RU2480782C1

RU2480782C1 - Method and device to resolve moving targets along angular directions in surveillance radars

Info

Publication number: RU2480782C1
Application number: RU2011140645/07A
Authority: RU
Inventors: Ирина Николаевна Замятина; Владимир Иванович Ирхин
Priority date: 2011-10-06
Filing date: 2011-10-06
Publication date: 2013-04-27
Also published as: RU2011140645A

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: method consists in serial measurement of angular directions to a target within the width of a beam of a real antenna system with a single-pulse method while scanning it in the specified sector of surveillance due to rotation or electronically in the appropriate plane, subsequent synthesis of a linear-frequency modulated (LFM) signal of spatial frequencies that correspond to the measured directions, and compression of this signal along angular directions, and a device comprising serially connected a single-pulse metre of angular directions to the target within serially connected an antenna system, a filter and a discriminator of angular directions, an interpolator, a converter of angular directions measurement results into a spectral area of space frequencies, an LFM filter of compression and a generator of an object image.

EFFECT: getting a potential resolving capability for surveillance radars for the time of beam passage via a target on the basis of angular coordinates at all ranges, which is equal to a half of an antenna aperture size in an appropriate plane.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в обзорных радиолокационных станциях (РЛС) для разрешения целей по угловым направлениям в режимах обзора и сопровождения.The invention relates to radar and can be used in surveillance radar stations (radar) to resolve goals in angular directions in the viewing and tracking modes.

Задачи детального наблюдения объектов, обнаружение малоразмерных объектов, повышение точности целеуказания и помехозащищенности РЛС актуальны и могут быть реализованы в РЛС только с хорошим разрешением по дальности и угловым направлениям.The tasks of detailed observation of objects, the detection of small objects, improving the accuracy of target designation and noise immunity of the radar are relevant and can be implemented in the radar only with good resolution in range and angular directions.

Использование в обзорных РЛС широкополосных зондирующих сигналов обеспечивает высокое разрешение по дальности ∂r, позволяющее формировать дальностный портрет целей, что крайне необходимо для решения задач распознавания и точного сопровождения целей.The use of broadband sounding signals in survey radars provides a high range resolution ∂r, which allows one to form a long-range portrait of targets, which is extremely necessary for solving recognition problems and accurate tracking of targets.

Увеличение разрешающей способности по угловым направлениям в обзорных РЛС особенно актуально при реализации режима сопровождения целей на плоскости X,Y и решении задач распознавания за счет формирования портрета целей по угловым координатам (направлениям). Известно [1, с.161], что удовлетворительные характеристики по сопровождению целей на плоскости X,Y получаются, когда размеры стробов сопровождения по дальности и азимуту соизмеримы. В типовых 2(3)-координатных обзорных РЛС эти стробы несоизмеримы и, как правило, размер строба по дальности намного меньше строба по угловым направлениям.Increasing the resolution in angular directions in surveillance radars is especially relevant when implementing the target tracking mode on the X, Y plane and solving recognition problems by creating a portrait of targets in angular coordinates (directions). It is known [1, p. 161] that satisfactory characteristics for tracking targets on the X, Y plane are obtained when the sizes of tracking gates in range and azimuth are comparable. In typical 2 (3) coordinate surveillance radars, these gates are incommensurable and, as a rule, the size of the gate in range is much smaller than the gate in angular directions.

Рассмотрим возможности увеличения разрешающей способности по угловым направлениям в обзорной РЛС на примере азимута.Consider the possibility of increasing the resolution in angular directions in a surveillance radar using the azimuth as an example.

Линейное разрешение по азимуту зависит от ширины антенного лучаThe linear resolution in azimuth depends on the width of the antenna beam.

,

где λ - длина волны РЛС, d - горизонтальный размер апертуры антенны, и на дальности R равно:where λ is the radar wavelength, d is the horizontal size of the aperture of the antenna, and at a distance R is equal to:

.

Для обзорных РЛС выполняется условие ∂r<<∂l, что значительно ухудшает качество сопровождения целей обзорных РЛС и детализацию групповых целей по азимуту.For survey radars, the condition ∂r << ∂l is fulfilled, which significantly worsens the quality of tracking targets of survey radars and the detail of group targets in azimuth.

Прямым решением повышения точности и разрешающей способности по азимуту является создание остронаправленной антенны. Такое решение приводит либо к увеличению размеров антенной системы, либо, при фиксации габаритов антенны, требует уменьшения длины волны. Поэтому задача уменьшения элемента разрешения по азимуту без увеличения массогабаритных характеристик антенной системы представляет несомненный интерес для обзорных РЛС.A direct solution to improving accuracy and azimuth resolution is to create a highly directional antenna. This solution either leads to an increase in the size of the antenna system, or, when fixing the dimensions of the antenna, requires a reduction in wavelength. Therefore, the task of decreasing the azimuth resolution element without increasing the overall dimensions of the antenna system is of undoubted interest for surveillance radars.

Существует несколько подходов, позволяющих увеличить разрешение по азимуту.There are several approaches to increase the resolution in azimuth.

1. Одно из наиболее перспективных направлений радиолокации, позволяющее многократно увеличить разрешающую способность по азимутальной координате, это синтезирование апертуры. В РЛС с РСА (режим синтеза апертуры) используется перемещение носителя для формирования искусственной апертуры, которая обеспечивает потенциальное (идеальное) разрешение по азимуту, равное

[2, с.23].1. One of the most promising areas of radar, which allows you to repeatedly increase the resolution in the azimuthal coordinate, is the synthesis of the aperture. In radar with SAR (aperture synthesis mode), carrier movement is used to form an artificial aperture, which provides a potential (ideal) azimuth resolution equal to

[2, p.23].

Основное отличие синтезированных (искусственных) апертур от обычных (реальных) апертур антенны состоит в последовательном во времени ее формировании. В каждый момент времени прием электромагнитной волны ведется реальной апертурой, а синтезированная апертура является результатом последовательного во времени приема электромагнитной волны реальной апертурой при различном ее положении относительно источника электромагнитной волны. Т.е. для создания СА необходимо относительное перемещение фазового центра антенны или источника излучения.The main difference between synthesized (artificial) apertures and ordinary (real) apertures of the antenna is its sequential formation in time. At each moment of time, the electromagnetic wave is received by a real aperture, and the synthesized aperture is the result of a sequential in time reception of an electromagnetic wave by a real aperture at its different position relative to the source of the electromagnetic wave. Those. To create a SA, the relative displacement of the phase center of the antenna or radiation source is necessary.

Формирование апертуры перемещением реальной антенны при неподвижном источнике - прямое синтезирование, формирование апертуры перемещением источника излучения при неподвижной антенне - обратное синтезирование. Возможно также комбинированное синтезирование [3, с.435].The formation of the aperture by moving a real antenna with a fixed source is direct synthesis, the formation of an aperture by moving a radiation source with a fixed source is reverse synthesis. Combined synthesis is also possible [3, p.435].

При любом методе СА разрешающая способность по азимутальной координате определяется шириной диаграммы направленности по азимуту синтезируемой антенной системы, длина которой на дальности R равна d_c.With any SA method, the azimuthal resolution is determined by the width of the radiation pattern in the azimuth of the synthesized antenna system, the length of which at a distance R is d _c .

Тогда угловой размер синтезируемой апертуры:

, а линейное разрешение по азимуту

.Then the angular size of the synthesized aperture:

and linear resolution in azimuth

.

При размере апертуры реальной антенны d, за N перемещений ее фазового центра при прямолинейном полете носителя, размер синтезируемой апертуры d_c=N·d, где N - число тактов зондирования при перемещении фазового центра антенны на расстояние d_c. Т.е. размер синтезируемой апертуры увеличивается в N раз, по сравнению с размером реальной апертуры. В результате чего, при синтезе апертуры независимо от дальности и длины волны станции достаточно просто реализуется элемент разрешения по азимуту, соизмеримый с элементом разрешения по дальности, что и является достаточным условием для реализации качественного сопровождения движущихся целей и формирования портрета целей по угловым направлениям.With the aperture size of the real antenna d, for N displacements of its phase center during a straight flight of the carrier, the size of the synthesized aperture is d _c = N · d, where N is the number of sounding clocks when moving the phase center of the antenna by a distance d _c . Those. the size of the synthesized aperture increases N times, compared with the size of the real aperture. As a result, when synthesizing an aperture, regardless of the range and wavelength of the station, the azimuth resolution element is quite simple to implement, commensurate with the range resolution element, which is a sufficient condition for the implementation of high-quality tracking of moving targets and the formation of a portrait of targets in angular directions.

Следует подчеркнуть, что, если для формирования синтезируемой апертуры используется весь раскрыв реальной антенны d, максимальное разрешение вдоль линии пути (по азимуту)

, где L - участок пути, на котором происходит синтез апертуры [2, с.23].It should be emphasized that if the entire aperture of the real antenna d is used to form the synthesized aperture, the maximum resolution along the path line (in azimuth)

where L is the portion of the path on which the synthesis of the aperture occurs [2, p.23].

Недостатком РСА является значительное время формирования РЛИ, которое определяется временем пролета носителя участка L:The disadvantage of SAR is a significant time of formation of radar images, which is determined by the transit time of the carrier of the site L:

где R - дальность до цели, V_пут - путевая скорость пролета носителя, Θ_Л - ширина луча антенной системы.where r - range to the target, V_put - carrier path speed, Θ_L - beam width of the antenna system.

В типовых обзорных РЛС за счет вращения антенной системы время наблюдения цели ограничено временем прохода луча через цель. За это время цель смещается, как правило, незначительно и синтез апертуры на основе анализа фазы отраженных колебаний, обусловленных относительным перемещением цели и фазового центра антенны, становится неэффективным. В предельном случае, когда цель неподвижна, расстояние между целью и фазовым центром вращающейся антенной системы не изменяется и разность фаз равна нулю для всех тактовых импульсов зондирования в пределах азимутальной пачки, синтез апертуры по неподвижным целям становится вообще невозможным [3, с.435].In typical surveillance radars due to the rotation of the antenna system, the time of observation of the target is limited by the time the beam passes through the target. During this time, the target shifts, as a rule, slightly and the synthesis of the aperture based on the analysis of the phase of reflected oscillations due to the relative movement of the target and the phase center of the antenna becomes ineffective. In the extreme case, when the target is stationary, the distance between the target and the phase center of the rotating antenna system does not change and the phase difference is zero for all sensing clock pulses within the azimuthal burst, synthesis of the aperture from stationary targets becomes completely impossible [3, p.435].

2. В обзорных РЛС для повышения разрешения по азимуту используется межтактовое расширение спектра зондирующих сигналов при сканировании (обзоре) по азимутальной координате [4].2. In survey radars, to increase the azimuth resolution, the inter-cycle expansion of the spectrum of the probing signals is used during scanning (survey) along the azimuthal coordinate [4].

Суть этого патента, принятого за прототип, заключается в использовании метода межтактового расширения спектра зондирующих сигналов для улучшения разрешающей способности по азимуту для обзорных РЛС.The essence of this patent, taken as a prototype, is to use the method of inter-cycle expansion of the spectrum of sounding signals to improve the resolution in azimuth for surveillance radars.

Отражения от одиночной цели в обзорных РЛС с механическим вращением луча антенной системы в азимутальной плоскости представляют собой последовательность импульсов, огибающая которых промодулирована диаграммой направленности (ДН) антенны на прием-передачу. Последовательность этих импульсов можно рассматривать как единый сигнал. Ширина спектра такого сигнала равна

, где N - число импульсов в азимутальной пачке, Т - период следования импульсов РЛС Reflections from a single target in surveillance radars with mechanical rotation of the beam of the antenna system in the azimuthal plane are a sequence of pulses whose envelope is modulated by the radiation pattern of the antenna for transmission. The sequence of these pulses can be considered as a single signal. The width of the spectrum of such a signal is

where N is the number of pulses in the azimuthal burst, T is the period of the radar pulses

(

, где F_m - тактовая частота следования зондирующего сигнала). Введение в последовательность зондирующих сигналов межтактовой модуляции (в частности, бинарной фазовой модуляции в соответствии с кодами длины N (М-последовательности)) позволяет расширить спектр азимутальной последовательности до

, т.е. увеличить его в N раз.(

where F _m is the clock frequency of the probe signal). Introducing interstitial modulation (in particular, binary phase modulation in accordance with codes of length N (M-sequence)) into the sequence of probing signals, allows expanding the spectrum of the azimuthal sequence to

, i.e. increase it by N times.

Механическое вращение ДН антенны по азимуту модулирует часть периодической М-последовательности зондирующих сигналов в соответствии с азимутальным положением цели (т.е. формирует усеченную М-последовательность (непериодическую последовательность длиной в период N)). Фазовая структура принимаемых колебаний, отраженных от одиночной цели, становится зависимой от азимутального положения цели, что и определяет возможность более точного измерения ее азимутального положения. Дальнейшая обработка модулированной диаграммой направленности азимутальной пачки заключается в применении оптимального фильтра сжатия с предварительной компенсацией доплеровского набега фазы, вызванного движением цели, и случайного набега фазы, что позволяет укоротить ее пропорционально числу импульсов в пачке.The mechanical rotation of the antenna beam in azimuth modulates part of the periodic M-sequence of probing signals in accordance with the azimuthal position of the target (i.e., forms a truncated M-sequence (non-periodic sequence with a length of period N)). The phase structure of the received oscillations reflected from a single target becomes dependent on the azimuthal position of the target, which determines the possibility of a more accurate measurement of its azimuthal position. Further processing with a modulated radiation pattern of the azimuthal burst consists in applying an optimal compression filter with preliminary compensation for the Doppler phase incursion caused by the movement of the target and random phase incursion, which allows it to be shortened in proportion to the number of pulses in the packet.

Отличительными особенностями улучшения разрешающей способности по азимутальной координате для обзорных РЛС за счет метода расширения спектра зондирующих сигналов при сканировании по азимутальной координате являются малое время формирования высокого разрешения по азимуту, которое определяется временем сканирования (проходом луча ДН РЛС в направлении на цель) и улучшение элемента разрешения по азимуту, величина которого определяется тактовой частотой F_m следования зондирующего сигнала (чем больше F_m, тем меньше элемент разрешения по азимуту). Но при увеличении F_m уменьшается максимальная дальность до цели, которая обратно пропорциональна F_m. Следовательно, предельное разрешение по азимуту ограничено тактовой частотой следования импульсов в РЛС.Distinctive features of improving the resolution in the azimuthal coordinate for surveillance radars due to the method of expanding the spectrum of the probing signals when scanning along the azimuthal coordinate are the short time it takes to produce high resolution in azimuth, which is determined by the scanning time (the beam of the radar beam is directed toward the target) and the resolution element is improved in azimuth, the value of which is determined by the clock frequency F _m following the probe signal (the more F _m , the smaller the resolution element in azimuth). But with increasing F _m decreases the maximum range to the target, which is inversely proportional to F _m . Therefore, the limiting azimuth resolution is limited by the clock frequency of the pulses in the radar.

Поэтому для обзорных РЛС возникает задача получения высокого разрешения по азимуту, равного разрешению в РСА, за время прохода луча через цель.Therefore, for surveillance radars, the problem arises of obtaining high resolution in azimuth, equal to the resolution in SAR, during the passage of the beam through the target.

Поставленная задача особенно актуальна при формировании 3-мерных изображений объектов, т.к. применение РСА для формирования таких изображений требует одновременного перемещения по двум координатам X,Y, что невозможно реализовать однопозиционными РЛС.The task is especially relevant in the formation of 3D images of objects, because the use of SAR for the formation of such images requires simultaneous movement along two coordinates X, Y, which is impossible to implement single-position radar.

Суть заявки заключается в применении алгоритмов, эквивалентных по эффективности СА, для вращающейся и неподвижной антенной системы, осуществляющих обзор пространства в заданном секторе угловых направлений.The essence of the application is the use of algorithms equivalent in efficiency to the SA for a rotating and stationary antenna system, performing a survey of space in a given sector of angular directions.

Технический результат заявляемого изобретения - получение для обзорных РЛС за время прохода луча через цель потенциальной разрешающей способности по угловым координатам, равной, как и в РСА, половине размера апертуры антенны по соответствующим координатам.The technical result of the claimed invention is to obtain for surveillance radars during the passage of the beam through the target potential resolution in angular coordinates, equal, as in PCA, to half the size of the antenna aperture in the corresponding coordinates.

Принцип функционирования алгоритмов обработки сигналов для увеличения разрешающей способности по азимуту заключается в измерении азимутальных, в общем случае угловых, направлений на цель в пределах азимутальной пачки моноимпульсным методом и последующем синтезе пространственных частот [5, с.103], которые соответствуют этим направлениям. В этом случае, синтезируемые пространственные частоты будут соответствовать эквивалентному прямолинейному движению носителя в пределах ширины ДН реального луча, где каждому угловому направлению соответствует своя частота Доплера. Применение моноимпульсных методов измерения угловых направлений необходимо для обеспечения высокого разрешения по дальности для раздельного обнаружения блестящих точек обнаруживаемых объектов [6].The principle of operation of signal processing algorithms to increase the azimuth resolution is to measure the azimuthal, in the general case angular, directions to the target within the azimuthal burst by the single-pulse method and the subsequent synthesis of spatial frequencies [5, p. 103], which correspond to these directions. In this case, the synthesized spatial frequencies will correspond to the equivalent rectilinear motion of the carrier within the beam width of the real beam, where each angular direction corresponds to its own Doppler frequency. The use of single-pulse methods of measuring angular directions is necessary to ensure high resolution in range for the separate detection of brilliant points of detected objects [6].

При вращении антенны угловое направление на цель необходимо измерять соответствующим моноимпульсным измерителем (интерферометром, двумя перекрывающимися лучами и т.п.).When the antenna rotates, the angular direction to the target must be measured with an appropriate monopulse meter (interferometer, two overlapping beams, etc.).

Отметим, что вращение можно заменить электронным сканированием и применять неподвижные антенны типа ФАР, что особенно важно при формировании 3-координатного портрета целей.Note that rotation can be replaced by electronic scanning and the use of fixed antennas of the PAR type, which is especially important when forming a 3-coordinate portrait of targets.

Структурная схема заявляемого устройства получения высокой разрешающей способности по угловым координатам при вращении (сканировании) антенной системы по соответствующей угловой координате показана на фиг.1The structural diagram of the inventive device for obtaining high resolution in angular coordinates during rotation (scanning) of the antenna system in the corresponding angular coordinate is shown in figure 1

Предлагаемое устройство для получения высокой разрешающей способности по угловым координатам, входящее в состав обзорной РЛС, содержит последовательно соединенные 1 - моноимпульсный измеритель угловых направлений, 2 - интерполятор, 3 - преобразователь в спектральную область пространственных частот, 4 - линейно-частотно модулированный (ЛЧМ) фильтр сжатия, 5 - формирователь изображения, 6 - антенная система, 7 - фильтр, 8 - дискриминатор угловых направлений.The proposed device for obtaining high resolution in angular coordinates, which is part of the surveillance radar, contains serially connected 1 - single-pulse meter of angular directions, 2 - interpolator, 3 - converter into the spectral region of spatial frequencies, 4 - linear-frequency modulated (LFM) filter compression, 5 - imaging device, 6 - antenna system, 7 - filter, 8 - discriminator of angular directions.

Моноимпульсный измеритель угловых направлений 1, показанный на фиг.1, представляет собой антенную систему 6 с ДН, позволяющей измерять угловые направления на цель моноимпульсным методом, с последовательно подключенным к ней фильтром 7 и дискриминатором угловых направлений 8.Monopulse angular direction meter 1, shown in figure 1, is an antenna system 6 with DN, which allows you to measure angular directions to the target in a single-pulse method, with a filter 7 and a discriminator of angular directions 8 connected to it in series.

Принцип работы моноимпульсного измерителя угловых направлений заключается в формировании амплитудных или фазовых различий принимаемых колебаний в зависимости от углового положения источника излучений отраженных эхо-сигналов.The principle of operation of a single-pulse meter of angular directions is to form the amplitude or phase differences of the received vibrations depending on the angular position of the radiation source of the reflected echo signals.

Фильтр 7 предназначен для фильтрации принимаемых колебаний на фоне собственных шумов приемника и помех. Данные операции могут быть реализованы с помощью традиционных методов, осуществляющих, например, межпериодную фильтрацию [7, с.184]. Фильтрация необходима для максимизации отношения сигнал/шум на входе дискриминатора угловых направлений.Filter 7 is designed to filter the received oscillations against the background of the receiver's own noise and interference. These operations can be implemented using traditional methods, for example, performing inter-period filtering [7, p.184]. Filtering is necessary to maximize the signal-to-noise ratio at the input of the angular direction discriminator.

На выходе дискриминатора угловых направлений 8 формируются результаты последовательных измерений угловых направлений

на цель в пределах ширины диаграммы направленности реальной антенной моноимпульсной системы при сканировании ее в заданном секторе обзора. Обзор сектора заданной зоны может осуществляться сканированием за счет вращения антенной системы или электронным сканированием в соответствующей плоскости, что наиболее приемлемо для формирования 3-мерных изображений.At the output of the discriminator of the angular directions 8, the results of successive measurements of the angular directions are formed

to the target within the width of the radiation pattern of a real single-pulse antenna system when scanning it in a given viewing sector. An overview of the sector of a given zone can be carried out by scanning due to the rotation of the antenna system or by electronic scanning in the corresponding plane, which is most suitable for the formation of 3D images.

Результаты измерений угловых направлений можно представить в виде:The measurement results of the angular directions can be represented as:

Ω - угловая скорость вращения (сканирования) антенного луча вΩ is the angular velocity of rotation (scanning) of the antenna beam in

заданном угловом секторе,given angular sector

t₀ - момент времени, соответствующий направлению на цель.t ₀ - point in time corresponding to the direction to the target.

Линейная скорость прохода антенного луча через цель при сканировании на дальности R равна v=R·Ω, а эквивалентная прямолинейному движению антенной системы частота Доплера в направлении α(t) равна [5, с.98]:The linear velocity of the antenna beam passing through the target when scanning at a distance R is equal to v = R · Ω, and the Doppler frequency equivalent to the rectilinear movement of the antenna system in the direction α (t) is [5, p. 98]:

В результате, на основе измерения угловых направлений можно синтезировать сигнал, фаза которого меняется по квадратичному закону, как и в случае прямолинейного перемещения антенной системы [7, с.195].As a result, based on the measurement of angular directions, it is possible to synthesize a signal whose phase changes according to a quadratic law, as in the case of a rectilinear movement of the antenna system [7, p. 195].

Таким сигналом является ЛЧМ сигнал, база которого D есть произведение полосы сигнала ΔF на время наблюдения за объектом Т_наб=Т_синт, и согласно формулам (2) и (4), где Such a signal is a chirp signal whose base D is the product of the signal band ΔF by the time of observation of the object T _nab = T _synth , and according to formulas (2) and (4), where

,

Для обеспечения однозначного измерения угловых направлений и синтезирования соответствующих им сигналов на больших дальностях, где линейное расстояние между тактами измерения велико, предлагается использовать интерполяцию результатов измерения по критерию минимума среднеквадратичного отклонения от прямой линии, которая соответствует идеальным и непрерывным результатам измерения угловых направлений в угловом секторе, определяемым раскрывом реальной апертуры. Интерполированные в 2 результаты измерения преобразуются в 3 в область пространственных частот и сжимаются в ЛЧМ-фильтре 4 по угловым направлениям до величины ∂l в каждом элементе разрешения по дальности.To ensure unambiguous measurement of angular directions and the synthesis of signals corresponding to them at long ranges, where the linear distance between the measurement steps is large, it is proposed to use interpolation of the measurement results according to the criterion of the minimum standard deviation from the straight line, which corresponds to ideal and continuous results of measuring angular directions in the angular sector, defined by the disclosure of the real aperture. Interpolated in 2, the measurement results are converted into 3 in the region of spatial frequencies and are compressed in the LFM filter 4 in angular directions to ∂l in each resolution element in range.

Обработка синтезированного сигнала осуществляется на основе корреляционного интеграла (свертки), в результате которой его длительность укорачивается в D раз [7, с.195]:Processing the synthesized signal is based on the correlation integral (convolution), as a result of which its duration is shortened by D times [7, p. 195]:

Заявляемый способ получения высокого разрешения по любой угловой координате (по какой осуществляется сканирование антенной системы), реализуемый в предлагаемом устройстве фиг.1, входящем в состав обзорной РЛС, осуществляется следующим образом.The inventive method of obtaining high resolution at any angular coordinate (by which the antenna system is scanned), implemented in the proposed device of figure 1, which is part of the surveillance radar, is as follows.

Излучаемые зондирующие импульсы, отраженные от объекта, поступают на вход антенной системы 6 моноимпульсного измерителя угловых направлений 1, где обрабатываются фильтром 7 для максимизации отношения сигнал/шум на входе дискриминатора угловых направлений 8. На выходе дискриминатора угловых направлений 8 формируются результаты последовательных измерений угловых направлений на объект

в пределах ширины диаграммы направленности реальной антенной системы, согласно формуле (3). Результаты измерения угловых направлений на объект интерполируются по критерию минимума среднеквадратичного отклонения от прямой линии в интерполяторе 2, для обеспечения измерения угловых направлений на всех дальностях. Интерполированные результаты измерения угловых направлений превращаются преобразователем 3 в пространственные частоты

, согласно формуле (4), и синтезируется сигнал (фаза которого меняется по квадратичному закону), который поступает на вход ЛЧМ-фильтра сжатия 4. На выходе ЛЧМ-фильтра сжатия 4 синтезируемый сигнал сжимается по угловым направлениям до величины ∂l в каждом элементе разрешения по дальности. На выходе формирователя изображения 5 получается изображение объекта на любой дальности в системе углов, по которым осуществлялось сканирование антенной системы.The radiated probe pulses reflected from the object are fed to the input of the antenna system 6 of a single-pulse angular direction meter 1, where they are processed by a filter 7 to maximize the signal-to-noise ratio at the input of the angular direction discriminator 8. At the output of the angular direction discriminator 8, the results of successive measurements of angular directions at an object

within the width of the radiation pattern of a real antenna system, according to formula (3). The results of measuring the angular directions to the object are interpolated according to the criterion of the minimum standard deviation from the straight line in the interpolator 2, to ensure the measurement of angular directions at all ranges. The interpolated results of measuring the angular directions are converted by the transducer 3 into spatial frequencies

, according to formula (4), and the signal is synthesized (the phase of which changes according to the quadratic law), which is input to the LFM compression filter 4. At the output of the LFM compression filter 4, the synthesized signal is compressed in angular directions to ∂l in each resolution element in range. At the output of the imager 5, an image of the object is obtained at any range in the system of angles at which the antenna system was scanned.

Для проверки приведенных алгоритмов была создана модель синтезированной апертуры при сканировании антенной системы в интервале углов To test these algorithms, a synthesized aperture model was created when scanning the antenna system in the range of angles

(ширина луча антенной системы

), длина волны λ=1 м. Шаг сканирования по углу был выбран равным 2·D, согласно теореме Котельникова.(beamwidth of the antenna system

), the wavelength λ = 1 m. The step of scanning along the angle was chosen equal to 2 · D, according to the Kotelnikov theorem.

На фиг.2 показан вид синтезированного сигнала при указанных параметрах, который представляет собой ЛЧМ-сигнал с базой D. На фиг.3 показан результат обработки синтезированного сигнала с применением ЛЧМ-фильтра сжатия. Как видно из фиг.3, произошло укорочение синтезированного сигнала в D раз относительно ширины диаграммы направленности реальной антенны.Figure 2 shows a view of the synthesized signal at the indicated parameters, which is an LFM signal with base D. Figure 3 shows the result of processing the synthesized signal using an LFM compression filter. As can be seen from figure 3, there was a shortening of the synthesized signal by D times relative to the width of the radiation pattern of a real antenna.

Таким образом, результаты угловых измерений в пределах ширины антенного луча, преобразованные в область пространственных частот при вращении (сканировании) антенной системы, представляют собой ЛЧМ колебание с полосой ΔF_вр.Thus, the results of angular measurements within the limits of the width of the antenna beam, converted to the spatial frequency region during rotation (scanning) of the antenna system, are LFM oscillations with a band ΔF _BP .

Согласно формуле (4)According to the formula (4)

где

и

- пространственные частоты в направлениях

.Where

and

- spatial frequencies in the directions

.

Анализ синтезированной диаграммы направленности позволяет определить ряд потенциальных характеристик предлагаемой обработки сигналов при сканировании антенной системы.The analysis of the synthesized radiation pattern allows us to determine a number of potential characteristics of the proposed signal processing when scanning the antenna system.

В частности, получить по угловой координате сжатый сигнал длительностьюIn particular, to obtain a compressed signal with the duration of the angular coordinate

,

и элемент разрешения по угловой координатеand resolution element in angular coordinate

,

где ν=R·Ω - линейная скорость прохода антенного луча через цель на дальности R.where ν = R · Ω is the linear velocity of the antenna beam passing through the target at a distance R.

При сканировании используется весь раскрыв реальной антенны для формирования синтезированной диаграммы направленности и при

элемент разрешения по угловому направлению потенциально равен половине реальной апертуры d в соответствующей угловой плоскости:When scanning, the entire opening of the real antenna is used to form a synthesized radiation pattern and when

the resolution element in the angular direction is potentially equal to half of the real aperture d in the corresponding angular plane:

.

Таким образом, предлагаемые способ разрешения движущихся целей по угловым направлениям в обзорных РЛС, заключающийся в последовательном измерении угловых направлений на цель в пределах ширины луча реальной антенной системы моноимпульсным методом при сканировании ее в заданном секторе обзора за счет вращения или электронно в соответствующей плоскости, последующем синтезе ЛЧМ сигнала пространственных частот, соответствующих измеренным направлениям, и сжатии этого сигнала по угловым направлениям, и устройство, содержащее последовательно соединенные моноимпульсный измеритель угловых направлений на цель в составе последовательно соединенных антенной системы, фильтра и дискриминатора угловых направлений, интерполятор, преобразователь результатов измерения угловых направлений в спектральную область пространственных частот, ЛЧМ-фильтр сжатия и формирователь изображения объекта, позволяют за время прохода луча через цель достичь потенциальной разрешающей способности на всех дальностях, равной половине размера апертуры антенны в соответствующей плоскости.Thus, the proposed method for resolving moving targets in angular directions in surveillance radars, which consists in sequentially measuring the angular directions to the target within the beam width of a real antenna system using a single-pulse method when scanning it in a given viewing sector due to rotation or electronically in the corresponding plane, subsequent synthesis The chirp of the spatial frequency signal corresponding to the measured directions, and the compression of this signal in angular directions, and a device containing newly connected monopulse angular direction meter on the target as part of a series-connected antenna system, angular direction filter and discriminator, an interpolator, a converter of the angular direction measurement results to the spatial frequency spectral region, a chirp compression filter and an object imager allow for the beam passing through the target to achieve potential resolution at all ranges equal to half the size of the antenna aperture in the corresponding plane.

Список литературыBibliography

1. Бартон Д., Вард Г. Справочник по радиолокационным измерениям. М.: «Советское радио», 1976.1. Barton D., Ward G. Handbook of radar measurements. M .: "Soviet Radio", 1976.

2. Радиолокационные станции обзора земли / Под ред. Г.С.Кондратенкова. М.: «Радио и связь», 1983.2. Radar stations for land survey / Ed. G.S. Kondratenkova. M .: "Radio and communications", 1983.

3. Антенны и устройства СВЧ / Под ред. Воскресенского. М.: «Радио и связь», 1994.3. Antennas and microwave devices / Ed. Voskresensky. M .: "Radio and communications", 1994.

4. Патент 2337373, 2008.4. Patent 2337373, 2008.

5. Антипов В.Н. и др. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны. М.: «Радио и связь», 1988.5. Antipov VN et al. Radar stations with digital synthesis of the antenna aperture. M .: "Radio and communications", 1988.

6. Д.Р.Родс. Введение в моноимпульсную радиолокацию. М.: «Советское радио», 1960.6. D.R. Rhodes. Introduction to monopulse radar. M .: "Soviet Radio", 1960.

7. М.И.Финкельштейн. Основы радиолокации. М.: «Советское радио», 1973.7. M.I. Finkelstein. Basics of radar. M .: "Soviet Radio", 1973.

Claims

1. The method of resolving moving targets in angular directions in survey radar stations, which consists in sequentially measuring the angular directions to the target within the beam width of a real antenna system when scanning it in a given viewing sector, characterized in that the measurement of angular directions is carried out by a single-pulse method, while scanning of the antenna system is performed by rotation or electronically in the corresponding plane, then the synthesis of a linear-frequency-modulated signal is performed ranstvennyh frequencies corresponding to the measuring direction, and the compression of this signal the angular directions based on the correlation integral convolution in each resolution element in range and the target image is obtained at any distance in the system of angular directions along which the scanning antenna system.

2. A device for resolving moving targets in angular directions in survey radar stations, containing a serially connected monopulse angular direction meter for the target as part of a series-connected antenna system, angular direction filter and discriminator, an interpolator, a converter of the results of measuring angular directions into the spectral region of spatial frequencies, a filter compression of the linearly-frequency-modulated signal and the imager of the object at any range in s a system of angular directions along which scanning is performed.