[go: up one dir, main page]

RU2037839C1 - Device for measuring angles of elevation of low-height targets - Google Patents

Device for measuring angles of elevation of low-height targets

Info

Publication number
RU2037839C1
RU2037839C1 SU5016527A RU2037839C1 RU 2037839 C1 RU2037839 C1 RU 2037839C1 SU 5016527 A SU5016527 A SU 5016527A RU 2037839 C1 RU2037839 C1 RU 2037839C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
antennas
low
receivers
elevation
height
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
С.М. Порошин
В.Б. Бахвалов
Original Assignee
Порошин Сергей Михайлович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Порошин Сергей Михайлович filed Critical Порошин Сергей Михайлович
Priority to SU5016527 priority Critical patent/RU2037839C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2037839C1 publication Critical patent/RU2037839C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device has three symmetrical receiving aerials 1-3 which are oriented at horizontal direction and moved apart in height, three receivers 4-6, low-height target angle of elevation calculator 7. EFFECT: improved precision of measurement. 2 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в маловысотных РЛС обнаружения для измерения углов места маловысотных воздушных целей в секторе малых углов места над землей. The invention relates to radar and can be used in low-altitude radar detection for measuring elevation angles of low-altitude air targets in the sector of small elevation angles above the ground.

Целью изобретения является обеспечение возможности измерения углов места маловысотных целей в секторе малых углов места над землей. The aim of the invention is the ability to measure the elevation angles of low-altitude targets in the sector of small elevation angles above ground.

На фиг. 1 представлена упрощенная структурная схема устройства, условно показана схема расположения над землей антенн и их диаграммы направленности. In FIG. 1 shows a simplified structural diagram of the device, conventionally shows the location of the antennas above ground and their radiation patterns.

В состав устройства входят следующие элементы: три симметричные горизонтально направленные разнесенные по высоте приемные антенны 1, 2, 3, приемники 4, 5, 6 и вычислитель угла места θ маловысотной цели. The structure of the device includes the following elements: three symmetrical horizontally directed receiving antennas spaced apart in height 1, 2, 3, receivers 4, 5, 6 and a position angle calculator θ of the low-altitude target.

Угломестный рабочий сектор определен верхней половиной главного лепестка диаграммы направленности одной из антенн 1, 2, 3, у которой ширина диаграммы направленности в вертикальной плоскости уже. The angled working sector is defined by the upper half of the main lobe of the radiation pattern of one of the antennas 1, 2, 3, in which the width of the radiation pattern in the vertical plane is narrower.

Комплексную амплитуду напряжения эхо-сигнала на выходе одного из приемных каналов представим в следующем виде:

Figure 00000002
Figure 00000003
e-jkz[F(θ)ejkhsinθ+F(-θ)
Figure 00000004
e-jkhsinθ] (1) где θ угол места цели;
r наклонная дальность от точки расположения антенн на поверхности земли до цели;
Figure 00000005
- комплексный коэффициент усиления приемного канала;
h высота подъема антенны над землей;
К 2 π / λ волновое число;
λ длина волны;
F( θ) нормированная диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости в свободном пространстве;
Figure 00000006
комплексный коэффициент, зависящий от характеристик передающей системы РЛС и цели, одинаковый для обоих антенн;
Figure 00000007
комплексный коэффициент отражения радиоволн от земной поверхности при вертикальной или горизонтальной поляризации.The complex amplitude of the voltage of the echo signal at the output of one of the receiving channels is presented in the following form:
Figure 00000002
Figure 00000003
e -jkz [F (θ) e jkhsinθ + F (-θ)
Figure 00000004
e -jkhsinθ ] (1) where θ is the elevation angle of the target;
r the slant range from the location of the antennas on the earth's surface to the target;
Figure 00000005
- complex gain of the receiving channel;
h the height of the antenna above the ground;
K 2 π / λ wave number;
λ wavelength;
F (θ) is the normalized antenna pattern in the vertical plane in free space;
Figure 00000006
a complex coefficient depending on the characteristics of the radar transmitting system and the target, the same for both antennas;
Figure 00000007
complex coefficient of reflection of radio waves from the earth's surface with vertical or horizontal polarization.

Будем полагать, что форма диаграммы направленности F(θ ) симметрична в вертикальной плоскости, тогда F(θ ) F(- θ). We assume that the shape of the radiation pattern F (θ) is symmetric in the vertical plane, then F (θ) F (- θ).

Известно, что при малых углах скольжения θ комплексный коэффициент отражения радиоволн от земли

Figure 00000008
-1 при любой поляризации радиоволн и любых реальных характеристиках земной поверхности. С учетом этого формулу (1) можно упростить и записать в следующем виде:
Figure 00000009
Figure 00000010
e-jkr[F(θ)2ejπ/2sin(kh sinθ) (2)
Эта формула справедлива и для другого приемного канала, антенна которого установлена на другой высоте над землей. Нижняя и верхняя антенны и их приемники одинаковы. Из формулы (2) видно, что в секторе малых углов места сдвиг фаз эхо-сигналов на выходе приемных каналов верхней и нижней антенн практически не зависит от угла места цели и напряжение рассогласования на выходе фазового детектора близко к нулю. Следовательно, рассматриваемый аналог не может измерять углы места маловысотных целей и сопровождать такие цели в секторе малых углов места над землей.It is known that at small slip angles θ the complex reflection coefficient of radio waves from the earth
Figure 00000008
-1 for any polarization of radio waves and any real characteristics of the earth's surface. With this in mind, formula (1) can be simplified and written as follows:
Figure 00000009
Figure 00000010
e -jkr [F (θ) 2e jπ / 2 sin (kh sinθ) (2)
This formula is also valid for another receiving channel, the antenna of which is mounted at a different height above the ground. The lower and upper antennas and their receivers are the same. It can be seen from formula (2) that in the sector of small elevation angles, the phase shift of the echo signals at the output of the receiving channels of the upper and lower antennas is practically independent of the elevation angle of the target and the mismatch voltage at the output of the phase detector is close to zero. Therefore, the considered analogue cannot measure the elevation angles of low-altitude targets and accompany such targets in the sector of small elevation angles above the ground.

Поставленная цель достигается благодаря совместному решению системы двух трансцендентных уравнений с одним неизвестным θ на интервале угломестного рабочего сектора устройства

Figure 00000011
Figure 00000012
0, (3)
Figure 00000013
Figure 00000014
0, где Gm1, Gm2, Gm3 максимальные коэффициенты усиления нижней, средней и верхней антенн соответственно;
К1, К2, К3 коэффициенты усиления приемников, связанных с соответствующими антеннами;
λ длина волны;
F1( θ), F2( θ), F3( θ)- нормированные диаграммы направленности соответствующих антенн в вертикальной плоскости в свободном пространстве;
h1, h2, h3 высоты подъема соответствующих антенн над землей;
U1, U2, U3 амплитуды напряжений эхо-сигналов.This goal is achieved due to the joint solution of the system of two transcendental equations with one unknown θ in the interval of the elevational working sector of the device
Figure 00000011
Figure 00000012
0, (3)
Figure 00000013
Figure 00000014
0, where Gm 1 , Gm 2 , Gm 3 are the maximum gains of the lower, middle and upper antennas, respectively;
K 1 , K 2 , K 3 the gain of the receivers associated with the respective antennas;
λ wavelength;
F 1 (θ), F 2 (θ), F 3 (θ) - normalized radiation patterns of the respective antennas in a vertical plane in free space;
h 1 , h 2 , h 3 the height of the corresponding antennas above the ground;
U 1 , U 2 , U 3 the amplitude of the voltage of the echo signals.

Принцип действия предложенного устройства поясняется следующим: можем записать следующее выражение для комплексных амплитуд напряжений U1, U2, U3 эхо-сигналов на выходах приемников нижней, средней и верхней антенн.The principle of operation of the proposed device is illustrated by the following: we can write the following expression for the complex amplitudes of the voltages U 1 , U 2 , U 3 echo signals at the outputs of the receivers of the lower, middle and upper antennas.

Un= j2

Figure 00000015
K
Figure 00000016
e-jkrFn(θ)sin
Figure 00000017
sin
Figure 00000018
, (4) где n 1, 2, 3. Находя из формулы (4) отношения амплитуд напряжений U3/U2 и U2/U1 эхо-сигналов на выходах приемников верхней, средней и нижней антенн, получим систему трансцендентных уравнений (3) для определения угла места цели θ.U n = j2
Figure 00000015
K
Figure 00000016
e -jkr F n (θ) sin
Figure 00000017
sin
Figure 00000018
, (4) where n 1, 2, 3. Finding from the formula (4) the ratio of the amplitudes of the voltage U 3 / U 2 and U 2 / U 1 of the echo signals at the outputs of the receivers of the upper, middle and lower antennas, we obtain a system of transcendental equations ( 3) to determine the elevation angle of the target θ.

В угломестном рабочем секторе каждое из уравнений этой системы имеет множество корней. Из этого множества выбирают тот корень, который одинаков для первого и второго уравнений системы (3). In the elevated working sector, each of the equations of this system has many roots. From this set, choose the root that is the same for the first and second equations of system (3).

Однако могут быть такие частные построения антенной системы, когда среди множества корней первого и второго уравнений системы (3) в угломестном рабочем секторе окажется несколько одинаковых. В таких случаях решение системы (3) неоднозначно и предложенное устройство работать не сможет. Поэтому следует принять специальные меры при построении антенной системы, чтобы подобной неоднозначности не было в угломестном рабочем секторе устройства. However, there may be such particular constructions of the antenna system when among the many roots of the first and second equations of system (3) in the elevated working sector there are several identical ones. In such cases, the solution to system (3) is ambiguous and the proposed device cannot work. Therefore, special measures should be taken when constructing the antenna system so that such ambiguity does not exist in the elevated working sector of the device.

Неоднозначности не будет, если высота подъема над землей верхней антенны h3 не кратна высотам подъема h2, h1 двух других антенн. Неоднозначности не будет также, когда диаграмма направленности верхней антенны сравнительно узкая по сравнению с другими антеннами и охватывает лишь сравнительно небольшое (не более 5-7) количество интерференционных лепестков нижней антенны, возникающих из-за влияния радиоволн, отраженных от земной поверхности.There will be no ambiguity if the elevation height above the ground of the upper antenna h 3 is not a multiple of the elevation heights h 2 , h 1 of the other two antennas. There will also be ambiguity when the radiation pattern of the upper antenna is relatively narrow compared to other antennas and covers only a relatively small (no more than 5-7) number of interference lobes of the lower antenna arising from the influence of radio waves reflected from the earth's surface.

На фиг. 2 представлены расчетные зависимости отношений напряжений сигнала

Figure 00000019
и
Figure 00000020
от аргумента
Figure 00000021
h1sinθ для а) правильного построения антенной системы (а) и б) неправильного построения антенной системы (б). Для заданного направления цели, которое помечено стрелкой, на этих графиках крестиками помечены корни первого и второго уравнений системы (3), а крестиками в кружках корни, одинаковые для первого и второго уравнений. При этом в обоих случаях высоты подъема антенн над землей были выбраны так, чтобы h2 2h1 и h3 Uh1. Кроме того, нижняя 1 и средняя 2 антенны одинаковы, все приемники также одинаковы, т. е. К1 К2= К3. В случае (а) диаграмма направленности верхней антенны 3 в вертикальной плоскости была в четыре раза уже, чем антенн 1, 2 и охватывала примерно 5 интерференционных лепестков нижней антенны, а в случае (б) все три антенны были одинаковыми с нижней антенной. Как видно из графиков (см. фиг. 2), при правильном построении антенной системы возможно однозначное определение угла места цели, а при неправильном уравнения системы 3 имеют несколько одинаковых корней и однозначное определение угла места цели становится невозможно.In FIG. 2 shows the calculated dependences of the signal voltage ratios
Figure 00000019
and
Figure 00000020
from argument
Figure 00000021
h 1 sinθ for a) the correct construction of the antenna system (a) and b) the incorrect construction of the antenna system (b). For a given direction of the target, which is marked by an arrow, the roots of the first and second equations of the system (3) are marked with crosses in these graphs, and the roots with the crosses in the circles are the same for the first and second equations. Moreover, in both cases, the antenna heights above the ground were chosen so that h 2 2h 1 and h 3 Uh 1 . In addition, the lower 1 and middle 2 antennas are the same, all receivers are also the same, i.e., K 1 K 2 = K 3 . In case (a), the directivity pattern of the upper antenna 3 in the vertical plane was four times narrower than that of antennas 1, 2 and covered about 5 interference lobes of the lower antenna, and in case (b) all three antennas were the same as the lower antenna. As can be seen from the graphs (see Fig. 2), with the correct construction of the antenna system, it is possible to uniquely determine the elevation angle of the target, and if incorrect, the equations of the system 3 have several identical roots and unambiguous determination of the elevation angle of the target becomes impossible.

Элементы структурной схемы предложенного устройства выполнены следующим образом. Elements of the structural diagram of the proposed device is as follows.

В качестве антенн 1, 2, 3 можно использовать симметричные горизонтально направленные антенны (например, зеркальные или рупорные). Приемники 4, 5, 6 выполнены по обычной супергетеродинной схеме. Ограничение сигналов по амплитуде в тракте приемников недопустимо. Идентичность амплитудных и фазовых характеристик этих приемников не требуется. Спецвычислитель 7 выполнен в цифровом виде и представляет собой специализированную ЭВМ для совместного решения системы двух трансцендентных уравнений (3) с одним неизвестным и выбора из множества корней этих уравнений одного одинакового для обоих уравнений. As antennas 1, 2, 3, you can use symmetric horizontally directed antennas (for example, mirrored or horn). Receivers 4, 5, 6 are made according to the usual superheterodyne circuit. Limiting the amplitude of the signals in the receiver path is unacceptable. The identity of the amplitude and phase characteristics of these receivers is not required. Special computer 7 is made in digital form and is a specialized computer for jointly solving a system of two transcendental equations (3) with one unknown and choosing from the set of roots of these equations one identical for both equations.

Динамика работы предложенного устройства осуществляется следующим образом. The dynamics of the proposed device is as follows.

Приемные антенны 1, 2, 3 принимают эхо-сигналы маловысотной цели, приходящие к антенне как прямой радиоволной, так и радиоволной, отраженной от земли. Приемники 4, 5, 6 усиливают эхо-сигналы, преобразуют и, на промежуточную частоту и детектируют. Выходные напряжения U1, U2, U3 приемников на видеочастоте поступают на вычислитель 7, где они преобразуются в цифровую форму. Вычислитель 7 определяет угол места маловысотной цели путем совместного решения системы уравнений (3) на интервале угломестного рабочего сектора устройства.Receiving antennas 1, 2, 3 receive echoes of a low-altitude target, arriving at the antenna as a direct radio wave or a radio wave reflected from the ground. Receivers 4, 5, 6 amplify the echo signals, convert and, at an intermediate frequency, and detect. The output voltages U 1 , U 2 , U 3 of the receivers at the video frequency are supplied to the calculator 7, where they are converted to digital form. The computer 7 determines the elevation angle of the low-altitude target by jointly solving the system of equations (3) on the interval of the elevational working sector of the device.

Claims (1)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ МЕСТА МАЛОВЫСОТНЫХ ЦЕЛЕЙ, содержащее три симметричные горизонтальные направленные, разнесенные по высоте приемные антенны, каждая из которых соединена с соответствующим приемников, отличающееся тем, что введен вычислитель угла места θ маловысотной цели, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами соответствующих приемников, а выход является выходом устройства, причем вычисление угла q производится по следующим формулам:
Figure 00000022

Figure 00000023

где U1, U2, U3 амплитуды напряжений эхо-сигналов на выходах приемников нижней, средней и верхней антенн соответственно,
Figure 00000024
максимальные коэффициенты усиления нижней, средней и верхней антенн соответственно;
K1, K2, K3 коэффициенты усиления приемников;
λ длина волны;
F1(θ), F2(θ), F3(θ) нормированные диаграммы направленности соответствующих антенн в вертикальной плоскости в свободном пространстве;
h1, h2, h3 высоты подъема соответствующих антенн над землей.
DEVICE FOR MEASURING ANGLES OF LOW-TARGET AIMS, containing three symmetric horizontal directional, spaced-apart receiving antennas, each of which is connected to respective receivers, characterized in that a low-altitude target angle calculator θ is introduced, the first, second and third inputs of which are connected to the outputs the corresponding receivers, and the output is the output of the device, and the calculation of the angle q is performed according to the following formulas:
Figure 00000022

Figure 00000023

where U 1 , U 2 , U 3 the amplitude of the voltage of the echo signals at the outputs of the receivers of the lower, middle and upper antennas, respectively,
Figure 00000024
maximum gains of the lower, middle and upper antennas, respectively;
K 1 , K 2 , K 3 receiver gains;
λ wavelength;
F 1 (θ), F 2 (θ), F 3 (θ) normalized radiation patterns of the respective antennas in a vertical plane in free space;
h 1 , h 2 , h 3 the height of the corresponding antennas above the ground.
SU5016527 1991-12-10 1991-12-10 Device for measuring angles of elevation of low-height targets RU2037839C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5016527 RU2037839C1 (en) 1991-12-10 1991-12-10 Device for measuring angles of elevation of low-height targets

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5016527 RU2037839C1 (en) 1991-12-10 1991-12-10 Device for measuring angles of elevation of low-height targets

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2037839C1 true RU2037839C1 (en) 1995-06-19

Family

ID=21591547

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5016527 RU2037839C1 (en) 1991-12-10 1991-12-10 Device for measuring angles of elevation of low-height targets

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2037839C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2124218C1 (en) * 1997-12-23 1998-12-27 Лысенко Валерий Дмитриевич Device determining deviation of object position from specified line
RU2752235C1 (en) * 2020-09-22 2021-07-23 Акционерное общество "НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод имени Коминтерна" /АО "НПО НИИИП-НЗиК"/ Method for measuring angle of low-altitude target and device for its implementation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Заявка Японии N 54-4235, кл. G 01S 9/02, N 6-106 от 03.03.79. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2124218C1 (en) * 1997-12-23 1998-12-27 Лысенко Валерий Дмитриевич Device determining deviation of object position from specified line
RU2752235C1 (en) * 2020-09-22 2021-07-23 Акционерное общество "НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод имени Коминтерна" /АО "НПО НИИИП-НЗиК"/ Method for measuring angle of low-altitude target and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5359329A (en) Jammer reference target measurement system
Sherman Complex indicated angles applied to unresolved radar targets and multipath
AU692386B2 (en) Hybrid amplitude/phase comparison direction finding system
US3973262A (en) Radio direction finder with means for reducing sensitivity to multipath propogation errors
US4780722A (en) Radio direction-finding
EP0130638B1 (en) Unambiguous r.f. direction-finding system
US20040160364A1 (en) Digital instantaneous direction finding system
US3349394A (en) Radar sensing system
US4121209A (en) Two-axis motion compensation for AMTI
RU2291464C2 (en) Mode of measuring of the position of targets at availability of reflections of received echo-signal from surface and an impulse surface three-coordinate radar station for its realization
US4060807A (en) Low angle radar
US3992710A (en) Target tracker having target recognition means
RU2037839C1 (en) Device for measuring angles of elevation of low-height targets
CA1159934A (en) Cancellation of group delay error by dual speed of rotation
RU2127437C1 (en) Method of radar fixing of coordinates of targets
US5812091A (en) Radio interferometric antenna for angle coding
RU2013786C1 (en) Goniometer of low-altitude radar station
US3991418A (en) Electromagnetic wave direction finding using Doppler techniques
RU2076334C1 (en) Monopulse direction finder
RU2038610C1 (en) Low-altitude ground target-elevation radar indicator
US3308457A (en) Radar tracking amplifying system
RU2699028C1 (en) Method for direction-finding of a source of active interference
RU2029972C1 (en) Interrogator of active interrogation-response of radar system
RU2126978C1 (en) Omnidirectional radio direction finder
RU2038611C1 (en) Low-altitude noise-immune target-elevation indicator