RU2095822C1

RU2095822C1 - Device automatically identifying air objects

Info

Publication number: RU2095822C1
Application number: RU95118608A
Authority: RU
Inventors: Д.Г. Митрофанов; В.П. Ермоленко; Н.Н. Коваленков; А.Н. Мухаметзянов; В.И. Мищенко
Original assignee: Военная академия противовоздушной обороны сухопутных войск РФ
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 1997-11-10

Abstract

FIELD: radiolocation, automatic identification of tracked air objects. SUBSTANCE: mix of well known device is supplemented with first and second rectifiers, potentiometric transducer of reference voltage, threshold unit, saw-tooth voltage generator, voltage-controlled generator, third mixer, reference frequency filter, M filters, M amplitude detectors, M-1 dividers, adder and identification unit in order to ensure usage of new information sign of identification which presents sum of relations of levels of spectral components across outputs of adjacent narrow-band filters characterizing degree of brokenness of envelope of secondary Doppler spectrum of reflected signal. Additional positive effect of new arrangement of circuit of device consists in independence of identification sign of range to object and conditions of propagation of radio waves (various levels of attenuation of radio waves in atmosphere). EFFECT: increased probability of correct identification of air objects of various classes flying at various ranges from radar and under various conditions of propagation of electromagnetic waves in apace. 1 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокационным устройствам и может быть использовано для автоматического распознавания класса сопровождаемого воздушного объекта (ВО). The invention relates to radar devices and can be used for automatic recognition of the class of the accompanied air object (IN).

Известно радиолокационное устройство распознавания целей, содержащее задающий генератор, последовательно соединенные импульсный модулятор, усилитель мощности, антенный переключатель и антенну, последовательно соединенные гетеродин, 1-й смеситель, 2-й смеситель, усилитель промежуточной частоты (УПЧ) и фазовый детектор, причем выход задающего генератора соединен со 2-ми входами усилителя мощности и 1-го смесителя, выход антенного переключателя соединен со 2-м входом 2-го смесителя, а выход гетеродина также соединен со 2-м входом фазового детектора. Known radar target recognition device containing a master oscillator, serially connected pulse modulator, power amplifier, antenna switch and antenna, serially connected local oscillator, 1st mixer, 2nd mixer, intermediate frequency amplifier (IF) and phase detector, and the output of the master the generator is connected to the 2 inputs of the power amplifier and the 1st mixer, the output of the antenna switch is connected to the 2nd input of the 2nd mixer, and the local oscillator output is also connected to the 2nd input of the phase detector the ector.

Это устройство позволяет различать подвижные объекты от неподвижных, а подвижные различать по их скорости на основе эффекта Доплера. Однако оно не позволяет классифицировать объекты с достаточной надежностью (достоверностью), так как скорость объектов является неустойчивым различительным признаком. This device allows you to distinguish between moving objects from motionless, and moving objects to distinguish by their speed based on the Doppler effect. However, it does not allow classifying objects with sufficient reliability (certainty), since the speed of objects is an unstable distinguishing feature.

Целью изобретения является повышение вероятности правильного радиолокационного распознавания (РЛР) воздушных объектов, совершающих полеты на различных дальностях до радиолокатора и в различных условиях распространения электромагнитных волн в пространстве. The aim of the invention is to increase the likelihood of correct radar recognition (RLR) of airborne objects flying at different distances to the radar and under various conditions of the propagation of electromagnetic waves in space.

Для обеспечения этого в предлагаемом устройстве в качестве признака РЛР объектов используется сигнал, характеризующий изрезанность огибающей вторичного доплеровского спектра и формируемый в виде суммы отношений уровней гармонических составляющих вторичного доплеровского спектра на выходах смежных (по полосам пропускания) узкополосных доплеровских фильтров при стабилизации частоты максимума спектральной плотности отраженного сигнала. При этом обеспечивается индифферентность признака РЛР к у ровню обрабатываемого отраженного сигнала и устойчивость используемого различительного признака классификации ВО. To ensure this, in the proposed device, as a sign of RLR of objects, a signal is used that characterizes the roughness of the envelope of the secondary Doppler spectrum and is formed as the sum of the ratio of the levels of harmonic components of the secondary Doppler spectrum at the outputs of adjacent narrow-band Doppler filters (by passband) while stabilizing the frequency of the reflected spectral density maximum signal. This ensures the indifference of the sign of HRD to the level of the processed reflected signal and the stability of the used distinguishing feature of the classification of HE.

Практически это достигается введением в состав известного устройства 1-го и 2-го выпрямителей, потенциометрического датчика опорного напряжения (ПДОП), порогового блока, генератора пилообразного напряжения (ГПН), управляемого напряжением генератора (УНГ), 3-го смесителя, фильтра опорной частоты (ФОЧ), М фильтров, М амплитудных детекторов (АД), М-1 делителей, сумматора и блока идентификации. При этом 1-й выпрямитель, ПДОН, пороговый блок, ГПН, УГН, 3-й смеситель, ФОЧ и 2-й выпрямитель соединяются последовательно, выход УПЧ соединяется со входом 1-го выпрямителя и 2-м входом 3-го смесителя, а выход 2-го выпрямителя подключается ко 2-му входу порогового блока. Выход 3-го смесителя соединяется со входами М узкополосных фильтров, каждый из которых подключается ко входу соответствующего из М амплитудных детекторов, выходы которых подключены ко входам М-1 делителей так, что на 1-й вход каждого m-го из М-1 делителей поступает сигнал с выхода соответствующего m-го АД, а на 2-й вход каждого m-го делителя сигнал с выхода соответствующего m+1-го АД, при этом выходы М-1 делителей соединяются с соответствующими входами сумматора, выход которого подключается ко входу блока идентификации. In practice, this is achieved by introducing into the known device the 1st and 2nd rectifiers, a potentiometric reference voltage sensor (PDOP), a threshold block, a sawtooth voltage generator (GPN) controlled by a generator voltage (UNG), a third mixer, a reference frequency filter (FOC), M filters, M amplitude detectors (AM), M-1 dividers, adder and identification unit. In this case, the 1st rectifier, PDON, threshold block, GPN, UGN, the 3rd mixer, FOC and the 2nd rectifier are connected in series, the output of the inverter is connected to the input of the 1st rectifier and the 2nd input of the 3rd mixer, and the output of the 2nd rectifier is connected to the 2nd input of the threshold block. The output of the 3rd mixer is connected to the inputs of M narrow-band filters, each of which is connected to the input of the corresponding from M amplitude detectors, the outputs of which are connected to the inputs of M-1 dividers so that the 1st input of each m-th of M-1 dividers a signal comes from the output of the corresponding m-th BP, and to the 2nd input of each m-th divider a signal from the output of the corresponding m + 1-th BP, while the outputs of the M-1 dividers are connected to the corresponding inputs of the adder, the output of which is connected to the input identification block.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства, в состав которого входят ИМ 1, УМ 2, АП 3, антенна 4, задающий генератор 5, УПЧ 6, 2-й смеситель 7, 1-й смеситель 8, гетеродин 9, 1-й выпрямитель 10, ПДОН 11, пороговый блок 12, ГПН 13, УНГ 14, 2-й выпрямитель 15, ФОЧ 16, 3-й смеситель 17, М фильтров 18, М амплитудных детекторов 19, М-1 делителей 20, сумматор 21 и блок идентификации 22. The drawing shows a structural diagram of the proposed device, which includes IM 1, UM 2, AP 3, antenna 4, a master oscillator 5, UPCH 6, 2nd mixer 7, 1st mixer 8, local oscillator 9, 1st rectifier 10, PDON 11, threshold block 12, GPN 13, UNG 14, 2nd rectifier 15, FOCH 16, 3rd mixer 17, M filters 18, M amplitude detectors 19, M-1 dividers 20, adder 21 and identification block 22.

Устройство автоматического распознавания ВО работает следующим образом. The automatic recognition device VO operates as follows.

Задающий генератор 5 вырабатывает электромагнитные колебания высокой частоты f_o, которые поступают на 2-й вход УМ 2, на 1-й вход которого подаются модулирующие импульсы с выхода ИМ 1.The master oscillator 5 generates high frequency electromagnetic waves f _o , which are fed to the 2nd input of the PA 2, to the 1st input of which modulating pulses are supplied from the output of IM 1.

С выхода УМ 2 импульсы, заполненные высокой частотой задающего генератора 5 и усиленные по мощности, проходят через АП 3 к антенне 4 и излучаются ею в направлении ВО, выбранного для распознавания. Сигнал, отраженный ВО, принимается антенной 4 и проходит через АП 3, служащий для обеспечения коммутации на передачу и прием, на 2-й вход 2-го смесителя 7, на 1-й вход которого поступает сигнал на частоте f_o+f_пр с выхода 1-го смесителя 8. Первый смеситель 8 предназначен для выработки сигнала на частоте f_o+f_пр, для чего на его 1-й вход поступает сигнал на промежуточной частоте f_пр с выхода гетеродина 9, а на 2-й вход сигнал на высокой частоте f_o с выхода задающего генератора 5.From the output of the UM 2, pulses filled with a high frequency of the master oscillator 5 and amplified in power pass through the AP 3 to the antenna 4 and are emitted by it in the direction of the VO selected for recognition. The signal reflected by VO is received by antenna 4 and passes through AP 3, which serves to provide switching for transmission and reception, to the 2nd input of the 2nd mixer 7, to the 1st input of which a signal is received at a frequency f _o + f _pr s the output of the 1st mixer 8. The first mixer 8 is designed to generate a signal at a frequency f _o + f _ol , for which its first input receives a signal at an intermediate frequency f _ol from the output of the local oscillator 9, and the signal at the 2nd input high frequency f _o from the output of the master oscillator 5.

На выходе 2-го смесителя 7 формируется сигнал на частоте f_пр+f_д, где f_д доплеровская частота ВО, обусловленная его движением относительно РЛС. Выходной сигнал 2-го смесителя усиливается в УПЧ 6 и поступает на вход 1-го выпрямителя 10 и 2-й вход 3-го смесителя 17. Выпрямитель 10 вырабатывает огибающую отраженного сигнала, которая проходит на вход ПДОН 11, вырабатывающего по уровню входного сигнала напряжение порога U_пор, поступающее на вход порогового блока 12, на 2-й вход которого подается сигнал с выхода 2-го выпрямителя 15.At the output of the 2nd mixer 7, a signal is formed at a frequency f _pr + f _d , where f _{d is the} Doppler frequency VO due to its movement relative to the radar. The output signal of the 2nd mixer is amplified in the amplifier 6 and is fed to the input of the 1st rectifier 10 and the 2nd input of the 3rd mixer 17. The rectifier 10 generates an envelope of the reflected signal, which passes to the input of PDON 11, which generates voltage by the level of the input signal threshold U _then , entering the input of the threshold block 12, to the 2nd input of which a signal is output from the output of the 2nd rectifier 15.

ГПН 13, до прихода на его 1-й вход напряжения запирания с выхода порогового блока 12, вырабатывает пилообразное напряжение, управляющее частотой УНГ 14, сигнал с выхода которого поступает на 1-й вход 3-го смесителя 17, который осуществляет преобразование частот сигналов, поступающих на 1-й и 2-й входы. На выходе 3-го смесителя 17 стоит ФОЧ 16, точно настроенный на сигналы промежуточной частоты f_пр. Третий смеситель 17 вырабатывает сигналы комбинационных частот на основе смешения частот сигналов, поступающих на его входы, и, следовательно, может иметь на выходе существенный сигнал на частоте f_пр в момент равенства частоты сигнала УНГ 14 максимальной частоте вторичного доплеровского спектра, входящей в состав частот сигналов на выходе УПЧ 6. Именно в этот момент ФОЧ 16 пропускает на свой сигнал с выхода 3-го смесителя. Этот сигнал детектируется в 2-м выпрямителе 15 и поступает с его выхода на 2-й вход порогового блока, где сравнивается с установленным уровнем порога. При превышении сигналом порогового уровня пороговый блок 12 вырабатывает сигнал запрета работы ГПН 13, который прекращает изменять напряжение пилы и фиксирует тем самым частоту генератора 14.GPN 13, before the locking voltage arrives at its first input from the output of the threshold unit 12, it produces a sawtooth voltage that controls the frequency of the UNG 14, the output signal of which is fed to the 1st input of the 3rd mixer 17, which converts the signal frequencies, entering the 1st and 2nd inputs. At the output of the 3rd mixer 17 is FOCH 16, fine tuned to the signals of the intermediate frequency f _PR The third mixer 17 generates Raman signals based on mixing the frequencies of the signals supplied to its inputs, and, therefore, can have an essential signal at a frequency f _pr at the moment of equal signal frequency UNG 14 to the maximum frequency of the secondary Doppler spectrum, which is part of the signal frequencies at the output of UPCH 6. It is at this moment that FOC 16 passes to its signal from the output of the 3rd mixer. This signal is detected in the 2nd rectifier 15 and enters from its output to the 2nd input of the threshold block, where it is compared with the set threshold level. When the signal exceeds the threshold level, the threshold unit 12 generates a signal prohibiting the operation of the SPS 13, which stops changing the saw voltage and thereby fixes the frequency of the generator 14.

С выхода 3-го смесителя 17 сигнал поступает одновременно на входы М узкополосных доплеровских фильтров 18, совместная полоса пропускания которых составляет величину, перекрывающую диапазон вторичных доплеровских гармоник для ВО любых размеров, движущегося под всевозможными ракурсами. Каждый из М фильтров 18 настроен на свою частоту, что обеспечивает различие уровней отраженного сигнала на их выходах. Поступая с выхода m-го фильтра 18 на вход соответствующего m-го АД 19, сигнал детектируется и подается для сравнения на входы соответствующего делителя 20. Первый вход каждого m-го делителя подключен к выходу соответствующего m-го АД 19, а 2-й вход к выходу соответствующего m+1-го АД 19. На выходе каждого m-го делителя 20 формируется сигнал, пропорциональный кратному от деления амплитуды сигнала в m-м канале вторичной доплеровской фильтрации на амплитуду сигнала в m+1-м канале. Выходные сигналы делителей 20 подаются на соответствующие М-1 входов сумматора 21, где производится аддитивное сложение уровней сигналов, поступающих на его входы. Таким образом, с выхода сумматора 21 на вход блока идентификации 22 поступает сигнал, характеризующий степень изрезанности огибающей вторичного доплеровского спектра (доплеровского портрета), отражающего индивидуальные особенности объекта определенного класса. В блоке идентификации 22 производится сравнение входного сигнала с набором пороговых уровней по числу разпознаваемых классов, а по результатам сравнения принимается решение в пользу того или иного класса объекта в соответствии с заранее установленным алфавитом. From the output of the 3rd mixer 17, the signal simultaneously enters the inputs of M narrow-band Doppler filters 18, the combined passband of which is a value that covers the range of secondary Doppler harmonics for VO of any size, moving under all sorts of angles. Each of the M filters 18 is tuned to its own frequency, which provides a difference in the levels of the reflected signal at their outputs. Coming from the output of the m-th filter 18 to the input of the corresponding m-th BP 19, the signal is detected and sent for comparison to the inputs of the corresponding divider 20. The first input of each m-th divider is connected to the output of the corresponding m-th BP 19, and the 2nd the input to the output of the corresponding m + 1-th BP 19. At the output of each m-th divider 20, a signal is generated proportional to a multiple of dividing the signal amplitude in the m-th channel of secondary Doppler filtering by the signal amplitude in the m + 1-th channel. The output signals of the dividers 20 are fed to the corresponding M-1 inputs of the adder 21, where the additive addition of signal levels arriving at its inputs is performed. Thus, from the output of the adder 21 to the input of the identification unit 22, a signal characterizes the degree of indentation of the envelope of the secondary Doppler spectrum (Doppler portrait), reflecting the individual characteristics of an object of a particular class. In the identification unit 22, the input signal is compared with a set of threshold levels according to the number of recognized classes, and based on the results of the comparison, a decision is made in favor of an object class in accordance with a predetermined alphabet.

Предложенное построение схемы реализует идею РЛР объектов с использованием признака, инвариантного к дальности до цели и условиям распространения радиоволн в атмосфере. В роли признака распознавания в данном устройстве выступает сумма вычисленных в делителях 20 уровней гармонических составляющих доплеровского портрета объекта на выходах смежных узкополосных доплеровских фильтров при стабилизации частоты максимума спектральной плотности отраженного сигнала. Таким образом, при РЛР с помощью предложенного устройства может быть получен существенный прирост вероятности правильного распознавания ВО, летящих на различных дальностях до РЛС при возможных условиях распространения радиоволн в свободном пространстве. The proposed construction of the scheme implements the idea of radar detection of objects using a feature that is invariant to the distance to the target and the propagation conditions of radio waves in the atmosphere. The recognition feature in this device is the sum of the 20 harmonic components of the Doppler portrait of the object calculated in the dividers at the outputs of adjacent narrow-band Doppler filters while stabilizing the frequency of the maximum spectral density of the reflected signal. Thus, when radar detection using the proposed device can be obtained, a significant increase in the probability of the correct recognition of HE flying at different distances to the radar under possible propagation conditions of radio waves in free space.

Claims

A device for automatic recognition of air objects, comprising a master oscillator, a pulse modulator, a power amplifier, an antenna switch and an antenna, a local oscillator, a first mixer, a second mixer and an intermediate frequency amplifier connected in series, the output of the master oscillator being connected to the second input of the power amplifier and the second input the first mixer, and the output of the antenna switch is connected to the second input of the second mixer, characterized in that it further input t M filters, M amplitude detectors, M-1 dividers, a series-connected adder and an identification unit, a first rectifier connected in series, a potentiometric reference voltage sensor, a threshold block, a sawtooth generator, a voltage-controlled generator, a third mixer, a reference frequency filter and a second rectifier moreover, the output of the intermediate frequency amplifier is connected to the input of the first rectifier and the second input of the third mixer, the output of which is also connected to the inputs of the M filters, the outputs to which are connected to the inputs of the respective amplitude detectors from M, the output of each of the mth and (m + 1) -th of which is connected respectively to the first and second inputs of the corresponding mth divider, the outputs of M 1 dividers are connected to the inputs of the adder corresponding to M 1 , and the output of the second rectifier is connected to the second input of the threshold block.