способ сопровождения радиоконтрастного объекта по направлению и устройство сопровождения радиоконтрастного объекта по направлению

Формула изобретения

1. Способ сопровождения радиоконтрастного объекта (РКО) по направлению, заключающийся в том, что перед началом сопровождения РКО вводят и запоминают значения следующих констант: - константу маневренных свойств РКО; М - константу, определяющую количество дискретных угловых позиций в телесном угле, в котором осуществляют обнаружение РКО; - интервал (такт) обработки сигналов; k_yг, k_ув - коэффициенты пропорциональности преобразования угловых ошибок положения антенны в напряжения (здесь и далее подстрочные индексы “г” и “в” показывают, что сигнал принадлежит горизонтальной или вертикальной плоскости либо соответствующему каналу обработки сигналов); D _г, D _в - дисперсии ошибок оценивания пеленгов РКО; D _г, D _в - дисперсии угловых шумов пеленгов РКО; _г и _в - ширину диаграммы направленности (ДН) антенны пеленгатора; U_пор - пороговое значение нормированного сигнала ошибки пеленгации, далее сопровождают РКО, для чего

1) излучают сверхвысокочастотные (СВЧ) сигналы, принимают отраженные от РКО СВЧ сигналы и по ним формируют три сигнала: суммарный и два разностных j _г и j _в, определяющих отклонение РСН антенны от направления на РКО в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно и сдвинутых по фазе на 90° относительно суммарного сигнала (здесь и далее символ j указывает на сдвиг фазы сигнала на 90°),

2) по суммарному и разностным j _г и j _в сигналам формируют два нормированных сигнала ошибок пеленгации _г/ и _в/ в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно,

3) измеряют значения углов поворота антенны _аг, _ав в соответствующих плоскостях,

4) амплитуды нормированных сигналов ошибок пеленгации _г/ и _в/ поочередно сравнивают с пороговым значением нормированного сигнала ошибки пеленгации U_пор и,

если ни один из них не превышает его, то выполняют действия, описанные в позициях 5-8, иначе - начиная с позиции 9,

5) по нормированным сигналам ошибок пеленгации _г/ и _в/ и углам поворота антенны _aг и _ав оценивают значения углов пеленга РКО угловых скоростей линии визирования и экстраполированных на следующий такт обработки сигналов значений углов пеленга РКО _эг, _эв, оцененные значения углов пеленга РКО , и угловых скоростей линии визирования выдают потребителям информации, а значения экстраполированных углов пеленга РКО _эг, _эв и угловых скоростей линии визирования запоминают,

6) вычисляют ф_эминг, ф_эмаксг , ф_эминв, ф_эмаксв - экстраполированные значения границ углов пеленга РКО по формулам:

формируя телесный угол в этих границах { _эминг, _эмаксг, _эминв, _эмаксв}, в центре которого - экстраполированное значение пеленга РКО, определяемого углами _{эг, эв},

7) полученный телесный угол { _эминг, _эмаксг, _эминв, _эмаксв} в каждой из плоскостей разбивают на М равноотстоящих друг от друга угловых позиций возможного пеленга РКО _mг, _mв (где m=0, М-1 - номер угловой позиции, а черта над символами означает, что значение переменной m изменяется от 0 до М-1 с шагом 1), для каждой из которых вычисляют Р_эmг и Р_эmв - экстраполированное значение плотности вероятности (ПВ) нахождения РКО в этом направлении по формулам:

значения угловых позиций возможного пеленга РКО _mг, _mв и экстраполированные значения ПВ Р_эmг и Р_эmв запоминают,

8) переходят к выполнению действий, описанных в позиции 14,

9) поочередно сравнивают измеренное значение угла поворота антенны _aг в горизонтальной плоскости со всеми запомненными угловыми позициями возможного пеленга РКО _mг угла { _эминг, _эмаксг} и по результатам сравнения находят угловую позицию возможного пеленга РКО _mг, равную _aг, определяя этим М_аг - номер угловой позиции возможного пеленга РКО, соответствующего значению угла поворота антенны _aг,

аналогичные действия выполняют и для вертикальной плоскости, определяя номер угловой позиции возможного пеленга РКО М_ав, соответствующий значению угла поворота антенны _ав,

10) используя найденные номера угловых позиций возможного пеленга РКО М_аг, М_ав, вычисляют значения апостериорных ПВ Р_аmг и Р_аmв для каждой угловой позиции возможного пеленга РКО _mг, _mв в соответствующей плоскости по формулам:

11) вычисляют значения углов пеленга РКО _г, _в по формулам:

12) используя значения дисперсий ошибок оценивания углов пеленга РКО D _г, D _в и дисперсий угловых шумов D _г, D _в, по вычисленным значениям углов пеленга РКО _г, _в формируют оцененные значения углов пеленга РКО угловых скоростей линии визирования экстраполированные значения углов пеленга РКО _эг, _эв на следующий такт обработки сигналов, а также новые значения дисперсий ошибок оценивания пеленгов РКО D _г, D _в,

оцененные значения углов пеленга РКО и угловых скоростей линии визирования выдают потребителям информации, а экстраполированные значения углов пеленга РКО _эг, _эв, значения угловых скоростей линии визирования , и значения дисперсий ошибок оценивания пеленгов РКО D _г, D _в запоминают,

13) выполняют действия, описанные в позициях 6 и 7,

14) по экстраполированным значениям углов пеленга РКО _эг, _эв и оцененным значениям угловых скоростей линии визирования , формируют сигналы управления антенной u_aг и u _ав,

после этого описанный выше процесс сопровождения РКО повторяют.

2. Устройство сопровождения РКО по направлению, содержащее антенну, первый (разностного сигнала горизонтального канала j _г) и второй (разностного сигнала вертикального канала j _в) выходы которой соединены соответственно с первым и вторым входами квадратурного преобразователя, выход которого соединен с первым входом устройства обработки сигналов (УОС), третий (суммарного сигнала ) выход антенны, являющийся одновременно и ее первым входом, соединен с первым входом, являющимся одновременно и первым выходом, антенного переключателя, четвертый (сигнала угла поворота антенны в горизонтальной плоскости _аг) и пятый (сигнала угла поворота антенны в вертикальной плоскости _ав) выходы антенны соединены соответственно с первым и вторым входом первого вычислителя, второй вход УОС соединен с вторым выходом антенного переключателя, второй вход которого соединен с выходом передатчика, выход синхронизатора соединен с синхровходами передатчика, УОС и первого вычислителя, первый (нормированного сигнала ошибок пеленгации горизонтального канала _г/) и второй (нормированного сигнала ошибок пеленгации вертикального канала _в/) выходы УОС соединены соответственно с четвертым и пятым входами первого вычислителя, первый выход ЗУ, являющийся одновременно его первым входом, соединен с шестым входом, являющимся одновременно и его выходом, первого вычислителя, первый (сигнала управления антенной u_aг в горизонтальной плоскости) и второй (сигнала управления антенной u_ав в вертикальной плоскости) выходы цифроаналогового преобразователя (ЦАП) соединены соответственно с вторым и третьим входами антенны, отличающийся тем, что четвертый (сигнала угла поворота антенны в горизонтальной плоскости _aг) и пятый (сигнала угла поворота антенны в вертикальной плоскости _ав) выходы антенны также соединены соответственно с первым и вторым входом введенного второго вычислителя, выход синхронизатора соединен также с синхровходом второго вычислителя, первый (нормированного сигнала ошибок пеленгации горизонтального канала _г/) и второй (нормированного сигнала ошибок пеленгации вертикального канала _в/) выходы УОС также соединены соответственно с четвертым и пятым входами второго вычислителя и первым и вторым входами введенного устройства определения перегрузки (УОП), выход которого соединен с управляющими входами введенных первого и второго коммутаторов и третьими входами первого и второго вычислителей, первый (сигнала управления антенной u_aг в горизонтальной плоскости) и второй (сигнала управления антенной u_ав в вертикальной плоскости) выходы первого вычислителя соединены соответственно с первым и вторым входами первого коммутатора, второй выход ЗУ, являющийся одновременно его вторым входом, соединен с шестым входом, являющимся одновременно и его выходом, второго вычислителя, третий выход ЗУ соединен с третьим входом УОП, при этом на третий вход ЗУ подают исходные данные от внешнего источника, первый (сигнала управления антенной u_aг в горизонтальной плоскости) и второй (сигнала управления антенной u_ав в вертикальной плоскости) выходы первого коммутатора соединены соответственно с первым и вторым входами ЦАП, третий (оцененных значений углов пеленга РКО , и угловых скоростей линии визирования , ) выход первого вычислителя соединен с первым входом второго коммутатора, первый (сигнала управления антенной u_aг в горизонтальной плоскости) и второй (сигнала управления антенной u_ав в вертикальной плоскости) выходы второго вычислителя соединены соответственно с третьим и четвертым входами первого коммутатора, третий (оцененных значений углов пеленга РКО , и угловых скоростей линии визирования , ) выход второго вычислителя соединен с вторым входом второго коммутатора, с выхода которого оцененные значения углов пеленга РКО , и угловых скоростей линии визирования , выдают потребителям.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиолокации, в частности к радиолокационным угломерным системам, предназначенным для сопровождения радиоконтрастных объектов (РКО) по направлению и оценки их пеленгов в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Известны способы сопровождения РКО по направлению и оценивания их пеленгов моноимпульсными радиолокационными системами (РЛС) [1, стр.5-39; 2, стр.5-14, 149-177, 183-196; 3, стр.261-298; 4, стр.216-224; 5]. В указанных способах и устройствах, их реализующих, одним из основных элементов является пеленгатор, состоящий из (см. фиг.1) антенны, квадратурного преобразователя и устройства обработки сигналов, который формирует сигналы, содержащие информацию о сторонах и величинах отклонения равносигнального направления (РСН) диаграммы направленности (ДН) антенны от направления на РКО (см. фиг.2) в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. По этим сигналам формируют сигналы управления антенной при сопровождении РКО по направлению, а также оценивают значения пеленгов РКО.

Наиболее часто используют способы сопровождения РКО по направлению и оценивания их пеленгов с применением моноимпульсных амплитудных суммарно-разностных систем обработки сигналов, описанных в литературе [1, стр.5-39; 3, стр.261-280]. К недостаткам указанных способов относят: наличие достаточно больших ошибок пеленгации, возникающих в результате взаимного влияния горизонтального и вертикального каналов пеленгатора; их неработоспособность, если амплитуда отраженного от РКО сигнала превысит динамический диапазон суммарного или разностных каналов пеленгатора [2, стр.209]. Перегрузка суммарного канала пеленгатора приводит к увеличению крутизны его пеленгационной характеристики (ПХ) и к уменьшению диапазона углов, в котором сохраняется ее линейность, причем при одновременной перегрузке суммарного и разностных каналов ПХ становится сигнатурной (см. фиг.3, а), называемой также релейной [6]. Выходные сигналы пеленгатора в этом случае несут информацию лишь о знаке угловых ошибок пеленгования РКО и не зависят от их величины. Это приводит к тому, что пространственная селекция РКО и сопровождение его по направлению на основе указанных выше способов становятся невозможными.

Из известных технических решений наиболее близким (прототипом) является моноимпульсный способ сопровождения РКО по направлению и определения его угловых координат, описанный в [5]. В нем: излучают сверхвысокочастотные (СВЧ) сигналы, принимают отраженные от РКО сигналы и формируют по ним три сигнала: суммарный и два разностных - ошибок пеленгации РКО в горизонтальной и вертикальной плоскостях. По этим сигналам формируют два нормированных разностных сигнала ошибок пеленгации РКО для упомянутых плоскостей. По этим сигналам и измеренным значениям углов положения антенны оценивают значения углов пеленга РКО и формируют сигналы для управления антенной. Значения оцененных углов пеленга РКО выдают потребителям информации.

Главным недостатком прототипа является низкая устойчивость и низкая точность сопровождения РКО по направлению в условиях, когда по каким-либо причинам (например, если амплитуда отраженного от РКО сигнала превысит динамический диапазон приемных каналов пеленгатора) ПХ пеленгатора приобретает сигнатурный характер.

Таким образом, задачей изобретения является обеспечение высокой устойчивости и точности сопровождения РКО по направлению в ситуациях, когда ПХ пеленгатора приобретает сигнатурный характер.

Поставленная задача достигается тем, что излучают СВЧ сигналы и принимают отраженные от РКО сигналы, по которым после их обработки формируют три сигнала: суммарный, нормированный разностный сигнал ошибки пеленгации в горизонтальной плоскости и нормированный разностный сигнал ошибки пеленгации в вертикальной плоскости. Измеряют значения углов поворота антенны в этих плоскостях. Определяют перегружены или нет приемные каналы пеленгатора.

Если ни один из его приемных каналов не перегружен, то

по нормированным разностным сигналам ошибок пеленгации и значениям углов поворота антенны для обеих плоскостей оценивают значения углов пеленга РКО и угловых скоростей его линии визирования и формируют экстраполированные значения углов пеленга РКО на следующий такт обработки сигналов; по экстраполированным значениям углов пеленга РКО вычисляют значения границ телесного угла { _эмаксг, _эминг, _эмаксв, _эминв} (см. фиг.4, где приведены границы телесного угла для одной плоскости) (здесь и далее подстрочные индексы “г” и “в” показывают, что сигнал принадлежит горизонтальной или вертикальной плоскости либо соответствующему каналу обработки), в пределах которого, по расчетам, будет находиться РКО на следующем такте обработки сигналов, разбивают его в каждой из упомянутых плоскостей на М равноотстоящих друг от друга угловых позиций пеленгов РКО _0г, _1г,... , _М-2г, _М-1г и _0в, _1в,... , _М-2в, _М-1в (см. фиг.4) и для каждой из них вычисляют значение экстраполированной плотности вероятности (ПВ) Р_эmг и Р_эmв (см. фиг.3, б) нахождения РКО на этой угловой позиции для соответствующей плоскости;

иначе

в каждой, из упомянутых выше, плоскости для каждого возможного пеленга РКО _0г, _1г,... , _М-2г, _М-1г и _0в, _1в,... , _М-2в, _М-1в вычисляют значения апостериорных ПВ; по измеренным значениям углов поворота антенны и вычисленным значениям апостериорных ПВ оценивают значения углов пеленга РКО и угловых скоростей его линии визирования и формируют экстраполированные значения углов пеленга РКО на следующий такт обработки сигналов; по экстраполированным значениям углов пеленга РКО вычисляют значения границ телесного угла { _эмаксг, _эминг, _эмаксв, _эминв} в котором, по расчетам, будет находиться РКО на следующем такте обработки сигналов, разбивают его в каждой из упомянутых плоскостей на М равноотстоящих друг от друга угловых позиций пеленгов РКО _0г, _1г,... , _М-2г, _М-1г и _0в, _1в,... , _М-2в, _М-1в и для каждой из них вычисляют значение экстраполированной ПВ нахождения РКО на этой угловой позиции для соответствующей плоскости.

По оцененным значениям угловых скоростей линии визирования РКО и экстраполированным значениям его углов пеленга формируют сигналы управления антенной.

Далее процесс сопровождения РКО повторяют.

Согласно предлагаемому способу вводят и запоминают исходные данные: - константу, отражающую маневренные свойства РКО; М - константу, задающую количество дискретных угловых позиций в телесном угле { _эмакст, _эминг, _эмаксв, _эминв} (см. фиг.4), в котором осуществляют обнаружение РКО; - интервал (такт) обработки сигналов; k_уг, К_ув - коэффициенты пропорциональности преобразования угловых ошибок положения антенны в напряжения; D _г, D _в - дисперсии ошибок оценивания углов пеленга РКО; D _г, D _в - дисперсии угловых шумов пеленгов РКО, задаваемые типом РКО, который предполагается сопровождать; _г и _в - ширину ДН антенны; U_пор - пороговое значение нормированного сигнала ошибки пеленгации,задаваемое типом используемого пеленгатора.

Далее приступают к сопровождению РКО, для чего:

1) излучают СВЧ сигналы для радиолокационного обзора пространства в заданном телесном угле { _задг, _задв} (см. фиг.4). Принимают отраженные от РКО СВЧ сигналы и из них формируют три сигнала: суммарный , и два разностных сигнала ошибок пеленгации j _г и j _в, определяющих отклонение РСН антенны от направления на РКО в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно и сдвинутых по фазе на 90° относительно суммарного сигнала (здесь и далее символ j указывает на сдвиг фазы сигнала на 90° );

2) суммарный и разностные j _г и j _в сигналы одним из известных способов, например, описанным в [3, стр.268-272; 5], усиливают, фильтруют от шумов, преобразуют в цифровую форму и формируют по ним два нормированных сигнала ошибок пеленгации _г/ и _в/ в горизонтальной и вертикальной плоскостях, соответственно;

3) измеряют значения углов поворота антенны ( _aг, _ав в соответствующих плоскостях;

4) модули амплитуд нормированных сигналов ошибок пеленгации | _г/ | и | _в/ | поочередно сравнивают с пороговым значением нормированного сигнала ошибки пеленгации U_пop, определяя этим: перегружен или нет приемный канал пеленгатора. Считают, что приемный канал пеленгатора перегружен, если | _г/ |>U_пop или | _в/ |>U_пор;

Если ни один из приемных каналов пеленгатора не перегружен, то выполняют действия, описанные в позициях 5-7 и 13, иначе - начиная с позиции 8;

5) по нормированным сигналам ошибок пеленгации _г/ , _в/ , и углам поворота антенны _aг и _ав одним из известных способов, например, описанным в [3, стр.289-298; 5; 7; 8, стр.35-32, 51-61], оценивают значения углов пеленга РКО , , угловых скоростей линии визирования , и экстраполированных на следующий такт обработки сигналов значений углов пеленга РКО _эг, _эв. Значения , и , выдают потребителям информации, а значения _эг, _эв, , запоминают;

6) вычисляют _эминг, _эмаксг, _эминв, _эмаксв - экстраполированные значения границ углов пеленга РКО по формулам:

Физически экстраполированные значения границ углов пеленга _эминг, _эмаксг, _эминв, _эмаксв (см. фиг.4) означают, что РКО, в силу своих маневренных свойств, определяемых коэффициентом , и угловых шумов, определяемых дисперсиями D _г и D _в, на следующем такте обработки сигналов не может находиться вне пределов телесного угла { _эминг, _эмаксг, _эминв, _эмаксв}, заданного этими границами, в центре которого - экстраполированное значение пеленга РКО, определяемого углами _эг, _эв;

7) полученный телесный угол { _эминг, _эмаксг, _эминв, _эмаксв} в каждой из плоскостей разбивают на М равноотстоящих друг от друга угловых позиций _mг, _mв (см. фиг.4) (где , а черта над символами здесь и ниже означает, что значение переменной m изменяется от 0 до М-1 с шагом 1), для каждой из которой вычисляют Р_эmг и Р_эmв - экстраполированное значение ПВ нахождения РКО в этом направлении по формулам:

Значения угловых позиций _mг, _mв и экстраполированные значения ПВ Р_эmг и Р_эmв запоминают и переходят к выполнению действий, описанных в позиции 13;

8) поочередно сравнивают измеренное значение угла поворота антенны _аг в горизонтальной плоскости со всеми запомненными угловыми позициями _mг угла { _эминг, _эмаксг}, где . По результатам сравнения находят угловую позицию пеленга РКО _mг, равную углу _аг, определяя этим М_аг - номер угловой позиции пеленга РКО _mг, соответствующего значению угла поворота антенны _aг.

Аналогичные действия выполняют и для вертикальной плоскости, определяя номер угловой позиции пеленга РКО М _ав, соответствующий значению угла поворота антенны _ав;

9) используя найденные номера угловых позиций пеленга РКО М_аг, М_ав вычисляют значения апостериорных ПВ Р_аmг и Р_аmв для каждой угловой позиции пеленга РКО _mг, _mв в соответствующей плоскости по формулам:

10) вычисляют значения углов пеленга РКО _г, _в по формулам:

11) используя значения дисперсий ошибок оценивания углов пеленга РКО D _г, D _в и дисперсий угловых шумов пеленга РКО D _г, D _в, по вычисленным значениям углов пеленга РКО _г, _в одним из известных способов калмановской [3, стр.289-298; 8, стр.25-32] или адаптивной [7; 8, стр.51-61] фильтрации формируют оцененные значения углов пеленга РКО , , угловых скоростей линии визирования , , экстраполированные значения углов пеленга РКО _эг, _эв на следующий такт обработки сигналов, а также новые значения дисперсий ошибок оценивания углов пеленга РКО D _г, D _в.

Оцененные значения , и , выдают потребителям информации, а значения _эг, _эв, , , D _г, D _в запоминают;

12) выполняют действия, описанные в позициях 6 и 7;

13) по экстраполированным значениям углов пеленга РКО _эг, _эв и оцененным значениям угловых скоростей линии визирования , одним из известных способов, например, описанным в [3, стр.266, 284-285; 5; 6] формируют сигналы управления антенной u_aг и u_ав.

После этого описанный выше процесс сопровождения РКО повторяют.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом обладает более широкими возможностями по сопровождению РКО по направлению и оценке его пеленгов, в частности он позволяет устойчиво формировать оценки углов пеленга РКО и угловых скоростей линии визирования РКО даже в случае перегрузки приемных каналов пеленгатора.

Перейдем к рассмотрению устройства сопровождения РКО по направлению, связанного единым изобретательским замыслом с вышеописанным способом сопровождения РКО по направлению.

Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому устройству по своей технической сущности является устройство сопровождения РКО по направлению (Monopolse tracking apparatus) [5].

Главным недостатком этого устройства является низкая устойчивость и низкая точность сопровождения РКО по направлению в условиях, когда ПХ пеленгатора приобретает сигнатурный характер.

Таким образом, задачей изобретения является обеспечение высокой устойчивости устройства сопровождения РКО по направлению и высокой точности определения угловых координат РКО в любых условиях применения, в том числе и в случаях, когда приемные каналы устройства перегружены.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство, содержащее антенну, антенный переключатель, квадратурный преобразователь, устройство обработки сигналов (УОС), передатчик, синхронизатор, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), первый вычислитель, запоминающее устройство (ЗУ), дополнительно введены второй вычислитель, устройство обнаружения перегрузки (УОП) и два коммутатора.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства сопровождения РКО по направлению, которое содержит: 1 - антенну с входящими в ее состав моноимпульсным устройством суммарно-разностной обработки сигналов, приводом и датчиком углового положения антенны; 2 - квадратурный преобразователь; 3 - антенный переключатель; 4 - УОС; 5 - передатчик; 6 - синхронизатор; 7 - УОП; 8 - первый вычислитель; 9 - ЗУ; 10 - ЦАП; 11 - первый коммутатор; 12 - второй вычислитель; 13 - второй коммутатор. На данной фигуре символом РКО обозначен радиоконтрастный объект. Блоки 1, 2 и 4 и их связи по совместному функционированию образуют пеленгатор.

На фиг.2 изображены две парциальные диаграммы направленности (ДН) антенны; точками О и РКО обозначено положение заявляемого устройства и радиоконтрастного объекта; прямая O-РСН определяет равносигнальное направление (РСН) антенны; прямая O-Х определяет направление, относительно которого осуществляют измерения всех углов; _а, _рко - угловое положение антенны и РКО, соответственно. Для обеих плоскостей пеленгации формы ДН и ее пеленгационной характеристики одинаковы.

На фиг.3, а приведена ПХ пеленгатора в состоянии перегрузки, где u_вых - значение выходного сигнала пеленгатора, а точки _а и _э определяют текущее значение угла поворота антенны и экстраполированное значение угла пеленга РКО соответственно; символом u_выхпр обозначено предельное значение выходного сигнала пеленгатора.

На фиг.3, б изображена зависимость экстраполированной ПВ Р_э нахождения РКО в каждой из М угловых позиций ₀, ₁ ... , _м-2, _м-1 возможного пеленга РКО от значения угла пеленга РКО . Точки _эмин, _эмакс определяют экстраполированные значения границ пеленга РКО.

На фиг.4 точками О и РКО показано положение заявляемого устройства и радиоконтрастного объекта соответственно; прямая О-Х определяет линию горизонта; угол _{зад г} определяет заданную зону обзора; угол _эг определяет экстраполированное положение РКО на следующий такт работы устройства; углами _эмаксг и _эминг заданы границы угла { _эмаксг, _эминг}, в котором по расчетам будет находиться РКО при следующем такте работы устройства; углы _0г, _1г,... , _М-2г, _М-1г определяют М угловых позиций в пределах угла { _эмаксг, _эминг};

Устройство сопровождения РКО по направлению содержит антенну 1, первый (разностного сигнала горизонтального канала j _г) и второй (разностного сигнала вертикального канала j _в) выходы которой соединены соответственно с первым и вторым входами квадратурного преобразователя 2, выход которого соединен с первым входом УОС 4, третий (суммарного сигнала ) выход антенны 1, являющийся одновременно и ее первым входом, соединен с первым входом, являющимся одновременно и первым выходом, антенного переключателя 3, четвертый (сигнала угла поворота антенны в горизонтальной плоскости _аг) и пятый (сигнала угла поворота антенны в вертикальной плоскости _ав) выходы антенны 1 соединены соответственно с первыми и вторыми входами первого 8 и второго 12 вычислителей, второй вход УОС 4 соединен с вторым выходом антенного переключателя 3, второй вход которого соединен с выходом передатчика 5, выход синхронизатора 6 соединен с синхровходами передатчика 5, УОС 4,первого 8 и второго 12 вычислителей, первый (нормированного сигнала ошибок пеленгации горизонтального канала _г/ ) и второй (нормированного сигнала ошибок пеленгации вертикального канала _в/ ) выходы УОС 4 соединены соответственно: с первым и вторым входами УОП 7, четвертым и пятым входами первого вычислителя 8, четвертым и пятым входами второго вычислителя 12, выход УОП 7 соединен с управляющими входами первого 11, второго 13 коммутаторов и третьими входами первого 8 и второго 12 вычислителей, первый (сигнала управления антенной u_aг в горизонтальной плоскости) и второй (сигнала управления антенной u_ав в вертикальной плоскости) выходы первого вычислителя 8 соединены соответственно с первым и вторым входами первого коммутатора 11, первый и второй выходы ЗУ 9, являющиеся одновременно его первым и вторым входами, соединены соответственно с шестыми входами, являющимися одновременно и их выходами, первого 8 и второго 12 вычислителей, третий выход ЗУ 9 соединен с третьим входом УОП 7, на третий вход ЗУ 9 подают исходные данные от внешнего источника, первый (сигнала управления антенной u_aг в горизонтальной плоскости) и второй (сигнала управления антенной u_ав в вертикальной плоскости) выходы первого вычислителя 8 соединены соответственно с первым и вторым входами первого коммутатора 11, первый (сигнала управления антенной u_aг в горизонтальной плоскости) и второй (сигнала управления антенной u_ав в вертикальной плоскости) выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами ЦАП 10, первый (сигнала управления антенной u_aг в горизонтальной плоскости) и второй (сигнала управления антенной u_ав в вертикальной плоскости) выходы которого соединены соответственно с вторым и третьим входами антенны 1, третий (оцененных значений углов пеленга РКО , и угловых скоростей линии визирования , ) выход первого вычислителя 8 соединен с первым входом второго коммутатора 13, первый (сигнала управления антенной u_aг в горизонтальной плоскости) и второй (сигнала управления антенной u_ав в вертикальной плоскости) выходы второго вычислителя 12 соединены соответственно с третьим и четвертым входами первого коммутатора 11, третий (оцененных значений углов пеленга РКО , и угловых скоростей линии визирования, , ) выход второго вычислителя 12 соединен с вторым входом второго коммутатора 13, с выхода которого оцененные значений углов пеленга РКО , и угловых скоростей линии визирования , выдают потребителям.

Антенна 1 с входящими в ее состав устройством суммарно-разностной обработки сигналов, приводом антенны и датчиками ее углового положения в горизонтальной и вертикальной плоскостях построена известным способом [5]. Она осуществляет:

- преобразование мощных сверхвысокочастотных (СВЧ) импульсов, подаваемых на ее первый вход, в радиосигналы и излучение их в пространство;

- прием отраженных от РКО радиосигналов, их усиление, пространственную селекцию и формирование трех сигналов: разностного сигнала горизонтального канала j _г (первый выход антенны), разностного сигнала вертикального канала j _в (второй выход) и суммарного сигнала (третий выход),

- обеспечение сопровождения РКО по углам пеленга посредством разворота зеркала антенны в направление на РКО приводом антенны по сигналам управления антенной u_aг в горизонтальной и u_ав в вертикальной плоскостях, подаваемых на ее второй и третий входы соответственно;

- измерение значений углов поворота антенны _aг (четвертый выход), _ав (пятый выход) в соответствующих плоскостях датчиками углового положения, расположенными на приводе антенны.

Квадратурный преобразователь 2 построен известным образом [5]. Он выполняет следующие преобразования разностных сигналов ошибок пеленгации j _г, j _в:

- сдвигает фазу разностного сигнала ошибки пеленгации j _г в горизонтальной плоскости на 90° , формируя разностный сигнал ошибки пеленгации _г;

- суммирует разностный сигнал ошибки пеленгации _г в горизонтальной плоскости с разностным сигналом ошибки пеленгации j _в в вертикальной плоскости, формируя комбинированный сигнал ошибок пеленгации = _г+j _в.

Антенный переключатель 3 также известен [5]. Он передает мощные СВЧ сигналы передатчика 5 на вход антенны 1, не пропуская их на вход УОС 4, и передает суммарный сигнал с выхода антенны 1 на вход УОС 4, не пропуская его на вход передатчика 5.

УОС 4 построен известным образом (см. прототип [5]). Он выполняет следующие действия над поданными в него сигналами:

- преобразует комбинированный сигнал ошибок пеленгации и суммарный сигнал с СВЧ на промежуточную частоту (ПЧ), на которой путем их сложения и вычитания формирует два сигнала + и - (тем самым осуществляет временное уплотнение сигналов);

- полученные сигналы + и - в течение первого временного интервала, равного половине интервала обработки сигналов, усиливает соответственно в первом (А) и втором (В) усилительных каналах, формируя соответственно сигналы [ + ] _А и [ - ] _в, а затем, в течение второго временного интервала, равного по длительности первому, наоборот - во втором (В) и первом (А) усилительных каналах, формируя соответственно сигналы [ + ]_в и [ + ] _А;

- полученные сигналы [ + ] _А, [ + ] _В, [ - ] _В и [ - ] _А гетеродинированием преобразует с ПЧ на видеочастоту и затем по ним формирует два видеосигнала [ + ] ₁=[ + ] _А+[ + ] _В и [ - ] ₂=[ - ] _В+[ - ] _А;

- полученные видеосигналы [ + ] ₁ и [ - ] ₂ преобразует в цифровую форму и подвергают их узкополосной фильтрации путем быстрого преобразования Фурье и затем разделяет их на суммарный сигнал и комбинированный разностный сигнал ошибок пеленгации ;

- делением комбинированного разностного сигнала ошибок пеленгации на суммарный сигнал формирует нормированный сигнал ошибок пеленгации / ;

- сравнением фазы полученного нормированного сигнала ошибок пеленгации / с фазой суммарного сигнала , а затем с фазой суммарного сигнала, сдвинутой на 90° , разделяет его на два нормированных сигнала ошибок пеленгации _г/ и _в/ в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно.

Поскольку при описанных преобразованиях упомянутых сигналов с СВЧ на ПЧ, видеочастоту и переводе их в цифровую форму с их информационными составляющими (фазой, знаком и др.) преобразований не производится, то их обозначения не изменены.

Сигнал с синхронизатора 6 обеспечивает в УОС 4 синхронность описанного алгоритма.

Передатчик 5 известен [5]. Он формирует мощные СВЧ сигналы заданной длительности в момент прихода на его вход видеоимпульсов с синхронизатора 6.

Синхронизатор 6 построен известным способом [5]. Он вырабатывает видеоимпульсы, являющиеся синхроимпульсами для всех блоков заявляемого устройства.

УОП 7 представляет собой совокупность двух однотипных сравнивающих устройств, на один вход каждого из которых подают постоянное пороговое напряжение нормированного сигнала ошибки пеленгации U_пop, значение которого задают, исходя из типа используемого пеленгатора, а на вторые входы - модули амплитуд нормированных сигналов | _г/ | и | _в/ | ошибок пеленгации РКО. Выходы обоих сравнивающих устройств соединены между собой, поэтому при превышении амплитудой любого из нормированных сигналов | _г/ | и | _в/ | амплитуды порогового напряжения U_пop вырабатывается управляющий сигнал u_упp, который поступает на выход УОП 7.

Каждый из вычислителей - первый 8 и второй 12 представляет собой типовую электронно-вычислительную машину общего назначения, входящую в настоящее время в состав любой радиолокационной станции. Отличие вычислителей заключается в том, что при отсутствии управляющего сигнала u_упp первый вычислитель 8 включается (то есть выполняет возложенные на него функции), а второй вычислитель 12 - выключается (то есть не выполняет возложенные на него функции), и наоборот: при наличии управляющего сигнала u_упp второй вычислитель 12 включается, а первый вычислитель 8 выключается. Сигналы с синхронизатора 6 обеспечивают синхронность выполняемых в них вычислений.

ЗУ 9 - стандартное оперативное запоминающее устройство, связанное обычным способом с первым 8 и вторым вычислителями 12.

ЦАП 10 - стандартный цифроаналоговый преобразователь.

Первый коммутатор 11 представляет собой типовое коммутирующее устройство, которое при отсутствии управляющего сигнала u _упp коммутирует сигналы с его первого и второго входов на первый и второй выходы соответственно, а при наличии управляющего сигнала u_упp коммутирует сигналы с его третьего и четвертого входов на первый и второй выходы соответственно.

Второй коммутатор 13 представляет собой типовое коммутирующее устройство, которое при отсутствии управляющего сигнала u _упp коммутирует сигналы с его первого входа на выход, а при наличии управляющего сигнала - с его второго входа на выход.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

В ЗУ 9 вводят значения следующих констант: - константу, отражающую маневренные свойства РКО; М - константу, задающую количество дискретных угловых позиций в телесном угле, в котором осуществляют обнаружение РКО; - интервал обработки сигналов; k_уг, k_ув - коэффициенты пропорциональности преобразования угловых ошибок положения антенны в напряжения в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно; D _г, D _в - дисперсии ошибок оценивания углов пеленга РКО, задаваемые исходя из типа используемого пеленгатора; D _г, D _в - дисперсии угловых шумов пеленгов РКО, задаваемые исходя из типа РКО, который предполагается сопровождать; _г и _в - ширину ДН антенны в горизонтальной и вертикальной плоскости, соответственно; U_пop - пороговое значение нормированного сигнала ошибки пеленгации, задаваемое исходя из типа используемого пеленгатора.

Передатчик 5 по синхросигналам, поступающим из синхронизатора 6, формирует СВЧ сигналы, которые через антенный переключатель 3 подают в антенну 1, которая излучает их в направление РКО. На выходе антенны 1, после приема ею отраженных от РКО сигналов и их пространственной селекции, моноимпульсным устройством суммарно-разностной обработки формируют три сигнала: суммарный (и два разностных сигнала ошибок пеленгации j _г и j _в, определяющих отклонение РСН антенны от направления на РКО соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях, причем разностные сигналы ошибок пеленгации j _г и j _в сдвинуты по фазе на 90° относительно фазы суммарного сигнала (здесь и далее символ j указывает на сдвиг фазы сигнала на 90° ). С первого и второго выходов антенны 1 разностные сигналы ошибок пеленгации j _г и j _в подают соответственно на первый и второй входы квадратурного преобразователя 2, в котором (см. прототип [5]) разностный сигнал ошибки пеленгации j _г горизонтального канала сдвигают по фазе на 90° , суммируют его с разностным сигналом ошибки пеленгации j _в в вертикальной плоскости, формируя комбинированный сигнал ошибок пеленгации = _г+j _в, который с выхода квадратурного преобразователя 2 подают на первый вход УОС 4. Суммарный сигнал (с выхода антенны 1 через антенный переключатель 3 подают на второй вход УОС 4. В этом устройстве известным способом, описанным выше, поданные в него упомянутые сигналы усиливают, фильтруют от шумов, преобразуют в цифровую форму и формируют по ним для каждой из двух плоскостей соответственно нормированные сигналы ошибок пеленгации _г/ и _в/ , которые с первого и второго выходов УОС 4 подают соответственно на первый и второй входы УОП 7, четвертый и пятый входы первого вычислителя 8, четвертый и пятый входы второго вычислителя 12.

С помощью датчиков углового положения, расположенных в антенне 1, измеряют значения углов поворота антенны _aг и _ав в соответствующих плоскостях, которые через четвертый и пятый выходы антенны 1 подают соответственно на первый и второй входы первого вычислителя 8 и на первый и второй входы второго вычислителя 12.

В УОП 7 модули амплитуд сигналов | _г/ | и | _в/ | ошибок пеленгации сравнивают с пороговым значением нормированного сигнала ошибки пеленгации U_пop, подаваемого из ЗУ 9 на третий вход УОП 7. Если {| _г/ | U_пop и | _в/ | U_пop}, то из УОП 7 управляющий сигнал u_упp не выдают. В этом случае в первом вычислителе 8 по разностным сигналам _г/ и _в/ и по значениям углов _aг, _ав, одним из известных способов, например, описанным в [3, стр.289-298], оценивают значения углов пеленга , РКО и угловых скоростей линии визирования , и, с его третьего выхода через второй коммутатор 13, выдают их потребителям информации.

Также в первом вычислителе 8 по формулам

определяют экстраполированные значения углов пеленга _эг, _эв РКО на следующий такт обработки сигналов, и по ним и измеренным значениям углов поворота антенны _aг и _ав в соответствии с формулами

находят сигналы управления антенной u_aг и u _ав, которые соответственно с первого и второго выходов первого вычислителя 8 подают на первый и второй входы первого коммутатора 11 и далее с его первого и второго выходов - на первый и второй входы ЦАП 10, где их преобразуют в аналоговую форму и далее соответственно с его первого и второго выходов через второй и третий входы антенны 1 подают на привод управления антенной, который поворачивает антенну в направление РКО.

В вышеприведенных формулах: - интервал обработки сигналов; k_уг, k_ув - коэффициенты пропорциональности преобразования угловых ошибок положения антенны в напряжения в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно, которые в первый вычислитель 8 подают из ЗУ 9.

Оцененные значения угловых скоростей линии визирования , и экстраполированные значения углов пеленга _эг, _эв запоминают в ЗУ 9.

Кроме этого в первом вычислителе 8 вычисляют ф_эминг, _эмаксг, _эминв, _эмаксв - экстраполированные значения границ углов пеленга РКО по формулам

определяя этим телесный угол { _эминг, _эмаксг, _эминв, _эмаксв}, который в каждой из плоскостей разбивают на М равноотстоящих друг от друга угловых позиций пеленга РКО _mг, _mв, значения которых определяют по формулам:

, ,

где , для каждой из которой вычисляют Р_эmг и Р_эmв - экстраполированное значение ПВ нахождения РКО в этом направлении по формулам

В вышеприведенных формулах: и М - константы; D _г, D _в - дисперсии ошибок оценивания углов пеленга РКО; D _г, d _в - дисперсии угловых шумов пеленгов РКО; _г и _в - ширина ДН антенны в горизонтальной и вертикальной плоскости соответственно, значение которых подают в первый вычислитель 8 из ЗУ 9.

Экстраполированные значения ПВ Р_эmг , Р_эmв и угловых позиций пеленгов РКО _mг, _mв запоминают в ЗУ 9.

В передатчике 5 по сигналам синхронизатора 6 снова формируют СВЧ сигнал, который с помощью антенны 1 излучают в направлении РКО и процесс сопровождения РКО повторяют.

Если {| _г/ |>U_пop или | _в/ |>U_пop}, то из УОП 7 на управляющие входы первого 11 и второго 13 коммутаторов и на третьи входы первого 8 и второго 12 вычислителей подают управляющий сигнал u_упp. По этому сигналу во втором вычислителе 12 поочередно сравнивают измеренное значение угла поворота антенны _aг в горизонтальной плоскости со всеми запомненными угловыми позициями пеленгов РКО _mг угла { _эминг, _эмаксг}, где . По результатам сравнения находят угловую позицию пеленгов РКО _mг, равную углу поворота антенны _aг, определяя этим М_аг - номер угловой позиции пеленга РКО, соответствующего значению угла поворота антенны _aг. Здесь также поочередно сравнивают измеренное значение угла поворота антенны _ав в вертикальной плоскости со всеми запомненными угловыми позициями пеленгов РКО _mв угла { _эминв, _эмаксв}. По результатам сравнения находят угловую позицию пеленга РКО ( _mв, равную углу поворота антенны _ав, определяя этим М_ав - номер угловой позиции пеленга РКО, соответствующего значению угла поворота антенны _ав.

После этого здесь же вычисляют значения апостериорных ПВ Р_аmг и Р_аmв в каждой плоскости для каждого из возможных m-х углов пеленга РКО по формулам

и по ним - значения углов пеленга _г, _в РКО для соответствующих плоскостей по формулам

Затем, используя значения дисперсий D _г, D _в и D _r, D _в, подаваемых из ЗУ 9, одним из известных способов калмановской фильтрации, например описанным в [3, стр.289-298], по вычисленным значениям углов пеленга _г, _в РКО, как по измеренным значениям этих углов, оценивают: значения углов пеленга , РКО, угловых скоростей линии визирования , и новые значения дисперсий ошибок оценивания пеленгов D _г, D _в РКО, а также в соответствии с приведенными выше формулами находят экстраполированные значения углов пеленга _эг, _эв РКО на следующий такт обработки сигналов, и формируют сигналы управления антенной u_aг и u_ав. Сигналы управления антенной u_aг и u_ав соответственно с первого и второго выходов второго вычислителя 12, подают на третий и четвертый входы первого коммутатора 11, который коммутирует их на первый и второй входы ЦАП 10, с соответствующих выходов которого их аналоговые эквиваленты подают через второй и третий входы антенны 1 на ее привод, поворачивающий антенну в направлении на РКО.

Оцененные значения углов пеленга , РКО и угловых скоростей линии визирования , с третьего выхода второго вычислителя 12 подают на второй вход второго коммутатора 13 и далее потребителям информации.

Экстраполированные значения углов пеленга _эг, _эв РКО и вычисленные значения дисперсий ошибок оценивания пеленгов D _г, D _в РКО запоминают в ЗУ 9.

Кроме этого во втором вычислителе 12 для следующего шага измерений по формулам (1) вычисляют _эминг, _эмаксг, _эминв, _эмаксв - экстраполированные значения границ углов пеленга РКО, формируя этим телесный угол { _эминг, _эмаксг, _эминв, _эмаксв}, который в каждой из плоскостей разбивают на М угловых позиций пеленгов РКО _mг, _mв, для каждой из которой по формулам (2) вычисляют экстраполированное значение ПВ Р_эmг и Р_эmв нахождения РКО в этом направлении. Значения Р_эmг и Р_эmв запоминают в ЗУ 9.

После этого описанный выше процесс сопровождения РКО повторяют. Заявленное устройство обладает по сравнению с прототипом более широкими возможностями при сопровождении РКО по направлению, в частности оно устойчиво функционирует даже при перегрузках приемных каналов пеленгатора, при которых прототип не может выполнять свои функции.

Использование изобретения позволит реализовать устойчивое сопровождение РКО по направлению и обеспечить формирование оценок пеленгов РКО с высокой точностью в любых условиях, даже при перегрузках в приемных каналах пеленгатора.

Реализация заявленного способа не предъявляет особых требований к антенне и ее приводу, приемным каналам пеленгатора, измерителям, а также к принципам построения вычислителей, их быстродействию и объему памяти ЗУ.

Литература

1. Дудник П.И. Моноимпульсные радиолокационные устройства, радиотехника (Итоги науки и техники). - М.: ВИНИТИ, т.3, 1972.

2. Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. - М.: Радио и связь, 1984.

3. Меркулов В.И., Лепин В.Н. Авиационные системы радиоуправления. Ч.1, 2. - М.: Радио и связь, 1996.

4. Максимов М.В., Горгонов Г.И. Радиоэлектронные системы самонаведения. - М.: Радио и связь.

5. Патент США №5014064, кл. G 01 S 13/00 или 342-152, 07.05.1991.

6. Меркулов В.И., Викулов О.В., Минкин Ф.Ю. Оценивание случайных процессов при использовании сигнатурных наблюдений. - М.: ИПРЖРТ, Научно-технические серии. Радиолокация и радиотелеметрия, 1999, вып.1.

7. Патент РФ №2148836, кл. 7 G 01 S 13/66, 23.12.1998.

8. Меркулов В.И., Перов А.И., Саблин В.Н. и др. Радиолокационные измерители дальности и скорости. T.1 - М.: Радио и связь, 1999.