СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДО ОБЪЕКТА Российский патент 1998 года по МПК G01S13/08 

Описание патента на изобретение RU2101726C1

Изобретение относится к радиолокации и радионавигации и предназначено для определения дальности до объекта в системах с быстрым сканированием.

Если антенна за время действия излучаемого импульса производит разворот своего луча шириной θo в секторе обзора θн, θн + θобз, причем θобз > θo тогда антенна совершает сверхсканирование (быстрое сканирование) (Гинзбург В. М. Формирование и обработка изображений в реальном времени: Методы быстрого сканирования, М. Радио и связь, 1983, 232 с.). Быстрое сканирование может осуществляться как при излучении, так и при приеме сигнала, при этом законы сканирования θизл(t) и θпр(t) в общем случае не совпадают. Частным случаем сверхсканирования является внутриимпульсное сканирование (Финкельштейн М.И. Основы радиолокации: Учебник для вузов. 2-е изд. М. Радио и связь, 1983. 536 с.), однако для этого используют те же самые способы измерения дальности [1] которые не учитывают методические погрешности определения дальности за счет быстрого сканирования.

Известен импульсный способ измерения дальности (прототип) [1] заключающийся в излучении импульса передатчика, приеме отраженного от объекта сигнала, измерении промежутка времени τпп между излученным и принятым импульсами и формировании нии сигнала, пропорционального дальности до объекта, в соответствии с выражением
D = cτпп/2,
где С скорость распространения сигнала.

Однако данный способ имеет низкую точность за счет методической погрешности измерения дальности в случае быстрого сканирования луча антенны из-за неучета различия законов сканирования при излучении θизл(t) при приеме θпр(t) сигнала
θизл(t) ≠ θпр(t)
а также из-за неопределенности положения объекта внутри формируемого "слоя видимости".

Целью изобретения является повышение точности измерения дальности за счет устранения методической погрешности измерения в системах с быстрым сканированиям, вызванной различием законов сканирования при излучении θизл(t) и при приеме θпр(t) сигнала и неоднозначностью местоположения лоцируемого объекта внутри формируемого "слоя видимости".

Поставленная цель достигается тем, что в известном импульсном способе измерения дальности, заключающимся в излучении импульсного сигнала, приеме отраженного от объекта сигнала, измерении промежутка времени τпп между началом излучения и началом приема, дополнительно осуществляют измерения промежутков времени tc1 и tc2 между началом сканирования луча антенны на прием по закону θпр(t) и моментом времени, соответствующим превышению амплитуды принятого сигнала некоторого порогового значения Ucпор1 (tс1) и моментом времени, соответствующим уменьшению амплитуды принятого сигнала с максимального значения Ucmax до некоторого порога Ucпор2, (tc2) и формируют сигнал, пропорциональный дальности до объекта, в соответствии с выражением

где
нормированная диаграмма направленности антенны по мощности tизл(θ)
функция, обратная закону сканирования при излучении импульсного сигнала, θизл(t); С скорость распространения сигнала.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Сигнал передатчика длительностью τимп излучается в секторе обзора с угловыми размерами от θн до θн + θобз (фиг.1) при быстром сканировании луча антенны по закону θизл(τ) θизл(0) = θн; θизлимп) = θн+ θобз.
Через некоторое время после окончания сканирования на излучение луч антенны начинает совершать быстрое сканирование на прием отраженного сигнала по закону θпр(t) и за время τобз луч антенны разворачивается в том же угловом секторе θн, θн + θобз:
θпр(0) = θн, θпробз) = θн + θобз
Измеряют промежуток времени τпп между началом сканирования луча антенны на излучение и началом сканирования на прием.

Отраженный от объекта, находящегося в направлении θц =, импульсный сигнал принимается антенной. Измеряют промежутки времени tс1 и tс2 между началом сканирования луча антенны на прием и моментом времени, соответствующим превышению амплитуды принимаемого сигнала некоторого порогового значения Ucпор1 (tc1) и моментом времени, соответствующим уменьшению амплитуды принятого сигнала с максимального значения Ucmax до некоторого порога Ucпор2 (tс2) ( фиг. 2). Формируют сигнал, пропорциональный дальности до объекта, в соответствии с выражением

нормированная диаграмма направленности антенны по мощности Фалькович С.Е. Понамарев В. И. Шкварко Ю.В. Оптимальный прием пространственно-временных сигналов в радиоканалах с рассеянием. /Под ред. С.Е.Фальковича. -М. Радио и связь, 1989, 296 с. /, tизл(θ) функция, обратная закону сканирования луча антенны при излучении θизл(t) С скорость распространения сигнала.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность измерения дальности за счет устранения методической погрешности измерения в системах с быстрым сканированием, вызванной различием законов сканирования при излучении и при приеме сигнала и неоднозначностью местоположения лоцируемого объекта внутри формируемого "слоя видимости". Методическая погрешность измерения дальности равна

В случае расположения объекта на нижней границе формируемого "слоя видимости" (точка Ц0 на фиг.1)
θпр(tc1) = θпр(tc2) - (θ01 + θ02)/2, (2)
методическая погрешность измерения дальности будет вызвана только различием законов сканирования при излучении θизл(t) и при приеме θпр(t) сигнала
ΔD = c[tc1- tизлпр(t1))]/2. (3)
Т. к. tизл ( θ ) функция, обратная закону сканированная при излучении qизл(t), то справедливо
tизлизл(t) ≡ t (4)
т. е. в случае сканирования луча антенны при излучении к при приеме по одному и тому же закону
θизл(t) = θпр(t) = θ(t) (5)
методическая погрешность измерения дальности ΔD(3) будет равна нулю

а методическая погрешность измерения ΔD(1) будет определяться только неоднозначностью местоположения лоцируемого объекта внутри формируемого "слоя видимости" (точка Ц1 на фиг. 1)

Таким образом, повышение точности измерения дальности для систем со сверхсканированием достигается за счет учета различия в законах сканирования при излучении θизл(t) и при приеме θпр(t) сигнала (3) и учета местоположения лоцируемого объекта внутри формируемого "слоя видимости" (9).

На фиг.3 приведен пример системы, реализующий предлагаемый способ.

Система содержит сканирующую антенну 1, систему управления 2 (СУА), антенный переключатель 3 (АП), передатчик 4, синхрогенератор 5, приемник 3, одновибраторы 7 и 8, счетчик 9, триггеры 10 и 11, измерители временных интервалов 12, 13 и 14, процессор 15, причем выход антенны 1 соединен с выходом АП 3, вход управления антенны 1 подключен к выходу СУА 2, первый вход АП 3 соединен с выходом передатчика 4, второй вход АП 3 соединен со входом приемника 3, выход приемника 6 подключен через одновибраторы 7 и 8 к входам установки в нулевое состояние триггеров соответственно 10 и 11, выходы триггеров 10 и 11 подключены через ИВИ соответственно 12 и 13 к первому и второму входам процессора 15, выход процессора 15 является выходом системы, выход автогенератора 5 соединен с синхровходами АП 3, СУА 2 и передатчика 4, а также с информационным входом счетчика 9, первый выход счетчика 9 подключен через ИВИ 14 к третьему входу процессора 15, второй выход счетчика 9 соединен с входами запуска ИВИ 12, ИВИ 13 и входами установки в единичное состояние триггеров 10 и 11, вход запуска системы подключен к входам установки в начальное состояние счетчика 9 и триггеров 10, 11 и входам запуска ИВИ 14 и синхрогенератора 5.

Система, реализующая предлагаемый способ, работает следующим образом.

Импульс на пусковом входе системы устанавливает в начальное состояние счетчик 9 и триггеры 10, 11 и запускает ИВИ 14 и синхрогенератор 5. Начальное состояние счетчика 9 и триггеров 10, 11 соответствует нулевому уровню сигнала на их выходах. Примером исполнения триггеров 10, 11 может быть, например, RS или УК-триггер со сбросом (входом начальной установки) Янсен 1.( Курс цифровой электроники: В 4-х т. т.2. Проектирование устройств на цифровых ИС: Пер. с голланд. -М. Мир, 1987, 338 с.). Примером конструктивного исполнения счетчика 9 может быть двоичный счетчик со сбросом (начальной установкой) Янсен 1. (Курс цифровой электроники: В 4-х т. т.2. Проектирование устройств на цифровых ИС: Пер. с голланд. М. Мир, I987, 338 с.). Конструктивно ИВИ 12, 13 и 14 могут быть выполнены, например, по методу счетных импульсов (Финкельштейн М.И. Основы радиолокации: Учебник для вузов. 2-е изд. М. Радио и связь, 1983, 533 с. с.429). Синхрогенератор 5 вырабатывает два импульса. По первому импульсу с синхрогенератора 5 АП 3 подключает передатчик 4 к антенне 1, передатчик 4 запускается и начинает генерировать радиоимпульс длительностью τимп СУА 2 Ушкар М.Н. Микропроцессорные устройства в радиоэлектронной аппаратуре. / Под ред. Б.Ф.Высоцкого. -М. Радио и связь, 1988. 128 с. начинает управление сканированием антенны 1 по закону θизл(t) в секторе обзора θн, θн + θобз = за время длительности импульса τимп передатчика 4, а на первом выходе счетчика появится единичный сигнал. Единичный сигнал с выхода счетчика 9 подается на вход ИВИ 14, который начинает измерение.

Через некоторое время τпп на выходе синхрогенератора 5 появляется второй импульс, по которому АП 3 подключит выход антенны 1 к входу приемника 6, СУА 2 обеспечивает управление сканированием антенны 1 по закону θпр(t) в секторе θн, θн + θобз время τобз (фиг.2), а счетчик 9 перейдет во второе состояние, т.е. на первом выходе счетчика 9 появится нулевой уровень, а на втором выходе счетчика 9 единичный уровень. В результате этого ИВИ 14 прекратит измерение, а на его выходе и соответственно на третьем входе процессора 15 появится код, соответствующий измеренное промежутку времени τпп Единичный сигнал на втором выходе счетчика 9 запускает ИВИ 12, 13 и устанавливает в единичное состояние триггеры 10, 11. Единичный сигнал с выхода триггеров 10, 11 поступает на входы ИВИ 12, 13, т.е. ИВИ 12, 13 начинают измерение.

Во время сканирования антенны 1 по закону θпр(t) с направления θц появится отраженный от объекта радиосигнал (фиг.1), который принимается антенной 1 и через АП 3 подается на вход приемника 6. Видеосигнал с выхода приемника 6 через одновибраторы 7, 8 устанавливает соответственно триггеры 10, 11 в нулевое состояние. Одновибратор 8 вырабатывает сигнал по переднее фронту, а одновибратор 7 вырабатывает сигнал по заднему Фронту поступающего на его вход видеоимпульса. Основы промышленной электроники(Ю.А.Исаков и др. Киев: Техника, 1976. -544 с.). Нулевой сигнал на выходе триггеров 10, 11 означает окончание из измерения, проводимого ИВИ 12, 13, т.е. на выходе ИВИ 13 появится код промежутка времени, соответствующего tc1 (фиг.2), который подается на второй вход процессора 15, а на выходе ИВИ 12 появится код промежутка времени, соответствующего tc2 (фиг.2), который будет подаваться на первый вход процессора 15. Процессор 15 (Казаринов Ю.М. Новоконов В.Н. Филиппов Ф. В. Применение микропроцессоров и микроЭВМ в радиотехнических системах. Учебное пособие для радиотехнических спец. вузов. М. Высшая школа, 1988, 207с) на основе поступивших на его входы кодов, соответствующих промежуткам времени τпп tc1, tc2 формирует на своем выходе сигнал, пропорциональный дальности D до объекта в соответствии с выражением

где tизл(θ) -функция, обратная θизл(t)

С скорость распространения сигнала.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ позволяет повысить точность измерения дальности в системах с быстрым сканированием за счет устранения методической погрешности измерения, вызванной различием законов сканирования луча антенны при излучении θизл(t) и при приеме θпр(t) сигнала и неоднозначностью местоположения объекта внутри формируемого "слоя видимости", т.е. на величину
1

Похожие патенты RU2101726C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ КООРДИНАТ В СИСТЕМАХ СО СВЕРХСКАНИРОВАНИЕМ 1994
  • Часнык К.А.
  • Ольшанский В.В.
RU2093855C1
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА НАБЛЮДЕНИЯ ОБЪЕКТА 1992
  • Часнык К.А.
RU2037836C1
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ КООРДИНАТ 1990
  • Часнык К.А.
RU2012901C1
СПОСОБ ОТОБРАЖЕНИЯ ВНЕШНЕЙ КОНТРОЛИРУЕМОЙ ОБЛАСТИ ПРОСТРАНСТВА ВО ВНУТРЕННЮЮ ОБЛАСТЬ НАБЛЮДЕНИЯ 1994
  • Часнык К.А.
RU2129718C1
Способ определения тангенциальной составляющей скорости объекта 1991
  • Часнык Константин Александрович
SU1809400A1
Способ определения путевой скорости объекта 1991
  • Часнык Константин Александрович
SU1807429A1
Способ определения радиальной скорости объекта 1991
  • Расщепляев Юрий Семенович
  • Часнык Константин Александрович
SU1809399A1
ЛАЗЕРНЫЙ ДАЛЬНОМЕР 1994
  • Бабкин С.В.
  • Егоров Л.А.
  • Зайцев А.С.
  • Иванов Н.Н.
  • Папуловский В.Ф.
RU2082090C1
СПОСОБ ОБЗОРА ПРОСТРАНСТВА 1995
  • Плужников А.Д.
  • Торгушин Е.И.
  • Приблудова Е.Н.
  • Кротов И.Д.
RU2089924C1
ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВАЯ РАДИОВЫСОТОМЕРНАЯ СИСТЕМА 2013
  • Калмыков Николай Николаевич
  • Соловьев Виталий Валерьевич
  • Мельников Сергей Андреевич
  • Дядьков Николай Александрович
  • Сиразитдинов Камиль Шайхуллович
  • Косоруков Владимир Васильевич
RU2551448C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 101 726 C1

Реферат патента 1998 года СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДО ОБЪЕКТА

Использование: для определения дальности до объекта в системах со сверхсканированием. Сущность изобретения: излучают импульсный сигнал, принимают отраженный от объекта сигнал, измеряют промежуток времени между началом излучения и началом приема и измеряют дальность, а излучение и прием сигнала осуществляют при быстром сканировании дальности. Цель изобретения - повышение точности за счет устранения методической погрешности измерения дальности. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 101 726 C1

Способ измерения дальности до объекта, заключающийся в том, что излучают импульсный сигнал, принимают отраженный от объекта сигнал, измеряют промежуток времени τпп между началом излучения и началом приема и измеряют дальность D, отличающийся тем, что излучение импульсного сигнала и прием отраженного от объекта сигнала осуществляют при быстром сканировании луча антенны во время излучения по закону θизл(t) и во время приема по закону θпр(t), измеряют промежуток времени tc между началом сканирования при приеме и моментом появления отраженного от объекта сигнала, измеряют длительность τs принятого отраженного от объекта сигнала по заданному уровню К и измеряют дальность D до объекта по формуле
D = c[τпп+tc1]/2;
τ1 = tизлпр(tcs)-θo);
где
K = Fpo/2),
нормированная диаграмма направленности сканирующей антенны по мощности;
θo - ширина диаграммы направленности антенны по уровню К;
tизл(θ) - функция, обратная закону сканирования луча антенны во время излучения импульсного сигнала θизл(t);
с скорость света.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1998 года RU2101726C1

В.В.Васин и др
Радиолокационные устройства (теория и принцип построения) /Под ред
В.В.Григорина-Рябова
- М.: Сов.радио, 1970, с
Приспособление для автоматического тартания 1922
  • Покшишевский В.А.
SU416A1

RU 2 101 726 C1

Авторы

Часнык К.А.

Даты

1998-01-10Публикация

1992-04-14Подача