СПОСОБ УСТРАНЕНИЯ ЛОЖНЫХ ПЕЛЕНГОВ В ПАССИВНОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ ПРИ ЕДИНИЧНОМ ОБЗОРЕ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ АНТЕННО-ФИДЕРНОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2024 года по МПК G01S3/02 G01S7/36 G01S13/44 

Область техники, к которой относится изобретение

Предлагаемое изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокационных системах (РЛС) с зеркальной и рупорной антенной для пеленгации источников излучения с повышенной разрешающей способностью.

Уровень техники

Известен способ определения направлений на источники излучения и углового разрешения источников [1 - Способ определения направлений на источники излучения и углового разрешения источников RU 2392634 C1 2010], обладающий высокой точностью и разрешающей способностью, заключающийся в разбиении сектора обзора на элементы разрешения по направлению, угловая ширина которых определяется требуемыми точностью определения направлений на источники излучения и углом разрешения источников по величине гораздо меньше, чем угловая ширина диаграммы направленности приемной антенны, и определении направления на источники излучения, как направления на элементы разрешения, соответствующих максимумам в полученном при распределении мощностей источников излучения по элементам разрешения в секторе обзора.

Недостатком данного способа являются высокие временные затраты для обеспечения достаточной точности определения источников излучения, обусловленные необходимостью многократной перефазировки элементов антенной решетки (АР) для отклонения луча.

Известен способ уменьшения уровня боковых лепестков основного канала [2 - Антенная система вторичного радиолокатора RU 2724368 С1 2020], включающий в себя установку небольшой по размерам антенной системы вторичного радиолокатора. В небольшой по размерам антенной системы основного канала вторичного радиолокатора, уровень сигнала запроса превышает уровень сигнала канала подавления боковых лепестков (ПБЛ) на 9 дБ в очень небольшой области вблизи максимума ДН основного канала (ОК). Для увеличения области, в которой уровень сигнала превышает уровень сигнала канала ПБЛ на 9 дБ, вводят дополнительное затухание в фидерном тракте канала ПБЛ, снижая уровень сигнала канала ПБЛ.

Недостатком данной антенной системы являются скорость вращения антенны, а также снижение уровня сигнала канала ПБЛ может привести к тому, что уровень боковых лепестков ОК превысить уровень сигнала ПБЛ, в результате чего ответчик, установленный на борту летательного аппарата, будет принимать сигнал, излучаемый по боковому лепестку ДН ОК.

Известен способ пеленгации [3 - Справочник «Радиоэлектронные системы, основы построения и теория», под ред. Я.Д. Ширмана, М., 2007, п. 7.5, с. 99-100] постановщика активных помех (ПАП) основан на методе подавления боковых лепестков (ПБЛ) и включает одновременное измерение уровня активных помех (УАП) на выходе основного приемного канала РЛС, имеющего узконаправленную диаграмму направленности антенны (ДНА), и дополнительного приемного канала, имеющего ненаправленную или слабонаправленную ДНА, которая перекрывает боковые лепестки ДНА основного приемного канала, но ниже уровня главного лепестка его ДНА, определение отношения УАП на выходе основного приемного канала к УАП на выходе дополнительного приемного канала и сравнение полученного отношения УАП с пороговым значением, равным минимальной величине отношения уровня ДНА основного приемного канала к уровню ДНА дополнительного приемного канала в пределах области пеленгации, задаваемой по координатам угол места - азимут в окрестности главного лепестка ДНА основного приемного канала, принимают решение о пеленгации ПАП, если полученное отношение УАП превышает упомянутое пороговое значение.

Недостатком данного способа является низкая точность оценки пеленга источника радиоизлучения и требование наличия узконаправленной диаграммы направленности антенны (ДНА) дополнительного приемного канала.

Известен способ пеленгования источника сигнала [4 - Способ пеленгации постановщика активных помех RU 2601876 С1 2016], включающий в себя ввода второго порогового значения для отношения УАП на выходе основного приемного канала к УАП на выходе дополнительного приемного канала. Область пеленгации - область ДНА по координатам угол места - азимут, при попадании в которую постановщик активных помех (ПАП) должен быть запеленгован. Область пеленгации задается на ДНА основного приемного канала в окрестности главного лепестка ДНА. Размеры области пеленгации могут определяться, например, исходя из размеров луча основного приемного канала по уровню половинной мощности. Независимо от положения ПАП в области пеленгации координатами запеленгованного ПАП считаются координаты главного лепестка ДНА основного приемного канала. Пеленг ПАП, находящегося вне области пеленгации, считается ложным. Решение о пеленгации ПАП принимается в том случае, если указанное отношение превышает первое пороговое значение и не превышает второе. Сравнение полученного отношения УАП с введенным вторым пороговым значением позволяет исключить ложные пеленги ПАП, которые могут формироваться в прототипе при одновременном попадании ПАП в «пик» бокового лепестка ДНА основного приемного канала и в «провал» ДНА дополнительного приемного канала

Недостатком данного способа является наличие слабонаправленной диаграммы направленности антенны (ДНА) дополнительного приемного канала.

Последние были выбраны в качестве прототипа, однако способы, основанные на анализе измерение уровня активных помех (УАП) на выходе основного приемного канала РЛС, обладают недостатками, которые заключаются в том, что в реальных же устройствах боковые лепестки ДНА как основного, так и дополнительного (в случае применения слабонаправленных ДНА) приемных каналов за счет ошибок установки параметров элементов антенны (например, начальных фаз элементов фазированной антенной решетки) в процессе ее изготовления, как правило, имеют еще и множество «пиков» и «провалов», то есть ДНА приемных каналов в области боковых лепестков флуктуируют.

В условиях использования системы из нескольких пороговых значений (фиг. 1), способы-прототипы применить возможно, однако сравнение со пороговым значением, равным максимальной величине отношения уровня ДНА основного приемного канала к уровню ДНА дополнительного приемного канала в пределах области пеленгации не исключает появление ложных пеленгов по боковым лепесткам (фиг. 2) за счет множества локальных экстремумов в области боковых лепестков диаграммы направленности.

Раскрытие изобретения

Решаемой задачей (техническим результатом) является совершенствование способа селекции ложных пеленгов без применения канала ПБЛ за счет применения цифровой записи амплитудно-азимутальной характеристики (ААХ) за один период обзора.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе устранения ложных пеленгов при однократном обзоре радиолокационной станцией, за счет выявлении отличительных признаков и закономерностей между каналами ДНА по главному и боковым лепесткам при равносигнальном амплитудном методе пеленгации, по средствам перехода от сюрьективного отражения всего диапазона азимутальных углов построения пеленгов, к биективному.

Разработанный способ основан на цифровой записи амплитудно-азимутальной характеристики (ААХ) в оцениваемом азимутальном диапазоне с малой дискретизацией, выбираемой в зависимости от точностных характеристик пеленгования.

Отличительные признаки и закономерности можно выделить за счет ряда условий:

1. Ширина основных и боковых лепестков антенно-фидерной системы (АФС) различна. Их соотношение определяется конструкцией АФС и достаточно стабильно в течение времени и при изменении температуры.

2. Функция модуляции амплитуды принятого сигнала за счет изменении угла поворота АФС, при обзоре пространства неизменна.

3. Решение о пеленге, при изменении угла поворота АФС, происходит при сравнении изменении уровней сигнала от правого и от левого лепестка приема АФС, причем в зоне пеленгации дифференциалы изменения амплитуды сигнала в каналах приема при равносигнальном направлении каналы имеют различные знаки приращения «-» и «+».

Следовательно, если выделить в цифровой записи ААХ значения, удовлетворяющие условию разности знаков приращения, то получим:

для

где , - знаки дифференциала, - правый канал ДНА при равносигнальном методе пеленгации, - левый канал ДНА при равносигнальном методе пеленгации, при изменении - ого значения в пределах от 1 до отсчетов, где число отчетов в канале, то получим нормированные значения и , являющиеся новым признаком для селекции ложных пеленгов. (фиг. 3)

Ввиду того, что диапазон изменения амплитуд на выходе каналов и находится в пределах 60 дБ - 80 дБ, в связи с этим необходимо дополнительное перенормирование значений и в зоне пеленга, так как данные значения зависят от амплитуды входного сигнала. Перенормирование амплитуд в зонах пеленга возможно, за счет замены значений и на значения и , которые равны:

При проведении перенормировки амплитуд в зонах пеленга значения и примут вид. (фиг. 4)

Перенормирование амплитуд в зонах пеленга позволит избавиться от влияния амплитуд по боковым лепесткам приема.

Эта информация необходимая, но недостаточная для определения истинного направления в зоне пеленгации. Необходимо вводить дополнительные условия равные и , которые характерны для зоны пеленгации и определяемые при изготовлении АФС в виде пороговых значений и . Данные пороговые значение определяются нижним () и верхним () пределом дифференцирования перенормированных амплитуд в зонах пеленга.

Если выделить амплитуды по условию принадлежности к области и , то получим сигналы, принадлежащие зоне пеленгации основных лепестков АФС (фиг. 5).

На фиг. 2 и 5 представлены экспериментально измеренная ДНА основных каналов и канала ПБЛ в азимутальной плоскости в приемном пункте пеленгаторной системы с последовательным обзором пространства с пеленгом в зоне боковых лепестков и результаты цифровой обработки сигналов, на примере вращающейся АФС с ААХ экспериментально полученной на пассивной РЛС с последующим отражением зеркальной антенной. Сравнение ААХ на этих графиках показывает более высокое качество селекции ложных пеленгов в случае применения предлагаемого способа обработки ААХ АФС в азимутальной плоскости.

Проведенный сравнительный анализ заявленного способа и аналогов-прототипов показал, что заявленный способ отличается тем, что выполняется дополнительная операция, выполняемая между пунктами 1 и 2 способов-прототипов, заключающаяся в выявлении новых признаков селекции и совершенствования вычислительных процедур в равносигнальном методе пеленгации.

Техническим результатом является снижение вероятности ложного пеленга на источники излучения при использовании способов пеленгации, основанных на селекции ложных пеленгов, в пассивной РЛС при единичном обзоре вращающейся АФС.

Таким образом, заявляемое изобретение не известно из уровня техники, а также отсутствуют источники, в которых были бы представлены способы, имеющие признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемое изобретение от способов-прототипов, а также свойства, совпадающие со свойствами заявляемого изобретения, в связи с чем можно считать, что оно обладает существенными отличиями.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами:

Фиг. 1 - радиолокационная станция, осуществляющая наиболее близкий и заявляемый способы пеленгации ПАП.

Фиг. 2 - ДНА основных каналов и канала ПБЛ в азимутальной плоскости в приемном пункте пеленгаторной системы с последовательным обзором пространства с пеленгом АФС в зоне боковых лепестков.

Фиг. 3 - Зависимость знака производной от азимута.

Фиг. 4 - Пояснение принципа перенормирования сигнала по амплитуде в зонах приема выделенный по знакам изменения дифференциала в каналах приема.

Фиг. 5 - Результат получения максимального значения модуля продифференцированных лепестков.

Фиг. 6 - заявляемое устройство устранения ложных пеленгов в пассивной радиолокационной станции при единичном обзоре вращающейся антенно-фидерной системы.

Устройство устранения ложных пеленгов в пассивной радиолокационной станции (ПРЛС) при единичном обзоре вращающейся антенно-фидерной системы, реализующее заявляемый способ, содержит (фиг.6) последовательно соединенные антенну левого приемного канала 1, приемник левого канала 2, а также антенну правого приемного канала 3, приемник правого канала 4, аналого-цифровой преобразователь для каждого канала 5, запоминающее устройство для каждого канала 6, блок вычисления 7, выход блока принятия решения о пеленге 8 является выходом ПРЛС.

Промышленная применимость.

Заявляемое устройство может быть исполнено в составе аппаратно-программного комплекса. Например, в составе станции радиотехнической разведки «Орден» имеется аппаратура подавления боковых лепестков (АПБЛУ), которая является аппаратно-программным комплексом [10]. Селекция ложных пеленгов осуществляется в физических устройствах - вычислитель отношения уровня активных помех (УАП). В процессе обработки используются микросхемы памяти (ZBT), оперативная память (DDR) и сигнальные процессоры (DSP). Данные с DSP поступают на синхронизирующую микросхему FPGA Sync. Она осуществляет синхронизацию работы двух обрабатывающих FPGA, а также передачу данных по каналу Ethernet в модули ETX Core 2 DUO. В блоке принятия решения осуществляется селекция ложных пеленгов. Данные элементы составляют основу аппаратной части.

Программную часть комплекса составляет алгоритм обработки уровня активных помех, который решает следующие задачи:

- сравнение полученного отношения УАП с первым пороговым значением;

- сравнение полученного отношения УАП с вторым пороговым значением;

Осуществление изобретения

Способ осуществляется следующим образом.

Для достижения технического результата, необходимо выявить ложный пеленг, тем самым снижая вероятность ложного пеленга на источник излучения, возникающий по причине неравномерности амплитудно-азимутальной характеристики (ААХ) антенны подавления боковых лепестков (ПБЛ).

Для того чтобы оценить уровень снижения вероятности ложного пеленга (), оценим качество селекции ложных пеленгов на основе метода ПБЛ и способа селекции при единичном обзоре ААХ на основе показателя . Для расчета воспользуемся классическим выражением статистической оценкой вероятности по результатам испытаний.

где - число значений ААХ, удовлетворяющих условиям формирования ложного пеленга;

- число дискретных значений ААХ в азимутальной плоскости;

Используя выражение (5), рассчитаем вероятность ложного пеленга при использовании метода ПБЛ. Значение находится при помощи решения логического выражения, являющимся результатом конъюнкции трех предикатов , , каналов , , , где - канал антенны ПБЛ при равносигнальном методе пеленгации.

при котором каждый из предикатов выполняет условие

Вычисление значения для предлагаемого способа выполняется аналогично, согласно выражению (5), (6) и (7), но исключая предикат , тем самым значение находится при помощи решении логического выражения, являющимся результатом конъюнкции двух предикатов , каналов , .

при котором каждый из предикатов выполняет условие

значение изменяется в пределах от 1 до отсчетов, где - число отчетов в канале, а значения - правый канал ДНА при равносигнальном методе пеленгации, - левый канал ДНА при равносигнальном методе пеленгации, - нижним предел дифференцирования значений , , - верхний предел дифференцирования значений , .

Таким образом, способ селекции ложных пеленгов, основанный на выявлении новых признаков селекции и совершенствования вычислительных процедур в равносигнальном методе пеленгации включает следующие операции:

- прием сигнала ФАР с пространственным возбуждением;

- определение знаков приращения в зоне пеленгации;

- нормирование значений и ;

- перенормирование амплитуд в зонах пеленга и ;

- ввод дополнительного условия по значениям дифференциала перенормированного значения и характерного для зоны пеленгации и определяемого при изготовлении АФС в виде порогового значения и .

Устройство, реализующее данный способ селекции ложных пеленгов, основанный на выявлении новых признаков селекции и совершенствования вычислительных процедур в равносигнальном методе пеленгации представлено на фиг. 6.

Список используемой литературы

1. Радиотехнические системы. Раздел 1. Основы теории радиотехнических систем. Учебное пособие/ Лаврентьев А.М., Пискунов А.В., Никифоров С.Н., Красников Ю.В., Мурзак В.В.. ЯВВУ ПВО-Ярославль, 2022. - 376 с.

2. Петроченков, Д.М., Тимошенко, А.В., Филиппов, Д.А. Повышение боевой устойчивости радиолокационной разведки в условиях радиоэлектронного и огневого противоборства. // Военная мысль. № 1. 2023.

3. Патент № RU 2601876 Российская Федерация, МПК G01S 3/02 (2006.01), G01S 7/36 (2006.01). Способ пеленгации постановщика активных помех: № 2015144898/07: заявл. 19.10.2015: опубл. 10.11.2016 / Кисляков В.И., Лужных С.Н.; заявитель АО «НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод имени Коминтерна». - 11 с.: ил. - Текст : непосредственный.

4. Бакулев, П.А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. - М.: Радиотехника, 2004. - 320 с.

5. Патент № RU 63941 U1 Российская Федерация, МПК G01S 3/02 (2006.01). Пассивная радиолокационная станция: №2007100240/22: заявл. 01.09.2007: опубл. 10.06.2007 / Горин А.А., Корнеенков И.И., Кузнецов В.П.; заявитель ОАО «Ульяновский механический завод». - 8 с.: ил. - Текст : непосредственный.

6. Ковалев, Д.А., Коновалов, А.А., Михайлов, В.Н. Радиолокация по сигналам сторонних источников. Часть 2: освещение воздушной обстановки и экологический мониторинг // Инновации. 2013. №11. С. 123-127.

7. Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника, т. 2. - М.: Сов. радио, 1977, с. 132-138

8. Вентцель, Е.С. Теория вероятностей: Учеб. для вузов - 5-е изд. стер. - М.: Высш. шк., 1998. - 576 с.: ил. ISBN 5-06-003522-0

9. Интегральные микросхемы. Справочник под ред. Тарабрина Б.В. - М.: Радио и связь, 1984.

10. Руководство по эксплуатации. Часть 4. Станция радиотехнической разведки. 85В6-Е1.00.00.000-05РЭ4.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокационных системах (РЛС) с зеркальной и рупорной антенной для пеленгации источников излучения с повышенной разрешающей способностью при равносигнальном амплитудном методе пеленгации. Технический результат заключается в снижении вероятности ложного пеленга на источники излучения при использовании способов пеленгации, основанных на селекции ложных пеленгов, в пассивной РЛС при единичном обзоре вращающейся антенно-фидерной системы (АФС). В заявленном способе осуществляют цифровую запись амплитудно-азимутальной характеристики (ААХ) в оцениваемом азимутальном диапазоне с малой дискретизацией, выбираемой в зависимости от точностных характеристик пеленгования. При увеличении боковых лепестков применяют суммарные и разностные закономерности, которые позволяют также определить ложный пеленг, так как одновременно имеют периодический характер. Таким образом возможно создать способ селекции ложных пеленгов в пассивной РЛС при единичном обзоре вращающейся АФС. Рассматривая по отдельности пеленгационные характеристики каждого канала и общую разностную пеленгационную характеристику каждого канала, можно понизить вероятность ложного измерения пеленга при приеме сигнала. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ устранения ложных пеленгов в пассивной радиолокационной станции при единичном обзоре вращающейся антенно-фидерной системы (АФС), заключающийся в том, что в нем осуществляют прием сигнала фазированной антенной решеткой (ФАР) с пространственным возбуждением, цифровую запись амплитудно-азимутальной характеристики в оцениваемом азимутальном диапазоне с малой дискретизацией, выбираемой в зависимости от точностных характеристик пеленгования, определение знаков и приращения дифференциалов изменения амплитуды сигнала в правом и левом каналах приема при равносигнальном направлении в зоне пеленгации:

и

для ,

где , – знаки дифференциала, и – значения амплитуд правого и левого каналов диаграммы направленности антенны (ДНА) при равносигнальном методе пеленгации, – число отчетов в канале, выделение сигналов, удовлетворяющих условию равенства амплитуд в каналах при условии разности знаков продифференцированных величин каждого канала, при изменении –го значения в пределах от 1 до отсчетов, где число отчетов в канале и , нормирование продифференцированных амплитуд каждого канала и в зонах пеленга:

, ,

селекцию ложных пеленгов посредством введения дополнительного условия по значениям дифференциала нормированных значений амплитуд каждого канала и , характерных для зоны пеленгации и определяемых при изготовлении антенно-фидерной системы (АФС) в виде пороговых значений и , определяемых нижним () и верхним () пределами дифференцирования нормированных амплитуд в зонах пеленга.

2. Устройство устранения ложных пеленгов в пассивной радиолокационной станции (ПРЛС) при единичном обзоре вращающейся антенно-фидерной системы, реализующее способ по п.1, включающее левый и правый приемные каналы, каждый из которых содержит последовательно соединенные антенну, выполненную в виде ФАР с пространственным возбуждением, приемник сигнала ФАР, аналого-цифровой преобразователь и запоминающее устройство для цифровой записи амплитудно-азимутальной характеристики в оцениваемом азимутальном диапазоне с малой дискретизацией, выбираемой в зависимости от точностных характеристик пеленгования, при этом левый и правый приемные каналы соединены с блоком вычисления, выполненным с возможностью определения знаков и приращения дифференциалов изменения амплитуды сигнала в правом и левом каналах приема при равносигнальном направлении в зоне пеленгации:

и

для ,

где , – знаки дифференциала, и – значения амплитуд правого и левого каналов ДНА при равносигнальном методе пеленгации, – число отчетов в канале, выделения сигналов, удовлетворяющих условию равенства амплитуд в каналах при условии разности знаков продифференцированных величин каждого канала и , нормирования продифференцированных амплитуд каждого канала и в зонах пеленга:

, .

причем блок вычисления соединен с блоком принятия решения о пеленге, осуществляющем селекцию ложных пеленгов посредством введения дополнительного условия по значениям дифференциала нормированных значений амплитуд каждого канала и , характерных для зоны пеленгации и определяемых при изготовлении АФС в виде пороговых значений и , определяемых нижним () и верхним () пределами дифференцирования нормированных амплитуд в зонах пеленга, а выход блока принятия решения о пеленге является выходом ПРЛС.