RU2816168C1

RU2816168C1 - Method of determining flight altitude of low-altitude target by monopulse tracking radar station in real time

Info

Publication number: RU2816168C1
Application number: RU2023110658A
Authority: RU
Inventors: Сергей Леонидович Злобин
Filing date: 2023-04-25
Publication date: 2024-03-26

Abstract

FIELD: radar.

SUBSTANCE: invention relates to radar and can be used in a low-altitude target (LAT) tracking radar station (RS) at low elevation angles in the presence of interfering reflections from the underlying surface. Method of determining flight altitude of LAT by monopulse RS tracking in real time is characterized by generation and emission of probing radar signals, receiving reflected echo signals from the LAT and from the underlying surface and processing them using the RS computer to determine the distance to the LAT, determination of its flight altitude and corresponding mutual geometrical arrangement of RS and LAT. RS uses antenna with 4 quadrants A, B, C, D of the web, implementing sum-difference processing by elevation angle and in inclined plane. Method is based on calculating the "antipode" angle, the phase difference between the forward signal and the "antipode" signal and the coefficient of reflection from the underlying surface as functions of one variable of the elevation angle. This makes it possible, when using LAT tracking data, coming from the RS receiving device at a given probing cycle, and values of parameters of the RS antenna system to calculate the values of the vectors of the forward signal and the "antipode" signal and determine the phase values of the vector of the summation channel and the phase of the vector of the elevation difference channel. During the one-dimensional search by elevation angle by comparing the calculated phase values with the reference signal phase value in the total channel and with the control value of the signal phase in the elevation difference channel, the LAT true elevation angle and its flight altitude are determined.

EFFECT: high accuracy of determining flight altitude of LAT while simplifying the design of the RS antenna system.

1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в радиолокационной станции (РЛС) сопровождения низколетящих целей под малыми углами места при наличии мешающих отражений от подстилающей поверхности.The invention relates to radar and can be used in a radar station (radar) for tracking low-flying targets at low elevation angles in the presence of interfering reflections from the underlying surface.

В практической работе современных РЛС одной из важнейших задач является обнаружение и сопровождение низко летящих целей (НЛЦ). При сопровождении НЛЦ важно как можно раньше правильно определить ее угломестную координату (оценить высоту ее полета), чему мешают значительные угломестные ошибки из-за многопутного распространения (явления многолучевости), иначе говоря, из-за сигнала так называемого «антипода» - сигнала, отраженного от подстилающей поверхности.In the practical operation of modern radars, one of the most important tasks is the detection and tracking of low-flying targets (LFC). When accompanying an NLC, it is important to correctly determine its elevation coordinate (estimate its flight altitude) as early as possible, which is hampered by significant elevation errors due to multipath propagation (multipath phenomenon), in other words, due to the signal of the so-called “antipode” - a signal reflected from the underlying surface.

В результате появления сигнала «антипода» в угломестном разностном канале появляется ложный сигнал ошибки, из-за чего следящая система (СС) по углу места сдвигает луч антенны РЛС до тех пор, пока этот ложный сигнал не будет скомпенсирован. При сопровождении на малых углах места ошибка из-за многопутного распространения очень велика, так как сигнал «антипода» попадает в главный лепесток диаграммы направленности (ДН) антенны РЛС. При этом реальная НЛЦ и сигнал «антипода» образуют двухточечную цель с изменяющейся разностью фаз и амплитудами сигналов, которые сравнимы по величине. Под воздействием сигнала ошибки СС луч антенны РЛС периодически то устремляется к нулевому углу места, то, при достижении сдвига фаз между сигналами в 180°, снова движется вверх по направлению к НЛЦ [«Справочник по радиолокационным измерениям». Д. Бартон, Г. Вард. Москва, «Советское радио», 1976 г.]. При этом сигнал СС образует локальные максимумы, так называемые «колокола».As a result of the appearance of the “antipode” signal, a false error signal appears in the elevation difference channel, which is why the tracking system (SS) shifts the radar antenna beam according to the elevation angle until this false signal is compensated. When tracking at low elevation angles, the error due to multipath propagation is very large, since the “antipode” signal falls into the main lobe of the radiation pattern (DP) of the radar antenna. In this case, the real NLC and the “antipode” signal form a two-point target with a changing phase difference and signal amplitudes, which are comparable in magnitude. Under the influence of the SS error signal, the radar antenna beam periodically either rushes towards zero elevation angle, then, when a phase shift between the signals reaches 180°, it again moves upward towards the NLC ["Handbook of Radar Measurements". D. Barton, G. Ward. Moscow, “Soviet Radio”, 1976]. In this case, the CC signal forms local maxima, the so-called “bells”.

Известны следующие способы определения высоты полета НЛЦ [А.И. Леонов, К.И. Фомичев. «Моноимпульсная радиолокация». Москва, «Радио и связь», 1984 г.].The following methods are known for determining the flight altitude of the NLC [A.I. Leonov, K.I. Fomichev. "Monopulse radar". Moscow, “Radio and Communications”, 1984].

Для борьбы с явлением многопутного распространения при сопровождении НЛЦ используются различные методы, которые можно условно разделить на две группы.To combat the phenomenon of multipath propagation when accompanied by NLC, various methods are used, which can be divided into two groups.

К первой относятся методы, направленные на создание узконаправленных по углу места ДН антенн с целью уменьшения (или исключения) проникновения сигнала «антипода» в главный луч ДН антенны. Практическая реализация этих способов подразумевает увеличение апертуры антенной системы по вертикали и по горизонтали. Повышение угловой разрешающей способности лежит в основе этих способов. Реализация крупногабаритных антенн затруднительна для большинства передвижных радиолокаторов, предназначенных для обнаружения и сопровождения НЛЦ, так как повышается конструктивно-технологическая сложность систем и снижается их мобильность.The first includes methods aimed at creating antenna patterns that are narrowly directed in elevation in order to reduce (or eliminate) the penetration of the “antipode” signal into the main beam of the antenna pattern. The practical implementation of these methods involves increasing the aperture of the antenna system vertically and horizontally. Increasing angular resolution is the basis of these methods. The implementation of large-sized antennas is difficult for most mobile radars designed to detect and track NLCs, since the design and technological complexity of the systems increases and their mobility decreases.

Вторая группа способов определения угла места (высоты НЛЦ) основана на использовании дополнительной информации о влиянии отражений от подстилающей поверхности и устранении или уменьшении этого влияния на оценку угла места (высоты) НЛЦ. К этому подклассу относится большое число методов, основанных на моноимпульсном методе измерения угломестной координаты. Моноимпульсные способы измерения угла места НЛЦ имеют преимущества, как наиболее устойчивые к шумовым и динамическим ошибкам измерения.The second group of methods for determining the elevation angle (height of the NLC) is based on the use of additional information about the influence of reflections from the underlying surface and eliminating or reducing this influence on the estimate of the elevation angle (height) of the NLC. This subclass includes a large number of methods based on the monopulse method of measuring elevation coordinates. Single-pulse methods for measuring the NLC elevation angle have the advantages of being the most resistant to noise and dynamic measurement errors.

В работе [А.И. Леонов, К.И. Фомичев. «Моноимпульсная радиолокация». Москва, «Радио и связь», 1984 г.] описан способ определения угла места НЛЦ, при котором используются две антенны в вертикальной плоскости, расположенные на разной высоте. Антенны имеют идентичные ДН и одинаковую ориентацию по углу места. Расстояние между антеннами регулируется так, чтобы разность фаз между сигналами от «антипода», принимаемых двумя антеннами, равнялась π. При этом разность фаз между сигналами от НЛЦ должна быть отлична от π. В зависимости от амплитуды и фазы сигналов (от НЛЦ и «антипода»), принятых антеннами, вырабатываются сигналы управления сдвигом фазы сигнала (от НЛЦ и антипода) и разнесением антенн по высоте. Если сигнал ошибки от НЛЦ и управляющий сигнал разнесения антенн одновременно равняются нулю, то система отслеживает направление на НЛЦ со сравнительно малыми ошибками. Указанный способ, несмотря на высокую точность определения угла места НЛЦ, весьма сложен в конструктивном отношении, требует использования дополнительной антенны.In the work [A.I. Leonov, K.I. Fomichev. "Monopulse radar". Moscow, “Radio and Communications”, 1984] describes a method for determining the elevation angle of the NLC, in which two antennas are used in the vertical plane, located at different heights. The antennas have identical patterns and the same orientation in elevation. The distance between the antennas is adjusted so that the phase difference between the signals from the “antipode” received by the two antennas is equal to π. In this case, the phase difference between the signals from the NLC must be different from π. Depending on the amplitude and phase of the signals (from the NLC and the “antipode”) received by the antennas, control signals are generated for the phase shift of the signal (from the NLC and the antipode) and the height spacing of the antennas. If the error signal from the NLC and the antenna diversity control signal are simultaneously equal to zero, then the system tracks the direction to the NLC with relatively small errors. This method, despite the high accuracy of determining the elevation angle of the NLC, is very complex in terms of design and requires the use of an additional antenna.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ вычисления высоты полета НЛЦ, описанный в [патент RU №2080619 С1, МПК G01S 13/44. Способ определения угла места и дальности низколетящей цели моноимпульсным радиолокатором при многолучевом распространении отраженного от цели сигнала. 1994 г.], характеризующийся формированием и излучением зондирующих радиолокационных сигналов, приемом отраженных эхо-сигналов от НЛЦ и от подстилающей поверхности (сигнала «антипода») и их обработкой с помощью ЭВМ РЛС для определения угла места НЛЦ без размыкания контура СС по углу места.The closest in technical essence to the claimed method is the method for calculating the flight altitude of the NLC, described in [patent RU No. 2080619 C1, IPC G01S 13/44. A method for determining the elevation angle and range of a low-flying target using a monopulse radar during multipath propagation of the signal reflected from the target. 1994].

Недостатком прототипа является то, что этот способ работает тогда, когда известно, что рассматривается 1-ый нуль мнимой функции (Im), то есть набег фаз в 180° между прямым сигналом от НЛЦ и сигналом «антипода» произошел только один раз. Для последующих нулей мнимой функции (Im) этот способ работать не будет из-за неоднозначности вычислений. Кроме того, для реализации этого способа необходимо организовывать дополнительную квадратурную обработку принимаемого сигнала в угломестном канале, и возникает необходимость изменения высоты антенны РЛС.The disadvantage of the prototype is that this method works when it is known that the first zero of the imaginary function (Im) is being considered, that is, a phase shift of 180° between the direct signal from the NLC and the “antipode” signal occurred only once. For subsequent zeros of the imaginary function (Im), this method will not work due to the ambiguity of the calculations. In addition, to implement this method, it is necessary to organize additional quadrature processing of the received signal in the elevation channel, and there is a need to change the height of the radar antenna.

Недостатками прототипа являются также невозможность по результатам одного зондирования РЛС, то есть в реальном масштабе времени, определять истинный угол места НЛЦ и высоту ее полета, а также отсутствие привязки РЛС по координатам и по высоте относительно уровня моря и к системе единого времени (СЕВ).The disadvantages of the prototype are also the impossibility of determining the true elevation angle of the NLC and the altitude of its flight based on the results of one radar sounding, that is, in real time, as well as the lack of binding of the radar in coordinates and altitude relative to sea level and to the uniform time system (UTS).

Особенностью заявляемого способа является то, что в нем не снижается отрицательное влияние явления многолучевости на характер сигнала СС, а угол места НЛЦ и высота ее полета определяются в любой момент сопровождения НЛЦ в любой точке конкретного локального максимума или минимума сигнала СС по углу места - «колокола», вызванного проникновением сигнала «антипода» в главный луч ДН антенны. Предлагаемый способ не требует изменения высоты антенны РЛС и основан на определении угла «антипода», разности фаз между прямым сигналом и сигналом «антипода» и коэффициента отражения от подстилающей поверхности как функций одной переменной - угла места цели. Это дает возможность при использовании данных сопровождения НЛЦ, поступающих с приемного устройства РЛС на данном такте зондирования, и значений параметров антенной системы РЛС вычислить значения векторов прямого сигнала и сигнала «антипода» и определить значения фазы вектора суммарного канала и фазы вектора угломестного разностного канала. Затем, путем сравнения полученных значений фаз с контрольными значениями фазы сигнала в суммарном канале и фазы сигнала в угломестном разностном канале определяются истинный угол места НЛЦ и высота ее полета. Высота полета НЛЦ определяется без общепринятого прямого измерения угла места этой НЛЦ, выполняемого с помощью относительно сложных парциальных узконаправленных по углу места антенн или с использованием отдельного РЛС-высотомера и др. Вместо этого в данном способе применяется значительно более простая 4-квадрантная антенна, которая используется в СС РЛС по углу места и в наклонной плоскости.A feature of the proposed method is that it does not reduce the negative impact of the multipath phenomenon on the nature of the SS signal, and the elevation angle of the NLC and the altitude of its flight are determined at any moment of tracking the NLC at any point of a specific local maximum or minimum of the SS signal by elevation angle - “bell” ", caused by the penetration of the "antipode" signal into the main beam of the antenna pattern. The proposed method does not require changing the height of the radar antenna and is based on determining the “antipode” angle, the phase difference between the direct signal and the “antipode” signal and the reflection coefficient from the underlying surface as functions of one variable - the target elevation angle. This makes it possible, when using the NLC tracking data coming from the radar receiving device at a given sounding cycle, and the values of the parameters of the radar antenna system, to calculate the values of the direct signal vectors and the “antipode” signal and determine the values of the phase of the sum channel vector and the phase of the elevation difference channel vector. Then, by comparing the obtained phase values with the control values of the signal phase in the sum channel and the signal phase in the difference elevation channel, the true elevation angle of the NLC and its flight altitude are determined. The flight altitude of the NLC is determined without the generally accepted direct measurement of the elevation angle of this NLC, performed using relatively complex partial antennas narrowly directed in elevation angle or using a separate radar altimeter, etc. Instead, this method uses a much simpler 4-quadrant antenna, which is used in SS radar by elevation and in an inclined plane.

Техническим результатом изобретения является устранение недостатков прототипа - более точное определение высоты полета НЛЦ при одновременном упрощении конструкции антенной системы РЛС, путем учета при определении высоты НЛЦ расширенных данных, влияющих на ее точность, полученных до начала развертывания РЛС в точке дислокации (точные координаты, в том числе высота РЛС относительно уровня моря) и при радиолокационном сопровождении НЛЦ в реальном масштабе единого времени (отраженных радиолокационных сигналов от НЛЦ и от подстилающей поверхности) при учете фазовых соотношений между прямым сигналом и сигналом «антипода», позволяющие более точно измерять дальность до НЛЦ и, как следствие, ее высоту.The technical result of the invention is the elimination of the shortcomings of the prototype - a more accurate determination of the flight altitude of the NLC while simultaneously simplifying the design of the radar antenna system, by taking into account, when determining the altitude of the NLC, extended data that affects its accuracy, obtained before the deployment of the radar at the deployment point (exact coordinates, including including the height of the radar relative to sea level) and with radar tracking of the NLC in a real uniform time scale (reflected radar signals from the NLC and from the underlying surface) taking into account the phase relationships between the direct signal and the “antipode” signal, allowing for more accurate measurement of the range to the NLC and, as a consequence, its height.

Заявляемый способ позволяет по результатам одного зондирования РЛС в любой момент сопровождения НЛЦ, то есть в реальном масштабе времени, определять истинный угол места НЛЦ и высоту ее полета.The inventive method allows, based on the results of one radar sounding at any moment of tracking the NLC, that is, in real time, to determine the true elevation angle of the NLC and the altitude of its flight.

Кроме того, в заявляемом способе не требуется проведение каких-либо конструктивных или аппаратурных изменений в РЛС, введения дополнительной квадратурной обработки, изменения высоты антенны РЛС и т.д.In addition, the inventive method does not require any design or hardware changes in the radar, the introduction of additional quadrature processing, changes in the height of the radar antenna, etc.

В заявляемом способе точность определения высоты полета НЛЦ в основном определяется точностью определения дальности до цели, которая поступает от РЛС при сопровождении, точностью поступающих значений синусов углов отклонения луча РЛС в угломестной и в наклонной плоскостях, точностью поступающего контрольного значения фазы сигнала в суммарном канале, точностью поступающего контрольного значения фазы сигнала в угломестном канале, точностью поступающих значений амплитуд сигналов в суммарном канале, угломестном и азимутальном разностных каналах.In the proposed method, the accuracy of determining the flight altitude of the NLC is mainly determined by the accuracy of determining the range to the target, which comes from the radar during tracking, the accuracy of the incoming values of the sines of the angles of deflection of the radar beam in the elevation and inclined planes, the accuracy of the incoming control value of the signal phase in the total channel, the accuracy the incoming control value of the signal phase in the elevation channel, the accuracy of the incoming signal amplitude values in the total channel, elevation and azimuthal difference channels.

Указанный технический результат достигается тем, что используется способ определения высоты полета НЛЦ моноимпульсной РЛС сопровождения в реальном масштабе времени, характеризующийся формированием и излучением зондирующих радиолокационных сигналов, приемом отраженных эхо-сигналов от НЛЦ и от подстилающей поверхности и их обработкой с помощью ЭВМ РЛС для определения дальности до НЛЦ, определения высоты ее полета и соответствующего взаимного геометрического расположения РЛС и НЛЦ. Особенностью этого способа является то, что в РЛС используется антенна с 4-мя квадрантами А, В, С, D полотна, реализующими суммарно-разностную обработку по углу места и в наклонной плоскости. Рассматриваемый способ основан на вычислении угла «антипода», разности фаз между прямым сигналом и сигналом «антипода» и коэффициента отражения от подстилающей поверхности как функций одной переменной -угла места. Это дает возможность при использовании данных сопровождения НЛЦ, поступающих с приемного устройства РЛС на данном такте зондирования, и значений параметров антенной системы РЛС вычислять значения векторов прямого сигнала и сигнала «антипода» и определять значения фазы вектора суммарного канала и фазы вектора угломестного разностного канала. В процессе проводимого одномерного поиска по углу места путем сравнения вычисляемых значений фаз с контрольным значением фазы сигнала в суммарном канале и с контрольным значением фазы сигнала в угломестном разностном канале определяются истинный угол места НЛЦ и высота ее полета.The specified technical result is achieved by using a method for determining the flight altitude of the NLC of a monopulse tracking radar in real time, characterized by the formation and emission of sounding radar signals, the reception of reflected echo signals from the NLC and from the underlying surface and their processing using a radar computer to determine the range to the NLC, determining its flight altitude and the corresponding relative geometric location of the radar and NLC. A special feature of this method is that the radar uses an antenna with 4 quadrants A, B, C, D of the canvas, which implement total-difference processing in elevation and in an inclined plane. The method under consideration is based on calculating the “antipode” angle, the phase difference between the direct signal and the “antipode” signal and the reflection coefficient from the underlying surface as functions of one variable - the elevation angle. This makes it possible, when using the NLC tracking data coming from the radar receiving device at a given sounding cycle, and the parameters of the radar antenna system, to calculate the values of the direct signal vectors and the “antipode” signal and determine the values of the phase vector of the total channel and the phase vector of the elevation difference channel. During the ongoing one-dimensional search by elevation angle, by comparing the calculated phase values with the reference value of the signal phase in the sum channel and with the reference value of the signal phase in the elevation difference channel, the true elevation angle of the NLC and its flight altitude are determined.

Способ осуществляется в 2 последовательных этапа:The method is carried out in 2 successive stages:

на 1-м этапе, после развертывания РЛС в точке ее дислокации в память ЭВМ РЛС вводятся точные координаты места дислокации РЛС, в том числе, по высоте относительно уровня моря, точное время системы единого времени (СЕВ) с помощью входящего в РЛС спутникового навигатора с атомными часами,at the 1st stage, after the deployment of the radar at the point of its deployment, the exact coordinates of the location of the radar are entered into the radar computer memory, including, in height relative to sea level, the exact time of the unified time system (UTS) using the satellite navigator included in the radar with atomic clock,

на 2-м этапе, с помощью РЛС осуществляют сопровождение НЛЦ, при этом вычисления выполняются в реальном масштабе времени, то есть они выполняются на каждом такте зондирования РЛС.С приемного устройства РЛС на программу ЭВМ РЛС вычисления высоты НЛЦ поступают следующие исходные данные:at the 2nd stage, with the help of the radar, the NLC is tracked, while calculations are performed in real time, that is, they are performed at each radar sounding cycle. The following initial data is received from the radar receiving device to the radar computer program for calculating the height of the NLC:

текущие координаты НЛЦ X, Y, Z;current NLC coordinates X, Y, Z;

амплитуды сигналов в суммарном канале A_Σ, угломестном А_Е и азимутальном А_В разностных каналах;signal amplitudes in the total channel A _Σ , elevation A _E and azimuthal A _B difference channels;

синусы углов отклонения луча РЛС ϕ_В и ϕ_Н в угломестной и наклонной плоскостях sin ϕ_В и sin ϕ_Н;sines of the radar beam deflection angles ϕ _B and ϕ _N in the elevation and inclined planes sin ϕ _B and sin ϕ _N ;

контрольное значение фазы сигнала в суммарном канале Ф_Sum;control value of the signal phase in the total channel Ф_Sum;

контрольное значение фазы сигнала в угломестном разностном канале Ф_Е;control value of the signal phase in the elevation difference channel F_E;

длина рабочей волны РЛС λ метрового, дециметрового или сантиметрового диапазона.operating wavelength of the radar λ meter, decimeter or centimeter range.

Вычисления выполняются в следующей последовательности.Calculations are performed in the following sequence.

Вычисляется значение горизонтальной дальности R_Г НЛЦ:The value of the horizontal range R _G NLC is calculated:

Вычисляется косинус суммарного угла отклонения луча РЛС θ_Х от нормали к антенному полотну:The cosine of the total angle of deviation of the radar beam θ _X from the normal to the antenna surface is calculated:

Вычисляется угол положения центра луча радиолокатора ε_Л:The angle of position of the center of the radar beam ε _L is calculated:

Вычисляется отношение амплитуд сигналов в суммарном канале и азимутальном разностном канале K_{Σ_В}.The ratio of signal amplitudes in the sum channel and the azimuthal difference channel K _{Σ_B} is calculated.

Вычисляется необходимая расстройка по азимуту B₁:The required azimuth mismatch B ₁ is calculated:

где К_Н - нормирующий коэффициент.where K _N is the normalizing coefficient.

Вычисляется сигнал в угломестном разностном канале:The signal in the elevation difference channel is calculated:

где i - мнимая единица.where i is the imaginary unit.

Вычисляются сигналы в суммах квадрантов (А+В) и (С+D) Sum_АB и Sum_CD:Signals are calculated in the sums of quadrants (A+B) and (C+D) Sum _AB and Sum _CD :

Вычисляется контрольное значение разности фаз Δ_ϕ_ABCD между суммами квадрантов полотна (А+В) и (С+D):The control value of the phase difference Δ_ϕ _ABCD between the sums of the web quadrants (A+B) and (C+D) is calculated:

где Arg(…) - функция вычисления аргумента комплексной величины.where Arg(…) is the function for calculating the argument of a complex value.

Формула для вычисления угла «антипода» β для «плоской» Земли как функции угла места цели ε имеет вид:The formula for calculating the “antipode” angle β for a “flat” Earth as a function of the target elevation angle ε is:

где Н_A - высота фазового центра антенны РЛС.where H _A is the height of the phase center of the radar antenna.

Формула для вычисления сдвига по фазе δ между прямым сигналом и сигналом «антипода» как функции угла места цели ε имеет вид:The formula for calculating the phase shift δ between the direct signal and the “antipode” signal as a function of the target elevation angle ε is:

где k_λ=2⋅π/λ -модуль волнового вектора;where k _λ =2⋅π/λ is the modulus of the wave vector;

π - дополнительный сдвиг фазы при отражении. Случайная фаза Δϕ_СЛУЧ, возникающая из-за интерференции сигналов, отраженных от блестящих точек цели, не учитывается, так как из-за большой дальности характер отражения от блестящих точек цели для прямого сигнала и сигнала «антипода» практически идентичен, и добавка по фазе Δϕ_СЛУЧ почти одинакова для обоих сигналов. Формулы для вычисления прямых сигналов (векторов) от НЛЦ в квадрантах полотна антенны А, В, С, D в векторной форме имеют вид:π - additional phase shift upon reflection. The random phase Δϕ _RANDOM , arising due to the interference of signals reflected from shiny points of the target, is not taken into account, since due to the long range, the nature of the reflection from shiny points of the target for the direct signal and the “antipode” signal is almost identical, and the phase addition Δϕ _RAND is almost the same for both signals. Formulas for calculating direct signals (vectors) from the NLC in quadrants of the antenna fabric A, B, C, D in vector form have the form:

где Sig₁ - величина прямого сигнала (модуль вектора сигнала) от цели, Sig₁=1;where Sig ₁ is the magnitude of the direct signal (modulus of the signal vector) from the target, Sig ₁ =1;

d_{РЛС_V}, d_{РЛС_G} - базы антенны РЛС для угломестного и азимутального разностных каналов, при вычислении значения d_{РЛС_V} учитывается фактическое уменьшение базы антенны РЛС в угломестной плоскости из-за угла отклонения луча РЛС в уг-ломестной плоскости от нормали к полотну антенны ϕ_B;d _{Radar_V} , d _{Radar_G} - radar antenna bases for elevation and azimuth difference channels; when calculating the value of d _{Radar_V} , the actual decrease in the radar antenna base in the elevation plane is taken into account due to the angle of deviation of the radar beam in the elevation plane from the normal to the antenna surface ϕ _B ;

угол ε₁=ε - ε_Л;angle ε ₁ =ε - ε _L ;

i -мнимая единица;i - imaginary unit;

F_А (ε₁, B₁, cos θ_Х) - функция ДН одного квадранта антенны РЛС, главный лепесток которой аппроксимируется функцией вида F _A (ε ₁ , B ₁ , cos θ _X ) is a function of the pattern of one quadrant of the radar antenna, the main lobe of which is approximated by a function of the form

Δϕ_НАЧ - неизвестная начальная фаза сигнала, принимается Δϕ_НАЧ=0, так как начальная фаза входит во все сигналы всех квадрантов полотна антенны. Формулы для вычисления сигналов (векторов) «антипода» в квадрантах полотна антенны А, В, С, D имеют вид:Δϕ _EARTH is the unknown initial phase of the signal; Δϕ _EARLY = 0 is accepted, since the initial phase is included in all signals from all quadrants of the antenna fabric. Formulas for calculating the signals (vectors) of the “antipode” in the quadrants of the antenna fabric A, B, C, D have the form:

где К₂ - коэффициент отражения от подстилающей поверхности, который реализовался на данном такте зондирования. Формулы для вычисления сигналов (векторов) а_20А, а_20В, а_20С, а_20D в векторной форме имеют вид:where K ₂ is the reflection coefficient from the underlying surface, which was realized at a given sounding cycle. Formulas for calculating signals (vectors) a _20A , a _20B , a _20C , and _20D in vector form are:

где δ (ε) - сдвиг по фазе между прямым сигналом и сигналом «антипода»;where δ (ε) is the phase shift between the direct signal and the “antipode” signal;

угол β₁=β - ε_Л;angle β ₁ =β - ε _L ;

F_А (β₁, B₁, cos θ_Х) - функция ДН одного квадранта антенны РЛС, главный лепесток которой аппроксимируется функцией вида С применением формулы тангенса разности двух углов получена формула квадратного уравнения для вычисления коэффициента отражения К₂.F _A (β ₁ , B ₁ , cos θ _X ) is a function of the pattern of one quadrant of the radar antenna, the main lobe of which is approximated by a function of the form Using the formula for the tangent of the difference between two angles, a quadratic equation formula was obtained for calculating the reflection coefficient _K2 .

Формулы для вычисления коэффициентов А, В, С имеют вид:Formulas for calculating coefficients A, B, C are as follows:

где Re…, Im… - действительные и мнимые части соответствующих векторов a_1AB, a_1СD, а_20АВ, а_20СD;where Re..., Im... are the real and imaginary parts of the corresponding vectors a _1AB , a _1CD , a _20AB , and _20CD ;

W - тангенс контрольного значения разности фаз Δ_ϕ_ABCD: W=tg Δ_ϕ_ABCD. Коэффициент К₂=-1, если дискриминант квадратного уравнения В² - 4⋅А⋅С<0. Неверный корень квадратного уравнения отбрасывается исходя из условия, что коэффициент отражения К₂ может быть только положительным и меньшим единицы (0<K₂<1). Формулы для вычисления угла β «антипода», сдвига по фазе δ между прямым сигналом и сигналом «антипода» и коэффициента отражения от подстилающей поверхности К₂ на данном такте зондирования получены в виде функций одной переменной, а именно угла места ε. После этого вычисляется фаза вектора суммарного канала Arg_Sum и фаза вектора угломестного разностного канала Arg_E:W is the tangent of the control value of the phase difference Δ_ϕ _ABCD : W=tg Δ_ϕ _ABCD . Coefficient K ₂ = -1, if the discriminant of the quadratic equation B ² is 4⋅A⋅C<0. The incorrect root of the quadratic equation is discarded based on the condition that the reflection coefficient K ₂ can only be positive and less than unity (0 < K ₂ < 1). Formulas for calculating the “antipode” angle β, the phase shift δ between the direct signal and the “antipode” signal and the reflection coefficient from the underlying surface K ₂ at a given sounding cycle are obtained as functions of one variable, namely the elevation angle ε. After this, the phase of the total channel vector Arg_Sum and the phase of the elevation difference channel vector Arg_E are calculated:

Затем для селекции ложных углов места и определения истинного угла места НЛЦ во всем угловом диапазоне углов места ε начиная от 0° и до значения ширины суммарной ДН антенны РЛС по уровню 0,5 выполняется одномерный поиск глобального минимума модуля фазы вектора суммарного канала Arg_Sum относительно контрольного значения фазы Ф_Sum и фазы вектора угломестного разностного канала Arg_E относительно контрольного значения фазы Ф_Е. Формула для вычисления функции модуля указанных величин имеет вид:Then, to select false elevation angles and determine the true elevation angle of the NLC in the entire angular range of elevation angles ε starting from 0° and up to the width of the total radar antenna pattern at a level of 0.5, a one-dimensional search is performed for the global minimum of the module of the phase vector of the total channel Arg_Sum relative to the control value phase Ф_Sum and phase of the elevation difference channel vector Arg_E relative to the control value of phase Ф_Э. The formula for calculating the modulus function of the indicated quantities has the form:

Глобальный минимум функции F_min_kv (ε) определяет значение истинного угла места НЛЦ ε_ИСТ, его вычисляемый коэффициент отражения К₂ и высоту полета НЛЦ H_Ц:The global minimum of the function F_min_kv (ε) determines the value of the true elevation angle of the NLC ε _IST , its calculated reflection coefficient K ₂ and the flight altitude of the NLC H _C :

На фиг. 1-5 соответственно представлены:In fig. 1-5 are respectively presented:

фиг. 1 - характерный вид локальных максимумов сигнала СС по углу места («колокола» сигнала СС по углу места), истинный угол места НЛЦ, минимумы модуля сигнала угломестного разностного канала;fig. 1 - characteristic view of local maxima of the SS signal by elevation angle (“bells” of the SS signal by elevation angle), the true elevation angle of the NLC, the minima of the module of the elevation difference channel signal;

фиг. 2 - геометрия распространения прямого луча и луча, отраженного от Земли для «плоской» Земли;fig. 2 - geometry of propagation of the direct beam and the beam reflected from the Earth for a “flat” Earth;

фиг. 3 - классический вид квадратного полотна антенны моноимпульсной РЛС;fig. 3 - classic view of the square surface of a monopulse radar antenna;

фиг. 4 - кривые минимумов, полученные при выполнении одномерного поиска минимума функции вычисления модуля F_min_kv (ε) во всем угловом диапазоне углов места;fig. 4 - minimum curves obtained by performing a one-dimensional search for the minimum of the function for calculating the module F_min_kv (ε) over the entire angular range of elevation angles;

фиг. 5 - глобальный минимум функции вычисления модуля F_min_kv (ε), определяющий значение истинного угла места НЛЦ ε_ИСТ и высоту полета НЛЦ H_Ц.fig. 5 - global minimum of the function for calculating the module F_min_kv (ε), which determines the value of the true elevation angle of the NLC ε _IST and the flight altitude of the NLC H _C .

На фиг. 1 обозначено: кривая 1 - сигнал СС по углу места в градусах; кривая 2 - изменение истинного угла места НЛЦ в градусах; кривые 3 - минимумы модуля сигнала в угломестном разностном канале, соответствующие центрам «колоколов» и разности фаз между сигналами в 180°; кривые 4 -минимумы модуля сигнала в угломестном разностном канале, соответствующие разности фаз между сигналами в 0°. По оси абсцисс отложено время в секундах. По оси ординат отложены градусы.In fig. 1 is indicated: curve 1 - SS signal by elevation angle in degrees; curve 2 - change in the true elevation angle of the NLC in degrees; curves 3 - minimums of the signal module in the elevation difference channel, corresponding to the centers of the “bells” and the phase difference between the signals of 180°; curves 4 are the minimums of the signal module in the elevation difference channel, corresponding to the phase difference between the signals of 0°. The abscissa axis shows time in seconds. The ordinate axis is degrees.

На фиг. 2 обозначено: Н_А - высота фазового центра антенны РЛС; ε_А - угол поднятия нормали к полотну антенны РЛС относительно горизонта; ε_Ц - истинный угол места НЛЦ; ε_Л - угловое положение центра луча РЛС; H_Ц - высота полета НЛЦ; V_Ц - скорость полета НЛЦ; ψ_АНТ - угол скольжения сигнала «антипода»; R_Г - горизонтальная дальность до НЛЦ; А -положение фазового центра антенны РЛС; О - точка отражения сигнала «антипода»; N - положение НЛЦ; N₀ - зеркальное положение НЛЦ.In fig. 2 is indicated: H _A - height of the phase center of the radar antenna; ε _A is the elevation angle of the normal to the radar antenna surface relative to the horizon; ε _C - true elevation angle of the NLC; ε _L - angular position of the center of the radar beam; H _C is the flight altitude of the NLC; V _C is the flight speed of the NLC; ψ _ANT - sliding angle of the “antipode” signal; R _Г - horizontal range to the NLC; A is the position of the phase center of the radar antenna; O - point of reflection of the “antipode” signal; N - NLC position; N ₀ - mirror position of the NLC.

На фиг. 3 обозначено: А, В, С, D -квадранты полотна антенны моноимпульсной РЛС; d_РЛС -база антенны РЛС.In fig. 3 is indicated: A, B, C, D - quadrants of the monopulse radar antenna web; d _radar - radar antenna base.

На фиг. 4 по оси абсцисс отложены градусы. По оси ординат отложены градусы.In fig. 4 degrees are plotted along the abscissa axis. The ordinate axis is degrees.

На фиг. 5 по оси абсцисс отложены градусы. По оси ординат отложены градусы.In fig. 5 degrees are plotted along the abscissa axis. The ordinate axis is degrees.

Сущность заявляемого изобретения состоит в следующем.The essence of the claimed invention is as follows.

Особенностью заявляемого способа является то, что в нем не снижается отрицательное влияние явления многолучевости на характер сигнала СС, и угол места НЛЦ (и высота ее полета) определяется в любой момент сопровождения НЛЦ в любом месте конкретного локального максимума или минимума сигнала СС по углу места - «колокола», вызванного проникновением сигнала «антипода» в главный луч ДН антенны. Предлагаемый способ не требует изменения высоты антенны РЛС и основан на вычислении угла «антипода», разности фаз между прямым сигналом и сигналом «антипода» и коэффициента отражения от подстилающей поверхности как функций одной переменной, а именно угла места. Для выполнения этих вычислений используются данные сопровождения НЛЦ, поступающие с приемного устройства РЛС на данном такте зондирования, и значения параметров антенной системы РЛС.При этом на данном такте зондирования вычисляются значения векторов прямого сигнала и сигнала «антипода» и определяются значения фазы вектора суммарного канала и фазы вектора угломестного разностного канала. Затем для селекции ложных углов места и определения истинного угла места НЛЦ во всем угловом диапазоне углов места начиная от нулевого значения и до значения ширины суммарной ДН антенны РЛС выполняется одномерный поиск минимума вычисляемого модуля фазы вектора суммарного канала относительно контрольного значения фазы сигнала в суммарном канале и фазы вектора угломестного разностного канала относительно контрольного значения фазы сигнала в угломестном разностном канале. Контрольные значения фаз сигналов в суммарном канале и в угломестном разностном канале поступают с приемного устройства РЛС. Полученный глобальный минимум определяет истинный угол места НЛЦ и высоту ее полета. Высота полета НЛЦ определяется без общепринятого прямого измерения угла места этой НЛЦ, выполняемого с помощью относительно сложных парциальных узконаправленных по углу места антенн или с использованием отдельного РЛС-высотомера и др., вместо чего в данном способе применяется значительно более простая 4-квадрантная антенна, которая используется в СС РЛС по углу места и в наклонной плоскости.The peculiarity of the proposed method is that it does not reduce the negative impact of the multipath phenomenon on the nature of the SS signal, and the elevation angle of the NLC (and the altitude of its flight) is determined at any moment of tracking the NLC at any location of a specific local maximum or minimum of the SS signal by elevation angle - “bell” caused by the penetration of the “antipode” signal into the main beam of the antenna pattern. The proposed method does not require changing the height of the radar antenna and is based on calculating the “antipode” angle, the phase difference between the direct signal and the “antipode” signal and the reflection coefficient from the underlying surface as functions of one variable, namely the elevation angle. To perform these calculations, the NLC tracking data coming from the radar receiving device at a given sounding cycle and the values of the parameters of the radar antenna system are used. At the same time, at this sounding cycle, the values of the vectors of the direct signal and the “antipode” signal are calculated and the phase values of the total channel vector and phase vector of the elevation difference channel. Then, to select false elevation angles and determine the true elevation angle of the NLC in the entire angular range of elevation angles starting from the zero value and up to the width of the total radar antenna pattern, a one-dimensional search is performed for the minimum of the calculated modulus of the phase vector of the total channel relative to the control value of the signal phase in the total channel and the phase vector of the elevation difference channel relative to the control value of the signal phase in the elevation difference channel. The control values of the phases of the signals in the sum channel and in the elevation difference channel come from the radar receiving device. The resulting global minimum determines the true elevation angle of the NLC and its flight altitude. The flight altitude of the NLC is determined without the generally accepted direct measurement of the elevation angle of this NLC, performed using relatively complex partial antennas narrowly directed in elevation angle or using a separate radar altimeter, etc., instead, in this method a much simpler 4-quadrant antenna is used, which used in SS radar in elevation and in an inclined plane.

Способ осуществляется следующим образом.The method is carried out as follows.

Рассмотрим простейшую РЛС сопровождения, которая имеет 4-х квадрантную антенну с возможностью поворота ее на любой угол по азимуту, согласно полученному целеуказанию. При этом ДН этих квадрантов синхронно управляются. После развертывания РЛС в точке ее дислокации осуществляется ее координатная привязка к единой системе координат ПВО страны с помощью входящего в состав РЛС спутникового навигатора.Let's consider the simplest tracking radar, which has a 4-quadrant antenna with the ability to rotate it to any angle in azimuth, according to the received target designation. In this case, the patterns of these quadrants are synchronously controlled. After the radar is deployed at its deployment point, it is coordinated to the country’s unified air defense coordinate system using the satellite navigator included in the radar.

Способ осуществляется в 2 последовательных этапа.The method is carried out in 2 successive stages.

На 1-м этапе, после развертывания РЛС в точке ее дислокации в память ЭВМ РЛС вводятся с помощью соответствующего пульта точные координаты места дислокации РЛС, в том числе, по высоте относительно уровня моря, точное время СЕВ с помощью входящего в РЛС спутникового навигатора с атомными часами.At the 1st stage, after the deployment of the radar at the point of its deployment, the exact coordinates of the location of the radar are entered into the memory of the radar computer using the appropriate remote control, including, in height relative to sea level, the exact time of the start of the day using the satellite navigator included in the radar with nuclear power for hours.

На 2-м этапе, после включения РЛС осуществляют с ее помощью радиолокационную работу в выделенном секторе ответственности, в том числе принятие целеуказания о наличии НЛЦ или нескольких НЛЦ, получение необходимых данных об НЛЦ и фиксирование их в памяти ЭВМ РЛС для вычисления высоты Н_Ц НЛЦ.At the 2nd stage, after turning on the radar, radar work is carried out with its help in the designated sector of responsibility, including receiving target designation about the presence of an NLC or several NLCs, obtaining the necessary data about the NLC and recording them in the radar computer memory to calculate the height of the _NLC NLC .

Рассмотрим подробнее осуществление способа на 2-м этапе. К основному каналу получения радиолокационной информации (эхо-сигналы, отраженные от НЛЦ и подстилающей поверхности и др.) относятся, в частности, 4-х квадрантная антенна и следящая система (СС) РЛС по углу места и по азимуту. При этом СС формирует упреждающий строб автосопровождения НЛЦ.Let us consider in more detail the implementation of the method at the 2nd stage. The main channel for receiving radar information (echo signals reflected from the NLC and the underlying surface, etc.) includes, in particular, a 4-quadrant antenna and a radar tracking system (SS) in elevation and azimuth. In this case, the SS generates a proactive strobe for automatic tracking of the NLC.

При работе РЛС очередной «колокол» начинает формироваться при приближении разности фаз между сигналом от НЛЦ и сигналом «антипода» к 180°. В моменты максимумов «колоколов» (см. фиг. 1) разность фаз между сигналом от НЛЦ и сигналом «антипода» становится равной 180°. Так как сигналы близки по мощности, то сигнал суммарного канала стремится к нулю. Модуль сигнала в угломестном разностном канале Δε также стремится к нулю. Поэтому при вычислении сигнала ошибки Де фазового дискриминатора (ФД) выполняется деление на ноль, то есть возникает сингулярность.When the radar is operating, the next “bell” begins to form as the phase difference between the signal from the NLC and the “antipode” signal approaches 180°. At the moments of maximum “bells” (see Fig. 1), the phase difference between the signal from the NLC and the “antipode” signal becomes equal to 180°. Since the signals are close in power, the signal of the total channel tends to zero. The signal magnitude in the elevation difference channel Δε also tends to zero. Therefore, when calculating the error signal De of the phase discriminator (PD), division by zero is performed, that is, a singularity arises.

Из-за явления сингулярности вычисляемая угловая ошибка Δε в угломестном канале может достигать очень большой величины, которую будет ограничивать только собственный шум суммарного канала. СС резко увеличивает угол подъема луча ε_Л, и образуются «колокола» (см. фиг. 1).Due to the singularity phenomenon, the calculated angular error Δε in the elevation channel can reach a very large value, which will only be limited by the internal noise of the total channel. SS sharply increases the angle of elevation of the beam ε _L , and “bells” are formed (see Fig. 1).

В моменты максимумов «колоколов» (см. фиг. 1) разность фаз между сигналом от НЛЦ и сигналом «антипода» становится равной 180°. Между каждыми соседними локальными максимумами сигнала СС («колоколами») разность хода между сигналами ΔL возрастает на длину рабочей волны РЛС λ, или, что то же самое, разность фаз сигналов увеличивается на 2⋅π. Эти локальные максимумы («колокола») хорошо различимы при сопровождении НЛЦ.At the moments of maximum “bells” (see Fig. 1), the phase difference between the signal from the NLC and the “antipode” signal becomes equal to 180°. Between each adjacent local maxima of the CC signal (“bells”), the path difference between the signals ΔL increases by the operating wavelength of the radar λ, or, what is the same, the phase difference of the signals increases by 2⋅π. These local maxima (“bells”) are clearly distinguishable when accompanied by NLC.

С течением времени период следования «колоколов» уменьшается, так как при увеличении угла места НЛЦ ε_Ц разность хода ΔL (и разность фаз) между прямым сигналом и сигналом «антипода» возрастает все быстрее (см. фиг. 2).Over time, the period of repetition of the “bells” decreases, since with an increase in the NLC elevation angle ε _T , the path difference ΔL (and the phase difference) between the direct signal and the “antipode” signal increases more and more quickly (see Fig. 2).

Например, на фиг. 1 приведен вид локальных максимумов сигнала СС по углу места ε_Л («колоколов») для плоской Земли и гладкой поверхности -кривая 1, при этом истинный угол места НЛЦ - кривая 2. Высота полета НЛЦ Н_Ц=200 м, скорость полета НЛЦ V_Ц=130 м/с, полетное время (время наблюдения НЛЦ) отложено по оси абсцисс, коэффициент отражения от подстилающей поверхности ρ ≈ 0,9, длина рабочей волны РЛС λ=0,03 м.For example, in FIG. Figure 1 shows the view of local maxima of the SS signal by elevation angle ε _L (“bells”) for a flat Earth and a smooth surface - curve 1, while the true elevation angle of the NLC is curve 2. Flight altitude of the NLC N _C = 200 m, flight speed of the NLC V _C = 130 m/s, flight time (NLC observation time) is plotted on the x-axis, reflection coefficient from the underlying surface ρ ≈ 0.9, radar operating wavelength λ = 0.03 m.

В выбранный момент времени на 2-м этапе осуществления способа вычисляется высота полета H_Ц НЛЦ. При этом используются данные, зафиксированные в памяти ЭВМ на 1-м этапе. Для пояснения достаточно сложного алгоритма вычисления уточним некоторые его моменты.At the selected point in time, at the 2nd stage of the method, the flight altitude H _C NLC is calculated. In this case, the data recorded in the computer memory at the 1st stage is used. To explain the rather complex calculation algorithm, let us clarify some of its points.

На фиг. 2 представлена геометрия распространения прямого луча и луча, отраженного от земной поверхности («антипода») для «плоской» Земли.In fig. Figure 2 shows the propagation geometry of the direct beam and the beam reflected from the earth’s surface (“antipode”) for a “flat” Earth.

На фиг. 3 приведено классическое квадратное полотно антенны РЛС (А, В, С, D - квадранты полотна). Суммарно-разностная обработка выполняется по схеме Пейджа. Угломестный разностный канал формируется стандартным образом: (Sig_A+Sig_В) -(Sig_С+Sig_D), где Sig_A, Sig_B, Sig_С, Sig_D - сигналы с квадрантов А, В, С, D.In fig. Figure 3 shows the classic square surface of the radar antenna (A, B, C, D - quadrants of the surface). Sum-difference processing is performed according to the Page scheme. The elevation difference channel is formed in the standard way: (Sig _A + Sig _B ) - (Sig _C + Sig _D ), where Sig _A , Sig _B , Sig _C , Sig _D are signals from quadrants A, B, C, D.

В простейшем варианте работы СС по углу места положение центра луча радиолокатора ел на i+1 - м шаге описывается формулой:In the simplest version of the SS operation by elevation angle, the position of the center of the radar beam at the i+1th step is described by the formula:

где D_ε - добротность СС (коэффициент усиления сигнала ошибки);where D _ε is the quality factor of the SS (error signal amplification factor);

ε_Лi -положение луча на i-м шаге;ε _Li - beam position at the i-th step;

Δε_i - сигнал ошибки фазового дискриминатора (ФД) угломестного канала на i - м шаге;Δε _i - error signal of the phase discriminator (PD) of the elevation channel at the i -th step;

Δt - величина такта зондирования.Δt is the value of the probing cycle.

Выполним определение высоты полета НЛЦ с помощью предлагаемого способа.Let us determine the flight altitude of the NLC using the proposed method.

Вычисления выполняются в реальном масштабе времени, то есть они выполняются на каждом такте зондирования РЛС. На некотором i-ом такте работы (такте зондирования) с приемного устройства РЛС на программу ЭВМ РЛС вычисления высоты НЛЦ поступают следующие исходные данные:Calculations are performed in real time, that is, they are performed at each radar sensing cycle. At some i-th operating cycle (sensing cycle), the following initial data is received from the radar receiving device to the radar computer program for calculating the height of the NLC:

амплитуды сигналов в суммарном канале А_Σ, угломестном А_E и азимутальном А_B разностных каналах;signal amplitudes in the total channel A _Σ , elevation A _E and azimuthal A _B difference channels;

синусы углов отклонения луча РЛС ϕ_B и ϕ_H в угломестной (вертикальной) и наклонной плоскостях sin ϕ_B и sin ϕ_H;sines of the radar beam deflection angles ϕ _B and ϕ _H in the elevation (vertical) and inclined planes sin ϕ _B and sin ϕ _H ;

Значение горизонтальной дальности R_Г вычисляется по формуле:The value of the horizontal range R _Г is calculated by the formula:

Вычисляется косинус суммарного угла отклонения луча от нормали θ_Х:The cosine of the total angle of deviation of the beam from the normal θ _X is calculated:

Вычисляется отношение амплитуд сигналов в суммарном канале и азимутальном разностном канале K_{Σ_В}:The ratio of signal amplitudes in the sum channel and the azimuthal difference channel K _{Σ_B} is calculated:

Вычисляется необходимая расстройка по азимуту B₁, которая затем используется в функции ДН одного квадранта антенны РЛС:The required azimuth detuning B ₁ is calculated, which is then used in the DP function of one quadrant of the radar antenna:

Сигнал в угломестном разностном канале записывается в виде:The signal in the elevation difference channel is written in the form:

где i -мнимая единица.where i is the imaginary unit.

Вычисляются сигналы в суммах квадрантов (А+В) и (С+D) Sum_AB и Sum_CD:The signals are calculated in the sums of quadrants (A+B) and (C+D) Sum _AB and Sum _CD :

С помощью полученных данных вычисляется контрольное значение разности фаз Δ_ϕ_АВСD между суммами квадрантов полотна (А+В) и (С+D):Using the obtained data, the control value of the phase difference Δ_ϕ _ABCD between the sums of the web quadrants (A+B) and (C+D) is calculated:

Угол ε - угол места цели, ε=ε_Ц (см. фиг. 2); угол β - угол «антипода», это отрицательный угол, β=ψ_АНТ, ψ_АНТ - угол скольжения (см. фиг. 2). Для «плоской» Земли угол β является функцией угла ε и вычисляется по формуле:Angle ε - target elevation angle, ε=ε _C (see Fig. 2); angle β is the “antipode” angle, this is a negative angle, β = ψ _ANT , ψ _ANT is the sliding angle (see Fig. 2). For a “flat” Earth, angle β is a function of angle ε and is calculated by the formula:

где Н_А - высота фазового центра антенны РЛС;where H _A is the height of the phase center of the radar antenna;

R_Г - горизонтальная дальность до цели.R _Г - horizontal range to the target.

Сдвиг по фазе δ между прямым сигналом и сигналом «антипода» вычисляется по формуле:The phase shift δ between the direct signal and the “antipode” signal is calculated by the formula:

где k_λ=2⋅π/λ - модуль волнового вектора;where k _λ =2⋅π/λ - wave vector module;

λ - длина рабочей волны РЛС метрового, дециметрового или сантиметрового диапазона;λ is the operating wavelength of the meter, decimeter or centimeter range radar;

π - дополнительный сдвиг фазы при отражении [«Справочник по радиолокации в 4 томах, т.1», под. ред. М.И. Сколника. Москва, «Советское радио», 1976 г., «Справочник по радиолокации в 2 книгах», под. ред. М.И. Сколника. Москва, «Техносфера», 2014 г., Lamont V.Blake, "Machine Plotting of Radio/Radar Vertical-Plane Coverage Diagrams". Naval Research Laboratory, Washington, D. C., 1970].π - additional phase shift during reflection ["Handbook of radar in 4 volumes, vol. 1", sub. ed. M.I. Skolnik. Moscow, “Soviet Radio”, 1976, “Handbook of Radar in 2 Books”, under. ed. M.I. Skolnik. Moscow, "Technosphere", 2014, Lamont V. Blake, "Machine Plotting of Radio/Radar Vertical-Plane Coverage Diagrams". Naval Research Laboratory, Washington, D.C., 1970].

Необходимо отметить, что к сдвигу по фазе δ (11) будет добавляться некоторая случайная фаза Δϕ_СЛУЧ, возникающая из-за интерференции сигналов, отраженных от блестящих точек цели. Однако эта случайная фаза Δϕ_СЛУЧ добавляется как в прямой сигнал, так и в сигнал «антипода», так как из-за большой дальности углы на цель и на «антипод» практически одинаковы, и характер отражения от блестящих точек цели для обоих сигналов будет практически идентичным. Эта добавка по фазе Δϕ_СЛУЧ почти одинакова для обоих сигналов. Таким образом, для случая сопровождения НЛЦ, можно не рассматривать случайную фазу Δϕ_СЛУЧ отдельно, а считать, что она добавляется к неизвестной начальной фазе сигнала Δϕ_НАЧ.It should be noted that a certain random phase Δϕ _RANDOM will be added to the phase shift δ (11), arising due to the interference of signals reflected from shiny points of the target. However, this _ran- identical. This phase addition Δϕ _SLUCH is almost the same for both signals. Thus, for the case of NLC tracking, one can not consider the random phase Δϕ _SLUCH separately, but consider that it is added to the unknown initial phase of the signal Δϕ _NACH .

Прямые сигналы (векторы) от НЛЦ в квадрантах полотна антенны А, В, С, D записываются в векторном (комплексном) виде:Direct signals (vectors) from the NLC in the antenna quadrants A, B, C, D are recorded in vector (complex) form:

где Sig₁ - величина прямого сигнала (модуль вектора сигнала) от цели, она неизвестна, Sig₁=1;where Sig ₁ is the magnitude of the direct signal (modulus of the signal vector) from the target, it is unknown, Sig ₁ =1;

d_{РЛС_V}, d_{РЛС_G} - базы антенны РЛС для угломестного и азимутального разностных каналов, при вычислении значения d_{РЛС_V} учитывается фактическое уменьшение базы антенны РЛС в угломестной (вертикальной) плоскости из-за угла отклонения луча РЛС в угломестной плоскости от нормали к полотну антенны ϕ_B (см. фиг. 2);d _{Radar_V} , d _{Radar_G} - radar antenna bases for elevation and azimuth difference channels; when calculating the value of d _{Radar_V} , the actual decrease in the radar antenna base in the elevation (vertical) plane is taken into account due to the angle of deviation of the radar beam in the elevation plane from the normal to the antenna surface ϕ _B (see Fig. 2);

угол ε₁=ε-ε_Л;angle ε ₁ =ε-ε _L ;

i - мнимая единица;i - imaginary unit;

Δϕ_НАЧ - неизвестная начальная фаза сигнала, которую можно считать равной 0, так как начальная фаза входит во все сигналы всех квадрантов полотна антенны: Δϕ_НАЧ=0.Δϕ _INITIAL is the unknown initial phase of the signal, which can be considered equal to 0, since the initial phase is included in all signals from all quadrants of the antenna fabric: Δϕ _INITIAL =0.

Сигналы (векторы) «антипода» в квадрантах полотна антенны А, В, С, D записываются в виде:Signals (vectors) of the “antipode” in quadrants of the antenna fabric A, B, C, D are written in the form:

где К₂ - это коэффициент отражения от подстилающей поверхности, который реализовался на данном такте зондирования.where K ₂ is the reflection coefficient from the underlying surface, which was realized at a given sounding cycle.

Из-за влияния различных неровностей подстилающей поверхности (трава, кусты, деревья и т.п.) коэффициент отражения К₂ может значительно изменяться от такта к такту. Поэтому «колокола» в реальной работе РЛС обычно имеют хаотический, местами рваный характер.Due to the influence of various unevenness of the underlying surface (grass, bushes, trees, etc.), the reflection coefficient _K2 can vary significantly from cycle to cycle. Therefore, the “bells” in real radar operation usually have a chaotic, sometimes ragged character.

Сигналы (векторы) а_20А, а_20В, а_20С, а_20D записываются в векторном (комплексном) виде:Signals (vectors) a _20A , a _20B , a _20C , and _20D are written in vector (complex) form:

где δ(ε) - сдвиг по фазе между прямым сигналом и сигналом «антипода» (11);where δ(ε) is the phase shift between the direct signal and the “antipode” signal (11);

угол β₁=β - ε_Л;angle β ₁ =β - ε _L ;

F_А (β₁, B₁, cos θ_Х) - функция ДН одного квадранта антенны PЛС, главный лепесток которой аппроксимируется функцией вида F _A (β ₁ , B ₁ , cos θ _X ) is a function of the pattern of one quadrant of the radar antenna, the main lobe of which is approximated by a function of the form

Применяя выражение для тангенса разности двух углов:Using the expression for the tangent of the difference of two angles:

получаем формулу для непосредственного вычисления коэффициента отражения К₂, реализовавшегося на данном такте зондирования. Коэффициент отражения от подстилающей поверхности Кг является корнем квадратного уравнения:we obtain a formula for directly calculating the reflection coefficient K ₂ realized at a given probing cycle. The reflection coefficient from the underlying surface Kg is the root of the quadratic equation:

где коэффициенты А, В, С вычисляются по формулам:where coefficients A, B, C are calculated using the formulas:

Здесь Re…, Im… - действительные и мнимые части соответствующих векторов a_1AB, a_1СD, а_20АВ, а_20СD;Here Re..., Im... are the real and imaginary parts of the corresponding vectors a _1AB , a _1CD , a _20AB , and _20CD ;

W - тангенс контрольного значения разности фаз Δ_ϕ_ABCD: W=tg Δ_ϕ_ABCD.W is the tangent of the control value of the phase difference Δ_ϕ _ABCD : W=tg Δ_ϕ _ABCD .

Если дискриминант уравнения (15) В²-4⋅А⋅С<0, то коэффициент К₂=-1.If the discriminant of equation (15) B ² -4⋅A⋅C<0, then the coefficient K ₂ = -1.

Из физических условий задачи известно, что коэффициент отражения Кг может быть только положительным и меньшим единицы (0<К₂<1). Исходя из этого условия, отбрасывается неверный корень уравнения (15).From the physical conditions of the problem it is known that the reflection coefficient Kr can only be positive and less than unity (0<K ₂ <1). Based on this condition, the incorrect root of equation (15) is discarded.

Получена формула вычисления коэффициента отражения от подстилающей поверхности К₂ для произвольного значения угла места ε.A formula is obtained for calculating the reflection coefficient from the underlying surface K ₂ for an arbitrary value of the elevation angle ε.

Таким образом, угол β (ε) на «антипод» (10), сдвиг по фазе δ(ε) между прямым сигналом и сигналом «антипода» (11) и коэффициент отражения от подстилающей поверхности К₂ (15) на данном такте зондирования определяются в виде функций одной переменной, а именно угла места ε.Thus, the angle β (ε) to the “antipode” (10), the phase shift δ(ε) between the direct signal and the “antipode” signal (11) and the reflection coefficient from the underlying surface K ₂ (15) at a given sounding cycle are determined in the form of functions of one variable, namely the elevation angle ε.

Применяя формулы записи векторов сигналов в квадрантах полотна антенны А, В, С, D (12÷14), вычисляем фазу вектора суммарного канала Arg_Sum и фазу вектора угломестного разностного канала Arg_E:Using the formulas for recording signal vectors in quadrants of the antenna canvas A, B, C, D (12÷14), we calculate the phase of the total channel vector Arg_Sum and the phase of the elevation difference channel vector Arg_E:

Для селекции ложных углов места и определения истинного угла места НЛЦ во всем угловом диапазоне углов места 8 начиная от 0° и до значения ширины суммарной ДН антенны РЛС по уровню 0,5 (θ_0,5) выполняется одномерный поиск глобального минимума модуля фазы вектора суммарного канала Arg_Sum (17) относительно контрольного значения фазы Ф_Sum и фазы вектора угломестного разностного канала Arg_E (17) относительно контрольного значения фазы Ф_Е.To select false elevation angles and determine the true elevation angle of the NLC in the entire angular range of elevation angles 8 starting from 0° and up to the width of the total radar antenna pattern at a level of 0.5 (θ _0.5 ), a one-dimensional search is performed for the global minimum of the total phase vector modulus channel Arg_Sum (17) relative to the control value of the phase Ф_Sum and the phase of the vector of the elevation difference channel Arg_E (17) relative to the control value of the phase Ф_Э.

Функция вычисления модуля указанных величин имеет вид:The function for calculating the modulus of these quantities has the form:

Использование функции вычисления оптимума в таком виде (18) позволяет минимизировать влияние возможных ошибок при передаче в программу исходных данных сопровождения НЛЦ.Using the function for calculating the optimum in this form (18) allows us to minimize the impact of possible errors when transmitting the initial NLC support data to the program.

Глобальный минимум функции F_min_kv (ε) (18) определяет значение истинного угла места НЛЦ ε_ИСТ, его вычисляемый коэффициент отражения К₂ и высоту полета НЛЦ H_Ц:The global minimum of the function F_min_kv (ε) (18) determines the value of the true elevation angle of the NLC ε _IST , its calculated reflection coefficient K ₂ and the flight altitude of the NLC H _C :

Так выполняется селекция ложных углов места и определяется истинный угол места НЛЦ ε_ИСТ и высота полета НЛЦ Н_Ц.This is how false elevation angles are selected and the true elevation angle of the NLC ε _IST and the flight altitude of the NLC N _Ts are determined.

Предлагаемый способ основан на однозначном соответствии истинному углу места ε_ИСТ исходных данных, получаемых от РЛС на данном такте зондирования: координат НЛЦ X, Y, Z, амплитуд сигналов в суммарном канале A_Σ, угломестном А_Е и азимутальном А_В разностных каналах, контрольного значения фазы сигнала в суммарном канале Ф_Sum, контрольного значения фазы сигнала в угломестном разностном канале Ф_Е, значений синусов углов отклонения луча РЛС ϕ_B и ϕ_H в угломестной и в наклонной плоскостях - sin ϕ_B и sin ϕ_H. Для всех других анализируемых углов ε (так как обычно присутствуют локальные минимумы от ложных углов) соответствующая ошибка, то есть значение минимума функции вычисления модуля F_min_kv(ε) (18), возрастает, как при увеличении угла, так и при уменьшении угла относительно истинного угла места ε_ИСТ.The proposed method is based on an unambiguous correspondence to the true elevation angle ε _IST of the initial data received from the radar at a given sounding cycle: coordinates of the NLC X, Y, Z, signal amplitudes in the total channel A _Σ , elevation A _E and azimuthal A _In difference channels, control value signal phase in the total channel Ф_Sum, control value of the signal phase in the elevation difference channel Ф_Э, values of the sines of the radar beam deflection angles ϕ _B and ϕ _H in the elevation and inclined planes - sin ϕ _B and sin ϕ _H. For all other analyzed angles ε (since there are usually local minima from false angles), the corresponding error, that is, the value of the minimum function for calculating the module F_min_kv(ε) (18), increases both with increasing angle and with decreasing angle relative to the true angle places ε _IST .

Рассмотрим осуществление способа при следующих исходных данных.Let's consider the implementation of the method with the following initial data.

Высота полета НЛЦ Н_Ц=200 м, скорость НЛЦ V_Ц=55 м/с. Контрольное значение фазы сигнала в суммарном канале Ф_Sum=0°, контрольное значение фазы сигнала в угломестном разностном канале Ф_Е=240,47°. Эффективная поверхность рассеяния НЛЦ σ_Ц≈2 м². Отношение сигнал/шум ρ_СШ≈35дБ.Flight altitude of the NLC N _C = 200 m, speed of the NLC V _C = 55 m/s. Control value of the signal phase in the total channel Ф_Sum=0°, control value of the signal phase in the elevation difference channel Ф_Э=240.47°. Effective scattering surface of the NLC σ _C ≈2 m ² . Signal-to-noise ratio ρ _SN ≈35dB.

Значения баз антенны РЛС для угломестного и азимутального разностных каналов d_{РЛС_V}=0,7398 м (с учетом фактического уменьшения базы антенны РЛС в угломестной плоскости из-за отклонения луча РЛС в угломестной плоскости от нормали к полотну антенны на угол ϕ_B ≈ 29,49°), d_{РЛС_G}=0,85 м. Рабочая длина волны РЛС λ=0,03 м. Добротность СС D_ε=5, величина такта зондирования Δt=0,1 с. Угол отклонения нормали к полотну антенны от горизонтали ε_A=30°. Высота фазового центра антенны Н_A=5,5 м. Ширина ДН одного квадранта θ_0,5 ≈ 1,342°, ширина суммарной ДН 0_0,5 ≈ 0,855°.Radar antenna base values for elevation and azimuth difference channels d _{Radar_V} =0.7398 m (taking into account the actual reduction of the radar antenna base in the elevation plane due to the deviation of the radar beam in the elevation plane from the normal to the antenna surface by an angle ϕ _B ≈ 29.49 °), d _{radar_G} =0.85 m. Operating wavelength of the radar λ=0.03 m. Quality factor of the radar D _ε =5, sounding cycle value Δt=0.1 s. The angle of deviation of the normal to the antenna surface from the horizontal is ε _A = 30°. The height of the phase center of the antenna H _A = 5.5 m. The width of the pattern of one quadrant is θ _0.5 ≈ 1.342°, the width of the total pattern is 0 _0.5 ≈ 0.855°.

Характеристики антенной системы в программной реализации математической модели предлагаемого способа идентичны характеристикам антенной системы РЛС.The characteristics of the antenna system in the software implementation of the mathematical model of the proposed method are identical to the characteristics of the radar antenna system.

Вычисляется горизонтальная дальность R_Г.The horizontal range R _Г is calculated.

R_Г=19970 м.R _G =19970 m.

Вычисляется значение косинуса суммарного угла отклонения луча от нормали θ_Х:The cosine value of the total angle of deviation of the beam from the normal θ _X is calculated:

cos θ_Х≈ 0,8704.cos θ _X ≈ 0.8704.

ε_Л=0,506°.ε _L =0.506°.

Вычисляются значения амплитуд в относительных единицах в суммарном канале, угломестном и азимутальном разностных каналах:The amplitude values are calculated in relative units in the total channel, elevation and azimuthal difference channels:

А_Σ=22,41; А_Е=1,286; Ав=0,238.A _Σ =22.41; A _E =1.286; Av=0.238.

Вычисляется величина необходимой расстройки по азимуту B₁ в градусах:The amount of required detuning in azimuth B ₁ is calculated in degrees:

B₁=0,007162°.B ₁ =0.007162°.

Исходя из значений полученных амплитуд, вычисляется контрольное значение разности фаз между суммами квадрантов полотна (А+В) и (С+D) (9) в градусах:Based on the values of the obtained amplitudes, the control value of the phase difference between the sums of the quadrants of the web (A+B) and (C+D) (9) is calculated in degrees:

Δ_ϕ_ABCD≈-6,104°.Δ_ϕ _ABCD ≈-6.104°.

Затем во всем угловом диапазоне углов места ε выполняется поиск глобального минимума функции модуля F_min_kv(ε) (18). При этом вычисляются векторы прямых сигналов a_1B, a_1B, a_1C, a_1D (12), векторы сигналов «антипода» а_2A, а_2B, а_2C, а_2D (13÷14), фазы векторов суммарного канала Arg_Sum и угломестного разностного канала Arg_E (17). Коэффициент отражения К₂ вычисляется по формуле (15).Then, over the entire angular range of elevation angles ε, a search for the global minimum of the modulus function F_min_kv(ε) (18) is performed. In this case, the vectors of direct signals a _1B , a _1B , a _1C , a _1D (12), the vectors of the “antipode” signals a _2A , a _2B , a _2C , a _2D (13÷14), the phases of the vectors of the total channel Arg_Sum and elevation difference channel Arg_E (17). Reflection coefficient _K2 is calculated using formula (15).

В результате поиска глобального минимума функции модуля F_min_kv (ε) вычисляется ряд минимумов (см. фиг. 4).As a result of searching for the global minimum of the modulus function F_min_kv (ε), a number of minima are calculated (see Fig. 4).

Наименьшее значение минимума функции модуля (18) (глобальный минимум) равно F_min_kv (ε) ≈ 0,03° и соответствует углу места ε ≈ 0,554 ÷ 0,5545° (см. фиг. 5). Из этого делаем вывод, что найден истинный угол места ε_ИСТ ≈ 0,554 ÷ 0,5545°. Минимумы модулей ложных углов превышают это значение в несколько раз (см. фиг. 4).The smallest value of the minimum of the modulus function (18) (global minimum) is equal to F_min_kv (ε) ≈ 0.03° and corresponds to the elevation angle ε ≈ 0.554 ÷ 0.5545° (see Fig. 5). From this we conclude that the true elevation angle ε _IST ≈ 0.554 ÷ 0.5545° was found. The minimum modules of false angles exceed this value several times (see Fig. 4).

Надо отметить, что исходные данные должны поступать на вход программы вычисления высоты полета НЛЦ с пренебрежимо малыми ошибками, в этом случае глобальный минимум функции модуля (18) будет практически равен нулю.It should be noted that the initial data must be input to the program for calculating the flight altitude of the NLC with negligible errors, in this case the global minimum of the modulus function (18) will be practically equal to zero.

Глобальный минимум функции модуля (18) для истинного угла места ε_ИСТ имеет острый, ярковыраженный характер (см. фиг. 5), что позволяет уточнить значение истинного угла места НЛЦ ε_ИСТ=0,55438°. Для полученного истинного угла места ε_ИСТ вычисленный коэффициент отражения К₂ (15) составляет К₂ ≈ 0,0477. Высота полета мишени вычисляется по формуле (19):The global minimum of the modulus function (18) for the true elevation angle ε _IST has a sharp, pronounced character (see Fig. 5), which makes it possible to clarify the value of the true elevation angle of the NLC ε _IST = 0.55438°. For the obtained true elevation angle ε _IST, the calculated reflection coefficient K ₂ (15) is K ₂ ≈ 0.0477. The target's flight altitude is calculated using formula (19):

Таким образом, высота полета НЛЦ составляет H_Ц≈ 198,73 м.Thus, the flight altitude of the NLC is H _C ≈ 198.73 m.

Предлагаемый способ позволяет по результатам одного зондирования РЛС, то есть в реальном масштабе времени, определять истинный угол места НЛЦ ε_ИСТ и высоту ее полета Н_Ц.The proposed method allows, based on the results of one radar sounding, that is, in real time, to determine the true elevation angle of the NLC ε _IST and the altitude of its flight N _C .

Предлагаемый способ основан на однозначном соответствии истинному углу места НЛЦ ε_ИСТ данных, получаемых от РЛС на данном такте зондирования: координат НЛЦ X, Y, Z, амплитуд сигналов в суммарном канале A_Σ, угломестном А_Е и азимутальном А_В разностных каналах, контрольного значения фазы сигнала в суммарном канале Ф_Sum, контрольного значения фазы сигнала в угломестном разностном канале Ф_Е, значений синусов углов отклонения луча РЛС ϕ_В и ϕ_Н в угломестной и в наклонной плоскостях: sin ϕ_В и sin ϕ_Н. Угол β «антипода», сдвиг по фазе δ между прямым сигналом и сигналом «антипода» и коэффициент отражения от подстилающей поверхности К₂ определяются как функции одной переменной - угла места ε. В процессе проводимого одномерного поиска по углу места ε путем сравнения вычисляемых значений фазы вектора суммарного канала Arg_Sum и фазы вектора угломестного разностного канала Arg_E с контрольными значениями фазы сигнала в суммарном канале и фазы сигнала в угломестном разностном канале определяется и уточняется значение истинного угла места НЛЦ ε_ИСТ и вычисляется высота полета НЛЦ Н_Ц.The proposed method is based on an unambiguous correspondence to the true elevation angle of the NLC ε _IST data received from the radar at a given sounding cycle: coordinates of the NLC X, Y, Z, signal amplitudes in the total channel A _Σ , elevation A _E and azimuthal A _In difference channels, control value signal phase in the total channel Ф_Sum, control value of the signal phase in the elevation difference channel Ф_Э, values of the sines of the radar beam deflection angles ϕ _B and ϕ _Н in the elevation and inclined planes: sin ϕ _В and sin ϕ _Н. The “antipode” angle β, the phase shift δ between the direct signal and the “antipode” signal and the reflection coefficient from the underlying surface K ₂ are determined as functions of one variable - the elevation angle ε. In the process of conducting a one-dimensional search by elevation angle ε, by comparing the calculated values of the phase vector of the summary channel Arg_Sum and the phase of the elevation difference channel vector Arg_E with the control values of the signal phase in the sum channel and the signal phase in the elevation difference channel, the value of the true elevation angle of the NLC ε _IST is determined and clarified and the flight altitude of the NLC N _Ts is calculated.

Предложенный способ не требует знания номера «колокола» сигнала СС по углу места с момента выхода НЛЦ из-за радиогоризонта, то есть не нужна информация о количестве набегов разности фаз в 180° между прямым сигналом и сигналом «антипода».The proposed method does not require knowledge of the number of the “bell” of the SS signal in elevation from the moment the NLC emerges from behind the radio horizon, that is, information about the number of incursions of the phase difference of 180° between the direct signal and the “antipode” signal is not needed.

Заявляемый способ позволяет определять угол места НЛЦ и высоту ее полета в любой момент сопровождения НЛЦ.The inventive method makes it possible to determine the elevation angle of the NLC and the altitude of its flight at any time during the tracking of the NLC.

В предлагаемом способе точность определения высоты полета НЛЦ практически определяется точностью определения дальности до цели R, которая поступает от РЛС при сопровождении, точностью поступающих значений синусов углов отклонения луча РЛС в угломестной и в наклонной плоскостях sin ϕ_В и sin ϕ_Н, точностью поступающих контрольных значений фазы сигнала в суммарном канале Ф_Sum и фазы сигнала в угломестном канале Ф_Е, точностью поступающих значений амплитуд сигналов в суммарном канале A_Σ, угломестном А_Е и азимутальном А_В разностных каналах.In the proposed method, the accuracy of determining the flight altitude of the NLC is practically determined by the accuracy of determining the range to the target R, which comes from the radar during tracking, the accuracy of the incoming values of the sines of the angles of deflection of the radar beam in the elevation and inclined planes sin ϕ _B and sin ϕ _N , the accuracy of the incoming control values the phase of the signal in the total channel Ф_Sum and the phase of the signal in the elevation channel Ф_Э, the accuracy of the incoming values of signal amplitudes in the total channel A _Σ , elevation A _E and azimuthal A _B difference channels.

В предлагаемом способе при вычислении высоты полета НЛЦ контур сопровождения СС по углу места не разрывается.In the proposed method, when calculating the flight altitude of the NLC, the SS tracking contour in elevation is not broken.

В заявляемом способе не требуется проведение каких-либо конструктивных или аппаратурных изменений в РЛС, введения дополнительной квадратурной обработки, изменения высоты антенны РЛС.The proposed method does not require any design or hardware changes in the radar, the introduction of additional quadrature processing, or changes in the height of the radar antenna.

Claims

A method for determining the flight altitude of a low-flying target (LTC) of a monopulse tracking radar in real time, characterized by the formation and emission of sounding radar signals, reception of reflected echo signals from the LTC and from the underlying surface and their processing using a radar computer to determine the range to the LTC, determination altitude of its flight and the corresponding relative geometric location of the radar and the NLC, characterized in that the radar uses an antenna with 4 quadrants A, B, C, D of the canvas, implementing total-difference processing in elevation and in an inclined plane, while performing calculating the angle of the signal reflected from the underlying surface, the phase difference between the direct signal and the signal reflected from the underlying surface, and the reflection coefficient from the underlying surface as functions of the NLC elevation angle, which when using the original NLC tracking data coming from the radar receiving device to the computer program Radar calculation of the height of the NLC at each sounding cycle: current coordinates of the NLC X, Y, Z, values of signal amplitudes in the total channel A _Σ , elevation A _Ε and azimuthal A _Β difference channels, values of the sines of the radar beam deflection angles ϕв and ϕн in elevation and oblique planes control value of the signal phase in the sum channel , control value of the signal phase in the elevation difference channel the operating wavelength of the radar λ meter, decimeter or centimeter range and the values of the radar antenna system parameters: the angle of deviation of the normal to the antenna surface from the horizontal ε _Α , the values of the radar antenna bases for elevation and azimuth difference channels, taking into account the actual decrease in the base of the radar antenna in the elevation plane due to the angle of deviation of the radar beam in the elevation plane from the normal to the antenna surface ϕв, the height of the phase center of the radar antenna N _A , allows us to calculate the values of the direct signal vectors a _1A , a _1B , a _1C , a _1D and the signal reflected from the underlying surface, a _2A , a _2B , a _2C , a _2D in quadrants A, B, C, D and determine the phase values of the total channel vector and phases of the vector of the elevation difference channel then, in the process of conducting a one-dimensional search for the elevation angle ε by comparing the calculated phase values with control value of the signal phase in the sum channel and with the control value of the signal phase in the elevation difference channel the true elevation angle of the NLC and the altitude of its flight are determined, and the method is carried out in 2 successive stages: at the 1st stage, after the deployment of the radar at the point of its deployment, the exact coordinates of the location of the radar, including the height relative to sea level, are entered into the radar computer memory , the exact time of the unified time system (UTS) using a satellite navigator with an atomic clock included in the radar; at the 2nd stage, the NLC is tracked using the radar, while in real time, at each radar sounding cycle, the value of the horizontal range Rr of the NLC is calculated:

then the cosine of the total angle of deviation of the radar beam θx from the normal to the antenna surface is calculated:

After this, the position angle of the center of the radar beam is calculated:

Next, the ratio of signal amplitudes in the total and azimuthal difference channels is calculated K _Σ _ _Β

then the required azimuth mismatch B ₁ is calculated:

where K _N is the normalizing coefficient in the radar receiving device, after which the signal value in the elevation difference channel is calculated:

where i is the imaginary unit,

Next, the signal values are calculated in the sums of quadrants (A+B) and (C+D) Sum _AB and Sum _CD :

after this, the control value of the phase difference Δ_ϕ _ABCD between the sums of the web quadrants (A+B) and (C+D) is calculated:

where Arg(...) is a function for calculating the argument of a complex quantity, after which a formula is used to calculate the angle of the signal reflected from the underlying surface, β for a “flat” Earth as a function of the target elevation angle ε:

where H _A is the height of the phase center of the radar antenna, then the formula is used to calculate the phase shift δ between the direct signal and the signal reflected from the underlying surface as a function of the target elevation angle ε:

where kλ=2⋅π/λ is the modulus of the wave vector;

π is an additional phase shift during reflection, after which formulas are used to calculate direct signals from the NLC in quadrants of the antenna fabric A, B, C, D:

where Sig ₁ =1 is the amplitude of the direct signal from the target;

angle ε ₁ =ε-ε _L ;

F _A (ε ₁ ,B ₁ ,cos θx) - function of the pattern of one quadrant of the radar antenna, the main lobe of which is approximated by a function of the form

i - imaginary unit;

Δϕ _INITIAL =0 - the initial phase of the signal, then formulas are used to calculate the signals reflected from the underlying surface in quadrants of the antenna canvas A, B, C, D:

where K ₂ is the reflection coefficient from the underlying surface, which was realized at a given sounding cycle, and to calculate the signals a _20A , a _20B , and _20C a _20D , the formulas are used:

where δ(ε) is the phase shift between the direct signal and the signal reflected from the underlying surface;

angle β ₁ =β-ε _L ;

i - imaginary unit;

F _A (β ₁ ,B ₁ ,cosθx) is a function of the pattern of one quadrant of the radar antenna, the main lobe of which is approximated by a function of the form the quadratic equation is then used to calculate the reflectance _K2 .

A⋅K ² +K⋅B+C=0, using formulas to calculate coefficients A, B, C

- tangent of the control value of the phase difference in this case, the coefficient K ₂ = -1, if the value B ² -4A⋅C <0, and the incorrect root of the quadratic equation is discarded from the condition that the reflection coefficient K ₂ can only be positive and less than unity, that is, formulas are used to calculate the angle β signal reflected from the underlying surface, the phase shift δ between the direct signal and the signal reflected from the underlying surface, and the reflection coefficient from the underlying surface K ₂ as a function of the target elevation angle ε, then the phase of the total channel vector is calculated and phase of the vector of the elevation difference channel

after that, to select false elevation angles and determine the true elevation angle of the NLC over the entire angular range of elevation angles ε, starting from zero and up to the width of the total radar antenna pattern at a level of 0.5, a one-dimensional search is performed for the global minimum of the total channel phase vector modulus relative to the phase reference value and phases of the vector of the elevation difference channel relative to the control value of phase Ф_Э, and for this purpose the formula for calculating the module function is used:

Moreover, the global minimum of the function determines the value of the true elevation angle of the NLC ε _IST and the flight altitude of the NLC N _Ts :