Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2021, № 10 · RADIO ENGINEERING

Phasing errors of the matrix simulator of the echo signals of the multi-antenna radar system

M.A. Stepanov1, T.I. Sabitov1, A.V. Kiselev1

1 Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2021.10.14 UDC 621.396.96 EDN EPDDWO

Abstract

This work is devoted to the study of phasing errors of a matrix simulator focused on several receiving points. Errors arising during signal calibration are considered. The phase error compensation procedure is designed for matrix simulators used to simulate echoes for a single receive antenna. It allows to align the phases of the simulator signals and eliminate simulation errors caused by phase errors. It is shown that this procedure does not allow to eliminate phasing errors simultaneously for several receiving antennas. The case of a two-antenna system and a matrix of two emitters is considered. For this case, a relation was obtained for calculating the phase correction, which minimizes the phasing error of the signals. Herewith the magnitude of the error depends on the magnitude of the random displacements of the emitters from the required positions. For a given emitter positioning accuracy, the worst case is investigated, which corresponds to the maximum phase error. Relationships are obtained to estimate this error. On the basis of these relations, the ways of its minimization are established. For a larger number of emitters, a relation is obtained for calculating the maximum possible phasing error. The results obtained can be extended to the case of a larger number of receiving antennas. In order to verify the theoretical results a matrix of two emitters was developed focused on two receiving points. A number of numerical experiments have been carried out, the results of which have confirmed the reliability of the obtained relationships. The results of this work are practically significant, since they determine the requirements for the configuration of the matrix simulator. They allow to determine whether the required phasing can be provided for a given matrix. They can be used in the development of matrix simulators of echo signals of multi-antenna radar systems.

  • hardware-in-the-loop simulation
  • matrix simulator
  • multi-antenna radar system
  • simulation errors
  • phase error compensation
Аннотация (на русском)

Ошибки фазировки матричного имитатора эхосигналов многоантенной радиолокационной системы

Данная работа посвящена исследованию ошибок фазировки матричного имитатора, возникающих при калибровке сигналов излучателей, сфокусированных на несколько точек приема. Известна процедура компенсации фазовых ошибок, разработанная для матричных имитаторов, используемых для моделирования эхосигналов на одну приемную антенну. Она позволяет выровнять фазы сигналов имитатора и устранить ошибки моделирования, обусловленные нарушением фазировки. Показано, что применительно к многоантенным радиолокационным системам данная процедура не позволяет устранить ошибки фазировки одновременно для всех приемных антенн. Рассмотрен случай двухантенной системы и матрицы из двух излучателей. Для данного случая получено соотношение для расчета фазовой поправки, минимизирующее ошибку фазировки сигналов. При этом величина ошибки зависит от величины случайных смещений излучателей от требуемых положений. Для заданной точности позиционирования излучателей имитатора исследован наихудший случай, которому соответствует максимальная фазовая ошибка. Получены соотношения для оценки этой ошибки. На основе данных соотношений установлены пути её минимизации. Для большего числа излучателей получено соотношение для расчета максимально возможной ошибки фазировки. Также полученные результаты могут быть распространены на случай большего числа приемных антенн. С целью проверки теоретических результатов разработана матрица из двух излучателей, сфокусированная на две точки приема. Осуществлен ряд численных экспериментов, результаты которых подтвердили достоверность полученных соотношений. Результаты данной работы практически значимы, так как определяют требования к конфигурации матричного имитатора по критерию достижимости требуемого уровня фазировки сигналов излучателей в точках приема. Они могут быть использованы при разработке матричных имитаторов эхосигналов многоантенных радиолокационных систем.

For citation

Stepanov M.A., Sabitov T.I., Kiselev A.V. Phasing errors of the matrix simulator of the echo signals of the multi-antenna radar system // Journal of Radio Electronics. – 2021. – No. 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.10.14

References

  1. Shannon R. Systems Simulation: The Art and Science. Hoboken, New Jersey, USA Prentice Hall. 1975. 368p.
  2. Урсатьев А.А., Погребная Н.П. Полунатурная модель сигнально-помеховой радиолокационной обстановки. Управляемые системы и машины. 1991. №4. С.102-111.
  3. Bender E. An Introduction to Mathematical Modeling. Mineola, NY, USA, Dover Publications (Educa Books). 2000. 272 p.
  4. Антипов В.Ю., Метельников А.Ю., Токарев Е.Г. Метод и технология полунатурного моделирования бортовых радиосистем ближнего действия фазодоплеровского типа. Вестник Концерна ПВО "Алмаз-Антей". 2016. №1. С.32-41. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2016-1-32-41
  5. Patent USA No. EP2005210A1. Sarafian G. Methods and systems for generating virtual radar targets. Application Date: 01.03.2007. Publication Date: 24.12.2008.
  6. Guo K., Xiao G., Zhai Y., Sheng X. Angular glint error simulation using attributed scattering center models. IEEE Access. 2018. P.35194-35205. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2846538
  7. Patent DE No. 112016000274T5. Haghighi K., Rafieinia F. System for generating virtual radar signatures. Application Date: 21.10.2016 Publication Date: 12.10.2017.
  8. J. Ma, C. Jin, B. Shi, и D. Chen. Analysis of the Simulation Fidelity in Millimeter Wave Simulation System. Theory, Methodology, Tools and Applications for Modeling and Simulation of Complex Systems. 2016. Vol.645. P.333-343. https://doi.org/10.1007/978-981-10-2669-0_37
  9. Ostrovityanov R.V., Basalov F.A. Statistical Theory of extended Radar Targets. Dedham, Massachusetts, USA, Artech House. 1985. 364 p.
  10. Киселев А.В., Степанов М.А. Замещение сложного радиолокационного объекта двухточечной моделью. Известия РАН. Теория и системы управления. 2019. №4. С.76-81. https://doi.org/10.1134/S0002338819040061
  11. Киселев А.В., Подкопаев А.О., Степанов М.А. Оценка и компенсация систематических ошибок калибровки матричного имитатора. Вопросы радиоэлектроники. 2018. №4. С.24-28. https://doi.org/10.21778/2218-5453-2018-4-24-28
  12. Киселев А.В., Сабитов Т.И., Степанов М.А. Имитация углового положения объекта для двухпозиционных систем. Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2020. №2. С.83-88. https://doi.org/10.31857/S0002338820020079
  13. Sabitov T.I., Kiselev A.V., Stepanov M.A., Oreshkina M.V. Simulation of reflected signals in dual-position radar systems. Remote Sensing Letters. 2021. Vol.12. P.1082-1089. https://doi.org/10.1080/2150704X.2021.1964708
  14. Korn G., Korn T. Mathematical Handbook for Scientists and Engineers: Definitions, Theorems, and Formulas for Reference and Review. Mineola, NY, USA, Dover Publications (Educa Books). 2013. 1725 p.
  15. Sherman S.M., Barton D.K. Monopulse Principles and Techniques. Dedham, Mass, USA, Artech House. 2011. 418. p.