Способ определения координат наземной цели радиолокационной системой, состоящей из приемника-пеленгатора и многолучевого передатчика
METHOD FOR DETERMINING COORDINATES OF GROUND TARGET BY RADAR SYSTEM CONSISTING OF DIRECTION FINDER RECEIVER AND MULTIBEAM TRANSMITTER

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для измерения двумерных координат наземной цели угломерно-дальномерным методом радиолокационной системой, состоящей из многолучевого передатчика с известными координатами, излучающего кодированные радиолокационные сигналы в заданных направлениях, и приемника-пеленгатора с известными координатами, принимающего сигналы, отраженные от наземной цели, определяющего направление на наземную цель и измеряющего расстояние приемник-пеленгатор - наземная цель - передатчик.
В радиолокации весьма обширный и важный класс лоцируемых объектов составляют источники радиоизлучений, наблюдение за которыми осуществляется пеленгаторами, принимающими излучаемые радиосигналы. Широкое применение на практике нашли системы, базирующиеся на пеленгационных методах [1]. Одной из задач, решаемых при радиолокационном наблюдении, является задача измерения пеленгов источников излучений [2].
Известен способ определения координат наземной цели радиолокационной системой, состоящей из двух многолучевых радиопередатчиков и приемника [3]. Недостатком этого способа является то, что зона поиска координат наземной цели (область неопределенности) достаточно велика и ограничивается четырехугольником, определяемым пересечением лучей диаграмм направленности антенн двух многолучевых передатчиков, в пределах которых находится наземная цель. При этом поиск оценок координат наземной цели осуществляется путем последовательной проверки гипотез о нахождении наземной цели в точках, задаваемых с некоторым шагом в пределах всей области неопределенности, а количество проверяемых гипотез определяется размером зоны неопределенности и величиной шага перебора проверяемых точек.
Целью изобретения является сокращение количества проверяемых гипотез за счет сокращения области неопределенности при поиске оценок координат наземной цели.
Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом изобретении измерение координат наземной цели осуществляется радиолокационной системой, содержащей один многолучевой передатчик и приемник-пеленгатор сигналов, отраженных от наземной цели, за счет использования информации о номере луча передатчика, сигнал которого обеспечивает подсвет наземной цели, измерения приемником-пеленгатором направления на наземную цель и расстояния приемник-пеленгатор - наземная цель - передатчик. При этом область неопределенности при поиске оценок координат наземной цели ограничивается отрезком прямой, определяемым пересечением границ луча передатчика, в пределах которого находится наземная цель, с линией пеленга наземной цели, измеренного приемником-пеленгатором.
Способ определения координат наземной цели радиолокационной системой, состоящей из приемника-пеленгатора и многолучевого передатчика заключается в следующем:
1
1
n
п
п
- передатчик с известными координатами х, y осуществляет излучение в направлениях ϕ, (n=1, 2, …, N) кодированных радиолокационных сигналов со своим кодом для каждого направления, которые рассеиваются наземной целью с искомыми координатами х, у и принимаются приемником-пеленгатором с известными координатами х, у, синхронизированным с передатчиком;
n
ц
- приемник-пеленгатор измеряет расстояние R передатчик - наземная цель - приемник-пеленгатор, определяет направление ϕ передатчик - наземная цель по коду радиолокационного сигнала, рассеянного наземной целью и принятому приемником-пеленгатором, измеряет направление пеленга ϕ на наземную цель;
1
1
п
п
n
ц
- с использованием известных координат х, y многолучевого передатчика, известных координат х, у приемника-пеленгатора, измеренного направления ϕ луча передатчика и измеренного направления пеленга ϕ на наземную цель осуществляется оценка границ области поиска координат х, у наземной цели;
- определение координат х, у наземной цели осуществляется путем последовательного перебора координат точек в области поиска и проверки гипотез о нахождении наземной цели в этих точках, критерием рабочей гипотезы является минимум разности между измеренным расстоянием R и расстоянием  передатчик - гипотетическая наземная цель - приемник-пеленгатор, координаты  и  гипотетической наземной цели, соответствующие минимуму этого критерия, являются искомыми координатами х, у наземной цели.
m
На Фиг. 1 приведена схема радиолокационной системы, на Фиг. 2 показана область поиска местоположения наземной цели. На Фиг. 3 приведены результаты численного моделирования предложенного способа в виде графика зависимости критериального параметра ΔR от номера шага поиска m.
1
1
п
п
Радиолокационная система состоит из многолучевого передатчика 1 с известными координатами х, у, и приемника-пеленгатора 2 с известными координатами х, у.
n
Многолучевой передатчик 1 излучает кодированные радиолокационные сигналы в направлениях ϕ (n=1, 2, …, N), сформированных лучами диаграммы направленности антенны.
При этом каждому лучу соответствует свой индивидуальный код, обеспечивающий возможность его идентификации в приемнике-пеленгаторе 2 и возможность определения приемником-пеленгатором направления передатчик - наземная цель по коду сигнала передатчика 1, отраженного от наземной цели 3.
ц
Принимая сигнал, отраженный от наземной цели 3, приемник-пеленгатор 2 измеряет направление пеленга ϕ на наземную цель.
1
1
п
п
ц
n
С использованием информации о координатах х, y передатчика 1, координатах пеленгатора х, у, направлении пеленга на наземную цель ϕ, направлении луча передатчик - наземная цель ϕ, а также о ширине луча Δϕ передатчика 1, определяется область поиска местоположения наземной цели 3 (Фиг. 2).
01
01
02
02
n
ц
Она ограничена отрезком прямой линии с координатами x, y и x, y, определяемыми пересечением границ луча ϕ с направлением пеленга на наземную цель ϕ.
01
01
Определение координат x, y осуществляется в результате решения системы уравнений
В матричном виде эта система может быть записана
Решение этой системы имеет вид
02
02
Аналогично определяются координаты х, y
01
01
02
02
С использованием координат x, y и х, y, формируются границы области поиска координат наземной цели 3.
В сформированной области поиска последовательно с некоторым шагом задаются координаты  гипотетической точки, и проверяется гипотеза о нахождении наземной цели 3 в этой точке.
Для этого для каждой гипотетической точки рассчитывается расстояние передатчик - гипотетическая наземная цель - приемник-пеленгатор
и определяется значение критериального параметра, представляющего собой модуль разности измеренного расстояния передатчик - наземная цель - приемник-пеленгатор и гипотетического расстояния передатчик - гипотетическая наземная цель - приемник-пеленгатор
Координаты  и  соответствующие минимуму критерия ΔR, являются искомыми координатами наземной цели 3.
В подтверждение работоспособности предложенного способа приведен пример оценки координат наземной цели 3 с использованием многолучевого передатчика 1 и приемника-пеленгатора 2.
Исходные данные, необходимые для контроля расчета:
Координаты наземной цели 3: х=14000 м; у=10000 м.
Исходные данные для расчета:
1
1
Координаты многолучевого передатчика 1: x=8000 м, y=4000 м.
п
п
Координаты приемника-пеленгатора 2: х=18000 м, у=6000 м.
ц
Направление пеленга на наземную цель: ϕ=45°.
1
Направление луча передатчик - наземная цель: ϕ=45°.
Ширина луча передатчика: Δϕ=30°.
Измеренное расстояние передатчик - наземная цель - приемник-пеленгатор: R=14135 м.
Результаты расчета
1
ц
Результаты оценки координат точек пересечения луча ϕ и направления пеленга на наземную цель 3 ϕ:
01
01
02
02
(х,y)=(12385 м, 11595 м), (х,y)=(15602 м, 8389 м).
01
01
02
02
Количество шагов поиска оценок координат наземной цели 3 в пределах полученной области неопределенности (отрезка прямой между точками (х,у) и (х,y)) было задано М=200.
02
02
01
01
Шаг поиска составил (dx,dy)=[(x,y)-(x,y)]/M≈(16 м, -16 м).
В цикле от m=1 до М на каждом m-ом шаге рассчитывалось гипотетическое расстояние
где  m - номер шага поиска, и значение критериального параметра
m
На Фиг. 3 приведен график зависимости критериального параметра ΔR от номера шага поиска m.
m
Проведенные расчеты показали, что для заданных исходных данных минимум критериального параметра ΔR достигается при m=100. При этом рассчитанные координаты цели равны  что практически совпадает с исходными координатами. Абсолютные погрешности определения координат составили значение
Определение координат наземной цели 3 при тех же условиях с теми же значениями шага поиска по координатам х и у с использованием известного способа радиолокационной системой, состоящей из двух многолучевых радиопередатчиков и приемника [5], потребовало бы М=200*200=40000 шагов поиска оценок координат наземной цели.
Таким образом, предлагаемый способ с использованием многолучевого передатчика и приемника-пеленгатора позволяет сократить количество проверяемых гипотез при поиске оценок координат наземной цели за счет сокращения области неопределенности. При этом для его реализации, в отличии от известного способа, требуется только один многолучевой передатчик.
Источники информации
1. Черняк B.C. Многопозиционная радиолокация. - М.: Радио и связь, 1993, стр. 73-74, 392-396.
2. Радиоэлектронные системы: Основы построения и теория. Справочник. / Ширман Я.Д., Лосев Ю.И., Минервин Н.Н. и др. / Под ред. проф. Я.Д. Ширмана. - М.: ЗАО "Маквис", 1998, стр. 608.
3. Патент №2722224 РФ, МПК G01S 5/14. Способ определения координат наземной цели радиолокационной системой, состоящей из двух многолучевых радиопередатчиков и приемника / А.В. Журавлев (RU), В.В. Кирюшкин (RU), Е.М. Красов (RU), В.Г. Маркин (RU), В.А. Шуваев (RU); Акционерное общество научно-внедренческое предприятие «ПРОТЕК» (RU). - №2019135370; Заявл. 05.11.2019; Опубл. 28.05.2020, Бюл. №16, 11 с.: 3 ил.