Способ определения дальности до поверхности земли - RU2717233C1

Описание

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при построении различных радиолокационных систем, предназначенных для определения дальности от движущегося объекта до поверхности земли, использующих принцип отражения радиоволн.

Известен аналог - способ определения дальности до поверхности земли (В.И. Вербицкий, Н.Н. Калмыков, С.А. Мельников, В.В. Соловьев, А.С. Рыжков. Радиовысотомер больших высот с ФКМ сигналом, Сборник трудов Третьей Всероссийской научно-технической конференции «Радиовысотометрия-2010», Каменск-Уральский, 2010 г., стр. 206-210), применяемый в радиовысотомерах, заключающийся в излучении зондирующих сигналов в направлении поверхности земли, в качестве которых используют радиоимпульсы с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией.

Реализация способа-аналога заключается в следующем.

Задают диапазон определяемых дальностей.

Используют в качестве зондирующих сигналов радиоимпульсы с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией.

Определяют параметры радиоимпульсов, исходя из требований:

- радиоимпульсы должны иметь постоянные длительность t_u, и период повторения T_n.

- радиоимпульсы должны состоять из N монохроматических субимпульсов длительностью τ, где N - постоянная величина;

- максимальная длительность радиоимпульсов t_u должна быть ограничена временем распространения сигнала от нижней границы диапазона определяемых дальностей до поверхности земли и обратно.

Реализуют фазокодовую внутриимпульсную манипуляцию модулированием М-последовательностями начальных фаз субимпульсов, принимающих одно из двух значений 0 или π.

Излучают в направлении поверхности земли зондирующие сигналы на постоянной несущей частоте ƒ_н.

Принимают сигналы, отраженные от поверхности земли.

Проводят согласованную фильтрацию отраженных сигналов с использованием в качестве весовых коэффициентов кодов, формирующих модулирующие М-последовательности.

Определяют дальность до поверхности земли.

В способе-аналоге радиоимпульсы имеют постоянные длительность t_u и количество N монохроматических субимпульсов длительностью τ, что требует увеличения уровня мощности излучаемых радиоимпульсов при определении дальности до поверхности земли вблизи верхней границы диапазона определяемых дальностей.

Излучение зондирующих сигналов на постоянной несущей частоте с большим уровнем пиковой мощности излучаемых радиоимпульсов приводит к снижению функциональных возможностей способа при определении дальности до поверхности земли.

Известен способ определения дальности до поверхности земли (патент №2685702 РФ, МПК G01S 13/32 (2006.01). Способ определения дальности до поверхности земли / Хрусталев А.А., Артемьев В.В. // Изобретения. Полезные модели. - 2019. - Опубл. 23.04.2019. - Бюл. №12), выбранный за прототип, применяемый в радиовысотомерах, заключающийся в излучении зондирующих сигналов в направлении поверхности земли, в качестве которых используют радиоимпульсы с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией.

Реализация способа-прототипа осуществляется в два этапа (предварительный и основной) и заключается в следующем.

Предварительный этап обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли.

Реализуется предварительный этап обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли следующим образом.

Задают диапазон определяемых дальностей.

Используют в качестве зондирующих сигналов радиоимпульсы с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией, имеющие несущую частоту ƒ_н, длительность t_u, период повторения T_n, и состоящие из N монохроматических субимпульсов длительностью τ.

Реализуют фазокодовую внутриимпульсную манипуляцию модулированием М-последовательностями начальных фаз субимпульсов, принимающих одно из двух значений 0 или π.

Осуществляют перестройку несущей частоты ƒ_н радиоимпульсов от радиоимпульса к радиоимпульсу по случайному равновероятному закону в заданном диапазоне частот в каждом периоде повторения радиоимпульсов. Несущая частота ƒ_нi для каждого i-го радиоимпульса постоянна.

Разбивают диапазон определяемых дальностей до поверхности земли на j поддиапазонов, где первый поддиапазон начинают с минимальной дальности до поверхности, а последний - заканчивают максимальной дальностью до поверхности.

Устанавливают в каждом поддиапазоне определяемых дальностей длительности радиоимпульсов, период повторения радиоимпульсов и количество монохроматических субимпульсов фиксированными, для каждого j-го поддиапазона определяемых дальностей.

Определяют длительность t_uj радиоимпульсов как разность между временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для минимальной дальности данного поддиапазона и первой временной константой k₁, определяемой условиями определения дальности до поверхности земли на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли, для каждого j-го поддиапазона определяемых дальностей.

Определяют период повторения радиоимпульсов T_nj как сумму времени распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для максимальной дальности данного поддиапазона, длительности t_uj радиоимпульса для j-го поддиапазона и второй временной константы k₂, определяемой временем, необходимым на перестройку несущей частоты от радиоимпульса к радиоимпульсу в каждом периоде повторения по случайному равновероятному закону в заданном диапазоне частот и временем, необходимым на прием сигналов, отраженных от поверхности земли в заданном секторе углов на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли.

Определяют для каждого j-го поддиапазона определяемых дальностей, количество N_j монохроматических субимпульсов радиоимпульсе как отношение длительности t_uj радиоимпульсов к длительности монохроматических субимпульсов (постоянная величина) с округлением до ближайшего целого в меньшую сторону.

Проводят согласованную фильтрацию принятых отраженных сигналов с использованием в качестве весовых коэффициентов кодов, формирующих на предварительном этапе модулирующие М-последовательности.

Проводят обнаружение отраженных сигналов в первом поддиапазоне, причем число проинтегрированных отраженных сигналов, необходимых для обнаружения, определяют с учетом заданных коэффициента различимости и вероятности ложной тревоги.

При отсутствии обнаружения в первом поддиапазоне обнаружение отраженных сигналов осуществляют во втором поддиапазоне, и так проводят обнаружение отраженных сигналов во всех поддиапазонах, последовательно увеличивая номер поддиапазона.

После обнаружения отраженных сигналов в одном из поддиапазонов грубо определяют дальность до поверхности земли и переходят к основному этапу определения дальности до поверхности земли.

Основной этап определения дальности до поверхности земли.

Основной этап определения дальности до поверхности земли осуществляется следующим образом.

Используют определенное на предварительном этапе значение грубо определенной дальности до поверхности земли в качестве априорной дальности, т.е. определенной в (i-1)-ом периоде.

Определяют длительности t_ui радиоимпульсов в i-ом периоде повторения радиоимпульсов, период повторения T_ni для i-го радиоимпульса и количество N_i монохроматических субимпульсов в i-ом радиоимпульсе.

Определяют длительности t_ui радиоимпульсов в i-ом периоде повторения радиоимпульсов как разности между временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для дальности, определенной в (i-1)-ом периоде и третьей временной константой k₃, определяемой условиями определения дальности до поверхности земли.

Определяют значение периода повторения T_ni для i-го радиоимпульса как сумму времени распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для дальности, определенной в (i-1)-ом периоде, длительности t_ui радиоимпульсов в i-ом периоде и четвертой временной константы k₄, определяемой временем, необходимым на перестройку несущей частоты от радиоимпульса к радиоимпульсу в каждом периоде повторения по случайному равновероятному закону в заданном диапазоне частот и временем, необходимым на прием сигналов, отраженных от поверхности земли в заданном секторе углов.

Определяют количество N_i монохроматических субимпульсов в i-ом радиоимпульсе как отношения длительности радиоимпульса в i-ом периоде повторения к длительности монохроматических субимпульсов (постоянная величина) с округлением до ближайшего целого в меньшую сторону.

Принимают сигналы, отраженные от поверхности земли.

Проводят согласованную фильтрацию отраженных сигналов с использованием в качестве весовых коэффициентов кодов, формирующих на основном этапе модулирующие М-последовательности.

Осуществляют точное определение дальности до поверхности земли без интегрирования отраженных сигналов.

При потере отраженных сигналов на основном этапе переходят к предварительному этапу обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли для повторного обнаружения отраженных сигналов.

Недостатком способа-прототипа является большое время обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли.

В способе-прототипе диапазон определяемых дальностей до поверхности земли разбивают на j поддиапазонов, где первый поддиапазон начинают с минимальной дальности до поверхности, а последний - заканчивают максимальной дальностью до поверхности.

Обнаружение отраженных сигналов сначала проводят в первом поддиапазоне. При отсутствии обнаружения в первом поддиапазоне обнаружение отраженных сигналов осуществляют во втором поддиапазоне, и так проводят обнаружение отраженных сигналов во всех поддиапазонах, последовательно увеличивая номер поддиапазона.

При нахождении отраженных сигналов в последнем поддиапазоне время обнаружения отраженных сигналов будет определяться суммой времен обнаружения отраженных сигналов по всем j поддиапазонам.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является сокращение времени обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов.

Технический результат достигается тем, что в способе определения дальности до поверхности земли, проводимом в два этапа (предварительный и основной), заключающемся в излучении на обоих этапах зондирующих сигналов в направлении поверхности земли, использовании в качестве зондирующих сигналов радиоимпульсов, состоящих из монохроматических субимпульсов длительностью τ, с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией, которую реализуют модулированием М-последовательностями начальных фаз субимпульсов, принимающих одно из двух значений 0 или π, перестройке несущей частоты ƒ_н радиоимпульсов от радиоимпульса к радиоимпульсу по случайному равновероятному закону в каждом периоде повторения, грубом определении дальности до поверхности земли на предварительном этапе путем установки фиксированными длительности радиоимпульсов, периода повторения радиоимпульсов и количества монохроматических субимпульсов, разбиения диапазона определяемых дальностей до поверхности земли на поддиапазоны, где первый поддиапазон начинают с минимальной дальности до поверхности, а последний - заканчивают максимальной дальностью до поверхности, проведения согласованной фильтрации принятых отраженных сигналов, обнаружения отраженных сигналов в одном из поддиапазонов, грубого определения дальности до поверхности земли и определения дальности до поверхности земли на основном этапе путем использования определенного на предварительном этапе значения грубо определенной дальности до поверхности земли в качестве априорной дальности для установки параметров радиоимпульсов на основном этапе, на предварительном этапе длительность t_uc радиоимпульсов определяют как разность между временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для минимальной дальности данного диапазона и первой временной константой k₁, период повторения радиоимпульсов T_nc определяют как сумму времени распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для максимальной дальности, длительности t_uc радиоимпульса и второй временной константы k₂, количество N_c монохроматических субимпульсов радиоимпульсе определяют как отношение длительности t_uc радиоимпульсов к длительности монохроматических субимпульсов (постоянная величина) с округлением до ближайшего целого в меньшую сторону, производят согласованную фильтрацию отраженных сигналов одновременно во всех ƒ поддиапазонах определяемых дальностей, на которые разбит диапазон определяемых дальностей до поверхности земли, в каждом из ƒ поддиапазонов проводят согласованную фильтрацию отраженных сигналов с использованием в качестве весовых коэффициентов кодов согласованной фильтрации, образованных из кодов длительностью t_u, формирующих модулирующие М-последовательности, вырезанием фрагментов длительностью t_uƒ для каждого ƒ поддиапазона определяемых дальностей, отсчет длительностей t_uƒ кодов согласованной фильтрации для ƒ всех поддиапазонов определяемых дальностей производят от конца кодов длительностью t_u, определяют длительности t_uƒ кодов согласованной фильтрации, как разность между временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для минимальной дальности поддиапазона t_min(ƒ) и первой временной константой k₁, устанавливают длительности t_uƒ кодов согласованной фильтрации фиксированными для каждого ƒ поддиапазона определяемых дальностей, производят обнаружение отраженных сигналов одновременно во всех ƒ поддиапазонах определяемых дальностей, число проинтегрированных отраженных сигналов, необходимых для обнаружения, определяют с учетом заданного коэффициента различимости и заданной вероятности ложной тревоги, производят поиск и обнаружение сигнала, отраженного от поверхности земли в каждом ƒ-м поддиапазоне, во временном интервале, соответствующем временному интервалу от минимального значения измеряемой дальности поддиапазона определяемых дальностей до максимального значения измеряемой дальности данного поддиапазона определяемых дальностей, после обнаружения отраженных сигналов в одном из поддиапазонов грубо определяют дальность до поверхности земли.

Способ определения дальности до поверхности земли реализуется следующим образом.

Реализуют предварительный этап обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли следующим образом.

Используют в качестве зондирующих сигналов радиоимпульсы с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией.

Реализуют фазокодовую внутриимпульсную манипуляцию модулированием М-последовательностями начальных фаз субимпульсов, принимающих одно из двух значений 0 или π.

Определяют параметры радиоимпульсов: значения длительности t_uc и периода повторения T_nc радиоимпульсов, количества монохроматических субимпульсов N_c длительностью τ.

Длительность t_uc, период повторения радиоимпульсов T_nc и количество монохроматических субимпульсов N_c устанавливают фиксированными, для всего диапазона определяемых дальностей.

Длительность t_uc радиоимпульсов определяют, как разность между временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для минимальной дальности диапазона t_min(_c) и первой временной константой k₁, определяемой на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли.

Время распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для минимальной дальности диапазона равно:

где R_(c) - минимальная дальность диапазона;

с - скорость распространения электромагнитных волн.

Значение длительности t_uc радиоимпульса определяют:

где k₁ - первая временная константа, определяемая условиями определения дальности до поверхности земли.

где t_мз - время, определяемое величиной «мертвой» зоны приемника измерителя дальности при измерении дальности;

t_nu - время, определяемое погрешностью измерения дальности измерителя дальности;

t_uв - время, определяемое максимальным изменением высоты рельефа поверхности земли за время обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли;

t_вc - время, определяемое изменением дальности до поверхности земли за время обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли при наличии вертикальной скорости движения движущегося объекта.

Значение периода повторения T_nc определяют, как сумму времени распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для максимальной дальности t_max(c), длительности t_uc радиоимпульса и второй временной константы k₂, определяемой на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли.

Значение периода повторения T_nc определяют:

t_пep - время, необходимое на перестройку несущей частоты от радиоимпульса к радиоимпульсу в каждом периоде повторения по случайному (равновероятному) закону в заданном диапазоне частот;

t_изм - время, необходимое на прием сигналов, отраженных от поверхности земли в заданном секторе углов.

Количество N_c монохроматических субимпульсов в радиоимпульсе определяют, как отношение длительности t_uc радиоимпульсов к длительности монохроматических субимпульсов (постоянная величина) с округлением до ближайшего целого в меньшую сторону.

Количество N_c монохроматических субимпульсов определяют:

где

t_uc - длительность радиоимпульса;

τ - длительность монохроматических субимпульсов (постоянная величина).

Излучают в направлении поверхности земли зондирующие сигналы на перестраиваемой от радиоимпульса к радиоимпульсу несущей частоте ƒ_нi. Перестройку несущей частоты ƒ_нi производят в каждом периоде повторения по случайному (равновероятному) закону в заданном диапазоне частот. Несущая частота ƒ_нi для каждого i-го радиоимпульса постоянна.

Принимают отраженные от поверхности земли зондирующие сигналы.

Диапазон определяемых дальностей до поверхности земли при обнаружении отраженных сигналов разбивают на ƒ поддиапазонов, где первый поддиапазон начинают с минимальной дальности до поверхности, а последний - заканчивают максимальной дальностью до поверхности.

Проводят согласованную фильтрацию отраженных сигналов в каждом из ƒ поддиапазонов с использованием в качестве весовых коэффициентов кодов согласованной фильтрации, образованных из кодов, формирующих на предварительном этапе модулирующие М-последовательности.

Определяют значения длительности кодов согласованной фильтрации для каждого ƒ поддиапазона определяемых дальностей, образованных вырезанием из кодов длительностью t_u, формирующих модулирующие М-последовательности, фрагментов длительностью t_uƒ для каждого ƒ поддиапазона определяемых дальностей.

Отсчет длительностей t_uƒ кодов согласованной фильтрации для ƒ всех поддиапазонов определяемых дальностей производят от конца кодов длительностью t_u, формирующих модулирующие М-последовательности.

Длительность t_uƒ кодов согласованной фильтрации определяют, как разность между временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для минимальной дальности поддиапазона t_min(ƒ) и первой временной константой k₁, определяемой на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли.

Время распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для минимальной дальности поддиапазона равно:

где R_(ƒ) - минимальная дальность поддиапазона;

с - скорость распространения электромагнитных волн.

Значение длительности t_uƒ кода согласованной фильтрации определяют:

Длительности t_uƒ кодов согласованной фильтрации устанавливают фиксированными для каждого ƒ поддиапазона определяемых дальностей.

Производят обнаружение отраженных сигналов и грубое определение дальности до поверхности земли.

Обнаружение отраженных сигналов производят одновременно во всех ƒ поддиапазонах определяемых дальностей, причем число проинтегрированных отраженных сигналов, необходимых для обнаружения, определяют с учетом заданного коэффициента различимости и заданной вероятности ложной тревоги.

Поиск и обнаружение сигнала, отраженного от поверхности земли в каждом ƒ-м поддиапазоне, производят во временном интервале, соответствующем временному интервалу от минимального значения измеряемой дальности поддиапазона определяемых дальностей до максимального значения измеряемой дальности данного поддиапазона определяемых дальностей, разбитом на М парциальных интервалов (М>>1) времени равной длительности Δt, каждому из которых соответствует свой селектирующий импульс.

Поиск и обнаружение отраженного сигнала производят одновременно по всем селектирующим импульсам, что сокращает время обнаружения сигнала.

Отраженный сигнал считается обнаруженным, когда в одном из селектирующих импульсов Δt_M∈MΔt происходит превышение порога накопления р (р>1).

Чем больше значение порога накопления р, тем больше отраженных сигналов надо проинтегрировать и тем выше вероятность правильного обнаружения и меньше вероятность ложного срабатывания при обнаружении отраженного сигнала.

На практике максимальное значение порога накопления р ограничено временем, в течение которого сигнал, отраженный от поверхности земли, находится в пределах одного и того же селектирующего импульса. За счет интегрирования (накопления) отраженных сигналов обнаружение отраженных сигналов происходит с низкой вероятностью ложной тревоги и высокой вероятностью правильного обнаружения и может происходить при значениях отношения сигнал-шум близких к единице.

После обнаружения отраженных сигналов в одном из ƒ поддиапазонов определяемых дальностей, определяют грубое значение дальности до поверхности земли.

Временную задержку t_З(ƒ) измеряют в поддиапазоне определяемых дальностей, в котором произошло обнаружение отраженного сигнала, между моментом излучения зондирующего сигнала и фронтом селектирующего импульса, в котором произошло обнаружение отраженного сигнала.

Значение t_З(ƒ) определяет значение грубо определенной дальности до поверхности земли.

Основной этап определения дальности до поверхности земли осуществляется следующим образом.

Используют определенное на предварительном этапе значение грубо определенной дальности до поверхности земли в качестве априорной дальности, т.е. определенной в (i-1)-ом периоде.

Определяют параметры радиоимпульсов: длительность t_ui и период повторения T_ni радиоимпульсов, количество N_i монохроматических субимпульсов длительностью τ.

Длительность t_ui периода повторения T_ni радиоимпульсов и количество N_i монохроматических субимпульсов в i-ом периоде повторения радиоимпульсов определяют в зависимости от дальности до поверхности земли, определенной в (i-1)-ом периоде повторения (в предыдущем периоде повторения).

Значение длительности t_ui радиоимпульса в i-ом периоде повторения определяют:

где t_З(i-1) - время распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для дальности, определенной в (i-1)-ом периоде.

где R_(i-1) - дальность до поверхности земли, определенная в (i-1)-ом периоде повторения;

k₃ - третья временная константа, определяемая условиями определения дальности до поверхности земли.

где t_мз - время, определяемое величиной «мертвой» зоны приемника измерителя дальности при измерении дальности;

t_nu - время, определяемое погрешностью измерения дальности измерителя дальности;

t_uв - время, определяемое максимальным изменением высоты рельефа поверхности земли за один период повторения радиоимпульсов;

t_вс - время, определяемое изменением дальности до поверхности земли за один период повторения радиоимпульсов при наличии вертикальной скорости движения движущегося объекта.

В начале работы на втором этапе за время распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для дальности, определенной в (i-1)-ом периоде повторения, принимают грубое значение дальности до поверхности земли t_З(ƒ), определенное на первом этапе.

Значение периода повторения T_ni для i-го радиоимпульса определяют:

где k₄ - четвертая временная константа, определяемая временем, необходимым на перестройку несущей частоты от радиоимпульса к радиоимпульсу в каждом периоде повторения по случайному равновероятному закону в заданном диапазоне частот и временем, необходимым на прием сигналов, отраженных от поверхности земли в заданном секторе углов.

t_пep - время, необходимое на перестройку несущей частоты от радиоимпульса к радиоимпульсу в каждом периоде повторения по случайному (равновероятному) закону в заданном диапазоне частот;

t_изм - время, необходимое на прием сигналов, отраженных от поверхности земли в заданном секторе углов.

Количество N_i монохроматических субимпульсов в i-ом радиоимпульсе определяют:

где

t_ui - длительность радиоимпульса в i-ом периоде повторения;

τ - длительность монохроматических субимпульсов (постоянная величина).

Излучают в направлении поверхности земли зондирующие сигналы на перестраиваемой от радиоимпульса к радиоимпульсу несущей частоте ƒ_нi.

Принимают сигналы, отраженные от поверхности земли.

Проводят согласованную фильтрацию отраженных сигналов во всем диапазоне определяемых дальностей с использованием в качестве весовых коэффициентов кодов, формирующих на основном этапе модулирующие М-последовательности.

Осуществляют точное определение дальности до поверхности земли без интегрирования отраженных сигналов.

При потере отраженных сигналов на основном этапе переходят к предварительному этапу обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли для повторного обнаружения отраженных сигналов.

Данный способ определения дальности до поверхности земли имеет существенные отличия от прототипа, поскольку обеспечивается сокращение времени обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли на предварительном этапе обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли.

В способе-прототипе диапазон определяемых дальностей до поверхности земли разбивают на j поддиапазонов, где первый поддиапазон начинают с минимальной дальности до поверхности, а последний - заканчивают максимальной дальностью до поверхности.

Обнаружение отраженных сигналов сначала проводят в первом поддиапазоне. При отсутствии обнаружения в первом поддиапазоне обнаружение отраженных сигналов осуществляют во втором поддиапазоне, и так проводят обнаружение отраженных сигналов во всех поддиапазонах, последовательно увеличивая номер поддиапазона.

При нахождении отраженных сигналов в последнем поддиапазоне время обнаружения отраженных сигналов будет определяться суммой времен обнаружения отраженных сигналов по всем j поддиапазонам.

Кроме того, данный способ определения дальности до поверхности земли имеет дополнительные существенные отличия от аналога.

В данном способе определения дальности до поверхности земли обеспечивается расширение функциональных возможностей при определении дальности до поверхности земли за счет:

- перестройки несущей частоты радиоимпульсов от радиоимпульса к радиоимпульсу по случайному равновероятному закону;

- снижения требований к стабильности фазы зондирующих сигналов. Стабильность фазы зондирующих сигналов требуется не за время полного периода зондирующих сигналов, а лишь за время, соответствующее времени излучения данного радиоимпульса. А эффект Доплера практически не оказывает влияния при обработке отраженных сигналов, т.к. осуществляется перестройка несущей частоты радиоимпульсов от радиоимпульса к радиоимпульсу по случайному равновероятному закону.

- снижения уровня пиковой мощности излучаемых радиоимпульсов, которое обусловлено двумя факторами:

а) значение длительности t_ui радиоимпульса в i-ом периоде повторения - величина переменная и определяется дальностью до поверхности земли, измеренной в предыдущем периоде измерений (временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для дальности, определенной в предыдущем периоде). Это позволяет изменять количество N_i монохроматических субимпульсов длительностью τ в излучаемых радиоимпульсах, увеличивая их количество при увеличении измеряемой дальности, и, тем самым, не требовать увеличения уровня мощности излучаемых радиоимпульсов при определении дальности до поверхности земли вблизи верхней границы диапазона определяемых дальностей. Так N_i может составлять единицы при малых дальностях и сотни - при больших дальностях. При этом выигрыш в отношении сигнал/шум за счет когерентной обработки может составить десятки децибел;

б) значение периода повторения T_ni для i-гo радиоимпульса - величина переменная и определяется значением длительности t_ui радиоимпульса в i-ом периоде повторения, временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для дальности, определенной в предыдущем периоде и константой, значение которой в основном определяется временем, необходимым на перестройку несущей частоты от радиоимпульса к радиоимпульсу в каждом периоде повторения. Это позволяет изменять значение периода повторения T_ni для i-го радиоимпульса, обеспечивая однозначность измерения дальности до поверхности земли. Необходимо отметить, что наличие константы приводит к тому, что скважность радиоимпульсов является переменной и уменьшается при увеличении измеряемой дальности, тем самым увеличивая среднюю мощность излучаемых радиоимпульсов. Так скважность радиоимпульсов может составлять единицы при больших дальностях и сотни (и даже тысячи) - при малых дальностях.

Таким образом, данный способ определения дальности до поверхности земли имеет существенные отличия от известных способов определения дальности, поскольку обеспечивается сокращение времени обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли и расширение функциональных возможностей при определении дальности до поверхности земли.

Реферат

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при построении различных радиолокационных систем, предназначенных для определения дальности от движущегося объекта до поверхности земли, использующих принцип отражения радиоволн. Техническим результатом предлагаемого изобретения является сокращение времени обнаружения отраженных сигналов и грубого определения дальности до поверхности земли. В способе определения дальности до поверхности земли, заключающемся в использовании в качестве зондирующих сигналов радиоимпульсов, состоящих из N монохроматических субимпульсов, с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией, изменении несущей частоты радиоимпульсов периода повторения и длительности от радиоимпульса к радиоимпульсу, приеме сигналов, отраженных от поверхности земли, проведении согласованной фильтрации отраженных сигналов и определении дальности до поверхности земли на предварительном этапе период повторения, длительность зондирующих радиоимпульсов и количество монохроматических субимпульсов устанавливают фиксированными, а обнаружение отраженных сигналов производят одновременно во всем диапазоне определяемых дальностей с разбиванием диапазона определяемых дальностей до поверхности земли на ƒ поддиапазонов, в каждом из которых проводят согласованную фильтрацию отраженных сигналов.

Формула

Способ определения дальности до поверхности земли, проводимый в два этапа (предварительный и основной), заключающийся в излучении на обоих этапах зондирующих сигналов в направлении поверхности земли, использовании в качестве зондирующих сигналов радиоимпульсов, состоящих из монохроматических субимпульсов длительностью τ, с непериодической фазокодовой внутриимпульсной манипуляцией, которую реализуют модулированием М-последовательностями начальных фаз субимпульсов, принимающих одно из двух значений 0 или π, перестройке несущей частоты ƒ_н радиоимпульсов от радиоимпульса к радиоимпульсу по случайному равновероятному закону в каждом периоде повторения, грубом определении дальности до поверхности земли на предварительном этапе путем установки фиксированными длительности радиоимпульсов, периода повторения радиоимпульсов и количества монохроматических субимпульсов, разбиения диапазона определяемых дальностей до поверхности земли на поддиапазоны, где первый поддиапазон начинают с минимальной дальности до поверхности, а последний заканчивают максимальной дальностью до поверхности, проведения согласованной фильтрации принятых отраженных сигналов, обнаружения отраженных сигналов в одном из поддиапазонов, грубого определения дальности до поверхности земли и определения дальности до поверхности земли на основном этапе путем использования определенного на предварительном этапе значения грубо определенной дальности до поверхности земли в качестве априорной дальности для установки параметров радиоимпульсов на основном этапе, отличающийся тем, что на предварительном этапе длительность t_uc радиоимпульсов определяют как разность между временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для минимальной дальности данного диапазона и первой временной константой k₁, период повторения радиоимпульсов Т_nс определяют как сумму времени распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для максимальной дальности, длительности t_uc радиоимпульса и второй временной константы k₂, количество N_c монохроматических субимпульсов врадиоимпульсе определяют как отношение длительности t_uc радиоимпульсов к длительности монохроматических субимпульсов (постоянная величина) с округлением до ближайшего целого в меньшую сторону, производят согласованную фильтрацию отраженных сигналов одновременно во всех ƒ поддиапазонах определяемых дальностей, на которые разбит диапазон определяемых дальностей до поверхности земли, в каждом из

ƒ поддиапазонов проводят согласованную фильтрацию отраженных сигналов с использованием в качестве весовых коэффициентов кодов согласованной фильтрации, образованных из кодов длительностью t_u, формирующих модулирующие М-последовательности, вырезанием фрагментов длительностью t_uƒ для каждого ƒ поддиапазона определяемых дальностей, отсчет длительностей t_uƒ кодов согласованной фильтрации для ƒ всех поддиапазонов определяемых дальностей производят от конца кодов длительностью t_u, определяют длительности t_uƒ кодов согласованной фильтрации, как разность между временем распространения сигнала от движущегося объекта до поверхности земли и обратно для минимальной дальности поддиапазона t_min(ƒ) и первой временной константой k₁, устанавливают длительности t_uƒ кодов согласованной фильтрации фиксированными для каждого ƒ поддиапазона определяемых дальностей, производят обнаружение отраженных сигналов одновременно во всех ƒ поддиапазонах определяемых дальностей, число проинтегрированных отраженных сигналов, необходимых для обнаружения, определяют с учетом заданного коэффициента различимости и заданной вероятности ложной тревоги, производят поиск и обнаружение сигнала, отраженного от поверхности земли в каждом ƒ-м поддиапазоне, во временном интервале, соответствующем временному интервалу от минимального значения измеряемой дальности поддиапазона определяемых дальностей до максимального значения измеряемой дальности данного поддиапазона определяемых дальностей, после обнаружения отраженных сигналов в одном из поддиапазонов грубо определяют дальность до поверхности земли.