RU2797227C1 - Способ и устройство определения вертикальной скорости баллистической цели с использованием оценок первого и второго приращений ее радиальной скорости - Google Patents

Способ и устройство определения вертикальной скорости баллистической цели с использованием оценок первого и второго приращений ее радиальной скорости Download PDF

Info

Publication number
RU2797227C1
RU2797227C1 RU2021138945A RU2021138945A RU2797227C1 RU 2797227 C1 RU2797227 C1 RU 2797227C1 RU 2021138945 A RU2021138945 A RU 2021138945A RU 2021138945 A RU2021138945 A RU 2021138945A RU 2797227 C1 RU2797227 C1 RU 2797227C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
block
radial velocity
observation interval
velocity
ambiguity
Prior art date
Application number
RU2021138945A
Other languages
English (en)
Inventor
Пётр Зотеевич Белоногов
Александр Иванович Стучилин
Александр Васильевич Щербинко
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский центр "Резонанс" (ЗАО "НИЦ "Резонанс")
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский центр "Резонанс" (ЗАО "НИЦ "Резонанс") filed Critical Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский центр "Резонанс" (ЗАО "НИЦ "Резонанс")
Application granted granted Critical
Publication of RU2797227C1 publication Critical patent/RU2797227C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к радиолокации. Техническим результатом является повышение точности определения вертикальной скорости баллистической цели (БЦ) за счет устранения неоднозначности измерений ее радиальной скорости
Figure 00000177
В заявленном способе по измерениям дальности ri и угла места εt вычисляют ускорение силы тяжести qcp, геоцентрические углы ϕ1, ϕср и ϕN между РЛС и БЦ в начале, в середине и в конце интервала наблюдения, а также максимальную однозначно измеряемую радиальную скорость
Figure 00000178
где
Figure 00000179
- несущая частота, Fп - частота повторения РЛС, с - скорость света. Путем взвешенного суммирования выборки измерений дальности оценивают ее второе приращение
Figure 00000180
и однозначную радиальную скорость
Figure 00000181
Вычисляют межобзорные разности радиальной скорости
Figure 00000182
По знаку оценки
Figure 00000183
и по результатам сравнения
Figure 00000184
с
Figure 00000185
определяют межобзорные коэффициенты неоднозначности ГП и вычисляют однозначные на интервале наблюдения значения радиальной скорости
Figure 00000186
. Путем взвешенного суммирования выборки значений
Figure 00000187
оценивают их первое
Figure 00000188
и второе
Figure 00000189
приращения. Далее вычисляют вертикальную скорость БЦ в середине интервала наблюдения на невозмущенной баллистической траектории. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 табл., 3 пр.

Description

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в наземных радиолокационных станциях (РЛС) для определения вертикальной скорости (вертикальной составляющей вектора скорости) баллистической цели (БЦ) в середине интервала наблюдения на невозмущенном пассивном участке (ПУТ) баллистической траектории.
Известны способы и устройства определения вертикальной скорости
Figure 00000001
путем оптимального взвешенного суммирования с помощью цифрового нерекурсивного фильтра (ЦНРФ) фиксированной выборки значений высоты БЦ, вычисляемых по формуле zi=ri sin εi, где ri и εi - измеренные значения дальности и угла места. Наименьшие средне-квадратические ошибки (СКО) достигаются при оценивании вертикальной скорости
Figure 00000002
в середине интервала наблюдения по выборке из N значений высоты [1, С. 301-304]:
Figure 00000003
где
Figure 00000004
- весовые коэффициенты оценивания первого приращения;
Т0 - период обзора РЛС.
Известны способы и устройства определения вертикальной скорости с помощью α, β фильтра или α, β, γ фильтра путем последовательного оптимального сглаживания выборки значений высоты нарастающего объема [2, С. 321-322].
Основными недостатками этих способов и устройств является низкая точность определения вертикальной скорости в РЛС с большими ошибками измерениями угла места, в частности в РЛС метрового диапазона волн (РЛС МДВ), а также появление методических ошибок оценивания вертикальной скорости при больших дальностях до БЦ из-за неучета кривизны Земли.
Известны способы и устройства определения вертикальной скорости с использованием измерений или оценок радиальной скорости
Figure 00000005
и скорости изменения угла места
Figure 00000006
[3, С. 64-65]:
Figure 00000007
В этих способах оценки радиальной скорости и оценки скорости изменения угла места определяются путем оптимального сглаживания выборок измерений дальности ri и угла места εi с помощью ЦНРФ, α, β или α, β, γ фильтров.
Основными недостатками этих способов и устройств является низкая точность определения вертикальной скорости в РЛС с большими ошибками измерениями угла места, а также появление методических ошибок оценивания вертикальной скорости при больших дальностях до БЦ из-за неучета кривизны Земли и из-за неоднозначности измерений радиальной скорости.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленного изобретения являются способ и устройство радиолокационного определения вертикальной скорости БЦ с использованием фиксированной выборки произведений дальности на радиальную скорость, описанный в патенте 2646854 [4].
Физическая сущность аналогов, прототипа и заявляемого изобретения поясняется чертежом баллистической траектории, приведенным в фиг. 1, где использованы следующие обозначения:
- АС - интервал наблюдения;
- В - середина интервала наблюдения;
- ОЕ - поверхность Земли;
- Rз=FD - радиус Земли;
- BF- удаление БЦ в середине интервала сглаживания от центра Земли;
- ПУТ - пассивный участок траектории;
- АУТ - активный участок траектории;
- ϕ1, ϕcp, ϕN - геоцентрические углы между РЛС и БЦ в начале, в середине и в конце интервала наблюдения;
- r1, rcp, rN - дальность до БЦ в начале, в середине и в конце интервала наблюдения;
-
Figure 00000008
- радиальная скорость БЦ в начале, в середине и в конце интервала наблюдения;
- ε1, εcp, εN - углы места БЦ в начале, в середине и в конце интервала наблюдения;
- zcp=rcp sin εср - высота БЦ в середине интервала наблюдения.
-
Figure 00000009
- вертикальная скорость БЦ в середине интервала наблюдения в геоцентрической системе координат;
-
Figure 00000010
- вертикальная скорость БЦ в середине интервала наблюдения в местной системе координат РЛС;
- qcp - ускорение силы тяжести в середине интервала наблюдения;
- Vcp - модуль вектора скорости БЦ в середине интервала наблюдения;
- θcp - угол наклона вектора скорости БЦ к местному горизонту в середине интервала наблюдения.
Для пояснения сущности способа-прототипа в фиг. 2 приведена структурная схема устройства его реализации.
В РЛС через одинаковые промежутки времени, равные периоду обзора Т0, измеряют дальность ri, радиальную скорость
Figure 00000011
и угол места εi БЦ на интервале наблюдения АС, находящемся на пассивном участке баллистической траектории (ПУТ). Далее в блоке преобразования измерений радиальной скорости (блок 1) перемножают измерения дальности и измерения радиальной скорости и получают произведения дальности на радиальную скорость (ПДРС)
Figure 00000012
.
Сигналы ПДРС
Figure 00000012
подают на вход запоминающего устройства (ЗУ блок 2.1) ЦНРФ оценивания второго приращения (блок 2), на выходе которого получают фиксированную выборку этих сигналов. В блоке реализации весовой функции (блок 2.2) фиксированную выборку сигналов ПДРС умножают на вычисленные или запомненные весовые коэффициенты
Figure 00000013
оценивания второго приращения.
После суммирования фиксированной выборки взвешенных коэффициентами
Figure 00000014
сигналов ПДРС в сумматоре 2.3 получают оценку второго приращения произведения дальности на радиальную скорость
Figure 00000015
, которую подают на первый вход вычислителя вертикальной скорости БЦ в середине интервала наблюдения (блок 3).
В вычислителе геоцентрических углов (блок 4) по измерениям дальности и угла места вычисляют геоцентрические углы между РЛС и БЦ в начале интервала наблюдения
Figure 00000016
, между РЛС и БЦ в середине интервала наблюдения
Figure 00000017
и между РЛС и БЦ в конце интервала наблюдения
Figure 00000018
где R3 - радиус Земли.
Далее в вычислителе ускорения силы тяжести (блок 5) по измеренным значениям дальности rcp и угла места εср, а также по вычисленным значением ϕср вычисляют ускорение силы тяжести в середине интервала наблюдения по формуле:
Figure 00000019
где q0 - ускорение силы тяжести на поверхности Земли.
В итоге, по оценке второго приращения ПДРС
Figure 00000020
, по вычисленным значениям геоцентрических углов ϕ1, ϕ2, ϕN и ускорения силы тяжести qcp вычисляют в блоке 3 оценку, то есть сглаженное значение, вертикальной скорости БЦ в середине интервала наблюдения на невозмущенном пассивном участке траектории, по формуле:
Figure 00000021
Устройство реализации способа-прототипа содержит последовательно соединенные блок преобразования измерений радиальной скорости (блок 1), ЦНРФ оценивания второго приращения (блок 2), состоящий из последовательно соединенных запоминающего устройства (блок 2.1), блока реализации весовой функции (блок 2.2) и сумматора (блок 2.3), а также вычислитель вертикальной скорости БЦ в середине интервала наблюдения (блок 3). Ко второму входу блока 3 подключен вычислитель ускорения силы тяжести (блок 5), три первых входа которого соединены с соответствующими выходами вычислителя геоцентрических углов (блок 4), третий, четвертый и пятый выходы которого подключены к одноименным входам блока 3. На входы блока 4 подают результаты измерений дальности и угла места. Выход блока 3 является выходом устройства-прототипа.
Достоинство способа-прототипа: снижено влияние ошибок измерения угла места и дальности, а также устранено влияние ошибок измерения азимута на точность определения вертикальной скорости БЦ при относительно высокоточных и однозначных измерениях радиальной скорости.
Недостаток способа-прототипа: невозможность определения вертикальной скорости БЦ при неоднозначных измерениях ее радиальной скорости.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности определения вертикальной скорости БЦ за счет устранении неоднозначности измерений ее радиальной скорости, а также в расширении арсенала технических средств, то есть способов и устройств, определения вертикальной скорости объектов, движущихся по невозмущенной баллистической траектории.
Указанный технический результат достигается тем, что в заявленном изобретении устраняют неоднозначность измерений радиальной скорости, а также используют оценки первого и второго приращений радиальной скорости.
Причина неоднозначности измерений радиальной скорости заключается в том, что используемая в РЛС когерентная последовательность излучаемых высокочастотных зондирующих импульсов имеет дискретный спектр, отдельные составляющие которого отстоят друг от друга на величину, равную частоте повторения (следования) Fn этих импульсов. Поэтому максимальная доплеровская частота, которую можно однозначно измерить, равна половине частоты повторения импульсов, то есть
Figure 00000022
. Следовательно, максимальная однозначно измеряемая радиальная скорость равна произведению четверти длины волны Я РЛС на частоту повторения:
Figure 00000023
[5. С. 297-298]. Так как длина волны равна скорости распространения электромагнитной волны с, деленной на несущую частоту
Figure 00000024
РЛС, то максимальная однозначно измеряемая радиальная скорость вычисляется по формуле:
Figure 00000025
Поэтому радиальная скорость
Figure 00000026
однозначно измеряется в интервале
Figure 00000027
то есть в окрестности центральной составляющей спектра. Для других составляющих спектра истинная радиальная скорость
Figure 00000028
равна сумме измеренной радиальной скорости
Figure 00000029
и произведения номера спектральной составляющей Mi на
Figure 00000030
Figure 00000031
Номер спектральной составляющей называют также коэффициентом неоднозначности Mi, который равен целому числу значений
Figure 00000032
содержащихся в i-й истинной радиальной скорости:
Figure 00000033
где
Figure 00000034
- операция вычисления целого числа.
В первом варианте предлагаемого изобретения несущая частота
Figure 00000035
и частота повторения импульсов Fn в РЛС установлены таким образом, что одновременно достигается однозначное измерение дальности и радиальной скорости.
Для пояснения сущности первого варианта в фиг. 3 приведена структурная схема устройства его реализации.
В первом варианте предлагаемого способа так же, как в способе-прототипе, в РЛС через интервалы времени, равные периоду обзора Т0, измеряют дальность ri, радиальную скорость
Figure 00000036
и угол места БЦ и преобразуют их в цифровые сигналы.
По измерениям дальности и угла места в блоке 4 вычисляют геоцентрические углы<р1 между РЛС и БЦ в начале интервала наблюдения, ϕср между РЛС и БЦ в середине интервала наблюдения и q>N между РЛС и БЦ в конце интервала наблюдения, а также в блоке 5 вычисляют ускорение силы тяжести qcp в середине интервала наблюдения.
В отличие от способа-прототипа, в соответствии с заявленным изобретением, преобразованные в блоке 1 цифровые сигналы радиальной скорости
Figure 00000037
используют в ЦНРФ (блок 2) для оценивания второго приращения
Figure 00000038
радиальной скорости, а во втором ЦНРФ (блок 6) для оценивания первого приращения
Figure 00000039
радиальной скорости в середине интервала наблюдения.
В итоге в блоке 3 по полученным оценкам первого
Figure 00000040
и второго
Figure 00000041
приращений радиальной скорости, по вычисленным значениям ускорения силы тяжести qcp и геоцентрических углов ϕ1, ϕcp ϕN, а также по измеренным значениям дальности rcp до БЦ и ее радиальной скорости
Figure 00000042
в середине интервала наблюдения вычисляют значение вертикальной скорости БЦ в середине интервала наблюдения на невозмущенном пассивном участке баллистической траектории по формуле:
Figure 00000043
В формуле (5) второе слагаемое является поправкой на кривизну Земли.
Так как все типы цифровых нерекурсивных фильтров устроены одинаково, то есть содержат последовательно соединенные запоминающее устройство, блок реализации весовой функции и сумматор, и отличаются только входными сигналами и весовыми коэффициентами, в дальнейших схемах и описаниях пунктов формулы изобретения структура ЦНРФ не будет раскрываться.
Первый вариант заявленного устройства определения вертикальной скорости так же, как устройство-прототип, содержит последовательно соединенные блок преобразования измерений радиальной скорости (блок 1), ЦНРФ оценивания второго приращения (блок 2) и вычислитель вертикальной скорости БЦ в середине интервала наблюдения (блок 3). Ко второму входу блока 3 подключен вычислитель ускорения силы тяжести (блок 5), три первых входа которого соединены с соответствующими выходами вычислителя геоцентрических углов (блок 4), третий, четвертый и пятый выходы которого подключены к одноименным входам блока 3. На входы блока 4 подают результаты измерений дальности и угла места. Выход блока 3 является выходом заявленного устройства.
В отличие от устройства - прототипа, в соответствии с заявленным изобретением, к шестому входу блока 3 подключен дополнительно введенный ЦНРФ оценивания первого приращения радиальной скорости (блок 6), на входы блока 2 и блока 6 подают преобразованные в блоке 1 цифровые сигналы радиальной скорости. Первый выход блока 4 подключен к восьмому входу блока 3, на седьмой вход которого подают значения радиальной скорости, измеренные в середине интервала наблюдения.
Для доказательства практического отсутствия систематических (методических) ошибок и для анализа точности оценивания вертикальной скорости при однозначных измерениях радиальной скорости вычислим значение вертикальной скорости баллистической ракеты (БР) «Атакмс» с дальностью полета 125 км, летящей по навесной траектории.
Интервал наблюдения длительностью 30 с (N=7, Т0=5 с) находится на восходящем участке траектории. Параметры ракеты в середине интервала наблюдения на 65-й секунде ее полета: вертикальная скорость
Figure 00000044
, модуль скорости
Figure 00000045
угол наклона θср=55,69°, ускорение силы тяжести
Figure 00000046
.
Из-за малых дальностей до БЦ кривизну Земли можно не учитывать.
Принимаются следующие характеристики РЛС «Резонанс-Н»: несущая частота
Figure 00000047
=75 Мгц, частота повторения импульсов Fn=200 Гц, СКО измерения радиальной скорости
Figure 00000048
, угла места σε=1,5°, дальности σr - 300 м [6, С. 18-22].
Дальность и радиальная скорость ракеты измеряются на интервале наблюдения с одинаковой точностью, без пропусков. Поэтому весовые коэффициенты вычислялись по формулам:
Figure 00000049
и
Figure 00000050
[7, С. 151,155].
Исходные данные для проведения расчетов приведены в табл. 1.
Figure 00000051
Как видно из табл. 1, радиальные скорости измеряются однозначно, так как их абсолютные значения не превышают 200 м/с, то есть
Figure 00000052
При фиксированных выборках из семи измерений (N=7) оценки первого и второго приращений радиальной скорости и первого приращения ПДРС вычисляются по формулам:
Figure 00000053
Figure 00000054
Figure 00000055
В итоге в заявленном изобретении вертикальная скорости БЦ определяется практически без смещения (-3 м/с):
Figure 00000056
В устройствах, использующих способ - прототип, вертикальная скорость БЦ также определяется практически без смещения
Figure 00000057
при однозначных измерениях радиальной скорости:
Figure 00000058
В устройствах реализации способов - аналогов смещения вертикальной скорости увеличиваются в несколько раз.
Figure 00000059
Figure 00000060
Случайные СКО оценивания вертикальной скорости в аналогах зависят практически только от погрешностей измерения угла места:
Figure 00000061
где σε - СКО измерения угла места [1, С. 308].
В приведенном примере для аналогов СКО
Figure 00000062
в РЛС «Резонанс-Н».
В заявленном изобретении и в прототипе СКО оценивания вертикальной скорости зависит от ошибок измерения радиальной скорости и вычисляется по формуле:
Figure 00000063
Для РЛС «Резонанс-Н» СКО будет в два раза меньше, чем в аналогах:
Figure 00000064
С увеличением длительности во времени интервала наблюдения, то есть (N-1)T0, этот выигрыш в точности будет возрастать.
Однако при полете ракеты по оптимальным и настильным траекториям на дальности до нескольких сотен и тысяч километров ее радиальные скорости могут достигать значений до нескольких тысяч метров в секунду. В этих случаях оценивание вертикальной скорости заявляемым способом и способом-прототипом без устранения или разрешения неоднозначности радиальной скорости становится невозможным.
Как видно из формулы (5), неоднозначность радиальной скорости необходимо устранять при оценивании первого
Figure 00000065
и второго
Figure 00000066
приращений радиальной скорости, а также при определении однозначной радиальной скорости в середине интервала наблюдения.
Второй вариант заявленного изобретения является дальнейшим развитием первого варианта.
Во втором варианте заявленного изобретения, в отличие от первого варианта, устраняют неоднозначность радиальной скорости.
Структурная схема реализации второго варианта заявленного способа приведена в фиг. 4.
Для этого оценивают однозначную радиальную скорость в середине интервала наблюдения
Figure 00000067
путем оптимального взвешенного суммирования фиксированной выборки измерений дальности ri с помощью ЦНРФ (блок 7) и деления полученной оценки первого приращения дальности
Figure 00000068
на период обзора в блоке 8:
Figure 00000069
При оценивании первого
Figure 00000070
и второго
Figure 00000071
приращений радиальной скорости производят преобразование измерений радиальной скорости в блоке 1 по следующей методике.
Для этого сначала оценивают второе приращение дальности
Figure 00000072
путем оптимального взвешенного суммирования фиксированной выборки из N измеренных значений дальности с помощью ЦНРФ (блок 10).
Далее измеряют несущую частоту
Figure 00000073
высокочастотных импульсов передающего устройства РЛС и частоту их повторения FП, затем вычисляют в блоке 9 максимальную однозначно измеряемую радиальную скорость
Figure 00000074
по формуле (4).
Одновременно вычисляют межобзорные разности
Figure 00000075
, то есть разности между измеренными в соседних обзорах значениями радиальной скорости в блоке 1.1:
Figure 00000076
Далее в блоке 1.2 с помощью межобзорной разности
Figure 00000077
, оценки второго приращения дальности
Figure 00000078
и максимальной однозначно измеряемой радиальной скорости
Figure 00000079
определяют межобзорные коэффициенты неоднозначности mi; радиальной скорости по следующему правилу.
Если оценка
Figure 00000080
положительна, то есть
Figure 00000081
, то межобзорный коэффициент неоднозначности в конце интервала наблюдения приравнивают к нулю, то есть mN=0.
Далее в каждом обзоре, начиная с предпоследнего (N-1) обзора, сравнивают абсолютные значения межобзорных разностей
Figure 00000082
с максимальной однозначно измеряемой радиальной скоростью
Figure 00000083
вычисляемой в блоке 9. Если абсолютное значение межобзорной разности меньше половины
Figure 00000084
, то межобзорные коэффициенты неоднозначности в текущем i-м и в предыдущем (i-1)-м обзорах считают одинаковыми, то есть
Figure 00000085
Если абсолютное значение межобзорной разности больше половины
Figure 00000086
то к межобзорному коэффициенту неоднозначности предыдущего обзора прибавляют единицу, то есть
Figure 00000087
Если оценка
Figure 00000088
отрицательна, то есть
Figure 00000089
то межобзорный коэффициент неоднозначности в начале интервала наблюдения приравнивают к нулю, то есть m1=0.
Далее в каждом обзоре, начиная со второго обзора, сравнивают абсолютные значения межобзорных разностей
Figure 00000090
с максимальной измеряемой радиальной скоростью
Figure 00000091
Если абсолютное значение межобзорной разности меньше половины
Figure 00000092
то
Figure 00000093
Figure 00000094
Если абсолютное значение межобзорной разности больше половины
Figure 00000095
, то
Figure 00000096
Figure 00000097
Таким образом, межобзорные коэффициенты неоднозначности в соседних обзорах в общем виде вычисляют по формуле:
Figure 00000098
В итоге с использованием значений
Figure 00000099
в блоке 1.3 вычисляют преобразованные на интервале наблюдения радиальные скорости
Figure 00000100
по формуле:
Figure 00000101
Физический смысл формул (7)-(9) заключается в том, что при совпадении знаков
Figure 00000102
и
Figure 00000103
БЦ находится на участке разгона, то есть на нисходящей ветви баллистической траектории. Если знаки
Figure 00000104
и
Figure 00000105
противоположны, то БЦ находится на участке торможения, то есть на восходящей ветви траектории.
Далее в блоках 6 и 7 путем оптимального взвешенного суммирования фиксированных выборок значений преобразованной радиальной скорости с помощью ЦНРФ определяют оценки первого
Figure 00000070
и второго
Figure 00000106
приращений радиальной скорости.
В итоге по полученным оценкам первого
Figure 00000070
и второго
Figure 00000107
приращений радиальной скорости, а также по оценкам радиальной скорости
Figure 00000108
в середине интервала наблюдения, вычисленным значениям ускорения силы тяжести qcp и геоцентрических углов ϕ1, ϕcp ϕN, а также по измеренным значениям дальности rcp до БЦ вычисляют значение вертикальной скорости БЦ в середине интервала наблюдения на невозмущенном пассивном участке баллистической траектории по формуле:
Figure 00000109
Для доказательства эффективности предлагаемого варианта вычислим вертикальную скорость БР «Нодон» с дальностью полета 1025 км, летящей по оптимальной траектории. Исходные данные приведены в таблице 2.
Во втором варианте заявленного изобретения вертикальная скорость определяется практически без смещения
Figure 00000110
Figure 00000111
В прототипе при неоднозначной радиальной скорости вертикальная скорость не определяется. Это объясняется тем, что оценка второго приращения положительна
Figure 00000112
а вычисленная по формуле (3) вертикальная скорость отрицательна:
Figure 00000113
Figure 00000114
В способах-аналогах вертикальная скорость вычисляется с большим положительным смещением
Figure 00000115
Figure 00000116
Figure 00000117
В заявленном изобретении СКО оценивания вертикальной скорости в РЛС «Резонанс-Н» не превышает 6% от ее значения
Figure 00000118
а в аналогах СКО больше в четыре раза
Figure 00000119
Во втором варианте устройства оценивания модуля скорости БЦ, в отличие от первого варианта, в соответствии с заявленным изобретением, в состав блока преобразования измерений радиальной скорости (блок 1) входят дополнительно введенные, последовательно соединенные вычислитель разности измерений радиальной скорости в соседних обзорах (блок 1.1), вычислитель межобзорного коэффициента неоднозначности (блок 1.2) и вычислитель преобразованной радиальной скорости (блок 1.3). Вторые входы блока 1.2 и блока 1.3 соединены с выходом дополнительно введенного вычислителя максимальной измеряемой радиальной скорости (блок 9), на входы которого подают измеренные значения несущей частоты высокочастотных импульсов передающего устройства РЛС и частоты их повторения. Третий вход блока 1.2 подключен к выходу дополнительно введенного ЦНРФ оценивания второго приращения дальности (блок 10), на вход которого подают измеренные значения дальности. К седьмому входу блока 3 подключены дополнительно введенные, последовательно соединенные делитель на период обзора (блок 8) и ЦНРФ оценивания первого приращения дальности в середине интервала наблюдения, на вход которого подают измеренные значения дальности до БЦ.
Таким образом, достоинство второго варианта изобретения: устранена неоднозначность измерения радиальной скорости.
Недостаток третьего варианта: низкая защищенность РЛС от воздействия преднамеренных и непреднамеренных активных помех из-за невозможности перестройка несущей частоты
Figure 00000120
передающего устройства.
Третий вариант заявленного способа определения модуля скорости БЦ является дальнейшим развитием второго варианта.
В третьем варианте заявленного способа, в отличие от второго варианта, во всех или в части обзоров на интервале наблюдения осуществляют одновременную перестройку несущей частоты высокочастотных импульсов передающего устройства РЛС и частоты их повторения таким образом, чтобы максимальная измеряемая радиальная скорость
Figure 00000121
оставалась постоянной. Для этого несущую частоту
Figure 00000122
и частоту повторения
Figure 00000123
, измеренные в начале интервала наблюдения, одновременно увеличивают или уменьшают в одинаковое число раз в обзорах, где осуществляется перестройка частот.
Пример перестройки несущей частоты и частоты повторения в РЛС типа «Резонанс-Н» приведен в табл. 3.
Эти частоты одновременно умножают на коэффициенты перестройки. Если эти коэффициенты больше единицы, то частоты увеличиваются, если меньше единицы, то уменьшаются.
Как видно из таблицы, при перестройке несущей частоты в диапазоне от 35 до 85 МГц, а частоты повторения - в диапазоне от 140 до 340 Гц максимальная измеряемая радиальная скорость остается постоянной
Figure 00000124
за счет чего устраняется неоднозначность измерений радиальной скорости.
Figure 00000125
В третьем варианте заявленного устройства, в отличие от второго варианта, входы вычислителя максимальной измеряемой радиальной скорости (блок 9) подключены к соответствующим выходам дополнительно введенного блока перестройки частот (блок 11). Структурная схема этого варианта приведена в фиг. 5.
Таким образом, дополнительным достоинством третьего варианта изобретения: является повышение помехозащищенности РЛС за счет перестройки ее несущей частоты.
Недостаток второго и третьего вариантов: среднеквадратические ошибки оценивания радиальной скорости БЦ
Figure 00000126
по выборкам измерений дальности существенно больше СКО измерения радиальной скорости
Figure 00000127
доплеровским методом.
Четвертый вариант заявленного изобретения является дальнейшим развитием второго и третьего вариантов. Структурная схема устройства реализации этого варианта приведена в фиг. 5.
В четвертом варианте заявленного изобретения, в отличие от второго и третьего вариантов, уменьшают ошибки определения истинной радиальной скорости в середине интервала наблюдения.
Для этого сначала в блоке 12 вычисляют коэффициент неоднозначности радиальной скорости в середине интервала наблюдения Мср путем деления оценки радиальной скорости в середине интервала наблюдения
Figure 00000128
, определяемой в блоках 7 и 8 путем взвешенного суммирования выборки измерений дальности, на значение максимальной измеряемой радиальной скорости:
Figure 00000129
где
Figure 00000130
- операция вычисления целого числа.
Далее с использованием реальных высокоточных измерений радиальной скорости в блоке 13 однозначно вычисляют истинную радиальную скорость БЦ в середине интервала наблюдения по формуле:
Figure 00000131
Например, СКО оценивания радиальной скорости
Figure 00000132
по выборке из семи измерений дальности при Т0=5 с, вычисляемая по формуле:
Figure 00000133
более, чем в 7,5 раз, превышает СКО измерения радиальной скорости в РЛС «Резонанс-Н»
Figure 00000134
В итоге погрешности определения радиальной скорость БЦ в середине интервала наблюдения становятся соизмеримыми с СКО измерения радиальной скорости
Figure 00000135
В четвертом варианте заявленного устройства определения модуля скорости БЦ, в отличие от второго и третьего вариантов, выход делителя на период обзора (блок 8) соединен с входом дополнительно введенных, последовательно соединенных вычислителя коэффициента неоднозначности в середине интервала наблюдения (блок 12) и сумматора (блок 13), выход которого подключен к седьмому входу блока 3. Кроме того, вторые входы блоков 12 и 13 подключены к выходу блока 9, а на третий вход сумматора (блок 13) подают значение радиальной скорости, измеренное в середине интервала наблюдения.
Таким образом, доказана реализуемость заявленного технического результата изобретения, а именно: повышена точность определения вертикальной скорости БЦ за счет устранения неоднозначности измерений ее радиальной скорости, в том числе при перестройке несущей частоты и частоты повторения зондирующих импульсов РЛС, а также расширяется арсенал технических средств определения вертикальной скорости баллистических целей в середине интервала наблюдения, находящегося на невозмущенной баллистической траектории, за счет использования оценок их радиального ускорения.
Список использованных источников
1. Кузьмин С.З. Цифровая обработка радиолокационной информации. М: «Советское радио», 1967, 400 с.
2. Кузьмин С.З. Кузьмин С.З. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации - М: Сов. радио, 1974. - 432 с.
3. Шапиро И. Расчет траекторий баллистических снарядов по данным радиолокационных измерений / Пер. с англ. Под ред. Ю.Г. Мильграма - М.:, Изд. иностранной литературы, 1961 - 310 с.
4. Патент 2646854 от 21.01.2018. Способ радиолокационного определения вертикальной скорости баллистического объекта и устройство для его реализации.
5. Основы радионавигационных измерений / В.А. Губин, Н.Ф. Клюев, А.А. Костылев, Б.Г. Мельников, М.Г. Степанов, Е.А. Ткачев; Под ред. Н.Ф. Клюева. - М.: Министерство обороны СССР, 1987 - 430 с.
6. Радиолокационная станция «Резонанс-Н» (69Я6). Часть 1: учебное пособие, А.В. Щербинко [и др.] М: Изд-во «Сам Полиграфист», 2020 - 284 с.

Claims (6)

1. Способ определения вертикальной скорости баллистической цели с использованием оценок первого и второго приращений ее радиальной скорости, заключающийся в том, что с помощью РЛС через одинаковые промежутки времени, равные ее периоду обзора Т0, измеряют дальность ri, радиальную скорость
Figure 00000136
и угол места εi баллистической цели (БЦ), где i - номер измерения координаты в интервале наблюдения, содержащем N измерений и находящемся на невозмущенном пассивном участке баллистической траектории, по результатам однозначных измерений дальности и угла места определяют геоцентрические углы между РЛС и БЦ в начале интервала наблюдения
Figure 00000137
между РЛС и БЦ в середине интервала наблюдения
Figure 00000138
а также между РЛС и БЦ в конце интервала наблюдения
Figure 00000139
эти геоцентрические углы используют для определения ускорения силы тяжести в середине интервала наблюдения
Figure 00000140
где
Figure 00000141
- ускорение силы тяжести на поверхности Земли, R3 - радиус Земли, а также для определения поправки к вертикальной скорости на кривизну Земли, отличающийся тем, что радиальная скорость измеряется неоднозначно, то есть абсолютные значения истинной радиальной скорости
Figure 00000142
могут в разы превышать ее измеренные значения
Figure 00000143
для устранения неоднозначности радиальной скорости в середине интервала наблюдения формируют фиксированную выборку из N измеренных значений дальности ri, умножают эту выборку на весовые коэффициенты
Figure 00000144
оценивания первого приращения, после суммирования фиксированной выборки взвешенных коэффициентами
Figure 00000145
измерений дальности определяют оценку первого приращения дальности
Figure 00000146
в середине интервала наблюдения, после деления этой оценки на период обзора Т0 получают оценку истинной радиальной скорости
Figure 00000147
в середине интервала наблюдения, для устранения неоднозначности радиальной скорости на интервале наблюдения относительно его начала или конца фиксированную выборку из N измеренных значений дальности ri умножают на весовые коэффициенты
Figure 00000148
оценивания второго приращения, после суммирования фиксированной выборки взвешенных коэффициентами
Figure 00000149
измерений дальности определяют оценку второго приращения дальности
Figure 00000150
измеряют несущую частоту ƒ0 высокочастотных импульсов передающего устройства РЛС и частоту повторения Fп этих импульсов, вычисляют максимальную однозначно измеряемую радиальную скорость по формуле
Figure 00000151
где с - скорость распространения электромагнитной волны, вычисляют абсолютную разность измерений радиальной скорости в соседних обзорах
Figure 00000152
определяют межобзорные коэффициенты неоднозначности mi относительно конца или начала интервала наблюдения по следующему правилу: если оценка второго приращения дальности положительна, то есть
Figure 00000153
то межобзорный коэффициент неоднозначности в конце интервала наблюдения приравнивают нулю, то есть mN=0, далее в каждом обзоре, начиная с предпоследнего N-1 обзора, сравнивают разности
Figure 00000154
с половиной максимальной однозначно измеряемой радиальной скорости
Figure 00000155
если
Figure 00000156
то коэффициенты неоднозначности в предыдущем и текущем обзорах считают одинаковыми, то есть mi-1=mi, если
Figure 00000157
то к коэффициенту неоднозначности в текущем обзоре прибавляют единицу, то есть mi-1=mi+1, если оценка второго приращения дальности отрицательна, то есть
Figure 00000158
то межобзорный коэффициент неоднозначности в начале интервала наблюдения приравнивают нулю, то есть m1=0, далее в каждом обзоре, начиная со второго обзора, сравнивают разности
Figure 00000159
с половиной максимальной однозначно измеряемой радиальной скорости, если
Figure 00000160
то коэффициенты неоднозначности в предыдущем и текущем обзорах считают одинаковыми, то есть mi-1=mi, если
Figure 00000161
то к коэффициенту неоднозначности в предыдущем обзоре прибавляют единицу, то есть mi=mi-1+1, с учетом полученных коэффициентов неоднозначности mi вычисляют преобразованные значения радиальной скорости по формуле
Figure 00000162
после этого формируют фиксированную выборку из N преобразованных значений радиальной скорости
Figure 00000163
далее оценивают первое
Figure 00000164
и второе
Figure 00000165
приращения преобразованной радиальной скорости путем оптимального взвешенного суммирования с весовыми коэффициентами
Figure 00000166
значений преобразованной радиальной скорости, в итоге по полученным оценкам радиальной скорости
Figure 00000167
в середине интервала наблюдения, по оценкам первого
Figure 00000168
и второго
Figure 00000169
приращений преобразованной радиальной скорости, по вычисленным значениям ускорения силы тяжести и геоцентрических углов ϕ1, ϕср и ϕN, а также по измеренным значениям дальности rср до БЦ в середине интервала наблюдения определяют значение вертикальной скорости БЦ в середине интервала наблюдения на невозмущенном пассивном участке баллистической траектории по формуле
Figure 00000170
где второе слагаемое, то есть
Figure 00000171
является поправкой к вертикальной скорости на кривизну Земли.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на интервале наблюдения осуществляют одновременную перестройку несущей частоты ƒ0 высокочастотных импульсов передающего устройства РЛС и частоты повторения Fп этих импульсов, при этом значения ƒ0 и Fп увеличивают или уменьшают в одинаковое число раз.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что вычисляют коэффициент неоднозначности радиальной скорости Мср в середине интервала наблюдения путем деления оценки истинной радиальной скорости
Figure 00000172
в середине интервала наблюдения, определяемой по фиксированной выборке измерений дальности, на максимальную однозначно измеряемую радиальную скорость
Figure 00000173
по формуле
Figure 00000174
где int(*) означает операцию вычисления целой части от составной дроби
Figure 00000175
далее вычисляют уточненную оценку истинной радиальной скорости в середине интервала наблюдения по формуле
Figure 00000176
4. Устройство определения вертикальной скорости баллистической цели с использованием оценок первого и второго приращений ее радиальной скорости, содержащее последовательно соединенные блок преобразования измерений радиальной скорости (блок 1), на вход которого подают измеренные значения радиальной скорости, ЦНРФ оценивания второго приращения радиальной скорости (блок 2) и вычислитель вертикальной скорости БЦ в середине интервала наблюдения (блок 3), ко второму входу которого подключен выход вычислителя ускорения силы тяжести (блок 5), три входа которого соединены с первым, вторым и третьим выходами вычислителя геоцентрических углов (блок 4), третий, четвертый и пятый выходы которого подключены к одноименным входам блока (3), а на первый и второй входы блока (4) подают результаты измерений дальности и угла места, выход вычислителя вертикальной скорости БЦ в середине интервала наблюдения является выходом заявленного устройства, отличающееся тем, что в состав блока преобразования измерений радиальной скорости (блок 1) входят дополнительно введенные, последовательно соединенные вычислитель разности измерений радиальной скорости в соседних обзорах (блок 1.1), вычислитель межобзорного коэффициента (блок 1.2) и вычислитель преобразованной радиальной скорости (блок 1.3), вторые входы блока (1.2) и блока (1.3) соединены с выходом дополнительно введенного вычислителя максимальной однозначно измеряемой радиальной скорости (блок 9), на входы которого подают измеренные значения несущей частоты высокочастотных импульсов передатчика РЛС и частоты следования этих импульсов, третий вход блока (1.2) подключен к выходу дополнительно введенного ЦНРФ оценивания второго приращения дальности (блок 10), на вход которого подают измеренные значения дальности, к седьмому входу блока (3) подключены дополнительно введенные последовательно соединенные делитель на период обзора (блок 8) и ЦНРФ оценивания первого приращения дальности в середине интервала наблюдения (блок 8), на вход которого подают измеренные значения дальности до БЦ.
5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что входы дополнительно введенного вычислителя максимальной однозначно измеряемой радиальной скорости (блок 9) подключены к соответствующим выходам дополнительно введенного блока перестройки частот (блок 11), на первый и второй входы которого подают измеренные в начале интервала наблюдения значения несущей частоты высокочастотных импульсов передатчика РЛС и частоты повторения этих импульсов.
6. Устройство по п. 4 или 5, отличающееся тем, что выход делителя на период обзора (блок 8) соединен с входом дополнительно введенных, последовательно соединенных вычислителя коэффициента неоднозначности в середине интервала наблюдения (блок 12) и сумматора (блок 13), выход которого подключен к седьмому входу блока 3, вторые входы блоков 12 и 13 подключены к выходу блока 9, а на третий вход блока 13 подают значение радиальной скорости, измеренное в середине интервала наблюдения.
RU2021138945A 2021-12-27 Способ и устройство определения вертикальной скорости баллистической цели с использованием оценок первого и второго приращений ее радиальной скорости RU2797227C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2797227C1 true RU2797227C1 (ru) 2023-05-31

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3990657A (en) * 1974-04-22 1976-11-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method and apparatus for reducing ballistic missile range errors due to viscosity uncertainties (U)
GB2172461A (en) * 1985-03-13 1986-09-17 Philips Electronic Associated Measuring range and/or radial velocity of a moving target
US6082666A (en) * 1997-12-03 2000-07-04 Raytheon Company System for accurately determining missile vertical velocity and altitude
RU2540323C1 (ru) * 2014-01-21 2015-02-10 Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" Способ определения модуля скорости баллистической цели в наземной радиолокационной станции
RU2559296C2 (ru) * 2012-11-12 2015-08-10 Федеральное бюджетное учреждение "3 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" Способ определения модуля скорости аэродинамической цели
RU2634479C2 (ru) * 2015-07-14 2017-10-31 Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский центр "Резонанс" (ЗАО "НИЦ "Резонанс") Способ определения модуля скорости баллистического объекта с использованием выборки произведений дальности на радиальную скорость и устройство для его реализации
RU2658317C1 (ru) * 2015-12-16 2018-06-20 Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" Способ и устройство определения модуля скорости баллистического объекта с использованием выборки квадратов дальности

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3990657A (en) * 1974-04-22 1976-11-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method and apparatus for reducing ballistic missile range errors due to viscosity uncertainties (U)
GB2172461A (en) * 1985-03-13 1986-09-17 Philips Electronic Associated Measuring range and/or radial velocity of a moving target
US6082666A (en) * 1997-12-03 2000-07-04 Raytheon Company System for accurately determining missile vertical velocity and altitude
RU2559296C2 (ru) * 2012-11-12 2015-08-10 Федеральное бюджетное учреждение "3 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" Способ определения модуля скорости аэродинамической цели
RU2540323C1 (ru) * 2014-01-21 2015-02-10 Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" Способ определения модуля скорости баллистической цели в наземной радиолокационной станции
RU2634479C2 (ru) * 2015-07-14 2017-10-31 Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский центр "Резонанс" (ЗАО "НИЦ "Резонанс") Способ определения модуля скорости баллистического объекта с использованием выборки произведений дальности на радиальную скорость и устройство для его реализации
RU2658317C1 (ru) * 2015-12-16 2018-06-20 Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" Способ и устройство определения модуля скорости баллистического объекта с использованием выборки квадратов дальности

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5166688A (en) Method for extracting motion errors of a platform carrying a coherent imaging radar system from the raw radar data and device for executing the method
RU2510861C1 (ru) Способ радиолокационного определения времени окончания активного участка баллистической траектории
NO178415B (no) Fremgangsmåte og system for passiv avstandsbestemmelse
RU2540323C1 (ru) Способ определения модуля скорости баллистической цели в наземной радиолокационной станции
CN111221018A (zh) 一种用于抑制海上多路径的gnss多源信息融合导航方法
RU2416105C1 (ru) Способ определения параметров движения воздушных объектов в обзорных радиолокаторах за счет использования когерентных свойств отраженных сигналов
CN105738890A (zh) 一种提升雷达的测量范围和测量精度的方法以及雷达
RU2660160C1 (ru) Способ определения параметров движения воздушного объекта динамической системой радиотехнического контроля
RU2797227C1 (ru) Способ и устройство определения вертикальной скорости баллистической цели с использованием оценок первого и второго приращений ее радиальной скорости
RU2660676C1 (ru) Доплеровский измеритель скорости космического аппарата
RU2326402C1 (ru) Способ измерения радиальной скорости воздушной цели в режиме перестройки частоты от импульса к импульсу
CN103792519A (zh) 一种基于有源定标器的星载雷达时钟漂移在轨校正方法
RU2796965C1 (ru) Способ и устройство определения модуля скорости баллистической цели с использованием оценок ее радиального ускорения при неоднозначных измерениях радиальной скорости
RU2643168C2 (ru) Способ измерения высоты, истинной скорости летательного аппарата и наклона вектора скорости летательного аппарата относительно горизонта, устройство бортовой радиолокационной станции, использующее способ
CN106093927B (zh) 基于雷达大脉宽信号的目标测速测距方法
RU2584243C1 (ru) Способ определения задержки сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере
RU2572357C1 (ru) Способ формирования трехмерного изображения земной поверхности в бортовой четырехканальной доплеровской рлс
RU2658317C1 (ru) Способ и устройство определения модуля скорости баллистического объекта с использованием выборки квадратов дальности
Jha et al. Ka-Band FMCW Radar Altimeter for Navigation
RU2796966C1 (ru) Способ определения радиальной скорости летательного аппарата при неоднозначных измерениях доплеровской частоты и устройство для его осуществления
RU2551896C2 (ru) Способ однолучевого измерения высоты и составляющих скорости летательного аппарата и устройство радиовысотомера, реализующего способ
CN114578354A (zh) 一种星机双基sar时频同步方法
RU2707556C1 (ru) Способ определения высоты рельефа местности радиолокатором с синтезированной апертурой антенны
RU2697509C2 (ru) Способ обнаружения, измерения дальности и скорости низколетящей малоскоростной цели в импульсно-доплеровских радиолокационных станциях при высокой частоте повторения импульсов и инвертируемой линейной частотной модуляции
RU2782527C1 (ru) Способ и устройство определения путевой скорости неманеврирующей цели с использованием оценок ее радиального ускорения