RU2791981C2 - Method for dynamic adjustment of antenna array with electronic scanning of ship radar station - Google Patents
Method for dynamic adjustment of antenna array with electronic scanning of ship radar station Download PDFInfo
- Publication number
- RU2791981C2 RU2791981C2 RU2021123523A RU2021123523A RU2791981C2 RU 2791981 C2 RU2791981 C2 RU 2791981C2 RU 2021123523 A RU2021123523 A RU 2021123523A RU 2021123523 A RU2021123523 A RU 2021123523A RU 2791981 C2 RU2791981 C2 RU 2791981C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ship
- coordinates
- adjusted
- asc
- radar
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области корабельной радиолокации. The invention relates to the field of shipborne radar.
Сущность изобретения – динамическая юстировка антенной решётки (АР) с электронным сканированием корабельной радиолокационной станции (РЛС) как определение трёх углов установки АР на корабле: азимута, угла места и угла скручивания электрической оси АР в связанной системе координат (ССК по ГОСТ 20058-80) в условиях морского волнения. The essence of the invention is the dynamic adjustment of the antenna array (AR) with electronic scanning of the ship's radar station (RLS) as the determination of the three angles of the installation of the AR on the ship: azimuth, elevation and twisting angle of the AR electric axis in the associated coordinate system (SSK according to GOST 20058-80) in sea conditions.
Указанная цель достигается следующим образом (рис.1): This goal is achieved as follows (Fig. 1):
на достаточном, с точки зрения точности юстировки, удалении от корабля устанавливается источник излучения (ИИ), работающий на частоте РЛС, и точно определяются его геодезические координаты; at a sufficient, from the point of view of the alignment accuracy, distance from the ship, a radiation source (IS) operating at the frequency of the radar is installed, and its geodetic coordinates are accurately determined;
во время юстировки разворот корабля по отношению к ИИ меняется любым доступным способом во всём секторе сканирования АР по курсовому углу; during adjustment, the turn of the ship in relation to the AI is changed in any way possible in the entire scanning sector of the AR along the heading angle;
с использованием бортовой инерциальной навигационной системы, принимающей сигналы навигационных спутников, постоянно измеряются текущие навигационные данные корабля (геодезические координаты центра масс корабля (ЦМК), а также углы его положения: курс, дифферент и крен); using an onboard inertial navigation system that receives signals from navigation satellites, the current navigational data of the ship are constantly measured (geodetic coordinates of the ship's center of mass (SMC), as well as its position angles: heading, trim and roll);
по сигналам ИИ, принимаемым АР, измеряются текущие азимут и угол места ИИ в системе координат АР (АСК), по которым с использованием прямоугольных координат центра АР (начала отсчёта АСК) в ССК (начало отсчёта – в ЦМК), геодезических координат ИИ и текущих навигационных данных корабля вычисляется текущая дальность ИИ из центра АР и определяются текущие прямоугольные координаты ИИ в АСК; according to the AI signals received by the AR, the current azimuth and elevation angle of the AI in the AR (ASC) coordinate system are measured, according to which, using the rectangular coordinates of the AR center (the origin of the ASC) in the SSC (the origin is in the CSC), the geodetic coordinates of the AI and the current ship navigation data, the current range of the AI from the center of the AR is calculated and the current rectangular coordinates of the AI in the ASC are determined;
по геодезическим координатам ИИ и текущим геодезическим координатам ЦМК вычисляются текущие прямоугольные координаты радиус-вектора ИИ в невращающейся полусвязанной СК с началом в ЦМК, которые затем пересчитываются в ССК1 (ССК с началом, смещённым из ЦМК в центр АР) с использованием углов положения корабля и прямоугольных координат центра АР в ССК; based on the geodetic coordinates of the AI and the current geodetic coordinates of the CMC, the current rectangular coordinates of the radius vector of the AI in a non-rotating semi-coupled CS with the origin in the CMC are calculated, which are then recalculated into the CCS1 (CSC with the origin shifted from the CMC to the center of the AR) using the position angles of the ship and rectangular coordinates of the AR center in the SSC;
искомые три угла установки АР на корабле, нелинейно входящие в систему уравнений связи прямоугольных координат ИИ в АСК и в ССК1 определяются по всей совокупности измерений подходящим вычислительным методом.the required three angles of the installation of the AR on the ship, which are non-linearly included in the system of equations for the connection of the rectangular coordinates of the AI in the ASC and in the SSC1, are determined from the entire set of measurements by a suitable computational method.
Способ может быть использован для юстировки электрической оси любых АР, жёстко установленных на подвижных носителях, при повышенных требованиях к точности установки луча АР. Применим для юстировки корабельной РЛС, имеющей в своём составе несколько одновременно работающих АР.The method can be used to align the electrical axis of any AR, rigidly mounted on movable carriers, with increased requirements for the accuracy of the AR beam setting. Applicable for alignment of a shipborne radar, which has several simultaneously operating radars.
Большинство известных способов юстировки антенн [1, 2] предполагает неподвижность юстируемой антенны. Обеспечение этого требования для корабельной АР требует обездвиживания корабля и поэтому связано со многими трудностями. Корабельные РЛС с высокоточной установкой луча АР должны проходить регулярные поверки, потому что неучтённое угловое изменение положения АР на корабле в ходе его эксплуатации даже на несколько угловых минут может быть неприемлемым. Поэтому основное требование к креплению АР – прочность в предположении, что ошибки по углам установки электрической оси АР могут быть отдельно измерены и учтены. Следовательно, способ юстировки АР должен позволять проводить её в любом месте нахождения корабля и не требовать дорогостоящего дополнительного оборудования.Most of the known methods of antenna alignment [1, 2] assume the immobility of the adjusted antenna. Ensuring this requirement for a ship's AR requires the immobilization of the ship and is therefore associated with many difficulties. Shipborne radars with high-precision AR beam setting must undergo regular verification, because an unaccounted for angular change in the position of the AR on the ship during its operation, even by a few arc minutes, may be unacceptable. Therefore, the main requirement for mounting the AR is strength, assuming that errors in the angles of installation of the electrical axis of the AR can be separately measured and taken into account. Therefore, the method for adjusting the AA should allow it to be carried out at any location of the ship and not require expensive additional equipment.
Ошибки по углам установки АР являются важными составляющими систематических ошибок измерения углов объектов. В отличие от систематических ошибок, обусловленных погрешностями амплитудно-фазового распределения на АР и существенно различных для разных направлений, ошибки по трём углам установки параметрически входят в уравнения пересчёта координат объекта из АСК в невращающуюся полусвязанную СК корабля и, будучи измеренными, могут быть легко математически учтены.Errors in the installation angles of the AR are important components of the systematic errors in measuring the angles of objects. Unlike systematic errors due to errors in the amplitude-phase distribution on the AR and significantly different for different directions, errors in three installation angles are parametrically included in the equations for recalculating the coordinates of an object from the ACS to a non-rotating semi-coupled CS of the ship and, being measured, can be easily mathematically taken into account .
Наиболее близким по совокупности признаков способом юстировки антенны РЛС является изложенный в описании патента RU2527939 [3]. В нём высокая точность проведения юстировки антенны РЛС основывается на знании координат юстируемой антенны и отражающего объекта с использованием сигналов навигационных спутников (ошибки в единицы метров). Угловые поправки определяются на основе сравнения координат положения объекта, полученных двумя путями: измерением и вычислением. Воплощение этого способа юстировки предполагает использование летающего объекта с установленным на нём спутниковым навигатором, а также радиопередатчиком, с помощью которого к РЛС от воздушного объекта могли бы передаваться данные его текущего местоположения. Объект должен иметь достаточную ЭПР, чтобы на расстоянии в несколько километров случайная ошибка измерения его угловых координат с помощью РЛС была малой. Как указывается в [4]: «проведение измерений облетным методом при помощи пилотируемой летательной техники связаны с большими организационно-техническими сложностями проведения эксперимента… Низкий уровень автоматизации обработки результатов делали облётный метод одним из самых дорогих и технически сложных». Способ юстировки, изложенный в описании патента RU2527939, указывает действия по определению ошибок по азимуту и по аналогии может быть применён для определения ошибок по углу места, но не касается определения угла скручивания антенны.The method of aligning the radar antenna closest in terms of the set of features is described in the description of patent RU2527939 [3]. In it, the high accuracy of the radar antenna alignment is based on knowing the coordinates of the antenna being adjusted and the reflecting object using signals from navigation satellites (errors in units of meters). Angular corrections are determined based on a comparison of the object's position coordinates obtained in two ways: by measurement and by calculation. The implementation of this method of alignment involves the use of a flying object with a satellite navigator installed on it, as well as a radio transmitter, with the help of which data of its current location could be transmitted to the radar from an airborne object. The object must have sufficient RCS so that at a distance of several kilometers the random error in measuring its angular coordinates with the help of radar is small. As indicated in [4]: “measurements by the flyby method using manned aircraft are associated with great organizational and technical difficulties in conducting the experiment ... The low level of automation of processing the results made the flyby method one of the most expensive and technically complex.” The adjustment method described in the description of patent RU2527939 indicates the steps for determining errors in azimuth and, by analogy, can be used to determine errors in elevation, but does not apply to determining the angle of twist of the antenna.
Предлагаемый способ такой же точный, как облётный, но более простой и дешёвый применительно к задаче юстировки корабельной РЛС. Способ не требует: управляемого летающего объекта, текущего измерения навигационных данных на нём, передачи их по радиосвязи к РЛС. Единственным дополнительным оборудованием предлагаемого способа является ИИ, работающий на частоте РЛС, который нужно неподвижно установить на расстоянии, обеспечивающем малость ошибок местоопределения по навигационным спутникам по сравнению с допустимыми ошибками измерения углов юстируемой РЛС, и с наименьшим подъёмом над уровнем моря, чтобы обеспечить минимальное влияние многопутевого распространения радиоволн на точность измерения угла места вследствие отражений от водной поверхности. При использовании ИИ проще обеспечить более высокий уровень принимаемого сигнала, по которому РЛС определяет угловые координаты объекта, и, следовательно, более высокую точность измерения, чем при активной радиолокации. Высокоточное определение навигационных данных корабля производится с использованием штатного бортового навигационного оборудования. Наличие данных о положении корабля, учитываемых при расчётах, не требует мер по его обездвиживанию и позволяет выполнять юстировку корабельной РЛС в условиях морского волнения. Корабль должен находиться вблизи участка суши, подходящего для установки на нём ИИ. Во время юстировки должен быть предусмотрен разворот корабля: своим ходом по кругу, с помощью тянущего или толкающего буксира или иным способом. В ходе разворота корабля направление на ИИ должно проходить весь диапазон сканирования АР по курсовому углу, а РЛС должна находиться в пределах главного лепестка антенны ИИ.The proposed method is as accurate as the flight method, but simpler and cheaper in relation to the task of aligning a ship's radar. The method does not require: a controlled flying object, the current measurement of navigation data on it, their transmission via radio communication to the radar. The only additional equipment of the proposed method is an AI operating at the frequency of the radar, which must be fixedly installed at a distance that ensures the smallness of positioning errors on navigation satellites compared to the allowable errors in measuring the angles of the aligned radar, and with the lowest elevation above sea level to ensure the minimum impact of multipath propagation of radio waves on the accuracy of measuring the elevation angle due to reflections from the water surface. When using AI, it is easier to provide a higher level of the received signal, from which the radar determines the angular coordinates of the object, and, consequently, a higher measurement accuracy than with active radar. The high-precision determination of the ship's navigational data is carried out using standard on-board navigation equipment. The presence of data on the position of the ship, taken into account in the calculations, does not require measures to immobilize it and allows you to adjust the ship's radar in conditions of sea waves. The ship must be close to a piece of land that is suitable for AI installation on it. During the adjustment, the turn of the ship should be provided: under its own power in a circle, with the help of a pulling or pushing tug, or in another way. During the turn of the ship, the direction to the AI must pass the entire scanning range of the AR along the heading angle, and the radar must be within the main lobe of the AI antenna.
Вычисление углов установки АР на корабле (азимута, угла места и угла скручивания нормали АР в ССК) опирается на следующее. На основании описанных выше измерений и пересчётов координат имеется два набора прямоугольных координат ИИ: 1) в ССК1 (ССК, начало отсчёта которой перенесено из ЦМК в начало отсчёта АСК), 2) и в АСК. Пересчёт первых координат во вторые производится путём умножения на матрицу поворота АР из исходного положения в конечное. The calculation of the angles of installation of the AR on the ship (azimuth, elevation and angle of twisting of the AR normal in the SSC) is based on the following. Based on the measurements and recalculations of coordinates described above, there are two sets of rectangular coordinates of the AI: 1) in SSK1 (SSK, the origin of which is transferred from the CMC to the origin of the ASC), 2) and in the ASC. Recalculation of the first coordinates into the second ones is performed by multiplying by the rotation matrix AR from the initial position to the final one.
. .
В исходном положении АР начало отсчёта АСК, связанной с АР, определено прямоугольными координатами в ССК, а направления осей АСК совпадают с направлениями одноимённых осей ССК1. Для перевода АР в конечное положение выполняются три последовательных поворота (рис.2): на угол азимута (), угол места () и угол скручивания (), которые математически подобны трём последовательным поворотам на углы рыскания, тангажа и крена по ГОСТ 20058-80. Матрица вычисляется, согласно п.1.1 Приложения 2 указанного ГОСТ [5]: In the initial position of the AR, the origin of the ASC associated with the AR is determined by rectangular coordinates in the SSC, and the directions of the ASC axes coincide with the directions of the axes of the same name of the SSC1. To transfer the AR to the final position, three successive turns are performed (Fig. 2): by the azimuth angle ( ), elevation angle ( ) and twist angle ( ), which are mathematically similar to three successive turns by yaw, pitch and roll angles according to GOST 20058-80. Matrix is calculated according to clause 1.1 of
. .
Путь вычисления углов установки АР на корабле состоит в решении системы уравнений, связывающих имеющиеся прямоугольные координаты ИИ в ССК1 и АСК через матрицу пересчёта , относительно углов , и , нелинейно входящих параметрами в элементы матрицы. Но задача определения этих трёх углов из данной системы трёх нелинейных уравнений имеет бесконечное множество решений, т.к. задание направления на ИИ имеет две угловые степени свободы, а положение АР имеет три угловые степени свободы. Это означает, что требуется, по меньше мере, ещё одна пара прямоугольных координат ИИ (в ССК1 и в АСК), полученная для отличающегося по курсу положения корабля по отношению к ИИ. Для достижения наибольшей точности при усреднении в условиях ошибок установки главного луча ДН АР с электронным сканированием и влияния элементов корпуса корабля нужно сделать много измерений при различных курсах корабля, а затем по всей совокупности данных определить искомые углы установки АР на корабле.The way to calculate the installation angles of the AR on the ship is to solve a system of equations that relate the available rectangular coordinates of the AI in SCK1 and ASC through the conversion matrix , relative to the angles , And , which are non-linear parameters in the elements of the matrix. But the problem of determining these three angles from a given system of three nonlinear equations has an infinite number of solutions, because setting the direction to the AI has two angular degrees of freedom, and the position of the AR has three angular degrees of freedom. This means that at least one more pair of AI rectangular coordinates (in SSK1 and in ASC) is required, obtained for the position of the ship with respect to the AI that differs in course. To achieve the highest accuracy when averaging under the conditions of errors in the installation of the main beam of the AP AR with electronic scanning and the influence of the elements of the ship's hull, it is necessary to make many measurements at various ship courses, and then, using the entire set of data, determine the desired angles of the AR installation on the ship.
Источники информацииInformation sources
1. Захарьев Л.Н., Леманский А.А., Турчин В.И. и др. Методы измерения характеристик антенн СВЧ. Под редакцией Н.М.Цейтлина. – М., Радио и связь, 1985, 114 с.1. Zakhariev L.N., Lemansky A.A., Turchin V.I. and other Methods for measuring the characteristics of microwave antennas. Edited by N.M. Zeitlin. - M., Radio and communication, 1985, 114 p.
2. Васин В.В., Власов О.В., Григорин-Рябов В.В. и др. Радиолокационные устройства. – М., Советское радио, 1970, 27 с.2. Vasin V.V., Vlasov O.V., Grigorin-Ryabov V.V. etc. Radar devices. - M., Soviet radio, 1970, 27 p.
3. Савватеев В.С., Сухов В.В. ОАО «ГСКБ "Алмаз-Антей"». Способ юстировки радиолокационных станций. Патент № 2527939 РФ, МПК G01S 7/40 (2006.01); заявл. 15.11.2012; опубл. 10.09.2014, Бюл. № 25. (URL: http://www.freepatent.ru/patents/2527939 – дата обращения 10.07.2021).3. Savvateev V.S., Sukhov V.V. OJSC GSKB Almaz-Antey. A method for adjusting radar stations. Patent No. 2527939 RF, IPC G01S 7/40 (2006.01); dec. 11/15/2012; publ. 09/10/2014, Bull. No. 25. (URL: http://www.freepatent.ru/patents/2527939 - accessed 07/10/2021).
4. Просвиркин И.А. Облётный метод измерения диаграмм направленности крупноапертурных антенн с использованием беспилотного летательного аппарата и системы ГЛОНАСС / Автореферат диссертации на соискание уч.ст. к.т.н. 2019. (URL: https://www.dissercat.com/content/obletnyi-metod-izmereniya-diagramm-napravlennosti-krupnoaperturnykh-antenn-s-ispolzovaniem – дата обращения 10.07.2021).4. Prosvirkin I.A. Flight method for measuring the radiation patterns of large-aperture antennas using an unmanned aerial vehicle and the GLONASS system / Abstract of the dissertation for the competition of the academic st. Ph.D. 2019. (URL: https://www.dissercat.com/content/obletnyi-metod-izmereniya-diagramm-napravlennosti-krupnoaperturnykh-antenn-s-ispolzovaniem – accessed 10.07.2021).
5. ГОСТ 20058-80 Динамика летательных аппаратов в атмосфере. Термины, определения и обозначения. (URL: https://docs.cntd.ru/document/1200009362 – дата обращения 10.07.2021).5. GOST 20058-80 Dynamics of aircraft in the atmosphere. Terms, definitions and designations. (URL: https://docs.cntd.ru/document/1200009362 – accessed 07/10/2021).
Claims (1)
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021123523A RU2021123523A (en) | 2023-02-06 |
RU2791981C2 true RU2791981C2 (en) | 2023-03-16 |
Family
ID=
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
RU 2373550 С1 - 2009.11.20. CN 104977574 A - 2015.10.14. RU 2527939 C2 - 2014.09.10. RU 2262117 C2 - 2005.10.10. RU 74217 U1 - 2008.06.20. RU 2573420 C1 - 2016.01.20. EP 0989414 A2 - 2000.03.29. Н. Ю. Воробьев и др., Корабельная антенная установка системы спутниковой связи: математическая модель, алгоритмы управления, вариант построения, Журнал радиоэлектроники, N10, 2015. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106712866B (en) | Communication-in-motion terminal station system and tracking method thereof | |
US8089402B2 (en) | System and method for correcting global navigation satellite system carrier phase measurements in receivers having controlled reception pattern antennas | |
US8886373B2 (en) | System and method for assisting in the decking of an aircraft | |
US8791859B2 (en) | High precision radio frequency direction finding system | |
US8521427B1 (en) | Vehicle navigation using cellular networks | |
US6816117B2 (en) | Distributed antenna system and method | |
CN110058204B (en) | Satellite-borne antenna beam center calibration method based on directional diagram matching | |
CN106950549B (en) | A kind of Radar Calibration method and system based on less radio-frequency relay transmission technology | |
CN109975755B (en) | Short-wave multi-station direct positioning method under condition of existence of correction source | |
CN112325840B (en) | Directional antenna angle rapid calibration method based on celestial body tracking and scanning | |
CN113960620B (en) | High-precision beam tracking system | |
RU2411538C2 (en) | Method of determining error in measuring aircraft velocity with inertial navigation system and onboard navigation system for realising said method | |
WO2020105041A1 (en) | System and method of calibrating a radar rotatable antenna system | |
US5461387A (en) | Position and direction finding instrument | |
CN114355277A (en) | Method for measuring azimuth reference of airplane radio compass | |
US6150979A (en) | Passive ranging using global positioning system | |
RU2354590C2 (en) | Method of controlling orientation of geostationary spacecraft equipped with beacon | |
RU2465611C1 (en) | Method of measuring boresight error of aircraft antenna dome fitted with onboard radar station | |
RU2791981C2 (en) | Method for dynamic adjustment of antenna array with electronic scanning of ship radar station | |
Fedorov et al. | Method of Radar Adjustment with Automatic Dependent Surveillance Technology Use | |
US12000922B2 (en) | Determination of cardinal direction | |
US20210318447A1 (en) | Discriminating and Mitigating SNS Spoofing Signals | |
CN114910944A (en) | Phased array antenna tracking precision measuring method | |
Davydov et al. | Selection basis of an antenna for a radio receiver of a small-sized module of a pulse-phase radio navigation system of a moving object | |
KR102287852B1 (en) | Radio positioning system and navigation method for unmanned aerial vehicle |