RU2797828C1 - Radar method - Google Patents
Radar method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2797828C1 RU2797828C1 RU2022120681A RU2022120681A RU2797828C1 RU 2797828 C1 RU2797828 C1 RU 2797828C1 RU 2022120681 A RU2022120681 A RU 2022120681A RU 2022120681 A RU2022120681 A RU 2022120681A RU 2797828 C1 RU2797828 C1 RU 2797828C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- target
- radiation
- receiver
- radar
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для радиолокации объектов (целей) с оценкой их координат.The invention relates to the field of radio engineering and can be used for radar objects (targets) with the assessment of their coordinates.
Известен способ радиолокации с излучением и приемом непрерывных радиосигналов на удаленные друг от друга передатчики и приемники, позволяющие защитить приемники от мощного излучения передатчика.A known method of radar with the emission and reception of continuous radio signals to transmitters and receivers remote from each other, allowing you to protect the receivers from the powerful radiation of the transmitter.
Такой способ применялся на заре радиолокации в 30-х годах прошлого века и успешно использовался до появления импульсных РЛС, в которых передатчик и приемник работали на одну антенну (система РУС-1) («История отечественной радиолокации» под ред. С.В. Хохлова, М., стол, энциклоп, 2015).This method was used at the dawn of radar in the 30s of the last century and was successfully used before the advent of pulse radars, in which the transmitter and receiver worked on the same antenna (the RUS-1 system) (“History of Domestic Radar”, ed. by S.V. Khokhlov , M., table, encyclop, 2015).
Сегодня широко применяется способ импульсной радиолокации для обнаружения и оценки координат на больших дальностях («Справочник по радиолокации» под ред. М.И. Скольника «Техносфера», М., 2015, кн. 1).Today, the method of pulsed radar is widely used to detect and estimate coordinates at long ranges (“Handbook of radar”, edited by M.I. Skolnik “Technosphere”, M., 2015, book 1).
Недостатком этого способа является низкая помехоустойчивость по причине широкой полосы пропускания приемника, обусловленной необходимостью приема импульсных радиосигналов малой длительности, порядка 1 мкс.The disadvantage of this method is the low noise immunity due to the wide bandwidth of the receiver, due to the need to receive pulsed radio signals of short duration, of the order of 1 μs.
Известны радиолокаторы непрерывного излучения GW radar, которые используются для обнаружения движущихся целей по доплеровскому смещению частоты. Однако такие радиолокаторы не позволяют измерять дальность и не могут работать по неподвижным и малоскоростным целям (История отечественной радиолокации под ред. - С.В. Хохлова, М., изд. дом. Столичная энциклопедия, с. 735).Known continuous-wave radars GW radar, which are used to detect moving targets by Doppler frequency shift. However, such radars do not allow measuring range and cannot work on stationary and low-speed targets (History of domestic radar, ed. - S.V. Khokhlova, M., ed. House. Capital Encyclopedia, p. 735).
Для работы на малых дальностях менее 1000 м используются радиолокаторы с линейной частотной модуляцией, что нашло применение в радиовысотомерах.To work at short ranges less than 1000 m, radars with linear frequency modulation are used, which has found application in radio altimeters.
Известна система отслеживания данных, патент США US 2594317 от 21.11.1942 г, состоящая из радиолокатора с двумя антеннами, одна из которых передающая, а вторая приемная, приводимая во вращение с помощью электромеханического привода, позволяющая реализовать на приеме равносигнальную зону и осуществить высокоточный прием угловых координат цели.Known data tracking system, US patent US 2594317 dated 11/21/1942, consisting of a radar with two antennas, one of which is transmitting and the second is receiving, driven by an electromechanical drive, allowing to implement an equisignal zone at the reception and to carry out high-precision reception of angular target coordinates.
Эта система излучает импульсные сигналы и должна иметь широкополосный приемник, а передатчик большой импульсной мощности, что существенно снижает тактико-технические параметры радиолокатора.This system emits pulse signals and must have a broadband receiver and a transmitter of high pulse power, which significantly reduces the tactical and technical parameters of the radar.
Возможна также работа с узкополосными излучаемыми сигналами, однако при большой мощности передатчика, для защиты приемника от его излучения, требуется пространственный разброс между передающей и приемными антеннами как это сделано в системе в выше названной системе GW radar.It is also possible to work with narrow-band radiated signals, however, with a high transmitter power, to protect the receiver from its radiation, a spatial spread between the transmitting and receiving antennas is required, as is done in the system in the above-named GW radar system.
Имеется доплеровский метеорологический радиолокатор (международная заявка на патент WO 2013/141738 A), содержащий формирователь узкополосных и широкополосных зондирующих сигналов, широкополосный передатчик, антенный переключатель с двумя СВЧ циркуляторами, двухчастотный генератор, формирующий пачки коротких и длинных импульсов, а выходы циркуляторов подключены к двум вибраторам к горизонтальной и вертикальной поляризации.There is a Doppler weather radar (international patent application WO 2013/141738 A) containing a narrowband and broadband probing signal generator, a broadband transmitter, an antenna switch with two microwave circulators, a two-frequency generator that generates bursts of short and long pulses, and the outputs of the circulators are connected to two vibrators to horizontal and vertical polarization.
Подобный метеорадиолокатор обладает повышенной точностью измерения атмосферных образований, однако, поскольку эта РЛС работает в импульсном режиме, то она обладает теми же недостатками что и предыдущий аналог, то есть не обеспечивает работу в узкой полосе частот, а следовательно, требует большой излучаемой мощности передатчика, не обладает скрытностью и помехоустойчивостью.Such a weather radar has an increased accuracy in measuring atmospheric formations, however, since this radar operates in a pulsed mode, it has the same disadvantages as the previous analogue, that is, it does not provide operation in a narrow frequency band, and therefore requires a large radiated transmitter power, does not has stealth and noise immunity.
Известен автодинный способ радиолокации с работой радиопередатчика и приемника на одну антенну (прототип) (Бузыкин В.Т., Носков В.Я. «Автодины. Область применения и перспективы развития» «Радиотехнические системы миллиметрового и субмиллиметрового диапазона волн» Харьков, Институт радиофизики и электроники АН Украины, 1991, с. 38-47).Known autodyne method of radar with the operation of a radio transmitter and receiver on one antenna (prototype) (Buzykin V.T., Noskov V.Ya. "Autodynes. Scope and development prospects" "Radio engineering systems of the millimeter and submillimeter wave range" Kharkov, Institute of Radiophysics and Electronics of the Academy of Sciences of Ukraine, 1991, pp. 38-47).
Однако, при работе на больших дальностях, когда требуется большая энергетика зондирующего сигнала, этот способ не применяется из-за проблематичности защиты приемных трактов РЛС от мощного излучения передатчика.However, when working at long ranges, when a large energy of the probing signal is required, this method is not used because of the problematic protection of the radar receiving paths from the powerful radiation of the transmitter.
Предложенный способ исключает недостатки импульсных РЛС путем значительного снижения мощности передатчика за счет использования узкополосного радиосигнала и малой полосы пропускания приемника.The proposed method eliminates the disadvantages of pulse radars by significantly reducing the transmitter power through the use of a narrow-band radio signal and a low receiver bandwidth.
П. 1 Отличием заявленного изобретения является то, что диаграмму направленности антенны коммутируют вокруг равносигнальной зоны, на одной несущей частоте, а из принимаемого радиосигнала, путем амплитудной демодуляции выделяют сигналы на частоте коммутации, по которым определяют наличие цели в зоне обнаружения.Claim 1 The difference between the claimed invention is that the antenna pattern is switched around the equisignal zone, at one carrier frequency, and from the received radio signal, by amplitude demodulation, signals at the switching frequency are isolated, which determine the presence of a target in the detection zone.
П. 2 Способ по П. 1, отличающийся тем, что частоту коммутации антенны выбирают с длиной волны не менее чем в два раза превышающей дальность действия РЛС.P. 2 The method according to P. 1, characterized in that the switching frequency of the antenna is chosen with a wavelength of at least twice the range of the radar.
П. 3. Способ по П. 1, отличающийся тем, что дальности до цели определяют путем измерения разности фаз между опорным сигналом частоты коммутации и принимаемыми сигналами этой частоты.P. 3. The method according to P. 1, characterized in that the range to the target is determined by measuring the phase difference between the reference signal of the switching frequency and the received signals of this frequency.
П. 4. Способ по П. 1, отличающийся тем, что излучение ведут низкочастотными циклами с заполнением импульсами высокой частоты, формируя при этом на выходе приемника две частотные шкалы грубой и точной оценки дальности.P. 4. The method according to P. 1, characterized in that the radiation is carried out in low-frequency cycles filled with high-frequency pulses, while forming two frequency scales of coarse and accurate range estimates at the receiver output.
На фиг. 1 изображена структурная схема РЛС, реализующая заявленный способ, где: 1 - синтезатор частот; 2 - коммутатор; 3, 4 - циркуляторы; 5, 6 - антенные вибраторы; 7 - зеркало антенны, 8 - равносигнальная зона; 9 - объект локации (цель); 10 - диаграмма направленности; 11 - амплитудный детектор; 12 - полосовой фильтр; 13 - фазовый детектор; 14 - индикатор дальности (микроконтроллер); 15 - линия задержки; 16 - блок вычитания.In FIG. 1 shows a block diagram of a radar that implements the claimed method, where: 1 - frequency synthesizer; 2 - switch; 3, 4 - circulators; 5, 6 - antenna vibrators; 7 - antenna mirror, 8 - equisignal zone; 9 - location object (target); 10 - radiation pattern; 11 - amplitude detector; 12 - bandpass filter; 13 - phase detector; 14 - range indicator (microcontroller); 15 - delay line; 16 - subtraction block.
На фиг. 2 представлены временные эпюры сигналов коммутации антенны, где: - грубая сетка измерения дальности; - точная сетка; r - предельная дальность до цели; Δr - разрешающая способность РЛС по дальности.In FIG. 2 shows time diagrams of antenna switching signals, where: - coarse range measurement grid; - accurate grid; r is the maximum range to the target; Δr is the range resolution of the radar.
Способ работает следующим образом. Включается синтезатор частот 1, генерирующий сигнал несущей частоты ƒ РЛС и сигнал управления коммутатором 2, работающим на низкой частоте Fк. Сигнал несущей частоты ƒ поступает с коммутатора 2 на циркуляторы 3, 4, выходы, которых подсоединены соответственно к вибраторам антенн 5, 6 располагаемыми в фокусе зеркала 7, смещенным относительно центра фокуса.The method works as follows. The frequency synthesizer 1 is turned on, generating a carrier frequency signal ƒ of the radar and a control signal of the
В результате в направлении излучения формируется равносигнальная зона 8.As a result, an equisignal zone 8 is formed in the radiation direction.
В этой зоне пространство сканируется по высоте и азимуту, так что при попадании цели в диаграмму направленности от нее отражается радиосигнал, модулированный на частоте коммутации Fк=Fc.In this zone, the space is scanned in height and azimuth, so that when the target enters the radiation pattern, it reflects a radio signal modulated at the switching frequency F to =F c .
Отраженный полезный сигнал Fc от цели через циркуляторы 3 и 4 подается на амплитудный детектор 11 и через полосовой фильтр 12, настроенный на частоту Fc, поступает на фазовый детектор 13. В микроконтроллере 14 этот сигнал в виде огибающей преобразуется в цифровой код и отображается на индикаторе дальности.The reflected useful signal F c from the target through the circulators 3 and 4 is fed to the amplitude detector 11 and through the bandpass filter 12, tuned to the frequency F c , enters the phase detector 13. In the microcontroller 14, this signal in the form of an envelope is converted into a digital code and displayed on range indicator.
Дальность до цели определяется по разности фаз между опорным сигналом на частоте коммутации FK и принятым полезным сигналом Fc. Для повышения точности определения дальности до цели излучение ведется периодическими циклами.The range to the target is determined by the phase difference between the reference signal at the switching frequency F K and the received useful signal F c . To improve the accuracy of determining the range to the target, the radiation is carried out in periodic cycles.
Компенсация отражений от местных предметов осуществляется путем вычитания в блоке 16 сигналов через период частоты коммутации, образуемой линией задержки 15.Compensation for reflections from local objects is carried out by subtracting signals in block 16 after a period of the switching frequency formed by
Дадим сравнительную оценку энергетических параметров импульсной технологии и узкополосной квазинепрерывной технологии, заявленной настоящим патентом.Let us give a comparative assessment of the energy parameters of the pulsed technology and the narrow-band quasi-continuous technology claimed by this patent.
Импульсная мощность передачи РЛС оценивается как:The radar transmit pulse power is estimated as:
где: r - расстояние до цели; α - коэффициент поглощения радиоволн в атмосфере; (Рш+Рп) - суммарная мощность шума и помех на входе приемника; σц - эффективная площадь рассеяния цели (ЭПР); - длина волны; с - скорость света; ƒ - несущая частота; - коэффициент направленного действия антенны; Аэф=k⋅SA - эффективная площадь антенны; k - коэффициент использования антенны; SA - площадь раскрыва антенны; - требуемое отношения сигнал/шум на входе приемника; Рш=K⋅Т0⋅Δƒ - мощность собственных шумов приемника; - постоянная Больцмана; Т0=300°K - температура входных цепей приемника по Кельвину; Δƒ - полоса пропускания приемника.where: r - distance to the target; α is the absorption coefficient of radio waves in the atmosphere; (R w + R p ) - the total power of noise and interference at the input of the receiver; σ c - effective target scattering area (EPR); - wavelength; c is the speed of light; ƒ - carrier frequency; - coefficient of directional action of the antenna; A eff =k⋅S A - effective area of the antenna; k - antenna utilization factor; S A - antenna opening area; - required signal-to-noise ratio at the receiver input; Р w =K⋅Т 0 ⋅Δƒ - receiver intrinsic noise power; - Boltzmann's constant; T 0 =300°K - temperature of the input circuits of the receiver in Kelvin; Δƒ - receiver bandwidth.
Подстановка следующих численных значений параметров для импульсивного режима, на дистанции r=300 км; е-2αr=0,1; Рп=10⋅Рш; ρ=10; σц=1 м2; GA=1250; Аэф=1 м2; ƒ=10 ГГц; Δƒ=1 МГц, при проведении расчетов дает Ри=50 кВт, Рср=150 Вт, а на дистанции r=600 км, Ри=32 МВт, Рср=10 кВт.Substitution of the following numerical values of the parameters for the impulsive mode, at a distance of r=300 km; e -2αr =0.1; R p \u003d 10⋅R w ; p=10; σ c \u003d 1 m 2 ; G A =1250; A eff \u003d 1 m 2 ; ƒ=10 GHz; Δƒ=1 MHz, when performing calculations gives P i =50 kW, P cf =150 W, and at a distance of r=600 km, P i =32 MW, P cf =10 kW.
В случае узкополосной квазинепрерывной технологии по заявленному способу, средняя мощность передатчика на дистанцию r=300 км, при полосе пропускания приемника Δƒ=10 Гц снизится до Рср=0,5 Вт, а энергетический выигрыш составит 105 раз.In the case of narrow-band quasi-continuous technology according to the claimed method, the average transmitter power at a distance of r=300 km, with a receiver bandwidth of Δƒ=10 Hz, will decrease to P cf =0.5 W, and the energy gain will be 10 5 times.
Таким образом, в узкополосном режиме получается чрезвычайно небольшая мощность передатчика, что вполне позволяет реализовать СВЧ приемо-передатчик и антенну на современной полосковой технологии в переносном варианте. Недостатком заявленного способа является проблема оценки дальности до цели. В импульсной технологии она измеряется временем запаздывания радиосигнала, а в узкополосном, путем определения разности фаз между опорным сигналом частоты коммутации и принятым.Thus, in the narrowband mode, an extremely low transmitter power is obtained, which makes it possible to implement a microwave transceiver and antenna using modern stripline technology in a portable version. The disadvantage of the claimed method is the problem of estimating the range to the target. In pulse technology, it is measured by the delay time of the radio signal, and in narrowband, by determining the phase difference between the reference signal of the switching frequency and the received one.
Так, на грубой шкале, при точности измерения разности фаз 1°, ошибка оценки дальности, при дистанции 300 км и частоте коммутации составит ΔrГ=1700 м. На точной шкале, при FК=500 кГц, величина ΔrT=170 м.So, on a coarse scale, with a phase difference measurement accuracy of 1 °, the range estimation error, at a distance of 300 km and a switching frequency will be Δr G \u003d 1700 m. On an accurate scale, at F K \u003d 500 kHz, the value of Δr T \u003d 170 m.
Для тех же параметров в импульсный технологии ΔrИ=700 м. Недостатком заявленного способа является работа по одиночным и групповым целям только в назначенном секторе по азимуту, поскольку фазовая отметка от цели будет неоднозначной.For the same parameters in the impulse technology Δr And =700 m.
Несмотря на это, имеется множество прикладных задач, где узкополосная технология оправдана и приносит ощутимые преимущества.Despite this, there are many applications where narrowband technology is justified and brings tangible benefits.
Основные из них это высокая помехоустойчивость и скрытность работы РЛС; малая мощность излучения передатчика; возможность работать на малых и больших дальностях, малогабаритность, за исключением размеров антенны, определяющих точность оценки угловых координат целей.The main ones are high noise immunity and secrecy of the radar; low transmitter power; the ability to work at short and long ranges, small size, with the exception of the dimensions of the antenna, which determine the accuracy of estimating the angular coordinates of targets.
Из прикладных направлений использования новой технологии особенно интересно применение: в загоризонтной радиолокации на дальностях более 1000 км; подповерхностной, для поиска взрывчатых веществ; дефектоскопии магистральных трубопроводов и железнодорожных рельс; высокоточного измерения расстояний, в частности смещения геофизических створов высотных плотин; обнаружения сверхмалых целей, типа беспилотных аппаратов ЭПР менее 0,1 м2, задача которая неподвластна импульсный радиолокации.Of the applied areas of using the new technology, the application is especially interesting: in over-the-horizon radar at ranges of more than 1000 km; subsurface, to search for explosives; flaw detection of main pipelines and railway rails; high-precision measurement of distances, in particular, the displacement of geophysical alignments of high-rise dams; detection of ultra-small targets, such as unmanned vehicles EPR less than 0.1 m 2 , a task that is not subject to pulsed radar.
Для высокоскоростных целей, расширяющих полосу спектра отраженных сигналов, в приемнике, на выходе демодулятора должен быть установлен соответствующий фильтр.For high-speed targets that spread the reflected signal bandwidth, an appropriate filter must be installed at the demodulator output at the receiver.
Claims (2)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2797828C1 true RU2797828C1 (en) | 2023-06-08 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2134430C1 (en) * | 1998-06-04 | 1999-08-10 | Даниленко Александр Иванович | Two-plane direction finder |
RU2155354C1 (en) * | 1999-11-04 | 2000-08-27 | Закрытое акционерное общество "Морские комплексы и системы" | Radar system |
RU121942U1 (en) * | 2012-03-23 | 2012-11-10 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Объединение "Лианозовский Электромеханический Завод" (Оао Нпо "Лэмз") | DOPPLER METEOROLOGICAL RADAR DOLAR "DMRL-S" |
WO2013141738A1 (en) * | 2012-03-23 | 2013-09-26 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Объединение "Лианозовский Электромеханический Завод" (Оао Нпо "Лэмз") | Doppler meteorological radar |
RU2509370C2 (en) * | 2012-06-08 | 2014-03-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ | Apparatus for searching for and locating people |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2134430C1 (en) * | 1998-06-04 | 1999-08-10 | Даниленко Александр Иванович | Two-plane direction finder |
RU2155354C1 (en) * | 1999-11-04 | 2000-08-27 | Закрытое акционерное общество "Морские комплексы и системы" | Radar system |
RU121942U1 (en) * | 2012-03-23 | 2012-11-10 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Объединение "Лианозовский Электромеханический Завод" (Оао Нпо "Лэмз") | DOPPLER METEOROLOGICAL RADAR DOLAR "DMRL-S" |
WO2013141738A1 (en) * | 2012-03-23 | 2013-09-26 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Объединение "Лианозовский Электромеханический Завод" (Оао Нпо "Лэмз") | Doppler meteorological radar |
RU2509370C2 (en) * | 2012-06-08 | 2014-03-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ | Apparatus for searching for and locating people |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103026255B (en) | Radar apparatus | |
Lukin et al. | Ka-band bistatic ground-based noise waveform SAR for short-range applications | |
US20140327567A1 (en) | Radar device | |
JP2015163890A (en) | Range gated holographic radar and holographic radar sensor | |
US11971492B2 (en) | Radio frequency (RF) ranging in propagation limited RF environments utilizing aerial vehicles | |
EP3208633B1 (en) | Method and system for fmcw radar altimeter system height measurement resolution improvement | |
RU2711400C1 (en) | Method of determining the emitter or direction-finding antennas above the earth's surface | |
SE1530164A1 (en) | Method and system for range ambiguity resolution | |
RU2797828C1 (en) | Radar method | |
Okuda et al. | Prototype Development and Experimental Performance Evaluation of FMCW Radar Using Iterative Interference Suppression Technique | |
Zhao et al. | Using sky-wave echoes information to extend HFSWR's maximum detection range | |
KR101634455B1 (en) | Radar using linear frequency modulation signal and noise signal, and method for controlling the same | |
RU54679U1 (en) | RADAR STATION | |
Belyaev et al. | The range of pedestrian detection with automotive radar | |
Madhupriya et al. | Implementation of compressed wave pulsed radar altimeter in signal processing | |
RU2127437C1 (en) | Method of radar fixing of coordinates of targets | |
RU2231083C1 (en) | Method for measurement of distance to source of noise radio signal located on flight vehicle by aircraft radar | |
US20230417868A1 (en) | Device for radiolocation of objects in space and a gpr system | |
RU2695077C1 (en) | Method and apparatus for processing vector radio signals in full polarization radar stations | |
RU2124221C1 (en) | Radar station | |
RU194328U1 (en) | SATELLITE RADIO ALTIMETER | |
Bekkadal | Novel radar technology and applications | |
KR101945795B1 (en) | Open-ended and portable instrumentation radar system | |
RU2226701C2 (en) | Method for determination of co-ordinates of objects and radar for its realization | |
Mehdi | Study and Design of a See Through Wall Imaging Radar System |