Способ определения нерадиальной проекции скорости движущейся цели

Изобретение относится радиотехнике, а именно к радиолокационным способам определения скорости движущегося объекта. Достигаемым техническим результатом является возможность определения нерадиальных проекций скорости цели, что позволяет однозначно определять как величину, так и направление вектора скорости. Сущность изобретения заключается в том, что цель облучают зондирующими сигналами с частотами f1 и f2, разнесенными в пространстве передающими антеннами, определяют разность частот принятых сигналов и с помощью вычислительных выражений определяют проекцию скорости цели на направление нерадиального вектора. Изобретение может быть использовано как в радиолокации, так и в полицейских измерителях скорости автомобилей. 1 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к радиолокационным методам определения скорости движущегося объекта, и может быть использовано в радиолокации, для прогнозирования положения движущейся цели или для селекции движущихся целей. Кроме того, изобретение может быть использовано в полицейских измерителях скорости автомобилей.

Известен способ определения радиальной скорости двухчастотной радиолокационной станцией {Бакулев П.А., Степин В.М. Методы и устройства селекции движущихся целей. М.: Радио и связь, 1986. - 63 с.}. Этот способ основан на генерации, модуляции и излучении совмещенных во времени радиоимпульсов с одинаковым периодом повторения на несущих частотах f₁ и f₂, одновременным преобразованием указанных радиоимпульсов в опорный когерентный сигнал разностной частоты Δf=f₁-f₂, приеме отраженных от цели сигналов частот f_c1 и f_с2, преобразовании отраженных сигналов в сигнал разностной частоты Δf_c=f_c1-f_c2 и определении разности частот преобразованного и опорного сигналов (Δf_c-Δf), которая пропорциональна радиальной проекции скорости цели.

Однако известный способ позволяет определять только радиальную проекцию вектора скорости цели. При этом и направление, и абсолютная величина вектора скорости определяются неоднозначно.

В случае плоского движения цели для однозначного определения вектора скорости необходимо задать две его проекции на два различных направления. Если одна из проекций является радиальной, то другая должна быть нерадиальной, то есть проекцией на любое другое направление.

При трехмерном движении цели для однозначного определения полного вектора скорости цели необходимо определить три его независимые проекции. Если одна из этих проекций является радиальной, то две другие должны быть проекциями на два других направления.

Таким образом, и в случае плоского движения цели, и в общем случае для однозначного определения вектора скорости необходимо определять нерадиальные проекции вектора скорости.

Изобретение направлено на решение задачи определения нерадиальной проекции скорости цели, которая может быть использована для однозначного определения вектора скорости.

Данная техническая задача решается следующим образом.

С помощью двух передающих антенн, размещенных в разных точках пространства, движущаяся цель облучается двумя совмещенными по времени зондирующими сигналами с несущими частотами f₁ и f₂, отраженные от цели сигналы с частотами f_сигн1 и f_сигн2 принимаются приемником, определяется разность частот Δf_cигн=f_сигн1-f_сигн2,

определяется величина V_D по формуле:

где с - скорость света;

и - единичные векторы, направленные на цель из точек расположения соответственно первой и второй передающих антенн;

- единичный вектор, направленный на цель из точки расположения приемной антенны. Если в качестве приемной антенны используется антенна, излучающая зондирующий сигнал частоты f₁ или антенна, излучающая зондирующий сигнал частоты f₂, то или соответственно;

V_D - проекция скорости цели V на направление вектора D, определяемого по формуле:

.

На чертеже представлена векторная диаграмма, поясняющая использование предлагаемого в качестве изобретения способа. Обозначения на чертеже соответствуют:

A₁ - передающая антенна, излучающая зондирующий сигнал частоты f₁;

А₂ - передающая антенна, излучающая зондирующий сигнал частоты f₂;

А_пр - приемная антенна;

Ц - цель;

r₁, r₂ - векторы, начала которых находятся в точках расположения антенн A₁ и А₂, а концы - в точке расположения цели;

r_пр - вектор, начало которого находится в точке расположения приемной антенны А_пр, а конец - в точке расположения цели;

, , - орты векторов

r₁, r₂, r_пр.

Мгновенные значения фаз Ψ₁(t) и Ψ₂(t), отраженных от цели сигналов, зависят от расстояний r₁ и r₂ от соответствующих передающих антенн до цели, а также от расстояния r_пр от цели до приемной антенны:

где ψ₀₁ и ψ₀₂ - начальные фазы зондирующих сигналов частот f₁ и f₂.

Продифференцируем эти выражения полным образом по времени, учитывая, что при движении цели величины r₁, r₂ и r_пр зависят от времени.

Вычтем эти выражения друг из друга, при этом учтем, что

- скорость цели.

Тогда

Введем обозначение:

.

Сократив на 2π и сгруппировав слагаемые, получим:

, где D⁰ - орт вектора D.

Учтем, что VD⁰ есть проекция вектора V на направление вектора D.

Обозначив эту проекцию как V_D, получим:

Величины частот f₁ и f₂ или их разность могут быть известны заранее или измерены с достаточной точностью. Точность определения величины (f₁-f₂) может быть повышена путем измерения непосредственно разности частот. Например, сигналы частот f₁ и f₂ могут быть преобразованы в сигнал разностной частоты с последующим измерением этой частоты. Возможно применение и других способов измерения разности частот зондирующих сигналов.

Величина Δf_cигн=f_сигн1-f_сигн2 может быть определена путем измерения частот принимаемых сигналов с последующим вычислением их разности. Однако для повышения точности определения величины Δf_сигн целесообразно преобразовать принимаемые сигналы частот f_сигн1 и f_сигн2 в сигнал разностной частоты, с последующим измерением частоты преобразованного сигнала.

Из векторной диаграммы на чертеже видно, что направление вектора D не совпадает с направлением от точки расположения приемной антенны к точке расположения цели, то есть вектор D не является радиальным.

Способ определения нерадиальной проекции скорости цели, заключающийся в том, что цель одновременно облучают двумя зондирующими сигналами различных частот, принимают отраженные целью сигналы и определяют разность частот принимаемых сигналов, отличающийся тем, что облучение цели зондирующими сигналами производят разнесенными в пространстве передающими антеннами и по формуле

определяют проекцию скорости цели на направление вектора D, определяемого по формуле
,
где с - скорость света;
f₁ и f₂ - частоты первого и второго зондирующих сигналов;
Δf_сигн=f_сигн1-f_сигн2 - разность частот принятых сигналов;
и - единичные векторы, направленные на цель из точек расположения соответственно первой и второй передающих антенн;
- единичный вектор, направленный на цель из точки расположения приемной антенны.