Способ измерения угловых координат целей радиолокационной станцией с цифровой антенной решеткой

Изобретение относится к радиолокации, а именно к способам измерения угловых координат целей при обзоре воздушного пространства и земной поверхности, и может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС) с цифровыми антенными решетками (ЦАР). Достигаемый технический результат – повышение точности измерения угловых координат целей при высокой скорости обзора пространства. Способ основан на том, что формируют подрешетками цифровой антенной решетки (ЦАР) радиолокационной станции диаграмму направленности антенны (ДНА) на передачу перекрывающей по ширине заданную зону обзора, излучают зондирующий сигнал, осуществляют прием отраженного сигнала каждой подрешеткой ЦАР. Далее формируют суммарно-разностную многолучевую ДНА на прием посредством цифрового диаграммообразования таким образом, чтобы ее лучи перекрывали по ширине ДНА на передачу. Затем осуществляют обнаружение цели в каждом суммарном луче суммарно-разностной многолучевой ДНА, при обнаружении цели в суммарном луче суммарно-разностной многолучевой ДНА осуществляют измерение угловой координаты цели в соответствующем разностном луче суммарно-разностной многолучевой ДНА. 3 ил.

 

Изобретение относится к радиолокации, а именно к способам измерения угловых координат целей при обзоре воздушного пространства и земной поверхности, и может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС) с цифровыми антенными решетками (ЦАР).

Задача обзора воздушного пространства для обнаружения целей наиболее просто решается посылкой определенной части энергии радиоволн широким лучом диаграммы направленности антенны (ДНА) в пределах заданного пространственного угла. Однако, в этом случае потребуется большая мощность передатчика РЛС при ограниченном времени на обнаружение целей и, кроме того, будет затруднено разрешение целей в пространстве по угловым координатам. В большинстве случаев применяются различные способы обзора узкими лучами ДНА РЛС. При построчном обзоре луч ДНА перемещается в горизонтальной плоскости. На границе зоны обзора луч смещается на величину, достаточную, чтобы при дальнейшем движении по горизонтали по другой строке обеспечить обзор без пропуска целей. Обзор в этом случае характеризуется равномерным распределением энергии по всем направлениям в пределах зоны обзора, а перемещение луча определяется шагом обзора. При спирально-поступательном обзоре луч ДНА совершает коническое сканирование, при этом ось вращения медленно перемещается по горизонтали. Возможны комбинации указанных способов. [Радиолокационные системы многофункциональных самолетов. Т. 1. РЛС - информационная основа боевых действий многофункциональных самолетов. Системы и алгоритмы первичной обработки радиолокационных сигналов. / Под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова. М.: «Радиотехника», 2006 г., стр. 182-188].

Недостатками указанных способов является большое время обзора пространства.

Для сокращения времени обзора пространства на малых дальностях в РЛС используются диаграммы направленности с расширенным главным лучом, перекрывающим по ширине необходимую зону обзора. Недостатком данного способа является низкая разрешающая способность определения угловых координат обнаруженной цели, а также измерение с большими ошибками и даже невозможностью разрешения нескольких целей попавших в один широкий луч ДНА. Применение широкого луча так же приводит к снижению дальности обнаружения за счет снижения коэффициента усиления антенны.

Известен «Способ формирования диаграммы направленности цифровой антенной решеткой» [RU 2627958, опубликовано 14.08.2017, МПК H01Q 21/00, G01S 13/00]. Способ заключается в том, что формируют подрешетками цифровой антенной решетки передающую диаграмму направленности антенны вида cosec2 по углу места и игольчатую по азимуту и излучают зондирующий сигнал. Прием отраженного сигнала осуществляют каждой подрешеткой ЦАР, формируют приемную многолучевую ДНА по углу места и игольчатую по азимуту посредством цифрового диаграммообразования таким образом, что ее лучи по углу места перекрывают по ширине передающую ДНА cosec2, формируют массив комплексных амплитуд отраженных сигналов, принятых по каждому лучу ДНА.

Недостатком указанного технического решения является недостаточная точность измерения угловых координат целей.

Технической проблемой, решаемой предлагаемым изобретением, является расширение функциональных возможностей РЛС.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности измерения угловых координат целей при высокой скорости обзора пространства.

Сущность изобретения заключается в том, что формируют подрешетками цифровой антенной решетки радиолокационной станции диаграмму направленности антенны на передачу, излучают зондирующий сигнал, осуществляют прием отраженного сигнала каждой подрешеткой ЦАР, формируют многолучевую ДНА на прием посредством цифрового диаграммообразования.

Новым в предлагаемом способе является то, что ДНА на передачу формируют перекрывающей по ширине заданную зону обзора, а многолучевую ДНА по принятым сигналам формируют суммарно-разностной таким образом, чтобы ее лучи перекрывали по ширине ДНА на передачу. Далее осуществляют обнаружение цели в каждом суммарном луче суммарно-разностной многолучевой ДНА, при обнаружении цели в суммарном луче суммарно-разностной многолучевой ДНА, осуществляют измерение угловой координаты цели в соответствующем разностном луче суммарно-разностной многолучевой ДНА.

На Фиг. 1 представлен вариант приемной части цифровой антенной решетки, осуществляющей способ.

На Фиг. 2 схематично изображен процесс обзора пространства.

На Фиг. 3 изображены формируемые диаграммы направленности антенны.

Приемная часть цифровой антенной решетки состоит из N групп излучателей (1), объединенных в подрешетки (2), выход каждой из N подрешеток (2) соединен с входом соответствующего из N аналого-цифрового преобразователя (3), выходы которых соединены с соответствующим из N сигнальным входом каждого из М блоков цифрового диаграммообразования (ЦДО) (4). Выход каждого блока ЦДО (4) соединен с входом соответствующего из М пороговых обнаружителей (7). Выход каждого порогового обнаружителя (7) соединен с входом соответствующего из М вычислителя угловых координат (8). Выход каждого из М запоминающего устройства (ЗУ) (9) соединен с информационным входом соответствующего блока ЦДО (4). Пороговые обнаружители (7), вычислители угловых координат (8) и ЗУ (9) могут быть объединены в устройство вторичной обработки сигнала (10). Блок ЦДО (4) состоит из умножителя (5), входы которого являются внешними входами блока ЦДО (4), и сумматора (6). N выходов умножителя (5) соединены с N входами сумматора (6). Выход сумматора (6) является внешним выходом блока ЦДО (4).

Способ обзора радиолокационной станцией с цифровой антенной решеткой (ЦАР) поясним на примере режима работы воздух-воздух. Бортовая радиолокационная станция (БРЛС) с цифровой антенной решеткой осуществляет сканирование воздушного пространства в заданной зоне обзора в азимутальной плоскости. Для перекрытия заданной зоны обзора в азимутальной плоскости БРЛС формирует ДНА на передачу шириной, равной ширине зоны обзора по азимуту (Фиг. 2). Диаграмма направленности на передачу может формироваться как аналоговым способом, используя устройства распределения и фазирования, как это осуществляется, например, в активной фазированной антенной решетке [RU 161794, опубликовано 10.05.2016, МПК H01Q 21/00 (2006.01)], так и цифровым способом. После формирования диаграммы направленности антенной излучается зондирующий сигнал для облучения возможных целей в зоне обзора.

Цифровая антенная решетка состоит из нескольких подрешеток (2), количество которых N определяется конкретными техническими требованиями, а именно требованиями к ширине суммарной диаграммы направленности одной подрешетки (2) в азимутальной плоскости, которая должна быть не менее ширины диаграммы направленности всей ЦАР на передачу в азимутальной плоскости. Излучатели антенны (1) принимают отраженный от целей сигнал, далее сигналы, принятые излучателями (1), объединяются в один сигнал в подрешетке (2) и он поступает с выхода каждой подрешетки (2) на вход АЦП (3). С выхода каждого АЦП (3) сигнал в цифровом виде поступает на вход каждого блока ЦДО (4).

Каждый блок ЦДО (4) формирует суммарно-разностную диаграмму направленности, образуя в итоге на выходе ЦАР М суммарно-разностных диаграмм направленности (лучей) на прием (Фиг. 2), с требуемым отклонением от ϕ0 (центра передающей диаграммы направленности). Формирование осуществляется в соответствии с алгоритмами ЦДО, например приведенными в книге [«Цифровое формирование диаграммы направленности в фазированных антенных решетках» Григорьев Л.Н., М.: «Радиотехника», 2010 г. стр. 13-22.]. Количество М блоков ЦДО (4) равняется количеству формируемых суммарно-разностных лучей ДНА на прием. Диаграмму направленности антенны формируют таким образом, что М лучей ДНА на прием в азимутальной плоскости по ширине перекрывают передающую ДНА в азимутальной плоскости. При этом ширина зоны обзора многолучевой ДНА в азимутальной плоскости определяется шириной ДНА подрешетки (2), уровень центрального луча многолучевой ДНА соответствует уровню суммарной ДНА ЦАР, а огибающая многолучевой ДНА повторяет форму ДНА подрешетки (2) (Фиг. 3).

Формирование лучей многолучевой ДНА на прием осуществляется следующим образом. Фазовые и амплитудные коэффициенты для формирования различных лучей, предварительно рассчитанные и хранящиеся в запоминающих устройствах (9) (библиотеки коэффициентов), поступают в информационный вход умножителя (5) в блоке ЦДО (4). Сигналы с выхода каждого АЦП (3) поступают в умножитель (5) блока ЦДО (4) через соответствующие N сигнальные входы. После домножения сигналов на фазовые и амплитудные коэффициенты, сигналы поступают в сумматор (6), где для формирования луча суммарной ДН, комплексные значения амплитуды и фазы сигналов, синфазно складываются и формируют требуемый отсчет суммарной ДНА, а для формирования луча разностной ДН комплексные значения амплитуды и фазы сигналов условно разбивают апертуру антенной решетки на две подрешетки и в виде потока данных сигналы, принятые левой подрешеткой, складываются в противофазе с сигналами, принятыми правой подрешеткой, и формируют требуемый отсчет разностной ДНА.

После формирования суммарно-разностной многолучевой диаграммы направленности, по сигналу принятому суммарными ДНА, БРЛС осуществляет обнаружение цели, например посредством пороговой обработки принятого сигнала, в пороговом обнаружителе (7), входящим в состав устройства вторичной обработки (10).

При обнаружении сигнала пороговым обнаружителем (7), БРЛС осуществляет измерение азимута цели амплитудным методом в вычислителе угловых координат (8) по сигналу разностной ДНА. Далее азимут цели поступает с выхода устройства вторичной обработки (10) в бортовую цифровую вычислительную машину для дальнейшей обработки.

Аналогичным образом возможно осуществить поиск, обнаружение и измерение угловой координаты цели в угломестной плоскости.

Таким образом, сформировав М приемных лучей ДНА перекрывающих передающую ДНА, осуществляется обнаружение и измерение угловой координаты цели лучами суммарно-разностной ДНА, что приводит к повышению точности измерения, при этом одновременное формирование М приемных суммарно-разностных лучей посредством цифрового диаграммообразования позволяет осуществлять мгновенный обзор зоны без сканирования, что позволяет сократить время обзора. Таким образом, достигаемый технический результат позволяет расширить функциональные возможности РЛС.

Способ измерения угловых координат целей радиолокационной станцией с цифровой антенной решеткой, заключающийся в том, что формируют подрешетками цифровой антенной решетки (ЦАР) радиолокационной станции диаграмму направленности антенны (ДНА) на передачу, излучают зондирующий сигнал, осуществляют прием отраженного сигнала каждой подрешеткой ЦАР, формируют многолучевую ДНА на прием посредством цифрового диаграммообразования, отличающийся тем, что ДНА на передачу формируют перекрывающей по ширине заданную зону обзора, а многолучевую ДНА по принятым сигналам формируют суммарно-разностной таким образом, чтобы ее лучи перекрывали по ширине ДНА на передачу, осуществляют обнаружение цели в каждом суммарном луче суммарно-разностной многолучевой ДНА, при обнаружении цели в суммарном луче суммарно-разностной многолучевой ДНА осуществляют измерение угловой координаты цели в соответствующем разностном луче суммарно-разностной многолучевой ДНА.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в многоканальных моноимпульсных обнаружителях-пеленгаторах систем радиомониторинга для решения задач отождествления спектральных компонент по принадлежности к сигналу одного источника радиоизлучения.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в многоканальных моноимпульсных обнаружителях-пеленгаторах систем радиомониторинга для решения задач обнаружения спектральных компонент сигналов источников радиоизлучения.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для определения местоположения наземного источника излучения по результатам его двухмерного пеленгования с борта летательного аппарата.

Изобретение относится к аэродромным радиотехническим системам обеспечения захода самолета на посадку. Достигаемый технический результат - регулировка информационного параметра курсо-глиссадных радиомаяков, в частности совмещение с высокой точностью линии курса, формируемой курсовым радиомаяком (КРМ) системы посадки самолетов с направлением оси взлетно-посадочной полосы (ВПП), совмещение двух линий курса с направлением оси ВПП при работе КРМ на частотах в двух диапазонах одновременно, выставление с высокой точностью угла глиссады при неизменных высотах подвеса антенн глиссадного радиомаяка (ГРМ).

Способ определения местоположения объекта и устройство для его осуществления относятся к разделу физики и могут найти применение при определении абсолютных координат подвижного объекта относительно нулевой координаты для нужд пеленгации, измерении расстояния или скорости, определении местоположения, обнаружении объектов.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах радиопеленгации для оценки направлений на источники излучения радиосигналов. Достигаемый технический результат – повышение разрешающей способности корреляционных методов пеленгации.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах радиопеленгации для оценки направлений на источники излучения радиосигналов. Достигаемый технический результат – повышение разрешающей способности корреляционных методов пеленгации.

Изобретение относится к области радиопеленгации, в которой определение местоположения источника радиоизлучения осуществляется антенными устройствами, не имеющими выраженной направленности, путем изменения диаграммы направленности антенны в пространстве.

Изобретение относится к радиолокации, пеленгации и может использоваться для обнаружения низколетящих целей (НЛЦ). Достигаемый технический результат - возможность точного измерения угломестной координаты и определения траектории движения НЛЦ в условиях мешающих сигналов, условно представляющих собой антипод НЛЦ, антенной решеткой с более широкой диаграммой направленности и меньшей разрешающей способностью по дальности.

Изобретения относятся к радиотехнике и могут быть использованы для определения местоположения источников радиоизлучения (ИРИ) с летно-подъемного средства (ЛПС) угломерным способом.

Изобретение относится к области активной радиолокации и может быть использовано при проектировании и создании цифровых широкополосных речных, морских и охранных радиолокационных систем.

Изобретение относится к системам однопозиционной пеленгации источников радиоизлучения (ИРИ) и может быть использовано в системах и комплексах пассивной радиолокации и радиотехнической разведки наземного, воздушного и космического базирования.

Изобретение относится к радиолокационной технике, в частности к радиолокации с активным ответом, которая применяется для управления воздушным движением, опознавания, измерения расстояний в навигационных системах.

Изобретение относится к области навигации летательных аппаратов (ЛА), предназначено для обеспечения безопасности полетов ЛА путем использования системы автоматического зависимого наблюдения (АЗН) на борту ЛА.

Изобретение относится к определению расстояния между первым устройством и вторым устройством. Техническим результатом является повышение точности измерения расстояния.

Изобретение относится к радиолокационным станциям (РЛС) освещения обстановки. Технический результат - определение количества и азимутальных координат целей, находящихся в области тени на одинаковых расстояниях от антенны РЛС.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокационных системах (РЛС), состоящих из активного первичного локатора преимущественно метрового и низкочастотной части дециметрового диапазонов волн и наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора) с системой опознавания.

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к радиолокационным станциям (РЛС) освещения обстановки. Достигаемые технические результаты - расширение возможностей применения за счет установки ретрансляторов не только на вершинах препятствий, вызывающих затенение целей, в линию, перпендикулярную направлению излучения антенны РЛС, то есть в местах, где отсутствует интерференция сигналов, приходящих от РЛС и от ретрансляторов, но и в местах, где невозможна установка ретранслятора из-за интерференции сигналов, приходящих от РЛС и от ретрансляторов, мешающих нормальной работе РЛС и ретрансляторов, а также уменьшение габаритов и увеличение зоны обзора при наличии дождя.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для идентификации подвижных и неподвижных объектов. Достигаемый технический результат - разделение сигналов от нескольких меток во временной и в частотной области и повышение достоверности идентификационного кода каждой метки в условиях высокой вероятности возникновения коллизии.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения местоположения воздушных объектов. Достигаемый технический результат - повышение качества обработки сигналов бортовых ответчиков систем контроля воздушного движения.

Изобретение относится к системам, аналогичным радиолокационным следящим системам, работающим в оптическом диапазоне волн, в частности к устройству для автоматического сопровождения объекта слежения, и может быть использовано в сенсорах робототехнических систем, например в робототехнических системах сельского хозяйства.

Изобретение относится к радиолокации, а именно к способам измерения угловых координат целей при обзоре воздушного пространства и земной поверхности, и может быть использовано в радиолокационных станциях с цифровыми антенными решетками. Достигаемый технический результат – повышение точности измерения угловых координат целей при высокой скорости обзора пространства. Способ основан на том, что формируют подрешетками цифровой антенной решетки радиолокационной станции диаграмму направленности антенны на передачу перекрывающей по ширине заданную зону обзора, излучают зондирующий сигнал, осуществляют прием отраженного сигнала каждой подрешеткой ЦАР. Далее формируют суммарно-разностную многолучевую ДНА на прием посредством цифрового диаграммообразования таким образом, чтобы ее лучи перекрывали по ширине ДНА на передачу. Затем осуществляют обнаружение цели в каждом суммарном луче суммарно-разностной многолучевой ДНА, при обнаружении цели в суммарном луче суммарно-разностной многолучевой ДНА осуществляют измерение угловой координаты цели в соответствующем разностном луче суммарно-разностной многолучевой ДНА. 3 ил.

Наверх