угломерно-базовый способ измерения дальности

Классы МПК:G01S5/04 с определением местоположения источника излучения с помощью нескольких разнесенных пеленгаторов 
G01S11/04 с угловыми измерениями
Автор(ы):
Патентообладатель(и):Варин Александр Петрович
Приоритеты:
подача заявки:
2001-10-18
публикация патента:

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к системам для определения дальности без использования отражения или вторичного излучения, и может быть использовано для определения дальности до пространственно распределенных источников излучения. Угломерно-базовый способ измерения дальности включает в себя прием излучения источника излучения с помощью двух расположенных на базовом расстоянии друг от друга приемников, оснащенных остронаправленными антеннами, измерение углов между направлениями приема излучения источника антеннами А1 и А2 соответственно и опорным направлением, в качестве которого принимается перпендикуляр к линии A1A2, и вычисление дальности до источника излучения по формуле R = dугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981cosугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812/sin(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812-угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849811), где R - расстояние от источника излучения до антенны А1; d - базовое расстояние между антеннами; угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849811, угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812 - углы между направлениями приема излучения источника антеннами А1 и А2 соответственно и опорным направлением. Достигаемым техническим результатом предложенного способа является повышение точности измерения дальности. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

Формула изобретения

Угломерно-базовый способ измерения дальности, включающий прием излучения источника излучения с помощью двух расположенных на базовом расстоянии друг от друга приемников, оснащенных остронаправленными антеннами, измерение углов между направлениями приема излучения источника антеннами А1 и А2 соответственно и опорным направлением, в качестве которого принимается перпендикуляр к линии A1A2, и вычисление дальности до источника излучения по формуле

R = dугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981cosугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812/sin(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812-угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849811),

где R - расстояние от источника излучения до антенны А1;

d - базовое расстояние между антеннами;

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849811, угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812 - углы между направлениями приема излучения источника антеннами А1 и А2 соответственно и опорным направлением,

причем угловые отклонения влево от опорного направления считаются положительными, а вправо - отрицательными, измерение углов угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849811 и угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812 производится путем сканирования антенн А1 и А2, отличающийся тем, что сканирование антенн осуществляют в одной плоскости с одинаковой угловой скоростью таким образом, что во всем диапазоне измеряемых дальностей сектор сканирования поверхности источника излучения антенной А2 включает в себя (перекрывает) сектор сканирования поверхности источника излучения антенной А1, антенны А1 и А2 и соответствующие приемники выполняют идентичными, перемещение главных лучей диаграмм направленности антенн как слева-направо, так и справа-налево в каждом цикле сканирования начинают одновременно, угол угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849811(t), под которым визируется антенной А1 фрагмент поверхности источника излучения, дальность до которого измеряется, определяют по отклонению оси диаграммы направленности антенны А1 от опорного направления в момент визирования выбранного фрагмента по формулам

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849811(t) = Ф11-угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981t,

0угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981tугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981T1,

при перемещении антенны А1 слева-направо;

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849811(t) = Ф12+угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981t,

0угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981tугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981T1,

при перемещении антенны А1 справа-налево,

где Ф11, Ф12 - крайнее левое и крайнее правое отклонение антенны А1 от опорного направления соответственно;

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981 - угловая скорость сканирования антенн;

Т1 - период времени, в течение которого антенна А1 перемещается из одного крайнего положения в противоположное,

а угол угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812(tугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981), под которым данный фрагмент визируется антенной А2, определяют по формулам

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812(tугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981) = Ф21-угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981(t+угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849810),

0угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981tугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981Т2,

при перемещении антенны слева-направо;

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812(tугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981) = Ф22+угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981(t+угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849810),

0угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981tугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981Т2,

при перемещении антенны справа-налево,

где Ф21, Ф22 - крайнее левое и крайнее правое отклонение антенны А2 от опорного направления соответственно;

Т2 - период времени, в течение которого антенна А2 перемещается из одного крайнего положения в противоположное;

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849810 - значение временной задержки от момента визирования фрагмента поверхности источника излучения, дальность до которого измеряется, антенной А1 до момента визирования того же фрагмента антенной А2, определяемое как величина угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981, при которой функция

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981[0,(T2-T1)],

где x1(t), x2(t) - сигналы на выходах приемников, ко входам которых подключены антенны А1 и А2 соответственно;

f(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981) - четная функция, монотонно возрастающая при увеличении абсолютной величины угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981,

принимает минимальное значение.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к системам для определения дальности без использования отражения или вторичного излучения, и может быть использовано в системах определения дальности до источников излучения.

Известен способ определения дальности до отражающей поверхности, включающий излучение сигналов в направлении отражающей поверхности, прием отраженных сигналов на объекте и определение дальности по соотношению направлений излучения и приема сигналов и известному расстоянию между точками их излучения и приема, причем в качестве излучаемых информационных сигналов используют сигналы видимого оптического диапазона, оси излучения которых лежат в плоскости, образованной прямой, соединяющей точки излучения, и прямой, проходящей через точку начала отсчета дальности на объекте и выбранную точку отражающей поверхности, изменяют направление осей излучения до их совмещения в выбранной точке отражающей поверхности, фиксируют углы наклона осей излучения сигналов, а затем определяют дальность до указанной точки отражающей поверхности из соотношения

R1 = L1sinK1/sin(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981+K1) = L2sinK2/sin(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981-K2),

где Lj (j=1, 2) - длина отрезка прямой, соединяющей j-ю точку излучения сигнала на объекте с точкой приема отраженного сигнала;

Кj (j= 1, 2) - углы наклона осей излучения сигналов к отрезку прямой, соединяющей точки излучения сигналов;

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981 - направление измерения дальности, отсчитываемое от направления отрезка прямой, соединяющей точки излучения сигналов [1. Патент РФ 2072528, кл. G 01 C 3/12, 1993].

Недостатками известного способа определения дальности являются невозможность определения дальности до пространственно распределенного излучающего объекта (фона), особенно если интенсивность его излучения близка к интенсивности отраженного излучения излучателей, так как в этом случае существенно затрудняется определение факта совмещения лучей излучателей в одной точке, а также необходимость применения излучателей. Кроме того, лучи излучателей должны иметь малую расходимость, в противном случае резко снижается точность определения углов Кj и угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981 и, следовательно, дальности.

Известен способ измерения дальности до источника излучения, включающий прием излучения источника излучения с помощью двух приемников, размещенных на подвижном носителе, оснащенных остронаправленными антеннами, размещенными в непосредственной близости друг от друга, диаграммы направленности которых разнесены на фиксированный угол, в котором измеряют интервал времени между появлением сигналов источника излучения на выходах антенн, наличие которого обусловлено перемещением носителя, причем измерение производится по максимуму сигнала, и вычисляют дальность до источника излучения по формуле

R = vнtб/[2sin(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981p/2)],

где R - расстояние от источника излучения до антенн;

vн - скорость перемещения носителя;

tб - интервал времени между появлением сигналов источника излучения на выходах антенн;

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981p - угол между осями диаграмм направленности антенн,

причем расстояние между антеннами много меньше величины измеряемых дальностей.

Недостатками известного способа измерения дальности являются невозможность измерения дальности до пространственно распределенного излучателя, а также необходимость применения подвижного носителя [2. А.Г. Николаев, С.В. Перцов. Радиотеплолокация. - М., Сов. Радио, 1964, с.157-161].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является угломерно-базовый способ измерения дальности, включающий прием излучения источника излучения с помощью двух расположенных на базовом расстоянии друг от друга приемников, оснащенных остронаправленными антеннами, измерение углов между направлениями приема излучения источника антеннами A1 и A2 соответственно и опорным направлением, в качестве которого принимается перпендикуляр к линии A1A2, и вычисление дальности до источника излучения по формуле

R = dcosугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812/sin(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812-угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849811),

где R - расстояние от источника излучения до антенны A1,

d - базовое расстояние между антеннами;

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849811, угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812 - углы между направлениями приема излучения источника антеннами A1 и А2 соответственно и опорным направлением,

причем угловые отклонения влево от опорного направления считаются положительными, а вправо - отрицательными, измерение углов угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849811 и угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812 производится путем сканирования антенн A1 и А2 и засечки угловых отклонений осей их диаграмм направленности от опорного направления, при которых сигналы на выходах приемников максимальны [3] (см. Фиг.1).

Недостатком известного угломерно-базового способа измерения дальности является невозможность измерения дальности до пространственно распределенных источников излучения, размеры которых превышают размеры зон визирования антенн А1 и А2, или до их отдельных участков, визируемых одной из антенн в произвольный момент времени. Это связано с невозможностью отсчета углов угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849811 и угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812 по максимуму сигнала на выходе антенн A1 и А2 и соответствующих приемников, если источник излучения не является точечным. Например, известный способ не позволяет определять наклонную дальность от летательного аппарата до земной поверхности в направлении визирования одной из антенн, хотя земная поверхность и является источником излучения, имеющего тепловую природу, в широком диапазоне частот.

Целью данного изобретения является обеспечение возможности измерения дальности от одной из антенн до фрагмента поверхности пространственно распределенного источника излучения, визируемого данной антенной в произвольный момент времени.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения дальности, включающем прием излучения источника излучения с помощью двух расположенных на базовом расстоянии друг от друга приемников, оснащенных остронаправленными антеннами, измерение углов между направлением приема излучения источника антеннами A1 и А2 соответственно и опорным направлением, в качестве которого принимается перпендикуляр к линии A1A2, и вычисление дальности до источника излучения по формуле

R = dcosугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812/sin(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812-угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849811), (1)

где R - расстояние от источника излучения до антенны A1;

d - базовое расстояние между антеннами;

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849811, угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812 - углы между направлениями приема излучения источника антеннами А1 и А2 соответственно и опорным направлением,

причем угловые отклонения влево от опорного направления считаются положительными, а вправо - отрицательными, измерение углов угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849811 и угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812 производится путем сканирования антенн A1 и А2, сканирование антенн осуществляют в одной плоскости с одинаковой угловой скоростью таким образом, что во всем диапазоне измеряемых дальностей сектор сканирования поверхности источника излучения антенной А2 включает в себя (перекрывает) сектор сканирования поверхности источника излучения антенной A1, антенны A1 и А2 и соответствующие приемники выполняют идентичными, перемещение главных лучей диаграмм направленности антенн как слева - направо, так и справа - налево в каждом цикле сканирования начинают одновременно, угол угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849811(t), под которым визируется антенной A1 фрагмент поверхности источника излучения, дальность до которого измеряется, определяют по отклонению оси диаграммы направленности антенны A1 от опорного направления в момент визирования выбранного фрагмента по формулам

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849811(t) = Ф11-угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981t, 0угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981tугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981T1, (2)

- при перемещении антенны A1 слева - направо;

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849811(t) = Ф12+угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981t, 0угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981tугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981T1, (2угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981)

- при перемещении антенны A1 справа - налево,

где Ф11, Ф12 - крайнее левое и крайнее правое отклонение антенны A1 от опорного направления соответственно;

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981 - угловая скорость сканирования антенн;

T1 - период времени, в течение которого антенна A1 перемещается из одного крайнего положения в противоположное в каждом цикле сканирования,

а угол угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812(tугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981), под которым данный фрагмент визируется антенной А2, определяют по формулам

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812(tугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981) = Ф21-угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981(t+угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849810), 0угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981tугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981T2, (3)

- при перемещении антенны слева - направо;

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812(tугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981) = Ф22+угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981(t+угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849810), 0угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981tугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981T2, (3угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981)

- при перемещении антенны справа - налево,

где Ф21, Ф22 - крайнее левое и крайнее правое отклонение антенны А2 от опорного направления соответственно;

Т2 - период времени, в течение которого антенна А2 перемещается из одного крайнего положения в противоположное в каждом цикле сканирования;

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849810 - значение временной задержки от момента визирования фрагмента поверхности источника излучения, дальность до которого измеряется антенной A1 до момента визирования того же фрагмента антенной А2, определяемое как величина угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981, при которой функция

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981

где x1(t), x2(t) - сигналы на выходах приемников, ко входам которых подключены антенны A1 и А2 соответственно;

f(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981) - четная функция, монотонно возрастающая при увеличении абсолютной величины угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981,

принимает минимальное значение.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что предложенный способ отличается от известного наличием, во-первых, новых действий над сигналами: получением двух реализаций x1(t) и x2(t), представляющих собой временную развертку сигналов на выходах приемников, оснащенных антеннами A1 и А2 соответственно, при сканировании поверхности источника излучения, засечкой момента времени t визирования антенной 1 фрагмента поверхности источника излучения, дальность до которого измеряется, вычислением функции D(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981) по формуле (4), нахождением значения угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849810, при котором значение функции D(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849810) минимально, и вычислением углов угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849811(t) и угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812(tугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981) по формулам (2), (2") и (3), (3") соответственно, во-вторых, новых условий осуществления действий над сигналами: идентичностью применяемых приемников и антенн, осуществлением сканирования антенн A1 и А2 в одной плоскости с одинаковой угловой скоростью таким образом, что во всем диапазоне измеряемых дальностей сектор сканирования поверхности источника излучения антенной А2 включает в себя (перекрывает) сектор сканирования поверхности источника излучения антенной A1, перемещение главных лучей диаграмм направленности антенн A1 и А2 как слева - направо, так и справа - налево в каждом цикле сканирования начинается одновременно.

При изучении других известных технических решений в данной области техники указанная совокупность признаков, отличающая изобретение от прототипа, не была выявлена.

При осуществлении предложенного способа измерения дальности основной задачей является определение углового отклонения угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812(tугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981) антенны A2 от опорного направления, при котором она визирует тот же самый участок поверхности источника излучения, что и антенна A1 в момент времени t.

Указанная задача решается следующим образом.

За счет сканирования антенн A1 и А2 в одной плоскости с одинаковой угловой скоростью они осуществляют обзор одной и той же полосы поверхности источника излучения, а масштаб временной развертки x1(t) и x2(t) получается одинаковым. При этом, поскольку сектор сканирования антенны A2 включает в себя сектор сканирования антенны A1, то реализация сигнала x2(t) на интервале [0, Т2] включает в себя реализацию x1(t) на интервале [0, T1]. Если источник излучения является изотропным, то при визировании антеннами A1 и А2 одного и того же фрагмента поверхности источника излучения сигналы на выходах антенн будут одинаковыми. В то же время при визировании различных участков поверхности источника излучения сигналы на выходах антенн A1 и А2 в общем случае различны, причем каждому значению угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849811(t) соответствует определенное значение x1(t), а каждому значению угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812(t) - определенное значение x2(t).

В этом случае задача определения угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812(tугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981) сводится к отысканию в реализации x2(t) отрезка длиной T1, совпадающего с реализацией x1(t). Процедура отыскания такого отрезка осуществляется путем вычисления функции D(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981) для различных значений угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981, лежащих на интервале [0,(Т2-T1)]. Поскольку при совпадении реализации x1(t) с соответствующим отрезком реализации x2(t) функция D(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981) становится равной нулю (без учета собственных шумов и неидентичности выполнения антенн и приемников), то для каждого значения t в момент времени

tугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981 = t+угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849810

антенна А2 визирует тот же фрагмент поверхности источника излучения, что и антенна A1 в момент времени t. Следовательно, угловое положение этого фрагмента относительно опорного направления может быть определено по формулам (3), (3"), а дальность R до визируемого фрагмента - с помощью формулы (1).

На фиг. 1 приведен рисунок, поясняющий способ вычисления дальности до источника излучения в соответствии с выражением (1), который является общим для прототипа и предлагаемого изобретения.

На фиг. 2 приведен рисунок, поясняющий выбор сектора сканирования вспомогательной антенны А2, а также вычисление величин угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849811(t) и угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812(tугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981) по формулам (2), (2") и (3), (3") соответственно.

На фиг. 3 приведен рисунок, поясняющий принцип определения угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812(tугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981) путем определения временного сдвига угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849810 реализации x1(t) относительно реализации x2(t), при котором функция D(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981) принимает минимальное значение.

Как следует из рисунка, приведенного на фиг.1, для определения дальности до источника излучения необходимо определить углы угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849811 и угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812, под которыми визируется источник излучения антеннами A1 и А2 соответственно. Если источников излучения несколько, очевидно, прежде всего принимается решение о том, до какого источника будет измеряться дальность. В том случае, когда источник излучения является пространственно распределенным, выбирается фрагмент поверхности последнего, дальность до которого требуется определить.

Так как обе антенны осуществляют сканирование с одинаковой угловой скоростью, а перемещение антенн слева - направо и справа - налево начинается одновременно, то угловое положение любого фрагмента поверхности источника излучения, визируемого антеннами A1 или А2, однозначно определяется интервалами времени от начала перемещения каждой из антенн до момента визирования данного фрагмента.

Таким образом, если от начала перемещения антенны A1 до момента визирования фрагмента поверхности источника излучения, дальность до которого измеряется, прошло время t, то угловое отклонение антенны A1, соответствующее визированию данного фрагмента, может быть найдено с помощью формул (2) или (2").

Для того, чтобы гарантировать визирование антенной А2 в процессе сканирования тех же фрагментов поверхности, которые визируются антенной A1, обе антенны осуществляют сканирование в одной плоскости, а сектор сканирования антенны А2 делается таким, чтобы включать в себя сектор сканирования антенны A1. Как следует из рисунка, приведенного на фиг.2, для этого границы сектора сканирования антенны А2 должны удовлетворять условиям

tgФ12угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981tgФ11+d/Dmin, (5)

tgФ22угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981tgФ12+d/Dmax, (5")

где Dmin, Dmax - минимальная и максимальная дальности до поверхности источника излучения в опорном направлении в плоскости сканирования антенн.

Для определения временного сдвига угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849810 от момента начала перемещения антенны А2 до момента, когда данная антенна начинает визировать те же фрагменты поверхности источника излучения, что и антенна A1, вычисляется функция D(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981) для различных значений угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981, лежащих на интервале [0,(Т21)].

Указанную процедуру иллюстрирует рисунок, приведенный на фиг.3, на котором для простоты значения сигналов и угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981 квантованы. Из рисунка следует, что при совпадении реализации x1(t) с соответствующим отрезком реализации x2(t) функция D(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981) принимает минимальное значение. Значит, определив величину угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849810, при которой D(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849810) минимальна, можно определить угол угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812 визирования антенной А2 любого фрагмента источника излучения, который визировался антенной A1 в момент времени t, по формулам (3), (3") и дальность до этого фрагмента по формуле (1).

Для оценки точности измерения дальности предложенным способом целесообразно привести следующие соображения.

Поскольку реализации x1(t) и x2(t) в выражении (4) заранее никогда не известны и в большинстве случаев являются результатом действия большого числа независимых факторов, то можно считать, что они являются реализациями случайного процесса. Следовательно, оценку точности измерения дальности предложенным способом необходимо производить статистическими методами.

С таких позиций данная задача сводится к оценке дисперсии ошибок вычисления D(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981).

Определение дисперсии ошибок вычисления D(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981) зависит от вида функции f(х) и физического содержания понятия "сигнал x(t)".

Для многих перспективных областей применения предложенного способа под сигналом x(t) можно понимать напряжение на выходе радиометрического приемника миллиметрового диапазона волн (МДВ), представляющее собой аддитивную смесь полезного сигнала, пропорционального антенной температуре, соответствующей наблюдаемому участку поверхности источника излучения, и внутреннего шума, определяемого собственной шумовой температурой приемника,

xj(t)=uj(t)+nj(t), j=1, 2. (6)

где uj(t), nj(t), j=1, 2 - полезный сигнал и внутренний шум на выходах первого и второго приемников соответственно.

В последующих расчетах, учитывая требование идентичности каналов, будем считать nj(t) стационарными случайными процессами, распределенными одинаково, с нулевыми средними значениями (поскольку последние всегда могут быть компенсированы), а также положим

f(x)=x2. (7)

Кроме того, не будем учитывать систематические ошибки, поскольку они характеризуют не рассматриваемый способ, а реализующее его устройство.

Перепишем с учетом сделанных замечаний выражение (4) в виде

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981

и определим сначала условные математическое ожидание и дисперсию подынтегрального выражения при условии, что наблюдались некоторые реализации u1(t) и u2(t).

Поскольку n1(t) и n2(t) независимы и распределены одинаково,

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981

где m1{.} - математическое ожидание.

Здесь и далее, если это не затрудняет понимания, зависимости от t, угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981 опущены.

Аналогично

M2усл{угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981x} = M2{n1}+M2{n2} = 2угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812n, (10)

где М2{.} - дисперсия;

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812n - дисперсия процессов n1(t) и n2(t).

Используя известную связь между начальными и центральными моментами [3. Б.Р. Левин. Теоретические основы статистической радиотехники. Книга 1. - М., "Сов. Радио". 1974] , после ряда преобразований найдем условные математическое ожидание и дисперсию величины угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812x:

m1усл{угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812x} = угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812u+2угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812n; (11)

M2усл{угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812x} = 8угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849814n+8угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812uугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812n. (12)

Поскольку значения uj(t), j=1, 2, определяются большим числом независимых факторов, а, кроме того, функции xj(t) формируются после прохождения через фильтр приемника, полоса пропускания которого намного уже ширины спектра теплового излучения, функции uj(t), nj(t) и угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981x(t) можно считать нормальными случайными процессами.

Если амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) приемника прямоугольная, то отсчеты угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981x(t), следующие через интервалы

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981t = 1/угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981F, (13)

где угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981F - полоса пропускания низкочастотной части приемника,

независимы. Тогда отсчеты угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812x(t), следующие через те же интервалы, некоррелированные [3] . Значит, учитывая, что величина T1 много больше, чем угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981t, величину D(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981) можно считать нормальной и, заменяя в (8) интеграл соответствующей суммой отсчетов, определить ее математическое ожидание и дисперсию как сумму математических ожиданий и дисперсий отчетов. Проводя указанное преобразование и возвращаясь к непрерывной форме записи, имеем

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981

Для получения безусловных значений m1 и М2 их необходимо усреднить по совместному распределению вероятностей сигналов u1 и u2.

Проводя данную операцию и меняя при этом порядок интегрирования, а также полагая процессы uj(t), j=1, 2, стационарными и распределенными одинаково, получим безусловные значения математического ожидания и дисперсии величины D(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981):

m1{D(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981)} = 2T1угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812n+2T1[(m2u+угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812u)-Bu(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981)], (16)

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981

где mu, угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812u - математическое ожидание и дисперсия процессов uj(t) соответственно;

Bu(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981) - корреляционная функция процессов uj(t), j=1, 2.

Величина среднеквадратического отклонения угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981 значения угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981 от угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849810, при котором D(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981) изменяется на величину своего среднеквадратического отклонения, в линейном приближении может быть найдена из уравнения

m1{D(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981)}-m1{D(0)} = угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981D, (18)

где

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981

- среднеквадратическое отклонение величины D(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981).

Уравнение (18) с учетом (16) преобразуется к виду

Bu(0)-Bu(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981) = угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981D/(2T1). (19)

Поскольку в [3]

Bu(0) = m2u+угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812u,

то, учитывая, что угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981 близка к нулю, можем записать

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981

Определим корреляционную функцию Bu(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981).

Сигналы на выходах антенн представляют собой результат пространственной фильтрации изменений кажущейся температуры поверхности источника излучения. Антенны при этом выполняют роль пространственных фильтров, пространственно-частотная характеристика которых (ПЧХ) определяется как свертка функции распределения поля в раскрыве антенны с этой же функцией [2].

Полагая последнее равномерным в пределах раскрыва антенны в направлении перемещения луча антенны при сканировании, с учетом нормировки можем записать

H(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981x) = (1-угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981x/b*), (21)

где H(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981x) - ПЧХ антенны,

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981x - пространственная частота,

b* = 2угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981b/(угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981R); (22)

b - ширина раскрыва антенны в направлении перемещения луча при сканировании;

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981 - длина волны.

Здесь b* - граничная частота пространственной полосы пропускания антенны [2].

В последующих вычислениях будем считать пространственный энергетический спектр кажущейся температуры поверхности источника излучения равномерным,

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981

где угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812T - дисперсия кажущейся температуры поверхности источника излучения;

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981* - граничная пространственная частота,

а также положим

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981*угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981b*. (24)

Тогда пространственный спектр сигнала на выходе антенны [3] с учетом (21) и (23)

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981

Выполняя обратное преобразование Фурье последнего выражения, получим пространственную корреляционную функцию сигнала на выходе антенны:

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981

где угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981x - величина смещения линии визирования антенны в направлении сканирования за время угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981.

Учитывая, что

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981x = vугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981, (27)

где v - скорость перемещения точки визирования по поверхности источника излучения при сканировании,

v = угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981R,27)(28)

и вводя параметр

k = 2угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981bугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981/угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981, (29)

окончательно получим

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981

Подставляя последнее в (19) с учетом (20) после несложных преобразований получим

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981

Величина угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981n представляет собой флюктуационную чувствительность радиометра и определяется как [4. Б.А. Розанов, С.Б. Розанов. Приемники миллиметровых волн. - М., "Радио и связь", 1989, с. 20]

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981

где Тпр - шумовая температура приемника;

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981f - полоса пропускания приемника по высокой частоте;

tн - время накопления.

Учитывая, что пространственный спектр сигнала ограничен в рассматриваемом случае величиной b*, естественно принять

tн = 2угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981/(b*v) = угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981/bугломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981, (33)

и, соответственно,

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981F = 1/tн. (34)

Для получения количественной оценки зададим следующие исходные данные:

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981 = 3угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 218498110-3 м; Тпр=900 К; b=0,2 м; угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981 = 1 c-1; угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981f = 2угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981109 Гц; T1=1 с.

Подставляя эти значения в (31) и решая последнее численно, получим

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849810,72угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 218498110-3 c,

откуда в линейном приближении среднеквадратическая ошибка определения угла угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812,

угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981 = 2,46угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981.

Получаемую при таком значении угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981 погрешность измерения дальности оценим с помощью выражения (1), полагая

d=2 м; угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812 = 0; R=100 м,

и подставляя вместо угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812 сумму или разность значений угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 21849812 и угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981.

Для указанных исходных данных получим

R=96,55-103,71 м.

Таким образом, предложенный способ действительно позволяет определять дальность до поверхности излучателя, причем при указанных исходных данных точность измерения дальности составляет около 3,5%.

В качестве ограничения на применение предложенного способа необходимо указать снижение точности измерения при уменьшении среднеквадратического отклонения кажущейся температуры поверхности излучателя угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981T или уменьшении ширины ее пространственного спектра. При угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981T или угломерно-базовый способ измерения дальности, патент № 2184981*, равных нулю, предложенный способ неприменим, однако это не может считаться его серьезным недостатком, так как такие случаи на практике крайне редки.

Класс G01S5/04 с определением местоположения источника излучения с помощью нескольких разнесенных пеленгаторов 

способ определения пеленгационной панорамы источников радиоизлучения на одной частоте -  патент 2528177 (10.09.2014)
способ обнаружения и пеленгации источников радиоизлучения на одной частоте -  патент 2517365 (27.05.2014)
способ многосигнальной пеленгации источников радиоизлучения на одной частоте для круговой антенной системы -  патент 2497141 (27.10.2013)
способ идентификации радиосигналов контролируемого объекта и определения местоположения источника -  патент 2496118 (20.10.2013)
способ пеленгования с повышенной разрешающей способностью -  патент 2491569 (27.08.2013)
устройство для определения направления на источник сигнала -  патент 2484495 (10.06.2013)
способ определения координат источников радиоизлучений -  патент 2476900 (27.02.2013)
способ определения с повышенным быстродействием угломестного пеленга и амплитуды сигнала источника радиоизлучения -  патент 2467345 (20.11.2012)
способ определения пеленгов и амплитуды сигнала источника радиоизлучения пеленгатором с несинхронизованными каналами -  патент 2467344 (20.11.2012)
контрольно-измерительная система радиомониторинга -  патент 2459218 (20.08.2012)

Класс G01S11/04 с угловыми измерениями

Наверх