RU2711341C1 - Two-dimensional direction finding method - Google Patents
Two-dimensional direction finding method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2711341C1 RU2711341C1 RU2018146918A RU2018146918A RU2711341C1 RU 2711341 C1 RU2711341 C1 RU 2711341C1 RU 2018146918 A RU2018146918 A RU 2018146918A RU 2018146918 A RU2018146918 A RU 2018146918A RU 2711341 C1 RU2711341 C1 RU 2711341C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signals
- vibrators
- azimuth
- amplitude
- angular spectrum
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
- G01S13/44—Monopulse radar, i.e. simultaneous lobing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/46—Indirect determination of position data
- G01S13/48—Indirect determination of position data using multiple beams at emission or reception
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
- G01S3/04—Details
- G01S3/06—Means for increasing effective directivity, e.g. by combining signals having differently oriented directivity characteristics or by sharpening the envelope waveform of the signal derived from a rotating or oscillating beam antenna
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
- G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
- G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
- G01S3/146—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction by comparing linear polarisation components
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
- G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
- G01S3/16—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived sequentially from receiving antennas or antenna systems having differently-oriented directivity characteristics or from an antenna system having periodically-varied orientation of directivity characteristic
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
- G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
- G01S3/28—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived simultaneously from receiving antennas or antenna systems having differently-oriented directivity characteristics
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
- G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
- G01S3/28—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived simultaneously from receiving antennas or antenna systems having differently-oriented directivity characteristics
- G01S3/32—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived simultaneously from receiving antennas or antenna systems having differently-oriented directivity characteristics derived from different combinations of signals from separate antennas, e.g. comparing sum with difference
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
- G01S3/74—Multi-channel systems specially adapted for direction-finding, i.e. having a single antenna system capable of giving simultaneous indications of the directions of different signals
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для двухмерного пеленгования наземных и воздушных объектов по их радиоизлучениям.The invention relates to radio engineering and can be used for two-dimensional direction finding of ground and air objects by their radio emissions.
Известен способ амплитудного двухмерного пеленгования, включающий прием сигнала идентичными антеннами с симметричными диаграммами направленности относительно фокальных осей, углы ориентации которых сдвинуты один относительно другого с равномерным перекрытием сектора сферического обзора, измерение амплитуд принятых сигналов, преобразование результатов измерений с учетом амплитудных диаграмм направленности антенн в угловой спектр и определение направления на излучатель, как положения максимума углового спектра. [Патент РФ №2620130, 2017 г., G01S 5/04].A known method of amplitude two-dimensional direction finding, including receiving a signal with identical antennas with symmetrical radiation patterns relative to the focal axes, whose orientation angles are shifted relative to each other with uniform overlap of the spherical field of view, measuring the amplitudes of the received signals, converting the measurement results taking into account the amplitude radiation patterns of the antennas in the angular spectrum and determining the direction to the emitter as the position of the maximum of the angular spectrum. [RF patent No. 2620130, 2017,
Недостатком способа является трудности обеспечения необходимой степени идентичности диаграмм направленности антенн при их установке на носителе.The disadvantage of this method is the difficulty of ensuring the necessary degree of identity of the antenna patterns when they are installed on the carrier.
Известен способ пеленгования, включающий прием сигналов с помощью антенн, образующих параллельную земной поверхности кольцевую решетку вертикальных вибраторов и дополнительных антенн, располагаемых на нормали из ее центра, измерение комплексных амплитуд принятых сигналов, преобразование с учетом фазовых диаграмм направленности антенн измерений в угловой спектр и определение по его максимуму углов прихода радиоволн. [Патент РФ №2567850, 2015 г., G01S 3/00].A known method of direction finding, including receiving signals using antennas forming an annular array of vertical vibrators parallel to the earth’s surface and additional antennas located on the normal from its center, measures the complex amplitudes of the received signals, converts phase angles of the measurement antennas into the angular spectrum, and determines from its maximum angles of arrival of radio waves. [RF patent No. 2567850, 2015, G01S 3/00].
Недостатками способа является увеличение габаритов антенно-фидерной системы в вертикальной плоскости вследствие установки дополнительных вертикально разнесенных антенн, что особенно существенно при пеленговании с борта летательного аппарата, а также низкая точность определения угла места воздушных целей наземным пеленгатором вследствие интерференции прямой и отраженной электромагнитной волны при разно знаковых значениях углов их прихода.The disadvantages of this method are the increase in the dimensions of the antenna-feeder system in the vertical plane due to the installation of additional vertically spaced antennas, which is especially important when direction finding from the aircraft, as well as the low accuracy of determining the elevation angle of air targets by a ground direction finder due to interference of direct and reflected electromagnetic waves with different signs values of the angles of their arrival.
Известен способ определения двухмерного пеленга, включающий прием сигналов с помощью антенн, образующих параллельную земной поверхности кольцевую эквидистантную решетку, измерение комплексных амплитуд принятых сигналов, преобразование с учетом фазовых диаграмм направленности антенн результатов измерений в угловой спектр и определение положения его максимума по углам прихода радиоволн в горизонтальной, по азимуту, и в вертикальной, по углу места, плоскости. [Патент РФ №2190236, 2000 г., G01S 5/04].A known method for determining a two-dimensional bearing, including receiving signals using antennas forming an annular equidistant lattice parallel to the earth's surface, measuring the complex amplitudes of the received signals, converting the measurement results into the angular spectrum taking into account phase patterns of the antennas and determining the position of its maximum by the angles of arrival of radio waves in the horizontal , in azimuth, and in vertical, elevation, plane. [RF patent No. 2190236, 2000,
Недостатком способа является низкая точность определения угла места вблизи его нулевого значения.The disadvantage of this method is the low accuracy of determining the elevation angle near its zero value.
Из известных способов наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ включающий прием сигналов излучателя с помощью вертикальных вибраторов антенной решетки, плоскость которой параллельна земной поверхности, измерение комплексных амплитуд принятых сигналов и оценивание по результатам измерений с учетом фазовых диаграмм направленности антенн двухмерного пеленга. Антенная решетка включает кольцевую эквидистантную решетку из не менее трех вибраторов и центральную антенну, располагаемую в ее центре. [Патент РФ №2288481, 2006 г., G01S 3/00, 5/04].Of the known methods, the closest to the proposed technical essence is a method that includes receiving emitter signals using vertical vibrators of an antenna array, the plane of which is parallel to the earth’s surface, measuring the complex amplitudes of the received signals and evaluating from the measurement results taking into account phase patterns of the antenna of a two-dimensional bearing. The antenna array includes an annular equidistant array of at least three vibrators and a central antenna located in its center. [RF patent No. 2288481, 2006, G01S 3/00, 5/04].
Определение двухмерного пеленга может осуществляться путем предварительного преобразования комплексных амплитуд в угловой спектр по его максимуму или путем определения по комплексным амплитудам разности фаз между сигналами центральной и других антенн, и расчета по этим разностям фаз азимута и угла места.The determination of a two-dimensional bearing can be carried out by preliminary converting the complex amplitudes to the angular spectrum from its maximum or by determining from the complex amplitudes the phase difference between the signals of the central and other antennas, and calculating the azimuth and elevation phase from these differences.
Недостатком способа является низкая точность определения угла места особенно вблизи его нулевых до 20 град значений, когда фазовые набеги на элементах решетки изменяются от угла места незначительно, а погрешности измерений обратно пропорциональны синусу этого угла [Дзвонковская А.Л., Дмитриенко А.Н., Кузьмин А.В. Эффективность измерения углов прихода сигнала радиопеленгаторами на основе метода максимального правдоподобия. - Радиотехника и электроника, 2001, т. 46, №10, с. 1242-1247], и крутопадающих радиоволн с углом падения, превышающим 60 град, когда эффективность приема вертикальными вибраторами резко снижается.The disadvantage of this method is the low accuracy of determining the elevation angle, especially near its zero to 20 degrees, when the phase incursions on the lattice elements vary slightly from the elevation angle, and the measurement errors are inversely proportional to the sine of this angle [Dzvonkovskaya A.L., Dmitrienko A.N. Kuzmin A.V. Efficiency of measuring signal arrival angles by direction finders based on the maximum likelihood method. - Radio engineering and electronics, 2001, v. 46, No. 10, p. 1242-1247], and steeply falling radio waves with an incidence angle exceeding 60 degrees, when the reception efficiency of vertical vibrators is sharply reduced.
Технической задачей данного изобретения является повышение точности определения угла места.The technical task of this invention is to improve the accuracy of determining the elevation angle.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе двухмерного пеленгования, включающем прием сигналов излучателя с помощью вертикальных вибраторов антенной решетки, плоскость которой параллельна земной поверхности, измерение комплексных амплитуд принятых сигналов и оценивание по результатам измерений азимута излучателя, новым является то, что, дополнительно принимают сигналы с помощью горизонтальных вибраторов, суммируют эти сигналы и измеряют комплексную амплитуду суммарного сигнала, результаты всех измерений преобразуют в направлении оцененного азимута с учетом амплитудных и фазовых диаграмм направленности антенн в угловой спектр, по положению максимума которого определяют угол места излучателя, при этом горизонтальные вибраторы расположены в плоскости решетки, фазовые центры совмещены с ее центром, а оси равномерно повернуты друг относительно друга.The problem is solved due to the fact that in the known method of two-dimensional direction finding, which includes receiving emitter signals using vertical vibrators of an antenna array, the plane of which is parallel to the earth’s surface, measuring the complex amplitudes of the received signals and estimating the emitter’s azimuth from measurements, it’s new that additionally receive signals using horizontal vibrators, summarize these signals and measure the complex amplitude of the total signal, the results of all measurements form in the direction of the estimated azimuth, taking into account the amplitude and phase diagrams of antenna in the angular spectrum of the position of the maximum is determined by the angle transmitter locations, wherein the horizontal vibrators are located in the plane of the grating, the phase centers aligned with its center, and the axes uniformly rotated relative to each other.
Поставленная задача решается также за счет того, что положение максимума углового спектра по углу места предварительно оценивают, как арктангенс отношения амплитуды суммарного сигнала, нормированной на сумму значений диаграмм направленности горизонтальных вибраторов в направлении зенита и оценочного азимута, к средней амплитуде сигналов вертикальных вибраторов.The problem is also solved due to the fact that the position of the maximum of the angular spectrum in elevation is previously estimated as the arctangent of the ratio of the amplitude of the total signal, normalized to the sum of the values of the directional patterns of horizontal vibrators in the zenith direction and estimated azimuth, to the average amplitude of the signals of vertical vibrators.
Поставленная задача решается также за счет того, что угловой спектр определяют в точке предварительной оценки и в точках удаленных от нее на константу дифференцирования и уточняют положение максимума по интерполяционной формулеThe problem is also solved due to the fact that the angular spectrum is determined at the point of preliminary estimation and at points remote from it by the differentiation constant and the position of the maximum is specified using the interpolation formula
где - предварительная оценка угла места, F(θ,β) - угловой спектр, - оценка азимута, δ - константа дифференцирования.Where - preliminary estimate of the elevation angle, F (θ, β) is the angular spectrum, is the azimuth estimate, δ is the differentiation constant.
Решение поставленной технической задачи основывается на учете различий уровней сигналов принимаемых вертикальными и горизонтальными вибраторами. Амплитуды принятых сигналов определяются углами ориентации вектора электрического поля относительно антенн. Зависимости амплитуды от угла места горизонтальных и вертикальных вибраторов имеют разнонаправленный характер, при приеме электромагнитных волн с линейной поляризацией пропорциональны синусу и косинусу угла места излучателя. Привлечением горизонтальных вибраторов достигается повышение эффективности приема крутопадающих радиоволн при больших значениях углов места и увеличение крутизны дискриминационной характеристики в области малых значений с соответствующим повышением точности. Сигналы горизонтальных вибраторов дополнительно зависят от азимута. Указанные особенности приводят к необходимости учета совместно фазовых (способ-прототип) и амплитудных диаграмм направленности антенн. Операцией суммирования сигналов горизонтальных вибраторов с совмещенными фазовыми центрами, следовательно, с одинаковой начальной фазой обеспечивается формирование только одного относительно способа-прототипа дополнительного канала приема, а преобразованием в угловой спектр в направлении полученного азимута, действиями по предварительному оцениванию и уточнению угла места - сокращение потребного количества операций обработки.The solution of this technical problem is based on taking into account differences in signal levels received by vertical and horizontal vibrators. The amplitudes of the received signals are determined by the orientation angles of the electric field vector relative to the antennas. The dependences of the amplitude on the elevation angle of horizontal and vertical vibrators are multidirectional in nature, when receiving electromagnetic waves with linear polarization, they are proportional to the sine and cosine of the elevator angle. By using horizontal vibrators, an increase in the efficiency of reception of steeply falling radio waves at high elevation angles and an increase in the steepness of the discriminatory characteristic in the region of small values with a corresponding increase in accuracy are achieved. The signals of horizontal vibrators are additionally dependent on azimuth. These features lead to the need to take into account jointly phase (prototype method) and amplitude radiation patterns of antennas. The operation of summing the signals of horizontal vibrators with combined phase centers, therefore, with the same initial phase, ensures the formation of only one additional receiving channel relative to the prototype method, and converting it into the angular spectrum in the direction of the obtained azimuth, reducing the required number by preliminary estimation and refining the elevation angle processing operations.
Комплексирование систем вертикальных и горизонтальных вибраторов, учет указанных закономерностей в соответствии с предложенными новыми действиями, условиями и порядком их выполнения дает требуемый эффект, позволяет решить поставленную техническую задачу: повысить точность определения угла места прихода радиоволн.Combining systems of vertical and horizontal vibrators, taking into account the indicated patterns in accordance with the proposed new actions, conditions and the order of their implementation gives the desired effect, allows you to solve the technical problem: to increase the accuracy of determining the angle of the place of arrival of radio waves.
Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются вариантом его выполнения со ссылками на прилагаемые фигуры.These advantages, as well as features of the present invention are illustrated by a variant of its implementation with reference to the accompanying figures.
На фиг. 1 представлена структурная схема радиопеленгатора для реализации заявленного способа;In FIG. 1 shows a structural diagram of a direction finder for implementing the inventive method;
на фиг. 2 показано расположение антенн радиопеленгатора в горизонтальной плоскости с координатными осями x, y, нормированными на длину волны излучения;in FIG. 2 shows the location of the direction-finding antennas in the horizontal plane with the x, y coordinate axes normalized to the radiation wavelength;
на фиг. 3 - графики зависимостей средней квадратичной погрешности определения углов прихода радиоволн от угла места.in FIG. 3 - graphs of the dependence of the mean square error of determining the angles of arrival of radio waves from the elevation angle.
Радиопеленгатор, фиг. 1, содержит: 1.1-1.4 - антенны-вертикальные вибраторы, 2.1-2.3 - антенны-горизонтальные вибраторы, 3 - сумматор сигналов, 4 - радиоприемное устройство, 5 - блок определения азимута, 6 - блок определения угла места, содержащий 7 - блок предварительной оценки, 8 - анализатор углового спектра, 9 - блок уточнения.The direction finder, FIG. 1, contains: 1.1-1.4 - antennas-vertical vibrators, 2.1-2.3 - antennas-horizontal vibrators, 3 - adder of signals, 4 - radio receiver, 5 - block for determining the azimuth, 6 - block for determining the elevation angle, containing 7 - block preliminary estimates, 8 - angular spectrum analyzer, 9 - refinement unit.
Антенны 1.1-1.4 подключены через радиоприемное устройство 4 ко входам блока определения азимута 5 и первым входам блока определения угла места 6, блока предварительной оценки 7 и анализатора углового спектра 8. Вторые входы блока определения угла места 6, блока предварительной оценки 7 и анализатора углового спектра 8 соединены с антеннами 2.1-2.3 через сумматор сигналов 3 и радиоприемное устройство 4. Выход блока определения азимута 5 соединен с третьим входом блока определения угла места 6, блока предварительной оценки 7 и анализатора углового спектра 8, выход которого соединен с первым входом блока уточнения 9, ко второму входу которого и четвертому входу анализатора углового спектра 8 подключен выход блока предварительной оценки 7.Antennas 1.1-1.4 are connected through a
Выходами радиопеленгатора являются выходы блока определения азимута 6 и блока уточнения 9 из состава блока определения угла места 6.The outputs of the direction finder are the outputs of the azimuth determination unit 6 and the
Антенны 1.1-1.3 в количестве не менее трех - симметричные вертикальные вибраторы, образуют кольцевую решетку, плоскость которой параллельна земной поверхности, расположены эквидистантно по окружности, вертикальный вибратор 1.4 установлен в центре решетки. На фиг. 2 эти антенны показаны точками и обозначены заглавными буквами A1-A4. В рассматриваемом далее примере число антенн решетки N=3, ее радиус R ограничен из условия обеспечения однозначности измерений разности фаз между сигналами антенн решетки и центрального вибратора: R<0,5λ, где λ - длина волны излучения.Antennas 1.1-1.3 in an amount of at least three - symmetrical vertical vibrators, form an annular lattice, the plane of which is parallel to the earth's surface, are located equidistant around the circumference, a vertical vibrator 1.4 is installed in the center of the lattice. In FIG. 2, these antennas are indicated by dots and are indicated by the capital letters A 1 -A 4 . In the following example, the number of grating antennas is N = 3, its radius R is limited from the condition that the phase difference between the signals of the grating antennas and the central vibrator is unambiguous: R <0.5λ, where λ is the radiation wavelength.
Антенны 2.1-2.3 - горизонтальные вибраторы, располагают в плоскости решетки, они показаны на фиг. 2 толстыми линиями и обозначены прописными буквами а 1-а 3. Фазовые центры горизонтальных вибраторов совмещают с центром решетки, а оси ориентируют по линиям «центр - вертикальный вибратор», то есть равномерно по угловому расстоянию друг относительно друга. Число горизонтальных вибраторов равно N при N нечетном, иначе вдвое меньше.Antennas 2.1-2.3 are horizontal vibrators located in the plane of the array, they are shown in FIG. 2 are thick lines and are marked with capital letters a 1 - a 3 . The phase centers of the horizontal vibrators are combined with the center of the lattice, and the axes are oriented along the lines "center - vertical vibrator", that is, uniformly in angular distance relative to each other. The number of horizontal vibrators is equal to N for N odd, otherwise half as much.
Сумматор сигналов 3 выполнен по одному из известных вариантов приведенных, например в [Устройства сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаний. Под. ред. З.И. Моделя. - М.: Сов. радио, 1980.]The adder of signals 3 is made according to one of the known options given, for example, in [Devices for adding and distributing high-frequency oscillation powers. Under. ed. Z.I. Model. - M .: Owls. radio, 1980.]
Радиоприемное устройство 4 с числом каналов N+2 выполняет фильтрацию и синхронное преобразование принятых сигналов с цифровым представлением в виде комплексных амплитуд (квадратурных составляющих), например, по варианту, приведенному в [Побережский К.С. Цифровые радиоприемные устройства. М., Радио и связь, 1987, с. 67-68, рис. 3.140]. Тем самым выполняется измерение комплексных амплитуд принятых сигналов. Может быть использован двухканальный вариант приема с поочередным подключением антенн решетки и сумматора сигналов относительно центрального вертикального вибратора [Рембовский A.M., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радио мониторинг: задачи, методы и средства. - М: Горячая линия - Телеком, 2006, с. 274-277].A
В блоках определения азимута 5 и угла места 6 реализуются преобразования методами цифровой обработки сигналов.In the blocks for determining the
Двухмерное пеленгование происходит следующим образом.Two-dimensional direction finding occurs as follows.
Радиоизлучение пеленгуемого источника принимают антеннами 1.1-1.4, 2.1-2.3.The radio emission of the direction finding source is received by antennas 1.1-1.4, 2.1-2.3.
Нормированная амплитудная диаграмма направленности вертикальных симметричных вибраторов определяется формулой [Белоцерковский Г.Б. Антенны. - М: ОБОРОНГИЗ, 1962, с. 146]The normalized amplitude directivity pattern of vertical symmetric vibrators is determined by the formula [Belotserkovsky GB Antennas - M: OBORONGIZ, 1962, p. 146]
где β - угол места, L - длина вибратора, λ - длина волны излучения, π=3,14…where β is the elevation angle, L is the length of the vibrator, λ is the radiation wavelength, π = 3.14 ...
Отсчет положительных значений угла места осуществляется от горизонта вверх. Стрелкой указан предел для элементарного вибратора при L/λ→0.The countdown of the positive elevation angle is from the horizon up. The arrow indicates the limit for an elementary vibrator as L /
Диаграмма направленности горизонтальных вибраторов с учетом поворотов фокальных осей антенн описывается формулойThe pattern of horizontal vibrators, taking into account the rotations of the focal axes of the antennas, is described by the formula
где n'=0, …, N'-1 - номер горизонтального вибратора, N' - число горизонтальных вибраторов, α'=2π/N' - квант углового положения горизонтальных вибраторов, θ - азимут с отсчетом положительных значений по часовой стрелке от фокальной оси вибратора с номерном n'=0.where n '= 0, ..., N'-1 is the number of horizontal vibrators, N' is the number of horizontal vibrators, α '= 2π / N' is the quantum of the angular position of horizontal vibrators, θ is the azimuth with the counting of positive values clockwise from the focal the axis of the vibrator with the number n '= 0.
В случае когда излучателем является вертикальный вибратор с диаграммой направленности Gp(β) комплексные амплитуды сигналов на выходе вертикальных вибраторов определяются углом места β0 излучателяIn the case when the emitter is a vertical vibrator with a radiation pattern G p (β), the complex amplitudes of the signals at the output of the vertical vibrators are determined by the elevation angle β 0 of the emitter
где - комплексная амплитуда сигнала всенаправленного излучателя в центре решетки, - фазовая диаграмма направленности антенн кольцевой решетки, n=0, …, N-1, α=2π/N - квант углового положения ее антенн, R - радиус кольцевой решетки, λ - длина волны излучения, i - мнимая единица.Where - the complex amplitude of the signal of an omnidirectional emitter in the center of the array, is the phase diagram of the antenna array of the annular array, n = 0, ..., N-1, α = 2π / N is the quantum of the angular position of its antennas, R is the radius of the annular array, λ is the radiation wavelength, i is the imaginary unit.
Сигналы на выходе горизонтальных вибраторов дополнительно зависят от азимута θ0 излучателя:The signals at the output of the horizontal vibrators additionally depend on the azimuth θ 0 of the emitter:
где n'=0, …, N'-1.where n '= 0, ..., N'-1.
В соответствии с формулами (3), (4), (1), (2) амплитуда сигналов вертикальных и горизонтальных вибраторов различным образом зависит от угла прихода радиоволн в вертикальной плоскости, в пределе пропорционально его косинусу и синусу. Это свойство используется далее при пеленговании.In accordance with formulas (3), (4), (1), (2), the amplitude of the signals of vertical and horizontal vibrators in various ways depends on the angle of arrival of radio waves in the vertical plane, in the limit proportional to its cosine and sine. This property is used later for direction finding.
В сумматоре сигналов 3 выполняют когерентное сложение сигналов горизонтальных вибраторовIn the adder of signals 3 perform the coherent addition of signals of horizontal vibrators
Суммарная диаграмма направленности горизонтальных вибраторов определяется по формулеThe total radiation pattern of horizontal vibrators is determined by the formula
где - суммарная диаграмма направленности горизонтальных вибраторов в зенитном направлении.Where - the total radiation pattern of horizontal vibrators in the anti-aircraft direction.
В радиоприемном устройстве 4 измеряют комплексную амплитуду сигналов, принятых вертикальными вибраторами и суммарного сигнала горизонтальных вибраторовIn the
где - шумы каналов приема.Where - noise of the reception channels.
По результатам измерений комплексных амплитуд вертикальных вибраторов в блоке 5 определяют азимут на излучатель одним из известных способов, например по методике приведенной в [Саидов А.С., Тагилаев А.Р., Алиев Н.М., Асланов Г.К. Проектирование фазовых автоматических радиопеленгаторов. - М.: Радио и связь, 1997, с. 40] выполняя преобразования следующего видаAccording to the results of measurements of the complex amplitudes of the vertical vibrators in
где - разность фаз между сигналами антенн кольцевой решетки и центрального вибратора, arg(⋅) - аргумент (фаза) комплексной величины, охваченной скобками, звездочка - операция комплексного сопряжения.Where is the phase difference between the signals of the antennas of the annular array and the central vibrator, arg (⋅) is the argument (phase) of the complex quantity enclosed in brackets, the asterisk is the complex conjugation operation.
Результаты всех измерений в блоке 6 преобразуют в угловой спектр по максимуму которого определяют угол места излучателя.The results of all measurements in block 6 are converted into an angular spectrum, the maximum of which determines the elevator angle of the emitter.
Угловой спектр определяют по известному правилу [Козьмин В.А., Уфаев В.А. Оценка качества вычисления пеленгов в процессе пеленгования. Антенны. 2009. Вып. 4(123), с. 71-72], как отношение квадрата модуля суммы произведения комплексных амплитуд сигналов каналов приема на их комплексно сопряженные диаграммы направленности к сумме квадратов модулей этих диаграмм направленности, по формулеThe angular spectrum is determined according to the well-known rule [Kozmin V.A., Ufaev V.A. Assessment of the quality of bearing calculation in the process of direction finding. Antennas 2009. Issue. 4 (123), p. 71-72], as the ratio of the squared module of the sum of the product of the complex amplitudes of the signals of the receiving channels to their complexly coupled radiation patterns to the sum of the squares of the modules of these radiation patterns, according to the formula
Для сокращения числа операций обработки по определению двухмерного углового спектра и положения его максимума значения спектра получают, во-первых в направлении полученного азимута, во-вторых в окрестности первичной оценки угла места.To reduce the number of processing operations to determine the two-dimensional angular spectrum and the position of its maximum, the spectrum values are obtained, firstly, in the direction of the obtained azimuth, and secondly, in the vicinity of the initial elevation angle estimate.
Указанную первичную оценку выполняют в блоке 7 предварительной оценки как арктангенс отношения амплитуды суммарного сигнала, нормированной на сумму значений диаграмм направленности горизонтальных вибраторов в направлении зенита и оценочного азимута, к средней амплитуде сигналов вертикальных вибраторов, по формулеThe specified initial assessment is performed in block 7 of the preliminary assessment as the arctangent of the ratio of the amplitude of the total signal, normalized to the sum of the values of the directional patterns of horizontal vibrators in the zenith direction and estimated azimuth, to the average amplitude of the signals of vertical vibrators, according to the formula
Эта формула непосредственно следует из формул (3), (4) при предельных значениях диаграмм направленности (1), (2).This formula directly follows from formulas (3), (4) with limit values of radiation patterns (1), (2).
В отсутствии шумов и в пределе вибратора с косинусной диаграммой направленности первичная оценка (10) является точной. При невыполнении этих условий результат уточняется. Осуществляется это с применением интерполяции и определения поправки через отношение первой ко второй производной углового спектра в точке первичной оценки. Производные получают численным методом, для чего в анализаторе углового спектра 8 определяют три значения углового спектра: в точке предварительной оценки и в точках удаленных от нее на константу дифференцирования δ, рекомендуемое значение которой порядка δ=0,002 радиана.In the absence of noise and in the limit of a vibrator with a cosine radiation pattern, the initial estimate (10) is accurate. If these conditions are not met, the result is specified. This is carried out using interpolation and determining the correction through the ratio of the first to the second derivative of the angular spectrum at the point of initial estimation. Derivatives are obtained by a numerical method, for which three angular spectrum values are determined in the angular spectrum analyzer 8: at the point of preliminary estimation and at points remote from it by the differentiation constant δ, the recommended value of which is of the order of δ = 0.002 radians.
Уточняют положение максимума в блоке 9 уточнения по интерполяционной формуле [Уфаев В.А., Волобуев М.Ф. Измерение задержки радиосигналов с применением дискретных преобразований Фурье. Информационно-измерительные и управляющие системы. 2016. №3, т. 14, с. 5]Clarify the position of the maximum in
Результаты двухмерного пеленгования (8), (11) выдают потребителю.The results of two-dimensional direction finding (8), (11) are given to the consumer.
Эффективность изобретения выражается в повышении точности определения угла места излучателя. Количественная оценка выполнена методом имитационного моделирования, для следующих условий. Исследовался радиопеленгатор с отношением радиуса решетки к длине волны излучения 0,4 при отношении амплитуды сигнала к среднему квадратическому значению шумов приема равном 37 для источника, находящегося в горизонтальной плоскости, что соответствует ошибке измерения азимута 0,5 град. Имитировалось излучение от вертикального вибратора с косинусной амплитудной диаграммой направленности. Число статистических экспериментов для каждого положения источника 5000. Результаты имитационного статистического моделирования показаны на фиг. 3 в виде зависимостей средних квадратичных погрешностей двухмерного пеленгования от угла места.The effectiveness of the invention is expressed in improving the accuracy of determining the elevator angle of the emitter. The quantitative assessment was performed by simulation, for the following conditions. We studied a direction finder with a ratio of the lattice radius to the radiation wavelength of 0.4 at a ratio of the signal amplitude to the root mean square value of the reception noise equal to 37 for a source located in the horizontal plane, which corresponds to an azimuth measurement error of 0.5 degrees. The radiation from a vertical vibrator with a cosine amplitude radiation pattern was simulated. The number of statistical experiments for each position of the source is 5000. The results of statistical simulation are shown in FIG. 3 in the form of dependences of the mean square errors of two-dimensional direction finding on the elevation angle.
Средняя квадратичная погрешность σ определялась как корень квадратный из среднего квадрата разностей измеренных и истинных значений углов прихода радиоволн. Тонкой сплошной линией показана зависимость для азимута, другими линиями - для угла места. Сплошной линией с кружками выделены результаты, обеспечиваемые предлагаемым способом, пунктиром с ромбиками - для способа-прототипа. Анализ представленных результатов показывает, что в предлагаемом способе погрешность измерения угла места в диапазоне от 0 до 80 град в 2-6 раз меньше чем для способа-прототипа. Наибольший выигрыш достигается вблизи границ указанного диапазона, до 20 град и свыше 60 град.The root-mean-square error σ was determined as the square root of the mean square difference of the measured and true values of the angles of arrival of radio waves. A thin solid line shows the dependence for azimuth, other lines for the elevation angle. A solid line with circles indicates the results provided by the proposed method, a dotted line with rhombuses for the prototype method. Analysis of the presented results shows that in the proposed method, the error in measuring the elevation angle in the range from 0 to 80 degrees is 2-6 times less than for the prototype method. The greatest gain is achieved near the borders of the specified range, up to 20 degrees and over 60 degrees.
Моделирующая программа разработана в системе Mathcad, имеется у авторов и патентообладателя.The modeling program is developed in the Mathcad system, is available to the authors and the patent holder.
Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает повышение точности определения угла места излучателя в 2-6 раз.Thus, the proposed technical solution improves the accuracy of determining the elevator angle of the radiator by 2-6 times.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018146918A RU2711341C1 (en) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | Two-dimensional direction finding method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018146918A RU2711341C1 (en) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | Two-dimensional direction finding method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2711341C1 true RU2711341C1 (en) | 2020-01-16 |
Family
ID=69171387
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018146918A RU2711341C1 (en) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | Two-dimensional direction finding method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2711341C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2755801C1 (en) * | 2020-10-02 | 2021-09-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method for determining azimuth of target using line-approximated direction finding characteristic |
RU2756996C2 (en) * | 2020-03-10 | 2021-10-08 | Алексей Сергеевич Грибков | Apparatus for measuring radar cross-section of radar objects |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2288481C2 (en) * | 2005-01-11 | 2006-11-27 | 5 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации (5 ЦНИИИ МО РФ) | Method for determining two-dimensional bearing |
JP4536281B2 (en) * | 2001-03-12 | 2010-09-01 | 三菱電機株式会社 | Direction detection method and direction detection device |
RU2452974C1 (en) * | 2011-03-03 | 2012-06-10 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining angular spectrum |
RU2535174C1 (en) * | 2013-10-18 | 2014-12-10 | Закрытое акционерное общество "ИРКОС" | Method of two-dimensional direction finding of air object |
US9395196B2 (en) * | 2008-06-30 | 2016-07-19 | General Motors Llc | Method and system of using turn-by-turn server based reroutes data to improve a navigation user interface |
CN106842115A (en) * | 2017-01-25 | 2017-06-13 | 天津大学 | The two-dimentional direction-finding method of principle is damaged based on ROOT MUSIC algorithms and order |
US20170371022A1 (en) * | 2013-09-24 | 2017-12-28 | Raytheon Applied Signal Technology, Inc. | System and method for determining geo location of a target using a cone coordinate system |
-
2018
- 2018-12-26 RU RU2018146918A patent/RU2711341C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4536281B2 (en) * | 2001-03-12 | 2010-09-01 | 三菱電機株式会社 | Direction detection method and direction detection device |
RU2288481C2 (en) * | 2005-01-11 | 2006-11-27 | 5 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации (5 ЦНИИИ МО РФ) | Method for determining two-dimensional bearing |
US9395196B2 (en) * | 2008-06-30 | 2016-07-19 | General Motors Llc | Method and system of using turn-by-turn server based reroutes data to improve a navigation user interface |
RU2452974C1 (en) * | 2011-03-03 | 2012-06-10 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining angular spectrum |
US20170371022A1 (en) * | 2013-09-24 | 2017-12-28 | Raytheon Applied Signal Technology, Inc. | System and method for determining geo location of a target using a cone coordinate system |
RU2535174C1 (en) * | 2013-10-18 | 2014-12-10 | Закрытое акционерное общество "ИРКОС" | Method of two-dimensional direction finding of air object |
CN106842115A (en) * | 2017-01-25 | 2017-06-13 | 天津大学 | The two-dimentional direction-finding method of principle is damaged based on ROOT MUSIC algorithms and order |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2756996C2 (en) * | 2020-03-10 | 2021-10-08 | Алексей Сергеевич Грибков | Apparatus for measuring radar cross-section of radar objects |
RU2755801C1 (en) * | 2020-10-02 | 2021-09-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method for determining azimuth of target using line-approximated direction finding characteristic |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102288944B (en) | Super-resolution height measuring method based on topographic matching for digital array meter wave radar | |
WO2011002934A1 (en) | Self calibrating conformal phased array | |
CN103885054B (en) | The high method of the low Elevation of a kind of metre wave radar based on distributed source reflection model | |
CN104007413A (en) | Array position error correction method taking information source azimuth error into account | |
CN101581785A (en) | Three-dimensional looking forward sound imaging sonar system for underwater vehicle and using method thereof | |
RU2557808C1 (en) | Method of determining inclined range to moving target using passive monostatic direction-finder | |
CN101977068A (en) | Method for rapidly determining incoming wave direction without target elevation angle parameters | |
RU2711341C1 (en) | Two-dimensional direction finding method | |
RU2696095C1 (en) | Method for two-dimensional monopulse direction finding of radio emission sources | |
RU2711400C1 (en) | Method of determining the emitter or direction-finding antennas above the earth's surface | |
CN109521418B (en) | Foundation radar angle measurement method based on interference field | |
RU2317566C1 (en) | Mode of measuring of angular attitude of radar targets with a two-coordinate radar of meter range | |
US20020126043A1 (en) | Method and apparatus for locating a terrestrial transmitter from a satellite | |
KR101610051B1 (en) | A radio direction finder | |
RU2572357C1 (en) | Method of forming three-dimensional image of earth's surface in on-board four-channel doppler radar set | |
CN115840192B (en) | Indoor positioning method based on space estimation spectrum confidence estimation | |
RU2686113C1 (en) | Method of amplitude two-dimensional direction-finding | |
RU2527943C1 (en) | Method of processing signals during multichannel phase-based direction-finding of short-wave radio sources | |
RU2150714C1 (en) | Method of measurement of cross-sectional dimensions of radar objects in real time | |
RU2405166C2 (en) | Method for determining location of transmitter with portable position finder | |
Frid et al. | Determining installation errors for DOA estimation with four-quadrant monopulse arrays by using installed element patterns | |
RU2649899C1 (en) | Method of measuring angular coordinates of group low-level targets | |
RU2567850C1 (en) | Aerial object direction finding method | |
EP3869616A1 (en) | Measurement system for measuring an angular error introduced by a radome and corresponding method | |
RU2692467C2 (en) | Radar method |