СПОСОБ ОДНОЗНАЧНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДО МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА Российский патент 2016 года по МПК G01S13/52 G01S13/95 

Изобретение относится к способам обработки сигналов в радиолокационных станциях (РЛС) и может быть использовано для однозначного измерения дальности до метеорологического объекта (МО).

Известен способ однозначного измерения дальности до точечной воздушной цели, заключающийся в излучении первой последовательности импульсов с периодом повторения Т_и1, излучении второй последовательности импульсов с периодом повторения Т_и2=Т_и1+Δt, где Т_и1 и Δt - целые числа (в микросекундах), определении наблюдаемых задержек t_н1 и t_н2 относительно каждого излученного импульса соответственно в первой и второй пачках, вычислении отношения Q_н=(t_н1-t_н2)/Δt, определении значения n, исходя из условий

или

вычислении дальности до цели по формуле

где c - скорость света [1].

Недостатком данного способа однозначного измерения дальности до точечной воздушной цели является отсутствие принципиальной возможности его использовать для однозначного измерения дальности до протяженной воздушной цели, каковой является метеорологический объект. Это обусловлено тем, что если сигнал, отраженный от точечной воздушной цели при ее облучении пачкой импульсов, будет находиться только одном разрешаемом объеме по дальности (стробе дальности), то при облучении аналогичной пачкой импульсов метеорологического объекта, ввиду его большой протяженности, превышающей разрешаемый объем по дальности, отраженный от МО сигнал будет находиться уже не в одном, а в нескольких стробах дальности, т.е. будет иметь место не одна временная задержка импульса относительно каждого излученного импульса в их первой и второй пачках, а несколько временных задержек относительно каждого излученного импульса в обоих пачках. Это приводит к тому, что определить однозначную дальность до МО с помощью данного способа не представляется возможным, поскольку формулы (1), (2) и (3) для этого случая не могут быть применены.

Известен способ однозначного измерения дальности до точечной воздушной цели, заключающийся в излучении первой последовательности импульсов с частотой повторения F_и1, в которой период Т_и1 между импульсами в несколько раз меньше базового периода Т₀, выбираемого из условия однозначного измерения расстояний в пределах всего возможного диапазона дальностей до наблюдаемых воздушных целей, излучении в последующий интервал Т₀ второй последовательности импульсов с частотой повторения F_и2, которая отличается от частоты F_и1 и не является ей кратной, определяемые как F_и1=z₁F₀ и F_и2=z₂F₀, где F₀=1/Т₀; величины z₁ и z₂ некратны друг другу и не имеют общего делителя, определении наблюдаемых задержек t_дн1 и t_дн2 относительно каждого излученного импульса соответственно в первой и второй их последовательности, сравнении временных задержек t_дц1=mT_и1+t_дн1 и t_дц2=nТ_и2+t_дн2, где m и n - количество целых периодов T_и1=1/F_и1 и Т_и2=1/F_и2, попадающих в пределы интервала истинной задержки t_дц, варьировании численных значений величин m и n до тех пор, пока не будет выполнено условие

фиксировании значений величин m_ф и n_ф, при которых будет выполнено условие (4), вычислении дальности до цели по формуле

или

где c - скорость света [2].

Недостатком данного способа однозначного измерения дальности до точечной воздушной цели является принципиальная невозможность с помощью него однозначно измерить дальность до протяженного по дальности метеорологического объекта. Это обусловлено тем, что после излучения каждого импульса пачки ввиду разрешения МО по дальности на входе приемника РЛС будет присутствовать не один отраженный импульс с соответствующим временем его задержки относительно излученного импульса в его пачке, как это имело место при отражении сигнала от точечной цели, а несколько отраженных импульсов, и, соответственно им, будет наблюдаться не одна, а несколько временных задержек отраженных импульсов относительно каждого излученного импульса в пачке. Поэтому применение формул (4), (5) и (6) для однозначного определения дальности до МО становится принципиально невозможным.

Так, например, при излучении немодулированной пачки импульсов длительностью 1 мкс разрешающая способность по дальности (строб дальности) составит 150 м, и сигнал, отраженный от точечной цели, будет находиться в одном стробе дальности. При отражении же аналогичного сигнала от МО (облака), например, протяженностью 1500 м, отраженный от него сигнал будет находиться уже в 10 стробах дальности и, в этом случае, по формулам (4), (5) и (6) однозначно определить дальность не представляется возможным.

Цель изобретения - однозначно измерить дальность до протяженного метеорологического объекта.

Для достижения цели в способе однозначного измерения дальности до метеорологического объекта, заключающемся в излучении первой последовательности импульсов с частотой повторения F_и1, в которой период Т_и1 между импульсами в несколько раз меньше базового периода Т₀, выбираемого из условия однозначного измерения расстояний в пределах всего возможного диапазона дальностей до наблюдаемых метеорологических объектов, излучении в последующий интервал Т₀ второй последовательности импульсов с частотой повторения F_и2, которая отличается от частоты F_и1 и не является ей кратной, причем F_и1=z₁F₀ и F_и2=z₂F₀, где F₀=1/Т₀; величины z₁ и z₂ некратные друг другу и не имеют общего делителя, дополнительно определяют совокупность наблюдаемых задержек t_дн1i, где ; I - общее количество наблюдаемых задержек отраженных от метеорологического объекта импульсов относительно каждого k-го (; K - количество излученных импульсов в первой пачке) излученного импульса в их первой пачке, вычисляют величину средней наблюдаемой задержки t_{1 ср} отраженных импульсов от метеорологического объекта относительно каждого излученного k-го импульса в их первой пачке, определяют совокупность наблюдаемых задержек t_дн2j, где ; J - общее количество наблюдаемых задержек отраженных от метеорологического объекта импульсов относительно каждого p-го (; P - количество излученных импульсов во второй пачке) излученного импульса в их второй пачке, вычисляют величину средней наблюдаемой задержки отраженных импульсов от метеорологического объекта t_{2 ср} относительно каждого излученного p-го импульса в их второй пачке, сравнивают временные задержки t_дц1=mT_и1+t_{1 cp} и t_дц2=nТ_и2+t_{2 ср}, где m и n - количество целых периодов T_и1=l/F_и1 и Т_и2=1/F_и2, попадающих в пределы интервала истинной задержки t_дц, варьируют численные значения величин m и n до тех пор, пока не будет выполнено условие

фиксируют значения величин m_ф и n_ф, при которых будет выполнено условие (7), вычисляют дальность до метеорологического объекта по формуле

или

где c - скорость света.

Новыми признаками, обладающими существенными отличиями, являются следующие.

1. Определение совокупности наблюдаемых задержек отраженных от метеорологического объекта импульсов относительно каждого излученного импульса в их первой и второй пачках и вычислении средних значений наблюдаемых задержек отраженных импульсов от метеорологического объекта относительно каждого излученного импульса соответственно в их первой и второй пачках.

2. Сравнение временных задержек в соответствии с формулой (7), варьирование численных значений величин m и n до тех пор, пока не будет выполнено условие (7).

3. Фиксирование значений величин m_ф и n_ф, при которых будет выполнено условие (7), и вычисление дальности до метеорологического объекта по формулам (8), (9).

Данные признаки обладают существенными отличиями, так как в известных способах не обнаружены.

Применение всех новых признаков позволит однозначно измерить дальность до протяженного метеорологического объекта.

На фигуре 1 приведена блок-схема РЛС, реализующая предлагаемый способ однозначного измерения дальности до метеорологического объекта, на фигуре 2 - эпюры, поясняющие предлагаемый способ.

Способ однозначного измерения дальности до МО осуществляется следующим образом (фигура 1).

С первого выхода синхронизатора 1 значение величины z₁ поступает на вход передатчика 2, на первом выходе которого формируется зондирующий сигнал (фигура 2а) в виде первой последовательности импульсов с частотой повторения F_и1=z₁F₀, в которой период Т_и1 между импульсами в несколько раз меньше базового периода Т₀=1/F₀, выбираемого из условия однозначного измерения расстояний в пределах всего возможного диапазона дальностей до наблюдаемых метеорологических объектов. Сформированный зондирующий сигнал в виде первой последовательности импульсов (фигура 1) через антенный переключатель 3 поступает в антенну 4 и излучается в пространство.

Отраженный от МО радиолокационный сигнал при излучении первой последовательности импульсов поступает через антенну 4 и антенный переключатель 3 на вход приемника 5, в котором он усиливается, преобразуется на промежуточную частоту и поступает на первый вход селектора дальности 6, в котором с помощью стробирующих импульсов (СИ), поступающих со второго выхода синхронизатора 1 на его второй вход, осуществляется селекция сигналов по дальности. Поскольку метеорологический объект является протяженной воздушной целью, то сигнал, отраженный от него, будет одновременно присутствовать в нескольких стробах дальности (элементах разрешения). Это приводит к тому, что на выходе селектора дальности 6 будет сформирован не один импульс (как в прототипе, когда воздушный объект являлся точечной целью), с соответствующей наблюдаемой его временной задержкой относительно каждого излученного сигнала в их первой пачке, а совокупность импульсов (фигура 2б, например, четыре импульса) с соответствующими наблюдаемыми задержками t_дн1i (где ) относительно каждого k-го (; K - количество излученных импульсов в первой пачке) излученного импульса в их первой пачке. В вычислителе 7 (фигура 1) вычисляется величина средней наблюдаемой задержки t_{1 ср} отраженных импульсов от МО относительно каждого излученного k-го импульса в их первой пачке (фигура 2в), которая поступает на первый вход анализатора 8 (фигура 1).

В последующий интервал Т₀ с первого выхода синхронизатора 1 на вход передатчика 2 поступает значение величины z₂, на первом выходе которого формируется вторая последовательность зондирующих импульсов (фигура 2г) с частотой повторения F_и2=z₂F₀, которая отличается от частоты F_и1 и не является ей кратной, при этом величины z₁ и z₂ некратные друг другу и не имеют общего делителя. Сформированная вторая последовательность зондирующих импульсов (фигура 1) через антенный переключатель 3 поступает в антенну 4 и излучается в пространство.

Отраженный от МО радиолокационный сигнал при излучении второй последовательности зондирующих импульсов поступает через антенну 4 и антенный переключатель 3 на вход приемника 5, в котором аналогично, как и в первом случае, он усиливается, преобразуется на промежуточную частоту и поступает на первый вход селектора дальности 6, в котором с помощью СИ осуществляется селекция сигналов по дальности. На выходе селектора дальности 6 будет сформирована совокупность импульсов (фигура 2д) с соответствующими наблюдаемыми задержками t_дн2j (где ) относительно каждого p-го (; Р - количество излученных импульсов во второй пачке) излученного импульса в их второй пачке. В вычислителе 7 (фигура 1) вычисляется величина средней наблюдаемой задержки t_{2 ср} отраженных импульсов (фигура 2е) от МО относительно каждого излученного p-го импульса в их второй пачке, которая поступает на второй вход анализатора 8 (фигура 1), на третий и второй входы которого поступают численные значения величин Т_и1 и Т_и2 соответственно со второго и третьего выходов передатчика 2, а также значения m и n (соответственно целых периодов Т_и1 и Т_и2, попадающих в пределы интервала истинной временной задержки t_дц) с третьего и четвертого выходов синхронизатора 1 соответственно на пятый и шестой входы анализатора 8. Параллельно эти же значения величин t_дн1i и t_дн2j; T_и1 и Т_и2; m и n поступают на соответствующие входы коммутатора 9.

В анализаторе 8 осуществляется анализ выполнения условия (7) при варьировании в синхронизаторе 1 значений величин m и n.

При выполнении условия (7) (фигура 2ж, совпадение на временной оси положений средних значений временных задержек t_{1 ср} и t_{2 ср} относительно соответственно k+1 излученного импульса в их первой пачке (фигура 2в) и p+2 излученного импульса в их второй пачке (фигура 2е), на выходе анализатора 8 (фигура 1) формируется разрешающий сигнал, который поступает на вход коммутатора 9 и с его выходов значения величин t_дн1i и t_дн2j; Т_и1 и Т_и2, а также фиксированных значений величин m_ф и n_ф (при которых было достигнуто выполнение условия (7), поступают на группу входов вычислителя 10 дальности, в котором по формуле (8) или (9) вычисляется однозначное значение дальности до метеорологического объекта.

Если условие (7) не выполняется, то на выходе анализатора 8 будет сформирован запрещающий сигнал и значения величин t_дн1i и t_дн2j; Т_и1 и Т_и2; m_ф и n_ф на вход вычислителя 10 дальности не поступают, и на его выходе значение дальности формироваться не будет.

Таким образом, применение предлагаемого способа позволит однозначно измерить дальность до протяженного метеорологического объекта.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Авиационные радиолокационные комплексы и системы: учебник для слушателей и курсантов ВУЗов ВВС / П.И. Дудник, Г.С. Кондратенков, Б.Г. Татарский, А.Р. Ильчук, А.А. Герасимов. Под ред. П.И. Дудника. - М.: Изд. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2006, с. 621-624, формулы (12.70), (12.71), (12.84)-(12.86) (аналог).

2. Авиационные радиолокационные комплексы и системы: учебник для слушателей и курсантов ВУЗов ВВС / П.И. Дудник, Г.С. Кондратенков, Б.Г. Татарский, А.Р. Ильчук, А.А. Герасимов. Под ред. П.И. Дудника. - М.: Изд. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2006, с. 613-616, формулы (12.59)-(12.65) (прототип).

Изобретение относится к способам обработки сигналов в радиолокационных станциях. Достигаемый технический результат - однозначное измерение дальности до метеорологического объекта (МО). Способ заключается в излучении первой последовательности импульсов с частотой повторения F_и1, в которой период повторения T_и1 в несколько раз меньше базового периода Т₀, выбираемого из условия однозначного измерения расстояний в пределах всего возможного диапазона дальностей до наблюдаемых МО, излучении в последующий интервал Т₀ второй последовательности импульсов с частотой повторения F_и2, причем F_и1=z₁F₀ и F_и2=z₂F₀, где F₀=1/Т₀; величины z₁ и z₂ некратные друг другу и не имеют общего делителя, определении совокупности наблюдаемых задержек t_дн1i, где ; I - общее количество наблюдаемых задержек отраженных от МО импульсов относительно каждого k-го, ; K - количество излученных импульсов в первой пачке, излученного импульса в их первой пачке, вычислении величины средней наблюдаемой задержки t_{1 ср} отраженных импульсов от МО относительно каждого излученного k-го импульса в их первой пачке, определении совокупности наблюдаемых задержек t_дн2j, где ; J - общее количество наблюдаемых задержек отраженных от МО импульсов относительно каждого p-го, ; P - количество излученных импульсов во второй пачке, излученного импульса в их второй пачке, вычислении величины средней наблюдаемой задержки отраженных импульсов от МО t_{2 ср} относительно каждого излученного p-го импульса в их второй пачке, сравнении временных задержек t_дц1=mT_и1+t_{1 cp} и t_дц2=nТ_и2+t_{2 ср}, где m и n - количество целых периодов Т_и1 и Т_и2, попадающих в пределы интервала истинной задержки t_дц, варьировании численных значений m и n до тех пор, пока не будет выполнено условие t_дц1=t_дц2 с фиксацией, при которых будет выполнено данное условие, и вычислении дальности до МО по формуле Д_ц=c(m_фТ_и1+t_{1 ср})/2 или Д_ц=с(n_фТ_и2+t_{2 ср})/2, где c - скорость света. 2 ил.

Способ однозначного измерения дальности до метеорологического объекта, заключающийся в излучении первой последовательности импульсов с частотой повторения F_и1, в которой период T_и1 между импульсами в несколько раз меньше базового периода T₀, выбираемого из условия однозначного измерения расстояний в пределах всего возможного диапазона дальностей до наблюдаемых метеорологических объектов, излучении в последующий интервал T₀ второй последовательности импульсов с частотой повторения F_и2, которая отличается от частоты F_и1 и не является ей кратной, причем F_и1=z₁F₀ и F_и2=z₂F₀, где F₀=1/T₀; величины z₁ и z₂ некратные друг другу и не имеют общего делителя, отличающийся тем, что определяют совокупность наблюдаемых задержек t_дн1i,
где ; I - общее количество наблюдаемых задержек отраженных от метеорологического объекта импульсов относительно каждого k-го, ; K - количество излученных импульсов в первой пачке, излученного импульса в их первой пачке, вычисляют величину средней наблюдаемой задержки t_{1 ср} отраженных импульсов от метеорологического объекта относительно каждого излученного k-го импульса в их первой пачке, определяют совокупность наблюдаемых задержек t_дн2j,
где ; J - общее количество наблюдаемых задержек отраженных от метеорологического объекта импульсов относительно каждого p-го, ; P - количество излученных импульсов во второй пачке, излученного импульса в их второй пачке, вычисляют величину средней наблюдаемой задержки отраженных импульсов от метеорологического объекта t_{2 ср} относительно каждого излученного p-го импульса в их второй пачке, сравнивают временные задержки t_дц1=mT_и1+t_{1 cp} и t_дц2=nT_и2+t_{2 ср}, где m и n - количество целых периодов соответственно T_и1=1/F_и1 и T_и2=1/F_и2, попадающих в пределы интервала истинной задержки t_дц, варьируют численные значения величин m и n до тех пор, пока не будет выполнено условие

фиксируют значения величин m_ф и n_ф, при которых будет выполнено условие (1), вычисляют дальность до метеорологического объекта по формуле

или

где с - скорость света.