RU2786678C1 - Способ определения скорости и направления движения наземных объектов бортовой радиолокационной станцией с антенной решеткой - Google Patents

Способ определения скорости и направления движения наземных объектов бортовой радиолокационной станцией с антенной решеткой Download PDF

Info

Publication number
RU2786678C1
RU2786678C1 RU2021136041A RU2021136041A RU2786678C1 RU 2786678 C1 RU2786678 C1 RU 2786678C1 RU 2021136041 A RU2021136041 A RU 2021136041A RU 2021136041 A RU2021136041 A RU 2021136041A RU 2786678 C1 RU2786678 C1 RU 2786678C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
array
moving object
signals
speed
Prior art date
Application number
RU2021136041A
Other languages
English (en)
Inventor
Михаил Иванович Бабокин
Александр Романович Горбай
Евгений Федорович Толстов
Юрий Иванович Леонов
Андрей Викторович Пастухов
Виталий Григорьевич Степин
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова"
Application granted granted Critical
Publication of RU2786678C1 publication Critical patent/RU2786678C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в бортовых радиолокационных станциях (БРЛС) для определения скорости и направления движения наземных объектов. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности путем подавления мешающих отражений сигнала. Способ основан на телескопическом обзоре участка земной поверхности, с излучением импульсного когерентного радиолокационного сигнала и приемом отраженных сигналов s1(t), s2(t) подрешетками антенной решетки со смещенными по азимуту фазовыми центрами БРЛС, когерентном накоплении принятых сигналов s1(t), s2(t), синтезе апертуры антенны по каждому из сигналов s1(t) и s2(t) в виде двух массивов комплексных амплитуд сигналов
Figure 00000118
и
Figure 00000119
в координатах i - номер отсчета по азимуту, k - номер отсчета по дальности. После этого определяют отклонение фазы Δϕ[i, k] сигнала первой синтезированной апертуры
Figure 00000120
вызванное отражением от неподвижной поверхности земли, и компенсируют его с формированием массива комплексных амплитуд скомпенсированного сигнала
Figure 00000121
Далее в полученном комплексном сигнале
Figure 00000122
компенсируют начальную фазу сигнала, вызванную отражением от движущегося объекта, и формируют массив комплексных амплитуд скомпенсированного сигнала
Figure 00000123
Затем формируют массив комплексных амплитуд итогового скомпенсированного сигнала
Figure 00000124
усреднением по соседним азимутальным элементам массива комплексных амплитуд
Figure 00000125
рассчитывают пороговое значение по всем его отсчетам, сравнивают их действительную часть с пороговым значением, при превышении порога действительной частью отсчета скомпенсированного сигнала фиксируют наличие движущегося объекта в соответствующем отсчете азимута i и дальности k. Далее определяют наклонную дальность Rk до движущегося объекта, разность фаз сигналов двух подрешеток и радиальную составляющую скорости движущегося объекта. Затем через интервал времени Т0 аналогичным образом повторяют описанные выше операции и определяют разность фаз
Figure 00000126
сигналов двух подрешеток, принятых через интервал времени Т0. Далее определяют тангенциальную составляющую скорости движущегося объекта и по известным радиальной и тангенциальной составляющим скорости определяют скорость движущегося объекта и направление его движения. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в бортовых радиолокационных станциях (БРЛС) для определения скорости и направления движения наземных объектов.
Известен «Способ обнаружения наземных движущихся целей бортовой радиолокационной станцией» [RU 2691771, опубл. 18.06.2019, МПК G01S 15/00]. В процессе сканирования в заданном секторе обзора лучом диаграммы направленности антенны (ДНА) на передачу когерентно излучают импульсный сигнал, принимают отраженный от земной поверхности импульсный сигнал двумя независимыми лучами ДНА на прием, разнесенными по азимуту, причем луч ДНА на передачу перекрывает по ширине лучи ДНА на прием. Принятые по каждому лучу ДНА сигналы стробируют по дальности, осуществляют их аналого-цифровое преобразование, когерентно накапливают принятые сигналы во всем секторе обзора, определяют и компенсируют временную задержку между сигналами, принятыми по каждому независимому лучу ДНА, отраженными от одного и того же участка земной поверхности. После завершения накопления сигналов из них формируют два массива отсчетов сигналов, определяют крутизну частотной модуляции накопленных сигналов, а компенсацию временной задержки между отсчетами массивов сигналов осуществляют одновременно с устранением частотной модуляции сигналов, путем их гетеродинирования. Затем преобразуют скомпенсированные массивы сигналов в частотную область, определяют разность фаз между преобразованными в частотную область массивами сигналов для всех частот и стробов дальности, рассчитывают пороговое значение разности фаз по всем отсчетам массивов сигналов, сравнивают значения разности фаз для всех частот и стробов дальности с пороговым значением, при превышении разностью фаз порогового значения фиксируют наличие движущейся цели в отсчете сигнала на соответствующей частоте и в соответствующем стробе дальности.
Недостатком указанного способа является невозможность определения скорости и направления движения обнаруженного движущегося объекта.
Известен «Способ определения скорости и направления движения наземной цели с помощью РЛС с синтезированием апертуры антенны» [RU 2468384, опубл. 27.11.2012, МПК G01S 13/52]. Способ заключается в формировании трех синтезированных апертур на различной несущей частоте излучения зондирующих импульсов, каждую из которых формируют со своим интервалом синтезирования, приеме отраженных сигналов раздельно по трем каналам, последующей их обработке, в формировании разностных сигналов без предварительного сдвига фаз принимаемых сигналов по соответствующим каналам и определении радиальной скорости движущейся цели. Дополнительно определяют углы наблюдения движущейся цели на земной поверхности θ1 и θ2 в моменты времени t1 и t2, соответствующие центрам первого и второго интервалов синтезирования апертуры антенны, а полную скорость VП и направление движения наземной цели θп определяют соответственно по формулам:
Figure 00000001
где VR1 и VR2 - векторы радиальных скоростей в моменты времени t1 и t2, соответствующие центрам первого и второго интервалов синтезирования апертуры антенны; θ1 и θ2 - углы наблюдения движущейся цели на земной поверхности.
Недостатком указанного способа является низкая точность определения скорости и направления движения наземной цели.
Наиболее близким по технической сущности является способ селекции движущихся целей в радиолокаторе с синтезированной апертурой антенны (РСА) с моноимпульсной антенной, описанный в монографии [«Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли» Учебное пособие для ВУЗов под ред. Г.С. Кондратенкова, М.: Радиотехника, 2005 г. стр. 312-318, рис. 8.10]. В указанном способе БРЛС осуществляет обзор одного и того же участка земной поверхности (телескопический обзор) с излучением импульсного когерентного радиолокационного сигнала двухканальной моноимпульсной антенной и приемом отраженного сигнала. В приемнике БРЛС когерентно накапливают сигналы, принятые по суммарному и разностному каналам моноимпульсной антенны. В блоке цифровой обработки синтезируют апертуру по каждому из накопленных сигналов в виде отсчетов массивов комплексных амплитуд на выходе доплеровских фильтров. Затем из массива комплексных амплитуд суммарного канала поэлементно вычитают массив комплексных амплитуд разностного канала, отсчеты которого домножены на коэффициенты компенсации. Затем осуществляют детектирование (взятие модуля комплексной амплитуды) полученного массива комплексных амплитуд, а затем поэлементное сравнение с пороговым значением. При превышении порога фиксируют наличие движущейся цели.
Недостатком указанного решения является невозможность определения скорости и направления движения обнаруженного движущегося объекта.
Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретением, является достижение возможности повышения точности определения скорости и направления движения обнаруженного движущегося объекта.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности путем подавления мешающих отражений сигнала.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что осуществляют телескопический обзор участка земной поверхности, с излучением импульсного когерентного радиолокационного сигнала и приемом отраженных сигналов s1(t), s2(t) антенной решеткой бортовой радиолокационной станции, когерентно накапливают принятые сигналы s1(t), s2(t), синтезируют апертуру антенны по каждому из сигналов s1(t) и s2(t) в виде двух массивов комплексных амплитуд сигналов
Figure 00000002
и
Figure 00000003
в координатах i - номер отсчета по азимуту, k - номер отсчета по дальности.
Новым в заявляемом способе является то, что прием сигналов s1(t), s2(t) осуществляют соответственно первой и второй подрешеткой антенной решетки со смещенными по азимуту фазовыми центрами бортовой радиолокационной станции, а после синтеза апертур антенны
Figure 00000002
и
Figure 00000003
определяют отклонение фазы Δϕ[i, k] сигнала первой синтезированной апертуры
Figure 00000002
, вызванное отражением от неподвижной поверхности земли, компенсируют отклонение фазы Δϕ[i, k] сигнала первой синтезированной апертуры
Figure 00000002
относительно неподвижной поверхности земли с формированием массива комплексных амплитуд скомпенсированного сигнала
Figure 00000004
Далее в полученном комплексном сигнале
Figure 00000005
компенсируют начальную фазу сигнала, вызванную отражением от движущегося объекта, поэлементным вычитанием из скомпенсированного массива
Figure 00000006
массива комплексных амплитуд второй синтезированной апертуры
Figure 00000007
и последующим умножением на комплексно-сопряженный сигнал первой синтезированной апертуры антенны
Figure 00000008
и таким образом, формируют массив комплексных амплитуд скомпенсированного сигнала
Figure 00000009
по формуле:
Figure 00000010
где
Figure 00000011
- массив комплексных амплитуд скомпенсированного сигнала,
Figure 00000012
- массив комплексных амплитуд второй синтезированной апертуры,
Figure 00000013
- комплексно-сопряженный массив комплексных амплитуд первой синтезированной апертуры, затем формируют массив комплексных амплитуд итогового скомпенсированного сигнала
Figure 00000014
усреднением по соседним азимутальным элементам массива комплексных амплитуд
Figure 00000015
Затем рассчитывают пороговое значение по всем отсчетам массива комплексных амплитуд итогового скомпенсированного сигнала
Figure 00000016
для всех отсчетов итогового скомпенсированного сигнала
Figure 00000017
сравнивают их действительную часть с пороговым значением. При превышении порога действительной частью отсчета фиксируют наличие движущегося объекта в соответствующем отсчете азимута i и дальности k, определяют наклонную дальность Rk до движущегося объекта, затем определяют разность фаз сигналов двух подрешеток по формуле:
Figure 00000018
где
Figure 00000019
- аргумент соответствующей комплексной амплитуды, и радиальную составляющую скорости движущегося объекта по формуле:
Figure 00000020
где λ - длина волны излучаемого сигнала, d - расстояние между фазовыми центрами подрешеток, Vпут - путевая скорость носителя бортовой радиолокационной станции, α0 - азимут центра зоны обзора, ΔϕΔ0[i, k] - разность фаз сигналов двух подрешеток.
Затем через интервал времени
Figure 00000021
где λ - длина волны излучаемого сигнала, d - расстояние между фазовыми центрами подрешеток, R0 - наклонная дальность до центра зоны, Vтан max - максимальная определяемая тангенциальная скорость, аналогичным образом повторяют описанные выше операции и определяют разность фаз
Figure 00000022
сигналов двух подрешеток, принятых через интервал времени Т0,
далее определяют тангенциальную составляющую скорости движущегося объекта по формуле:
Figure 00000023
где vрад[i, k] - радиальная составляющая скорости, λ - длина волны излучаемого сигнала, d - расстояние между фазовыми центрами подрешеток, α0 - азимут центра зоны обзора, Rk - наклонная дальность до движущегося объекта, ΔϕΔ0[i, k] - разность фаз сигналов двух подрешеток,
Figure 00000022
разность фаз сигналов двух подрешеток, принятых через интервал времени Т0. И затем по известным радиальной и тангенциальной составляющим скорости определяют скорость движущегося объекта и направление его движения. Скорость движущегося объекта v[i, k] определяют по формуле:
Figure 00000024
Направление движения объекта αдвиж[i, k] определяют по формуле:
Figure 00000025
Максимальную определяемую тангенциальную скорость vтан max задают в интервале 40…60 м/с. Прием отраженных сигналов осуществляют подрешетками антенной решетки со смещенными фазовыми центрами на половину диаметра антенной решетки. Отклонение фазы сигнала Δϕ[i, k] первой синтезированной апертуры Scl[i, к], вызванное отражением от неподвижной поверхности земли определяют по формуле:
Figure 00000026
где λ - длина волны излучаемого сигнала, d - расстояние между фазовыми центрами подрешеток, βk - угол места ДНА первой подрешетки для k-го отсчета по дальности, αi - азимутальное направление ДНА первой подрешетки для i-гo отсчета по азимуту. Отклонение фазы Δϕ[i, k] сигнала первой синтезированной апертуры
Figure 00000027
вызванное отражением от неподвижной поверхности земли, компенсируют гетеродинированием сигнала
Figure 00000027
по формуле
Figure 00000028
где i - номер отсчета по азимуту, k - номер отсчета по дальности, j - мнимая единица. Пороговое значение задают как среднее значение действительных частей всех отсчетов скомпенсированного сигнала
Figure 00000029
, умноженного на поправочный коэффициент Кп, значение которого подбирают при настройке бортовой радиолокационной станции в зависимости от ее реализации и в дальнейшем его не изменяют.
На Фиг. 1 представлена функциональная схема радиолокационной станции, осуществляющей способ.
На Фиг. 2 схематично изображен процесс обзора земной поверхности в процессе синтеза апертуры.
Способ определения скорости и направления движения наземных объектов бортовой радиолокационной станцией с антенной решеткой может быть реализован, например, в импульсно-доплеровской БРЛС в режиме работы воздух-поверхность, состоящей из антенной решетки (1) со смещенными по азимуту фазовыми центрами, передатчика (2), двухканального приемника (3), процессора управления (4), процессора сигналов (5). Первый выход процессора управления (4) соединен с первым входом антенной решетки (1), второй выход процессора управления (4) соединен с входом передатчика (2), выход которого соединен со вторым входом антенной решетки (1). Третий выход процессора управления (4) подключен к третьему входу двухканального приемника (3). Первый выход антенной решетки (1) соединен с первым входом двухканального приемника (3), второй выход антенной решетки (1) соединен со вторым входом двухканального приемника (3). Первый выход двухканального приемника (3) подключен к первому входу процессора сигналов (5), второй выход двухканального приемника (3) подключен ко второму входу процессора сигналов (5). Вход-выход процессора сигналов (5) соединен с входом-выходом процессора управления (4). Выход процессора сигналов (5) является внешним выходом БРЛС.
Способ определения скорости и направления движения наземных объектов бортовой радиолокационной станцией с антенной решеткой работает следующим образом.
Летчик/оператор БРЛС задает в процессор управления (4) параметры зоны обзора: R0 - дальность до центра зоны, α0 - азимут центра зоны. А процессор управления (4) задает параметры управления антенной решетке (1) для телескопического обзора соответствующей зоны обзора. В качестве антенной решетки (1) со смещенными по азимуту фазовыми центрами может использоваться фазированная антенная решетка, состоящая из двух подрешеток, и осуществляющая излучение сигнала диаграммой направленности (ДН) сформированной всей апертурой решетки, а прием двумя независимыми ДН, каждая из которых сформирована отдельной подрешеткой. Величина смещения фазовых центров двух подрешеток определяется характеристиками и параметрами антенной решетки (1), например, может использоваться смещение на половину диаметра антенной решетки (1).
Антенная решетка (1) формирует однолучевую ДН на передачу и излучает, сформированный передатчиком (2), когерентный импульсный радиолокационный сигнал в направлении земной поверхности. В качестве излучаемого сигнала могут использоваться как простые радиоимпульсы, так и сложные модулированные импульсные сигналы - фазокодоманипулированные (ФКМ) или линейно частотно-модулированные (ЛЧМ) и т.д. Первая и вторая подрешетки антенной решетки (1) формируют независимые ДНА на прием и принимают отраженные от земной поверхности сигналы s1(t) и s2(t). Схематично прием этих сигналов подрешетками антенной решетки (1) в процессе обзора поверхности приведен на Фиг. 2. С первого и второго выходов антенной решетки (1) сигналы s1(t) и s2(t) от первой и второй подрешеток поступают на первый и второй входы двухканального приемника (3), где по команде с процессора управления (4) запускается аналоговая обработка сигналов s1(t) и s2(t), например, усиление, фильтрация и т.д., а затем их аналого-цифровое преобразование. Далее полученные отсчеты сигналов
Figure 00000030
и
Figure 00000031
в цифровом виде, где n - номер излученного импульса, k - номер отсчета по дальности, когерентно накапливают в процессоре сигналов (5). После завершения накопления сигналов
Figure 00000032
и
Figure 00000033
в процессоре сигналов (5) запускается их обработка.
В процессоре сигналов (5) осуществляют синтезирование апертуры антенны по каждому из сигналов
Figure 00000034
и
Figure 00000035
В результате синтезирования апертуры антенны формируют два двумерных массива комплексных амплитуд сигналов
Figure 00000036
и
Figure 00000037
где i - номер отсчета по азимуту, k - номер отсчета по дальности. Основными операциями синтезирования апертуры антенны являются обработка сигнала согласованным фильтром, весовая обработка сигнала, компенсация квадратичного и линейного фазового набегов вызванного движением носителя бортовой радиолокационной станции, быстрое преобразование Фурье. Подробное описание различных алгоритмов синтезирования апертуры антенны приведено, например, в монографиях [«Многофункциональные радиолокационные системы» под ред. Б.Г. Татарского, М.: Дрофа, 2007 г. стр. 181-190, рис. 7.9, 7.10] и [«Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли» Учебное пособие для ВУЗов под ред. Г.С. Кондратенкова, М.: Радиотехника, 2005 г. стр. 174-195, рис. 6.11].
Следующим этапом обработки сигнала является определение отклонения фазы Δϕ[i, k] сигнала
Figure 00000038
принятого первой подрешеткой, вызванного отражением сигнала от неподвижной поверхности земли, относительно сигнала
Figure 00000039
принятого второй подрешеткой. Для этого в процессоре сигналов (5) для каждого отсчета комплексной амплитуды определяют отклонение фазы Δϕ[i, k] по соотношению:
Figure 00000040
где λ - длина волны излучаемого сигнала, d - расстояние между фазовыми центрами подрешеток, βk - угол места ДН первой подрешетки для k-го отсчета по дальности, αi - азимутальное направление ДН первой подрешетки антенной решетки (1) для i-го отсчета по азимуту.
Затем компенсируют отклонение фазы Δϕ[i, k] сигнала
Figure 00000041
Для этого осуществляют в процессоре сигналов (5) гетеродинирование сигнала
Figure 00000042
функцией, параметром которой является рассчитанное выше отклонение фазы и таким образом формируют скомпенсированный массив комплексных амплитуд
Figure 00000043
Figure 00000044
где i - номер отсчета по азимуту, k - номер отсчета по дальности, j - мнимая единица.
Следующим этапом является компенсация начальной фазы ϕ0ДО сигнала, отраженного от обнаруживаемого движущегося объекта и принятого первой подрешеткой для каждого отсчета по азимуту и дальности. Для этого в процессоре сигналов (5) осуществляют поэлементное вычитание из скомпенсированного массива комплексных амплитуд
Figure 00000045
массива комплексных амплитуд второй синтезированной апертуры
Figure 00000046
с последующим умножением на комплексно-сопряженный сигнал первой синтезированной апертуры антенны
Figure 00000047
и таким образом формируют массив комплексных амплитуд скомпенсированного сигнала
Figure 00000048
по формуле:
Figure 00000049
Комплексные амплитуды содержат в себе информацию об амплитуде и фазе сигнала, и таким образом, позволяют произвести компенсацию начальной фазы ϕ0ДО сигнала, отраженного от обнаруживаемого движущегося объекта.
Разность
Figure 00000050
можно представить в виде амплитуды АДО до сигнала отраженного от движущегося объекта и суммы фаз δϕДО - отклонение фазы, вызванное отражением сигнала от движущегося объекта относительно неподвижной земной поверхности, и ϕ0ДО - начальной фазы сигнала, отраженного от обнаруживаемого движущегося объекта.
Комплексно-сопряженный сигнал можно представить в виде
Figure 00000051
где Аф - амплитуда сигнала отраженного от неподвижной поверхности земли (фона), ϕ0ф - начальная фаза сигнала, отраженного от неподвижной поверхности земли (фона).
После компенсации по формуле (1) итоговый сигнал представляет собой сумму сигнала, отраженного от движущегося объекта
Figure 00000052
и шумоподобного сигнала
Figure 00000053
⋅
Figure 00000054
из-за случайного характера фазы ϕ0ф.
Figure 00000055
Шумоподобный сигнал подавляется операцией усреднения, например, с помощью обработки функцией «скользящее окно». Для каждого отсчета комплексного сигнала
Figure 00000056
по азимуту i вычисляется среднее значение нескольких соседних отсчетов L, например по пяти соседним отсчетам (L=5). Таким образом формирование массива комплексных амплитуд итогового скомпенсированного сигнала
Figure 00000057
для каждого i-го отсчета может быть реализовано по формуле:
Figure 00000058
Отсчеты полученного скомпенсированного массива комплексных амплитуд сигнала
Figure 00000059
зависят только от отклонения фазы, вызванного отражением сигнала от движущегося объекта относительно неподвижной земной поверхности δϕДО[i, k]. Для определения отсчета сигнала, соответствующего отражению от движущегося объекта, сравнивают действительную часть отсчетов комплексных амплитуд сигнала
Figure 00000060
с пороговым значением h0. Пороговое значение h0 задают как среднее значение действительных частей всех отсчетов скомпенсированного сигнала, умноженного на поправочный коэффициент КП. Значения коэффициента КП подбирают при настройке БРЛС в зависимости от реализации антенного, приемо-передающего трактов и т.д., и в дальнейшем не изменяют. Диапазон значений КП примем от 2 до 3.
Для всех отсчетов скомпенсированного сигнала
Figure 00000061
в процессоре сигналов (5) сравнивают их действительную часть с пороговым значением h0, определенным в виде среднего значения действительной части комплексных амплитуд, умноженного на поправочный коэффициент КП;
Figure 00000062
где I - общее количество азимутальных отсчетов, полученное при синтезировании апертуры, K - общее количество отсчетов по дальности, полученное в процессе приема сигналов, KП - поправочный коэффициент.
При превышении порога h0 действительной частью отсчета скомпенсированного сигнала
Figure 00000063
фиксируют наличие движущегося объекта в соответствующем отсчете азимута и дальности i, k.
После обнаружения движущегося объекта определяют дальность до него. Это можно сделать пересчетом номера отсчета дальности k по формуле:
Figure 00000064
где R0 - дальность до центра зоны обзора, ΔR - разрешающая способность БРЛС по дальности, K - общее количество отсчетов по дальности, k - номер отсчета по дальности в котором обнаружен движущийся объект.
Далее определяют разность фаз сигналов двух подрешеток в соответствующем отсчете азимута и дальности i, k по формуле:
Figure 00000065
где
Figure 00000066
- аргумент соответствующей комплексной амплитуды.
Затем определяют радиальную составляющую скорости движущегося объекта по формуле:
Figure 00000067
где λ - длина волны излучаемого сигнала, d - расстояние между фазовыми центрами подрешеток, Vпут - путевая скорость носителя бортовой радиолокационной станции, α0 - азимут центра зоны обзора, ΔϕΔ0[i, k] - разность фаз сигналов двух подрешеток.
Затем через интервал времени Т0 повторяют описанную процедуру: излучают сигнал в направлении того же участка земной поверхности и принимают отраженные сигналы двумя подрешетками, синтезируют апертуру антенны, компенсируют отклонения фазы, проводят усреднение отсчетов сигнала, проводят обнаружение движущегося объекта, определяют разность фаз сигналов
Figure 00000068
двух подрешеток в соответствующем отсчете азимута и дальности i, k.
Указанный интервал времени Т0 определяют из неравенства:
Figure 00000069
где λ - длина волны излучаемого сигнала, d - расстояние между фазовыми центрами подрешеток, R0 - наклонная дальность до центра зоны обзора, vтан mах - максимально возможная для определения тангенциальная скорость. Максимальная определяемая скорость vтан max выбирается исходя из характеристик предполагаемых обнаруживаемых движущихся объектов. Так, например, для автотранспорта можно выбрать vтан max ≈ 40 м/с (150 км/ч), и в зависимости от других параметров Т0 составит 20-40 с.
Определенные на первом и втором интервалах синтезирования разности фаз сигналов двух подрешеток ΔϕΔ0[i, k] и
Figure 00000070
содержат информацию о радиальной и тангенциальной составляющих скорости движущегося объекта, которые можно выразить следующим образом:
Figure 00000071
Figure 00000072
где
Figure 00000073
Figure 00000074
разности фаз сигналов двух подрешеток на первом и втором интервалах синтезирования, Т0 интервал времени между двумя интервалами синтезирования, λ - длина волны излучаемого сигнала, d - расстояние между фазовыми центрами подрешеток, Rk - наклонная дальность до обнаруженного движущегося объекта, α0 - азимут центра зоны обзора, vрад[i, k] - радиальная составляющая скорости движущегося объекта, vтан[i, k] - тангенциальная составляющая скорости движущегося объекта, v[i, k] - скорость движущегося объекта.
Соответственно, зная разности фаз
Figure 00000075
Figure 00000076
параметры зоны обзора α0, дальность до движущегося объекта Rk, длину волны λ, интервал времени Т0 и радиальную скорость Vрад[i, k] можно определить тангенциальную составляющую скорости по следующему соотношению:
Figure 00000077
где
Figure 00000078
Figure 00000079
разности фаз сигналов двух подрешеток на первом и втором интервалах синтезирования, Т0 интервал времени между двумя интервалами синтезирования, λ - длина волны излучаемого сигнала, d - расстояние между фазовыми центрами подрешеток, Rk - наклонная дальность до движущегося объекта, α0 - азимут центра зоны обзора, vрад, vтан - радиальная и тангенциальная скорости объекта.
Вектор скорости складывается из векторов радиальной и тангенциальной составляющих. Таким образом, можно определить скорость движущегося объекта и направление его движения (угол движения). Модуль вектора скорости определяется через его составляющие:
Figure 00000080
А направление движения через тангенс угла между векторами радиальной и тангенциальной составляющих:
Figure 00000081
Направление движения αдвиж[i, k] представляет собой угол между проекцией нормали к антенной решетки на плоскую поверхность земли и вектором скорости. Данные расчеты можно выполнить в процессоре управления (4), осуществив передачу из процессора сигналов (5) рассчитанных значений
Figure 00000082
Figure 00000083
Figure 00000084
и номера отсчета по дальности k, в котором обнаружен движущийся объект. Данные зоны обзора R0, α0 задаются летчиком/оператором, длина волны λ и расстояние между фазовыми центрами подрешеток d являются заранее заданными характеристиками БРЛС, а интервал времени между двумя интервалами синтезирования Т0 рассчитывается в процессоре управления (4) исходя из дальности зоны обзора R0, длины волны λ, расстояния между фазовыми центрами подрешеток d и максимальной закладываемой скоростью обнаруживаемых целей.
Для дальнейшей обработки информации о движущемся объекте угол движения αдвиж[i; k] можно пересчитать в необходимую систему координат, зная азимут самолета-носителя БРЛС и угол поворота антенной решетки.
Таким образом, за счет компенсации фазовых отклонений сигнала путем совместной обработки сигналов, принятых двумя подрешетками антенной решетки со смещенными по азимуту фазовыми центрами, на двух интервалах синтезирования осуществляется подавление мешающих отражений, обнаружение движущихся объектов на фоне земной поверхности и последующее определение их скорости и направления движения с высокой точностью.

Claims (16)

1. Способ определения скорости и направления движения наземных объектов бортовой радиолокационной станцией с антенной решеткой, заключающийся в том, что осуществляют телескопический обзор участка земной поверхности, с излучением импульсного когерентного радиолокационного сигнала и приемом отраженных сигналов s1(t), s2(t) антенной решеткой бортовой радиолокационной станции, когерентно накапливают принятые сигналы s1(t), s2(t), синтезируют апертуру антенны по каждому из сигналов s1(t) и s2(t) в виде двух массивов комплексных амплитуд сигналов
Figure 00000085
в координатах i - номер отсчета по азимуту, k - номер отсчета по дальности, отличающийся тем, что прием сигналов s1(t), s2(t) осуществляют соответственно первой и второй подрешеткой антенной решетки со смещенными по азимуту фазовыми центрами бортовой радиолокационной станции, а после синтеза апертур антенны
Figure 00000086
определяют отклонение фазы Δϕ[i, k] сигнала первой синтезированной апертуры
Figure 00000087
вызванное отражением от неподвижной поверхности земли, компенсируют отклонение фазы Δϕ[i, k] сигнала первой синтезированной апертуры
Figure 00000088
относительно неподвижной поверхности земли с формированием массива комплексных амплитуд скомпенсированного сигнала
Figure 00000089
далее в полученном комплексном сигнале
Figure 00000090
компенсируют начальную фазу сигнала, вызванную отражением от движущегося объекта, поэлементным вычитанием из скомпенсированного массива
Figure 00000091
массива комплексных амплитуд второй синтезированной апертуры
Figure 00000092
и последующим умножением на комплексно-сопряженный сигнал первой синтезированной апертуры антенны
Figure 00000093
и таким образом, формируют массив комплексных амплитуд скомпенсированного сигнала
Figure 00000094
по формуле:
Figure 00000095
где
Figure 00000096
- массив комплексных амплитуд скомпенсированного сигнала,
Figure 00000097
- массив комплексных амплитуд второй синтезированной апертуры,
Figure 00000098
комплексно-сопряженный массив комплексных амплитуд первой синтезированной апертуры, затем формируют массив комплексных амплитуд итогового скомпенсированного сигнала
Figure 00000099
усреднением по соседним азимутальным элементам массива комплексных амплитуд
Figure 00000100
рассчитывают пороговое значение по всем отсчетам массива комплексных амплитуд итогового скомпенсированного сигнала
Figure 00000101
для всех отсчетов итогового скомпенсированного сигнала
Figure 00000102
сравнивают их действительную часть с пороговым значением, при превышении порога действительной частью отсчета фиксируют наличие движущегося объекта в соответствующем отсчете азимута i и дальности k, определяют наклонную дальность Rk до движущегося объекта, затем определяют разность фаз сигналов двух подрешеток по формуле:
Figure 00000103
где
Figure 00000104
- аргумент соответствующей комплексной амплитуды, и радиальную составляющую скорости движущегося объекта по формуле:
Figure 00000105
где λ - длина волны излучаемого сигнала, d - расстояние между фазовыми центрами подрешеток, Vпут - путевая скорость носителя бортовой радиолокационной станции, α0 - азимут центра зоны обзора, ΔϕΔ0[i, k] - разность фаз сигналов двух подрешеток, затем через интервал времени
Figure 00000106
где λ - длина волны излучаемого сигнала, d - расстояние между фазовыми центрами подрешеток, R0 - наклонная дальность до центра зоны, vтан max - максимальная определяемая тангенциальная скорость, аналогичным образом повторяют описанные выше операции и определяют разность фаз
Figure 00000107
сигналов двух подрешеток, принятых через интервал времени То, далее определяют тангенциальную составляющую скорости движущегося объекта по формуле:
Figure 00000108
где vpaд[i, k] - радиальная составляющая скорости, λ - длина волны излучаемого сигнала, d - расстояние между фазовыми центрами подрешеток, α0 - азимут центра зоны обзора, Rk - наклонная дальность до движущегося объекта, ΔϕΔ0[i, k] - разность фаз сигналов двух подрешеток,
Figure 00000109
разность фаз сигналов двух подрешеток, принятых через интервал времени Т0, и затем по известным радиальной и тангенциальной составляющим скорости определяют скорость движущегося объекта и направление его движения.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость движущегося объекта v[i, k] определяют по формуле:
Figure 00000110
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что направление движения объекта αдвиж[i, k] определяют по формуле:
Figure 00000111
.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что максимальную определяемую тангенциальную скорость vтан max задают в интервале 40…60 м/с.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прием отраженных сигналов осуществляют подрешетками антенной решетки со смещенными фазовыми центрами на половину диаметра антенной решетки.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отклонение фазы сигнала Δϕ[i, k] первой синтезированной апертуры
Figure 00000112
вызванное отражением от неподвижной поверхности земли, определяют по формуле:
Figure 00000113
где λ - длина волны излучаемого сигнала, d - расстояние между фазовыми центрами подрешеток, βk - угол места ДНА первой подрешетки для k-го отсчета по дальности, αi - азимутальное направление ДНА первой подрешетки для i-го отсчета по азимуту.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отклонение фазы Δϕ[i, k] сигнала первой синтезированной апертуры
Figure 00000114
вызванное отражением от неподвижной поверхности земли, компенсируют гетеродинированием сигнала
Figure 00000115
по формуле
Figure 00000116
где i - номер отсчета по азимуту, k - номер отсчета по дальности, j - мнимая единица.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пороговое значение задают как среднее значение действительных частей всех отсчетов скомпенсированного сигнала
Figure 00000117
умноженного на поправочный коэффициент KП, значение которого подбирают при настройке бортовой радиолокационной станции в зависимости от ее реализации и в дальнейшем его не изменяют.
RU2021136041A 2021-12-07 Способ определения скорости и направления движения наземных объектов бортовой радиолокационной станцией с антенной решеткой RU2786678C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2786678C1 true RU2786678C1 (ru) 2022-12-23

Family

ID=

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06138220A (ja) * 1992-10-30 1994-05-20 Toshiba Corp 移動目標検出レーダ装置
JP2000088955A (ja) * 1998-09-10 2000-03-31 Mitsubishi Electric Corp 運動補償回路及びレーダ装置
EP1262794A1 (de) * 2001-05-22 2002-12-04 EADS Deutschland Gmbh Verfahren zur Schätzung der Dopplerfrequenzposition des Hauptkeulenclutters bei mehrkanaligen Pulsdopplerradarsystem
RU2205423C2 (ru) * 1998-07-07 2003-05-27 Тамбовское высшее военное авиационное инженерное училище Способ и устройство селекции движущихся наземных целей в трехканальной цифровой рса
RU2393500C2 (ru) * 2008-04-30 2010-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" Способ определения фаз комплексных огибающих отраженных сигналов при многочастотном импульсном зондировании объекта для получения его радиолокационного изображения
EP2284569A1 (en) * 2009-07-16 2011-02-16 EADS Deutschland GmbH Automatic focussing of SAR raw data based on the estimation of the phase error function
RU2468384C1 (ru) * 2011-08-03 2012-11-27 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Способ определения скорости и направления движения наземной цели с помощью рлс с синтезированием апертуры антенны
RU2682661C1 (ru) * 2018-06-05 2019-03-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Способ активной обзорной моноимпульсной радиолокации с инверсным синтезированием апертуры антенны
RU2691771C1 (ru) * 2018-10-22 2019-06-18 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Способ обнаружения наземных движущихся целей бортовой радиолокационной станцией

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06138220A (ja) * 1992-10-30 1994-05-20 Toshiba Corp 移動目標検出レーダ装置
RU2205423C2 (ru) * 1998-07-07 2003-05-27 Тамбовское высшее военное авиационное инженерное училище Способ и устройство селекции движущихся наземных целей в трехканальной цифровой рса
JP2000088955A (ja) * 1998-09-10 2000-03-31 Mitsubishi Electric Corp 運動補償回路及びレーダ装置
EP1262794A1 (de) * 2001-05-22 2002-12-04 EADS Deutschland Gmbh Verfahren zur Schätzung der Dopplerfrequenzposition des Hauptkeulenclutters bei mehrkanaligen Pulsdopplerradarsystem
RU2393500C2 (ru) * 2008-04-30 2010-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" Способ определения фаз комплексных огибающих отраженных сигналов при многочастотном импульсном зондировании объекта для получения его радиолокационного изображения
EP2284569A1 (en) * 2009-07-16 2011-02-16 EADS Deutschland GmbH Automatic focussing of SAR raw data based on the estimation of the phase error function
RU2468384C1 (ru) * 2011-08-03 2012-11-27 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Способ определения скорости и направления движения наземной цели с помощью рлс с синтезированием апертуры антенны
RU2682661C1 (ru) * 2018-06-05 2019-03-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Способ активной обзорной моноимпульсной радиолокации с инверсным синтезированием апертуры антенны
RU2691771C1 (ru) * 2018-10-22 2019-06-18 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Способ обнаружения наземных движущихся целей бортовой радиолокационной станцией

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
САЗОНОВ Н.А., ЩЕРБИНИН В.Н. Определение полной скорости движущихся наземных целей с помощью трехчастотной радиолокационной станции // Вестник Тамбовского государственного технического университета, 2006 г., том 12, N 3А, сс. 654-662. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111157981B (zh) 多入多出调频连续波雷达系统
JP2651054B2 (ja) ポリスタティック相関レーダ
JP6920198B2 (ja) 水平方向にデジタルビーム形成を行ないオフセットされた送信器の位相を比較することにより垂直方向の物体測定を行なう撮像レーダセンサ
US11454702B2 (en) Synthetic aperture radar method and synthetic aperture radar device
US7038618B2 (en) Method and apparatus for performing bistatic radar functions
KR102176025B1 (ko) 환경 검출을 위한 차량 레이더
Zhang et al. Super resolution DOA based on relative motion for FMCW automotive radar
KR20190093647A (ko) 자동차용 mimo 레이더 센서
US10768276B2 (en) Decentralised radar system
CN110612460B (zh) 用于表征用户平台的环境的方法和设备
US20130234880A1 (en) High resolution doppler collision avoidance radar
JP2021513657A (ja) 自動車用の角度分解型で広帯域のレーダセンサ
CN114002673A (zh) 星载无源sar的非合作信号感知系统与多维参数估计方法
US11360202B2 (en) FMCW radar sensor
JP7019059B2 (ja) レーダセンサによる点目標の横速度またはデカルト速度の推定
RU2402034C1 (ru) Радиолокационный способ определения углового положения цели и устройство для его реализации
RU2786678C1 (ru) Способ определения скорости и направления движения наземных объектов бортовой радиолокационной станцией с антенной решеткой
RU2776865C1 (ru) Способ определения азимутального положения наземных движущихся объектов бортовой радиолокационной станцией с антенной решеткой
RU2775565C1 (ru) Способ обнаружения наземных движущихся объектов бортовой радиолокационной станцией с антенной решеткой
US20210270937A1 (en) Mimo radar system
RU2798822C1 (ru) Способ картографирования земной поверхности бортовой радиолокационной станцией с антенной решеткой
RU2640406C1 (ru) Способ картографирования земной поверхности бортовой радиолокационной станцией в переднем секторе обзора
US11493596B2 (en) Estimation of cartesian velocities of extended radar objects using a radar sensor
RU2691771C1 (ru) Способ обнаружения наземных движущихся целей бортовой радиолокационной станцией
RU2626012C1 (ru) Способ картографирования земной поверхности бортовой радиолокационной станцией