RU2037839C1 - Device for measuring angles of elevation of low-height targets - Google Patents
Device for measuring angles of elevation of low-height targetsInfo
- 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
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
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
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
Комплексную амплитуду напряжения эхо-сигнала на выходе одного из приемных каналов представим в следующем виде:
e-jkz[F(θ)ejkhsinθ+F(-θ)e-jkhsinθ] (1) где θ угол места цели;
r наклонная дальность от точки расположения антенн на поверхности земли до цели;
- 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;
комплексный коэффициент, зависящий от характеристик передающей системы РЛС и цели, одинаковый для обоих антенн;
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:
e -jkz [F (θ) e jkhsinθ + F (-θ) 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;
- complex gain of the receiving channel;
h the height of the antenna above the ground;
λ wavelength;
F (θ) is the normalized antenna pattern in the vertical plane in free space;
a complex coefficient depending on the characteristics of the radar transmitting system and the target, the same for both antennas;
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 -1 при любой поляризации радиоволн и любых реальных характеристиках земной поверхности. С учетом этого формулу (1) можно упростить и записать в следующем виде:
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 -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:
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
0, (3)
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
0, (3)
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 Ke-jkrFn(θ)sin sin, (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 K e -jkr F n (θ) sin sin , (4) where
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 и от аргумента 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 and from argument 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
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
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
Claims (1)
где U1, U2, U3 амплитуды напряжений эхо-сигналов на выходах приемников нижней, средней и верхней антенн соответственно,
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:
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,
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.
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)
| 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 |
-
1991
- 1991-12-10 RU SU5016527 patent/RU2037839C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Заявка Японии N 54-4235, кл. G 01S 9/02, N 6-106 от 03.03.79. * |
Cited By (2)
| 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 |