RU2392638C1 - Method for high-precision radiolocation measurement of lift angle of low flying target under signal interference conditions - Google Patents
Method for high-precision radiolocation measurement of lift angle of low flying target under signal interference conditions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2392638C1 RU2392638C1 RU2009119707/28A RU2009119707A RU2392638C1 RU 2392638 C1 RU2392638 C1 RU 2392638C1 RU 2009119707/28 A RU2009119707/28 A RU 2009119707/28A RU 2009119707 A RU2009119707 A RU 2009119707A RU 2392638 C1 RU2392638 C1 RU 2392638C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- target
- measurement
- interference
- lift angle
- Prior art date
Links
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области радарных систем для определения местоположения цели, а точнее, к способам радиолокационного измерения угла места низколетящей цели в условиях интерференции сигналов над отражающей подстилающей поверхностью (морем).The invention relates to the field of radar systems for determining the location of a target, and more specifically, to methods for radar measuring the elevation angle of a low-flying target under conditions of interference of signals over a reflective underlying surface (sea).
Уровень техникиState of the art
В настоящее время известно множество методов, позволяющих измерять высоту низколетящей цели (НЛЦ), таких как внеосевое моноимпульсное сопровождение, использование симметричных суммарно-разностных и асимметричных диаграмм направленности, метод комплексных углов, метод нелинейной логической фильтрации, метод максимального правдоподобия. Однако точное измерение высоты или угла места (УМ) низколетящей цели в условиях интерференции сигналов традиционными методами в силу разных причин проблематично, либо, как в случае методов суммарно-разностных диаграмм, из-за того, что в этих условиях пеленгационная характеристика разрушается, либо из-за трудно реализуемости и больших аппаратурных затрат, необходимых для применения метода максимального правдоподобия. Когда цель летит ниже определенного уровня, так что угловое разделение между отраженными от цели и переотраженными от водной поверхности сигналами меньше, чем 0,8 ширины луча антенны, обычные методы моноимпульса дают большие ошибки сопровождения.At present, many methods are known that allow measuring the altitude of a low-flying target (NLC), such as off-axis monopulse tracking, the use of symmetric sum-difference and asymmetric radiation patterns, the method of complex angles, the method of nonlinear logical filtering, and the maximum likelihood method. However, an accurate measurement of the altitude or elevation angle (UM) of a low-flying target under the conditions of signal interference by traditional methods is problematic for various reasons, either, as in the case of sum-difference diagram methods, due to the fact that under these conditions the direction-finding characteristic is destroyed, or -for difficult feasibility and high hardware costs necessary for the application of the maximum likelihood method. When the target flies below a certain level, so that the angular separation between the signals reflected from the target and the signals reflected from the water surface is less than 0.8 of the antenna beam width, the usual mono-pulse methods give large tracking errors.
Аналогом настоящего изобретения является метод, описанный (Lo Т., Litva J. Low-angle tracking using multifrequency sampled aperture radar. - IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems, 1991, v.27, №5, p.797-805). Метод основан на использовании локатора системы SAMPAR и усовершенствованного алгоритма нахождения максимума функции правдоподобия, в котором используется высокоточная модель сигнала. Метод обеспечивает многократное увеличение разрешающей способности сигнала, которое превышает любой способ, опубликованный в открытой литературе. Как и другие типы радиолокационных систем, система SAMPAR состоит из передающей части и принимающей части. Первая используется, чтобы облучить заданное локатору пространство радиочастотной энергией, тогда как последняя используется, чтобы получить и обработать отраженные радиолокационные сигналы, чтобы извлечь необходимую информацию. Ключевой характеристикой алгоритма оценки высоты цели является использование информации о дальности цели. Для этого необходимо, чтобы радар работал в режиме определения дальности цели. Данный алгоритм основывается на концепции зеркального отражения. Метод может не работать, когда водная поверхность становится неровной. Когда метод не работает, тогда необходимо возвращаться к методу моноимпульса. В результате проведенных экспериментов, когда система работала на двух X-диапазонах частот одновременно: один из частотных каналов работал на фиксированной частоте 10,2 ГГц, другой быстро переключался в диапазоне от 8 до 12 ГГц с шагом 30 МГц, была показана возможность различать сигналы, которые разделяются на одну десятую ширины луча.An analogue of the present invention is the method described (Lo T., Litva J. Low-angle tracking using multifrequency sampled aperture radar. - IEEE Trans. On Aerospace and Electronic Systems, 1991, v.27, No. 5, p.797-805) . The method is based on using the SAMPAR system locator and an advanced algorithm for finding the maximum likelihood function, which uses a high-precision signal model. The method provides a multiple increase in the resolution of the signal, which exceeds any method published in the open literature. Like other types of radar systems, the SAMPAR system consists of a transmitting part and a receiving part. The former is used to irradiate the space given by the locator with radio frequency energy, while the latter is used to receive and process the reflected radar signals in order to extract the necessary information. A key characteristic of the target height estimation algorithm is the use of target range information. For this, it is necessary that the radar operates in the mode of determining the range of the target. This algorithm is based on the concept of mirror reflection. The method may not work when the water surface becomes uneven. When the method does not work, then it is necessary to return to the monopulse method. As a result of the experiments, when the system worked on two X-frequency bands simultaneously: one of the frequency channels worked at a fixed frequency of 10.2 GHz, the other quickly switched in the range from 8 to 12 GHz with a step of 30 MHz, the ability to distinguish signals was shown. which are divided by one tenth of the beam width.
Система SAMPAR выбрана прототипом предлагаемого изобретения потому, что решение проблемы измерения малых углов места низколетящих над морем целей в предлагаемом изобретении основано, так же как и в системе SAMPAR, на быстрой перестройке несущей частоты сигнала.The SAMPAR system was chosen as the prototype of the present invention because the solution to the problem of measuring small elevation angles of low-flying targets above the sea in the present invention is based, like in the SAMPAR system, on a fast tuning of the signal carrier frequency.
Для решения этой проблемы система SAMPAR излучает и принимает сигнал в очень широкой полосе перестройки несущей частоты: 10 ГГц ±20%. Она работает с сигналом с однозначной дальностью, информация о которой является ключевой для алгоритма оценки высоты цели. Этот сигнал характерен тем, что имеет малую длительность и большую скважность и потому требует высокой импульсной мощности передатчика для обеспечения потенциала, необходимого для обнаружения и сопровождения малоразмерных НЛЦ. При скважности 50-100 она должна быть не менее 50-100 кВт. Такую мощность может иметь только передатчик на лампе бегущей волны, полоса частот которой менее ±3%. Следовательно, надо иметь не менее 6-ти передатчиков. Масса каждого с системой охлаждения составляет несколько сотен килограммов. Это очень громоздко, дорого и трудно реализуемо.To solve this problem, the SAMPAR system emits and receives a signal in a very wide band of the carrier frequency tuning: 10 GHz ± 20%. It works with a signal with a unique range, information about which is key to the algorithm for estimating the target height. This signal is characterized by the fact that it has a short duration and a large duty cycle and therefore requires a high pulse power of the transmitter to provide the potential necessary for the detection and tracking of small-sized NLCs. With a duty cycle of 50-100 it should be at least 50-100 kW. Only a transmitter on a traveling wave lamp with a frequency band of less than ± 3% can have such power. Therefore, you must have at least 6 transmitters. The mass of each with a cooling system is several hundred kilograms. It is very cumbersome, expensive and difficult to implement.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Предлагаемый способ основан на сканировании цели интерференционными лепестками путем вобуляции несущей излучаемого сигнала от импульса к импульсу.The proposed method is based on scanning the target with interference lobes by wobbling the carrier of the emitted signal from pulse to pulse.
Ширина лепестка и угол его наклона относительно горизонта пропорциональны длине волны λ (Теоретические основы радиолокации. Под редакцией Дулевича В.Е. М., Советское радио, 1978 г.):The width of the petal and the angle of its inclination relative to the horizon are proportional to the wavelength λ (Theoretical Foundations of Radar. Edited by V. E. M. Dulevich, Soviet Radio, 1978):
, ,
где ha - высота антенны.where h a is the height of the antenna.
Если изменять λ в излучаемом сигнале от импульса к импульсу, то интерференционные лепестки диаграммы направленности будут сканировать цель по УМ с частотой, равной половине частоты повторения Fr.If you change λ in the emitted signal from pulse to pulse, then the interference lobes of the radiation pattern will scan the target along the CM with a frequency equal to half the repetition frequency F r .
При увеличении λ лепесток расширяется и поднимается над радиогоризонтом, а при уменьшении - сужается и опускается. При этом по коэффициенту модуляции амплитуды отраженного сигнала можно определить угол места интерференционного лепестка, а по знаку фазы модуляции и отношению сигнал/шум уточнить положение цели в нем.With increasing λ, the lobe expands and rises above the radio horizon, and with decreasing it narrows and falls. In this case, the angle of elevation of the interference lobe can be determined by the modulation coefficient of the amplitude of the reflected signal, and the position of the target in it can be determined by the sign of the modulation phase and the signal-to-noise ratio.
Коэффициент модуляции амплитуды пропорционален порядковому номеру лепестка: скажем, для 10-го лепестка он будет в 10 раз больше, чем для 1-го. Таким образом, величина коэффициента модуляции несет информацию об УМ: он пропорционален измеряемому УМ цели. Угол места максимума n-го интерференционного лепестка относительно направления на горизонт равен (Теоретические основы радиолокации. Под редакцией Дулевича В.Е. М., Советское радио, 1978 г.):The amplitude modulation coefficient is proportional to the serial number of the petal: for example, for the 10th petal it will be 10 times greater than for the 1st. Thus, the magnitude of the modulation coefficient carries information about the PA: it is proportional to the measured target PA. The elevation angle of the maximum of the nth interference lobe relative to the direction to the horizon is (Theoretical basis of radar. Edited by V. E. M. Dulevich, Sovetskoe Radio, 1978):
УМn=nδθ+nmfδθ-δθ/2CM n = nδθ + nm f δθ-δθ / 2
где n=1, 2, 3… - порядковый номер лепестка;where n = 1, 2, 3 ... is the serial number of the petal;
δθ=λ(2h) - ширина лепестка;δθ = λ (2h) is the width of the lobe;
mf - коэффициент вобуляции несущей.m f - carrier wobulation coefficient.
В результате сканирования сигнал, отраженный от цели, находящийся на «склоне» лепестка, будет промодулирован по амплитуде с коэффициентом модуляцииAs a result of scanning, the signal reflected from the target located on the “slope” of the lobe will be modulated in amplitude with a modulation coefficient
man=nma1 m an = nm a1
где ma1 - коэффициент модуляции сигнала в первом лепестке, соответствующий mf.where m a1 is the modulation coefficient of the signal in the first lobe, corresponding to m f .
ОтсюдаFrom here
Измеряя коэффициент модуляции сигнала man, можно определить номер лепестка n.By measuring the modulation coefficient of the signal m an , you can determine the number of the lobe n.
Фаза модуляции амплитуды сигнала в результате сканирования будет меняться на противоположную в зависимости от того, на каком «склоне» лепестка находится цель: если фаза положительна, цель находится на верхнем «склоне» лепестка, она окажется отрицательной, когда цель находится на нижнем «склоне».The phase of modulation of the signal amplitude as a result of scanning will change to the opposite depending on which “slope” of the petal is on the target: if the phase is positive, the target is on the upper “slope” of the petal, it will be negative when the target is on the lower “slope” .
Распознавание положения цели в лепестке увеличивает точность интерферометрического способа измерения в 2 раза: максимальная ошибка оценки УМ в этом случае не превосходит δθ/4 и дает полное представление о направлении движения цели по УМ.Recognizing the position of the target in the lobe increases the accuracy of the interferometric measurement method by 2 times: the maximum error in the estimation of the CM in this case does not exceed δθ / 4 and gives a complete picture of the direction of motion of the target along the CM.
Данное изобретение направлено на получение высокой точности измерения УМ без применения для этой цели дополнительной аппаратуры и при очень простом алгоритме обработки принимаемого сигнала. Этот технический результат достигается тем, что при использовании в качестве критерия оценки УМ цели коэффициента модуляции амплитуды сигнала не возникает проблемы неоднозначности измерений при интерференции сигналов, напротив, интерференция используется как положительный фактор, способствующий повышению точности измерений.This invention is aimed at obtaining high accuracy in the measurement of CM without the use of additional equipment for this purpose and with a very simple algorithm for processing the received signal. This technical result is achieved by the fact that when the signal amplitude modulation coefficient is used as a criterion for evaluating the target amplitude, the problem of measurement ambiguity does not arise during signal interference; on the contrary, interference is used as a positive factor contributing to an increase in measurement accuracy.
Схема обработки сигнала, несущего информацию о знаке фазы модулированного сигнала и коэффициенте модуляции, приведена на чертеже.The processing circuit of the signal carrying information about the phase sign of the modulated signal and the modulation coefficient is shown in the drawing.
Амплитуда модуляции сигнала равнаThe amplitude of the modulation signal is
Um=maUc,U m = m a U c ,
где ma - коэффициент модуляции амплитуды сигналов;where m a is the modulation coefficient of the amplitude of the signals;
Uc - амплитуда импульса сигнала.U c is the amplitude of the signal pulse.
Выражая амплитуду Uc на выходе приемного устройства через отношение сигнал/шум (S/N) и учитывая, что это отношение в свободном пространстве, равное 18 дБ, в условиях интерференции сигналов для той же дальности будет на 12 дБ выше и составит 30 дБ, получаемExpressing the amplitude U c at the output of the receiving device through the signal-to-noise (S / N) ratio and taking into account that this ratio in free space is 18 dB, under the conditions of signal interference for the same range it will be 12 dB higher and will be 30 dB, we get
; , ; ,
где σш - эффективное напряжение шума.where σ W is the effective noise voltage.
Производная вблизи середины первого интерференционного лепестка показывает, что при mf=3% ma1=5%, для которого Um1/σш=1,6.The derivative near the middle of the first interference lobe shows that for m f = 3% m a1 = 5%, for which U m1 / σ w = 1.6.
Вероятность того, что Um1 не меньше 1,6 σш, равна ρ1=0,89.The probability that U m1 is not less than 1.6 σ W is ρ 1 = 0.89.
Для второго лепестка, в котором коэффициент модуляции в 2 раза выше, ma2≈10%, отношение Um2/σш=3,2 и вероятность ρ2 близка к 1.For the second lobe, wherein the modulation index is 2 times higher, m a2 ≈10%, the ratio of U m2 / σ w = 3.2 and 2 ρ probability close to 1.
Таким образом, предложенный способ распознавания «склона» лепестка работоспособен даже при небольшом mf.Thus, the proposed method for recognizing the “slope” of the petal is functional even with a small m f .
Пример определения УМ цели по результатам измерений при δθ=λ/2ha=1 мрад для λ=3 см и ha=15 м приведен в таблице 1.An example of determining the target MIN from the measurement results at δθ = λ / 2h a = 1 mrad for λ = 3 cm and h a = 15 m is shown in table 1.
Предлагаемый способ обеспечивает на порядок более высокую точность определения УМ НЛЦ, чем точность измерения УМ в свободном пространстве при отношении сигнал/шум 18 дБ.The proposed method provides an order of magnitude higher accuracy in determining the NLM CMs than the accuracy in measuring CMs in free space at a signal-to-noise ratio of 18 dB.
На чертеже представлена схема обработки сигнала, несущего информацию о знаке фазы модулированного сигнала и коэффициенте модуляции.The drawing shows a diagram of a signal processing that carries information about the phase sign of the modulated signal and the modulation coefficient.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention
Предлагаемое изобретение может быть внедрено в любой радиолокатор, имеющий электронную перестройку несущей частоты в полосе ±1,5%. Дополнительной аппаратуры для внедрения данного изобретения не требуется. Алгоритм обработки сигнала и определения УМ цели по результатам измерений предельно прост.The present invention can be implemented in any radar having electronic tuning of the carrier frequency in the band of ± 1.5%. Additional equipment for the implementation of this invention is not required. The algorithm for processing the signal and determining the target mind based on the measurement results is extremely simple.
Технический результат - обеспечение высокой точности измерения угла места низколетящей цели в условиях интерференции сигналов без аппаратурных затрат и упрощение алгоритма обработки принимаемого сигнала.EFFECT: ensuring high accuracy of measuring the elevation angle of a low-flying target under conditions of signal interference without hardware costs and simplifying the algorithm for processing the received signal.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009119707/28A RU2392638C1 (en) | 2009-05-25 | 2009-05-25 | Method for high-precision radiolocation measurement of lift angle of low flying target under signal interference conditions |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009119707/28A RU2392638C1 (en) | 2009-05-25 | 2009-05-25 | Method for high-precision radiolocation measurement of lift angle of low flying target under signal interference conditions |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2392638C1 true RU2392638C1 (en) | 2010-06-20 |
Family
ID=42682893
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009119707/28A RU2392638C1 (en) | 2009-05-25 | 2009-05-25 | Method for high-precision radiolocation measurement of lift angle of low flying target under signal interference conditions |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2392638C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2630686C1 (en) * | 2016-11-29 | 2017-09-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Method of measuring angle of location (height) of low-yellow objects under small angles of site in radiological circuits of reviews with presence of interfering reflections from substrate surface |
RU2682239C1 (en) * | 2017-12-22 | 2019-03-18 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Low-flying target accurate tracking method by elevation angle under interference conditions |
RU2761955C1 (en) * | 2021-04-15 | 2021-12-14 | Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина" (ПАО "НПО "Алмаз") | Method for determining the flight altitude of a low-flying target of a monopulse tracking radar |
-
2009
- 2009-05-25 RU RU2009119707/28A patent/RU2392638C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2630686C1 (en) * | 2016-11-29 | 2017-09-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Method of measuring angle of location (height) of low-yellow objects under small angles of site in radiological circuits of reviews with presence of interfering reflections from substrate surface |
RU2682239C1 (en) * | 2017-12-22 | 2019-03-18 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Low-flying target accurate tracking method by elevation angle under interference conditions |
RU2761955C1 (en) * | 2021-04-15 | 2021-12-14 | Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина" (ПАО "НПО "Алмаз") | Method for determining the flight altitude of a low-flying target of a monopulse tracking radar |
RU2761955C9 (en) * | 2021-04-15 | 2022-02-22 | Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина" (ПАО "НПО "Алмаз") | Method for determining the flight altitude of a low-flying target of a monopulse tracking radar |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5557282A (en) | Height finding antenna apparatus and method of operation | |
US7466262B2 (en) | Positioning system with a sparse antenna array | |
RU2507647C1 (en) | Controlled beamwidth phased antenna array | |
Mazouni et al. | 76.5 GHz millimeter-wave radar for foreign objects debris detection on airport runways | |
US20240201398A1 (en) | Radio frequency (rf) ranging in propagation limited rf environments utilizing aerial vehicles | |
RU2392638C1 (en) | Method for high-precision radiolocation measurement of lift angle of low flying target under signal interference conditions | |
CN110879391B (en) | Radar image data set manufacturing method based on electromagnetic simulation and missile-borne echo simulation | |
Wang et al. | Space-time coding technique for coherent frequency diverse array | |
CN109884337B (en) | Method for detecting sea surface wind direction by using high-frequency ground wave radar | |
RU2711400C1 (en) | Method of determining the emitter or direction-finding antennas above the earth's surface | |
US10274596B2 (en) | Method and system for FMCW radar altimeter system height measurement resolution improvement | |
US4060807A (en) | Low angle radar | |
RU119126U1 (en) | DEVICE FOR INCREASING ANGULAR RESOLUTION OF AMPLITUDE TOTAL-DIFFERENT MONO-PULSE SYSTEM | |
Myakinkov et al. | Space-time processing in three-dimensional forward scattering radar | |
RU95860U1 (en) | RADAR MODULE | |
Scherr et al. | 61 GHz ISM band FMCW radar for applications requiring high accuracy | |
CN112986995B (en) | Two-dimensional imaging method and system based on recursive structural beam forming | |
CN1566983A (en) | Method for array channel calibration by utilizing ocean echo wave | |
CN107505592A (en) | It is a kind of based on multiple-beam radar bigness scale to communication access method | |
WO2021202395A1 (en) | Time of flight ranging system using multi-valued signals | |
Grajal et al. | A prototype of high resolution ISAR imaging system at millimetre-wave band | |
Shah et al. | Ultra-Compact Micromachined Beam-Steering Antenna Front-End for High-Resolution Sub-Terahertz Radar | |
KR20150055279A (en) | Vehicle radar using azimuth high resolution processing algorithm and operating method thereof | |
JPS5870181A (en) | Radar system | |
JP2005233673A (en) | Radar device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20111124 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150526 |