Способ измерения азимута воздушной цели для стационарной рлс
Владельцы патента RU 2767759:
Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский центр «РЕЗОНАНС» (ЗАО НИЦ «РЕЗОНАНС») (RU)
Изобретение относится к области радиолокации, конкретно к способу измерения азимута воздушной цели (ВЦ) для стационарной радиолокационной станции (РЛС) с азимутальной фазированной антенной решеткой. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения азимута целей. В соответствии с предлагаемым способом производят прием N-канальной протяженной по горизонтали линейной фазированной эквидистантной антенной решеткой (АР) ответных радиосигналов от целей в секторе ±() градусов от нормали к АР в виде квадратурных составляющих (,
), размещенных «веером» из узких диаграмм направленности, эквидистантно расставленных в рабочем секторе
. При этом принятые ответные радиосигналы (
,
) после внутриимпульсной обработки подвергают пространственной спектральной обработке с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ). Далее выполняют доплеровскую фильтрацию, на выходе которой с помощью пороговой обработки формируют отметки, при этом определяют азимуты каждой из воздушных целей. Затем для каждой цели извлекают из корреляционно-фильтрового поля соответствующую спектральную выборку, выполняют обратное быстрое преобразование Фурье (ОБПФ), получают распределение сигнала по номерам АР. Далее методом цифрового формирования диаграммы направленности находят максимум спектра и получают уточнение по азимуту, после этого выходные значения азимута каждой цели передают на дальнейшую траекторную обработку. 4 ил., 3 табл.
Область техники
Изобретение относится к области радиолокации, конкретно к способу измерения азимута воздушной цели (ВЦ) для стационарной радиолокационной станции РЛС с азимутальной фазированной антенной решеткой.
Уровень техники
Известны способы измерения азимута воздушной цели (ВЦ) с помощью азимутальной АР / КУЗЬМИН С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. - М.: Радио и связь, 1986, с. 95-97, РОДС Д.Р. Введение в моноимпульсную радиолокацию. Москва, Советское радио, 1960, с.15, RU2 317562, RU 2530542, RU 2307375, US5191343, US 2014031, WO 2002014891, 2317566, RU 2038607, RU 2 624736, RU 2610832/.
Наиболее близким к заявляемому изобретению относится способ измерения азимута /RU 2610832/ воздушной цели (ВЦ) с помощью азимутальной АР радиолокационной станции «Резонанс», выбранный в качестве прототипа изобретения.
В соответствии с известным способом измерения азимута ВЦ /RU 2610832/, производят прием N-канальной, протяженной по горизонтали линейной фазированной эквидистантной антенной решеткой (АР) некоторого неизвестного числа 
ответных радиосигналов от целей в секторе ±(
) градусов от нормали к АР в виде квадратурных составляющих (
, 
), размещенных «веером» из узких диаграмм направленности (ДН), эквидистантно расставленных в рабочем секторе через 6…8 градусов с шириной сектора не менее 90 градусов. При этом принятые ответные радиосигналы (, ) после внутриимпульсной обработки (ВИО) подвергают пространственной спектральной обработке с помощью цифрового формирования диаграммы направленности (ЦФДН) по правилу:
,
где:
- номер антенного элемента, 
;
- целое число;
- номер ДН по азимуту;
- шаг АР, м;
- длина волны, м;
- массив (веер) номиналов азимутов ДН относительно нормали к АР, град.
Далее выполняют доплеровскую фильтрацию (ДФ), на выходе которой с помощью пороговой обработки (ПОР) формируют отметки (ФО), после этого выходные значения азимута каждой цели передают на дальнейшую траекторную обработку (ТО).
Недостатками известного способа /RU 2610832/ являются:
- значительное количество математических операций над ответным сигналом при азимутальной фильтрации сигнала методом ЦФДН, приводящее к снижению скорости обработки сигнальной информации и пропуску гиперзвуковых ВЦ;
- невозможность проведения обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ) и уточнение азимута после доплеровской фильтрации (ДФ) из-за недостаточного остающегося времени после обработки сигнальной информации методом ЦФДН на каждом периоде следования зондирующих сигналов.
В конечном итоге, эти недостатки приводят к снижению точности измерения азимута ВЦ и пропуску гиперзвуковых ВЦ.
Постановка задачи и цели изобретения
Задачей и техническим результатом изобретения является повышение точности измерения азимута целей.
Сущность изобретения
Решение поставленной задачи и достижения заявленного технического результата обеспечивается тем, что в соответствии с предлагаемым способом производят прием N-канальной, протяженной по горизонтали линейной фазированной эквидистантной антенной решеткой (АР) некоторого неизвестного числа ответных радиосигналов от целей в секторе ±() градусов от нормали к АР в виде квадратурных составляющих (, ), размещенных «веером» из узких диаграмм направленности (ДН), эквидистантно расставленных в рабочем секторе через 6…8 градусов с шириной сектора не менее 90 градусов. При этом принятые ответные радиосигналы (, ) после внутриимпульсной обработки (ВИО) подвергают пространственной спектральной обработке с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ) по правилу:
,
где:
- номер антенного элемента, ,
- целое число,
- номер ДН по азимуту,
- количество ДН на выходе БПФ,
- шаг АР, м,
- длина волны, м,
- множитель масштабирования расстояния между смежными лучами 
…
.
Далее выполняют доплеровскую фильтрацию (ДФ), на выходе которой с помощью пороговой обработки (ПОР) формируют отметки (ФО), при этом определяют азимуты каждой из воздушных целей 
по правилу:
,
где:
- длина решетки, м,
- номер, согласно массиву , азимутального канала, где 
.
Затем для каждой цели извлекают из корреляционно-фильтрового поля (КФП) соответствующую спектральную выборку, выполняют обратное быстрое преобразование Фурье (ОБПФ), получают распределение сигнала по номерам АР, затем методом цифрового формирования диаграммы направленности (ЦФДН) в диапазоне ± 2 с малым шагом 0,1 градусов, находят максимум спектра и получают уточнение по азимуту (УТО), после этого выходные значения азимута каждой цели передают на дальнейшую траекторную обработку (ТО).
Новым в изобретении является следующие отличительные признаки:
Отличие 1. Принятые ответные радиосигналы (, ) после внутриимпульсной обработки (ВИО) подвергают пространственной спектральной обработке с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ) по правилу:
,
где:
- номер антенного элемента, ,
- целое число,
- номер ДН по азимуту,
- количество ДН на выходе БПФ,
- шаг АР, м,
- длина волны, м,
- множитель масштабирования расстояния между смежными лучами ….
Отличие 2. После доплеровской фильтрации (ДФ), на выходе которой с помощью пороговой обработки (ПОР) формируют отметки (ФО), а затем определяют азимуты каждой из воздушных целей по правилу:
,
где:
- длина решетки, м,
- номер, согласно массиву , азимутального канала, где .
Отличие 3. Для каждой цели извлекают из корреляционно-фильтрового поля (КФП) соответствующую спектральную выборку, выполняют обратное быстрое преобразование Фурье (ОБПФ), получают распределение сигнала по номерам АР, затем методом цифрового формирования диаграммы направленности (ЦФДН) в диапазоне ± 2 с малым шагом 0,1 градусов, находят максимум спектра и получают уточнение по азимуту (УТО), после этого выходные значения азимута каждой цели передают на дальнейшую траекторную обработку (ТО).
Как показано ниже, в примерах реализации способа измерения азимута ВЦ и результатах (фиг. 6-фиг. 7) его статистических испытаний (более 100), веденные отличия позволили улучшить точность измерения азимута ВЦ в 2-8 раз в зависимости от отношения с/ш и от смещения цели от 0 до 45 градусов относительно нормали к АР по сравнению с прототипом.
Ссылка на чертежи.
Сущность изобретения поясняется чертежами, представленными на фиг.1 - 7.
На фиг. 1 представлен рисунок формирования отраженных от ВЦ на АР сигналов и схема функционирования блоков первичной обработки известного способа /RU 2610832/.
На фиг. 2 представлен рисунок формирования отраженных от ВЦ на АР сигналов и схема функционирования блоков первичной обработки предложенного способа.
На фиг. 3 представлен рисунок равномерной (эквидистантной) расстановки лучей при использовании ЦФДН.
На фиг. 4 представлен рисунок автоматической (неэквидистантной) расстановки лучей при использовании БПФ.
На фиг. 5 представлена таблица с результатами испытаний измерения азимутов, полученными разными способами с входным сигналом (выборкой) на АР.
В фиг. 6 представлена таблица с результатами испытаний измерения азимутов, полученными разными способами, без представления входного сигнала (выборки) на АР.
В фиг. 7 представлена таблица статистических результатов испытаний измерения азимутов разными способами (количество испытаний более 100).
На фиг. 1-4 обозначены:
1 – воздушная цель (ВЦ);
2 – антенная решетка (АР);
3 – приемные элементы АР 1…16;
4 – блок внутриимпульсной обработки (ВИО);
5 – блок цифровой диаграммы направленности (ЦФДН) для известного способа /RU 2610832/, блок быстрого преобразования Фурье (БПФ) для предложенного способа;
6 – блок доплеровской фильтрации (ДФ);
7 – блок пороговой обработки (ПОР);
8 – блок формирования отметок (ФО);
9 – блок корреляционно-фильтрового поля (КФП);
10 – блок обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ);
11 – блок уточнения по азимуту (УТО);
12 – блок траекторной обработки (ТО);
13 – биссектриса «веера» диаграммы направленности (ДН).
Раскрытие сущности изобретения
Изобретение, а именно заявленный способ измерения азимута ВЦ, стал возможен благодаря разработанному авторами методу приема N-канальной, протяженной по горизонтали линейной фазированной эквидистантной антенной решеткой АР некоторого неизвестного числа ответных радиосигналов от ВЦ 1 в секторе ±() градусов от нормали к АР 2 в виде квадратурных составляющих (, ), размещенных «веером» из узких ДН, эквидистантно расставленных в секторе через 6…8 градусов. При этом принятые ответные радиосигналы (, ) после ВИО 4 подвергают пространственной спектральной обработке с БПФ 5 по правилу:
, (1)
где:
- номер антенного элемента, ,
- целое число,
- номер ДН по азимуту,
- количество ДН на выходе БПФ,
- шаг АР, м,
- длина волны, м,
- множитель масштабирования расстояния между смежными лучами ….
Далее выполняют ДФ 6, на выходе которой с помощью пороговой ПОР 7 формируют отметки ФО 8, при этом определяют азимуты каждой из воздушных целей по правилу:
, (2)
,
где:
- длина решетки, м,
- номер, согласно массиву , азимутального канала, где .
Затем для каждой цели извлекают из КФП 9 соответствующую спектральную выборку, выполняют ОБПФ 10, получают распределение сигнала по номерам АР, затем методом ЦФДН в узком диапазоне ± 2 с малым шагом 0,1 градусов, находят максимум спектра и получают УТО 11, после этого выходные значения азимута каждой цели передают на дальнейшую ТО 12.
Описание примеров реализации способа
Приятые ответные радиосигналы (для данного примера 40,98 градусов, пример 1, фиг 5) от ВЦ 1 фазированной АР 2 для каждого из приемных элементов 3 АР 2 поступают на блок ВИО 4, затем на БПФ 5 считаются по правилу:
, (1)
где:
- номер антенного элемента, ,
- целое число,
- номер ДН по азимуту,
- количество ДН на выходе БПФ,
- шаг АР, м,
- длина волны, м,
- множитель масштабирования расстояния между смежными лучами.
Далее выполняют ДФ 6, на выходе которой с помощью пороговой ПОР 7 формируют отметки ФО 8, при этом определяют азимуты каждой из воздушных целей по правилу:
, (2)
,
где:
- длина решетки, м,
- номер, согласно массиву , азимутального канала, где .
Получают 41,29.
Затем для каждой цели извлекают из КФП 9 соответствующую спектральную выборку, выполняют ОБПФ 10, находят максимум спектра и получают УТО 11 (40,20 градусов), после этого выходные значения азимута каждой цели передают на дальнейшую ТО 12.
Для примеров 2, 3 повторяют те же операции.
Промышленная применимость.
Изобретение разработано на уровне технического проекта и программного оборудования измерения азимута ВЦ для стационарных РЛС. Проведены опытные испытания предложенного способа измерения азимута при следующих параметрах антенного оборудования: количество антенных элементов 3 в АР - 16, высота АР 2 - 10 м, рабочая частота 35-70 МГц, ширина ДН 8 градусов. Результаты испытаний предложенного способа измерения азимута ВЦ и сравнение его с известным способом /RU 2610832/ представлены на фиг 5, 6.
Результаты сравнения статистических оценок среднего и среднеквадратического отклонения (СКО) испытаний измерения азимута различными способами, представленные на фиг 7, показали, что благодаря новому способу точность улучшится до 0,1-0,6 градусов. В отличие от расстановки лучей в прототипе /RU 2610832/ (фиг.3), с расстановкой лучей в предлагаемом способе (фиг. 4) появилась возможность по каждой отметки цели провести повторное измерение азимута.
По итогам испытаний рекомендуется использование предлагаемого способа измерения азимута ВЦ для стационарных РЛС в диапазоне 30÷300 МГц.
Способ измерения азимута воздушной цели для стационарной РЛС, заключающийся в приеме N-канальной протяженной по горизонтали линейной фазированной эквидистантной антенной решеткой (АР) некоторого неизвестного числа L ответных радиосигналов от целей в секторе 
градусов от нормали к АР в виде квадратурных составляющих 
, размещенных «веером» из узких диаграмм направленности (ДН), эквидистантно расставленных в рабочем секторе 
через 6…8 градусов с шириной сектора не менее 90 градусов,
отличающийся тем, что принятые ответные радиосигналы после внутриимпульсной обработки (ВИО) подвергают пространственной спектральной обработке с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ) по формуле:
где:
– номер антенного элемента, 
,
z – целое число,
– номер ДН по азимуту,
– количество ДН на выходе БПФ,
d – шаг АР, м,
– длина волны, м,
k – множитель масштабирования расстояния между смежными лучами 
,
далее выполняют доплеровскую фильтрацию (ДФ), на выходе которой с помощью пороговой обработки (ПОР) формируют отметки (ФО), при этом определяют азимуты каждой их воздушных целей bi по формуле:
где:
D – длина решетки, м,
– номер, согласно массиву 
азимутального канала, где 
далее для каждой цели извлекают из корреляционно-фильтрового поля (КФП) соответствующую спектральную выборку, выполняют обратное быстрое преобразование Фурье (ОБПФ), получают распределение сигнала по номерам АР, затем методом цифрового формирования диаграммы направленности (ЦФДН) в диапазоне 
с малым шагом 0,1 градусов находят максимум спектра и получают уточнение по азимуту (УТО), после этого выходные значения азимута каждой цели передают на дальнейшую траекторную обработку (ТО).
