RU13508U1 - Радиолокационное устройство распознавания типов целей - Google Patents

Abstract

Радиолокационное устройство распознавания типов целей, содержащее импульсный модулятор, усилитель мощности, антенну, задающий генератор, первый смеситель, гетеродин, последовательно включенные антенный переключатель, второй смеситель, усилитель промежуточной частоты, амплитудный детектор, линию задержки, сумматор, двухполупериодный выпрямитель, интегратор и блок идентификации, причем выход задающего генератора связан с первым входом первого смесителя и первым входом усилителя мощности, второй вход которого соединен с выходом импульсного модулятора, а выход - со входом антенного переключателя, антенный вход которого подключен к входу-выходу антенны, выход гетеродина соединен со вторым входом первого смесителя, выход которого подключен ко второму входу второго смесителя, а выход амплитудного детектора также соединен со вторым инверсным входом сумматора, отличающееся тем, что в состав устройства дополнительно включены последовательно соединенные дифференцирующая цепь и счетчик импульсов, причем вход дифференцирующей цепи подключен к выходу двухполупериодного выпрямителя, а выход счетчика импульсов - ко второму входу блока идентификации.

Description

РАДИОЛОКАЩЮНПЖ yCTPOflCTBO РАСПОЗШШАНИЯ ТИПОВ ЦЕЛЕЙ

Предлагаемое усяцюисшю ошюсится к радиолокшщонной технике и может быть использовано для распознавания типов воздушных целей по срп налам, отраженшш данными целями.

Известна РЛС с автоматическим фильтром распознавания 13, в которой распознавание и идентификация целей осуществляются оператором методом сравнения принимаемых эхо-сигналов с эталонными радиоимпульсными портретами известных целей, то есть путем сравнения радиолокационных портретов реальных целей и эталонов. Одновременно указывается, что в данной РЛС можно добиться более эффективного распознавания радиолокационны}-: целей, если вместо радиолокационных портретов оценивать сигналы, представляющие собой сумму радиоимпульсов, отраженных отдельными блестящими точками (БТ) на поверхности цели.

РЛС с автоматическим фильтром распознавания (АФР) включает передатчик, гетеродин, цифровое управляющее устройство (ЦУУ), последовательно соединенные антенну, антенный переключатель (АЛ), усилитель высокой частоты (УВЧ), 1-й смеситель, усилитель промежуточной частоты (УПЧ), АЗР, амплитудный детектор (АД) и индикатор, причем 2-й вход АЛ связан с выходом передатчика, второй вход 1-го смесителя - с выходом гетеродина, а второй вход АФР - с выходом ЦУУ.

Данная РЛС использует для зондирования мощные линейно-частотно-модулированные импульсы, что позволяет распознавать цели на больших дальностях. Однако данной РЛС свойственны и определенные недостатки.

Во-первых, для разрешения БТ, находящихся на поверхности цели с разносом по дальности около 1 метра друг от друга, требуется применение зондирующих ЛЧМ-сигналов с девиацией частоты не менее МГц. Практическая реализация ЛЧМ-сигналов с указанной девиацией частоты на современном уровне развития радиолокационной техники является проблематичной задачей.

Во-вторых, для обеспечения нормального режима работы дисперсионных ультразвуковых линий задержки (ДУЗЛЗ), используемых для сжатия отраженных сигналов, перед ними, как правило, устанавливаются амплитудные ограничители, производящие нормировку сжимаемого

G 01 S 13/02

сигнала, что приводит к потере информации об интеноивности БТ цели. Указанная нормировка не позволяет в полной мере иопользовать для распознавания информацию, заключенную в амплитудах сигналов, отраженньгх от БТ цели. При .этом сохраняется возможность распознавания целей лишь по количеству и характеру расположения БТ на цели вдоль линии визирования РЛС.

В-третьих, описьюаемая РЛС для каждой, назначенной для распознавания цели требует наличия своего индивидуального фильтра распознавания и других вспомогательных устройств, что служит причиной сложности и громоздкости технической реализагщи такой РЛС.

В-четвертых, вероятность (достоверность) распознавания целей в данной РЖ не может быть достаточно высокой, так как зрительно-идентификационные возможности оператора-распознавалыцика ограничены, что связано с невозможностью хранения в его памяти бо.шьшого числа эталонов, критичных ко многим факторам.

В-пят1лх, при распознавании целей по сумме сигналов, отраженных различными БТ цели, вероятность правильного распознавания будет также низкой, так как для целей с различной конфигурацией и разным числом БТ может быть получен одинаковый суммаршлй сигнал.

Известно также радиолокационное устройство распознавания типов целей С2, которое содержит импульсный модулятор (ИМ), усилитель мощности (УМ), АЛ, антенну, задающий генератор (ЗГ), 1-й смеситель, гетеродин, интегратор, блок идентификации (БИ), 2-й смеситель, УПЧ, двухполупериодный выпрямитель (ДППВ), сумматор, линию задержки (ЛЗ) и АД. При этом АП, 2-й смеситель, УПЧ, АД, ЛЗ, сумматор, ДППВ, интегратор и БИ включены последовательно. Задающий генератор связан своим выходом с 1-м входом 1-го смесителя и 1-м входом УМ, 2-й вход которого связан с выходом ИМ, а выход со входом АП, антенный вход которого связан с вход-выходом антенны. Выход гетеродина соединен со 2-м входом 1-го смесителя, выход которого подключен ко 2-му входу 2-го смесителя, а выход АД подключен также к 2-му входу сумматора.

Данное устройство имеет более высокую вероятность распознавания целей, чем устройство 13. Однако качество его работы также нуждается в улучшении, так как накопленный в интеграторе сигнал, являющийся признаком распознавания, зависит только от сумм амплитуд поданных на его вход сигналов и не зависит от количества БТ на поверхности цели, участвующих в формировании отраженного

сигнала. При этом понятно, что 2 интеноивные ВТ могут обеспечить такие же разностные сигналы на выходе ДППВ (а именно их сумма позволяет проводить распознавание) как 3 или даже 4 слабые ВТ. Таким образом, цели с разньм количеством ВТ различной интенсивности не всегда будут различаться с помощью устройства 23.

полезной подели является повышение достоверности распознавания типов воздушных целей за счет более детального анализа сигналов, отраженшж данными целями, позволяющего учитывать количество ВТ на поверхности цели при использовании квазимонохроматического импульсного зондирования.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство С2 дополнительно вводят последовательно включенные дифференцирующую цепь (ДЦ) и счетчик импульсов (СИ), причем вход ДЦ подключают к выходу ДППВ, а выход СЖ - ко 2-му входу ВИ. Это позволяет при распознавании целей дополнительно учитывать информацию о количестве ВТ на освещенной поверхности цели и тем самым - повысить вероятность правильного распознавания типа цели.

На чертеже представлена структурная схема предлаг мого радиолокационного устройства распознавания типов целей. Устройство содержит ИМ 1, УМ 2, АП 3, антенну 4, ЗГ 5, 1-й смеситель 6, гетеродин 7, интегратор 8, ВИ 9, 2-й смеситель 10, УПЧ 11, ДППВ 12, сумматор 13, ЛЗ 14, АД 15, ДЦ 16, СЖ 17. При этом АП 3, 2-й смеситель 10, УПЧ 11, АД 15, ЛЗ 14, сумматор 13, ДППВ 12, интегратор 8 и ВИ 9 включены последовательно. Задаюпщй генератор 5 связан своим выходом с 1-м входом 1-го смесителя и 1-м входом УМ 2, 2-й вход которого связан с выходом ИМ 1, а выход - со входом АП 3, антенный вход которого связан с вход-выходом антенны 4. Выход гетеродина 7 соединен со 2-м входом 1-го смесителя 6, выход которого подключен ко 2-му входу 2-го смесителя 10, а выход АД 15 подключен также ко 2-му входу сумматора 13. Выход ДППВ 12 соединен со входом ДЦ 16, выход которой соединен со входом СИ 17, выход которого подключен ко 2-му входу ВИ 9.

Предложенное построение схемы позволяет за счет одновременной оценки величин перепадов уровня отраженного сигнала в пределах одного импульса и количества ВТ на поверхности цели производить распознавание целей с высокой вероятностью. Признаками распознавания выступают сумма абсолютных величин перепадов амшштуды отраженного сигнала и число ВТ на поверхности цели. Данные приз- ,3 -

наки прршимают различные значения для целей с разным числом БТ на их поверхности, а также для целей с одинаковым числом БТ, но с различными отражательными характеристиками и различным взаимным разположением БТ в радиальном направлении.

Радиолокационное устройство распознавания типов целей работает следующим образом.

Задающий генератор 5 генерирует сверхвысокочастотные гармонические колебания на частоте fo, которые поступают в УМ 2, где из непрерывного колебания вырабатываются прямоугольные СВЧ-импульсы в соответствии с законом модуляции, навязываемым ИМ 1. СВЧ-импульсы проходят АЛ 3 и через антенну 4 излучаются в направлении цели. Отразившись от цели, импульсы с измененной структурой поступают в антенну 4 и через АЛ 3 проходят на 1-й вход 2-го смесителя 10, на 2-й вход которого подаются выходные сигналы 1-го смесителя 6, который, в свою очередь, по сигналам промежуточной частоты fnp с выхода гетеродина 7 на 2-м входе и сигналам несущей частоты fo с выхода ЗГ 5 на 1-м входе формирует опорный сигнал на частоте fo+fnp- Во 2-м смесителе 10 происходит смешивание сигналов на двух его входах, в результате чего на выходе смесителя 10 формируются амплитудно-модулированные сигналы от распознаваемой цели на разностной (промежуточной) частоте (fnp+fo) Они усиливаются в УПЧ 11 и подаются на вход АД 15, где происходит выделение огибающей.

В предлагаемом устройстве анализируется результат интерференции волн, отраженных от различных БТ, разнесенных в радиальном направлении, при зондировании цели квазиминохроматическим сигналом. Как известно, электромагнитная волна (Э№) имеет конечную скорость распространенш, и, значит, она достигает разных БТ в разные моменты времени. Шенно в эти моменты за счет интерференции отражений квазимонохроматических (в пределах импульса) ШВ от изменившегося количества БТ происходит скачкообразное изменение интенсивности результирующей отраженной ШВ. Величина этой интенсивности зависит от количества БТ, участвующих в отражении, их аффективных площадей рассеяния (ЭПР) и взаимного расположения фазовьж центров этих БТ между собой. Таким образом, у целей с различными размерами, геометрией и величинами ЭПР составляющих их БТ, интенсивности отражений и амплитуды их перепадов в фиксированные моменты времени будут отличаться.

- 4 В соответствии с интерференцией ЭШ от БТ на выходе АД 15 будет получен сигнал, в котором перепады уровней будут зависеть от ЭПР соответствующих БТ, встречаюпркся поочередно на пути ЭуБ 23. Это связано с тем, что при изменении числа БТ, участвующих в отражении ЭМВ, изменяется интерференционная структура поля, и в зависимости от соотношения фаз и амплитуд сигналов, отразившихся от отдельных БТ, суммщэный отраженный сигнал изменяет свою величину. Для выявления ин рмащш о величинах перепадов уровней отраженного сигнала в схеме применена JE 14, время задержки которой должно быть меньше времени прохоадения ОМВ минимально разрешаемого радиального интервала меязду соседними БТ на всех из назначенных для распознавания целей. Прямой и задержанный сигналы подаются соответственно на 2-й (инверсный) и 1-й (прямой) входы сумматора 13. На Е-м входе сумматора предполагается наличие инвертора (на чертеже не показан). Разностный сигнал с выхода сумматора 13 подается на ДППВ 12, где разнополярные сигналы выпрямляются и становятся однополярными. Далее сигналы поступают на интегратор б, который производит их поочередное интегрирование с запоминанием результирующей амплитуды. Это позволяет распознавать цели различных типов, сравнивая выходные сигналы интегратора 8 в блоке идентификации 9 с набором пороговых сигналов.

Одновременно выходные сигналы ДППВ 12 поступают на вход ДЦ 16, которая дифференцирует их, получая для каждого прямоугольного импульса по 2 разнополярных остроконечшж импульса. Эти импульсы следуют на вход СИ 17, который реагирует то.нько на импульсы положительной полярности. Таким образом, на выходе СИ 17 по истечении времени, соответствующего длительности отраженного импульса, будет получен сигнал, соответствующий числу БТ на поверхности цели. Этот сигнал проходит на 2-й вход БИ 9 для того, чтобы обеспечить выбор из всего имеющегося банка эталонов только тех, которые соответствуют полученному числу БТ.

Блок идентификации 9 представляет собой устройство, структурно состоящее из блока хранения порогов, запоминающего устройства, схемы сравнения и табло вывода результатов (на чертеже не показаны). Сигнш с выхода интегратора 8 поступает на вход запоминающего устройства, которое подает входной сигнал на 1-й вход схемы сравнения в течение промежутка времени, необходимого для сравнения входного сигнала с набором пороговых сигналов, поступа- 5 ющих поочередно на 2-й вход охейы сравнения. Пороги поступают на схему сравнения иа блока хранения порогов (эталонов), на вход которого подается сигнал с выхода Ш 17. Таким образом на схему сравнения поступают только те пороги, которые соответствуют типам це31ей с нужным количеством БТ. При превышении сигналом запоминающего устройства очередного порога (пороги подаются в порядке убывания) на выход схемы сравнения проходит сигнал, пропорциональный уровню порога. Этот сигнал отключает от схемы сравнения блок хранения порогов и обнуляет выход запоминающего устройства до начала .следующего цикла распознавания. Кроме того, этот сигнал поступает на табло вывода результатов, в котором в соответствии с входного сигнала загорается индикатор (светодиод, лампа) распознанного типа воздушной цели.

Метод распознавания, реализуемый с помошзью предложенного радиолокационного устройства распознавания типов целей,-позволяет использовать для распознавания целей простые узкополосные (квавимонохроматические) импульсные сигналы. Признаки распознавания, сформированные описанным устройством, при их совместном использовШйи являются достаточно информативными, что позволяет,по отраженньзм импульсным сигналам распознавать воздушные цели с высо1Шй вероятностью..

- Авторы: г . Д. Митрофанов .ачальника университета

аучной . .; HaiyK, профессор

- 8 -- Д. Пономарев

А.ГАВРШЮВ

ЛИТЕРАТУРА

1.Небабин В.Г., Сергеев В.В. Методы и техника радиолокащонного распознавания. -М.: Радио и связь, 1984, с. 120-126, рис. 4.11 (аналог).

2.Патент РФ № 2095826. ЖЖ® G 01 S 13/02. Радиолокационное устройство распознавания сигналов. Митрофанов Д.Г., Ермоленко В.П. Заявкам 96106217. Приоритет 27.03.96 г. Опубл. 10.11.97 г. (прототип).

Claims (1)

1. Радиолокационное устройство распознавания типов целей, содержащее импульсный модулятор, усилитель мощности, антенну, задающий генератор, первый смеситель, гетеродин, последовательно включенные антенный переключатель, второй смеситель, усилитель промежуточной частоты, амплитудный детектор, линию задержки, сумматор, двухполупериодный выпрямитель, интегратор и блок идентификации, причем выход задающего генератора связан с первым входом первого смесителя и первым входом усилителя мощности, второй вход которого соединен с выходом импульсного модулятора, а выход - со входом антенного переключателя, антенный вход которого подключен к входу-выходу антенны, выход гетеродина соединен со вторым входом первого смесителя, выход которого подключен ко второму входу второго смесителя, а выход амплитудного детектора также соединен со вторым инверсным входом сумматора, отличающееся тем, что в состав устройства дополнительно включены последовательно соединенные дифференцирующая цепь и счетчик импульсов, причем вход дифференцирующей цепи подключен к выходу двухполупериодного выпрямителя, а выход счетчика импульсов - ко второму входу блока идентификации.