя;A La - carrier height;
D - дальность до цели, вычисленная в процессе выполнения циклов «запрос-ответ».D is the range to the target, calculated during the execution of the "request-response" cycles.
7. Определяют координаты возможных местоположений цели решением системы уравнений, представляющих в НСК плоскость азимутального пеленга на цель, плоскость высоты цели и сферу равной дальности до цели:7. Determine the coordinates of possible target locations by solving a system of equations representing in the NSC the azimuth bearing plane to the target, the target height plane and a sphere of equal range to the target:
где [X0_NSK; Y0_NSK; Z0_NSK]=[0; 0; 0];where [X0_NSK; Y0_NSK; Z0_NSK] = [0; 0; 0];
В результате решения системы уравнений будут определены точки пересечения указанных двух плоскостей и сферы:As a result of solving the system of equations, the points of intersection of the two planes and the sphere will be determined:
гдеWhere
h=А-АЛА.h = A-A LA .
8. Из координат возможных местоположений цели отбирают координаты того местоположения, которое находится в пределах границ основного лепестка ДН антенны и имеет наименьшее угловое расхождение с направлением целеуказания. Для оценки углового расхождения возможного направления на цель и вектора целеуказания производят пересчет координат вектора целеуказания из ЛСК антенны, в которой направление целеуказания совпадает с направлением оси X и имеет координаты [1, 0, 0]T, в НСК:8. From the coordinates of possible target locations, the coordinates of the location that is within the boundaries of the main beam of the antenna pattern and has the smallest angular divergence with the direction of target designation are selected. To assess the angular divergence of the possible direction to the target and the target designation vector, the coordinates of the target designation vector are recalculated from the LSC antenna, in which the target designation direction coincides with the direction of the X axis and has coordinates [1, 0, 0] T , in the NSC:
Угловое расхождение векторов возможного направления на цель и вектора целеуказания производится определением косинусов углов расхождения векторов:The angular divergence of the vectors of the possible direction to the target and the target designation vector is made by determining the cosines of the angles of divergence of the vectors:
и выбором того из векторов, для которого угол расхождения меньше (т.е. косинус соответствующего угла больше).and choosing one of the vectors for which the divergence angle is less (i.e., the cosine of the corresponding angle is greater).
Координаты отобранного местоположения используют в качестве координат цели.The coordinates of the selected location are used as target coordinates.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020117233A RU2742945C1 (en) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | Method of determining coordinates of target in request-response system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020117233A RU2742945C1 (en) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | Method of determining coordinates of target in request-response system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2742945C1 true RU2742945C1 (en) | 2021-02-12 |
Family
ID=74666079
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020117233A RU2742945C1 (en) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | Method of determining coordinates of target in request-response system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2742945C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2778019C1 (en) * | 2021-05-11 | 2022-08-12 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method for determining the coordinates of the target in a request-response system |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2242020C2 (en) * | 2002-12-10 | 2004-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Казанский научно-исследовательский институт радиоэлектроники" | Method for radar identification with provision of determination of authenticity of interrogation signal |
| FR2838196B1 (en) * | 2002-04-05 | 2006-02-03 | Thales Sa | METHOD AND SYSTEM FOR LOCATING A TARGET IN A SYSTEM QUERY ANSWER |
| CN105445733A (en) * | 2015-11-16 | 2016-03-30 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | Method of carrying out fusion processing on SSR navigation management and IFF multi-mode cooperation track |
| FR3023009B1 (en) * | 2014-06-26 | 2016-10-14 | Thales Sa | SECONDARY RADAR |
| RU2613369C1 (en) * | 2016-01-28 | 2017-03-16 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Method of aircraft navigation using high-precision single-phase direction finder and address-respond packet digital radio link in decameter waves range |
| CN106872952A (en) * | 2017-04-20 | 2017-06-20 | 四川九洲空管科技有限责任公司 | A kind of angle measurement modification method and angle measurement update the system for secondary surveillance radar |
| RU2631117C1 (en) * | 2016-07-04 | 2017-09-19 | Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" | Method and system of determining target coordinates in request-response system |
| WO2017220461A1 (en) * | 2016-06-21 | 2017-12-28 | Thales | Secondary radar with optimized spatio-temporal management |
| RU2666360C1 (en) * | 2016-04-18 | 2018-09-07 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Target coordinates determining method and system in the “request-response” system |
-
2020
- 2020-05-12 RU RU2020117233A patent/RU2742945C1/en active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2838196B1 (en) * | 2002-04-05 | 2006-02-03 | Thales Sa | METHOD AND SYSTEM FOR LOCATING A TARGET IN A SYSTEM QUERY ANSWER |
| RU2242020C2 (en) * | 2002-12-10 | 2004-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Казанский научно-исследовательский институт радиоэлектроники" | Method for radar identification with provision of determination of authenticity of interrogation signal |
| FR3023009B1 (en) * | 2014-06-26 | 2016-10-14 | Thales Sa | SECONDARY RADAR |
| CN105445733A (en) * | 2015-11-16 | 2016-03-30 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | Method of carrying out fusion processing on SSR navigation management and IFF multi-mode cooperation track |
| RU2613369C1 (en) * | 2016-01-28 | 2017-03-16 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Method of aircraft navigation using high-precision single-phase direction finder and address-respond packet digital radio link in decameter waves range |
| RU2666360C1 (en) * | 2016-04-18 | 2018-09-07 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Target coordinates determining method and system in the “request-response” system |
| WO2017220461A1 (en) * | 2016-06-21 | 2017-12-28 | Thales | Secondary radar with optimized spatio-temporal management |
| RU2631117C1 (en) * | 2016-07-04 | 2017-09-19 | Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" | Method and system of determining target coordinates in request-response system |
| CN106872952A (en) * | 2017-04-20 | 2017-06-20 | 四川九洲空管科技有限责任公司 | A kind of angle measurement modification method and angle measurement update the system for secondary surveillance radar |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2778019C1 (en) * | 2021-05-11 | 2022-08-12 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method for determining the coordinates of the target in a request-response system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4179696A (en) | Kalman estimator tracking system | |
| KR101914550B1 (en) | Method for tracking target position of radar | |
| CN108761399B (en) | Passive radar target positioning method and device | |
| CN110209180B (en) | Unmanned underwater vehicle target tracking method based on HuberM-Cubasic Kalman filtering | |
| CN108663654B (en) | 360-degree all-dimensional dynamic direction finding method based on continuous quantum pigeon group | |
| CN106646395B (en) | A kind of radar return deduction method of airbound target | |
| CN110132281B (en) | Underwater high-speed target high-precision autonomous acoustic navigation method based on inquiry response mode | |
| CN111025282A (en) | Tracking radar data processing method | |
| RU2611564C1 (en) | Method of aircrafts navigation | |
| RU2742945C1 (en) | Method of determining coordinates of target in request-response system | |
| CN112666519B (en) | High-precision underwater target positioning method based on generalized second-order time delay difference | |
| CN111693051B (en) | Multi-target data association method based on photoelectric sensor | |
| CN116907503A (en) | Remote sensing formation satellite positioning method and system based on robust positioning algorithm of outlier | |
| CN110515060B (en) | Method for calibrating reflectivity of multi-line laser radar | |
| US11982782B2 (en) | Method and device for analyzing 3D target maneuver using line array sensor | |
| CN114553334B (en) | Phased array antenna pointing error measurement method, system, terminal and device | |
| CN112987054B (en) | Method and device for calibrating SINS/DVL combined navigation system error | |
| CN106885567A (en) | A kind of inertial navigation Cooperative Localization Method and location equipment | |
| CN115469314A (en) | Uniform circular array steady underwater target azimuth tracking method and system | |
| CN115616477A (en) | Non-plane wave monopulse angle measurement method | |
| CN110595470A (en) | Pure orientation target tracking method based on external bounding ellipsoid collective estimation | |
| CN115222023A (en) | Neural network-based non-cooperative target control strategy identification method and system | |
| CN113075633A (en) | Target positioning method based on distance-pitching joint dictionary | |
| CN113848556A (en) | Multi-beam sounding sonar beam image-based water depth range rapid extraction method | |
| CN117872805B (en) | Antenna control method and simulation platform for digital simulation of high-power microwave device |