ANALYSIS OF DUAL-FREQUENCY INTERFEROMETRY APPLICABILITY FOR TARGET ELEVATION ANGLE MEASUREMENT USING TWO-COORDINATE RADARS

ANALYSIS OF DUAL-FREQUENCY INTERFEROMETRY APPLICABILITY FOR TARGET ELEVATION ANGLE MEASUREMENT USING TWO-COORDINATE RADARS

Subject and Purpose. The study deals with the dual-frequency radio interferometry technique, which is based on the employment of two fairly close frequencies with the aim to remove ambiguity of the radar target elevation estimation using 2D-radar and eliminate 2 pm-uncertainty of the signal phase di...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Date:2023
Main Authors: Galushko, V. G., Vlasenko, O. M., Bulakh, Y. V.
Format: Article
Language:Ukrainian
Published: Видавничий дім «Академперіодика» 2023
Subjects:
radiolocation
two-coordinate radar
phase-difference direction finding
dual-frequency radio interferometry
target elevation angle
numerical simulation
Online Access:http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1413
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Radio physics and radio astronomy

Institution

Radio physics and radio astronomy
id rpra-journalorgua-article-1413
record_format ojs
institution Radio physics and radio astronomy
baseUrl_str
datestamp_date 2023-06-27T05:47:33Z
collection OJS
language Ukrainian
topic radiolocation
two-coordinate radar
phase-difference direction finding
dual-frequency radio interferometry
target elevation angle
numerical simulation
spellingShingle radiolocation
two-coordinate radar
phase-difference direction finding
dual-frequency radio interferometry
target elevation angle
numerical simulation
Galushko, V. G.
Vlasenko, O. M.
Bulakh, Y. V.
ANALYSIS OF DUAL-FREQUENCY INTERFEROMETRY APPLICABILITY FOR TARGET ELEVATION ANGLE MEASUREMENT USING TWO-COORDINATE RADARS
topic_facet radiolocation
two-coordinate radar
phase-difference direction finding
dual-frequency radio interferometry
target elevation angle
numerical simulation
радіолокація
двокоординатний радар
фазова пеленгація
двочастотна радіоінтерферометрія
кут місця цілі
числове моделювання
format Article
author Galushko, V. G.
Vlasenko, O. M.
Bulakh, Y. V.
author_facet Galushko, V. G.
Vlasenko, O. M.
Bulakh, Y. V.
author_sort Galushko, V. G.
title ANALYSIS OF DUAL-FREQUENCY INTERFEROMETRY APPLICABILITY FOR TARGET ELEVATION ANGLE MEASUREMENT USING TWO-COORDINATE RADARS
title_short ANALYSIS OF DUAL-FREQUENCY INTERFEROMETRY APPLICABILITY FOR TARGET ELEVATION ANGLE MEASUREMENT USING TWO-COORDINATE RADARS
title_full ANALYSIS OF DUAL-FREQUENCY INTERFEROMETRY APPLICABILITY FOR TARGET ELEVATION ANGLE MEASUREMENT USING TWO-COORDINATE RADARS
title_fullStr ANALYSIS OF DUAL-FREQUENCY INTERFEROMETRY APPLICABILITY FOR TARGET ELEVATION ANGLE MEASUREMENT USING TWO-COORDINATE RADARS
title_full_unstemmed ANALYSIS OF DUAL-FREQUENCY INTERFEROMETRY APPLICABILITY FOR TARGET ELEVATION ANGLE MEASUREMENT USING TWO-COORDINATE RADARS
title_sort analysis of dual-frequency interferometry applicability for target elevation angle measurement using two-coordinate radars
title_alt АНАЛІЗ ЗАСТОСОВНОСТІ МЕТОДУ ДВОЧАСТОТНОЇ ІНТЕРФЕРОМЕТРІЇ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ КУТА МІСЦЯ ЦІЛЕЙ У ДВОКООРДИНАТНИХ РЛС
description Subject and Purpose. The study deals with the dual-frequency radio interferometry technique, which is based on the employment of two fairly close frequencies with the aim to remove ambiguity of the radar target elevation estimation using 2D-radar and eliminate 2 pm-uncertainty of the signal phase difference measurement. Analysis of random noise action on the accuracy of the elevation angle estimation by the dual-frequency radio interferometry and assessment of practical applicability of the method make up the purpose of the paper.Methods and Methodology. The noise action on the elevation angle measurement accuracy is examined through a series of analytical calculations with the use of statistical analysis methods. The noise in each receiving channel is modeled in terms of additive, statistically independent stationary Gaussian processes with zero mean values and equal variances. The calculation results are checked via computer simulations with statistics estimations for 106 random noise realizations.Results. A correct condition has been developed for the sector width where the target elevation angle is unambiguously estimated depending on the space separation of the antennas (baselines) and the frequency ratio. Expressions for elevation angle estimation errors have been obtained, showing that the error is mainly contributed by the faults in the determination of the ambiguity interval number. A probability of the correct determination of the ambiguity interval number has been derived depending on the signal- to-noise ratio and the frequency difference, indicating that almost one hundred per cent probability of the correct determination of the ambiguity interval number is only achieved when the signal-to-noise ratio exceeds 30 dB. A comparative analysis has been performed between the methods of dual-frequency interferometry and conventional phase-difference direction finding in the case of close X-band frequencies and the same sectors of survey.Conclusions. The dual-frequency radio interferometry technique with close frequencies has been shown to outperform the standard phase-difference direction-finding method only when the signal-to-noise ratio is sufficiently high (over 30 dB). In principle, the accuracy of the technique seems possible to improve by taking significantly different frequencies selected with regard to the scale negotiation condition. However, it should be mentioned that the implementation of the relevant algorithm in practice is much more complicated than the conventional scheme with a single frequency and several antenna baselines.Keywords: radiolocation, two-coordinate radar, phase-difference direction finding, dual-frequency radio interferometry, target elevation angle, numerical simulationManuscript submitted 05.03.2023Radio phys. radio astron. 2023, 28(2): 143-157REFRENCES1. Richards, M.A., Scheer, J.A., Holm, W.A. (eds.), 2010. Principles of a Modern Radar: Basic Principles. Vol. 1. New York: SciTech Publishing Inc. DOI: https://doi.org/10.1049/SBRA021E2. Berdyshev, V.P. (ed.), Garin, Y.N., Fomin, A.N., Tyapkin, V.N., Fateev, Y.L., Lutikov, I.V., Bogdanov, A.V., Kordukov, R.Y., 2011.Radar systems. Krasnoyarsk: Siberian Federal University Publ. (in Russian).3. Wirth, W.-D., 2013. Radar Techniques Using Array Antennas. London: Institution of Engineering and Technology Publ. DOI: https://doi.org/10.1049/PBRA026E4. Skolnik, M.I., 2008. Radar Handbook. New York et al.: McGraw Hill Professional.5. Hansen, R.C., 2009. Phased Array Antennas. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. DOI: https://doi.org/10.1002/97804705291886. Peebles, P.Z. Jr., 1998. Radar Principles. New York: John Wiley & Sons, Inc.7. Barton, D.K., 2005. Radar System Analysis and Modeling. Boston: Artech House Inc. DOI: https://doi.org/10.1109/MAES.2005.14233868. Hansen, R.F., 2002. Radar Interferometry: Data Interpretation and Error Analysis. New York et al.: Kluwer Academic Publishers.9. Finkelstein, M.I., 1983. Fundamentals of Radar. Moscow: Radio i svyaz’ Publ. (in Russian).10. Shirman, Y.D., 1970. Theoretical Foundations of Radiolocation. Moscow: Sovetskoye radio Publ. (in Russian).11. Bakulev, P.A., 2015. Radar Systems. Moscow: Radiotekhnika Publ. (in Russian).12. Profatilova, G.A., Solovyov, G.N., 2004. Elevation Angle Measurements in Two-Coordinate Radars. Bulletin of Bauman Moscow State Technical University. Ser. Instrumentation, 1, pp. 81—90 (in Russian).13. Levin, B.R., 1989. Theoretical Foundations of Statistical Radio Engineering. Moscow: Radio i svyaz’ Publ. (in Russian).14. Korolenko, P.V., Maganova, M.S., 2010. Fundamentals of Statistical Methods in Optics. Moscow: Universitetskaya kniga Publ. (in Russian).15. Gradshteyn, I.S., and Ryzhik, I.M., 2007. Table of Integrals, Series, and Products. Ed. by A. Jeffrey and D. Zwillinger. Amsterdam et al.: Academic Press.16. Abramowitz, M., and Stegun, I.A. (eds.), 1964. Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs and Mathematical Tables. U.S. Department of Commerce, National Bureau of Standards.
publisher Видавничий дім «Академперіодика»
publishDate 2023
url http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1413
work_keys_str_mv AT galushkovg analysisofdualfrequencyinterferometryapplicabilityfortargetelevationanglemeasurementusingtwocoordinateradars
AT vlasenkoom analysisofdualfrequencyinterferometryapplicabilityfortargetelevationanglemeasurementusingtwocoordinateradars
AT bulakhyv analysisofdualfrequencyinterferometryapplicabilityfortargetelevationanglemeasurementusingtwocoordinateradars
AT galushkovg analízzastosovnostímetodudvočastotnoíínterferometríídlâvimírûvannâkutamíscâcílejudvokoordinatnihrls
AT vlasenkoom analízzastosovnostímetodudvočastotnoíínterferometríídlâvimírûvannâkutamíscâcílejudvokoordinatnihrls
AT bulakhyv analízzastosovnostímetodudvočastotnoíínterferometríídlâvimírûvannâkutamíscâcílejudvokoordinatnihrls
first_indexed 2025-12-02T15:26:03Z
last_indexed 2025-12-02T15:26:03Z
_version_ 1851756918591193088
spelling rpra-journalorgua-article-14132023-06-27T05:47:33Z ANALYSIS OF DUAL-FREQUENCY INTERFEROMETRY APPLICABILITY FOR TARGET ELEVATION ANGLE MEASUREMENT USING TWO-COORDINATE RADARS АНАЛІЗ ЗАСТОСОВНОСТІ МЕТОДУ ДВОЧАСТОТНОЇ ІНТЕРФЕРОМЕТРІЇ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ КУТА МІСЦЯ ЦІЛЕЙ У ДВОКООРДИНАТНИХ РЛС Galushko, V. G. Vlasenko, O. M. Bulakh, Y. V. radiolocation; two-coordinate radar; phase-difference direction finding; dual-frequency radio interferometry; target elevation angle; numerical simulation радіолокація; двокоординатний радар; фазова пеленгація; двочастотна радіоінтерферометрія; кут місця цілі; числове моделювання Subject and Purpose. The study deals with the dual-frequency radio interferometry technique, which is based on the employment of two fairly close frequencies with the aim to remove ambiguity of the radar target elevation estimation using 2D-radar and eliminate 2 pm-uncertainty of the signal phase difference measurement. Analysis of random noise action on the accuracy of the elevation angle estimation by the dual-frequency radio interferometry and assessment of practical applicability of the method make up the purpose of the paper.Methods and Methodology. The noise action on the elevation angle measurement accuracy is examined through a series of analytical calculations with the use of statistical analysis methods. The noise in each receiving channel is modeled in terms of additive, statistically independent stationary Gaussian processes with zero mean values and equal variances. The calculation results are checked via computer simulations with statistics estimations for 106 random noise realizations.Results. A correct condition has been developed for the sector width where the target elevation angle is unambiguously estimated depending on the space separation of the antennas (baselines) and the frequency ratio. Expressions for elevation angle estimation errors have been obtained, showing that the error is mainly contributed by the faults in the determination of the ambiguity interval number. A probability of the correct determination of the ambiguity interval number has been derived depending on the signal- to-noise ratio and the frequency difference, indicating that almost one hundred per cent probability of the correct determination of the ambiguity interval number is only achieved when the signal-to-noise ratio exceeds 30 dB. A comparative analysis has been performed between the methods of dual-frequency interferometry and conventional phase-difference direction finding in the case of close X-band frequencies and the same sectors of survey.Conclusions. The dual-frequency radio interferometry technique with close frequencies has been shown to outperform the standard phase-difference direction-finding method only when the signal-to-noise ratio is sufficiently high (over 30 dB). In principle, the accuracy of the technique seems possible to improve by taking significantly different frequencies selected with regard to the scale negotiation condition. However, it should be mentioned that the implementation of the relevant algorithm in practice is much more complicated than the conventional scheme with a single frequency and several antenna baselines.Keywords: radiolocation, two-coordinate radar, phase-difference direction finding, dual-frequency radio interferometry, target elevation angle, numerical simulationManuscript submitted 05.03.2023Radio phys. radio astron. 2023, 28(2): 143-157REFRENCES1. Richards, M.A., Scheer, J.A., Holm, W.A. (eds.), 2010. Principles of a Modern Radar: Basic Principles. Vol. 1. New York: SciTech Publishing Inc. DOI: https://doi.org/10.1049/SBRA021E2. Berdyshev, V.P. (ed.), Garin, Y.N., Fomin, A.N., Tyapkin, V.N., Fateev, Y.L., Lutikov, I.V., Bogdanov, A.V., Kordukov, R.Y., 2011.Radar systems. Krasnoyarsk: Siberian Federal University Publ. (in Russian).3. Wirth, W.-D., 2013. Radar Techniques Using Array Antennas. London: Institution of Engineering and Technology Publ. DOI: https://doi.org/10.1049/PBRA026E4. Skolnik, M.I., 2008. Radar Handbook. New York et al.: McGraw Hill Professional.5. Hansen, R.C., 2009. Phased Array Antennas. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. DOI: https://doi.org/10.1002/97804705291886. Peebles, P.Z. Jr., 1998. Radar Principles. New York: John Wiley & Sons, Inc.7. Barton, D.K., 2005. Radar System Analysis and Modeling. Boston: Artech House Inc. DOI: https://doi.org/10.1109/MAES.2005.14233868. Hansen, R.F., 2002. Radar Interferometry: Data Interpretation and Error Analysis. New York et al.: Kluwer Academic Publishers.9. Finkelstein, M.I., 1983. Fundamentals of Radar. Moscow: Radio i svyaz’ Publ. (in Russian).10. Shirman, Y.D., 1970. Theoretical Foundations of Radiolocation. Moscow: Sovetskoye radio Publ. (in Russian).11. Bakulev, P.A., 2015. Radar Systems. Moscow: Radiotekhnika Publ. (in Russian).12. Profatilova, G.A., Solovyov, G.N., 2004. Elevation Angle Measurements in Two-Coordinate Radars. Bulletin of Bauman Moscow State Technical University. Ser. Instrumentation, 1, pp. 81—90 (in Russian).13. Levin, B.R., 1989. Theoretical Foundations of Statistical Radio Engineering. Moscow: Radio i svyaz’ Publ. (in Russian).14. Korolenko, P.V., Maganova, M.S., 2010. Fundamentals of Statistical Methods in Optics. Moscow: Universitetskaya kniga Publ. (in Russian).15. Gradshteyn, I.S., and Ryzhik, I.M., 2007. Table of Integrals, Series, and Products. Ed. by A. Jeffrey and D. Zwillinger. Amsterdam et al.: Academic Press.16. Abramowitz, M., and Stegun, I.A. (eds.), 1964. Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs and Mathematical Tables. U.S. Department of Commerce, National Bureau of Standards. Предмет і мета роботи. Предметом даної роботи є метод двочастотної радіоінтерферометрії, що заснований на використанні двох досить близьких частот для усунення неоднозначності оцінювання кута місця радіолокаційних цілей у двокоординатних радіолокаторах, пов’язаної з 2 pm-невизначеністю вимірювання різниці фаз сигналів. Метою є дослідження впливу випадкових шумів на точність оцінки кута місця методом двочастотної радіоінтерферометрії та аналіз можливості його практичного застосування.Методи та методологія. Для дослідження впливу шумів на точність вимірювання кута місця було проведено ряд аналітичних розрахунків із застосуванням методів статистичного аналізу. Шуми в усіх приймальних каналах моделювалися адитивними статистично незалежними стаціонарними гауссовими процесами з нульовими середніми й однаковими дисперсіями. Результати розрахунків перевірялися за допомогою комп’ютерного моделювання з оцінкою статистики по 106 реалізаціях випадкового шуму.Результати. Отримано коректну умову, що визначає ширину сектора однозначної оцінки кута місця в залежності від просторового розносу (бази) антен і співвідношення частот. Одержано вирази для похибок оцінки кута місця. Показано, що основний внесок в похибку обумовлено помилками визначення номера інтервалу неоднозначності. Отримано вираз для ймовірності правильного визначення номера інтервалу неоднозначності в залежності від співвідношення сигнал/шум і різниці частот. Показано, що практично 100-відсоткова ймовірність правильного визначення номера інтервалу неоднозначності досягається лише при співвідношеннях сигнал/шум, що перевищують 30 дБ. Проведено порівняльний аналіз методів двочас- тотної інтерферометрії та стандартної фазової пеленгації для близьких частот Х-діапазону й однакового сектора огляду.Висновки. Показано, що метод двочастотної радіоінтерферометрії з близькими частотами перевершує стандартний метод фазової пеленгації лише за умови досить великого співвідношення сигнал/шум (понад 30 дБ). В принципі, покращити його точність видається можливим за рахунок використання суттєво відмінних частот, що обираються з урахуван- ням умови узгодження шкал. Проте слід відзначити, що практична реалізація відповідного алгоритму видається набагато складнішою, ніж традиційної схеми з використанням однієї частоти та кількох баз антен.Ключові слова: радіолокація, двокоординатний радар, фазова пеленгація, двочастотна радіоінтерферометрія, кут місця цілі, числове моделюванняСтаття надійшла до редакції 05.03.2023Radio phys. radio astron. 2023, 28(2): 143-157БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК            1. Richards M.A., Scheer J.A., Holm W.A. (eds). Principles of a Modern Radar: Basic Principles. Vol. 1. New York: SciTech Publishing Inc., 2010. 962 p.            2. Бердышев В.П., Гарин Е.Н., Фомин А.Н., Тяпкин В.Н., Фатеев Ю.Л., Лютиков И.В., Богданов А.В., Кордюков Р.Ю. Радио- локационные системы. Под ред. В.П. Бердышева. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2011. 400 с.            3. Wirth W.-D. Radar Techniques Using Array Antennas. London: Institution of Engineering and Technology, 2013. 490 p.            4. Skolnik M.I. Radar Handbook. New York et al.: McGraw Hill Professional, 2008. 1328 p.            5. Hansen R.C. Phased Array Antennas. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2009. 556 p.            6. Peebles P.Z. Jr. Radar Principles. New York: John Wiley & Sons, Inc., 1998. 794 p.            7. Barton D.K. Radar System Analysis and Modeling. Boston: Artech House Inc., 2005, 564 p.            8. Hansen R.F. Radar Interferometry: Data Interpretation and Error Analysis. New York et al.: Kluwer Academic Publishers, 2002, 327 p.            9. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. Москва: Радио и связь, 1983. 536 с.            10. Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации. Москва: Советское радио, 1970. 560 с.            11. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Москва: Радиотехника, 2015. 440 с.            12. Профатилова Г.А., Соловьев Г.Н. Измерение угла места в двухкоординатных радиолокационных станциях. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2004. №1. C. 81—90.            13. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Москва: Радио и связь, 1989. 656 с.            14. Короленко П.В., Маганова М.С. Основы статистических методов в оптике. Москва: Университетская книга, 2010. 164 с.            15. Gradshteyn I.S.б and Ryzhik I.M. Table of Integrals, Series, and Products. Edited by A. Jeffrey and D. Zwillinger. Academic Press, Amsterdam et al., 2007. 1220 p.            16. Abramowitz M., and Stegun I.A. (eds.). Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs and Mathematical Tables.U.S. Department of Commerce, National Bureau of Standards, 1964. 1046 p. Видавничий дім «Академперіодика» 2023-06-16 Article Article application/pdf http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1413 10.15407/rpra28.02.143 РАДИОФИЗИКА И РАДИОАСТРОНОМИЯ; Vol 28, No 2 (2023); 143 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY; Vol 28, No 2 (2023); 143 РАДІОФІЗИКА І РАДІОАСТРОНОМІЯ; Vol 28, No 2 (2023); 143 2415-7007 1027-9636 10.15407/rpra28.02 uk http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1413/pdf Copyright (c) 2023 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY

Similar Items