Metoda conform invenției pentru determinarea parametrilor obstacolelor RadioContrast terestre (ștergere, coordonate unghiulare, altitudinea obstacol) în timpul zborului aeronavelor la altitudine joasă, o metodă care utilizează îngustarea Doppler a fasciculului antenei aeronavelor coerente radar puls-Doppler în plan elevație. Astfel, îndepărtarea și coordonatele unghiulare ale obstacolelor terestre determinate prin metode convenționale de radar, iar înălțimea obstacolului - lățimea spectrului semnalului de frecvență Doppler reflectate de ea. Rezultatul tehnic este că metoda cerută face posibilă estimarea înălțimii obstacolului. 1-a, 7 bolnavi.
Prezenta invenție se referă la domeniul radar și pot fi utilizate pentru a determina parametrii de obstacole la sol (ștergere, azimut, elevație) cu ajutorul echipamentelor radar instalate la bordul unei aeronave, în timp ce zboară la altitudini joase și foarte mici.
Existent modele experimentale ale sistemelor radar aer (radar) IMP (vezi. De exemplu, [1]), se lasă să se efectueze, în plus față de detectarea obiectelor de la sol ca evaluarea parametrilor obstacolelor RadioContrast terestre fără evaluarea înălțimii lor, care nu permite să evalueze gradul de pericol al zborului și pentru a prezice înălțimea lor peste intervalele de timp estimate. Acesta din urmă nu permite pentru a prezice traiectoria de zbor a avionului (pentru a efectua zborul de joasă altitudine), în prezența obstacolelor într-un interval de timp dat, mai ales în condiții de vizibilitate redusă, care este deosebit de important pentru rezolvarea problemei de avertizare a obstacolelor în aviație elicoptere, vehicule aeriene fără pilot, etc. În același timp, obstacolele și înscrie ultimul avertisment altitudine este important să se asigure siguranța de joasă altitudine factor de zbor (IMP), inclusiv un mod semi-automat de pilotare a aeronavei.
radar Cunoscut [2], o metodă care utilizează îngustarea Doppler a fasciculului (DOL) [3] pentru a estima și elimina coordonatele unghiulare ale țintelor de la sol prin utilizarea unui filtre Doppler pieptene de bandă îngustă. Esența acestei metode constă în radar procesarea informației variind Doppler în care poziția unghiulară a țintei de suprafață este definită ca poziția unghiulară a punctului de intersecție al min i-lea și j-izodopy izodali în care solul țintă [3]. Astfel izodopy în elementul rezoluție gama dispus pe linia de lagăr, și în fiecare element de rezoluție viteză izodali - pe linia pasului (elevație). Apoi, procedura de evaluare este poziția azimutului țintă în raport cu linia de zbor i este de a rezolva ecuația (a se vedea figura 1 ..) În cazul în care Vn este viteza vehiculului de zbor într-un plan orizontal; - lungimea de undă a emițătorului radarului; Frecvența Doppler pentru izodia i; Dj este distanța de la izodalul i; ij - este unghiul de vedere al țintei în planul vertical în direcția izodului i și a izodalului j.
Pe baza ecuației (1), estimările de rutină o poziție de rotație a obiectului în planul terestru radiocontrast elevație este de a efectua următoarele operațiuni: un dispozitiv de suprimare a fasciculului de recepție la gama bord radar; evaluarea frecvenței Doppler a țintelor detectate în fiecare element de domeniu; estimarea coordonatelor unghiulare ale țintelor de teren detectate de numărul elementului de domeniu și de frecvența semnalului Doppler din acest element.
Totuși, precizia descrisă în [2 obiective [sol radar în evaluarea dimensiunii, inclusiv obstacol nu este suficient de mare pentru a estima înălțimea obstacolelor și, de asemenea, determinată de lățimea fasciculului scanat fasciculul radar. Atunci când ADN-ul este îngustat, precizia de estimare a dimensiunii obstacolelor la sol crește; Cu toate acestea, timpul examinării zonei crește brusc, în care se indică prezența unor posibile obstacole și se estimează dimensiunile acestora. În virtutea din urmă factor nu pus problema este rezolvată în cazul utilizării telemetre cu laser, divergența unghiulare ale fasciculului care ajunge la câteva minute unghiulare. Atunci când acest lucru este posibil estimare suficient de precisă a coordonatelor unghiulare și distanța până la marginea superioară a liniei de aeronave de obstacole de zbor (1 la n carbon. Minutes, n 1 m, respectiv, în condiții meteorologice bune). Cu toate acestea, timpul necesar pentru detectarea obstacolelor la sol inacceptabil de mari dimensiuni, care elimină utilizarea unui laser locatoare LA pentru soluții ale problemei.
În consecință, metoda DOL, în expresia ei clasică, care permite evaluarea coordonatelor unghiulare ale țintelor de teren, inclusiv a obstacolelor, și îndepărtarea lor nu permite o estimare a înălțimii obstacolelor.
Un obiect al prezentei invenții este acela de a determina parametrii obstacolelor de-a lungul liniei de zbor a unei aeronave într-o anumită zonă de responsabilitate, inclusiv înălțimea obstacolelor.
Sarcina este realizată prin formarea unei „cazma“ radar model de antenă (fascicul) în verticală (elevație) plan și „ac“ - în plan orizontal (azimutală) utilizând o procesare a semnalului multicanal Doppler și metoda DALE în plan elevație.
În acest caz, ADN-ul în plan orizontal este orientat astfel încât axa lui să fie îndreptată de-a lungul liniei de zbor LA (sau scanată într-un anumit sector în raport cu vectorul de viteză LA); în planul vertical, direcția semnalului semnalului (PCH) al fasciculului este fixată și deflectată cu un unghi de 0 față de linia de zbor a LP, așa cum se arată în fig. 2.
Distanța de la sol obstacole RadioContrast determinate de intervalul numărul canalului în care a avut loc detectarea, iar înălțimea - numărul de filtre Doppler, în care detectarea avut loc obstacole (obstacole), și unghiul 0 orientarea antenei PCH corespunzătoare în plan vertical.
În Fig. 1 este o ilustrare a posibilității de măsurare a coordonatelor obiectelor terestre folosind modul DOL; în Fig. 2 - efectul de îngustare a fasciculului atunci când se utilizează modul DOL; în Fig. 3 - principiul de evaluare a înălțimii obstacolelor la sol atunci când se utilizează modul DLC; în Fig. 4 - spectrul de frecvență al reflexiilor din cadrul ADN-ului pe unghiul de înălțime (pas); în Fig. 5 este o diagramă bloc a canalului pentru detectarea și evaluarea coordonatelor obiectelor terestre; în Fig. 6 și 7 prezintă eficacitatea invenției.
Esența invenției constă în emisia și recepția semnalelor cu o antenă având o „cazma“ model de radiație într-un plan vertical și acul - în plan orizontal, orientat în direcția vectorului viteza de zbor a aeronavelor, pentru a scana în azimut, într-un anumit sector unghiular. Semnalul recepționat este supus doppler de procesare variind, de exemplu, prin separarea receptorului radar în raza de acțiune și de filtrare Doppler îngustã, realizând astfel un efect Doppler al îngustării fasciculului în planul elevație. Apoi, folosind metodele de prelucrare de selecție prag porțiuni ale spectrului Doppler corespunzând unei reflexie de la obiecte terestre în fiecare interval de canal, care caracterizează lungimea înălțimii la sol a obiectului, de exemplu înălțimea obstacolului și unghiul antenei lambou obiectului efectuat - azimutul obiectului. Ștergerea la obiect este determinată de numărul canalului în care a fost detectat.
Aplicarea formării cu fascicul Doppler în plan vertical permite divizarea artificială a fasciculului într-un plan vertical într-o serie de sectoare de lățime i. fiecare dintre acestea corespund unei anumite benzi de frecvențe Doppler ale semnalului reflectat dintr-o anumită porțiune a suprafeței subiacente, așa cum este ilustrat în fig. 2.
În Fig. 2: Vn - viteza transportatorului (ЛА); 0 - poziția antenei PCH în plan vertical.
Numărul acestor sectoare și mărimea lor unghiulară sunt determinate de DF passband al filtrului Doppler, de lățimea radarului BHA, de viteza de zbor a avionului Vn, de lungimea de undă a transmițătorului BRL și așa mai departe.
Esența invenției este ilustrată în fig. 3.
În Fig. 3: h - altitudinea de zbor a aeronavei deasupra suprafeței subiacente; П - obstacol radiocontract de înălțime H; 0 - - unghiul de vizualizare al fasciculului în plan vertical; Vn - viteza de zbor a aeronavei; c, n - unghiurile de vizibilitate a marginilor superioare și inferioare ale obstacolului; D - eliminarea obstacolului în ceea ce privește aeronava; În consecință, FIG. 3, spectrul frecvențelor Doppler în unghi. reflectat de suprafața de bază, inclusiv obstacolul, are forma fig. 4.
f min f max - Frecvențele Doppler corespunzătoare poziției marginilor inferioare și superioare ale fasciculului lățimii ADN; o porțiune din spectrul de frecvență Doppler corespunzător benzii Doppler; f este lărgimea porțiunii de spectru a frecvenței semnalului Doppler reflectată de obstacolul radio-opac.
Valoarea f. începând din Fig. 3, este determinată de relația Exprimând (2) parametrii de zbor cunoscuți (sau măsurați) ai aeronavei, pot fi obținute;
Apoi, înălțimea H a obstacolului este estimată după următoarea relație:
Adică lărgimea spectrului frecvențelor Doppler ale semnalului reflectat de obstacol depinde numai de înălțimea necunoscută H a obstacolului pentru parametrii de zbor cunoscuți (sau măsurați) ai aeronavei.
Valoarea Sheer f determinată de ieșirea detectorului adaptiv pe bază, de exemplu, a unui detector simplă sau dublă, în principiu, (de exemplu, [4]) conținând K filtre Doppler digitale, din care fiecare are o Ff bandă. Numărul m al filtrelor succesive în care a fost detectat semnalul este direct proporțional cu înălțimea obstacolului H. Cazul m = 1 corespunde fie unei singure ținte la sol, fie unui obstacol având o înălțime mică; Cazul m> 1, în special pentru valorile mici ale unghiului 0, corespunde unei înălțimi ridicate a obstacolelor.
Schema structurală a canalului radar, care permite detectarea țintelor de teren și estimarea coordonatelor lor, precum și detectarea obstacolelor de la sol, pentru a estima coordonatele și altitudinea acestora, este prezentată în Fig. 5.
În Fig. 5 F1. F2. FK este un pieptene compus din filtre Doppler cu bandă îngustă.
Semnalul de la ieșirea receptorului pentru fiecare zona de acoperire filtru radar Doppler cu răspundere gama de canal pentru filtru digital (pus în aplicare, de exemplu, un procesor DSP) cu o rezoluție, în cazul general, aceleași pentru toate canalele.
Valoarea pragului adaptiv variază în funcție de nivelul de fundal al reflecțiilor de la suprafața solului. Ca rezultat al procesării de prag este alocată porțiune (sau porțiuni) a spectrului de frecvențe Doppler, corespunzând reflexiile de obstacole periculoase pentru zbor (cazul m> 1), sau ținte unice la sol (m = 1), situat în interiorul lățimii fasciculului radar. Calculatorul H fixează numărul m al filtrelor adiacente Φj. Fj + m + 1) (pentru m> 1) și calcularea înălțimii H a obstacolului (sau a obstacolelor). Calculatorul coordonatelor țintă răspunde numai la situațiile în care m = 1 și estimează coordonatele și coordonatele unghiulare ale țintelor unice.
Pentru valori suficient de mici ale lui F, (
10. o) o singură țintă cu o înălțime de 1 m corespunde cu cazul m = 1.
Cazul m 2. 3 corespunde unui obstacol cu o înălțime H de ordin n 10 m sau mai mare (n = 1,2).
Precizia estimării înălțimii obstacolului H depinde de banda filtru Doppler Ff, de lungimea de undă a radarului, viteza de zbor a avionului VH, unghiurile n. în fața obstacolului și este estimată în funcție de raport
unde poziția medie, superioară și inferioară a sectorului unghiular în raport cu filtrul doppler j corespunzător.
În Fig. 6 prezintă dependența experimentală a exactității H / evaluare H înălțime obstacol în funcție de distanța D la obstacol, viteza VH aeronave de zbor altitudinea H obstacole în = 8,6 mm, Ff = 60 Hz și h = 50 m și pentru trei valori ale vitezei aeronavei :
VH = 25 m / s (linii pline), VH = 42 m / s (linii punctate):
VH = 86 m / s (linii punct-liniuță).
Din dependențele experimentale prezentate rezultă că precizia estimării H / H a înălțimii H a obstacolului crește cu intervalul de scădere D la obstacol, înălțimea obstacolului H și viteza VH LA. Rezultatele obținute corespund nevoilor reale de pilotare a aeronavei, atunci când precizia estimării înălțimii obstacolului H ar trebui să crească atunci când se apropie obstacolul și se mărește viteza de apropiere a acestuia.
Salturile în dependențele (H / H) / H din Fig. 6 explică valoarea de măsurare lizibilitatea f pieptene filtru de bandă îngustă cu fiecare bandă Ff. când semnalul reflectat din partea superioară a obstacolului trece de la un filtru Doppler la unul adiacent. Aceste pauze sunt în mare măsură eliminate utilizând prelucrarea în comun a informațiilor în banca de filtrare adiacente, având în vedere că amplitudinea semnalului de la ieșirea filtrului de bandă îngustă Doppler-j th este invers proporțională cu detuning în raport cu semnalul și maximul când filtrul j-benzi acoperă în întregime secțiunea j-a spectrului semnal.
Odată cu scăderea Ff a benzii Doppler, crește și precizia estimării H / H a înălțimii H a obstacolului. Cu toate acestea, timpul necesar de acumulare coerentă a semnalului crește atunci când este detectat, pe de o parte; în același timp, timpul real de acumulare coerentă a semnalului scade datorită scăderii timpului petrecut pe semnal în timpul ciclului de procesare în radarul din acest filtru, datorită mișcării aeronavei la o viteză VH. Calculele și modelarea au arătat că zborul aeronavei în intervalul de viteză 150. 280 km / h la = 8.6 mm, valoarea optimă a Fph este de aproximativ 30. 60 Hz. În acest caz, aeronava pe ciclu de ceas (
30 ms) se deplasează în jur de 3,5 m (pentru condițiile prezentate în figura 6), care este comparabilă cu cea prezentată în fig. 6 valori ale lui H / H.
2. Radar cu rezoluție crescută pe coordonate unghiulare. Brevetul U.S. Nr. 4,903,030, MKI G 01 D 13/72; 7.2.87. publ. 02/20/90; NCI 342/113.
3. Cherwek R.A. Coerența orientării solicitantului activ, concepte pentru rachete tactice. - "EASCON '78" Rec. IEEE Electron și Aerospace Syst. Conven. Arligton. Vo. Septembrie 25-27, 1978, New York, N.Y. 1978, p. 199-202.
4. EK Al-Husaini. Caracteristicile detectoarelor "minime" și "maxime" în integrarea impulsurilor M. - TIER, 1988, vol. 76, nr. 6, pp. 101-102.
1. sunt detectate și evaluate O metodă pentru determinarea parametrilor obstacolelor la sol în timpul zborului avionului la altitudine joasă, cuprinzând etapele care efectuează bandă îngustă filtrare ieșirea semnalului Doppler al receptorului aparatului radar coordonate scopuri unice RadioContrast la sol, caracterizată prin aceea că hârlețul forma modelul de antenă radar, orientat în direcția vectorului vitezei de zbor a aeronavei, sunt scanate azimut într-un unghiular sector produc Doppler îngustare limitată a fasciculului în elevație prin filtrare multicanal Doppler a întârzierii ecoului se realizează semnalul de detecție în toate filtrele, calculată distanța D la obstacolele terestre evaluate lățimea f a semnalelor de spectru Doppler reflectate de obstacole mari care prin raportul
unde Vn este viteza de zbor a aeronavei;
- lungimea de undă a radarului;
h este altitudinea zborului aeronavei deasupra suprafeței subiacente,
se calculează înălțimea H a obstacolului la sol și azimutul obstacolului de la sol este determinat din poziția unghiulară a antenei în plan orizontal.
2. Metodă conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că detectarea și evaluarea unică terestre coordonate ținte RadioContrast porțiuni ale spectrului reflectată de suprafața de semnal izolate, depășind nivelul spectrului de reflexii de fond, lățimea care nu depășește filtrele singur Doppler filtru pieptene de bandă îngustă în lățime de bandă Doppler ray training.