OFF-AXIS TARGET ILLUMINATION IN RADAR OVER-SEA TRACKING USING AN ACTIVE PHASED ARRAY ANTENNA
Subject and Purpose. Th is paper addresses the challenge of measuring the angular coordinates of over-sea low-altitude targets and strives to improve the measurement accuracy of radar systems that employ high-resolution algorithms implemented through active phased array antennas (APAAs). The primary...
Збережено в:
| Дата: | 2025 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
Видавничий дім «Академперіодика»
2025
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1482 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Radio physics and radio astronomy |
Репозитарії
Radio physics and radio astronomy| id |
rpra-journalorgua-article-1482 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Radio physics and radio astronomy |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-12-17T12:25:03Z |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
illumination level off-axis illumination active phased array antenna (APAA) low-altitude target rough sea surface multipath propagation elevation angle antenna pattern computer modeling |
| spellingShingle |
illumination level off-axis illumination active phased array antenna (APAA) low-altitude target rough sea surface multipath propagation elevation angle antenna pattern computer modeling Logvinov, Yu. F. Pedenko, Yu. O. Bukin, O. V. OFF-AXIS TARGET ILLUMINATION IN RADAR OVER-SEA TRACKING USING AN ACTIVE PHASED ARRAY ANTENNA |
| topic_facet |
illumination level off-axis illumination active phased array antenna (APAA) low-altitude target rough sea surface multipath propagation elevation angle antenna pattern computer modeling рівень опромінення позаосьове опромінення активна фазована антенна решітка (АФАР) маловисотна ціль збурена поверхня моря багатопроменеве поширення кут місця діаграма направленості комп’ютерне моделювання |
| format |
Article |
| author |
Logvinov, Yu. F. Pedenko, Yu. O. Bukin, O. V. |
| author_facet |
Logvinov, Yu. F. Pedenko, Yu. O. Bukin, O. V. |
| author_sort |
Logvinov, Yu. F. |
| title |
OFF-AXIS TARGET ILLUMINATION IN RADAR OVER-SEA TRACKING USING AN ACTIVE PHASED ARRAY ANTENNA |
| title_short |
OFF-AXIS TARGET ILLUMINATION IN RADAR OVER-SEA TRACKING USING AN ACTIVE PHASED ARRAY ANTENNA |
| title_full |
OFF-AXIS TARGET ILLUMINATION IN RADAR OVER-SEA TRACKING USING AN ACTIVE PHASED ARRAY ANTENNA |
| title_fullStr |
OFF-AXIS TARGET ILLUMINATION IN RADAR OVER-SEA TRACKING USING AN ACTIVE PHASED ARRAY ANTENNA |
| title_full_unstemmed |
OFF-AXIS TARGET ILLUMINATION IN RADAR OVER-SEA TRACKING USING AN ACTIVE PHASED ARRAY ANTENNA |
| title_sort |
off-axis target illumination in radar over-sea tracking using an active phased array antenna |
| title_alt |
ПОЗАОСЬОВЕ ОПРОМІНЕННЯ ЦІЛІ ПІД ЧАС РАДІОЛОКАЦІЙНОГО СУПРОВОДУ НАД МОРЕМ З ВИКОРИСТАННЯМ АКТИВНОЇ ФАЗОВАНОЇ АНТЕННОЇ РЕШІТКИ |
| description |
Subject and Purpose. Th is paper addresses the challenge of measuring the angular coordinates of over-sea low-altitude targets and strives to improve the measurement accuracy of radar systems that employ high-resolution algorithms implemented through active phased array antennas (APAAs). The primary purpose is to substantiate the eff ectiveness of off-axis target illumination in the context of sea clutter and multipath. Off-axis target illumination reduces the depth of the probing signal interference fading over the radar-to-target path. The investigated illumination method focuses on mitigating errors in target angle measurements by multi-channel methods based on high-resolution algorithms, such as root-MUSIC. One of the main spoilers of measurement accuracy when using those algorithms is the noise in the radar receiving channels. Off-axis target illumination helps avoid a deep fade of the signal, thereby enhancing the signal-to-noise ratio (SNR) in the receiving channels of APAA-equipped radar systems, which contributes to target tracking stability despite destructive multipath interference.Methods and Methodology. The study employs computer simulations within a multipath radio-wave propagation model for a rough sea surface, allowing for both specular and diffuse reflections. The power distribution of diffuse reflections and their mapping along the propagation path are evaluated using the empirical glistening-surface model, the most advanced to date.Results. Quantitative assessments of the effectiveness of off-axis target illumination have been obtained in the context of fading conditions produced by multipath radio wave propagation over the sea surface. The optimal illumination angles have been identified. They help avoid deep fades over a wide range of sea states. These optimal angles are confined within 0.6 to 0.75 of the beamwidth of the radiation pattern. The lower end of the indicated range refers to the diffuse sea clutter, and the upper end corresponds to the specular reflection of the probing signal. In the most adverse cases, a gain in the SNR reaches 6—8 dB.Conclusions. It has been confirmed that off-axis illumination allows decreasing the depth of the illumination signal fades, which ensures more stable target tracking by angular coordinates. Recommendations for selecting off-axis illumination angles havebeen formulated.Key words: illumination level, off-axis illumination, active phased array antenna (APAA), low-altitude target, rough sea surface, multipath propagation, elevation angle, antenna pattern, computer modelingManuscript submitted 15.06.2025Radio phys. radio astron. 2025, 30(4): 250-257REFERENCES1. Rao, B.D., Hari, K.V.S., 1989. Performance analysis of Root-MUSIC. IEEE Trans. Acoust. Speech Signal Process., 37(12), pp. 1939—1949. DOI: https://doi.org/10.1109/29.455402. Sarkar, T.K., Pereira, O., 1995. Using the matrix pencil method to estimate the parameters of a sum of complex exponentials. IEEE Antennas Propag. Mag., 37(1), pp. 48—550. DOI: https://doi.org/10.1109/74.3705833. Logvinov, Yu.F., Pedenko, Yu.O., Reznichenko, M.G., 2024. On the achievable upper limit of the elevation angles of effective direction finding of targets over the sea by the root-MUSIC method provided with adequate a priori parameters. Radio Phys. Radio Astron., 29(4), pp. 281—292 (in Ukrainian). DOI: https://doi.org/10.15407/rpra29.04.2814. Yang, Yong, Yang, Boyu, 2024. Overview of radar detection methods for low altitude targets in marine environments. J. Syst. Eng. Electron., 35(1), pp. 1—13. DOI: https://doi.org/10.23919/JSEE.2024.0000265. Yunhe, Cao, Shenghua, Wang, Yu, Wang, Shenghua, Zhou, 2015. Target detection for low angle radar based on multi-frequency order-statistics. J. Syst. Eng. Electron., 26(2), pp. 267—273. DOI: https://doi.org/10.1109/JSEE.2015.000326. Yang, Yong, Wang, Xue-Song, 2023. Enhanced Radar Detection in the Presence of Specular Reflection Using a Single Transmitting Antenna and Three Receiving Antennas. Remote Sens., 15(12), pp. 3204—3214. DOI: https://doi.org/10.3390/rs151232047. Quoc, An Nguyen, 2017. On a solution to improve the object detection ability of radars by dynamic polarization method. ASEAN Journal on Science and Technology for Development (AJSTD), 23(1), 4. DOI: https://doi.org/10.29037/ajstd.978. Dax, P.R., 1976. Keep Track of that Low-Flying Attack. Microwaves, 15(4), pp. 36—38, 40, 41.9. Barton, D.K., 1974. Low-Angle Tracking. Proc. IEEE, 62(1), pp. 687—704. DOI: https://doi.org/10.1109/PROC.1974.950910. Barton, D.K., Ward H.R., 1984. Handbook of Radar Measurement. Artech House Publishers.11. Razskazovskiy, V.B., Pedenko, Yu.A., 2003. A model for millimeter- and centimeter-waves field over a sea surface designs for investigation the methods for low-flying targets elevation angle measurement. In: V.M. Yakovenko, ed. 2003. Radiofizika i elektronika. Kharkov: IRE NAS of Ukraine Publ. 8(1), pp. 22—33.12. Becкman, P., and Spizzichino, A., 1963. The scattering of electromagnetic waves from rough surfaces. London: Pergamon Press. |
| publisher |
Видавничий дім «Академперіодика» |
| publishDate |
2025 |
| url |
http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1482 |
| work_keys_str_mv |
AT logvinovyuf offaxistargetilluminationinradaroverseatrackingusinganactivephasedarrayantenna AT pedenkoyuo offaxistargetilluminationinradaroverseatrackingusinganactivephasedarrayantenna AT bukinov offaxistargetilluminationinradaroverseatrackingusinganactivephasedarrayantenna AT logvinovyuf pozaosʹoveopromínennâcílípídčasradíolokacíjnogosuprovodunadmoremzvikoristannâmaktivnoífazovanoíantennoírešítki AT pedenkoyuo pozaosʹoveopromínennâcílípídčasradíolokacíjnogosuprovodunadmoremzvikoristannâmaktivnoífazovanoíantennoírešítki AT bukinov pozaosʹoveopromínennâcílípídčasradíolokacíjnogosuprovodunadmoremzvikoristannâmaktivnoífazovanoíantennoírešítki |
| first_indexed |
2025-12-17T12:03:47Z |
| last_indexed |
2025-12-17T12:41:29Z |
| _version_ |
1851759305693331456 |
| spelling |
rpra-journalorgua-article-14822025-12-17T12:25:03Z OFF-AXIS TARGET ILLUMINATION IN RADAR OVER-SEA TRACKING USING AN ACTIVE PHASED ARRAY ANTENNA ПОЗАОСЬОВЕ ОПРОМІНЕННЯ ЦІЛІ ПІД ЧАС РАДІОЛОКАЦІЙНОГО СУПРОВОДУ НАД МОРЕМ З ВИКОРИСТАННЯМ АКТИВНОЇ ФАЗОВАНОЇ АНТЕННОЇ РЕШІТКИ Logvinov, Yu. F. Pedenko, Yu. O. Bukin, O. V. illumination level; off-axis illumination; active phased array antenna (APAA); low-altitude target; rough sea surface; multipath propagation; elevation angle; antenna pattern; computer modeling рівень опромінення; позаосьове опромінення; активна фазована антенна решітка (АФАР); маловисотна ціль; збурена поверхня моря; багатопроменеве поширення; кут місця; діаграма направленості; комп’ютерне моделювання Subject and Purpose. Th is paper addresses the challenge of measuring the angular coordinates of over-sea low-altitude targets and strives to improve the measurement accuracy of radar systems that employ high-resolution algorithms implemented through active phased array antennas (APAAs). The primary purpose is to substantiate the eff ectiveness of off-axis target illumination in the context of sea clutter and multipath. Off-axis target illumination reduces the depth of the probing signal interference fading over the radar-to-target path. The investigated illumination method focuses on mitigating errors in target angle measurements by multi-channel methods based on high-resolution algorithms, such as root-MUSIC. One of the main spoilers of measurement accuracy when using those algorithms is the noise in the radar receiving channels. Off-axis target illumination helps avoid a deep fade of the signal, thereby enhancing the signal-to-noise ratio (SNR) in the receiving channels of APAA-equipped radar systems, which contributes to target tracking stability despite destructive multipath interference.Methods and Methodology. The study employs computer simulations within a multipath radio-wave propagation model for a rough sea surface, allowing for both specular and diffuse reflections. The power distribution of diffuse reflections and their mapping along the propagation path are evaluated using the empirical glistening-surface model, the most advanced to date.Results. Quantitative assessments of the effectiveness of off-axis target illumination have been obtained in the context of fading conditions produced by multipath radio wave propagation over the sea surface. The optimal illumination angles have been identified. They help avoid deep fades over a wide range of sea states. These optimal angles are confined within 0.6 to 0.75 of the beamwidth of the radiation pattern. The lower end of the indicated range refers to the diffuse sea clutter, and the upper end corresponds to the specular reflection of the probing signal. In the most adverse cases, a gain in the SNR reaches 6—8 dB.Conclusions. It has been confirmed that off-axis illumination allows decreasing the depth of the illumination signal fades, which ensures more stable target tracking by angular coordinates. Recommendations for selecting off-axis illumination angles havebeen formulated.Key words: illumination level, off-axis illumination, active phased array antenna (APAA), low-altitude target, rough sea surface, multipath propagation, elevation angle, antenna pattern, computer modelingManuscript submitted 15.06.2025Radio phys. radio astron. 2025, 30(4): 250-257REFERENCES1. Rao, B.D., Hari, K.V.S., 1989. Performance analysis of Root-MUSIC. IEEE Trans. Acoust. Speech Signal Process., 37(12), pp. 1939—1949. DOI: https://doi.org/10.1109/29.455402. Sarkar, T.K., Pereira, O., 1995. Using the matrix pencil method to estimate the parameters of a sum of complex exponentials. IEEE Antennas Propag. Mag., 37(1), pp. 48—550. DOI: https://doi.org/10.1109/74.3705833. Logvinov, Yu.F., Pedenko, Yu.O., Reznichenko, M.G., 2024. On the achievable upper limit of the elevation angles of effective direction finding of targets over the sea by the root-MUSIC method provided with adequate a priori parameters. Radio Phys. Radio Astron., 29(4), pp. 281—292 (in Ukrainian). DOI: https://doi.org/10.15407/rpra29.04.2814. Yang, Yong, Yang, Boyu, 2024. Overview of radar detection methods for low altitude targets in marine environments. J. Syst. Eng. Electron., 35(1), pp. 1—13. DOI: https://doi.org/10.23919/JSEE.2024.0000265. Yunhe, Cao, Shenghua, Wang, Yu, Wang, Shenghua, Zhou, 2015. Target detection for low angle radar based on multi-frequency order-statistics. J. Syst. Eng. Electron., 26(2), pp. 267—273. DOI: https://doi.org/10.1109/JSEE.2015.000326. Yang, Yong, Wang, Xue-Song, 2023. Enhanced Radar Detection in the Presence of Specular Reflection Using a Single Transmitting Antenna and Three Receiving Antennas. Remote Sens., 15(12), pp. 3204—3214. DOI: https://doi.org/10.3390/rs151232047. Quoc, An Nguyen, 2017. On a solution to improve the object detection ability of radars by dynamic polarization method. ASEAN Journal on Science and Technology for Development (AJSTD), 23(1), 4. DOI: https://doi.org/10.29037/ajstd.978. Dax, P.R., 1976. Keep Track of that Low-Flying Attack. Microwaves, 15(4), pp. 36—38, 40, 41.9. Barton, D.K., 1974. Low-Angle Tracking. Proc. IEEE, 62(1), pp. 687—704. DOI: https://doi.org/10.1109/PROC.1974.950910. Barton, D.K., Ward H.R., 1984. Handbook of Radar Measurement. Artech House Publishers.11. Razskazovskiy, V.B., Pedenko, Yu.A., 2003. A model for millimeter- and centimeter-waves field over a sea surface designs for investigation the methods for low-flying targets elevation angle measurement. In: V.M. Yakovenko, ed. 2003. Radiofizika i elektronika. Kharkov: IRE NAS of Ukraine Publ. 8(1), pp. 22—33.12. Becкman, P., and Spizzichino, A., 1963. The scattering of electromagnetic waves from rough surfaces. London: Pergamon Press. Предмет і мета роботи. Роботу присвячено проблемі підвищення точності вимірювання кутових координат маловисотних цілей над морем у РЛС, що використовують алгоритми високої роздільності, реалізовані на основі активнихфазованих антенних решіток (АФАР). Основна мета дослідження — обґрунтування ефективності позаосьового опромінення цілі в умовах багатопроменевого відбиття радіохвиль від поверхні моря, що дозволяє зменшити глибину інтерференційних завмирань зондуючого сигналу на ділянці поширення від РЛС до цілі. Досліджуваний спосіб опромінення спрямований на зниження похибок у вимірюванні кутових координат цілі при використанні багатоканальних методів, заснованих на алгоритмах високої роздільності, зокрема root-MUSIC. Для таких алгоритмів шуми приймальних каналів РЛС є однією з головних причин зниження точності. Позаосьове опромінення дозволяє уникнути глибоких завмирань сигналу, тим самим підвищуючи співвідношення сигнал/шум (SNR, від англ. signal-to-noise ratio) у приймальних каналах РЛС з АФАР, що сприяє стабільному супроводу цілі в умовах несприятливої інтерференції багатопроменевих сигналів.Методи та методологія. Дослідження виконано з використанням комп’ютерного моделювання. В експериментах застосовувалася модель багатопроменевого поширення радіохвиль над збуреною морською поверхнею, яка враховує як дзеркальне, так і дифузне відбиття. Розподіл потужності дифузного відбиття та його положення вздовж траси розраховувалися відповідно до емпіричної моделі «блискучої поверхні», яка на сьогодні вважається найбільш досконалою.Результати. Отримано кількісні оцінки ефективності позаосьового опромінення цілі в умовах завмирань, викликаних багатопроменевим поширенням радіохвиль над морем. Визначено оптимальні кути опромінення, які дозволяють уникнути глибоких завмирань у широкому діапазоні станів морської поверхні. Їхні значення перебувають у діапазоні 0.60...0.75 від ширини діаграми направленості випромінювання. При цьому нижня межа діапазону відповідає дифузному відбиттю зондуючого сигналу від збуреної поверхні моря, а верхня — дзеркальному. Збільшення SNR у найбільш несприятливих випадках досягає 6...8 дБ.Висновки. Результати дослідження підтверджують можливість використання позаосьового опромінення для зменшення глибини завмирання зондуючого сигналу, що забезпечує більш стабільний супровід цілі за кутовими координатами. Сформульовано рекомендації щодо вибору кутів позаосьового опромінення.Ключові слова: рівень опромінення, позаосьове опромінення, активна фазована антенна решітка (АФАР), маловисотна ціль, збурена поверхня моря, багатопроменеве поширення, кут місця, діаграма направленості, комп’ютерне моделюванняСтаття надійшла до редакції 15.06.2025Radio phys. radio astron. 2025, 30(4): 250-257БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК1. Rao, B.D., Hari, K.V.S., 1989. Performance analysis of Root-MUSIC. IEEE Trans. Acoust. Speech Signal Process., 37(12), pp. 1939—1949. DOI: 10.1109/29.455402. Sarkar, T.K., Pereira, O., 1995. Using the matrix pencil method to estimate the parameters of a sum of complex exponentials. IEEE Antennas Propag. Mag., 37(1), pp. 48—550. DOI: 10.1109/74.3705833. Logvinov, Yu.F., Pedenko, Yu.O., Reznichenko, M.G., 2024. On the achievable upper limit of the elevation angles of effective direction finding of targets over the sea by the root-MUSIC method provided with adequate a priori parameters. RadioPhys. Radio Astron., 29(4), pp. 281—292 (in Ukrainian). DOI: 10.15407/rpra29.04.2814. Yang, Yong, Yang, Boyu, 2024. Overview of radar detection methods for low altitude targets in marine environments. J. Syst. Eng. Electron., 35(1), pp. 1—13. DOI: 10.23919/JSEE.2024.0000265. Yunhe, Cao, Shenghua, Wang, Yu, Wang, Shenghua, Zhou, 2015. Target detection for low angle radar based on multi-frequency order-statistics. J. Syst. Eng. Electron., 26(2), pp. 267—273. DOI: 10.1109/JSEE.2015.000326. Yang, Yong, Wang, Xue-Song, 2023. Enhanced Radar Detection in the Presence of Specular Reflection Using a Single Transmitting Antenna and Three Receiving Antennas. Remote Sens., 15(12), pp. 3204—3214. DOI: 10.3390/rs151232047. Quoc, An Nguyen, 2017. On a solution to improve the object detection ability of radars by dynamic polarization method. ASEAN Journal on Science and Technology for Development (AJSTD), 23(1), 4. DOI: 10.29037/ajstd.978. Dax, P.R., 1976. Keep Track of that Low-Flying Attack. Microwaves, 15(4), pp. 36—38, 40, 41.9. Barton, D.K., 1974. Low-Angle Tracking. Proc. IEEE, 62(1), pp. 687—704. DOI: 10.1109/PROC.1974.950910. Barton, D.K., Ward H.R., 1984. Handbook of Radar Measurement. Artech House Publishers.11. Razskazovskiy, V.B., Pedenko, Yu.A., 2003. A model for millimeter- and centimeter-waves field over a sea surface designs for investigation the methods for low-flying targets elevation angle measurement. In: V.M. Yakovenko, ed. 2003.Radiofizika i elektronika. Kharkov: IRE NAS of Ukraine Publ. 8(1), pp. 22—33.12. Becкman, P., and Spizzichino, A., 1963. The scattering of electromagnetic waves from rough surfaces. London: Pergamon Press.1. Rao, B.D., Hari, K.V.S., 1989. Performance analysis of Root-MUSIC. IEEE Trans. Acoust. Speech Signal Process., 37(12), pp. 1939—1949. DOI: 10.1109/29.455402. Sarkar, T.K., Pereira, O., 1995. Using the matrix pencil method to estimate the parameters of a sum of complex exponentials. IEEE Antennas Propag. Mag., 37(1), pp. 48—550. DOI: 10.1109/74.3705833. Logvinov, Yu.F., Pedenko, Yu.O., Reznichenko, M.G., 2024. On the achievable upper limit of the elevation angles of effective direction finding of targets over the sea by the root-MUSIC method provided with adequate a priori parameters. RadioPhys. Radio Astron., 29(4), pp. 281—292 (in Ukrainian). DOI: 10.15407/rpra29.04.2814. Yang, Yong, Yang, Boyu, 2024. Overview of radar detection methods for low altitude targets in marine environments. J. Syst. Eng. Electron., 35(1), pp. 1—13. DOI: 10.23919/JSEE.2024.0000265. Yunhe, Cao, Shenghua, Wang, Yu, Wang, Shenghua, Zhou, 2015. Target detection for low angle radar based on multi-frequency order-statistics. J. Syst. Eng. Electron., 26(2), pp. 267—273. DOI: 10.1109/JSEE.2015.000326. Yang, Yong, Wang, Xue-Song, 2023. Enhanced Radar Detection in the Presence of Specular Reflection Using a Single Transmitting Antenna and Three Receiving Antennas. Remote Sens., 15(12), pp. 3204—3214. DOI: 10.3390/rs151232047. Quoc, An Nguyen, 2017. On a solution to improve the object detection ability of radars by dynamic polarization method. ASEAN Journal on Science and Technology for Development (AJSTD), 23(1), 4. DOI: 10.29037/ajstd.978. Dax, P.R., 1976. Keep Track of that Low-Flying Attack. Microwaves, 15(4), pp. 36—38, 40, 41.9. Barton, D.K., 1974. Low-Angle Tracking. Proc. IEEE, 62(1), pp. 687—704. DOI: 10.1109/PROC.1974.950910. Barton, D.K., Ward H.R., 1984. Handbook of Radar Measurement. Artech House Publishers.11. Razskazovskiy, V.B., Pedenko, Yu.A., 2003. A model for millimeter- and centimeter-waves field over a sea surface designs for investigation the methods for low-flying targets elevation angle measurement. In: V.M. Yakovenko, ed. 2003.Radiofizika i elektronika. Kharkov: IRE NAS of Ukraine Publ. 8(1), pp. 22—33.12. Becкman, P., and Spizzichino, A., 1963. The scattering of electromagnetic waves from rough surfaces. London: Pergamon Press. Видавничий дім «Академперіодика» 2025-12-08 Article Article application/pdf http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1482 10.15407/rpra30.04.250 РАДИОФИЗИКА И РАДИОАСТРОНОМИЯ; Vol 30, No 4 (2025); 250 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY; Vol 30, No 4 (2025); 250 РАДІОФІЗИКА І РАДІОАСТРОНОМІЯ; Vol 30, No 4 (2025); 250 2415-7007 1027-9636 10.15407/rpra30.04 en http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1482/pdf Copyright (c) 2025 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY |