РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПУТЕВОЙ СКОРОСТИ НЕМАНЕВРИРУЮЩЕЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ЦЕЛИ ПО ВЫБОРКЕ КВАДРАТОВ ДАЛЬНОСТИ

Полезная модель относится к области радиолокации и может быть использована в наземных радиолокационных станциях (РЛС) для определения путевой скорости (модуля вектора скорости) неманеврирующей аэродинамической цели (АЦ).
Известны устройства измерения путевой скорости, в которых сначала определяют скорости изменения прямоугольных декартовых координат  и , затем вычисляют путевую скорость по формуле:  [1, С 314].
Известны устройства определения скорости изменения прямоугольных декартовых координат  и  с помощью цифрового нерекурсивного фильтра (ЦНРФ) путем оптимального взвешенного суммирования фиксированной выборки значений этих координат [1, С.300-304].
Известны устройства определения скорости изменения прямоугольных декартовых координат  и  с помощью α, β фильтра путем последовательного оптимального сглаживания выборки нарастающего объема значений этих координат [1, С. 321-322].
Основным недостатком этих устройств является низкая точность определения путевой скорости неманеврирующей АЦ в РЛС с грубыми измерениями азимута, в частности в РЛС метрового диапазона волн.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемой полезной модели, является устройство радиолокационного определения путевой скорости неманеврирующей воздушной цели, в котором для определения путевой скорости АЦ используются фиксированные выборки значений квадратов дальности и устранено влияние ошибок измерения азимута [2].
Принцип работы устройства-прототипа поясняется схемой, приведенной в фиг. 1. Устройство-прототип содержит последовательно соединенные квадратор (блок 1), блок определения второго приращения квадрата дальности, вычислитель квадратного корня (блок 3) и делитель (блок 4), выход которого является выходом устройства-прототипа.
0
В квадраторе (блок 1) вычисляют квадраты измеренных значений дальности . В блоке 2 определяют сглаженное значение (оценку) второго приращения квадрата дальности за обзор  с помощью цифрового нерекурсивного фильтра (ЦНРФ) путем оптимального взвешенного суммирования фиксированной выборки из n значений квадратов дальности. При этом весовые коэффициенты оценки второго приращения  могут быть рассчитаны заранее по формуле:  [3, С. 155, формула 4.37]. Далее в блоке 3 вычисляют квадратный корень из полученной оценки. Полученный результат делят в блоке 4 на период обзора T и получают сглаженное значение путевой скорости неманеврирующей АЦ. Устройству-прототипу присущи следующие недостатки:
- в процессе оценивания параметров необходимо хранить большое число предыдущих измерений дальности, что при одновременном обслуживании большого числа целей и при больших интервалах наблюдения приводит к существенному увеличению емкости запоминающих устройств;
- каждая новая оценка параметров получается независимо от предыдущей, следовательно, точность оценивания ограничена фиксированным числом используемых данных [4, С. 337].
Техническим результатом заявляемой полезной модели является уменьшение объема хранимых предыдущих измерений дальности и повышение точности определения путевой скорости АЦ.
Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом радиолокационном измерителе путевой скорости неманеврирующей аэродинамической цели по выборке квадратов дальности перемножают оцифрованные сигналы дальности, то есть определяют квадраты дальности. Далее определяют оценку второго приращения квадрата дальности  за обзор. Потом вычисляют квадратный корень из полученной оценки и делят полученный результат на период обзора.
Согласно полезной модели оценку второго приращения квадрата дальности  за обзор определяют с помощью ∝, β, γ фильтра, при этом по первым трем значениям квадратов дальности  определяют начальные значения сглаживаемых параметров, то есть начальное значение квадрата дальности , начальное значение первого приращения квадрата дальности  и начальное значение второго приращения квадрата дальности  и задают начальные значения коэффициентов сглаживания ∝=1, β=1 и γ=1. Далее во всех последующих измерениях (n=4, 5, …N) значения коэффициентов сглаживания определяют по формулам ,  и , где n - номер измерения. Затем определяют экстраполированное значение квадрата дальности для n-го измерения путем суммирования предыдущих (n-1) сглаженных значений квадрата дальности, первого и второго приращений квадрата дальности, а также определяют экстраполированное значение первого приращения квадрата дальности для n-го измерения путем суммирования предыдущего (n-1) сглаженного значения первого приращения квадрата дальности и удвоенного значения второго приращения квадрата дальности. После этого определяют сигнал ошибки, то есть разность между текущим значением квадрата дальности и его экстраполированным значением. Далее определяют текущие сглаженные значения квадрата дальности путем суммирования экстраполированного значения квадрата дальности и взвешенного коэффициентом сглаживания ∝ сигнала ошибки, а также текущие сглаженные значения первого приращения квадрата дальности путем суммирования экстраполированного значения первого приращения квадрата дальности и взвешенного коэффициентом сглаживания β сигнала ошибки и текущие сглаженные значения второго приращения квадрата дальности путем суммирования предыдущего (n-1) сглаженного значения второго приращения квадрата дальности и взвешенного коэффициентом сглаживания γ сигнала ошибки. В итоге на выходе ∝, β, γ фильтра получают оценку второго приращения квадрата дальности  за обзор [4, С. 391-393], [5, С. 89-91].
Структурная схема заявляемого измерителя, приведенная на фиг. 2, содержит последовательно соединенные квадратор (блок 1), блок 2 определения второго приращения квадрата дальности (∝, β, γ фильтр), вычислитель квадратного корня (блок 3) и делитель (блок 4), выход которого является выходом заявляемого измерителя.
Для доказательства практического отсутствия систематических (методических) ошибок в заявляемом измерителе вычислим значение путевой скорости АЦ по выборке из 7-ми значений дальности в соответствии с исходными данными, приведенными в таблице 1. АЦ обнаруживается на дальности 100 км и летит к РЛС по нормали к оси X с постоянной скоростью 300  и курсовым параметром, равным 100 км.
Результаты вычислений сглаженных значений (оценок) второго приращения квадрата дальности приведены в таблице 2.
где  - сглаженное значение квадрата дальности;
- сглаженное значение первого приращения квадрата дальности;
- экстраполированное значение квадрата дальности;
- экстраполированное значение первого приращения квадрата дальности;
Δ - ошибка, то есть разность между текущим значением квадрата дальности и его экстраполированным значением.
Как видно из таблицы 2, во всех обзорах путевая скорость вычисляется без систематических ошибок: .
В измерителе-прототипе оценка второго приращения квадрата дальности , а следовательно и скорость, вычисляется также без систематических ошибок: .
Результаты сравнения точности определения путевой скорости в заявляемом устройстве и в устройстве-прототипе приведены в таблице 3. Для этого вычислялись значения относительных среднеквадратических ошибок (СКО) определения оценки второго приращения квадрата дальности по формулам:
- для заявляемого устройства:  [4, С. 396, формула 9.6.38];
- для прототипа:  [3, С. 156, формула 4.39].
Как видно из приведенного примера, в заявляемом измерителе независимо от числа измерений n при оценке второго приращения квадрата дальности используются только предыдущие (n-1) оценки и результат нового, последнего измерения дальности. В прототипе же используются результаты всех n измерений дальности. Кроме того, на 40-60% повышается точность определения путевой скорости АЦ.
Таким образом, достигнут заявленный технический результат: уменьшение объема хранимых предыдущих измерений и повышение точности определения путевой скорости неманеврирующей АЦ.
Список использованных источников
1. Кузьмин С.З. «Цифровая обработка радиолокационной информации». М.: «Советское радио», 1967, 400 с.
2. Патент на полезную модель №152617 «Устройство радиолокационного определения путевой скорости неманеврирующей воздушной цели».
3. Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. М: «Радио и связь», 1986, 352 с.
4. Кузьмин С.З. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации. М.: «Радио и связь», 1974, 432 с.
5. Ветлинский В.Н., Ульянов Г.Н. Многоцелевые РЛС. М.: «Воениздат», 1975, 104 с.