[go: up one dir, main page]

RU2052832C1 - Phase finder - Google Patents

Phase finder Download PDF

Info

Publication number
RU2052832C1
RU2052832C1 SU5008436A RU2052832C1 RU 2052832 C1 RU2052832 C1 RU 2052832C1 SU 5008436 A SU5008436 A SU 5008436A RU 2052832 C1 RU2052832 C1 RU 2052832C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
input
inputs
calculation unit
antenna
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.Н. Армизонов
Д.В. Дубинин
Original Assignee
Томский Институт Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники
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 Томский Институт Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники filed Critical Томский Институт Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники
Priority to SU5008436 priority Critical patent/RU2052832C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2052832C1 publication Critical patent/RU2052832C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: phase finder has N antenna components 1(1), 1(2) through 1(N), N receiver-amplifier units 2(1), 2(2) through 2(N), (N-1) phase meters 3(1), 3(2) through 3(N-1), ambiguity eliminating unit 4, three weight adders 5(1), 5(2), 5(3), bearing computing unit 6(1); elevation computine unit 6(2); one of antenna compinents is vertically raised above array surface. EFFECT: provision for evaluating third directrix cosine by using additional information contained in phase difference; improved accuracy in evaluating elevation angle. 5 dwg

Description

Изобретение относится к области пассивной радиолокации, а именно к оценке углового положения источника электромагнитного излучения в двух ортогональных плоскостях, и может быть использовано для измерения траекторий движущихся объектов в радиолокационных и радионавигационных системах, устройствах. The invention relates to the field of passive radar, and in particular to estimating the angular position of an electromagnetic radiation source in two orthogonal planes, and can be used to measure the trajectories of moving objects in radar and radio navigation systems, devices.

Угловое положение источника электромагнитного излучения определяется двумя угловыми координатами α (азимут Аz) и β (угол места El) или парой направляющих косинусов к осям прямоугольной системы координат (расположенных на поверхности Земли). Для совместного определения Аz и Еl фазовыми методами необходимо наличие двух пар антенн, расположенных на перпендикулярных прямых и образующих базы интерферометра. Разности фаз Φ12 и Φ34 определяются следующими выражениями:
Φ12=

Figure 00000002
l12cosα•cosβ
Φ34=
Figure 00000003
l34sinα•cosβ (1) где l12, l34 расстояние, на которое разнесены соответственно антенны;
α- азимут, угол между вектором ОС1 и осью Х;
β угол места, угол между векторами ОС1 и ОС.The angular position of the electromagnetic radiation source is determined by two angular coordinates α (azimuth Az) and β (elevation angle El) or a pair of guide cosines to the axes of a rectangular coordinate system (located on the Earth's surface). For the joint determination of A z and E l by phase methods, it is necessary to have two pairs of antennas located on perpendicular straight lines and forming the base of the interferometer. The phase differences Φ 12 and Φ 34 are determined by the following expressions:
Φ 12 =
Figure 00000002
l 12 cosα • cosβ
Φ 34 =
Figure 00000003
l 34 sinα • cosβ (1) where l 12 , l 34 is the distance by which the antennas are spaced apart;
α-azimuth, the angle between the vector OS 1 and the X axis;
β elevation angle, the angle between the vectors OS 1 and OS.

Решая эту систему уравнений, находим оценки величинα и β
α arctg

Figure 00000004
+
Figure 00000005

β arccos
Figure 00000006
Figure 00000007
(2)
Ошибки, возникающие при оценкеα и β могут характеризоваться условными дисперсиями этих величин и определяются следующими выражениями:
σα
Figure 00000008
Figure 00000009
GΦ при условии, что l12 l34 l
Gβ
Figure 00000010
Figure 00000011
Figure 00000012
σΦ (3) Если база между антеннами превышает λ/2, то возникает неоднозначность отсчета в секторе [-π, π] или сужается сектор однозначности. Для увеличения точности оценок углового положения необходимо увеличивать базу между антеннами. Для решения этой проблемы вводят дополнительные антенны, которые необходимы для устранения неоднозначности. Базы между дополнительными антеннами меньше, чем база между антеннами для точного определения угловых координат, и по одной из дополнительных пар антенн должен быть получен однозначный отсчет в секторе по каждой координате.Solving this system of equations, we find estimates of the quantities α and β
α arctg
Figure 00000004
+
Figure 00000005

β arccos
Figure 00000006
Figure 00000007
(2)
Errors arising in the evaluation of α and β can be characterized by conditional variances of these quantities and are determined by the following expressions:
σ α
Figure 00000008
Figure 00000009
G Φ provided that l 12 l 34 l
G β
Figure 00000010
Figure 00000011
Figure 00000012
σΦ (3) If the base between the antennas exceeds λ / 2, then there is an ambiguity of reference in the sector [-π, π] or the sector of uniqueness is narrowed. To increase the accuracy of the estimates of the angular position, it is necessary to increase the base between the antennas. To solve this problem, additional antennas are introduced, which are necessary to eliminate ambiguity. The base between the additional antennas is smaller than the base between the antennas for accurate determination of the angular coordinates, and one of the additional pairs of antennas must be obtained an unambiguous reference in the sector for each coordinate.

Известен фазовый пеленгатор системы мини-ТРЭК, предназначенный для определения траекторий искусственных спутников Земли. Известный фазовый пеленгатор построен по принципам, изложенным выше и содержит 8 антенн точного определения угловых координат источника сигнала и 5 антенн для устранения неоднозначности по методу уточнений, угловые координаты определяются вычислителем по выражениям (2), (3). Known phase direction finder system mini-TREC, designed to determine the trajectories of artificial Earth satellites. The well-known phase direction finder is constructed according to the principles described above and contains 8 antennas for accurate determination of the angular coordinates of the signal source and 5 antennas to eliminate ambiguity by the refinement method, the angular coordinates are determined by the calculator according to expressions (2), (3).

Недостатками такого пеленгатора является следующее: во-первых, в процессе измерений с фазометров снимается n m + К разностей фаз, m- по одному плечу, К- по другому плечу, перпендикулярному первому, а в процессе оценки угловых координат α и β используется только две, измеренные между антеннами. Информация об угловых координатах, содержащаяся в остальных разностях фаз, не учитывается. Во-вторых, на точность оценки угловых координат влияют только антенны, расстояние между которыми максимально, а не все участвующие в измерениях. В-третьих, для улучшения точности оценок необходимо увеличивать расстояние между антеннами, но при этом уменьшается сектор однозначности для этой базы и, следовательно, уменьшается вероятность правильного устранения неоднозначности, т. е. достоверность оценок. В-четвертых, среднеквадратическое отклонение (СКО) угла места зависит от углового положения источника излучения в вертикальной плоскости, и при малых углах места ошибки резко возрастают. The disadvantages of such a direction finder are as follows: firstly, in the process of measurements, nm + K of phase differences are removed from the phaseometers, m is on one arm, K is on the other arm perpendicular to the first, and only two are used in the process of estimating the angular coordinates α and β, measured between antennas. Information about the angular coordinates contained in the remaining phase differences is not taken into account. Secondly, only antennas affect the accuracy of estimating angular coordinates, the distance between which is maximum, and not all those involved in the measurements. Thirdly, to improve the accuracy of estimates, it is necessary to increase the distance between the antennas, but at the same time, the sector of unambiguity for this base is reduced and, therefore, the probability of correct elimination of ambiguity, i.e., the reliability of estimates, is reduced. Fourth, the standard deviation (RMS) of the elevation angle depends on the angular position of the radiation source in the vertical plane, and for small elevation angles, the errors increase sharply.

Наиболее близким по технической сущности является известный фазовый пеленгатор, содержащий 5 слабонаправленных антенных элемента, располагающихся на двух перпендикулярных плечах и образующих 2 пары на плоскости, где один из антенных элементов расположен в точке пересечения плеч, 5 приемно-усилительных трактов и 4 фазометра, два из которых подключены к приемно-усилительным трактам одного плеча, а два других другого, причем выходы двух первых фазометров подключены к 2 входам первого устройства устранения неоднозначности, а выходы вторых двух фазометров к 2 входам второго устройства устранения неоднозначности, выходы устройств устранения неоднозначности подключены к 2 входам вычислителя координат углового положения источника сигнала (4). The closest in technical essence is the known phase direction finder containing 5 weakly directional antenna elements located on two perpendicular shoulders and forming 2 pairs on the plane, where one of the antenna elements is located at the point of intersection of the shoulders, 5 receiving and amplifying paths and 4 phase meters, two of which are connected to the receiving-amplifying paths of one arm, and two others of the other, and the outputs of the first two phase meters are connected to 2 inputs of the first disambiguation device, and the outputs of the second yx phase meters to 2 inputs of the second device disambiguation disambiguation device outputs are connected to two inputs of the calculating angular coordinates of the position signal source (4).

Недостатком этого фазового пеленгатора является то, что СКО угла места зависит от углового положения источника излучения в вертикальной плоскости. При малых углах места ошибки резко возрастают. Кроме того, в процессе оценки утрачивается информация об угловых координатах, содержащаяся в разности фаз между антеннами, имеющими меньшую базу, и наличие этих антенн не влияет на точность оценок. The disadvantage of this phase direction finder is that the RMS of the elevation angle depends on the angular position of the radiation source in the vertical plane. At small elevation angles, errors increase sharply. In addition, in the evaluation process, information about the angular coordinates contained in the phase difference between the antennas having a smaller base is lost, and the presence of these antennas does not affect the accuracy of the estimates.

Цель изобретения повышение точности оценок координат углового положения источника сигнала в вертикальной плоскости фазовых пеленгаторов с плоскими антенными решетками. The purpose of the invention is to increase the accuracy of estimates of the coordinates of the angular position of the signal source in the vertical plane of phase direction finders with flat antenna arrays.

Это достигается тем, что в фазовом пеленгаторе, содержащем N антенных элементов, расположенных на плоскости, N приемно-усилительных трактов, (N-1) фазометров, блок устранения неоднозначности с (N-1) выходами, один из антенных элементов вертикально поднят над плоскостью антенной решетки, введено три весовых сумматора, (N-1) вход каждого из которых подключен к блоку устранения неоднозначности, блок вычисления азимута и блок вычисления угла места, 2 входа первого из которых подключены к выходам двух первых весовых сумматоров, 3 входа второго из которых подключены к выходам весовых сумматоров, причем фазометры подключены так, что одна из антенн является опорной. This is achieved by the fact that in a phase direction finder containing N antenna elements located on a plane, N receiving-amplifying paths, (N-1) phaseometers, an ambiguity block with (N-1) outputs, one of the antenna elements is vertically raised above the plane antenna array, introduced three weight adders, (N-1) the input of each of which is connected to the ambiguity elimination unit, the azimuth calculation unit and the elevation angle calculation unit, 2 inputs of the first of which are connected to the outputs of the first two weight adders, 3 inputs of the second of which s are connected to the outputs of weighted adders and phase meters are connected so that one of the antennas is a reference.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков трех весовых сумматоров, блока вычисления азимута и блока вычисления угла места и, следовательно, соответствует критерию "новизна". Comparative analysis with the prototype shows that the inventive device is characterized by the presence of new blocks of three weight adders, an azimuth calculation unit and an elevation calculation unit, and therefore meets the criterion of "novelty."

Рассмотрим две произвольные точки в пространстве (см. фиг. 2). Положение точек определяется их координатами, а именно: точка А с координатами (ХА, YА, ZА) и В (ХВ, YВ, ZВ). Пусть источник сигнала расположен в точке С, удаление которой от точек А и В значительно больше отрезка АВ. Тогда разность фаз между точками А и В, создаваемая источником сигнала С, равна
ФAB=

Figure 00000013
AB
Figure 00000014
cos
Figure 00000015
(4) где ΦАВ, ОС угол между отрезками АВ и осью ОС;
/АВ/ длина отрезка АВ.Consider two arbitrary points in space (see Fig. 2). The position of the points is determined by their coordinates, namely: point A with the coordinates (X A , Y A , Z A ) and B (X B , Y B , Z B ). Let the signal source be located at point C, the distance of which from points A and B is much larger than the segment AB. Then the phase difference between points A and B, created by the signal source C, is equal to
F AB =
Figure 00000013
Ab
Figure 00000014
cos
Figure 00000015
(4) where Φ AB, OS is the angle between the segments AB and the axis of the OS;
/ AB / segment length AB.

Рассмотрим направляющие косинусы вектора ОС:
cosγ1= V

Figure 00000016

cosγ2= U
Figure 00000017

cosγ3= W
Figure 00000018
(5) где Со (хо, yо, zо) точка, расположенная на векторе ОС.Consider the direction cosines of the OS vector:
cosγ 1 = V
Figure 00000016

cosγ 2 = U
Figure 00000017

cosγ 3 = W
Figure 00000018
(5) where C o (x o , y o , z o ) is a point located on the OS vector.

Рассмотрим сомножитель cos

Figure 00000019
в выражении (4).Consider the factor cos
Figure 00000019
in the expression (4).

Figure 00000020
(XB-XA,yB-yA,zB-zA)
cos
Figure 00000021
= cos
Figure 00000022
=
Figure 00000023
Подставим все это в уравнение (4) и получим:
ФAB=
Figure 00000024
[(xB-xA)cosγ1+(yB-yA)cosγ2+(zB-zA)cosγ3] (6) при этом учтено, что
Figure 00000025
AB
Figure 00000026
Figure 00000027
Подставим все это в уравнение (6) с учетом уравнений (5) и получим:
ФAB=
Figure 00000028
[(xB-xA)•V+(yB-yA)•U+(zB-zA)•W]
Далее заменим
nx=
Figure 00000029
ny=
Figure 00000030
nz=
Figure 00000031
и получим более компактный вид формулы:
ФАВ 2 π[nx ·V + ny ·U ·nz ·W] (7)
Пусть антенная система состоит из N антенн. При наличии погрешностей в виде фазовых ошибок, распределенных нормально с нулевыми средними значениями и известной корреляционной матрицей получим условную плотность распределения вероятностей фазовых ошибок при фиксированных V, U, W
W[
Figure 00000032
/V, U, W] k•exp
Figure 00000033
-
Figure 00000034
(
Figure 00000035
-
Figure 00000036
V-
Figure 00000037
U-
Figure 00000038
W)TB -1 Φ ×(
Figure 00000039
-
Figure 00000040
V-
Figure 00000041
U-
Figure 00000042
W)
Figure 00000043
где
Figure 00000044
- вектор полных разностей фаз в единицах 2π;
К некоторый коэффициент пропорциональности;
Figure 00000045
,
Figure 00000046
,
Figure 00000047
векторы масштабных коэффициентов.
Figure 00000020
(X B -X A , y B -y A , z B -z A )
cos
Figure 00000021
= cos
Figure 00000022
=
Figure 00000023
Substitute all this in equation (4) and get:
F AB =
Figure 00000024
[(x B -x A ) cosγ 1 + (y B -y A ) cosγ 2 + (z B -z A ) cosγ 3 ] (6) while taking into account that
Figure 00000025
Ab
Figure 00000026
Figure 00000027
We substitute all this into equation (6) taking into account equations (5) and we obtain:
F AB =
Figure 00000028
[(x B -x A ) • V + (y B -y A ) • U + (z B -z A ) • W]
Next, replace
n x =
Figure 00000029
n y =
Figure 00000030
n z =
Figure 00000031
and get a more compact form of the formula:
Ф АВ 2 π [n x · V + n y · U · n z · W] (7)
Let the antenna system consist of N antennas. In the presence of errors in the form of phase errors distributed normally with zero mean values and a known correlation matrix, we obtain the conditional probability density distribution of phase errors for fixed V, U, W
W [
Figure 00000032
/ V, U, W] k • exp
Figure 00000033
-
Figure 00000034
(
Figure 00000035
-
Figure 00000036
V-
Figure 00000037
U-
Figure 00000038
W) T B -1 Φ × (
Figure 00000039
-
Figure 00000040
V-
Figure 00000041
U-
Figure 00000042
W)
Figure 00000043
Where
Figure 00000044
is the vector of total phase differences in units of 2π;
To some coefficient of proportionality;
Figure 00000045
,
Figure 00000046
,
Figure 00000047
vectors of scale factors.

Определим оценки направляющих косинусов V, U, W по максимуму их условной плотности распределения

Figure 00000048
Figure 00000049
Figure 00000050
Figure 00000051
и получим
V*
Figure 00000052
V*
Figure 00000053

U*
Figure 00000054
W*
Figure 00000055

W*
Figure 00000056
W*
Figure 00000057
где Pyz, Pxz, Pxy квадратные матрицы размером (N-1) x (N-1);
Figure 00000058
Figure 00000059

Figure 00000060

Figure 00000061

qv, qu, qw векторы весовых коэффициентов. Так как мы получили максимально правдоподобные оценки, то они имеют нулевые смешения и минимальные значения условных дисперсий.We define the estimates of the guiding cosines V, U, W from the maximum of their conditional distribution density
Figure 00000048
Figure 00000049
Figure 00000050
Figure 00000051
and get
V *
Figure 00000052
V *
Figure 00000053

U *
Figure 00000054
W *
Figure 00000055

W *
Figure 00000056
W *
Figure 00000057
where P yz , P xz , P xy are square matrices of size (N-1) x (N-1);
Figure 00000058
Figure 00000059

Figure 00000060

Figure 00000061

q v , q u , q w vectors of weight coefficients. Since we have obtained the most plausible estimates, they have zero mixing and minimal values of conditional variances.

Условные дисперсии оценок получаем из формул для V, U, W по правилам теории вероятностей
D[V*] M

Figure 00000062

D[U*] M
Figure 00000063

D[W*] M
Figure 00000064
где М оператор усреднения. Если учесть, что
M[
Figure 00000065
] B где В ковариационная матрица фазовых ошибок, то получим:
D[V*] (
Figure 00000066
PyzBP
Figure 00000067
)•(
Figure 00000068
P
Figure 00000069
)-2
D[U*] (
Figure 00000070
PxzBP
Figure 00000071
)•(
Figure 00000072
P
Figure 00000073
)-2
D[W*] (
Figure 00000074
PxyBP
Figure 00000075
)•(
Figure 00000076
P
Figure 00000077
)-2 (8) В случае, если ВBΦ·G 2 Φ и
Рyz ·BΦ·Pyz Pyz
Pxz ·BΦ·Pyz Pxz
Pxy·BΦ·Pxy Pxy,
то
D(V*) σ 2 Φ •
Figure 00000078

D[U*] σ 2 Φ •
Figure 00000079

D[W*] G 2 Φ •
Figure 00000080
(9) Для получения оценок необходимо иметь полный вектор фазовых измерений
Figure 00000081
, который представляет собой
Figure 00000082
=
Figure 00000083
+
Figure 00000084
где
Figure 00000085
вектор фазовых измерений;
Figure 00000086
вектор полных разностей фаз, утраченных при измерении (вектор неоднозначности).The conditional variance of estimates is obtained from the formulas for V, U, W according to the rules of probability theory
D [V * ] M
Figure 00000062

D [U * ] M
Figure 00000063

D [W * ] M
Figure 00000064
where M is the averaging operator. Given that
M [
Figure 00000065
] B where B is the covariance matrix of phase errors, then we get:
D [V * ] (
Figure 00000066
P yz BP
Figure 00000067
) • (
Figure 00000068
P
Figure 00000069
) -2
D [U * ] (
Figure 00000070
P xz BP
Figure 00000071
) • (
Figure 00000072
P
Figure 00000073
) -2
D [W * ] (
Figure 00000074
P xy BP
Figure 00000075
) • (
Figure 00000076
P
Figure 00000077
) -2 (8) If BB Φ · G 2 Φ and
P yz · B Φ · P yz P yz
P xz · B Φ · P yz P xz
P xy · B Φ · P xy P xy ,
then
D (V * ) σ 2 Φ •
Figure 00000078

D [U * ] σ 2 Φ •
Figure 00000079

D [W * ] G 2 Φ •
Figure 00000080
(9) To obtain estimates, it is necessary to have a complete vector of phase measurements
Figure 00000081
which is
Figure 00000082
=
Figure 00000083
+
Figure 00000084
Where
Figure 00000085
vector of phase measurements;
Figure 00000086
vector of total phase differences lost during measurement (ambiguity vector).

Таким образом, устранение неоднозначности фазовых измерений заключается в отыскании оценки вектора

Figure 00000087
.Thus, the elimination of the ambiguity of phase measurements consists in finding an estimate of the vector
Figure 00000087
.

Оценки углового положения в двух ортогональных плоскостяхα и β, определяются из следующих соотношений:
α* arctg

Figure 00000088
(11)
β* arctg
Figure 00000089
(12)
Применительно к предлагаемому устройству рассмотрим систему векторов:
Figure 00000090
(n
Figure 00000091
,n
Figure 00000092
)
Figure 00000093
(n
Figure 00000094
,n
Figure 00000095
)
Figure 00000096
(a,a), что соответствует выносу опорной антенны. В этом случае вынос опорного элемента на величину
Figure 00000097
не изменит СКО оценок V* и U*, но даст возможность получить оценку W*, причем ее дисперсия имеет вид:
D[W*]
Figure 00000098
Очевидно, чем больше а, тем меньше D[W*]
Таким образом, вынос антенны за плоскость решетки дает возможность, используя дополнительную информацию, содержащуюся в разности фаз, получить оценку третьего направляющего косинуса и более точно оценить угол места.Estimates of the angular position in two orthogonal planes α and β are determined from the following relationships:
α * arctg
Figure 00000088
(eleven)
β * arctg
Figure 00000089
(12)
In relation to the proposed device, we consider a system of vectors:
Figure 00000090
(n
Figure 00000091
, n
Figure 00000092
)
Figure 00000093
(n
Figure 00000094
, n
Figure 00000095
)
Figure 00000096
(a, a), which corresponds to the offset of the reference antenna. In this case, the removal of the support element by
Figure 00000097
it will not change the standard deviation of the estimates of V * and U *, but it will make it possible to obtain the estimate of W *, moreover, its variance has the form:
D [W * ]
Figure 00000098
Obviously, the greater the a, the less D [W *]
Thus, the removal of the antenna beyond the plane of the array makes it possible, using additional information contained in the phase difference, to obtain an estimate of the third directing cosine and to more accurately estimate the elevation angle.

Изложенные принципы реализованы в предлагаемом фазовом пеленгаторе, что позволяет повысить точность измерения угловых координат в вертикальной плоскости. The stated principles are implemented in the proposed phase direction finder, which improves the accuracy of measuring angular coordinates in the vertical plane.

На фиг. 1 изображена геометрическая интерпретация фазового пеленгатора; на фиг. 2 пояснение к алгоритму работы фазового пеленгатора с объемной антенной решеткой; на фиг. 3 структурная схема фазового пеленгатора; на фиг. 4 функциональная схема устройства устранения неоднозначности; на фиг. 5 функциональная схема весового сумматора. In FIG. 1 shows a geometric interpretation of a phase direction finder; in FIG. 2 explanation to the algorithm of the phase direction finder with surround antenna array; in FIG. 3 is a structural diagram of a phase direction finder; in FIG. 4 is a functional diagram of a disambiguation apparatus; in FIG. 5 functional diagram of the weight adder.

Фазовый пеленгатор состоит из N антенных элементов 1 и N приемно-усилительных трактов 2, подключенных к ним (N-1) фазометров 3 так, что одна из антенн является опорной, выходы фазометров подключены к (N-1) входу блока устранения неоднозначности 4, (N-1) выходы которого соединены параллельно с (N-1) входами трех весовых сумматоров 5, выходы двух из которых подключены к двум входам первого блока вычисления 6, а выходы этих же весовых сумматоров 5 соединены с тремя входами второго блока вычисления 6. The phase direction finder consists of N antenna elements 1 and N receiving-amplifying paths 2 connected to them (N-1) phase meters 3 so that one of the antennas is a reference, the outputs of the phase meters are connected to the (N-1) input of the ambiguity block 4, (N-1) outputs of which are connected in parallel with (N-1) inputs of three weight adders 5, the outputs of two of which are connected to two inputs of the first calculation unit 6, and the outputs of the same weight adders 5 are connected to three inputs of the second calculation unit 6.

Фазовый пеленгатор работает следующим образом. Phase direction finder works as follows.

На антенную решетку падает плоский волной фронт и так как антенные элементы 1 разнесены в пространстве, сигналы, поступающие на вход приемно-усилительных трактов, имеют разные фазы. A plane wave is incident on the front of the antenna array and since the antenna elements 1 are spaced apart in space, the signals arriving at the input of the receiving-amplifying paths have different phases.

Вследствие того, что антенный элемент вынесен над плоскостью антенной решетки, то собственные фазы антенн имеют помимо составляющих вдоль осей Ох и Оy еще составляющую вдоль оси Оz. В приемно-усилительных трактах 2 эти сигналы усиливаются и подаются на входы фазометров 3, которые измеряют разность фаз между сигналами, но при этом так как область измерений фазометров лежит в пределах [-π, π] теряется целое число периодов при измерении информации. Информация о разности фаз поступает на вход устройства устранения неоднозначности 4, где восстанавливается целое число периодов разностей фаз, утраченных при измерении, и формируется совокупность полных разностей фаз. Эта совокупность из (N-1) разностей фаз поступает на входы трех весовых сумматоров 5, где путем весового суммирования получаются оценки направляющих косинусов, которые поступают на входы двух блоков вычисления 6, на выходах которых получаются оценки угловых координат α* и β*. Использование информации, содержащейся в составляющей разности фаз вдоль оси Оz, позволяет получить оценку третьего направляющего косинуса W* и оценить более точно угол места. Фазовый пеленгатор может быть реализован как в аналоговом, так и в цифровом виде. Остановимся на цифровой реализации фазового пеленгатора.Due to the fact that the antenna element is positioned above the plane of the antenna array, the natural phases of the antennas have, in addition to components along the O x and O y axes , a component along the O z axis. In the receiving-amplifying paths 2, these signals are amplified and fed to the inputs of the phase meters 3, which measure the phase difference between the signals, but at the same time, since the measurement area of the phase meters lies within [-π, π], an integer number of periods is lost when measuring information. Information about the phase difference is fed to the input of the ambiguity elimination device 4, where an integer number of periods of phase differences lost during measurement is restored, and a set of complete phase differences is formed. This set of (N-1) phase differences goes to the inputs of three weight adders 5, where by weighting the sums the estimates of the direction cosines are obtained, which go to the inputs of two blocks of calculation 6, at the outputs of which estimates of the angular coordinates α * and β * are obtained. Using the information contained in the component of the phase difference along the O z axis, one can obtain an estimate of the third directing cosine W * and estimate the elevation angle more accurately. The phase direction finder can be implemented both in analog and digital form. Let us dwell on the digital implementation of the phase direction finder.

Фазометры, используемые в таком пеленгаторе, являются цифровыми. На фиг. 4 изображено устройство устранения неоднозначности. Оно содержит m·(N-1) весовых сумматоров 7, которые образуют m-каналов, и входы (N-1) весовых сумматоров каждого из каналов соединены с выходами фазометров, выходы весовых сумматоров 7 соединены с одним из входов m·(N-1) сумматора 9, вторые входы каждого сумматора 9 подключены к одному из (N-1) выходов запоминающего устройства 8 каждого канала, выходы сумматоров 9 каждого канала подключены к входам сумматоров 10, выходы которых соединены с m входами устройства выбора вектора неоднозначности 11, (N-1) выходы которого подключены к первым (N-1) входам сумматора 12, вторые (N-1) входы которого соединены с выходами фазометров. The phasometers used in such a direction finder are digital. In FIG. 4 shows a disambiguation apparatus. It contains m · (N-1) weight adders 7, which form m-channels, and the inputs (N-1) of the weight adders of each channel are connected to the outputs of the phase meters, the outputs of the weight adders 7 are connected to one of the inputs m · (N- 1) adder 9, the second inputs of each adder 9 are connected to one of (N-1) outputs of the storage device 8 of each channel, the outputs of the adders 9 of each channel are connected to the inputs of the adders 10, the outputs of which are connected to m inputs of the ambiguity vector selection device 11, ( N-1) whose outputs are connected to the first (N-1) inputs of the adder 12, the second (N-1) inputs of which are connected to the outputs of the phase meters.

Устройство работает следующим образом. Коды, содержащие информацию о разности фаз Φ1, Φ2. ΦN-1, от фазометров поступают на вход весового сумматора, где умножаются на соответствующие коэффициенты и формируют следующую сумму на сумматоре 9:
2

Figure 00000099
Bj= 2(
Figure 00000100
)j где
Figure 00000101
G
Figure 00000102

Затем с выхода весового сумматора 9 поступают на вход сумматора 10, где к ним добавляется кодовое расстояние каждого вектора неоднозначности, которое считывается с запоминающего устройства 8
dj=
Figure 00000103
G
Figure 00000104

Полученные коды образуют форму, соответствующую выражению (10). Таким образом, все m значений формы поступают на устройство выбора неоднозначности или схемы сравнения, где необходимый вектор неоднозначности выбирается из общей совокупности из векторов по минимуму формы П
Figure 00000105
(
Figure 00000106
). Устройство выбора вектора неоднозначности может быть реализовано различными способами, один из них на запоминающих элементах. Так как мы знаем все возможные коды разностей фаз, то можем получить всевозможные коды формы П
Figure 00000107
(
Figure 00000108
) и поставить в соответствие каждому вектору те возможности значения П
Figure 00000109
(
Figure 00000110
), которые являются минимальными для данного вектора. Таким образом, в запоминающее устройство записываются коды векторов, а коды значений формы являются адресами кодов векторов. Другой заключается в том, что процесс поиска минимального значения формы сводится к показанному сравнению значений формы с помощью схем сравнения, образующих пирамидальную структуру. В устройстве 12-сумматоре формируется вектор полных разностей фаз добавлением целой части разности и ее дробной части.The device operates as follows. Codes containing information on the phase difference Φ 1 , Φ 2 . Φ N-1 , from the phase meters enter the input of the weight adder, where they are multiplied by the corresponding coefficients and form the following sum on the adder 9:
2
Figure 00000099
B j = 2 (
Figure 00000100
) j where
Figure 00000101
G
Figure 00000102

Then, the output of the weight adder 9 is fed to the input of the adder 10, where the code distance of each ambiguity vector is added to them, which is read from the storage device 8
d j =
Figure 00000103
G
Figure 00000104

The resulting codes form a form corresponding to expression (10). Thus, all m values of the form arrive at the ambiguity selection device or comparison scheme, where the necessary ambiguity vector is selected from the total set of vectors to minimize the form P
Figure 00000105
(
Figure 00000106
) The device for selecting an ambiguity vector can be implemented in various ways, one of them on the storage elements. Since we know all the possible codes of the phase differences, we can get all kinds of codes of the form P
Figure 00000107
(
Figure 00000108
) and put in correspondence with each vector those possibilities of the value P
Figure 00000109
(
Figure 00000110
), which are minimal for a given vector. Thus, the codes of the vectors are written to the memory device, and the codes of the form values are the addresses of the codes of the vectors. Another is that the process of finding the minimum form value is reduced to the shown comparison of form values using comparison schemes forming a pyramidal structure. In the device 12-adder, a vector of complete phase differences is formed by adding the integer part of the difference and its fractional part.

На фиг. 5 изображен (N-1) входовой весовой сумматор 5, который включает (N-1) умножителей 13, запоминающее устройство 14, (N-1)-входовый сумматор 15. При работе весового сумматора на входе умножителей поступают коды чисел Ф1, Ф2. ФN-1 полных разностей фаз с устройства устранения неоднозначности, которые необходимо просуммировать с весовым коэффициентом q1, q2. qN-1. Коды весовых коэффициентов поступают на входы умножителей 13 с запоминающего устройства 14. С выхода умножителей результаты поступают на вход сумматора 15, вход которого является выходом весового сумматора. Весовые сумматоры устройства устранения неоднозначности могут быть реализованы по этому же принципу. Предлагаемое устройство легко реализуется на элементах цифровой логики. Сумматоры 9, 10, 12, 15 могут быть реализованы на микросхемах У155 ИМЗ. Умножители 13 выполняются на микросхемах КР 1802 ВР2. Запоминающее устройство 8,14 реализуется на микросхемах К555 РЕ4. В устройстве выбора вектора неоднозначности 11 могут быть использованы запоминающие устройство на микросхемах К555 РЕ4 или схемы сравнения на микросхемах К555 СП1 и регистры на микросхемах К555 ИР9, а вычислители легко реализуются на ПЗУ типа КР555 РТ5.In FIG. 5 shows an (N-1) input weight adder 5, which includes (N-1) multipliers 13, a memory 14, an (N-1) -input adder 15. When the weight adder is operating, the codes of numbers Ф 1 , Ф arrive at the input of the multipliers 2 . Ф N-1 of the total phase differences from the ambiguity elimination device, which must be summed with a weight coefficient q 1 , q 2 . q N-1 . Codes of weight coefficients are fed to the inputs of the multipliers 13 from the storage device 14. From the output of the multipliers, the results are fed to the input of the adder 15, the input of which is the output of the weight adder. The weighting adders of the disambiguation device can be implemented according to the same principle. The proposed device is easily implemented on the elements of digital logic. Adders 9, 10, 12, 15 can be implemented on chips U155 IMZ. The multipliers 13 are performed on chips KR 1802 BP2. Storage device 8.14 is implemented on K555 RE4 chips. In the device for selecting an ambiguity vector 11, a memory device on K555 PE4 microcircuits or comparison circuits on K555 SP1 microchips and registers on K555 IR9 microchips can be used, and calculators can be easily implemented on a ROM like KR555 PT5.

Рассмотрим пример конкретной реализации на основе фазового пеленгатора 4. Оценка угла места в этом случае определяется уравнением (1) при условии, что базы интерферометра равны l и l/λ= 3. Consider an example of a specific implementation based on a phase direction finder 4. The estimate of the elevation angle in this case is determined by equation (1) provided that the interferometer bases are equal to l and l / λ = 3.

Методом математического моделирования была получена зависимость σВ=f(В).By the method of mathematical modeling, the dependence σ B = f (B) was obtained.

Для предлагаемого устройства аналогичная зависимость была получена при условии, что ошибки возникают в приемно-усилительных каналах и корреляционная матрица в этом случае имеет вид
BΦ

Figure 00000111
Figure 00000112
Figure 00000113
Figure 00000114
Figure 00000115

Векторы масштабных коэффициентов в единицах имеют вид
Figure 00000116
= /1, -2,0,0/
Figure 00000117
= /0,0,1, -2/
Figure 00000118
= /2,2,2,2,/
Полученная зависимость представлена на фиг. 6.For the proposed device, a similar dependence was obtained provided that errors occur in the receiving-amplifying channels and the correlation matrix in this case has the form
B Φ
Figure 00000111
Figure 00000112
Figure 00000113
Figure 00000114
Figure 00000115

The vectors of scale factors in units have the form
Figure 00000116
= / 1, -2,0,0 /
Figure 00000117
= / 0,0,1, -2 /
Figure 00000118
= / 2,2,2,2, /
The obtained dependence is presented in FIG. 6.

Нетрудно заметить, что СКО оценки угла места в предлагаемом устройстве всегда меньше при любом положении источника излучения в вертикальной плоскости. It is easy to see that the standard deviation of the elevation angle in the proposed device is always less for any position of the radiation source in the vertical plane.

Claims (1)

ФАЗОВЫЙ ПЕЛЕНГАТОР, содержащий антенную решетку, состоящую из N антенных элементов, каждый из которых соединен с соответствующим из N приемно-усилительных блоков, N - 1 фазометров, выход каждого из которых соединен с соответствующим входом блока устранения неоднозначности, отличающийся тем, что один из антенных элементов вертикально поднят над плоскостью антенной решетки, введены три весовых сумматора, блок вычисления азимута и блок вычисления угла места, при этом выход приемно-усилительного блока одного из антенных элементов, являющегося опорным, соединен с первыми входами N - 1 фазометров, выходы остальных N - 1 приемно-усилительных блоков антенных элементов соединены с вторыми входами соответствующих N - 1 фазометров, N - 1 входов каждого из весовых сумматоров соединены с N - 1 выходами блока устранения неоднозначности, выход первого весового сумматора соединен с первым входом блока вычисления азимута и первым входом блока вычисления угла места, выход второго весового сумматора - с вторым входом блока вычисления азимута и вторым входом блока вычисления угла места, выход третьего сумматора - с третьим входом блока вычисления угла места. A PHASE DIRECTOR that contains an antenna array consisting of N antenna elements, each of which is connected to the corresponding of N receiving and amplifying units, N - 1 phase meters, the output of each of which is connected to the corresponding input of the disambiguation unit, characterized in that one of the antenna of elements vertically raised above the plane of the antenna array, three weight adders, an azimuth calculation unit and an elevation calculation unit are introduced, while the output of the receiving-amplifying unit of one of the antenna elements, which is reference, connected to the first inputs of N - 1 phase meters, the outputs of the remaining N - 1 receiving and amplifying blocks of antenna elements are connected to the second inputs of the corresponding N - 1 phase meters, N - 1 inputs of each of the weight adders are connected to N - 1 outputs of the ambiguity block, the output of the first weight adder is connected to the first input of the azimuth calculation unit and the first input of the elevation calculation unit, the output of the second weight adder is connected to the second input of the azimuth calculation unit and the second input of the elevation calculation unit, the third output Go adder - with the third input of the elevation angle calculation unit.
SU5008436 1991-07-12 1991-07-12 Phase finder RU2052832C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5008436 RU2052832C1 (en) 1991-07-12 1991-07-12 Phase finder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5008436 RU2052832C1 (en) 1991-07-12 1991-07-12 Phase finder

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2052832C1 true RU2052832C1 (en) 1996-01-20

Family

ID=21588443

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5008436 RU2052832C1 (en) 1991-07-12 1991-07-12 Phase finder

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2052832C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2252428C1 (en) * 2003-11-28 2005-05-20 Симонов Андрей Владимирович Side view direction finder
RU2631422C1 (en) * 2016-06-02 2017-09-22 Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" Correlation-phase direction-finder

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IEEE transaction on aerospace and electronics System, v.AES-17, N 6, 1981 (пропотип). *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2252428C1 (en) * 2003-11-28 2005-05-20 Симонов Андрей Владимирович Side view direction finder
RU2631422C1 (en) * 2016-06-02 2017-09-22 Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" Correlation-phase direction-finder

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Poisel Electronic warfare target location methods
US5451964A (en) Method and system for resolving double difference GPS carrier phase integer ambiguity utilizing decentralized Kalman filters
Woodman Inclination of the geomagnetic field measured by an incoherent scatter technique
WO2005119288A9 (en) Method and system for determining the position of an object
Marthi et al. Non-linear redundancy calibration
Park et al. Integer ambiguity resolution for GPS based attitude determination system
RU2069866C1 (en) Phase direction finder
Clemente et al. Approximation of the bistatic slant range using Chebyshev polynomials
US4387376A (en) Phase linear interferometer system and method
RU2204145C2 (en) Difference-range finding method of taking bearing to radio emission source and device for its realization
RU98114364A (en) METHOD FOR DETERMINING LOCATION COORDINATES, COMPOSITING VECTORS OF SPEED, RANGE AND TRACKING MEASUREMENTS BY NAVIGATING OBJECT BY NAVIGATION RADIO SIGNALS OF SPACE SPIRITS
RU2052832C1 (en) Phase finder
US6583755B2 (en) Method and apparatus for locating a terrestrial transmitter from a satellite
RU2185637C1 (en) Method of angular orientation of object by signals from satellite radio navigation systems ( variants )
RU2446410C1 (en) Method of angular orientation of object by signals of satellite radio-navigation systems
RU2444740C1 (en) Method of determining position and power of radiation sources
RU2138061C1 (en) Phase radio direction finder
RU94031143A (en) Method for calculation of heading angle and coordinates of objects by means of signals from spacecraft of satellite navigation systems
RU2787319C1 (en) Phase direction finding method
JP2936537B2 (en) Azimuth and attitude measurement method using GPS signals
RU2006873C1 (en) Direction finder with flat antenna grid and ambiguous phase measurements
Doerry et al. SAR geolocation using range-only multilateration
RU2786495C1 (en) Method for direction finding of a radiant object in phase multi-scal gonidometer systems
CN116500657B (en) Method, device and storage medium for improving positioning accuracy of receiver
RU2029963C1 (en) Multiscale phase device for measuring m parameters