[go: up one dir, main page]

RU2154840C1 - Device determining parameters of movement of object - Google Patents

Device determining parameters of movement of object Download PDF

Info

Publication number
RU2154840C1
RU2154840C1 RU99120267A RU99120267A RU2154840C1 RU 2154840 C1 RU2154840 C1 RU 2154840C1 RU 99120267 A RU99120267 A RU 99120267A RU 99120267 A RU99120267 A RU 99120267A RU 2154840 C1 RU2154840 C1 RU 2154840C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
output
arrival
measuring
input
Prior art date
Application number
RU99120267A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.Б. Бляхман
Ф.Н. Ковалев
А.Г. Рындык
С.Б. Сидоров
Original Assignee
Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники
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 Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники filed Critical Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники
Priority to RU99120267A priority Critical patent/RU2154840C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2154840C1 publication Critical patent/RU2154840C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radiolocation, specifically, processes reconstructing trajectory of target in spaced radiolocation. SUBSTANCE: device includes transmitting position and receiving position in point distant from transmitting position. Receiving position has antenna connected to receiver whose output is linked to inputs of unit measuring Doppler frequency and to inputs of unit measuring direction of arrival of interference signal, unit of extrapolation of measured parameters whose one input is linked to output of unit measuring Doppler frequency, whose second input is connected to output of unit measuring direction of arrival of interference signal and whose output is coupled to input of unit computing moment of time of target crossing line of base, unit determining surfaces of position connected with first input to output of unit computing moment of time of target crossing line of base, with second input to output of unit of extrapolation of measured parameters and with output to one of inputs of unit computing trajectory parameters, another input of it being linked to output of unit measuring direction of arrival of interference. In correspondence with invention there are inserted two units: unit determining statistical characteristics of measurement errors of Doppler frequency and direction of arrival of interference signal and unit of final computation of trajectory parameters One input of unit determining statistical characteristics of measurement errors of Doppler frequency and direction of arrival of interference signal is linked to output of unit measuring direction of arrival of interference signal, its second input is connected to output of unit measuring Doppler frequency and its output is connected to one of four inputs of unit of final computation of trajectory parameters, its other three input being separately linked to outputs of unit measuring direction of arrival of interference signal, unit measuring Doppler frequency and unit computing trajectory parameters. Output of unit of final computation of trajectory parameters is output of device. EFFECT: increased precision in location of position of object. 6 dwg

Description

Изобретение относится к области радиолокации и, в частности, к методам восстановления траектории цели в разнесенной радиолокации. The invention relates to the field of radar and, in particular, to methods for restoring the trajectory of a target in a spaced radar.

Известны различные устройства для определения параметров движения объекта в разнесенной радиолокации. Одно из них служит для реализации способа, описанного в [1, с. 321] . Устройство состоит из передатчика импульсного сигнала и в удаленной от него на расстояние, равное длине линии базы, приемной позиции. Приемная позиция состоит из антенны, соединенной с приемным устройством, выход которого соединен со входами двух блоков: блока определения поверхности положения (поверхности равных фаз или суммарных дальностей, определяемых суммой дальностей от передатчика до цели и от цели до приемника) и блока определения угловых координат цели. Выходы блоков определения поверхности положения и определения угловых координат цели соединены с конечным блоком устройства - блоком определения траектории цели. Определение координат цели в данном устройстве производится в конечном блоке устройства. Various devices are known for determining the motion parameters of an object in diversity radar. One of them serves to implement the method described in [1, p. 321]. The device consists of a pulse signal transmitter and at a distance equal to the length of the base line, the receiving position, remote from it. The receiving position consists of an antenna connected to the receiving device, the output of which is connected to the inputs of two blocks: a block for determining the position surface (surface of equal phases or total distances determined by the sum of the distances from the transmitter to the target and from the target to the receiver) and the block for determining the angular coordinates of the target . The outputs of the units for determining the position surface and determining the angular coordinates of the target are connected to the final unit of the device - the unit for determining the target path. The coordinates of the target in this device are determined in the final unit of the device.

Координаты цели в данном устройстве находятся как точка пересечения прямой линии, проведенной из приемной позиции под углами, измеряемыми в блоке определения угловых координат цели, с поверхностью положения цели. Поверхность положения цели определяется в блоке определения поверхности положения по измеряемой в нем разности времени запаздывания импульсного отраженного от цели и импульсного зондирующего сигналов. The target coordinates in this device are located as the intersection point of a straight line drawn from the receiving position at angles measured in the block for determining the angular coordinates of the target with the surface of the target position. The target position surface is determined in the position surface determining unit from the measured difference in the delay time of the pulse reflected from the target and the pulse sounding signals.

Однако, в зоне наличия "просветного" эффекта, то есть вблизи линии базы, эта разность мала и для ее определения требуется зондирование очень короткими импульсами. Это сильно усложняет генерацию, последующую обработку эхо-сигнала и защиту от пассивных помех. Кроме этого, возникает проблема синхронизации приемной и передающей позиций, решение которой при значительном разнесении передающей и приемной позиций и наличии отражений от подстилающей поверхности требует усложнения аппаратуры и увеличения ее стоимости. However, in the zone of the presence of the "translucent" effect, that is, near the base line, this difference is small and its determination requires probing with very short pulses. This greatly complicates the generation, subsequent processing of the echo signal and protection against passive interference. In addition, there is a problem of synchronization of the receiving and transmitting positions, the solution of which with a significant separation of the transmitting and receiving positions and the presence of reflections from the underlying surface requires complicating the equipment and increasing its cost.

Другое устройство реализует способ, описанный в [2, с.29-30]. Оно состоит из передатчика монохроматического сигнала и в удаленной от него точке на расстоянии, равном длине линии базы, приемной позиции. Приемная позиция состоит из последовательно соединенных антенны, приемника, детектора, осуществляющего детектирование интерференционного сигнала биений, фильтра нижней частоты, блока определения момента времени переходов напряжения через нуль и блока вычисления траекторных параметров. Another device implements the method described in [2, p.29-30]. It consists of a transmitter of a monochromatic signal and at a point remote from it at a distance equal to the length of the base line, the receiving position. The receiving position consists of a series-connected antenna, receiver, detector, detecting the interference signal of the beats, a low-pass filter, a unit for determining the time instant of voltage transitions through zero and a unit for calculating trajectory parameters.

Определение траекторных параметров цели в данном устройстве производится путем детектирования суммарного сигнала (суммируются прямой сигнал передатчика и сигнал вторичного излучения объекта), последующего выделения интерференционного сигнала биений, измерения моментов времени переходов его напряжения через нуль и вычисления на основании сделанных измерений параметров траектории. В этом устройстве параметры траектории объекта - скорость его движения, курс, координата точки пересечения проекции его траектории с базовой линией - определяются по результатам измерений длительностей нескольких последовательных периодов интерференционного сигнала биений. The trajectory parameters of the target in this device are determined by detecting the total signal (the direct signal of the transmitter and the signal of the secondary radiation of the object are summed up), then isolating the interference signal of the beats, measuring the times of transitions of its voltage through zero and calculating the trajectory parameters based on the measurements made. In this device, the parameters of the object’s trajectory — its speed, course, coordinate of the point of intersection of the projection of its trajectory with the baseline — are determined by measuring the durations of several consecutive periods of the interference signal of the beats.

Недостатком устройств, реализованных по этому способу, является невысокая точность получаемых оценок и наличие неоднозначности определения этих параметров. Первое объясняется тем, что вблизи линии базы, где производятся измерения, поверхности положения (поверхности равных фаз или равных суммарных дальностей) представляют собой эллипсоиды, сильно вытянутые вдоль оси координат, параллельной линии базы. Наличие неоднозначности связано с симметрией эллипсоидов положения относительно перпендикулярной к линии базы плоскости, проведенной через ее середину. В связи с этим две различные траектории, симметричные относительно упомянутой плоскости, порождают одинаковые и неразличимые интерференционные сигналы биений. The disadvantage of devices implemented by this method is the low accuracy of the estimates obtained and the ambiguity in determining these parameters. The first is explained by the fact that near the base line where measurements are taken, position surfaces (surfaces of equal phases or equal total distances) are ellipsoids, strongly elongated along the coordinate axis parallel to the base line. The presence of ambiguity is associated with the symmetry of the position ellipsoids relative to the plane perpendicular to the base line through its middle. In this regard, two different trajectories symmetrical with respect to the mentioned plane generate the same and indistinguishable interference signals of the beats.

Указанного недостатка лишены устройства реализующие способ [3]. Устройство, реализующее этот способ, содержит передающую позицию, излучающую монохроматический сигнал, и в удаленной от нее точке приемную позицию, осуществляющую прием зондирующего сигнала и сигнала вторичного излучения объекта, выделение из них путем детектирования интерференционного сигнала биений (сигнала низкой частоты), измерение частоты этого сигнала, например, путем измерения моментов времени переходов его напряжения через нуль, одновременно осуществляющую измерение направления прихода интерференционного сигнала, например, моноимпульсным методом по соотношению амплитуд интерференционного сигнала в парциальных каналах, фазовым способом или сканированием луча антенны по максимуму значений огибающей сигнала на выходе фильтра низкой частоты [1, с.274-310; 4, с.388-406], и определение момента времени, когда частота этого сигнала равна нулю. По измеренным величинам параметры траектории определяют как координаты точки пересечения поверхности положения, определяемой по значениям частоты интерференционного сигнала биений и момента времени, когда частота этого сигнала равна нулю, и линии направления прихода интерференционного сигнала. The specified disadvantage deprived of the device that implements the method [3]. A device that implements this method contains a transmitting position emitting a monochromatic signal, and at a point remote from it, a receiving position that receives the probing signal and the secondary radiation signal of the object, extracting from them by detecting the interference beat signal (low frequency signal), measuring the frequency of this signal, for example, by measuring the time moments of its voltage transitions through zero, simultaneously measuring the direction of arrival of the interference signal, for example, single-pulse method according to the ratio of the amplitudes of the interference signal in the partial channels, by the phase method or by scanning the antenna beam to the maximum values of the signal envelope at the output of the low-pass filter [1, p.274-310; 4, p. 388-406], and determining the point in time when the frequency of this signal is zero. According to the measured values, the trajectory parameters are determined as the coordinates of the intersection point of the position surface, determined by the values of the frequency of the interference signal of the beats and the time when the frequency of this signal is zero, and the direction line of arrival of the interference signal.

Основным недостатком этого устройства является невозможность определения местоположения цели до пересечения ею линии базы. The main disadvantage of this device is the inability to determine the location of the target before it crosses the base line.

В устройстве [5] этот недостаток отсутствует. Данное устройство содержит передающую позицию и в удаленной от нее точке приемную позицию, состоящую из антенны, соединенной с приемным устройством (включающим в себя хотя бы один канал, состоящий из последовательного соединения приемника, детектора и фильтра низкой частоты), выход которого соединен со входами блока измерения доплеровской частоты и входами блока измерения направления прихода интерференционного сигнала, блока экстраполяции измеряемых параметров, один из входов которого соединен с выходом блока измерения доплеровской частоты, второй вход - с выходом блока измерения направления прихода интерференционного сигнала, а выход блока экстраполяции измеряемых параметров соединен со входом блока вычисления момента времени пересечения целью линии базы, блока определения поверхности положения, один из входов которого соединен с выходом блока вычисления момента времени пересечения целью линии базы, второй вход - с выходом блока экстраполяции измеряемых параметров, а выход с одним из входов конечного блока устройства - блока вычисления траекторных параметров, другой вход которого соединен с выходом блока измерения направления прихода интерференционного сигнала, при этом выходом всего устройства является выход блока вычисления траекторных параметров. In the device [5] this drawback is absent. This device contains a transmitting position and at a point remote from it, a receiving position consisting of an antenna connected to a receiving device (including at least one channel consisting of a serial connection of the receiver, detector and low-pass filter), the output of which is connected to the inputs of the unit measuring the Doppler frequency and the inputs of the unit for measuring the direction of arrival of the interference signal, the unit for extrapolating the measured parameters, one of the inputs of which is connected to the output of the unit for measuring the Doppler Astotics, the second input is with the output of the unit for measuring the direction of arrival of the interference signal, and the output of the unit for extrapolating the measured parameters is connected to the input of the unit for calculating the instant of crossing the target of the base line, the unit for determining the position surface, one of the inputs of which is connected to the output of the unit for calculating the moment of crossing the target base lines, the second input — with the output of the extrapolation unit of the measured parameters, and the output with one of the inputs of the final unit of the device — the block for calculating trajectory parameters, etc. the angular input of which is connected to the output of the unit for measuring the direction of arrival of the interference signal, while the output of the entire device is the output of the block for calculating the trajectory parameters.

Данное устройство взято в качестве прототипа. Устройство, взятое в качестве прототипа, характеризуется значительным ростом ошибки измерения дальности до цели в окрестности линии базы, что связано с высокой чувствительностью измерений к отклонениям угловой координаты и отклонениям поверхности положения в непосредственной близости от линии базы, а также недостаточно высокой точностью определения местоположения цели по сравнению с потенциально достижимой точностью. This device is taken as a prototype. The device taken as a prototype is characterized by a significant increase in the error of measuring the distance to the target in the vicinity of the base line, which is associated with a high sensitivity of measurements to deviations of the angular coordinate and deviations of the position surface in the immediate vicinity of the base line, as well as insufficient accuracy of determining the target’s location by Compared to potentially achievable accuracy.

Предлагаемое устройство позволяет устранить этот недостаток. Это достигается тем, что в устройство, взятое в качестве прототипа и содержащее передающую позицию и в удаленной от нее точке приемную позицию, состоящую из антенны, соединенной с приемным устройством, выход которого соединен со входами блока измерения доплеровской частоты и входами блока измерения направления прихода интерференционного сигнала, блока экстраполяции измеряемых параметров, один вход которого соединен с выходом блока измерения доплеровской частоты, второй вход - с выходом блока измерения направления прихода интерференционного сигнала, а выход блока экстраполяции измеряемых параметров соединен со входом блока вычисления момента времени пересечения целью линии базы, блока определения поверхности положения, соединенного одним своим входом с выходом блока вычисления момента времени пересечения целью линии базы, и вторым - с выходом блока экстраполяции измеряемых параметров, а выходом с одним из входов конечного блока устройства - блока вычисления траекторных параметров, другой вход которого соединен с выходом блока измерения направления прихода интерференционного сигнала, введены блок определения статистических характеристик ошибок измерения доплеровской частоты и направления прихода интерференционного сигнала и блок конечного вычисления траекторных параметров, причем один вход блока определения статистических характеристик ошибок измерения доплеровской частоты и направления прихода интерференционного сигнала соединен с выходом блока измерения направления прихода интерференционного сигнала, второй вход - с выходом блока измерения доплеровской частоты, а выход соединен с одним из четырех входов блока конечного вычисления траекторных параметров, другие три входа которого раздельно соединены с выходами блока измерения направления прихода интерференционного сигнала, блока измерения доплеровской частоты и блока вычисления траекторных параметров, при этом выходом всего устройства является выход блока конечного вычисления траекторных параметров. The proposed device eliminates this drawback. This is achieved by the fact that in the device, taken as a prototype and containing a transmitting position and at a point remote from it, a receiving position consisting of an antenna connected to a receiving device, the output of which is connected to the inputs of the Doppler frequency measuring unit and the inputs of the interference arrival direction measuring unit a signal, an extrapolation unit for the measured parameters, one input of which is connected to the output of the Doppler frequency measuring unit, the second input - with the output of the unit for measuring the direction of arrival of interference the signal, and the output of the extrapolation unit of the measured parameters is connected to the input of the unit for calculating the instant of crossing the target of the base line, the unit for determining the position surface connected by one input to the output of the unit of calculating the moment of time the target intersects the base of the base, and the second to the output of the extrapolating unit of measured parameters , and the output with one of the inputs of the final unit of the device - the unit for calculating the path parameters, the other input of which is connected to the output of the unit for measuring the direction of arrival of the interface of the interference signal, a unit for determining the statistical characteristics of errors in measuring the Doppler frequency and the direction of arrival of the interference signal and a block for the final calculation of trajectory parameters are introduced, and one input of the unit for determining the statistical characteristics of errors in measuring the Doppler frequency and direction of arrival of the interference signal is connected to the output of the unit for measuring the direction of arrival of the interference signal, the second input is with the output of the Doppler frequency measuring unit, and the output is connected to one m of the four inputs of the final calculation of trajectory parameters of the block, the other three inputs of which are connected separately to the outputs of the measurement unit the arrival directions of the interference signal, a Doppler frequency measurement unit trajectory parameters and calculating unit, wherein the output device is output only final calculation of the trajectory of the parameter block.

Применение новых блоков и связей позволило увеличить точность определения местоположения цели, особенно в момент пересечения ею линии базы. Это достигается за счет осуществления в вводимых блоках дополнительных преобразований над первичными измеряемыми параметрами (частоты Доплера и направления прихода интерференционного сигнала) и предварительной оценкой координат цели, получаемых в блоках, заимствованных из устройства-прототипа. The use of new blocks and links has increased the accuracy of determining the location of the target, especially at the moment of crossing the base line. This is achieved through the implementation of additional transformations in the input units over the primary measured parameters (Doppler frequency and the direction of arrival of the interference signal) and a preliminary estimate of the target coordinates obtained in units borrowed from the prototype device.

Сравнение предложенного технического решения с другими известными источниками патентной и научно-технической документации показывают, что в них отсутствуют технические решения, позволяющие достигнуть поставленного в изобретении технического результата - определения местоположения цели с точностью, близкой к потенциально достижимой на протяжении всей траектории. Comparison of the proposed technical solution with other well-known sources of patent and scientific and technical documentation shows that they lack technical solutions that allow achieving the technical result set in the invention — determining the location of the target with an accuracy close to that which is potentially achievable throughout the trajectory.

Изложенная сущность будет понятна из нижеприведенных графических материалов. The stated essence will be clear from the following graphic materials.

На фиг. 1 представлена функциональная схема заявляемого устройства, когда определение направления прихода интерференционного сигнала осуществляется моноимпульсным методом с двумя пространственными каналами. На чертеже введены обозначения:
1 - передающая позиция;
2 - антенна приемной позиции (в данном случае формирует два луча 2.1 и 2.2);
3 - приемник;
4 - детектор;
5 - ФНЧ;
6 - блок измерения направления прихода интерференционного сигнала (α);
7 - блок измерения доплеровской частоты (f);
8 - блок экстраполяции измеряемых параметров (зависимостей частоты Доплера и угловой координаты цели от времени);
9 - блок вычисления момента времени пересечения целью линии базы;
10 - блок определения поверхности положения;
11 - блок вычисления траекторных параметров;
12 - блок определения статистических характеристик ошибок измерения доплеровской частоты и направления прихода интерференционного сигнала;
13 - блок конечного вычисления траекторных параметров.
In FIG. 1 shows a functional diagram of the inventive device when determining the direction of arrival of the interference signal is carried out by a single-pulse method with two spatial channels. In the drawing, the notation is introduced:
1 - transmitting position;
2 - antenna receiving position (in this case, forms two beams 2.1 and 2.2);
3 - receiver;
4 - detector;
5 - low-pass filter;
6 - block measuring the direction of arrival of the interference signal (α);
7 - unit for measuring Doppler frequency (f );
8 - extrapolation unit of the measured parameters (dependences of the Doppler frequency and the angular coordinate of the target on time);
9 - unit for calculating the instant of time when the target intersects the base line;
10 - block determining the position surface;
11 - block calculating the path parameters;
12 is a block for determining the statistical characteristics of measurement errors of the Doppler frequency and the direction of arrival of the interference signal;
13 - block final calculation of the trajectory parameters.

На фиг. 2 представлена функциональная схема устройства-прототипа с определением направления прихода интерференционного сигнала моноимпульсным методом с двумя пространственными каналами, где использованы те же, что и на фиг. 1, обозначения. In FIG. 2 is a functional diagram of a prototype device with determining the direction of arrival of the interference signal by a single-pulse method with two spatial channels, where the same ones as in FIG. 1, notation.

На фиг. 3 приведены основные геометрические соотношения для предлагаемого устройства, показаны связанная с ним декартовая система координат xOy и возможная движущаяся цель. На фиг. 3 обозначено:
П - передающая позиция (расположена в точке с координатами (d; O));
Пр - приемная позиция (расположена в точке с координатами (O;O));

Figure 00000002
вектор, начало которого расположено в точке расположения приемной позиции (O,O), а конец - в точке расположения цели (x, y),
Figure 00000003
вектор, начало которого расположено в точке расположения передающей позиции (d, O), а конец - в точке расположения цели (x, y),
d - расстояние от передающей позиции до приемной позиции (базовое расстояние);
α - угловая координата цели;
Figure 00000004
бистатический (двухпозиционный) угол между векторами
Figure 00000005

x, y - координаты цели;
Figure 00000006
вектор скорости цели;
Figure 00000007
проекции вектора скорости цели
Figure 00000008
на соответствующие координатные оси;
φ - угол наклона траектории цели к линии базы;
xП - точка пересечения целью линии базы.In FIG. Figure 3 shows the basic geometric relationships for the proposed device, shows the Cartesian coordinate system xOy associated with it and a possible moving target. In FIG. 3 is indicated:
P - transmitting position (located at the point with coordinates (d; O));
Pr - receiving position (located at the point with coordinates (O; O));
Figure 00000002
a vector whose beginning is located at the location of the receiving position (O, O), and the end is at the location of the target (x, y),
Figure 00000003
a vector whose beginning is located at the location of the transmitting position (d, O), and the end is at the location of the target (x, y),
d is the distance from the transmitting position to the receiving position (base distance);
α is the angular coordinate of the target;
Figure 00000004
bistatic (on-off) angle between vectors
Figure 00000005

x, y - target coordinates;
Figure 00000006
target speed vector;
Figure 00000007
projections of the target speed vector
Figure 00000008
on the corresponding coordinate axes;
φ is the angle of inclination of the target path to the base line;
x P - the point of intersection of the target line base.

На фиг. 4 - 5 приведены графики, иллюстрирующие результаты моделирования работы предлагаемого устройства. По горизонтальной оси отложена координата "x" движения цели в относительных единицах к длине линии базы системы - расстоянию между передающей и приемной позиций. По вертикальной оси отложена координата "y" движения цели, также в относительных единицах к величине базового расстояния системы. При этом считается, что передающая позиция расположена в точке с координатами (d; O), а приемная - в точке (O;O)). На фиг. 4 показана отдельная реализация траектории, построенная по измеренным значениям α, f и вычисленным в устройстве траекторным параметрам (позиция 2). Позиция 1 - на фиг. 4 и фиг. 5 - истинная траектория движения цели в плоскости xOy. На фиг. 5 показаны границы областей среднеквадратических ошибок σr, рассчитанные по 1000 независимым реализациям (позиция 2 на фиг. 4) входных данных для моделирования работы устройства. Позицией 3 на фиг. 4 и фиг. 5 обозначены аналогичные графики, но построенные по результатам моделирования работы устройства-прототипа.In FIG. 4 - 5 are graphs illustrating the simulation results of the proposed device. The horizontal axis shows the x-coordinate of the target’s movement in relative units to the length of the base line of the system — the distance between the transmitting and receiving positions. The y-axis of the target’s movement is plotted along the vertical axis, also in relative units to the base distance of the system. It is considered that the transmitting position is located at the point with coordinates (d; O), and the receiving position is at the point (O; O)). In FIG. 4 shows a separate implementation of the trajectory, built on the measured values of α, f and the trajectory parameters calculated in the device (position 2). Position 1 in FIG. 4 and FIG. 5 - the true trajectory of the target in the xOy plane. In FIG. 5 shows the boundaries of the mean-square error regions σ r calculated from 1000 independent implementations (position 2 in FIG. 4) of the input data for modeling the operation of the device. Reference numeral 3 in FIG. 4 and FIG. 5, similar graphs are indicated, but constructed according to the results of modeling the operation of the prototype device.

На фиг. 6 изображены зависимости нормированных к длине линии базы d среднеквадратических ошибок определения координаты x в зависимости от нормированного значения ординаты y цели, рассчитанные для той же траектории движения (фиг. 5) с параметрами: xП/d= 0,425, φ = 60o.In FIG. Figure 6 shows the dependences of the standard errors of the x coordinate normalized to the length of the base line d, depending on the normalized value of the ordinate y of the target, calculated for the same motion path (Fig. 5) with the parameters: x P / d = 0.425, φ = 60 o .

Сплошной линией изображены среднеквадратические ошибки, полученные по результатам моделирования работы заявляемого устройства для 1000 независимых реализаций входных данных (позиция 2 на фиг. 4). Линией в виде коротких штрихов изображены аналогичные графики для устройства прототипа. Линией с длинными штрихами изображены графики потенциально достижимых среднеквадратических ошибок определения координат цели в тех же относительных единицах и для тех же условий, что и остальные графики. The solid line shows the mean square errors obtained by modeling the operation of the inventive device for 1000 independent implementations of the input data (position 2 in Fig. 4). The line in the form of short strokes shows similar graphs for the prototype device. A long dashed line shows graphs of potentially achievable mean square errors in determining the coordinates of the target in the same relative units and for the same conditions as the rest of the graphs.

Предлагаемое устройство с определением направления прихода интерференционного сигнала моноимпульсным методом с двумя пространственными каналами (см. фиг. 1) состоит из передающей позиции 1 и, в удаленной от источника излучения точке, приемной позиции. Приемная позиция, в свою очередь, состоит из антенны 2 приемной позиции, имеющей два выхода, каждый из которых соединен со входом последовательного соединения приемника 3, детектора 4 и ФНЧ 5. Выходы ФНЧ 5 раздельно соединены с соответствующими входами блока 6 измерения направления прихода интерференционного сигнала и блока 7 измерения доплеровской частоты. Выход блока 7 измерения доплеровской частоты f соединен последовательно с блоками: блоком 8 экстраполяции измеряемых параметров, блоком 9 вычисления момента времени пересечения целью линии базы, блоком 10 определения поверхности положения, блоком 11 вычисления траекторных параметров и блоком 13 конечного вычисления траекторных параметров. Другие три входа блока 13 конечного вычисления траекторных параметров раздельно соединены с выходом блока 6 измерения направления прихода интерференционного сигнала, выходом блока 7 измерения доплеровской частоты и выходом блока 12 определения статистических характеристик ошибок измерения доплеровской частоты и направления прихода интерференционного сигнала, входы которого в свою очередь соединены с выходами блока 6 измерения направления прихода интерференционного сигнала и блока 7 измерения доплеровской частоты. При этом выход блока 6 измерения направления прихода интерференционного сигнала соединен со вторым входом блока 8 экстраполяции измеряемых параметров и вторым входом блока 11 вычисления траекторных параметров, а выход блока 8 экстраполяции измеряемых параметров со вторым входом блока 10 определения поверхности положения. Выход блока 13 конечного вычисления траекторных параметров является выходом всего устройства.The proposed device with determining the direction of arrival of the interference signal by a single-pulse method with two spatial channels (see Fig. 1) consists of a transmitting position 1 and, at a point remote from the radiation source, a receiving position. The receiving position, in turn, consists of an antenna 2 of the receiving position, which has two outputs, each of which is connected to the input of the serial connection of the receiver 3, detector 4 and the low-pass filter 5. The outputs of the low-pass filter 5 are separately connected to the corresponding inputs of the interference signal arrival direction measuring unit 6 and block 7 measuring the Doppler frequency. The output of the block 7 for measuring the Doppler frequency f ∂ is connected in series with the blocks: block 8 for extrapolation of the measured parameters, block 9 for calculating the time of the target crossing the base line, block 10 for determining the position surface, block 11 for calculating the path parameters and block 13 for the final calculation of the path parameters. The other three inputs of the block 13 of the final calculation of the trajectory parameters are separately connected to the output of the block 6 for measuring the direction of arrival of the interference signal, the output of the block 7 for measuring the Doppler frequency and the output of block 12 for determining the statistical characteristics of errors in measuring the Doppler frequency and the direction of arrival of the interference signal, the inputs of which are in turn connected with the outputs of block 6 measuring the direction of arrival of the interference signal and block 7 measuring the Doppler frequency. In this case, the output of the interference signal arrival direction measuring unit 6 is connected to the second input of the measured parameter extrapolation unit 8 and the second input of the trajectory parameter calculation unit 11, and the output of the measured parameter extrapolation unit 8 with the second input of the position surface determining unit 10. The output of block 13 of the final calculation of the trajectory parameters is the output of the entire device.

Предложенное устройство работает следующим образом. Допустим, что зондирующий сигнал непрерывный (немодулированный), а приемная антенна 2 имеет парциальные каналы в азимутальной плоскости 2.1 и 2.2 (фиг. 1). При этих условиях в устройстве обеспечивается возможность измерения двух параметров сигнала, отраженного от цели: доплеровской частоты по частоте биений, образуемых при сложении отраженного сигнала от цели и прямого сигнала передатчика (эта операция осуществляется в блоке 7 измерения доплеровской частоты) и угловой координаты цели путем сравнения амплитуд биений с одинаковой частотой Доплера в парциальных каналах (блок 6 измерения направления прихода интерференционного сигнала). The proposed device operates as follows. Assume that the probing signal is continuous (unmodulated), and the receiving antenna 2 has partial channels in the azimuth plane 2.1 and 2.2 (Fig. 1). Under these conditions, the device provides the ability to measure two parameters of the signal reflected from the target: the Doppler frequency by the beat frequency generated by adding the reflected signal from the target and the direct signal of the transmitter (this operation is carried out in block 7 of the Doppler frequency measurement) and the angular coordinate of the target by comparing beating amplitudes with the same Doppler frequency in partial channels (block 6 measuring the direction of arrival of the interference signal).

Рассмотрим возможность определения по измеренным значениям частоты Доплера f(t) и угловой координаты цели α(t) параметров движения цели в заявляемом устройстве.Consider the possibility of determining the measured values of the Doppler frequency f (t) and the angular coordinate of the target α (t) of the motion parameters of the target in the inventive device.

Условно работу всего устройства можно разделить на два этапа. На первом из них происходит предварительная оценка местоположения цели (осуществляется в блоках 1 - 11), а на втором - уточнение ее в соответствии с критерием максимального правдоподобия (осуществляется в блоках 12 -13). Conventionally, the operation of the entire device can be divided into two stages. On the first of them, a preliminary assessment of the target’s location takes place (carried out in blocks 1–11), and on the second, it is refined in accordance with the maximum likelihood criterion (carried out in blocks 12–13).

Кратко поясним основные моменты нахождения начальной оценки траекторных параметров цели в блоках 1-11. Как известно [1, с.326; 2,с.30; 6, с. 199], существует следующая зависимость частоты Доплера от траектории цели:

Figure 00000009

где r(t) и r1(t) - зависимости модулей векторов
Figure 00000010
движущейся цели от времени (фиг. 3);
RΣ(t) - суммарное расстояние передатчик - цель - приемник;
λ - длина волны излучения.Briefly explain the main points of finding the initial assessment of the trajectory parameters of the target in blocks 1-11. As is known [1, p. 326; 2, p.30; 6, p. 199], there is the following dependence of the Doppler frequency on the trajectory of the target:
Figure 00000009

where r (t) and r 1 (t) are the dependences of the moduli of vectors
Figure 00000010
moving target from time to time (Fig. 3);
R Σ (t) - total distance transmitter - target - receiver;
λ is the radiation wavelength.

Интегрирование (1) при знании соответствующей постоянной позволяет получить зависимость RΣ(t). Постоянная интегрирования однозначно определяется в момент времени tП пересечения целью линии базы, поскольку в этот момент частота Доплера и азимут цели обращаются в нуль, а суммарная дальность равна базе системы (RΣ(tп) = d). Таким образом, до пересечения целью линии базы в блоке 8 производится экстраполяция доплеровской частоты для приближенного определения зависимости f(t) от времени и определение в блоке 9 момента времени пересечении целью линии базы (для этого может также использоваться и экстраполяция угловой координаты). Затем в блоке 10 на основании (1) производится оценка суммарной дальности для текущего момента наблюдения RΣ(t). После пересечения целью линии базы оценка RΣ(t) может быть получена путем непосредственного интегрирования измеренной зависимости f(t) от момента tП до текущего момента наблюдения за целью.Integration (1) with knowledge of the corresponding constant allows us to obtain the dependence R Σ (t). The integration constant is uniquely determined at the time t P of the target crossing the base line, because at this moment the Doppler frequency and the target azimuth vanish, and the total range is equal to the base of the system (R Σ (t p ) = d). Thus, before the target crosses the base line in block 8, the Doppler frequency is extrapolated to approximate the dependence of f (t) on time and the block in time 9 is determined by the target crossing the base line (for this, the angular coordinate extrapolation can also be used). Then, in block 10, based on (1), the total range is estimated for the current observation moment R Σ (t). After the target crosses the base line, the estimate R Σ (t) can be obtained by directly integrating the measured dependence f (t) from the moment t P to the current moment of observation of the target.

По результатам измерения суммарной дальности RΣ(t) и измерения угловой координаты начальная оценка координат цели (дальности до цели) может быть получена как точка пересечения поверхности положения и луча, проведенного из приемной позиции под измеряемыми углами прихода волны, в соответствии со следующим выражением для дальности до цели:

Figure 00000011

Легко видеть, что знание дальности до цели позволяет определить как декартовые координаты цели (фиг. 3), так и скорость ее движения при известных значениях дальности для двух разных моментов времени.According to the results of measuring the total range R Σ (t) and measuring the angular coordinate, the initial estimate of the target’s coordinates (range to the target) can be obtained as the intersection point of the position surface and the beam drawn from the receiving position at the measured angles of arrival of the wave, in accordance with the following expression for range to the target:
Figure 00000011

It is easy to see that knowing the range to the target allows you to determine both the Cartesian coordinates of the target (Fig. 3) and its speed at known range values for two different points in time.

Более подробно процесс получения начальной оценки траекторных параметров цели в результате работы блоков 1-11 описан в [5]. Для краткого пояснения работы устройства на втором этапе (этапе получения более точной оценки) положим, что измерения первичных параметров интерференционного сигнала - доплеровской частоты f и угловой координаты α - производятся в дискретные моменты времени через равные временные интервалы T, и имеется n последовательных измерений этих параметров, произведенных в блоке 7 измерения доплеровской частоты и блоке 6 измерения направления прихода интерференционного сигнала соответственно. Для удобства эти первичные измерения можно представить в виде вектора

Figure 00000012

где T - знак транспонирования;
^ - обозначает оценку измеряемой величины;
Figure 00000013
оценки в i-й момент времени t1 = iT, соответствующий i-му интервалу первичных измерений ((i - 1)T, iT),
Figure 00000014

Figure 00000015
оценки в текущий момент наблюдения tn = nT, соответствующий n-му интервалу первичных измерений ((n - 1)T, nT).In more detail, the process of obtaining an initial estimate of the trajectory parameters of the target as a result of the operation of blocks 1-11 is described in [5]. To briefly explain the operation of the device at the second stage (the stage of obtaining a more accurate estimate), we assume that the primary parameters of the interference signal — the Doppler frequency f and the angular coordinate α — are measured at discrete times at equal time intervals T, and there are n sequential measurements of these the parameters produced in block 7 measuring the Doppler frequency and block 6 measuring the direction of arrival of the interference signal, respectively. For convenience, these primary measurements can be represented as a vector
Figure 00000012

where T is the transpose sign;
^ - indicates the evaluation of the measured value;
Figure 00000013
estimates at the i-th moment of time t 1 = iT, corresponding to the i-th interval of primary measurements ((i - 1) T, iT),
Figure 00000014

Figure 00000015
estimates at the current observation moment t n = nT, corresponding to the n-th interval of primary measurements ((n - 1) T, nT).

При движении цели по линейной траектории с постоянной скоростью V в течение интервала времени nT, от момента начала измерения t1 до момента наблюдения tn, траекторные параметры могут быть полностью описаны вектором

Figure 00000016

где xn,yn,Vx= Vcos(φ), Vy= Vsin(φ) - значения декартовых координат цели и скоростей их изменения в момент наблюдения tn (фиг. 3).When the target moves along a linear trajectory with a constant speed V during the time interval nT, from the moment the measurement t 1 begins to the moment t n is observed, the trajectory parameters can be completely described by the vector
Figure 00000016

where x n , y n , V x = Vcos (φ), V y = Vsin (φ) are the values of the Cartesian coordinates of the target and the rates of their change at the time of observation t n (Fig. 3).

Местоположение цели в любой другой момент времени ti можно определить по вектору параметров

Figure 00000017

Figure 00000018

Маневрирование цели может быть учтено путем ограничения количества пар n измерений первичных параметров, используемых для оценки вектора параметров
Figure 00000019

Задачей вводимых блоков является наиболее точное определение вектора траекторных параметров
Figure 00000020
по вектору измерений
Figure 00000021
Для этого производится уточнение предварительной оценки вектора траекторных параметров в соответствии с оптимальными критериями теории оценивания.The location of the target at any other point in time t i can be determined by the vector of parameters
Figure 00000017

Figure 00000018

Maneuvering the target can be taken into account by limiting the number of pairs of n measurements of primary parameters used to estimate the parameter vector
Figure 00000019

The task of the input blocks is the most accurate determination of the vector of trajectory parameters
Figure 00000020
by measurement vector
Figure 00000021
For this, a preliminary estimate of the vector of trajectory parameters is refined in accordance with the optimal criteria of the theory of estimation.

Например, в случае использования метода максимального правдоподобия, возможно использование следующей итерационной процедуры [7, с.369]:

Figure 00000022

Здесь m - номер итерации, m = 0,1...;
Figure 00000023
- начальное приближение, полученное в результате работы предшествующим вновь вводимым блокам (а именно, по результатам работы блоков 2-11 приемной позиции).For example, in the case of using the maximum likelihood method, it is possible to use the following iterative procedure [7, p. 369]:
Figure 00000022

Here m is the iteration number, m = 0,1 ...;
Figure 00000023
- the initial approximation obtained as a result of the work of the previous newly entered blocks (namely, according to the results of the operation of blocks 2-11 of the receiving position).

Figure 00000024

нелинейная векторная функция, определяемая следующими простыми зависимостями, связывающими точные значения измеряемых первичных параметров f∂1 и αi с точными значениями траекторных параметров:
Figure 00000025

Figure 00000026

Figure 00000027

прямоугольная [2n x 4] матрица, каждая строка которой - градиент одной из функций
Figure 00000028
по вектору
Figure 00000029

Ve - корреляционная матрица ошибок первичных измерений, размером [2n х 2n] (получаемые в блоках 6, 7 оценки угловой координаты и частоты Доплера несмещенные).
Figure 00000024

nonlinear vector function defined by the following simple dependencies connecting the exact values of the measured primary parameters f ∂1 and α i with the exact values of the trajectory parameters:
Figure 00000025

Figure 00000026

Figure 00000027

rectangular [2n x 4] matrix, each row of which is a gradient of one of the functions
Figure 00000028
by vector
Figure 00000029

V e - correlation matrix of errors of primary measurements, size [2n x 2n] (obtained in blocks 6, 7 estimates of the angular coordinate and Doppler frequency unbiased).

На практике, дискретные измерения первичных параметров производятся через интервал T, равный или превышающий интервал корреляции оценок, поэтому матрица Ve - диагональная и содержит на главной диагонали значения σ 2 f , σ 2 α - дисперсий ошибок измерения доплеровской частоты и угловой координаты, полагаемых одинаковыми для всех моментов времени i:

Figure 00000030

Поиск оценок среднеквадратических отклонений ошибок измерения доплеровской частоты и угловой координаты, σf и σα можно производить также как и ранее при экстраполяции первичных измерений (производимой в блоке 8 устройства-прототипа и предлагаемого устройства), используя аппроксимацию измеренных зависимостей доплеровской частоты
Figure 00000031
и угловой координаты
Figure 00000032

Для этого можно использовать, как и ранее, то обстоятельство, что изменения частоты Доплера и угловой координаты от времени для типичных целей, обнаруживаемых и сопровождаемых предлагаемым устройством, могут быть с высокой степенью точности аппроксимированы полиномами с небольшим числом коэффициентов.In practice, discrete measurements of primary parameters are carried out through the interval T equal to or greater than the correlation interval of estimates, therefore, the matrix V e is diagonal and contains the values of σ on the main diagonal 2 f , σ 2 α - variances of measurement errors of the Doppler frequency and the angular coordinate, assumed to be the same for all time moments i:
Figure 00000030

The search for estimates of the standard deviations of the errors in measuring the Doppler frequency and the angular coordinate, σ f and σ α can be performed as before when extrapolating the primary measurements (performed in block 8 of the prototype device and the proposed device) using an approximation of the measured dependences of the Doppler frequency
Figure 00000031
and angular coordinates
Figure 00000032

For this, one can use, as before, the fact that changes in the Doppler frequency and angular coordinate with time for typical targets detected and accompanied by the proposed device can be approximated with a high degree of accuracy by polynomials with a small number of coefficients.

При полиномиальной модели измерений параметров аппроксимированная зависимость, например для частоты Доплера, будет представлена в виде:
f∂,МОД(t) = co+...+cм-1tм-1+cмtм, (10)
где М - порядок полинома.
In a polynomial model of parameter measurements, an approximated dependence, for example, for the Doppler frequency, will be presented in the form:
f ∂, MOD (t) = c o + ... + c m-1 t m-1 + c m t m , (10)
where M is the order of the polynomial.

В матричном виде уравнение (10) для нескольких последовательных моментов времени t1, t2,..., tn-1, tn можно записать

Figure 00000033

где
Figure 00000034

n - мерный вектор доплеровской частоты;
n - число измерений, по которым производится аппроксимация,
Figure 00000035

Figure 00000036

Figure 00000037

μ(n) - в данном случае ошибки измерения f. .In the matrix form, equation (10) for several successive instants of time t 1 , t 2 , ..., t n-1 , t n can be written
Figure 00000033

Where
Figure 00000034

n is the dimensional vector of the Doppler frequency;
n is the number of measurements by which the approximation is made,
Figure 00000035

Figure 00000036

Figure 00000037

μ (n) - in this case, measurement errors f . .

Используя (11) и полагая n > М, найдем оптимальные по критерию наименьших квадратов оценки коэффициентов полиномиальной модели (12) [8, с. 238-250]

Figure 00000038

где B=(PnTPn)-1PnT.Using (11) and setting n> M, we find optimal estimates of the coefficients of the polynomial model (12) by the least squares criterion [8, p. 238-250]
Figure 00000038

where B = (P n T P n ) -1 P n T.

Подставив полученные оценки

Figure 00000039
в (10), получим зависимость
Figure 00000040
аппроксимирующую изменение параметров f и α на отрезке времени [t1, tn]:
Figure 00000041

где
Figure 00000042

Figure 00000043

Таким образом, из полученной зависимости (14) вместо исходных измеряемых параметров
Figure 00000044
определим их сглаженные (аппроксимированные) значения
Figure 00000045

в дискретные моменты времени t1, t2,...,tn
Figure 00000046
Аналогичным образом по (10) - (15) определяются сглаженные значения угловой координаты
Figure 00000047

После определения сглаженных оценок первичных измеряемых параметров значения σf, σα для (9) можно определять как:
Figure 00000048

Figure 00000049

Вычисление оценки
Figure 00000050
с использованием (6) можно считать завершенным, например, если модуль разности между двумя последовательными оценками абсциссы цели меньше определенной константы:
Figure 00000051

Таким образом, в каждом из двух парциальных каналов, состоящих из последовательного соединения приемника 3, детектора 4, ФНЧ 5, происходит детектирование и выделение низкочастотного колебания из суммарного сигнала, образуемого за счет интерференции прямого сигнала передатчика 1 и сигнала, отраженного от цели. Далее с выхода параллельных каналов низкочастотное колебание поступает в блок 7 измерения доплеровской частоты и блок 6 измерения направления прихода интерференционного сигнала, в котором при рассматриваемом варианте реализации устройства, угловая координата определяется путем сравнения амплитуд низкочастотного сигнала в каждом из парциальных каналов. По данным, получаемым из блоков 6 измерения направления прихода интерференционного сигнала и блока 7 измерения доплеровской частоты, в блоке 8 экстраполяции измеряемых параметров, блоке 9 вычисления момента времени пересечения целью линии базы, блоке 10 определения поверхности положения и блоке 11 вычисления траекторных параметров происходит, как и в устройстве-прототипе, в соответствии с (1) - (2) вычисление предварительной оценки параметров движения цели
Figure 00000052
При этом блоки 8-11 могут быть выполнены на основе схем вычитания, делителей, перемножителей, сумматоров (т.е. типовых радиотехнических элементах), аналогично блокам счетно-решающего устройства, схемы вычитания, схемы сравнения амплитуд [1, с.297-300].Substituting the obtained estimates
Figure 00000039
in (10), we obtain the dependence
Figure 00000040
approximating change in the parameters f and α on the time interval [t 1 , t n ]:
Figure 00000041

Where
Figure 00000042

Figure 00000043

Thus, from the obtained dependence (14) instead of the initial measured parameters
Figure 00000044
define their smoothed (approximated) values
Figure 00000045

at discrete time instants t 1 , t 2 , ..., t n
Figure 00000046
Similarly, from (10) - (15), the smoothed values of the angular coordinate are determined
Figure 00000047

After determining the smoothed estimates of the primary measured parameters, the values of σ f , σ α for (9) can be determined as:
Figure 00000048

Figure 00000049

Grade Calculation
Figure 00000050
using (6) can be considered complete, for example, if the modulus of the difference between two successive estimates of the abscissa of the target is less than a certain constant:
Figure 00000051

Thus, in each of the two partial channels, consisting of a serial connection of the receiver 3, detector 4, low-pass filter 5, low-frequency oscillations are detected and extracted from the total signal generated by interference of the direct signal of transmitter 1 and the signal reflected from the target. Further, from the output of the parallel channels, the low-frequency oscillation enters the unit 7 for measuring the Doppler frequency and the unit 6 for measuring the direction of arrival of the interference signal, in which, with the considered embodiment of the device, the angular coordinate is determined by comparing the amplitudes of the low-frequency signal in each of the partial channels. According to the data obtained from blocks 6 for measuring the direction of arrival of the interference signal and block 7 for measuring the Doppler frequency, in block 8 for extrapolation of the measured parameters, block 9 for calculating the instant of time when the target crosses the base line, block 10 for determining the position surface, and block 11 for calculating trajectory parameters, and in the prototype device, in accordance with (1) - (2) calculating a preliminary estimate of the target motion parameters
Figure 00000052
In this case, blocks 8-11 can be performed on the basis of subtraction schemes, dividers, multipliers, adders (ie typical radio engineering elements), similarly to blocks of a calculating-solving device, subtraction scheme, amplitude comparison circuit [1, p.297-300 ].

Данные, получаемые из блоков 6 измерения направления прихода интерференционного сигнала и блока 7 измерения доплеровской частоты, поступают также в блок 12 определения статистических характеристик ошибок измерения доплеровской частоты и направления прихода интерференционного сигнала, где происходит оценка статистических характеристик ошибок измерения поступающих первичных параметров (оценка элементов корреляционной матрицы ошибок измерения первичных параметров Ve). Как отмечалось ранее, на практике достаточно определить дисперсии ошибок измерения доплеровской частоты и угловой координаты σ 2 f , σ 2 α , что и производится в блоке 12 на основе формул (16), (17). Следовательно, в блоке 12 определения статистических характеристик ошибок измерения доплеровской частоты и направления прихода интерференционного сигнала вначале определяются сглаженные значения (15) первичных параметров по формулам (14), а затем по формулам (16), (17) оценки среднеквадратических отклонений ошибок измерения доплеровской частоты и угловой координаты σf и σα. При линейной аппроксимации (М = 1, (10)) данный блок может быть выполнен, например, на основе трансверсальнах фильтров, являющихся базовыми элементами как для операции экстраполяции, так и для процедуры вычисления дисперсий измерений первичных параметров. В общем случае он может быть выполнен на типовых радиотехнических элементах: схемах вычитания, делителях, перемножителях, сумматорах и линиях задержек; либо реализован программно на специальной вычислительной машине. Блок 12 определения статистических характеристик ошибок измерения доплеровской частоты и направления прихода интерференционного сигнала может быть выполнен, например, аналогично блоку спецвычислителя [6, с. 241].Data obtained from blocks 6 for measuring the direction of arrival of the interference signal and block 7 for measuring the Doppler frequency are also sent to block 12 for determining the statistical characteristics of errors in measuring the Doppler frequency and direction of arrival of the interference signal, where the statistical characteristics of the measurement errors of the incoming primary parameters are evaluated (assessment of the elements of the correlation error matrix for measuring primary parameters V e ). As noted earlier, in practice it is sufficient to determine the variance of the measurement errors of the Doppler frequency and the angular coordinate σ 2 f , σ 2 α , which is done in block 12 based on formulas (16), (17). Therefore, in block 12 for determining the statistical characteristics of the errors in measuring the Doppler frequency and the direction of arrival of the interference signal, the smoothed values (15) of the primary parameters are first determined by formulas (14), and then by formulas (16), (17) to estimate the standard deviations of the measurement errors of the Doppler frequency and the angular coordinates σ f and σ α . With a linear approximation (M = 1, (10)), this block can be performed, for example, on the basis of transversal filters, which are the basic elements for both the extrapolation operation and the procedure for calculating the dispersion of measurements of primary parameters. In general, it can be performed on typical radio engineering elements: subtraction schemes, dividers, multipliers, combiners and delay lines; or implemented programmatically on a special computer. Block 12 for determining the statistical characteristics of measurement errors of the Doppler frequency and the direction of arrival of the interference signal can be performed, for example, similarly to the special calculator block [6, p. 241].

Полученная в блоке 11 вычисления траекторных параметров и блоке 12 определения статистических характеристик ошибок измерения доплеровской частоты и направления прихода интерференционного сигнала информация поступает в конечный блок устройства - блок 13 конечного вычисления траекторных параметров. Помимо данных из блоков 11 и 12, в конечный блок 13 поступают данные, получаемые из блока 6 измерения направления прихода интерференционного сигнала и блока 7 измерения доплеровской частоты. На основе поступивших данных в блоке 13 конечного вычисления траекторных параметров происходит уточнение по (6) начальной оценке параметров движения цели

Figure 00000053
получаемой в блоке 11 вычисления траекторных параметров.The information obtained in the block 11 for calculating the trajectory parameters and the block 12 for determining the statistical characteristics of the errors in measuring the Doppler frequency and the direction of arrival of the interference signal is fed to the final unit of the device — the block 13 for the final calculation of the trajectory parameters. In addition to the data from blocks 11 and 12, data received from the block 6 for measuring the direction of arrival of the interference signal and the block 7 for measuring the Doppler frequency are received in the final block 13. Based on the data received, in block 13 of the final calculation of the trajectory parameters, refinement is made according to (6) of the initial estimation of the target motion parameters
Figure 00000053
obtained in block 11 calculating the trajectory parameters.

Как показали проведенные исследования, потенциальная точность определения параметров движения цели практически достигается при использовании малого числа итераций (6). Поэтому, при реализации рассматриваемого блока, достаточно ограничиться единичным решением системы уравнений (6) и определить

Figure 00000054
При этом блок 13 конечного вычисления траекторных параметров выполняет функциональные преобразования входного колебания, описываемые в данном случае системой (6). Эти функциональные преобразования также могут быть представлены в виде последовательности операций, состоящей из комбинации простых арифметических действий (сложения, вычитания, умножения и деления), связывающих выходное напряжение с входным сигналом.As the studies showed, the potential accuracy of determining the parameters of the target’s movement is practically achieved using a small number of iterations (6). Therefore, when implementing the block under consideration, it suffices to restrict ourselves to a single solution to the system of equations (6) and determine
Figure 00000054
In this case, the block 13 of the final calculation of the trajectory parameters performs functional transformations of the input oscillation, which are described in this case by the system (6). These functional transformations can also be represented as a sequence of operations consisting of a combination of simple arithmetic operations (addition, subtraction, multiplication and division) that connect the output voltage to the input signal.

В общем случае блок 13 конечного вычисления траекторных параметров может быть выполнен на типовых радиотехнических элементах: схемах вычитания, делителях, перемножителях, сумматорах, схемах сравнения и линиях задержек; либо реализован программно на специальной вычислительной машине. In the General case, the block 13 of the final calculation of the trajectory parameters can be performed on typical radio engineering elements: subtraction schemes, dividers, multipliers, adders, comparison schemes and delay lines; or implemented programmatically on a special computer.

Основные операции, производимые в заявляемом устройстве и отличительные от прототипа, сводятся к следующим: вычисление статистических характеристик ошибок измерения доплеровской частоты и угловой координаты, уточнение предварительной оценки параметров движения цели, например согласно критерию максимума правдоподобия. The main operations performed in the inventive device and distinguishing from the prototype are as follows: calculating the statistical characteristics of the measurement errors of the Doppler frequency and the angular coordinate, updating the preliminary estimation of the target motion parameters, for example, according to the maximum likelihood criterion.

Сущность изобретения останется неизменной при любой реализации блока измерения направления прихода интерференционного сигнала. Измерение угла прихода отраженного от цели сигнала может производиться также, например, фазовым способом или сканированием луча антенны по максимуму значений огибающей сигнала на выходе фильтра низкой частоты. Эти возможные варианты устройства на фигурах не показаны. The invention will remain unchanged for any implementation of the unit for measuring the direction of arrival of the interference signal. The angle of arrival of the signal reflected from the target can also be measured, for example, by a phase method or by scanning the antenna beam to the maximum values of the signal envelope at the output of the low-pass filter. These possible variants of the device are not shown in the figures.

В зависимости от используемого метода определения направления прихода интерференционного сигнала блок 6 измерения направления прихода интерференционного сигнала может быть выполнен на основе различных блоков. Например, при фазовом моноимпульсном методе измерения угловых координат блок 6 может представлять собой фазометр [1, с.300], при использовании амплитудного моноимпульсного метода блок 6 может быть выполнен на основе схемы сравнения амплитуд или схемы вычитания [1, с.297]. Если в качестве блока 6 измерения направления прихода интерференционного сигнала используется, например, вычитатель или фазометр, то устройство содержит несколько пространственных каналов, выход каждого из которых подается на вход вычитателя или фазометра. Depending on the method used to determine the direction of arrival of the interference signal, the block 6 for measuring the direction of arrival of the interference signal can be performed on the basis of various blocks. For example, with the phase monopulse method for measuring angular coordinates, block 6 can be a phase meter [1, p. 300], when using the amplitude monopulse method, block 6 can be performed based on the amplitude comparison circuit or the subtraction circuit [1, p.297]. If, for example, a subtractor or a phase meter is used as a block 6 for measuring the direction of arrival of the interference signal, the device contains several spatial channels, the output of each of which is fed to the input of the subtractor or phase meter.

Блок 7 измерения доплеровской частоты может представлять собой, например, низкочастотный измеритель частоты переменного напряжения (частотомер) или реализован как блок определения моментов перехода напряжения через нуль. Возможные способы реализации вводимых в устройство новых блоков указаны ранее при описании работы устройства. Block 7 measuring the Doppler frequency can be, for example, a low-frequency meter measuring the frequency of an alternating voltage (frequency meter) or is implemented as a unit for determining the moments of voltage transition through zero. Possible ways of implementing new blocks introduced into the device are indicated earlier in the description of the operation of the device.

Используемые в изобретении блоки могут быть выполнены на основе стандартных, типовых радиотехнических элементов. The blocks used in the invention can be made on the basis of standard, typical radio engineering elements.

Эффективность предлагаемого устройства оценивалась путем математического моделирования. На фиг. 4 - 6 представлены соответствующие графики, выполненные для примера по результатам моделирования одной траектории. Конечное (в блоке 13) определение координат в рассмотренном случае осуществлялось с учетом всех первичных измерений, начиная с момента обнаружения и сопровождения цели. The effectiveness of the proposed device was evaluated by mathematical modeling. In FIG. Figures 4-6 show the corresponding graphs, made for example by the results of modeling one trajectory. The final (in block 13) determination of coordinates in the considered case was carried out taking into account all primary measurements, starting from the moment of detection and tracking of the target.

Графики на фиг. 4 - 6 рассчитаны для системы с параметрами d = 40 км, λ = 1 м, T = 1,024 с. Значения среднеквадратических ошибок измерения первичных параметров на всех интервалах первичных измерений принимались равными σf= 2 Гц, σα= 0,5°, скорость цели V = 200 м/с.The graphs in FIG. 4 - 6 are calculated for a system with parameters d = 40 km, λ = 1 m, T = 1.024 s. The values of the standard errors of the measurement of the primary parameters at all intervals of the primary measurements were taken equal to σ f = 2 Hz, σ α = 0.5 ° , the target velocity V = 200 m / s.

Проведенный анализ точности определения координат цели предлагаемым устройством при других условиях показал, что точность измерения дальности до цели увеличивается по сравнению с устройством-прототипом практически на всем протяжении траектории. При работе системы с вышеуказанными параметрами (взятыми для моделирования) происходит увеличение точности определения дальности в 2-3 раза по сравнению с устройством-прототипом. The analysis of the accuracy of determining the coordinates of the target of the proposed device under other conditions showed that the accuracy of measuring the distance to the target increases compared with the prototype device almost throughout the trajectory. When the system works with the above parameters (taken for modeling), the accuracy of determining the range is increased by a factor of 2–3 compared with the prototype device.

Потенциальная точность на фиг. 6 определялась информационной матрицей Фишера [7, с. 332-334; 8, с.204-205]. Для принятой на интервале измерения параметров движения цели ΔT = (n-1)T модели движения цели (5), и принятых статистических характеристиках ошибок измерения первичных параметров - доплеровской частоты и угловой координаты (9) элементы матрицы Фишера:

Figure 00000055

где
Figure 00000056
функция правдоподобия;
xl, xk - элементы вектора
Figure 00000057
(x1 = xn, x2 = yn, x3 = Vx, x3 = Vy - значения декартовых координат цели и скоростей их изменения в момент наблюдения tn (4));
М{.} - знак статистического усреднения.The potential accuracy in FIG. 6 was determined by the Fisher information matrix [7, p. 332-334; 8, p.204-205]. For the target motion model ΔT = (n-1) T adopted on the measurement interval of the target motion parameters (5), and the accepted statistical characteristics of the measurement errors of the primary parameters - Doppler frequency and angular coordinate (9), the elements of the Fisher matrix:
Figure 00000055

Where
Figure 00000056
likelihood function;
x l , x k - vector elements
Figure 00000057
(x 1 = x n , x 2 = y n , x 3 = V x , x 3 = V y are the values of the Cartesian coordinates of the target and the rates of their change at the time of observation t n (4));
M {.} Is the sign of statistical averaging.

Дисперсии

Figure 00000058
ошибок определения параметров траектории находятся как диагональные элементы матрицы, обратной матрице Фишера с элементами (18).Dispersions
Figure 00000058
errors in determining the parameters of the trajectory are found as diagonal elements of the matrix, the inverse of the Fisher matrix with elements (18).

Моделирование показало, что предлагаемое устройство позволяет определять местоположение цели с точностью, близкой к потенциально достижимой на протяжении всей траектории движения цели в зоне обнаружения. Modeling showed that the proposed device allows you to determine the location of the target with accuracy close to potentially achievable throughout the entire trajectory of the target in the detection zone.

Работоспособность устройства обеспечивается за счет применения в нем известных и новых блоков, реализация которых не требует дополнительного изобретательского творчества. The operability of the device is ensured by the use of well-known and new blocks in it, the implementation of which does not require additional inventive creativity.

Литература
1. Теоретические основы радиолокации / Ширман Я.Д., Голиков В.Н., Бусыгин И.Н. и др.; Под ред. Я.Д. Ширмана. - М.: Сов. радио, 1970. - 560 с.
Literature
1. Theoretical foundations of radar / Shirman Y.D., Golikov VN, Busygin I.N. and etc.; Ed. POISON. Shirman. - M .: Owls. Radio, 1970 .-- 560 p.

2. Черняк В.С., Заславский Л.П., Осипов Л.В. Многопозиционные радиолокационные станции и системы // Зарубежная радиоэлектроника. - 1987. - N 1. - С. 9-30. 2. Chernyak V.S., Zaslavsky L.P., Osipov L.V. Multiposition radar stations and systems // Foreign Radio Electronics. - 1987. - N 1. - S. 9-30.

3. Бляхман А.Б., Самарин А.В. Радиолокационный способ определения параметров движения объекта: Заявка на изобретение N 98101955/ 09(002027) с приоритетом от 02.02.98г. Патент N 2133480. 3. Blyakhman A.B., Samarin A.V. Radar method for determining the motion parameters of an object: Application for invention N 98101955/09 (002027) with a priority of 02.02.98. Patent N 2133480.

4. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. - М.: Сов. Радио, 1973. 4. Finkelstein M.I. Basics of radar. - M .: Owls. Radio, 1973.

5. Бляхман А. Б., Рындык А.Г., Ковалев Ф.Н. Устройство для определения параметров движения объекта: Заявка на изобретение N 97117868/09(019049) с приоритетом от 29.10.97г. Патент N 2124220. 5. Blyakhman A. B., Ryndyk A. G., Kovalev F. N. Device for determining the motion parameters of an object: Application for invention N 97117868/09 (019049) with priority from 10.29.97. Patent N 2124220.

6. Справочник по радиолокации: В 4 т. / Под ред. М. Сколника; пер. с англ. под общ. ред. К.Н. Трофимова. - М.: Сов. радио, 1978. - Т. 4.- 375 с. 6. Guide to radar: 4 t. / Ed. M. Skolnik; trans. from English under the general. ed. K.N. Trofimova. - M .: Owls. Radio, 1978.- T. 4.- 375 s.

7. Черняк В.С. Многопозиционная радиолокация. - М.: Радио и связь, 1993. - 416 с. 7. Chernyak V.S. Multiposition radar. - M .: Radio and communications, 1993 .-- 416 p.

8. Сейдж Э., Мелс Дж. Теория оценивания и ее применение в связи и управлении. - М.: Связь, 1976. - 496 с. 8. Sage E., Mels J. The theory of evaluation and its application in communication and management. - M .: Communication, 1976 .-- 496 p.

Claims (1)

Устройство для определения параметров движения объекта, содержащее передающую позицию и в удаленной от нее точке приемную позицию, состоящую из антенны, соединенной с приемным устройством, выход которого соединен со входами блока измерения доплеровской частоты и входами блока измерения направления прихода интерференционного сигнала, блока экстраполяции измеряемых параметров, один вход которого соединен с выходом блока измерения доплеровской частоты, второй вход - с выходом блока измерения направления прихода интерференционного сигнала, а выход соединен со входом блока вычисления момента времени пересечения целью линии базы, блока определения поверхности положения, соединенного одним своим входом с выходом блока вычисления момента времени пересечения целью линии базы, вторым - с выходом блока экстраполяции измеряемых параметров, а выходом с одним из входов блока вычисления траекторных параметров, другой вход которого соединен с выходом блока измерения направления прихода интерференционного сигнала, отличающееся тем, что в него введены блока определения статистических характеристик ошибок измерения доплеровской частоты и направления прихода интерференционного сигнала и блок конечного вычисления траекторных параметров, причем один вход блока определения статистических характеристик ошибок измерения доплеровской частоты и направления прихода интерференционного сигнала соединен с выходом блока измерения направления прихода интерференционного сигнала, второй вход - с выходом блока измерения доплеровской частоты, а выход соединен с одним из четырех входов блока конечного вычисления траекторных параметров, другие три входа которого раздельно соединены с выходами блока измерения направления прихода интерференционного сигнала, блока измерения доплеровской частоты и блока вычисления траекторных параметров, при этом выходом всего устройства является выход блока конечного вычисления траекторных параметров. A device for determining the motion parameters of an object, containing a transmitting position and at a point remote from it, a receiving position consisting of an antenna connected to a receiving device, the output of which is connected to the inputs of the Doppler frequency measuring unit and the inputs of the measuring unit for the direction of arrival of the interference signal, extrapolation unit for the measured parameters , one input of which is connected to the output of the unit for measuring the Doppler frequency, the second input - with the output of the unit for measuring the direction of arrival of the interference signal ala, and the output is connected to the input of the unit for calculating the instant of time the target intersects the base line, the unit for determining the position surface connected by one input to the output of the unit for calculating the instant of the target's intersection with the base line, the second with the output of the extrapolation unit of the measured parameters, and the output with one the inputs of the block for calculating the trajectory parameters, the other input of which is connected to the output of the block for measuring the direction of arrival of the interference signal, characterized in that the statistics determination block is introduced into it the error characteristics of measuring the Doppler frequency and the direction of arrival of the interference signal and a block for the final calculation of the trajectory parameters, moreover, one input of the unit for determining the statistical characteristics of the errors of measuring the Doppler frequency and direction of arrival of the interference signal is connected to the output of the block for measuring the direction of arrival of the interference signal, the second input to the output measuring the Doppler frequency, and the output is connected to one of the four inputs of the block of the final calculation of the path parameters, the other three inputs of which are separately connected to the outputs of the unit for measuring the direction of arrival of the interference signal, the unit for measuring the Doppler frequency and the unit for calculating the path parameters, while the output of the entire device is the output of the block for the final calculation of the path parameters.
RU99120267A 1999-09-23 1999-09-23 Device determining parameters of movement of object RU2154840C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99120267A RU2154840C1 (en) 1999-09-23 1999-09-23 Device determining parameters of movement of object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99120267A RU2154840C1 (en) 1999-09-23 1999-09-23 Device determining parameters of movement of object

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2154840C1 true RU2154840C1 (en) 2000-08-20

Family

ID=20225201

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99120267A RU2154840C1 (en) 1999-09-23 1999-09-23 Device determining parameters of movement of object

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2154840C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2444757C1 (en) * 2010-07-28 2012-03-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) Device for determination of coordinates of moving targets
RU2498219C2 (en) * 2011-05-11 2013-11-10 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ Method of determining parameters of motion of artificial satellite of earth according to measurements of current navigation parameters for short measured interval
RU2534220C1 (en) * 2013-07-23 2014-11-27 Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" Apparatus for determining motion parameters of object
RU2695799C1 (en) * 2018-08-14 2019-07-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Method of determining location parameters of location objects in radar sensors with frequency manipulation of continuous radiation of radio waves and a device for its realizing
CN114046786A (en) * 2021-11-11 2022-02-15 中国电子科技集团公司第二十九研究所 Flight path prediction method, device, equipment and storage medium

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2444757C1 (en) * 2010-07-28 2012-03-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) Device for determination of coordinates of moving targets
RU2498219C2 (en) * 2011-05-11 2013-11-10 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ Method of determining parameters of motion of artificial satellite of earth according to measurements of current navigation parameters for short measured interval
RU2534220C1 (en) * 2013-07-23 2014-11-27 Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" Apparatus for determining motion parameters of object
RU2695799C1 (en) * 2018-08-14 2019-07-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Method of determining location parameters of location objects in radar sensors with frequency manipulation of continuous radiation of radio waves and a device for its realizing
CN114046786A (en) * 2021-11-11 2022-02-15 中国电子科技集团公司第二十九研究所 Flight path prediction method, device, equipment and storage medium
CN114046786B (en) * 2021-11-11 2023-04-25 中国电子科技集团公司第二十九研究所 Track prediction method, device, equipment and storage medium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6232913B1 (en) Method and system for measuring radar reflectivity and doppler shift by means of a pulse radar
US5252980A (en) Target location system
Chestnut Emitter location accuracy using TDOA and differential Doppler
US5870056A (en) Air-to-air passive location system
US6411249B1 (en) Apparatus and method for the monopulse linking of frequency agile emitter pulses intercepted in on single interferometer baseline
JP7326422B2 (en) Positioning method and system for locating at least one object using wave-based signals
JP2005503539A (en) Method and apparatus for identifying buried objects using underground search radar
Sabatini A digital signal-processing technique for compensating ultrasonic sensors
US9213100B1 (en) Bearing-only tracking for horizontal linear arrays with rapid, accurate initiation and a robust track accuracy threshold
RU2444757C1 (en) Device for determination of coordinates of moving targets
RU2154840C1 (en) Device determining parameters of movement of object
US5610612A (en) Method for maximum likelihood estimations of bearings
Thong-un et al. A linearization-based method of simultaneous position and velocity measurement using ultrasonic waves
US5493308A (en) Close range fault tolerant noncontacting position sensor
Sabatini et al. Sampled baseband correlators for in-air ultrasonic rangefinders
Salinger et al. Application of recursive estimation and Kalman filtering to Doppler tracking
JP2007192573A (en) Target positioning apparatus
US5351056A (en) Target tracking in clutter degraded scenes using central level stereo processing
RU2551896C2 (en) Method for single-beam measurement of altitude and component velocities of aircraft and radar altimeter therefor
Ricks et al. Passive acoustic tracking for cueing a multistatic active acoustic tracking system
RU2124220C1 (en) Gear determining parameters of moving target
RU2204145C2 (en) Difference-range finding method of taking bearing to radio emission source and device for its realization
US7545325B1 (en) Method of signal processing
RU2390038C2 (en) Method for detection of speed and motion direction for carrier of surveillance radar
JP2001083232A (en) Apparatus for determining passive target position

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070924

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20081220

PD4A Correction of name of patent owner
PD4A Correction of name of patent owner