Устройство радиолокационного определения путевой скорости неманеврирующей воздушной цели

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для определения путевой скорости неманеврирующей воздушной цели преимущественно в РЛС с грубыми измерениями угловых координат. Достигаемый технический результат изобретения - повышение точности определения путевой скорости за счет исключения измерений азимута из обрабатываемых выборок. Для этого на вход заявляемого устройства через одинаковые интервалы времени, равные периоду обзора РЛС, подают данные измерений дальности и вычисляют квадраты дальности. Формируют фиксированную выборку квадратов дальности. По этой выборке определяют оценку второго приращения квадрата дальности за обзор, делят эту оценку на период обзора во второй степени, вычисляют квадратный корень из результата деления.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в наземных радиолокационных станциях (РЛС) для определения путевой скорости (модуля вектора скорости) неманеврирующей воздушной цели.

Известен способ определения путевой скорости воздушной цели по выборкам прямоугольных координат воздушной цели. (Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. - М.:, Радио и связь, 1986, С. 313-314).

Сущность способа состоит в следующем. Наземная РЛС с известными координатами, работающая в импульсном режиме, осуществляет круговое сканирование узким лучом диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости. Измеренные координаты воздушной цели в полярной системе координат "азимут-дальность" (r _i, _i) преобразуются в координаты прямоугольной системы координат (x_i, y_i). Затем производится раздельное сглаживание прямоугольных координат x_i, y_i и определяются скорости изменения этих координат и . Вычисление путевой скорости (модуля вектора скорости) воздушной целипроизводится по формуле:

Известно устройство определения скорости изменения прямоугольных координат и , реализующее алгоритм - , -фильтра. Принцип работы и структурная схема этого устройства описаны в книге Кузьмина С.З. «Цифровая обработка радиолокационной информации». - М.: «Сов. радио», 1967, С. 321-322.

В качестве прототипа выбрано устройство определения скорости изменения прямоугольных координат и путем оптимального взвешенного суммирования значений этих координат (Кузьмин С.З. «Цифровая обработка радиолокационной информации», С. 300-304).

Структурная схема устройства-прототипа представлена на фиг. 1. Устройство содержит преобразователь измеренных координат воздушной цели (блок 1), первый и второй выходы которого соединены с входами идентичных блоков 2 и 3 определения приращения преобразованной координаты, идентичные 1-й и 2-й делители (блоки 4 и 8), входы которых соединены с выходами блоков 2 и 3, а выходы соединены с входами двух идентичных квадраторов (блоки 5 и 7), выходы которых соединены с первым и вторым входом сумматора 6, выход которого соединен с входом вычислителя квадратного корня (блок 9), выход которого является выходом устройства-прототипа радиолокационного определения путевой скорости неманеврирующей воздушной цели.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Цифровые сигналы, соответствующие измеренным значениям дальности r_i, подаются на первый вход блока 1 и далее на первые входы 1-го и 2-го умножителей (блоки 1.1 и 1.4). Цифровые сигналы, соответствующие измеренным значениям азимута _i, подаются на второй вход блока 1 и далее на входы вычислителей синуса и косинуса азимута (блоки 1.2 и 1.3). Значения синуса и косинуса азимута в цифровом виде подаются на вторые входы умножителей (блоки 1.1 и 1.4). На выходе 1-го умножителя (блок 1.1) получают значения прямоугольной координаты, вычисленные по формуле x_i=r_isin_i. Эти значения в цифровом виде подаются на вход блока 2. Текущее значение прямоугольной координаты в реальном времени x_n умножается на весовой коэффициент в блоке 2.2 реализации весовой функции. Перемноженный (взвешенный) сигнал подается на первый вход сумматора 2.3. Сигналы, соответствующие значениям прямоугольной координаты x_n-1, x_n-2 x₂, x₁ в предыдущих обзорах, задерживаются на соответствующее число периодов обзора Т₀ в запоминающем устройстве 2.1, умножаются на свои весовые коэффициенты , в блоке 2.2 реализации весовой функции и подаются на входы сумматора 2.3. В итоге на входе сумматора формируется фиксированная выборка взвешенных сигналов , . Объем выборки, то есть количество взвешенных сигналов зависит от числа устройств задержки (линий задержки ЛЗ) и умножителей в блоке реализации весовой функции. Весовые коэффициенты вычисляются по формуле заранее и хранятся в блоке реализации весовой функции в виде таблицы. На выходе сумматора и на выходе блока 2 получают сглаженное значение (оценку) первого приращения координаты за обзор и подают на вход 1-го делителя (блок 4). После деления на период обзора Т₀ получают оценку скорости изменения координаты и подают ее на квадратор 5. Квадрат оценки скорости подают на первый вход сумматора 6.

Квадрат оценки скорости изменения второй прямоугольной координаты получают аналогичным образом. На выходе 2-го умножителя блока 1 получают значения этой координаты, вычисленные по формуле y_i=r_icos_i. Эти значения в цифровом виде подаются на вход блока 3. На выходе блока 3 получают сглаженное значение (оценку) первого приращения координаты за обзор и подают на вход 2-го делителя (блок 8). После деления на период обзора Т₀ получают оценку скорости изменения координаты и подают ее на квадратор 7. Квадрат оценки скорости подают на второй вход сумматора 6. Сумма квадратов оценок скорости изменения прямоугольных координат подается на вход вычислителя квадратного корня (блок 9). На выходе блока получают значение путевой скорости неманеврирующей воздушной цели.

Основным недостатком прототипа являются низкая точность определения путевой скорости неманеврирующей воздушной цели при грубых измерениях азимута. Этот недостаток проявляется в РЛС, размеры антенны которых соизмеримы с длиной волны, в первую очередь в РЛС метрового диапазона волн.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение точности определения путевой скорости неманеврирующей воздушной цели за счет исключения измерений азимута из обрабатываемых выборок.

Принцип работы заявляемого устройства поясняется схемой, приведенной на фиг. 2.

Достижение заявленного технического результата обеспечивается тем, что в заявляемом устройстве радиолокационного определения путевой скорости неманеврирующей воздушной цели, содержащем последовательно соединенные преобразователь измеренных координат воздушной цели (блок 1), блок определения приращения преобразованной координаты (блок 2), делитель (блок 3), а также вычислитель квадратного корня (блок 5), выход которого является выходом заявляемого устройства, согласно изобретению в преобразователе измеренных координат воздушной цели (блок 1) вычисляют квадраты измеренных значений дальности , в блоке определения приращения преобразованной координаты (блок 2) определяют оценку второго приращения квадрата дальности за обзор , которую подают на первый вход делителя (блок 3), второй вход которого соединен с выходом дополнительно введенного квадратора (блок 4), в котором вычисляют квадрат периода обзора , выход делителя (блок 3) соединен с входом вычислителя квадратного корня (блок 5).

Новизна заявляемой полезной модели заключается в том, что впервые для определения путевой скорости неманеврирующей воздушной цели используют фиксированную выборку квадратов дальности и определяют оценку второго приращения квадрата дальности за обзор по формуле:

где - весовые коэффициенты оценки второго приращения. (Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. - М.:, Радио и связь, 1986, С. 155, формула 4.37).

В качестве примера, в таблице и на графиках фиг. 3 приведены результаты сравнения точности определения путевой скорости в заявляемом устройстве и в устройстве-прототипе. Для этого значения среднеквадратических ошибок (СКО) определения путевой скорости вычислялись по формулам:

- для прототипа:

- для заявляемого устройства:

где _r - СКО измерения дальности;

- СКО измерения азимута;

Q - курс воздушной цели;

n - количество измерений в обрабатываемой выборке.

При расчетах принимались следующие исходные данные: r=200 км, Q=60°, _r=25 м, =0,5°, n=7, Т₀=10 с, V=250 м/с и 500 м/с.

Как видно из формул и приведенного примера, точность определения путевой скорости в заявляемом устройстве, в отличие от прототипа, зависит от ошибок измерения дальности и скорости воздушной цели, а ошибки измерения азимута, значения азимута и курса не оказывают влияния. В приведенном примере точность равна 21,8 м/с при скорости воздушной цели 250 м/с и 10,9 м/с при скорости воздушной цели 500 м/с.Заявляемое устройство обеспечивает повышение точности определения путевой скорости примерно в 75% зоны обзора РЛС, то есть за исключением азимутальных секторов АВ (от 40° до 80°) и CD (от 220° до 260°).

Точность определения путевой скорости в прототипе зависит от ошибок измерения азимута и от разности между азимутом и курсом цели. Ошибки измерения дальности и величина скорости цели практически не оказывают влияния. Наибольшая точность достигается при радиальном курсе полете воздушной цели. В приведенном примере СКО изменяется от 3 м/с при радиальном курсе до 33 м/с при полете цели в районе курсового параметра.

Таким образом, использование заявляемого устройства позволит повысить точность определения путевой скорости при грубых измерениях азимута. Промышленная реализуемость изобретения подтверждается высокими точностями измерения дальности в зарубежных обзорных РЛС, например, в американской РЛС AN/TPS-59 (Радиоэлектронные системы: основы построения и теория. Справочник /Под ред. Я.Д. Ширмана. - М: ЗАО «МАКВИС», 1998, С. 36).

Устройство радиолокационного определения путевой скорости неманеврирующей воздушной цели, содержащее последовательно соединённые преобразователь измеренных координат воздушной цели, блок определения приращения преобразованной координаты, делитель, а также вычислитель квадратного корня, выход которого является выходом заявляемого устройства, отличающееся тем, что в преобразователе измеренных координат воздушной цели вычисляют квадраты измеренных значений дальности, в блоке определения приращения преобразованной координаты определяют оценку второго приращения квадрата дальности за обзор, которую подают на первый вход делителя, второй вход которого соединён с выходом дополнительно введённого квадратора, в котором вычисляют квадрат периода обзора, выход делителя соединён с входом вычислителя квадратного корня.

РИСУНКИ