Способ определения координат наземной цели радиолокационной системой, состоящей из двух многолучевых радиопередатчиков и приемника Российский патент 2020 года по МПК G01S5/14 G01S7/42 G01S13/48 G01S13/72 

Изобретение относится к области радиотехники, и может быть использовано для расчета двумерных координат наземной цели дальномерным методом радиолокационной системой (РЛС), состоящей из двух многолучевых радиопередатчиков с известными координатами, излучающих кодированные радиолокационные сигналы в заданных направлениях, и радиоприемника с известными координатами, принимающего сигналы, отраженные от наземной цели. Достигаемый технический результат: отсутствие необходимости измерения пеленгов от радиопередатчиков до цели и сокращение зоны поиска цели.

В радиолокации весьма обширный и важный класс лоцируемых объектов составляют источники радиоизлучений, наблюдение за которыми осуществляется приемниками, принимающими излучаемые радиосигналы. Широкое применение на практике нашли системы, базирующиеся на пеленгационных методах [1]. Одной из задач, решаемых при радиолокационном наблюдении, является задача измерения пеленгов источников излучений [2].

Известны также способы многопозиционной радиолокации [3, 4]. Однако эти способы не предназначены для определения координат наземных целей.

Способ расчета двумерных координат наземной цели дальномерным методом с использованием двух радиопередатчиков и приемника с известными координатами, расположенными на равнинной местности, из всех доступных источников открытой публикации не найден.

Целью изобретения является уменьшение области поиска возможных координат наземной цели радиолокационной системой, содержащей два многолучевых радиопередатчика и приемник сигналов, отраженных от цели, за счет использования информации о номерах многолучевых радиопередатчиков и номерах их лучей, сигналы которых обеспечивают подсвет цели и измерение расстояний «многолучевые радиопередатчики - наземная цель - приемник».

Технический результат достигается тем, что способ определения координат наземной цели радиолокационной системой, состоящей из двух многолучевых радиопередатчиков и приемника, осуществляет:

- излучение в направлениях ϕ_1.n, (n=1, 2, …, N) первым радиопередатчиком с известными координатами х_1, y₁ и в направлениях ϕ_2.m, (m=1, 2, …, М) вторым радиопередатчиком с известными координатами х₂, у₂ кодированных радиолокационных сигналов со своим кодом для каждого направления, которые рассеиваются наземной целью с искомыми координатами х, у и принимаются приемником с известными координатами х_п, у_п, синхронизированным с радиопередатчиками, и измеряются расстояния R_k «k-й радиопередатчик - наземная цель -приемник» (k=1, 2);

- определение направлений ϕ_1.n и ϕ_2.m «радиопередатчики - наземная цель» по кодам радиолокационных сигналов, рассеянных целью и принятых приемником;

- оценку границы области поиска координат х, у наземной цели с использованием координат многолучевых радиопередатчиков x₁, y₁, x₂, y₂ и направлений ϕ_1.n, ϕ_2.m лучей;

- определение координат х, у наземной цели путем перебора координат х и у последовательно задаваемых значений точки в области поиска и проверки гипотезы о нахождении наземной цели в этой точке, критерием рабочей гипотезы является минимум разности между измеренными расстояниями R_k и расстояниями «k-й радиопередатчик - гипотетическая наземная цель - приемник», координаты и гипотетической наземной цели, соответствующие минимуму этого критерия, являются искомыми координатами х, у наземной цели.

На Фиг. 1 приведена схема радиолокационной системы, на Фиг. 2 показана область поиска местоположения наземной цели, на Фиг. 3 приведены результаты оценки координат наземной цели по критерию минимума.

Радиолокационная система состоит из двух многолучевых передатчиков 1 и 2 с координатами x₁, y₁, и x₂, y₂, и приемник 4 с координатами х_п, у_п,

Многолучевые радиопередатчики 1 и 2 излучают кодированные радиолокационные сигналы в направлениях ϕ_1.n, (n=1, 2, …, N) и направлениях ϕ_2.m, (m=1, 2, …, М), сформированных лучами 1.n (n=1, 2, …, N) и 2.m, (m=1, 2, …, М) диаграмм направленности антенных решеток. При этом каждому лучу 1.n и 2.m соответствует свой индивидуальный код, обеспечивающий возможность его идентификации в приемнике 4 и возможность определения в приемнике 4 направления «радиопередатчик - наземная цель» по коду сигнала передатчика 1 или 2, отраженного от наземной цели 3.

Приемник 4 принимает сигналы передатчиков 1 и 2, рассеянные наземной целью 3, которая находится в зоне действия радиолокационной системы.

Приемник 4 получает кодированные радиолокационные сигналы, сформированные лучами 1.n и 2.m передатчиков 1 и 2 и рассеянные наземной целью 3, и осуществляет следующие действия.

Зная координаты х_1, y₁ и х₂, у₂ радиопередатчиков 1 и 2, направления лучей ϕ_1.n и ϕ_2.m, соответствующие кодированным радиолокационным сигналам, сформированных лучами 1.n и 2.m, а также ширину лучей Δϕ, определяется область поиска местоположения наземной цели 3 (Фиг. 2). Она ограничена четырехугольником, определяемым пересечением лучей, с координатами углов (x₀₁,y₀₁), (х₀₂,y₀₂), (х₀₃, y₀₃) и (x₀₄,y₀₄).

Определение координат угла (x₀₁,y₀₁) осуществляется из системы уравнений

Решение этой системы имеет вид

Аналогично определяются координаты углов (х₀₂,y₀₂), (х₀₃, y₀₃) и (x₀₄,y₀₄). Они равны

С использованием координат углов, ограничивающих область поиска, формируются границы области поиска координат наземной цели 3: по горизонтали от x₀₁ до x₀₂, по вертикали от y₀₃ до y₀₄.

В сформированной области поиска последовательно с некоторым шагом h задаются координаты гипотетической точки, и проверяется гипотеза о нахождении наземной цели 3 в этой точке.

Для этого рассчитываются расстояния «радиопередатчики-гипотетическая цель-приемник»

Оценивается критерий

Координаты и соответствующие минимуму критерия ΔR, являются искомыми координатами наземной цели 3.

В подтверждение работоспособности предложенного способа приведем пример оценки координат наземной цели 3 с использованием двух многолучевых радиопередатчиков 1 и 2 и одного приемника 4.

Исходные данные, необходимые для контроля расчета:

Координаты наземной цели 3: х=10000м; у=7000м.

Исходные данные для расчета:

Координаты многолучевых радиопередатчиков 1 и 2:

x₁=8000м, у₁=4000м,

х₂=15000м, у₂=3000м.

Координаты приемника 4:

х_п=12000м, у_п=2000м.

Направления, соответствующие кодам принятых приемником 4 радиолокационных сигналов, сформированных лучами 1.n и 2.m и рассеянных наземной целью 3:

ϕ_1.3=45°, ϕ_2.3=45°.

Ширина лучей Δϕ=30°.

Измеренные расстояния «многолучевые радиопередатчики наземная цель - приемник»: R1=8991м, R2=11788м.

Результаты расчета

Оценка координат углов области поиска местоположения наземной цели 3:

(x₀₁,y₀₁)=(9317м, 6281м), (х₀₂,у₀₂)=(12817м, 6781м),

(х₀₃,y₀₃)=(10634 м, 5521м), (х₀₄,y₀₄)=1211м, 9562м).

Формирование области поиска: по горизонтали от 9317м до 12817м; по вертикали от 5521м до 9562м.

с шагом поиска по осям координат, равным h=20м.

Минимальное значение критерия ΔR равно 0,801.

Рассчитанные координаты наземной цели 3 практически совпадают с исходными координатами.

Таким образом, предлагаемый способ с использованием двух многолучевых радиопередатчиков 1, 2 и приемника 4 позволяет достаточно точно определить координаты наземной цели 3. Наличие многолучевых радиопередатчиков 1 и 2, излучающих кодированные сигналы с индивидуальным кодом по каждому лучу 1.n и 2.m, исключает необходимость измерения пеленга наземной цели 3 и обеспечивает возможность уменьшить область поиска возможных координат наземной цели 3.

Литература

1 Черняк B.C. Многопозиционная радиолокация. - М.: Радио и связь, 1993, стр. 73-74, 392-396].

2 Радиоэлектронные системы: Основы построения и теория. Справочник. / Ширман Я.Д., Лосев Ю.И., Минервин Н.Н. и др. / Под ред. проф. Я.Д. Ширмана. - М.: ЗАО "Маквис", 1998, стр. 608].

3. Зайцев Д.В. Многопозиционные радиолокационные системы. М.: «Радиотехника», 2007, 96 с.

4. Патент №2332684 РФ, МПК G01S 10/00. Способ многопозиционной радиолокации и устройство для его осуществления / А.Л. Куликов (РФ); Куликов Александр Леонидович (РФ). - №2007102750; Заявлен 24.01.2007; Опубл. 27.08.2008, Бюл. 24. - 5 с.: 1 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для расчета двумерных координат наземной цели дальномерным методом радиолокационной системой (РЛС), состоящей из двух многолучевых радиопередатчиков с известными координатами, излучающих кодированные радиолокационные сигналы в заданных направлениях, и радиоприемника с известными координатами, принимающего сигналы, отраженные от наземной цели. Достигаемый технический результат: отсутствие необходимости измерения пеленгов от радиопередатчиков до цели и сокращение зоны поиска цели. Уменьшение области поиска возможных координат наземной цели достигается в радиолокационной системе, содержащей два многолучевых радиопередатчика и приемник сигналов, отраженных от цели, за счет использования информации о номерах многолучевых радиопередатчиков и номерах их лучей, сигналы которых обеспечивают подсвет цели и измерение расстояний «многолучевые радиопередатчики - наземная цель - приемник». В способе определения координат наземной цели радиолокационной системой, состоящей из двух многолучевых радиопередатчиков и приемника, осуществляют излучение в направлениях ϕ_1.n первым радиопередатчиком с координатами х_1, y₁ и в направлениях ϕ_2.m вторым радиопередатчиком с координатами х₂, у₂ кодированных радиолокационных сигналов со своим кодом для каждого направления, которые рассеиваются наземной целью с искомыми координатами х, у и принимаются приемником с известными координатами х_п, у_п, синхронизированным с радиопередатчиками. Измеряют расстояния R_k «k-й радиопередатчик - наземная цель - приемник» (k=1, 2). Определяют направления ϕ_1.n и ϕ_2.m «радиопередатчики - наземная цель» по кодам радиолокационных сигналов, рассеянных целью и принятых приемником. Оценивают границы области поиска координат х, у наземной цели с использованием координат многолучевых радиопередатчиков x₁, y₁, x₂, y₂ и направлений ϕ_1.n, ϕ_2.m лучей. Определяют координаты х, у наземной цели путем перебора координат х и у в области поиска и проверки гипотезы о нахождении наземной цели в этой точке, критерием рабочей гипотезы является минимум разности между измеренными расстояниями R_k и расстояниями «k-й радиопередатчик - гипотетическая наземная цель - приемник». 3 ил.

Способ определения координат наземной цели радиолокационной системой, состоящей из двух многолучевых радиопередатчиков и приемника, осуществляющий:

- излучение в направлениях ϕ_1.n, (n=1, 2, …, N) первым радиопередатчиком с известными координатами х_1, y₁ и в направлениях ϕ_2.m, (m=1, 2, …, М) вторым радиопередатчиком с известными координатами х₂, у₂ кодированных радиолокационных сигналов со своим кодом для каждого направления, которые рассеиваются наземной целью с искомыми координатами х, у и принимаются приемником с известными координатами х_п, у_п, синхронизированным с радиопередатчиками, и измеряются расстояния R_k «k-й радиопередатчик - наземная цель - приемник» (k=1, 2);

- определение направлений ϕ_1.n и ϕ_2.m «радиопередатчики - наземная цель» по кодам радиолокационных сигналов, рассеянных целью и принятых приемником;

- определение координат х, у наземной цели путем перебора координат х и у последовательно задаваемых значений точки в области поиска и проверки гипотезы о нахождении наземной цели в этой точке, критерием рабочей гипотезы является минимум разности между измеренными расстояниями R_k и расстояниями «k-й радиопередатчик - гипотетическая наземная цель - приемник»,

отличающийся тем, что область поиска координат цели ограничивается четырехугольником, координаты углов которого x₀₁,y₀₁, х₀₂,y₀₂, х₀₃,y₀₃ и x₀₄,y₀₄ оцениваются с использованием координат x₁, y₁, x₂, y₂ многолучевых радиопередатчиков, определенных направлений ϕ_1.n, ϕ_2.m и ширины лучей диаграмм направленности антенн передатчиков: