Способ определения координат наземной цели радиолокационной системой, состоящей из приемника-пеленгатора и многолучевого передатчика Российский патент 2021 года по МПК G01S5/14 G01S7/42 G01S13/48 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для измерения двумерных координат наземной цели угломерно-дальномерным методом радиолокационной системой, состоящей из многолучевого передатчика с известными координатами, излучающего кодированные радиолокационные сигналы в заданных направлениях, и приемника-пеленгатора с известными координатами, принимающего сигналы, отраженные от наземной цели, определяющего направление на наземную цель и измеряющего расстояние приемник-пеленгатор - наземная цель - передатчик.

В радиолокации весьма обширный и важный класс лоцируемых объектов составляют источники радиоизлучений, наблюдение за которыми осуществляется пеленгаторами, 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].

Известен способ определения координат наземной цели радиолокационной системой, состоящей из двух многолучевых радиопередатчиков и приемника [3]. Недостатком этого способа является то, что зона поиска координат наземной цели (область неопределенности) достаточно велика и ограничивается четырехугольником, определяемым пересечением лучей диаграмм направленности антенн двух многолучевых передатчиков, в пределах которых находится наземная цель. При этом поиск оценок координат наземной цели осуществляется путем последовательной проверки гипотез о нахождении наземной цели в точках, задаваемых с некоторым шагом в пределах всей области неопределенности, а количество проверяемых гипотез определяется размером зоны неопределенности и величиной шага перебора проверяемых точек.

Целью изобретения является сокращение количества проверяемых гипотез за счет сокращения области неопределенности при поиске оценок координат наземной цели.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом изобретении измерение координат наземной цели осуществляется радиолокационной системой, содержащей один многолучевой передатчик и приемник-пеленгатор сигналов, отраженных от наземной цели, за счет использования информации о номере луча передатчика, сигнал которого обеспечивает подсвет наземной цели, измерения приемником-пеленгатором направления на наземную цель и расстояния приемник-пеленгатор - наземная цель - передатчик. При этом область неопределенности при поиске оценок координат наземной цели ограничивается отрезком прямой, определяемым пересечением границ луча передатчика, в пределах которого находится наземная цель, с линией пеленга наземной цели, измеренного приемником-пеленгатором.

Способ определения координат наземной цели радиолокационной системой, состоящей из приемника-пеленгатора и многолучевого передатчика заключается в следующем:

- передатчик с известными координатами х₁, y₁ осуществляет излучение в направлениях ϕ_n, (n=1, 2, …, N) кодированных радиолокационных сигналов со своим кодом для каждого направления, которые рассеиваются наземной целью с искомыми координатами х, у и принимаются приемником-пеленгатором с известными координатами х_п, у_п, синхронизированным с передатчиком;

- приемник-пеленгатор измеряет расстояние R передатчик - наземная цель - приемник-пеленгатор, определяет направление ϕ_n передатчик - наземная цель по коду радиолокационного сигнала, рассеянного наземной целью и принятому приемником-пеленгатором, измеряет направление пеленга ϕ_ц на наземную цель;

- с использованием известных координат х₁, y₁ многолучевого передатчика, известных координат х_п, у_п приемника-пеленгатора, измеренного направления ϕ_n луча передатчика и измеренного направления пеленга ϕ_ц на наземную цель осуществляется оценка границ области поиска координат х, у наземной цели;

- определение координат х, у наземной цели осуществляется путем последовательного перебора координат точек в области поиска и проверки гипотез о нахождении наземной цели в этих точках, критерием рабочей гипотезы является минимум разности между измеренным расстоянием R и расстоянием передатчик - гипотетическая наземная цель - приемник-пеленгатор, 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 численного моделирования предложенного способа в виде графика зависимости критериального параметра ΔR_m от номера шага поиска m.

Радиолокационная система состоит из многолучевого передатчика 1 с известными координатами х₁, у₁, и приемника-пеленгатора 2 с известными координатами х_п, у_п.

Многолучевой передатчик 1 излучает кодированные радиолокационные сигналы в направлениях ϕ_n (n=1, 2, …, N), сформированных лучами диаграммы направленности антенны.

При этом каждому лучу соответствует свой индивидуальный код, обеспечивающий возможность его идентификации в приемнике-пеленгаторе 2 и возможность определения приемником-пеленгатором направления передатчик - наземная цель по коду сигнала передатчика 1, отраженного от наземной цели 3.

Принимая сигнал, отраженный от наземной цели 3, приемник-пеленгатор 2 измеряет направление пеленга ϕ_ц на наземную цель.

С использованием информации о координатах х₁, y₁ передатчика 1, координатах пеленгатора х_п, у_п, направлении пеленга на наземную цель ϕ_ц, направлении луча передатчик - наземная цель ϕ_n, а также о ширине луча Δϕ передатчика 1, определяется область поиска местоположения наземной цели 3 (Фиг. 2).

Она ограничена отрезком прямой линии с координатами x₀₁, y₀₁ и x₀₂, y₀₂, определяемыми пересечением границ луча ϕ_n с направлением пеленга на наземную цель ϕ_ц.

Определение координат x₀₁, y₀₁ осуществляется в результате решения системы уравнений

В матричном виде эта система может быть записана

Решение этой системы имеет вид

Аналогично определяются координаты х₀₂, y₀₂

С использованием координат x₀₁, y₀₁ и х₀₂, y₀₂, формируются границы области поиска координат наземной цели 3.

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

Для этого для каждой гипотетической точки рассчитывается расстояние передатчик - гипотетическая наземная цель - приемник-пеленгатор

и определяется значение критериального параметра, представляющего собой модуль разности измеренного расстояния передатчик - наземная цель - приемник-пеленгатор и гипотетического расстояния передатчик - гипотетическая наземная цель - приемник-пеленгатор

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

В подтверждение работоспособности предложенного способа приведен пример оценки координат наземной цели 3 с использованием многолучевого передатчика 1 и приемника-пеленгатора 2.

Исходные данные, необходимые для контроля расчета:

Координаты наземной цели 3: х=14000 м; у=10000 м.

Исходные данные для расчета:

Координаты многолучевого передатчика 1: x₁=8000 м, y₁=4000 м.

Координаты приемника-пеленгатора 2: х_п=18000 м, у_п=6000 м.

Направление пеленга на наземную цель: ϕ_ц=45°.

Направление луча передатчик - наземная цель: ϕ₁=45°.

Ширина луча передатчика: Δϕ=30°.

Измеренное расстояние передатчик - наземная цель - приемник-пеленгатор: R=14135 м.

Результаты расчета

Результаты оценки координат точек пересечения луча ϕ₁ и направления пеленга на наземную цель 3 ϕ_ц:

(х₀₁,y₀₁)=(12385 м, 11595 м), (х₀₂,y₀₂)=(15602 м, 8389 м).

Количество шагов поиска оценок координат наземной цели 3 в пределах полученной области неопределенности (отрезка прямой между точками (х₀₁,у₀₁) и (х₀₂,y₀₂)) было задано М=200.

Шаг поиска составил (dx,dy)=[(x₀₂,y₀₂)-(x₀₁,y₀₁)]/M≈(16 м, -16 м).

В цикле от m=1 до М на каждом m-ом шаге рассчитывалось гипотетическое расстояние

где m - номер шага поиска, и значение критериального параметра

На Фиг. 3 приведен график зависимости критериального параметра ΔR_m от номера шага поиска m.

Проведенные расчеты показали, что для заданных исходных данных минимум критериального параметра ΔR_m достигается при m=100. При этом рассчитанные координаты цели равны что практически совпадает с исходными координатами. Абсолютные погрешности определения координат составили значение

Определение координат наземной цели 3 при тех же условиях с теми же значениями шага поиска по координатам х и у с использованием известного способа радиолокационной системой, состоящей из двух многолучевых радиопередатчиков и приемника [5], потребовало бы М=200*200=40000 шагов поиска оценок координат наземной цели.

Таким образом, предлагаемый способ с использованием многолучевого передатчика и приемника-пеленгатора позволяет сократить количество проверяемых гипотез при поиске оценок координат наземной цели за счет сокращения области неопределенности. При этом для его реализации, в отличии от известного способа, требуется только один многолучевой передатчик.

Источники информации

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. Патент №2722224 РФ, МПК G01S 5/14. Способ определения координат наземной цели радиолокационной системой, состоящей из двух многолучевых радиопередатчиков и приемника / А.В. Журавлев (RU), В.В. Кирюшкин (RU), Е.М. Красов (RU), В.Г. Маркин (RU), В.А. Шуваев (RU); Акционерное общество научно-внедренческое предприятие «ПРОТЕК» (RU). - №2019135370; Заявл. 05.11.2019; Опубл. 28.05.2020, Бюл. №16, 11 с.: 3 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для измерения двумерных координат наземной цели угломерно-дальномерным методом радиолокационной системой, состоящей из многолучевого передатчика с известными координатами, излучающего кодированные радиолокационные сигналы в заданных направлениях, и приемника-пеленгатора с известными координатами, принимающего сигналы, отраженные от наземной цели, определяющего направление на наземную цель и измеряющего расстояние пеленгатор - наземная цель - передатчик. Техническим результатом изобретения является сокращение количества проверяемых гипотез за счет сокращения области неопределенности при поиске оценок координат наземной цели. В заявленном способе радиолокационной системой, состоящей из приемника-пеленгатора и многолучевого передатчика, осуществляют излучение в направлениях ϕ_n, (n=1, 2, …, N) передатчиком с известными координатами х₁, y₁ 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 передатчиком. Измеряют расстояние R передатчик - наземная цель - приемник, определяют направления ϕ_n передатчик - наземная цель по коду радиолокационного сигнала, и затем определяют границы области поиска координат х, у наземной цели. Область поиска ограничивается отрезком прямой, определяемой пересечением границ луча ϕ_n с линией пеленга на наземную цель ϕ_ц. Координаты х, у наземной цели определяют путем проверки гипотез о нахождении наземной цели в каждой из точек в области поиска, при этом критерием рабочей гипотезы является минимум разности между измеренным расстоянием R и расстоянием передатчик - гипотетическая наземная цель - приемник. 3 ил.

Способ определения координат наземной цели радиолокационной системой, состоящей из приемника-пеленгатора и многолучевого передатчика, осуществляющий:

- излучение в направлениях ϕ_n, (n=1, 2, …, N) передатчиком с известными координатами х₁, y₁ 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 передатчиком, и измеряется расстояние R передатчик - наземная цель - приемник;

- определение направления ϕ_n передатчик - наземная цель по коду радиолокационного сигнала, рассеянного целью и принятому приемником;

- определение границы области поиска координат х, у наземной цели с использованием координат х₁, y₁ многолучевого передатчика, и направления ϕ_n луча;

- определение координат х, у наземной цели путем перебора координат последовательно задаваемых значений точки в области поиска и проверки гипотезы о нахождении наземной цели в этой точке, критерием рабочей гипотезы является минимум разности между измеренным приемником расстоянием R и расстоянием передатчик - гипотетическая наземная цель - приемник, координаты и гипотетической наземной цели, соответствующие минимуму этого критерия, являются искомыми координатами х, у наземной цели,

отличающийся тем, что

- измерение пеленга ϕ_ц на наземную цель производятся приемником-пеленгатором по сигналам от одного используемого многолучевого передатчика;

- область поиска оценок координат наземной цели ограничивается отрезком прямой, определяемой пересечением границ луча ϕ_n с линией пеленга на наземную цель ϕ_ц.