radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2024-27-3-68-80radioelectronics-890Research ArticleРАДИОЛОКАЦИЯ И РАДИОНАВИГАЦИЯRADAR AND NAVIGATIONСпособ двухэтапного радиолокационного измерения частоты следования лопастей винтовых летательных аппаратовMethod for Two-Stage Radar Measurement of the Blade Repetition Rate of a Propeller-Driven AircraftГейстерС. Р.HeisterS. R.

Гейстер Сергей Романович - доктор технических наук (2004), профессор (2006), главный научный сотрудник ОАО "АЛЕВКУРП".

ул. Московская, д. 1а, Королев Стан, 223050

Sergey R. Heister - Dr Sci. (Eng.) (2004), Professor (2006), Chief Researcher of the JSC "ALEVKURP".

1a, Moscow St., Korolev Stan 223050

hsr_1960@yahoo.comКириченкоВ. В.KirichenkoV. V.

Кириченко Валерий Викторович - старший научный сотрудник ОАО "АЛЕВКУРП".

ул. Московская, д. 1а, Королев Стан, 223050

Valery V. Kirichenko - Senior Researcher at the JSC "ALEVKURP".

1a, Moscow St., Korolev Stan 223050

kirvv1964@yandex.ruОАО "АЛЕВКУРП"БеларусьJSC "ALEVKURP"Belarus2024010720242736880Copyright © Гейстер С.Р., Кириченко В.В., 20242024Гейстер С.Р., Кириченко В.В.Heister S.R., Kirichenko V.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/890Введение

Введение. Радиолокационные изображения винтов летательных аппаратов позволяют существенно улучшить качество решения задач распознавания и защиты от имитирующих помех. Эти изображения могут быть получены с использованием алгоритмов, основанных на обращенном синтезе апертуры антенны. Ключевым фактором, определяющим качество получения изображений, является точность измерения частоты следования лопастей винта. В 2019 г. предложен способ измерения частоты следования лопастей, основанный на свертке спектра "вторичной" модуляции сигнала с одновременным устранением влияния доплеровской частоты сигнала, отраженного от корпуса летательного аппарата. В основе способа лежит циклически повторяющаяся процедура свертки сигнала. При последовательном анализе количество циклов определяется отношением максимального значения частоты следования лопастей (сотни герц) к дискретному частотному сдвигу (тысячные доли герца). В этом случае для решения задачи измерения требуемое количество циклов составляет сотни тысяч, что приводит к дорогостоящей практической реализации.

Цель работы

Цель работы. Разработка способа двухэтапного измерения частоты следования лопастей, позволяющего сократить количество циклов свертки сигнала в сотни раз.

Материалы и методы

Материалы и методы. Предлагаемый способ направлен на реализацию цепей адаптации к априорно неизвестной частоте вращения винта летательного аппарата, которую можно определить исходя из частоты следования лопастей. Способ предполагает измерение частоты следования лопастей в 2 этапа: на первом этапе выполняется грубое измерение частоты следования лопастей, а на втором - точное измерение в пределах максимальных ошибок грубого измерения.

Результаты

Результаты. Разработан способ двухэтапного измерения частоты следования лопастей в приложении к построению радиолокационных изображений винтов летательных аппаратов. Работоспособность способа иллюстрируется на примере сигнала, отраженного от вертолета Ми-8. Сформировано требование к ошибке измерения частоты следования лопастей и к шагу анализа по частоте на этапе точного измерения. Обосновано требование к частоте повторения зондирующих сигналов, при выполнении которого обеспечивается однозначное восстановление спектра "вторичной" модуляции сигнала, отраженного от лопастей винтовых летательных аппаратов.

Заключение

Заключение. Разработанный способ двухэтапного измерения частоты следования лопастей обеспечивает адаптацию алгоритмов построения радиолокационных изображений винтов летательных аппаратов к частоте вращения этих винтов.

Introduction

Introduction. Radar images of aircraft propellers can significantly improve the quality of their recognition and protection against simulating interference. Such images can be obtained using algorithms based on an inverse antenna aperture synthesis. A key factor determining the quality of image acquisition is the accuracy of the rotor blade rotation frequency measurement. In 2019, a method for measuring the blade repetition rate was proposed, which is based on convolution of the "secondary" signal modulation spectrum while simultaneously eliminating the influence of the Doppler frequency of the signal reflected from the aircraft body. In sequential analysis, the number of cycles is determined by the ratio of the maximum blade repetition rate (hundreds of hertz) to the discrete frequency shift (thousandths of hertz). In this case, to solve the measurement problem, the required number of cycles should be hundreds of thousands, which is expensive in terms of practical implementation.

Aim

Aim. Development of a two-stage method for measuring the blade repetition rate, which allows the number of signal convolution cycles to be reduced by hundreds of times.

Materials and methods

Materials and methods. The proposed method is aimed at implementing adaptation circuits to an a priori unknown rotor speed of an aircraft, which can be determined based on the blade rotation frequency. The method involves measuring the blade frequency in two stages: a rough measurement of the blade frequency rate followed by its accurate measurement within the limits of the maximum errors of the rough measurement.

Results

Results. A method for a two-stage measurement of the blade repetition rate as applied to the construction of radar images of aircraft propellers is proposed. The feasibility of the method is illustrated by the example of a signal reflected from a Mi-8 helicopter. The requirements to the measurement error of the blade repetition rate and to the frequency analysis step at the precise measurement stage are formulated. The requirement to the repetition rate of probing signals is substantiated, the fulfillment of which ensures an unambiguous restoration of the spectrum of "secondary" modulation of the signal reflected from the blades of a propeller-driven aircraft.

Conclusion

Conclusion. The developed method for a two-stage measurement of the blade repetition rate ensures the adaptation of algorithms for constructing radar images of aircraft propellers to their rotation frequency.

радиолокационное изображениевинты летательных аппаратовчастота вращения винтовизмерение частотыradar imageaircraft propellersrotor speedfrequency measurementReferencesRadar Handbook. 3rd ed./ ed. by M. I. Skolnik. McGraw-Hill Education, 2008. 1328 p.Radar Handbook. 3rd ed. Ed. by M. I. Skolnik. McGraw-Hill Education, 2008, 1328 p.Tait P. Introduction to Radar Target Recognition. N. Y.: Institution of Electrical Engineers, 2005. 404 p.Tait P. Introduction to Radar Target Recognition. New York, Institution of Electrical Engineers, 2005, 404 p.Automatic Target Recognition in Synthetic Aperture Radar Imagery: A State-of-the-Art Review / K. El-Darymli, E. Gill, P. McGuire, D. Poewr, C. Moloney // IEEE Access. 2016. Vol. 4. P 6014-6058. doi: 10.1109/ACCESS.2016.2611492El-Darymli K., Gill E., McGuire P., Poewr D., Moloney C. Automatic Target Recognition in Synthetic Aperture Radar Imagery: A State-of-the-Art Review. IEEE Access. 2016, vol. 4, pp. 6014-6058. doi: 10.1109/ACCESS.2016.2611492Jacobs S. P., O'Sullivan J. A. Automatic target recognition using sequences of high resolution radar range-profiles // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2000. Vol. 36, № 2. P. 364-381. doi: 10.1109/7.845214Jacobs S. P., O'Sullivan J. A. Automatic Target Recognition Using Sequences of High Resolution Radar Range-Profiles. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2000, vol. 36, no. 2, pp. 364¬381. doi: 10.1109/7.845214Nebabin V. G. Methods and Techniques of Radar Recognition. Artech House, 1995. 248 p.Nebabin V. G. Methods and Techniques of Radar Recognition. Artech House, 1995. 248 p.Nathanson F. E. Radar design principles. 2nd ed. SciTech Publishing, 1999. 724 p.Nathanson F. E. Radar Design Principles. 2nd ed. SciTech Publishing, 1999, 724 p.Гейстер С. Р. Адаптивное обнаружение-распознавание с селекцией помех по спектральным портретам. Минск: Военная академия РБ, 2000. 172 с.Heister S. R. Adaptive Detection-Recognition with Interference Selection Based on Spectral Portraits. Minsk, Military Academy of the Republic of Belarus, 2000, 172 p. (In Russ.)Shirman Y. D. Computer simulation of aerial target radar scattering: detection, recognition and tracking. Boston-London: Artech house, 2002. 296 p.Shirman Y. D. Computer Simulation of Aerial Target Radar Scattering: Detection, Recognition and Tracking. Boston-London, Artech House, 2002, 296 p.Гейстер С. Р., Нгуен Т. Т. Математические модели радиолокационного сигнала, отраженного от несущего винта вертолета, в приложении к обращенному синтезу апертуры // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2019. Т. 22, № 3. С. 74-87. doi: 10.32603/1993-8985-2019-22-3-74-87Heister S. R., Nguyn T. T. Mathematical Models of the Radar Signal Reflected from a Helicopter Main Rotor in Application to Inverse Synthesis of Antenna Aperture. J. of the Russian Universities. Radioelectronics. 2019, vol. 22, no. 3, pp. 74-87. doi: 10.32603/1993-8985-2019-22-3-74-87 (In Russ.)Плотницкая Е. С., Гейстер С. Р., Веремьев В. И. Математическая модель сигнала, отраженного от винтов квадрокоптера, в приложении к обращенному синтезу апертуры антенны в бистатической РЛС // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2023. Т. 26, № 6. С. 41-53. doi: 10.32603/1993-8985-2023-26-6-41-53Plotnitskaya E. C., Heister S. R., Veremyev V. I. Mathematical Model for a Radar Signal Reflected from Drone Propellers as Applied to the Method of Inverse Synthetic Aperture Radar in Bistatic Radar. J. of the Russian Universities. Radioelectronics. 2023, vol. 26, no. 6, pp. 41¬53. doi: 10.32603/1993-8985-2023-26-6-41-53 (In Russ.)Гейстер С. Р., Пархоменко Н. Г., Гейстер А. С. Спектрально-временная структура сигналов, отраженных от движущихся наземных объектов, в приложении к обращенному синтезу апертуры антенны // Электромагнитные волны и электронные системы. 2011. Т. 16, № 12. С. 27-33.Heister S. R., Parkhomenko N. G., Heister A. S. Spectral-Temporal Structure of Signals Reflected from the Moving Ground Targets in Application to the Inverse Antenna Aperture Synthesis. Electromagnetic Waves and Electronic Systems. 2011, vol. 16, no. 12, pp. 27-33. (In Russ.)Гейстер С. Р., Пархоменко Н. Г., Гейстер А. С. Распознавание и измерение длины движущихся объектов в радиолокаторе с обращенным синтезом апертуры антенны // Электромагнитные волны и электронные системы. 2011. Т. 16, № 11. С. 66-70.Heister S. R., Parkhomenko N. G., Heister A. S. Recognition and Length Measurement of Moving Objects Using Inverse Synthetic Aperture Radars. Electromagnetic Waves and Electronic Systems. 2011, vol. 16, no. 11, pp. 66-70. (In Russ.)Гейстер С. Р., Нгуен Т. Т. Алгоритмы построения радиолокационного изображения винтов в горизонтальной и вертикальной плоскостях летательного аппарата в радиолокационном датчике с обращенным синтезом апертуры антенны // Докл. БГУИР. 2018. № 5 (115). С. 92-98.Heister S. R., Nguyen T. T. The Radar Image Formation Algorithms for Screws of an Aerial Vehicle in Horizontal and Vertical Planes in the Radar Sensor with Inverse Synthesis of Antenna Aperture. Reports of BSUIR. 2018, no. 5 (115), pp. 92-98. (In Russ.)Гейстер С. Р., Нгуен Т. Т. Экспериментальные исследования алгоритмов построения радиолокационных изображений винтов и способа измерения частоты следования лопастей // Докл. БГУИ Р. 2019. № 4 (122). С. 72-78.Heister S. R., Nguyen T. T. Experimental Studies of Radar Image Construction Algorithms for Propellers and Measurement Method for Repetition Frequencies of the Blades. Reports of BSUIR. 2019, no. 4 (122), pp. 72-78. (In Russ.)Гейстер С. Р., Нгуен Т. Т. Способ измерения частот следования лопастей винтов летательного аппарата на основе свертки спектра "вторичной" модуляции // Докл. БГУИР. 2019. № 1 (119). С. 68-74.Heister S. R., Nguyen T. T. Measurement Method for Repetition Frequencies of the Blades of an Aerial Vehicle on the Base of the Convolution of the "Secondary" Modulation Spectrum. Doklady BGUIR. 2019, no. 1 (119), pp. 68-74. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.