измеритель дальности на основе линейно-частотной модуляции (лчм)

Формула изобретения

Измеритель дальности на основе линейной частотной модуляции (ЛЧМ), содержащий антенну, соединенную через антенный переключатель с передатчиком и приемником, синхронизатор, первый выход которого соединен с передатчиком и приемником, измеритель дальности методом ЛЧМ, второй вход которого соединен с первым выходом приемника, при этом в измерителе дальности методом ЛЧМ по величине частотного смещения принятого сигнала относительно излучаемого на такте обработки немодулированной частоты вычисляется скорость сближения, а на такте обработки модулированной частоты с учетом известного с предыдущего шага доплеровского смещения частоты и крутизны изменения несущей частоты вычисляется дальность до цели, и измеритель неоднозначной дальности, на вход которого поступает отраженный сигнал через антенну, антенный переключатель и приемник, отличающийся тем, что введен измеритель дальности в “пачке”, первый вход которого соединен с выходом измерителя дальности методом ЛЧМ, второй вход - с выходом измерителя неоднозначной дальности, третий вход - с третьим выходом синхронизатора, первый переключатель, первый вход которого соединен с первым выходом измерителя дальности в “пачке”, блок управляющих ключей, первый вход которого соединен со вторым выходом измерителя дальности в “пачке”, блок вычисления уточненной дальности, первый вход которого соединен с третьим выходом измерителя дальности в “пачке”, блок сглаживания дальности и скорости, первый вход которого соединен с четвертым выходом измерителя дальности в “пачке”, блок определения точности оценки дальности, первый вход которого соединен с пятым выходом измерителя дальности в “пачке”, второй вход блока определения точности оценки дальности соединен со вторым выходом синхронизатора, блок экстраполяции дальности и скорости, вход которого соединен с выходом блока сглаживания дальности и скорости, а первый выход соединен со вторым входом блока сглаживания дальности и скорости, второй переключатель, первый вход которого соединен со вторым выходом блока экстраполяции дальности и скорости, третий выход блока экстраполяции дальности и скорости соединен со вторым входом блока управляющих ключей, четвертый выход блока экстраполяции дальности и скорости соединен со вторым входом блока вычисления уточненной дальности, третий вход блока вычисления уточненной дальности соединен с третьим выходом синхронизатора, передающим период повторения, выход блока определения точности оценки дальности соединен с третьим входом блока управляющих ключей, с третьим входом первого переключателя и с третьим входом второго переключателя, первый выход блока вычисления уточненной дальности соединен со вторым входом первого переключателя, второй выход блока вычисления уточненной дальности соединен со вторым входом второго переключателя, третий вход блока сглаживания дальности и скорости соединен с выходом первого переключателя, четвертый вход блока сглаживания дальности и скорости соединен с выходом второго переключателя, блок вычисления невязки, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым выходами блока управляющих ключей соответственно, блок статистической оценки невязки, первый вход которого соединен с выходом блока вычисления невязки, пороговое устройство, вход которого соединен с выходом блока статистической оценки невязки, а выход соединен со вторым входом блока статистической оценки невязки, блок корректировки коэффициента неоднозначности, первый вход которого соединен с выходом блока статистической оценки невязки, второй вход соединен с выходом порогового устройства, третий переключатель, первый вход которого соединен с выходом блока корректировки коэффициента неоднозначности, второй вход соединен с выходом порогового устройства, третий вход соединен с третьим выходом блока экстраполяции дальности и скорости, а выход соединен с четвертым входом блока вычисления уточненной дальности, второй выход блока экстраполяции дальности и скорости также является выходом значения дальности системы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в бортовых радиолокационных станциях (БРЛС) для измерения дальности до объекта в режиме обзора при высокой частоте повторения импульсов (ВЧПИ).

Одним из возможных способов получения однозначного значения дальности является способ перебора частот [2, с.242], который состоит в измерении неоднозначных дальностей на нескольких частотах повторения и получении однозначной дальности в результате их совместной обработки. Этот способ успешно применяется при средней частоте повторения импульса. Но для режима ВЧПИ при малой скважности применение дальномера с перебором частот повторения связано с большими трудностями, так как “слепых” зон очень много, коэффициент неоднозначности велик и не всегда возможен выбор нескольких прозрачных частот, необходимых для раскрытия неоднозначности. Этот способ не позволяет вести одновременное измерение координат целей, оказавшихся на одном угловом положении.

Наиболее распространенным способом однозначного измерения дальности до цели при работе БРЛС в режиме ВЧПИ является использование модуляции несущей частоты зондирующего сигнала по линейному закону [2, с.244]. В пределах одного периода модуляции частота излучаемого сигнала равна f_изл=f₀+k_чм t, где f₀ - несущая частота, k_чм - коэффициент модуляции, t - время от начала модуляции частоты, а частота принимаемого сигнала f_прм зависит от времени задержки и от эффекта Доплера – f_прм=f₀+f_{дп ц}+k_чм (t-t_д), где f_{дп ц} - частота Доплера, t_д - время задержки. Для устранения влияния эффекта Доплера производится измерение частотного смещения принятого сигнала относительно излученного при излучении немодулированного сигнала (f_{дп ц}), и при излучении сигнала, модулированного по линейному закону (f_прм-f₀). Разность этих смещений f, как следует из приведенных выше формул, пропорциональна времени задержки: f=f_прм-f₀-f_{дп ц}=k_чмt_д, или , где D - дальность до цели, С - скорость света. Т.о. по разности частотных смещений f можно вычислить дальность до цели: . Из формулы для определения дальности видно, что точность измерения дальности обратно пропорциональна коэффициенту частотной модуляции k_чм. Недостатком этого способа является невозможность получить необходимую точность измерения дальности, т.к. точность повышается с увеличением коэффициента частотной модуляции, а его увеличение ограничено зоной однозначности измерения частот [2, с.245].

Из известных технических решений наиболее близким является комбинированный способ измерения дальности до цели, описанный в [1], в котором измеренное значение дальности на основе линейной модуляции несущей частоты (D_дчм) уточняется с помощью значения неоднозначной дальности D_н. Это позволяет ограничить число возможных значений дальности до цели несколькими значениями, находящимися в пределах интервала точности измерения дальности ЛЧМ. Для получения однозначного значения дальности используется вторая частота повторения, выбранная так, чтобы число возможных значений дальности на интервале точности дальности ЛЧМ было на единицу меньше, чем число дальностей, полученное для исходной частоты. Совпадение двух дальностей из множества возможных дает однозначное значение дальности. Точность измерения дальности до цели этим способом равна удвоенной точности измерения неоднозначной дальности. Недостаток такого способа измерения дальности заключается в том, что из-за задержки выдачи информации об измеренном значении дальности ЛЧМ выбор второй частоты и измерение дальности ЛЧМ при ее применении требует:

- либо увеличения времени радиоконтакта с целью за счет, например, уменьшения движения привода антенны при поиске цели, что приведет к увеличению времени обновления информации, что в свою очередь обусловливает увеличение динамических ошибок при межпериодной обработке информации;

- либо знания априорного углового положения цели для предварительного выбора двух измерительных периодов повторения импульсов при приближении к нему углового положения оси привода антенны, что приводит к дополнительной загрузке вычислительной системы БРЛС, ибо в современных БРЛС требуется сопровождение до 24 целей [9, стр.87], что не всегда возможно. И в этом случае применение двух измерений приводит к увеличению периода обзора.

Устройство, реализующее способ-прототип, приведенное в упомянутом патенте, содержит передатчик, приемник, антенну с антенным переключателем, синхронизатор, вычислитель дальности ЛЧМ и вычислитель неоднозначной дальности.

Задачей изобретения является построение измерителя дальности, обеспечивающего высокоточное измерение дальности в режиме обзора БРЛС с высокой частотой повторения импульсов без увеличения времени межпериодного обращения к цели и специального выбора измерительных частот.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство, содержащее антенну, антенный переключатель, передатчик, приемник, синхронизатор, измеритель дальности методом ЛЧМ и измеритель неоднозначной дальности введены измеритель дальности в “пачке”, блок определения точности оценки дальности, блок вычисления невязки, блок статистической оценки невязки, пороговое устройство, блок корректировки коэффициента неоднозначности, блок вычисления уточненной дальности, блок сглаживания дальности и скорости, блок экстраполяции дальности и скорости, три переключателя, блок управляющих ключей, соединенные таким образом, что при работе устройства дальность, измеренная методом ЛЧМ, усредняется внутри “пачки”, уточняется с использованием измеренного среднего за “пачку” значения неоднозначной дальности и, при наличии признака точности оценки дальности, согласуется в блоке вычисления уточненной дальности с экстраполированным значением дальности, коэффициент неоднозначности которого корректируется с учетом накопленного значения невязки измеренного и экстраполированного коэффициентов неоднозначности дальности.

На фиг.1 представлена структурная схема измерителя дальности на основе ЛЧМ. Устройство содержит антенну (1), антенный переключатель (2), передатчик (3), приемник (4), синхронизатор (5), блок вычисления уточненной дальности (6), блок определения точности оценки дальности (7), измеритель дальности методом ЛЧМ (8), измеритель неоднозначной дальности (9), измеритель дальности в “пачке” (10), блок управляющих ключей (11), первый переключатель (12), второй переключатель (13), блок сглаживания дальности и скорости (14), блок экстраполяции дальности и скорости (15), блок вычисления невязки (16), блок статистической оценки невязки (17), пороговое устройство (18), блок корректировки коэффициента неоднозначности (19), третий переключатель (20). На Фиг.1 представлены также значения входных и выходных сигналов блоков. Обозначения раскрываются по ходу описания.

На фиг.2 представлен возможный алгоритм реализации блока определения точности оценки дальности (7).

На фиг.3 представлена блок-схема возможной реализации измерителя дальности в “пачке” (10).

На фиг.4 представлена схема алгоритма возможной реализации блока сглаживания дальности и скорости (14) и блока экстраполяции дальности и скорости (15).

На фиг.5 представлен возможный алгоритм реализации блока управляющих ключей.

Измеритель дальности в “пачке” (10) производит раздельное усреднение полученных при радиоконтакте с целью последовательностей измерений дальности ЛЧМ и неоднозначной дальности . Измеренное значение дальности D_изм на выходе блока вычисляется как сумма двух слагаемых: первое слагаемое - это дальность, равная целому числу n_изм измерительных периодов Тр, укладывающихся в вычисленное среднее значение дальности ЛЧМ - , второе слагаемое - среднее по “пачке” значение неоднозначной дальности .

Блок определения точности оценки дальности (7) предназначен для выработки признака П_точн=1, свидетельствующего о том, что оценка коэффициента неоднозначности экстраполированного значения дальности n_э достовернее коэффициента неоднозначности измеренного значения дальности n_изм. Выработка этого признака позволяет при статистической оценке при межпериодной обработке отказаться от грубых измерений дальности методом ЛЧМ и перейти на использование только непосредственно измеренных значений неоднозначной дальности. Для этого в блоке вычисления уточненной дальности (6) определение дальности производится с использованием коэффициента неоднозначности экстраполированной координаты дальности и измеренного значения неоднозначной дальности: .

Блок вычисления уточненной дальности (6) введен для того, чтобы согласовать при наличии признака точной оценки дальности П_точн=1 значения экстраполированной дальности и измеренной дальности прежде, чем будет вычислено сглаженное значение дальности с тем, чтобы измеренная и экстраполированная дальности имели одинаковый коэффициент неоднозначности, соответствующий дальности, полученной из предыдущих измерений. При этом неоднозначная дальность берется по результатам измерений и экстраполяции.

Блок вычисления невязки (16), блок статистической оценки невязки (17) и блок корректировки коэффициента неоднозначности (19) введены для корректировки выбранного коэффициента неоднозначности в процессе сопровождения цели при работе БРЛС в режиме обзора.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Измерение дальности производится в режиме обзора при последовательном облучении пространства движущимся лучом антенны. При этом используются антенна (1), передатчик (3), приемник (4) и антенный переключатель (2). Параметры излучаемого передатчиком сигнала задаются синхронизатором (5).

При прохождении радиолуча по цели отраженный сигнал через антенну (1), антенный переключатель (2) и приемник (4) поступает на вход измерителя дальности методом ЛЧМ (8) и на вход измерителя неоднозначной дальности (9). В измеритель дальности методом ЛЧМ (8) поступает доплеровская частота . По величине частотного смещения принятого сигнала относительно излучаемого на такте обработки немодулированной частоты вычисляется скорость сближения , а на такте обработки модулированной частоты с учетом известного с предыдущего шага доплеровского смещения частоты и крутизны изменения несущей частоты вычисляется дальность до цели D_лмч. В измерителе неоднозначной дальности (9) по поступившим на вход амплитудам в стробах дальности вычисляется неоднозначная дальность до цели D_н.

На вход измерителя дальности в “пачке” (10) поступают полученные значения дальности ЛЧМ D_лчм и неоднозначной дальности D_н с выходов блоков 8 и 9 и параметры излученного сигнала (величина периода повторения импульсов Тр) с выхода синхронизатора (5). Измеренные значения дальности ЛЧМ и неоднозначной дальности усредняются со всеми предшествующими значениями в “пачке”. Измеренное значение дальности в “пачке” вычисляется по формуле

,

где

- коэффициент неоднозначности измеренной дальности, равный коэффициенту неоднозначности среднего значения дальности ЛЧМ за “пачку” на периоде Тр повторения импульсов в “пачке”,

[*]_цч - целая часть числа,

- неоднозначное значение измеренной дальности, совпадающее со средним за “пачку” значением неоднозначной дальности .

Кроме того, в измерителе дальности в “пачке” (10) на основании перерыва в поступлении информации вырабатывается признак конца “пачки” Пкп=1. По этому признаку значения измеренной дальности D_изм, измеренной неоднозначной дальности , коэффициента неоднозначности измеренной дальности n_изм и измеренной скорости поступают на выход измерителя дальности в “пачке” (10), а признак конца “пачки” Пкп=1 поступает на вход блока определения точности оценки дальности (7). По окончании измерений в блоке экстраполяции дальности и скорости (15) производится вычисление экстраполированного значения дальности до цели D_э и скорости сближения к моменту измерения. На выход блока поступает значение экстраполированной дальности D_э, коэффициент неоднозначности экстраполированной дальности n_э на периоде излучения импульсов Тр, который был при измерении дальности до цели: , и значение неоднозначной экстраполированной дальности: .

В блоке определения точности оценки дальности (7) на основании числа произведенных измерений координат цели делается вывод о точности оценки коэффициента неоднозначности экстраполированной дальности и вырабатывается признак П_точн, равный 0 или 1. Если оценка коэффициента неоднозначности экстраполированной дальности считается неточной (П_точн=0), то значение измеренной дальности D_изм, пришедшее на вход первого переключателя (12), подается прямо на его выход . По признаку точного измерения (П_точн=1) первый переключатель (12) подает на выход значение измеренной дальности, согласованное с экстраполированным значением (), поступающее на его вход из блока вычисления уточненной дальности (6). Аналогично, при отсутствии признака точной оценки дальности, значение экстраполированной дальность D_э, пришедшее на вход второго переключателя (13) из блока экстраполяции дальности и скорости (15), поступает на его выход (), а при наличии признака П_точн=1 на выход второго переключателя (13) подается откорректированное значение экстраполированной дальности (), поступающее из блока вычисления уточненной дальности (6). Кроме того, при наличии признака точности оценки дальности блок управляющих ключей (11) подключает последовательность блоков, состоящую из блока вычисления невязки (16), блока статистической оценки невязки (17), порогового устройства (18), блока корректировки коэффициента неоднозначности дальности (19), третьего переключателя (20) и блока вычисления уточненной дальности (6).

Величина невязки измеренного и экстраполированного коэффициентов неоднозначности n с выхода блока вычисления невязки (16) подается на вход блока статистической оценки невязки (17), чтобы выявить систематическое расхождение коэффициентов неоднозначности измеренной и экстраполированной дальностей на протяжении ряда измерений и в то же время избежать зависимости от случайных флюктуаций сигнала, дающих большое значение невязки.

Сглаженная величина невязки поступает на вход порогового устройства (18) и на вход блока корректировки коэффициента неоднозначности (19).

В блоке корректировки коэффициента неоднозначности (19) коэффициент неоднозначности экстраполированной дальности n_э суммируется с целочисленной функцией от сглаженного значения невязки .

Если сглаженное значение невязки не превысило по модулю порогового значения, то на вход третьего переключателя (20) поступает значение коэффициента неоднозначности экстраполированной дальности n_э с выхода блока экстраполяции дальности и скорости (15). Если же порог превышен, то пороговое устройство передает на третий переключатель (20) управляющую команду, по которой на выход переключателя поступает значение коэффициента неоднозначности экстраполированной дальности с выхода блока корректировки коэффициента неоднозначности (19), и в блоке статистической оценки невязки (17) по признаку превышения порога происходит обнуление сглаженного значения невязки.

Третий переключатель (20) передает откорректированное значение коэффициента неоднозначности экстраполированной дальности на вход блока вычисления уточненной дальности (6). Кроме того, на вход блока 6 поступают: значение периода повторения импульсов Тр из синхронизатора (5), значение измеренной неоднозначной дальности из измерителя дальности в “пачке” (10) и значение неоднозначной экстраполированной дальности из блока экстраполяции дальности и скорости (15). В блоке вычисления уточненной дальности (6) измеренная и экстраполированная дальности вычисляются по формулам: и

.

Полученное на выходе первого переключателя (12) значение измеренной дальности и на выходе второго переключателе 13) значение экстраполированной дальности поступают на вход блока сглаживания дальности и скорости (14), в котором производится сглаживание дальности и скорости сближения.

Для выполнения заявленного устройства могут быть использованы описываемые ниже формы реализации блоков представляемого на экспертизу устройства.

Блок определения точности оценки дальности (7) предназначен для выработки признака П_точн, по которому коэффициент неоднозначности экстраполированной дальности n_э считается более достоверным, чем коэффициент неоднозначности дальности, измеренной методом ЛЧМ - n_изм. По этому признаку происходит замена коэффициента неоднозначности измеренной дальности на коэффициент неоднозначности экстраполированной дальности.

Точность оценки экстраполированной координаты дальности зависит от точности измерения дальности методом ЛЧМ и от статистической обработки измеренных значений дальности. Точность измеренных методом ЛЧМ значений дальности при фиксированном значении ширины полосы пропускания доплеровских фильтров зависит от величины крутизны изменения несущей частоты, ее нестабильности и точности измерения разности доплеровских смещений. Дисперсия оценки дальности методом ЛЧМ выражается формулой:

, где

- дисперсия значений измеренной частоты отраженного сигнала (в нашем случае - постоянная величина),

S - крутизна изменения несущей частоты,

S - ошибка, обусловленная нестабильностью выдерживания крутизны изменения несущей частоты. В современных БРЛС в настоящее время S практически равна нулю, поэтому дисперсию оценки дальности методом ЛЧМ можно вычислять по формуле:

Дисперсия оценки дальности на выходе блока сглаживания дальности и скорости (14) зависит от вида статистической обработки и от числа измерений. При использовании на этапе экстраполяции измерений доплеровской частоты для компенсации измерения дальности между измерениями точность оценки дальности соответствует точности оценки постоянной величины [11, с.383], дисперсия оценки дальности на выходе блока дальности и скорости вычисляется по формуле:

,

где n – число измерений.

Возможный алгоритм реализации блока определения точности оценки дальности (7) представлен на фиг.2. На вход алгоритма поступает значение крутизны изменения несущей частоты S и признак измерения дальности Пкп=1. Используемые в алгоритме константы N1 и N2 выбираются в зависимости от точности измерения частоты отраженного сигнала . Возможно применение более сложных алгоритмов, использующих, например, величину сигнала, отраженного от цели, для определения точности с учетом отношения сигнал/шум при приеме сигнала.

Измеритель дальности методом ЛЧМ (8) содержит устройства измерения дальности и доплеровской частоты. Измерение частоты производится линейкой доплеровских фильтров [3, стр.278]. Частота отраженного модулированного сигнала пропорциональна времени, прошедшему с момента излучения. Для устранения эффекта Доплера применяется совместная обработка величины доплеровской частоты отраженного немодулированного сигнала и величины изменения частоты отраженного сигнала на такте модуляции несущей частоты [3, с.283]:

,

где S_max - максимальная крутизна модуляции несущей частоты,

f(S₀) - доплеровский сдвиг при нулевой крутизне изменения несущей,

f(S_max) - доплеровский сдвиг при максимальной крутизне изменения несущей.

В измерителе неоднозначной дальности (9) производится измерение времени задержки отраженного сигнала относительно начала зоны приема. Для этого зона приема разделяется на стробы и сравнение амплитуд в этих временных стробах позволяет определить положение переднего фронта сигнала в зоне приема и пересчитать его в дальность [3, с.280]. Высокая частота повторения импульса характеризуется малой скважностью. Поэтому для повышения точности измерения положения сигнала возможно использование перекрытых стро5ов дальности [3, с.200].

В измерителе дальности в “пачке” (10) производится усреднение значений дальности ЛЧМ и неоднозначной дальности для совокупности измерений, полученных при однократном прохождении луча антенны по цели (в “пачке”), и вычисление по ним измеренного значения. Средние значения дальности ЛЧМ и неоднозначной дальности могут быть найдены как средние арифметические всех замеров:

где n - число замеров в “пачке”,

- последовательность замеров дальности ЛЧМ в “пачке”,

- последовательность замеров неоднозначной дальности в “пачке”; как средние взвешенные с учетом амплитуд или квадратов амплитуд:

где {А_i} - последовательность амплитуд обработанных сигналов в “пачке”, и др. Значение неоднозначной дальности может быть усреднено также с учетом поправки по скорости

где t=t₁-t_тек, t_тек - текущее время, t₁ - фиксированный момент времени; в качестве него может быть взято, например, время первого замера, или время последнего замера, или середина “пачки”;

- последовательность замеров скорости сближения с целью, а также другими известными видами замеров.

Вычисление среднего значения может производиться либо по окончании всех замеров, либо пересчитываться на каждом шаге с учетом вновь пришедшего замера.

Значение измеренной дальности вычисляется по формуле:

где Тр - период повторения импульсов, на котором производилось измерение в “пачке”.

На фиг.3 представлена блок-схема возможной реализации измерителя дальности в “пачке” (10). На вход подаются: признак измерения (Пизм=1), значение дальности, измеренной методом ЛЧМ D_лчм, значение неоднозначной дальности D_н, амплитуда А сигнала, период повторения импульсов Тр, измеренное значение скорости сближения . В блоке с координатами С2 на фиг.3 вычисляется среднее значение дальности, измеренной методом ЛЧМ, вычисленное с учетом пришедших ранее измерений, как среднее взвешенное с учетом квадратов амплитуд. В блоке с координатами D2 средняя неоднозначная дальность вычисляется с учетом поправки по скорости как взвешенная с учетом квадратов амплитуд к началу “пачки”. При вычислении средней дальности ЛЧМ поправка по скорости не учитывается, т.к. точность измерения дальности методом ЛЧМ превышает возможную ошибку, вносимую тем, что в течение измерения не будет учитываться изменение дальности за счет сближения.

В блоке сглаживания дальности и скорости (14) производится фильтрация измеренных координат цели. При этом могут быть использованы фильтры первого., второго или третьего порядков: при гипотезе постоянства оцениваемой координаты - -фильтры [4, с.399], при гипотезе линейного изменения оцениваемой координаты - - -фильтры [4, с.382], при гипотезе параболического изменения оцениваемого параметра - - - -фильтры [4, с.391]. Могут быть использованы более сложные Калмановские фильтры, коэффициенты сглаживания которых зависят от точности измеренных и экстраполированных координат, а также адаптивные эвристические фильтры, коэффициенты сглаживания которых могут зависеть и от разницы между измеренными и сглаженными координатами [5, 6].

В блоке экстраполяции дальности и скорости (15) производится экстраполяция значений дальности и скорости к моменту измерений или к любому другому требуемому моменту времени. Точность экстраполяции зависит от точности измерений и от соответствия гипотезы, положенной в основу формул экстраполяции, реальному измерению координат цели. При гипотезе постоянства сопровождаемого параметра экстраполированные координаты не изменяются; при линейной гипотезе при использовании, например, - -фильтров, одновременно с вычислением сглаженных координат определяется скорость их изменения, и экстраполяция производится по линейному закону; при гипотезе параболического изменения оцениваемого параметра экстраполяция производится с учетом определяемых значений скорости и ускорения оцениваемых координат. При экстраполяции могут использоваться и более сложные гипотезы относительно изменения скорости и ускорения цели, при этом в формулах экстраполяции используются кинематические уравнения относительного движения летательного аппарата и цели [7, с.61]. Поскольку скорость и дальность измеряются одновременно, возможна их совместная обработка. Например, она представлена в [4, с.354, 355] формулами 9.3.29. При этом между измерениями экстраполированные значения дальности и доплеровской частоты вычисляются по формулам [4, с.383]:

где - оценка скорости сближения, полученная при совместной обработке D и f_д;

- вычисленное значение производной скорости;

t_э - шаг экстраполяции.

На фиг.4 представлена схема алгоритма блока сглаживания дальности и скорости (14) и блока экстраполяции дальности и скорости (15). На вход блока сглаживания поступает измеренное значение дальности и скорость сближения, соответствующая измеренному значению доплеровской частоты. В операторе вычисляется невязка измеренных и экстраполированных значений дальности и скорости. В операторе производится сглаживание этих величин. Дальность сглаживается -фильтром, скорость сближения сглаживается - -фильтром. В представленном примере при экстраполяции в операторе используется вычисленное значение . Это позволяет сглаживание дальности -фильтром по динамическим характеристикам отнести к - - -фильтрам. Выходное значение дальности D_э является выходом устройства.

Блок управляющих ключей (11) состоит из n управляющих ключей, на сигнальные входы которых поступают n входных параметров, а на управляющие входы ключей поступает одна управляющая команда. Например, n_изс и n_э поступают на сигнальные входы ключей, а Пточн - на управляющие входы [10].

Блок вычисления невязки коэффициентов неоднозначности (16) представляет собой сумматор, вычисляющий разность коэффициента неоднозначности n_изм, поступающего из блока вычисления дальности в “пачке” (10), и коэффициента неоднозначности экстраполированной дальности n_э, поступающего из блока экстраполяции дальности и скорости (15):

n=n_изм-n_э.

Блок статистической оценки невязки (17) осуществляет сглаживание вычисленного в блоке (16) значения невязки коэффициентов неоднозначности измеренной и экстраполированной дальности. Значение невязки является постоянной величиной, поэтому ее сглаживание имеет смысл осуществлять фильтром первого порядка. Появление ненулевого значения невязки зависит либо от случайных ошибок в измерении, либо от систематической ошибки в экстраполяции. Поэтому сглаживание невязки коэффициентов неоднозначности можно осуществлять, например, дискретным фильтром с конечной памятью:

где N_изм - число измерений,

- сглаженное значение невязки коэффициентов неоднозначности.

Другой возможный способ сглаживания - -фильтром:

Точность вычисления коэффициента неоднозначности для измеренной дальности зависит от крутизны изменения несущей частоты, на которой проводилось измерение дальности методом ЛЧМ, поэтому коэффициент экспоненциального -фильтра выбирается в зависимости от крутизны изменения несущей частоты в момент измерения.

Значение невязки коэффициента неоднозначности проходит пороговое устройство (18). При превышении модуля сглаженного значения невязки порогового значения вырабатывается команда Ппор=1. По команде Ппор=1 подключается блок корректировки коэффициента неоднозначности (19), эта команда является управляющим сигналом для третьего переключателя (20), и по ней происходит обнуление сглаженного значения невязки в блоке статистической оценки невязки (17).

Корректировка осуществляется по формуле

где

На вход третьего переключателя (20) поступает значение коэффициента неоднозначности экстраполированной дальности n_э из блока экстраполяции дальности и скорости (15) и значение откорректированного коэффициента неоднозначности экстраполированной дальности из блока корректировки коэффициента неоднозначности (19). Распределение выходов производится с помощью двухканального переключателя, который по управляющей команде Ппор=1 от порогового устройства соединяет один из входов с выходом [10, стр.20].

Значение коэффициента неоднозначности экстраполированной дальности поступает в блок вычисления уточненной дальности (6), в котором значения измеренной и экстраполированной дальности пересчитываются с учетом поступившего на вход откорректированного значения коэффициента неоднозначности экстраполированной дальности:

Значение поступает вместе со значением D_изм на первый переключатель (12), который по управляющему сигналу П_точн=1 выбирает одно из этих значений ; значение поступает вместе со значением D_э на второй переключатель (13), который по управляющему сигналу П_точн=1 выбирает одно из этих значений . Значения и поступают в блок сглаживания дальности и скорости (14) для проведения фильтрации и дальнейшей экстраполяции.

Использование изобретения позволит при работе БРЛС в режиме обзора без специального выбора периода повторения импульсов при совместном использовании результатов измерения дальности методом ЛЧМ и результатов измерения неоднозначной дальности получить точность оценки, соизмеримую с точностью оценки неоднозначной дальности.

Источники информации

1. Патент РФ №2145092 кл. G 01 S 13/02. Способ измерения дальности.

2. П.И.Дудник, Ю.И.Черсов. Авиационные радиолокационные устройства.

3. В.И.Меркулов, А.И.Паров, В.И.Саблин, В.В.Дрогалин, Г.И.Горгонов, А.А.Герасимов, О.А.Сирота, В.П.Харьков. Радиолокационные измерения дальности и скорости. Т. 1. (п.4.2.2 - 4.2.4 и 4.2.6 - автор О.А. Сирота)

4. С.З.Кузьмин. Основы теории цифровой радиолокационной информации. М.: Советское радио, 1974.

5. P.R. Kalata. The Tracking index. A generalized parameter for - and - - target trackers. IEEE. Transactions on Aerospace and Electronics Systems. 1984, AES-20 №2 p.p.174-182.

6. F.R. Castella. An adaptive two-dimensional Kalman tracking filter. IEEE. Transactions on Aerospace and Electronics Systems. 1980, V.AES - 16 p.p.822-829.

7. В.Г.Тарасов. Межсамолетная навигация. М.: Машиностроение, 1980.

8. Г.И.Горгонов. Автоматическое сопровождение целей в бортовой радиолокационной станции с ЭВМ. Академия им. Жуковского, М., 1988.

9. В.И.Антипов, С.А.Исаев, А.А.Лавров, В.И.Меркулов. Многофункциональные радиолокационные комплексы истребителей. Под ред. Г.С.Кондратенкова. М.: Воениздат, 1994.

10. А. Флорес. Организация вычислительных машин. Пер. с англ. М., 1972

11. Е.С.Вентцель. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969.