Двухчастотный фазовый метод измерения дальности в просветных радиолокационных системах Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.396.96

А.Н. Ковалев, Ф.Н. Ковалев

ДВУХЧАСТОТНЫЙ ФАЗОВЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ В ПРОСВЕТНЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

Рассматривается фазовый метод измерения суммы расстояний от передатчика до цели и от цели до приемника в просветных радиолокационных системах. Метод основан на излучении двух гармонических колебаний и сравнении фаз сигналов доплеров-ских частот. Предложен способ устранения неоднозначности измерений.

Двухчастотный фазовый метод измерения дальности, просветная радиолокация, бистатическая радиолокационная система, доплеровская частота, устранение неоднозначности измерений

A.N. Kovalev, F.N. Kovalev

THE DUAL FREQUENCY PHASIC METHOD FOR RANGE FINDING IN FORWARD-SCATTERING RADAR SYSTEMS

The phasic method for finding the sum of distances between the transmitter and target, and the target and receiver in forward-scattering radar systems is considered. The method is based on utilization of two harmonic oscillations, and measurement of the phase differences to the signals of the Doppler frequencies. A method to overcome the measurement ambiguity is considered.

Phasic method of range finding using two harmonic oscillations, forward-scattering radar, bistatic radar system, Doppler frequency, overcome the ambiguity of measurements

В просветных радиолокационных системах (РЛС) используется явление увеличения интенсивности рассеянного излучения, наблюдаемое при нахождении цели между передатчиком и приемником. Такие РЛС способны успешно обнаруживать объекты, выполненные по технологии Stealth, и малоразмерные низколетящие цели [1-3].

Для измерения суммы расстояний от передатчика до цели и от цели до приемника в просветной РЛС предлагается использовать фазовый метод, основанный на излучении двух гармонических колебаний и сравнении фаз сигналов доплеровских частот, выделяемых в приемнике [4, 5].

Схема просветной двухкоординатной РЛС показана на рис. 1. Передатчик (П) и приемник (Пр) расположены в горизонтальной плоскости и удалены друг от друга на расстояние a, называемое

базой. Цель движется со скоростью v в горизонтальной плоскости, пересекая линию базы; Гп -

дальность цели до передатчика, Гр - дальность цели до приемника.

траектория

Рис. 1. Схема просветной РЛС на плоскости Передатчик излучает два монохроматических колебания с близкими частотами [5]:

=ип1со8?рп1/-еп1), (1)

Ц^О =ип2 -еп2), (2)

где ип2 - амплитуды излученных колебаний; /п\, fп2 и е п 1, еп2 - частоты и начальные

фазы колебаний, £ - время.

На вход приемника одновременно с прямыми колебаниями передатчика

"пр1(0 = ^соБ^рл!/ -еп1 - кха), (3)

"пр2(0 = ипр2 СОБ(2р/п2/ - еп2 - ^2а) , (4)

поступают рассеянные на цели сигналы

и

с1

(/) = с/сх соБ (2р/п1/ - е п1 - к11 (/) - е ц1) =

ис1 сОБ

2р/п1/-е п1 - ы (/н) + 2р| /д1(/)^/

- е ц1

(5)

ис2 (£) = Сс2 сОБ (2р/п2£ - еп2 - ^2/(£) - ец2 ) =

= Сс2 сОБ

<

2р/п2 / - еП2 - к2/(£н ) + 2р| /д2 (£- ец2

(6)

где /(£) — Гп (£) + Гпр (£) - суммарная дальность, /(£н ) - ее значение в момент £ н начала наблюдения

за целью; е ц1, ец2 - сдвиги фаз при рассеянии (с учетом близости частот /п 1, /п 2 можно принять

ец1 »ец2); ипр1, ипр2, Сс1, Сс2 - амплитуды колебаний; к1,2 — 2р11,2 , ^1,2 — с/ /п1,2 - длина волны, с - скорость распространения радиоволн,

г

к1,2 /(/) — к1,2 /(£н) - 2р| /д1,2 (£)Ж , (7)

/н

/д 1 (/), /д 2 (/) - доплеровские частоты рассеянных сигналов,

/ (£)—„!_ (8) /д1,2(/) — 11,2 ¿£ • (8) В приемнике сигналы (3), (5) отфильтровываются от сигналов (4), (6). После этого выделение сигналов доплеровских частот производится амплитудным детектированием колебаний на выходах фильтров [6-8]. Поскольку прямой сигнал от передатчика существенно мощнее рассеянного на цели сигнала, фазы О1 и О2 продетектированных колебаний определяются разностями фаз прямых и рассеянных сигналов [4]:

Г , \

©1(£) — 2р/п1£ -8п1 - М -

2р/п1£ - 6п1 - К/(£н) + 2р| /д1(£- 8ц1

(9)

— к1/(£н) - 2р | /д1(£ - ка + 8ц1 :

н

н

г

н

г

г

н

Ы) = 2р/п2/ -ЭП2 - к2а -

Г г ^

2р/п2^ - Эп2 - Ы г) + 2п| /&(№ - 0ц

V 'и У

г

" '' ' г+1

(10)

: к2/('и) - 2р| /д2(г№ - ^ + 0ц2 .

Соответственно разность фаз продетектированных колебаний с учетом (7) и 0ц 1 ~ 0ц2 будет равна

А0(г)=02(г)-01(г)=Ш)-а)-ВДг) -а) = 2п(/(г) -а/ // с, (11)

откуда следует, что разность (/(г) - а) пропорциональна разности фаз продетектированных колебаний:

с

т-а=Ш/)т)- (12)

или

с

/(г) = -ГТ А0(') + а . (13)

2 п ( ] п2 - ] п1 )

Для устранения неоднозначности измерений дальности / в пределах всей зоны действия про-светной РЛС можно определять момент т пересечения целью линии базы по измерениям доплеров-

ских частот /д{$) и /д^О, исходя из условия [6, 8, 9]

/д1(Т) =0 или /д2(Т) = 0 (14)

После этого однозначность измерений обеспечивается непрерывным наблюдением за изменением разности фаз (11) и подсчетом целого числа циклов изменения разности фаз.

Для контроля за однозначностью измерений суммарной дальности по разности фаз (11) можно использовать также оценку дальности, определяемую по (8) интегрированием доплеровских частот от момента т, в который дальность / равна базе а, до текущего времени г [6-8]:

г

/(г) = а -11,21 /д1,2 (г)л . (15)

X

Возможность однозначного определения суммарной дальности имеется и до пересечения целью линии базы, если цель движется равномерно и прямолинейно почти ортогонально линии базы. В этом случае зависимости доплеровских частот от времени - квазилинейные, и начальную оценку суммарной дальности также можно найти из (15) путем экстраполяции измеренных зависимостей

/д1(г) или /д2(г) от текущего момента г на момент т пересечения целью линии базы [7].

Рассмотренный фазовый метод измерения дальности и способ устранения неоднозначности измерений наряду с особенностями построения фазовых пеленгаторов [9] существенно расширяют представления о методах просветной локации подвижных объектов и одновременно с этим позволяют упростить конструкцию перспективных просветных радиолокаторов. Фазовые устройства измерения углов и измерения дальностей удобно строить на основе приемников с амплитудным детектированием суммарного колебания, образуемого в результате интерференции радиоволны, рассеянной на цели, и более мощной прямой радиоволны от передатчика. Возникающую в результате детектирования неоднозначность в определении знака доплеровской частоты [5] нетрудно устранить по приращению частоты продетектированного колебания, а неоднозначность в определении знака угла - по приращению разности фаз сигналов на выходе детекторов в пространственно разнесенных приемниках [7].

Считаем своим приятным долгом поблагодарить члена-корреспондента РАН В.В. Кондратьева за поддержку работы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Уфимцев П.Я. Основы физической теории дифракции / П.Я. Уфимцев. М.: БИНОМ, 2011. 351 с.

2. Бляхман А.Б. Бистатическая эффективная площадь рассеяния и обнаружение объектов при радиолокации «на просвет» / А.Б. Бляхман, И. А. Рунова // Радиотехника и электроника. 2001. Т. 46. № 4. С. 424-432.

3. Ковалев А.Н. Формулы расчета параметров траектории цели в просветных бистатических радиолокаторах / А.Н. Ковалев, Ф.Н. Ковалев // Вестник СГТУ. 2013. № 4 (73). С. 45-48.

4. Теоретические основы радиолокации / под ред. Я. Д. Ширмана. М.: Сов. радио, 1970. 560 с.

гн

5. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации / М.И. Финкельштейн. М.: Сов. радио, 1973. 496 с.

6. Ковалев А.Н. Определение направления на цель по измерениям доплеровских частот в системах радиолокации на просвет / А.Н. Ковалев, Ф.Н. Ковалев // Вестник СГТУ. 2013. № 3 (72). С. 40-42.

7. Ковалев Ф.Н. Определение координат движущихся целей по измерениям доплеровской частоты в радиолокационных системах с обнаружением «на просвет» / Ф.Н. Ковалев // Радиотехника и электроника. 2007. Т. 52. № 3. С. 331-339.

8. Радиолокационный способ определения параметров движения объекта: пат. 2133480 Рос. Федерация: МПК6 G01S3/72, G01S7/42 / Бляхман А.Б., Самарин А.В.; заявитель и патентообладатель Нижегород. науч.-исслед. ин-т радиотехники. № 98101955/09; заявл. 02.02.98; опубл. 20.07.99.

9. Ковалев Ф.Н. Фазовая пеленгация в системах радиолокации на просвет / Ф.Н. Ковалев, В В. Кондратьев // Доклады Академии наук. 2014. Т. 455. № 4. С. 401-403.

Ковалев Александр Николаевич -

кандидат технических наук, доцент Нижегородского государственного технического университета

Ковалев Федор Николаевич -

кандидат технических наук, доцент Нижегородского государственного технического университета

Alexander N. Kovalev -

Ph. D., associate professor

Nizhny Novgorod State Technical University

Fedor N. Kovalev -

Ph. D., associate professor.

Nizhny Novgorod State Technical University

Статья поступила в редакцию 19.04.14, принята к опубликованию 15.05.14