Способ повышения точности определения угла пеленга цели Российский патент 2019 года по МПК G01S7/40 

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в системах амплитудной суммарно-разностной моноимпульсной радиолокации.

Из уровня техники известны различные способы повышения точности определения угла пеленга цели.

Одним из способов является уменьшение систематической составляющей инструментальной погрешности определения угла пеленга путем повышения требований к точности изготовления и стабильности характеристик каналов прохождения «суммарного» и «разностного» сигналов, используемых для пеленгации цели, например, в амплитудной суммарно-разностной системе моноимпульсной радиолокации (А.И. Леонов, К.И. Фомичев, Моноимпульсная радиолокация, М, Радио и связь, 1984, стр. 173, 175-176).

Необходимость повышения точности изготовления и стабильности характеристик каналов прохождения сигналов приводит к существенному усложнению аппаратуры системы, ее удорожанию и снижению надежности работы.

Известен также способ повышения точности определения угла пеленга, примененный в антенной системе (патент US 7,911,376 В2). Увеличение точности достигается за счет поддержания характеристик антенны путем ее калибровки в эксплуатации с использованием определенных при изготовлении и сохраненных в ней характеристик.

К недостаткам данного способа можно отнести то, что он позволяет поддерживать характеристики антенны в эксплуатации, но не позволяет поддерживать характеристики всей системы моноимпульсной радиолокации, в которой используется антенна.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ уменьшения систематической составляющей инструментальной погрешности определения угла пеленга путем повышения требований к точности изготовления и стабильности характеристик каналов прохождения «суммарного» и «разностного» сигналов, используемый в системе амплитудной суммарно-разностной моноимпульсной радиолокации (А.И. Леонов, К.И. Фомичев, Моноимпульсная радиолокация, М, Радио и связь, 1984, стр. 69-71), который выбран в качестве прототипа. В данном способе требования к составным частям системы устанавливаются исходя из требуемой точности значения угла пеленга цели. Установление и соблюдение указанных требований приводит к уменьшению систематической составляющей инструментальной погрешности при определении угла пеленга цели. Например, для системы амплитудной суммарно-разностной моноимпульсной радиолокации (далее по тексту - системы), имеющей в своем составе вычислительное устройство, антенну с «суммарным» и «разностным» выходными сигналами, и приемные каналы «суммарного» и «разностного» сигналов, имеющие каждый в своем составе тракт передачи сигнала, соответствующий канал приемного устройства и измеритель уровня сигнала, угол пеленга определяется путем косвенных измерений, при которых прямыми измерениями определяются уровни «разностного» и «суммарного» сигналов на выходах измерителей уровня. Измеренные уровни затем используются вычислителем для определения отношения уровней, по которому, в свою очередь, вычислитель определяет угол пеленга. Так как ошибка определения угла пеленга зависит от отношения коэффициентов передачи приемных трактов, которые, в свою очередь, зависят от коэффициентов передачи их составных частей, ошибка определения угла пеленга будет определяться погрешностями коэффициентов передачи составных частей приемных трактов и иметь характер систематической составляющей инструментальной погрешности.

При отличии отношения коэффициентов передачи приемных каналов от единицы, угол пеленга будет определяться с ошибкой, зависящей от того, на какую величину отношение коэффициентов передачи приемных каналов будет отличаться от единицы.

Недостатком указанного способа является то, что коэффициенты передачи уровней «суммарного» и «разностного» сигналов от соответствующих выходов антенны до соответствующих выходов приемного устройства зависят от многих факторов, которые изменяются и в процессе производства системы, и в процессе ее эксплуатации. Коэффициенты передачи кабельных трактов между антенной и приемным устройством зависят от длины кабелей и эксплуатационных характеристик материалов, из которых изготовлены кабели, от соединителей, имеющихся на выходах антенны и на входах приемного устройства. Кроме этого, характеристики «суммарного» и «разностного» каналов приемного устройства также не являются строго идентичными и неизменными в процессе эксплуатации. Указанные недостатки приводят к тому, что измеренные значения на выходах измерителей уровня «суммарного» («разностного») сигналов зависят как от угла пеленга цели, так и отклонений от номинальных значений коэффициентов передачи составных частей трактов прохождения «суммарного» и «разностного» сигналов от выходов «суммарного» и «разностного» сигналов антенны до входов измерителей уровней этих сигналов. Указанные отклонения приводят к дополнительным инструментальным погрешностям при определении угла пеленга цели.

Техническая проблема, решаемая заявляемым способом, заключается в повышенных требованиях к точности изготовления и необходимости обеспечения равенства и неизменности во времени технических характеристик составных частей системы, влияющих на точность определения угла пеленга цели.

Технический результат способа повышения точности определения угла пеленга цели заключается в уменьшении ошибок при определении угла пеленга цели и снижении требований к точности изготовления и стабильности характеристик каналов прохождения «суммарного» и «разностного» сигналов.

Технический результат достигается тем, что способ повышения точности определения угла пеленга цели в системе амплитудной суммарно-разностной моноимпульсной радиолокации включает определение уровней сигналов от цели на выходах «суммарного» и «разностного» приемных каналов и отношения указанных уровней. При этом он отличается от прототипа тем, что дополнительно используют тестовый сигнал, поступающий на дополнительный вход антенны. Причем в процессе изготовления системы амплитудной суммарно-разностной моноимпульсной радиолокации (системы) определяют и сохраняют в антенне значение отношения коэффициентов передачи каналов прохождения тестового сигнала от дополнительного тестового входа антенны до ее «суммарного» и «разностного» выходов. В процессе эксплуатации системы подают сигнал на тестовый вход антенны и определяют отношение значений уровней тестового сигнала на выходах «разностного» и «суммарного» приемных каналов. Корректируют значение отношения уровней сигнала от цели на выходах «суммарного» и «разностного» приемных каналов системы путем умножения указанного отношения уровней на произведение сохраненного в антенне значения отношения коэффициентов передачи каналов прохождения тестового сигнала на значение отношения уровней тестового сигнала на выходах «разностного» и «суммарного» приемных каналов системы, определенного в процессе эксплуатации системы. Определяют угол пеленга цели, используя откорректированное значение отношения уровней сигналов от цели на выходах «суммарного» и «разностного» приемных каналов системы и зависимость отношения уровней сигналов на «суммарном» и «разностном» выходах антенны от угла пеленга цели, определяемую конструкцией антенны.

Предлагаемый способ повышения точности определения угла пеленга цели основан на том, что на «суммарный» и «разностный» выходы антенны подается тестовый сигнал с известным, определенным при изготовлении антенны, соотношением своих уровней на выходах антенны, затем уровни тестового сигнала определяются измерителями уровня и подаются на вычислительное устройство. Определение уровней тестового сигнала на выходах измерителей уровня и заведомо известное значение отношения уровней тестового сигнала на выходах антенны позволяют с помощью вычислительного устройства определить действительное (с учетом систематических погрешностей коэффициентов передачи составных частей приемных каналов) отношение коэффициентов передачи приемных каналов от выходов антенны до выходов измерителей уровней. Определение действительного значения отношения коэффициентов передачи может быть проведено в любое время, в том числе непосредственно перед определением (или после определения) уровней сигналов от цели при пеленгации цели. Определенное вычислительным устройством действительное отношение коэффициентов передачи приемных каналов используется затем для определения угла пеленга цели по известной зависимости угла пеленга цели от отношения уровней «суммарного» и «разностного» сигналов от цели на выходах антенны, при этом способ включает следующие этапы:

- при производстве системы определяют и сохраняют в антенне значение отношения уровней тестового сигнала на «суммарном» и «разностном» выходах антенны:

- при пеленгации цели определяют уровни сигналов от цели и на выходах измерителей уровня «суммарного» и «разностного» приемных каналов;

- на «суммарный» и «разностный» выходы антенны на время, определяемое техническими характеристиками измерителей уровня «суммарного» и «разностного» сигналов, подают тестовый сигнал, и его уровни и определяют на выходах измерителей уровня «суммарного» и «разностного» приемных каналов;

- из антенны извлекают значение отношения уровней тестового сигнала на «суммарном» и «разностном» выходах антенны K_{TST_REF};

- определяют значение отношения уровней «суммарного» и «разностного» сигналов на выходах системы по значениям уровней сигналов от цели на выходах измерителей уровня и с учетом действительного значения отношения коэффициентов передачи сигналов от выходов антенны до выходов измерителей уровней по формуле:

- вычисляют значение функции, связывающей отношение уровней «суммарного» и «разностного» сигналов на выходах антенны и угол пеленга, при этом аргументом функции является определенное с учетом действительного значения отношения коэффициентов передачи сигналов значение отношения уровней «суммарного» и «разностного» сигналов на выходах антенны

Вычисленное значение является искомым углом пеленга.

Требуемая периодичность подачи тестового сигнала и определения его уровней на выходах измерителей уровней «суммарного» и «разностного» приемных каналов и устанавливаются исходя из стабильности во времени коэффициентов затухания трактов передачи «суммарного» и «разностного» сигналов от антенны к приемному устройству, коэффициентов передачи приемных каналов «суммарного» и «разностного» сигналов приемного устройства, и коэффициентов передачи измерителей уровней «суммарного» и «разностного» сигналов на выходах приемного устройства.

Определение действительного значения отношения уровней «суммарного» и «разностного» сигналов на выходах антенны , необходимое для наиболее точного определения угла пеленга цели, производится следующим образом.

Значения уровней сигнала от цели на выходах измерителей уровня «суммарного» («разностного») сигнала с учетом уровня сигнала от цели на «суммарном» («разностном») выходах антенны , коэффициента передачи тракта сигнала от выхода антенны до входа приемного устройства , коэффициента передачи канала «суммарного» («разностного») сигнала приемного устройства от входа приемного устройства до входа измерителя уровня и коэффициента передачи измерителя уровня «суммарного» («разностного») сигнала определяются выражениями:

Отношение уровней «суммарного» и «разностного» сигналов на выходах антенны , значение которого определяет угол пеленга цели, определяют на основе предыдущих выражений:

Отношение произведений коэффициентов передачи определяют по уровням тестового сигнала на выходах измерителей уровня «суммарного» («разностного») сигнала .

Значения тестового сигнала на выходах измерителей уровня «суммарного» («разностного») сигнала определяются уровнем тестового сигнала на выходе генератора тестового сигнала U_TST, коэффициентами передачи тестового сигнала от генератора тестового сигнала до «суммарного» («разностного») выхода антенны , коэффициентами передачи тракта сигнала от выхода антенны до входа приемного устройства , коэффициентами передачи канала «суммарного» («разностного») сигнала приемного устройства , и коэффициентами передачи измерителя уровня «суммарного» («разностного») сигнала следующим образом:

выражение для отношения произведений коэффициентов передачи определяют преобразованием предыдущих выражений:

После подстановки выражения для отношения произведений коэффициентов передачи в выражение для отношения уровней «суммарного» и «разностного» сигналов на выходах антенны получается (с учетом того, что значение указанного отношения остается неизменным за время от его определения по значениям тестового сигнала до определения значений сигнала от цели :

Анализ полученного выражения показывает, что после определения значений сигнала от цели на выходах «суммарного» и «разностного» приемных каналов и , определения значений тестового сигнала на выходах «суммарного» и «разностного» приемных каналов при подаче тестового сигнала на тестовый вход антенны и , и извлечения из антенны значения K_{TST_REF}, имеется возможность определения отношения уровней сигналов на выходах антенны , при этом величина полученного отношения не будет зависеть от коэффициентов передачи трактов передачи сигналов от выходов антенны до выходов измерителей уровней «суммарного» и «разностного» сигналов, и, соответственно, от погрешностей и изменений коэффициентов передачи трактов передачи сигналов от выходов антенны до выходов измерителей уровней «суммарного» и «разностного» сигналов.

Угол пеленга определяется по зависимости угла пеленга от отношения уровней сигналов от цели на «суммарном» и «разностном» выходах системы:

где

F - функция, описывающая зависимость угла пеленга цели от отношения уровней сигналов от цели на «суммарном» и «разностном» выходах антенны.

Предлагаемый способ позволяет снизить требования к точности изготовления и стабильности характеристик каналов прохождения «суммарного» и «разностного» сигналов, повысить точность определения угла пеленга цели, так как ошибки, появляющиеся из-за наличия погрешностей коэффициентов передачи приемных каналов, уменьшаются вследствие использования действительного значения отношения коэффициентов передачи приемных каналов, вычисляемого на основе значения отношения уровней тестового сигнала на входах приемных каналов и значений уровней тестового сигнала на выходах приемных каналов.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в системах амплитудной суммарно-разностной моноимпульсной радиолокации. Технический результат - уменьшение ошибок при определении угла пеленга цели и снижение требований к точности изготовления и стабильности характеристик каналов прохождения «суммарного» и «разностного» сигналов. Указанный результат достигается тем, что способ повышения точности определения угла пеленга цели в системе амплитудной суммарно-разностной моноимпульсной радиолокации включает определение уровней сигналов от цели на выходах «суммарного» и «разностного» приемных каналов и отношение указанных уровней, при этом дополнительно используют тестовый сигнал, поступающий на дополнительный вход антенны. Причем в процессе изготовления системы определяют и сохраняют в антенне значение отношения коэффициентов передачи каналов прохождения тестового сигнала от дополнительного входа антенны до ее «суммарного» и «разностного» выходов. В процессе эксплуатации системы подают сигнал на тестовый вход антенны и определяют отношение значений уровней тестового сигнала на выходах «разностного» и «суммарного» приемных каналов. Корректируют значение отношения уровней сигнала от цели на выходах «суммарного» и «разностного» приемных каналов системы путем умножения указанного отношения уровней на произведение сохраненного в антенне значения отношения коэффициентов передачи каналов прохождения тестового сигнала на значение отношения уровней тестового сигнала на выходах «разностного» и «суммарного» приемных каналов системы, определенного в процессе эксплуатации системы. Определяют угол пеленга цели, используя откорректированное значение отношения уровней от цели на выходах «суммарного» и «разностного» приемных каналов системы.

Способ повышения точности определения угла пеленга цели в системе амплитудной суммарно-разностной моноимпульсной радиолокации (системе), включающий определение уровней сигналов от цели на выходах «суммарного» и «разностного» приемных каналов и отношения указанных уровней, отличающийся тем, что дополнительно используют тестовый сигнал, поступающий на дополнительный вход антенны, при этом в процессе изготовления системы определяют и сохраняют в антенне значение отношения коэффициентов передачи каналов прохождения тестового сигнала от дополнительного входа антенны до ее «суммарного» и «разностного» выходов, в процессе эксплуатации системы подают сигнал на тестовый вход антенны и определяют отношение значений уровней тестового сигнала на выходах «разностного» и «суммарного» приемных каналов, корректируют значение отношения уровней сигнала от цели на выходах «суммарного» и «разностного» приемных каналов системы путем умножения указанного отношения уровней на произведение сохраненного в антенне значения отношения коэффициентов передачи каналов прохождения тестового сигнала на значение отношения уровней тестового сигнала на выходах «разностного» и «суммарного» приемных каналов системы, определенного в процессе эксплуатации системы, определяют угол пеленга цели, используя откорректированное значение отношения уровней от цели на выходах «суммарного» и «разностного» приемных каналов системы.