способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего объекта

Классы МПК:G01S13/74 системы, использующие переизлучение радиоволн, например вторичные радиолокационные системы; аналогичные системы
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Нижегородское высшее зенитное ракетное командное училище противовоздушной обороны,
Клюев Сергей Михайлович,
Ларцов Сергей Викторович,
Самарин Валерий Павлович,
Червова Альбина Александровна
Приоритеты:
подача заявки:
1997-03-18
публикация патента:

Изобретение относится к радиолокации, а точнее к радиолокационным способам измерения расстояния до источника вторичного излучения с нелинейным преобразованием зондирующего сигнала. Предлагаемый способ применим, если известен явный вид уравнения радиолокации, пространственная производная которого однозначно связана с дальностью до нелинейно-рассеивающего объекта. Пространственная производная находится по измерениям интенсивности рассеянного сигнала в двух близко расположенных точках. Дополнительно экспериментально определяют показатель показательной функции, связывающей интенсивности рассеянного и зондирующего сигналов. Это позволяет определить явный вид уравнения радиолокации для нелинейно-рассеивающего объекта при заданных законах пространственного распределения интенсивностей зондирующего и рассеянного сигналов. 1 ил.
Рисунок 1

Формула изобретения

Способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего объекта, заключающийся в излучении в направлении нелинейно-рассеивающего объекта зондирующего сигнала в точке 1 пространства, измерении мощности принимаемого сигнала на частоте рабочего нелинейного продукта Pпс1, передвижения носителя на некоторое фиксированное расстояние способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175R в точку 2, в которой снова в направлении нелинейно-рассеивающего объекта излучается зондирующий сигнал и измеряется мощность принимаемого сигнала Pпс2, и вычислении дальности до нелинейно-рассеивающего объекта по формуле

способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175

отличающийся тем, что дополнительно в точке 2 мощность зондирующего сигнала уменьшается на величину способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175Pзс и измеряется мощность принимаемого сигнала Pпс3, по которой находят значение коэффициента способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175

способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175 = (Pпс2[дБ BT]-Pпс3[дБ BT])/способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175Pзс[дБ BT],

а коэффициент n определяется как n = способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175+способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175,

где способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175 - показатель закона спадания мощности от расстояния на частоте зондирующего сигнала Pзс~ R-способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175;

способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175 - показатель закона спадания мощности от расстояния на частоте принимаемого сигнала Pпс~ R-способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиолокационным способам измерения дальности до источника вторичного излучения с нелинейным преобразованием зондирующего сигнала (нелинейно-рассеивающий объект).

Известные способы измерения дальности можно условно разделить на несколько групп.

1. Временной (радиолокационный) предполагающий определение времени распространения сигнала до цели и обратно, а по этому времени дальность до цели. Данный способ позволяет определять расстояние с точностью до половины пути сигнала за время длительности импульса. Поэтому при дальностях до объекта меньше указанного расстояния временной способ не применим.

2. Фазовые способы, основанные на измерении разности фаз между излученным и вернувшимся от цели сигналами. Эти способы предполагают применение сигналов с высокой когерентностью (стабильностью частоты и фазы). Однако нелинейно-рассеивающие объекты обладают инерционностью, которая проявляется в появлении априорно неизвестного сдвига фаз между зондирующим и рассеянным сигналом на частотах продуктов нелинейного преобразования зондирующего сигнала. Поэтому применение фазового способа определения дальности до нелинейно-рассеивающего объекта приводит к принципиально неустранимой ошибке. Кроме того, задача измерения фазы принятого сигнала намного труднее по сравнению с измерением амплитуды.

3. Есть группа способов определения расстояния по градиенту пространственного распределения мощности сигнала. Например, способ используется для определения расстояния до источника помех в радиосвязи (Кононов И.И., Петренко И. А. , Снегуров В.С. Радиотехнические методы местоопределения грозовых очагов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986). Способ применим, когда известен закон пространственного распределения напряженности или плотности потока мощности сигнала источника, до которого определяется расстояние. Как правило, это некоторая гиперболическая зависимость спадания величины мощности принимаемого сигнала с увеличением расстояния Pпсспособ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175R-n, где n - число. Для свободного пространства: n=2 - для радиосвязи; n=4 - для радиолокации. В случае приземного распространения зависимость сложнее, хотя известны аналитические выражения позволяющие ее определить (М.П.Долуханов. Распространение радиоволн. М. , Связьиздат, 1960). Например, в большинстве случаев для приземной радиолокации можно считать n=8. Другими словами способ применим в тех ситуациях, когда может быть записано в явном виде основное уравнение радиосвязи или радиолокации, т. е. зависимость мощности принимаемого сигнала от расстояния. Суть способа в нахождении пространственной производной, по значению которой можно определить расстояние R до источника излучения. Действительно, пусть Pпс = K/Rn, где K = const - некоторый коэффициент. Находя производную Pпс по R и зная величину n, из основного уравнения (закона спадания мощности принимаемого сигнала от расстояния) легко определить R

способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175

На практике способ может быть реализован следующим образом. В точке пространства 1 с подвижного носителя в направлении цели излучается зондирующий сигнал. Измеряется мощность принимаемого сигнала Pпс1. Носитель передвигается вперед на некоторое расстояние способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175R в точку 2, в которой снова измеряется мощность принимаемого сигнала Pпс2. Величина пространственной производной приближенно вычисляется из значений Pпс1 и Pпс2, а в качестве мощности принимаемого сигнала в выражении (1) подставляется средняя мощность принимаемого сигнала на отрезке пути способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175R.

способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175

Расстояние до источника может быть приближенно найдено как:

способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175

Рассматриваемый способ удобен для использования на подвижном носителе, поскольку подразумевает возможность измерения только уровня принимаемого сигнала и отрезка пройденного расстояния способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175R. .

Описанный способ выбран в качестве прототипа.

Недостатком прототипа с точки зрения задачи определения дальности до нелинейно-рассеивающих объектов является то, что способ применим, если в явном виде известно основное уравнение радиолокации. Как показали исследования авторов, в случае облучения зондирующим сигналом нелинейно-рассеивающего объекта и использовании в качестве приемного сигнала на частоте одного из нелинейных продуктов, являющегося результатом нелинейного преобразования зондирующего сигнала на нелинейно-рассеивающем объекте, основное уравнение носит индивидуальный характер и в общем случае коэффициент n не известен даже для известных закона спадания мощности на частоте зондирующего сигнала Pзсспособ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175R-a и закона спадания мощности на частоте принимаемого сигнала Pпсспособ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175R-b.

Это происходит потому, что амплитудная характеристика различных нелинейно-рассеивающих объектов в общем случае различна (А.А.Горбачев, С.В.Ларцов, С.П.Тараканков, Е.П.Чигин. Амплитудные характеристики нелинейных рассеивателей //Радиотехника и электроника, 1996, N 5). Под амплитудной характеристикой понимается зависимость

Прс=способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175зс), (3)

где

Прс - плотность потока мощности рассеянного сигнала на частоте нелинейного продукта, измеренная на фиксированном расстоянии r от нелинейно-рассеивающего объекта;

Пзс - плотность потока мощности зондирующего сигнала на нелинейно-рассеивающем объекте.

Амплитудная характеристика определяет вид основного уравнения радиолокации для случая зондирования нелинейно-рассеивающих объектов. Действительно, Пзс у нелинейно-рассеивающего объекта можно записать

Пзс=Pзсспособ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175Gспособ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175R-способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175 ,

где

G - коэффициент усиления антенны зондирующего сигнала;

R - дальность от антенны зондирующего сигнала (то есть носителя) до нелинейно-рассеивающего объекта;

Pзс - мощность зондирующего сигнала;

способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175- коэффициент, характеризующий убывание интенсивности зондирующего сигнала с расстоянием.

Мощность принимаемого сигнала Pпр связана с величиной Прс на фиксированном расстоянии r от нелинейно-рассеивающего объекта соотношением

Pпс=Sспособ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175Прсспособ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175rспособ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175R-способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175,

где

S - площадь приемной антенны;

R - расстояние от приемной антенны до нелинейно-рассеивающего объекта;

способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175- - коэффициент, характеризующий убывание интенсивности принимаемого сигнала с расстоянием.

Вид основного уравнения в общем случае имеет неявный вид:

Pпс=Sспособ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175rспособ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175R-способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175(Pзсспособ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175 Gспособ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175R-способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175) (4)

Как показали исследования авторов (А.А.Горбачев, С.В.Ларцов, С.П.Тараканков, Е. П. Чигин. Амплитудные характеристики нелинейных рассеивателей //Радиотехника и электроника 1996, N 5) вид амплитудной характеристики (3) для некоторого диапазона значений Пзс может быть апроксимирован показательной функцией

Прс=способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175hспособ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175Пспособ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175зс , (5)

где способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175h const; способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175= const - постоянные коэффициенты.

С учетом (4) уравнение (5) может быть переписано как:

Pпс=Sспособ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175rспособ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175R-способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175hспособ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175(Pзсспособ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175 Gспособ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175R-способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175)способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175. (6)

Считая, что S, r, способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175h, G - постоянные величины, запишем (6) в виде

способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175

Для того чтобы воспользоваться описанным выше способом определения R, необходимо кроме коэффициентов способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175, способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175 знать и коэффициент способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175. Коэффициент способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175 не может быть в общем случае задан априорно, однако его можно найти из (7). Для этого необходимо найти при R=const значения Pпс для двух близких значений Pзс1 и Pзс2. Действительно, если Pпс~(Pзс)способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175, то

способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175

Нахождение способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175 легко осуществить экспериментально. Единственным требованием является требование изменения Pзс в небольших пределах.

Предлагаемый способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего объекта предполагает следующие действия.

1. Излучение в направлении нелинейно-рассеивающего объекта зондирующего сигнала в точке 1 пространства и измерение мощности принимаемого сигнала на частоте рабочего нелинейного продукта Pпс1.

2. Передвижение носителя на некоторое фиксированное расстояние способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175R в точку 2.

3. В точке 2 снова в направлении нелинейно-рассеивающего объекта излучается зондирующий сигнал и измеряется мощность принимаемого сигнала Pпс2.

4. В точке 2 мощность зондирующего сигнала уменьшается на величину способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175Pзс и измеряется мощность принимаемого сигнала Pпс3.

5. Находят значение коэффициента способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175 по формуле

способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175= (Pпс2[дБ ВТ]-Pпс3[дБ ВТ])/способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175Pзс[дБ ВТ].

6. Определяют коэффициент n по формуле

n=способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175+способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175,

где

способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175- показатель закона спадания мощности на частоте зондирующего сигнала способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175

способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175- показатель закона спадания мощности на частоте принимаемого сигнала Pпс~ R-способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175.

7. Определяют дальность до нелинейно-рассеивающего объекта по формуле

способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175

Способ может быть реализован с помощью устройства, блок схема которого представлена на чертеже, где 1 - генератор зондирующего сигнала, 2 - полосовой фильтр на частоту зондирующего сигнала, 3 - СВЧ переключатель, 4 - аттенюатор на величину 1 дБ, 5 - СВЧ реле, 6 - переключатель реле, 7 - излучающая антенна зондирующего сигнала, 8 - подвижный носитель, 9 - индикатор передвижения, 10 - нелинейно-рассеивающий объект, 11 - приемная антенна на частоту второй гармоники зондирующего сигнала, 12 - полосовой фильтр на частоту второй гармоники зондирующего сигнала, 13 - приемник на частоту зондирующего сигнала, 14 - индикатор величины мощности принимаемого сигнала на частоте второй гармоники зондирующего сигнала. Генератор 1 может быть специально изготовленным СВЧ генератором или стандартным генератором типа Г4-159; полосовые фильтры 2, 12 могут быть изготовлены по Леонченко В.П. и др. (Расчет полосковых фильтров на встречных стержнях. Справочник. М., "Связь", 1975, с. 37); в качестве СВЧ реле 3, 5 могут выступать стандартные СВЧ реле РЭВ 15, которые в исходном (без напряжения на электромагните) состоянии подключают выход фильтра 2 к входу антенны 7; в качестве переключателя реле 6 может быть использован стандартный тумблер типа П2Т-1-18, который при его переключении подает питание от бортовой сети носителя на электромагниты СВЧ реле 3, 5; аттенюатор 4 может быть изготовлен по Шкурин Г.П. (Справочник по электро- и электронноизмерительным приборам, М., 1972); антенны 7, 11 могут быть специально изготовлены либо использованы стандартные типа П6-33, П6-23А; в качестве подвижного носителя 8 может быть использовано любое транспортное средство, например БТР-70, как это было в эксперименте, в качестве индикатора передвижения 9 может быть использован любой счетчик пути, в эксперименте использовался усовершенстованный спидометр носителя, что позволило фиксировать расстояния с точностью до 10 см, нелинейно-рассеивающим объектом может выступать любая аппаратура, содержащая полупроводниковые элементы (приемники, компьютеры, мины с электронными взрывателями) или специально изготовленные антенны с нелинейной нагрузкой (см. Нелинейные электромагнитные волны: Пер. с англ. /Под. ред. П.Усленги - М.: Мир, 1983, с. 223); приемником 13 может выступать стандартный измерительный приемник типа SMV 8.5; индикатором величины мощности принимаемого сигнала на частоте второй гармоники зондирующего сигнала 14 может выступать индикатор приемника SMV 8.5.

Устройство работает следующим образом. Носитель с включенным генератором зондирующего сигнала движется вперед до момента обнаружения в зоне облучения нелинейно-рассеивающего объекта, при этом на индикаторе 14 должен появиться сигнал, превышающий некоторый заранее выбранный порог. При обнаружении носитель останавливается и оператор считывает с индикатора 14 значение мощности принятого сигнала Pпс1 в точке 1. После этого носитель двигается вперед и проходит расстояние 1 м, оказавшись в точке 2. Оператор считывает с индикатора значение мощности принятого сигнала Pпс2 в точке 2. Затем оператор включает переключатель 6 (при этом в тракт зондирующего сигнала включается аттенюатор 4 и мощность зондирующего сигнала ослабляется на величину 1 дБ) и считывается с индикатора 14 показание мощности принимаемого сигнала Pпс3. По значениям Pпс2, Pпс3 оператор определяет значение коэффициента способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175

способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175= Pпс3[дБ ВТ]-Pпс3[дБ ВТ] .

Заранее зная коэффициенты законов спадания мощности для частоты зондирующего сигнала и частоты второй гармоники зондирующего сигнала способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175 и способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175 (например, для приземного распространения на достаточно больших расстояниях способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175=способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175=4), оператор определяет дальность расположения нелинейно-рассеивающего объекта по формуле

способ измерения дальности до нелинейно-рассеивающего   объекта, патент № 2119175

Данная реализация предлагаемого способа позволяет легко его автоматизировать. Для этого сигналы с датчика пути и индикатора принимаемого сигнала должны поступать на вычислительно-управляющее устройство. Вычислительно-управляющее устройство при обнаружении нелинейно-рассеивающего объекта запоминает значение мощности принимаемого сигнала (точка 1) и дает команду на остановку носителя. В конце тормозного пути (а это несколько метров) устройство проводит необходимые операции в точке 2 и выводит на свой индикатор значение дальности до нелинейно-рассеивающего объекта.

Апробация способа в условиях приповерхностного зондирования показала возможность его использования.

Класс G01S13/74 системы, использующие переизлучение радиоволн, например вторичные радиолокационные системы; аналогичные системы

маркер - субгармонический параметрический рассеиватель -  патент 2496123 (20.10.2013)
способ обнаружения одноконтурных параметрических рассеивателей с нелинейным формированием синхронизирующего сигнала -  патент 2496122 (20.10.2013)
субгармонический параметрический рассеиватель -  патент 2495450 (10.10.2013)
способ обнаружения объектов, маркированных параметрическими рассеивателями -  патент 2487366 (10.07.2013)
способ обнаружения двухконтурных параметрических рассеивателей -  патент 2455659 (10.07.2012)
система подповерхностной локации и способ слежения за подземными перемещениями -  патент 2453862 (20.06.2012)
способ обнаружения маркеров - параметрических рассеивателей -  патент 2441253 (27.01.2012)
способ обнаружения одноконтурных параметрических рассеивателей -  патент 2413242 (27.02.2011)
способ обнаружения параметрических рассеивателей -  патент 2408033 (27.12.2010)
кодовый бортовой датчик идентификации для автоматизированной системы съема информации с подвижного состава -  патент 2346841 (20.02.2009)
Наверх