RU2095826C1

RU2095826C1 - Target recognition radar

Info

Publication number: RU2095826C1
Application number: RU96106217A
Authority: RU
Inventors: Д.Г. Митрофанов; В.П. Ермоленко
Original assignee: Военная академия противовоздушной обороны сухопутных войск РФ
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 1997-11-10

Abstract

FIELD: pulse radars. SUBSTANCE: pulse modulator, power amplifier, master oscillator, second mixer, serial circuit of delay line, adder, full-wave rectifier, integrator and identification unit are introduced to accomplish goal of invention. EFFECT: increased efficiency of recognition of radar targets taking into account value and number of level jumps in signal that is reflected from target inside single pulse series, possibility to recognize targets of equal size and class but different structure. 2 dwg

Description

Устройство относится к радиолокационной технике и может быть использовано для распознавания воздушных целей по сигналам, отраженным данными целями. The device relates to radar technology and can be used to recognize air targets by the signals reflected by these targets.

Известна РЛС "Микронетикс" [1] которая может быть использована для распознавания радиолокационных целей по радиолокационным дальностным портретам, получаемым за счет облучения целей импульсами короткой длительности (1 нс). Использование этих импульсов позволяет достичь разрешающей способности по дальности δD 15 см и, тем самым, наблюдать результаты отражения импульсов от различных элементов конструкции цели. РЛС "Микронетикс" включает эквивалент антенны, последовательно включенные высокочастотный тройник, выходной усилитель и первую антенну, последовательно соединенные магнетронный генератор, схему формирования зондирующих импульсов, элемент связи, детектор запуска и импульсный осциллограф, последовательно включенные вторую антенну, прецизионный аттенюатор, малошумящую лампу бегущей волны, усилитель мощности и детектор коротких импульсов, выход которого связан со вторым входом импульсного осциллографа. При этом второй выход элемента связи соединен со входом высокочастотного тройника, второй выход которого подключен ко входу эквивалента антенны. Known radar "Micronetics" [1] which can be used to recognize radar targets by radar range portraits obtained by irradiating targets with pulses of short duration (1 ns). The use of these pulses makes it possible to achieve a range resolution of δD 15 cm and, thereby, observe the results of the reflection of pulses from various elements of the target structure. Micronetics radar includes an antenna equivalent, a high-frequency tee, an output amplifier and a first antenna connected in series, a magnetron generator, a probe pulse generation circuit, a communication element, a start detector and a pulse oscilloscope, a second antenna connected in series, a precision attenuator, a low-noise traveling wave lamp , a power amplifier and a short pulse detector, the output of which is connected to the second input of a pulsed oscilloscope. In this case, the second output of the communication element is connected to the input of the high-frequency tee, the second output of which is connected to the input of the antenna equivalent.

Недостатком данной РЛС является то, что она позволяет определять радиолокационные характеристики целей на дальностях до единиц километров, а это в настоящее время сужает область использования таких РЛС особенно для решения задач распознавания. Описанная РЛС в виду данного недостатка используется лишь в экспериментальных исследованиях [1] Другим недостатком РЛС "Микронетикс" является необходимость двух антенн, что усложняет конструктивное исполнение. И, наконец, в условиях отсутствия точной априорной информации о сигнатурах целей определенных классов на всевозможных ракурсах, а также из-за сложности зрительной идентификации оператором эталонных и реальных сигнатур достоверность распознавания целей данной РЛС является недостаточной. The disadvantage of this radar is that it allows you to determine the radar characteristics of targets at ranges up to units of kilometers, and this currently narrows the scope of use of such radars, especially for solving recognition problems. The described radar in view of this drawback is used only in experimental studies [1] Another disadvantage of the Micronetics radar is the need for two antennas, which complicates the design. And, finally, in the absence of accurate a priori information about the signatures of targets of certain classes at various angles, as well as because of the difficulty of visual identification by the operator of reference and real signatures, the reliability of target recognition of this radar is insufficient.

Известна также РЛС с автоматическим фильтром распознавания [2] в которой распознавание и идентификация целей осуществляются оператором путем 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 радиолокационных целей, если вместо радиолокационных портретов оценивать сигналы, представляющие собой сумму радиоимпульсов, отраженных отдельными блестящими точками (БТ) на поверхности цели. Also known is a radar with an automatic recognition filter [2] in which the recognition and identification of targets is carried out by the operator by comparing the received echo signals with reference radio-pulse portraits of known targets, that is, by comparing radar portraits of real targets and standards. At the same time, it is indicated that in this radar it is possible to achieve more efficient recognition of radar targets if instead of radar portraits, signals representing the sum of radio pulses reflected by individual shiny points (BT) on the target surface are evaluated.

РЛС с автоматическим фильтром распознавания включает передатчик, гетеродин, цифровое управляющее устройство (ЦУУ), последовательно соединенные антенну, антенный переключатель, усилитель высокой частоты (УВЧ), 1-й смеситель, усилитель промежуточной частоты (УПЧ), автоматический фильтр распознавания (АФР), амплитудный детектор и индикатор, причем второй вход антенного переключателя связан с выходом передатчика, второй вход первого смесителя с выходом гетеродина, а второй вход АФР с выходом ЦУУ. A radar with an automatic recognition filter includes a transmitter, a local oscillator, a digital control device (CCU), a series-connected antenna, an antenna switch, a high-frequency amplifier (UHF), a 1st mixer, an intermediate-frequency amplifier (UPCH), an automatic recognition filter (AFR), an amplitude detector and an indicator, the second input of the antenna switch connected to the output of the transmitter, the second input of the first mixer with the output of the local oscillator, and the second input of the AFR with the output of the central control unit.

Данная РЛС использует для зондирования мощные линейно-частотно-модулированные импульсы, что позволяет распознавать цели на больших дальностях. Однако данной РЛС также свойственны определенные недостатки. This radar uses powerful linear-frequency-modulated pulses for sounding, which makes it possible to recognize targets at long ranges. However, this radar also has certain disadvantages.

Во-первых, для разрешения БТ, находящихся на поверхности цели с разносом по дальности около 1 м друг от друга, требуется применение зондирующих ЛЧМ-сигналов с девиацией частоты не менее Δf 150 МГц. Практическая реализация ЛЧМ-сигналов с указанной девиацией частоты на современном уровне развития радиолокационной техники является проблематичной задачей. Firstly, to resolve BTs located on the target surface with a distance spacing of about 1 m from each other, the use of probing chirp signals with a frequency deviation of at least Δf 150 MHz is required. The practical implementation of chirp signals with the indicated frequency deviation at the current level of development of radar technology is a problematic task.

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 сигнала, что приводит к потере информации об интенсивности БТ цели. Указанная нормировка не позволяет в полной мере использовать для распознавания информацию, заключенную в амплитудах сигналов, отраженных от БТ цели. При этом сохраняется возможность распознавания целей лишь по количеству и характеру расположения БТ на цели вдоль линии визирования РЛС. Secondly, to ensure the normal mode of operation of dispersive ultrasonic delay lines (DLSLs) used to compress the reflected signals, amplitude limiters are usually installed in front of them, normalizing the compressible signal, which leads to the loss of information about the BT target intensity. The specified normalization does not allow the full use for recognition of information contained in the amplitudes of the signals reflected from the target BT. At the same time, it remains possible to recognize targets only by the number and nature of the location of the BT on the target along the line of sight of the radar.

В-третьих, описываемая РЛС для каждой назначенной для распознавания цели требует наличия своего индивидуального фильтра распознавания и других вспомогательных устройств, что служит причиной сложности и громоздкости технической реализации такой РЛС. Thirdly, the described radar for each designated purpose for recognition requires its own individual recognition filter and other auxiliary devices, which causes the complexity and cumbersome technical implementation of such a radar.

В-четвертых, вероятность (достоверность) распознавания целей в данной РЛС не может быть достаточно высокой, так как зрительно-идентификационные возможности оператора-распознавальщика ограничены, что связано с невозможностью хранения в его памяти большого числа эталонов, критичных ко многим факторам. Fourth, the probability (reliability) of target recognition in a given radar cannot be sufficiently high, since the visual-identification capabilities of the recognizing operator are limited, which is associated with the impossibility of storing a large number of standards in its memory that are critical to many factors.

В-пятых, 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 суммарный сигнал. Fifthly, when targets are recognized by the sum of signals reflected by different target BTs, the probability of correct recognition will also be low, since for targets with different configurations and different numbers of BTs the same total signal can be obtained.

Целью изобретения является повышение достоверности радиолокационного распознавания воздушных целей за счет идентификации сигналов, отраженных данными целями, при использовании квазимонохроматического импульсного зондирования. The aim of the invention is to increase the reliability of radar recognition of air targets by identifying the signals reflected by these targets when using quasi-monochromatic pulsed sounding.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве анализируется результат интерференции волн, отраженных от различных блестящих точек, разнесенных в радиальном направлении, при зондировании цели квазимонохроматическим сигналом. Как известно, электромагнитная волна (ЭМВ) имеет конечную скорость распространения, и значит, она достигает разных БТ в разные моменты времени. Именно в эти моменты за счет интерференции отражений квазимонохроматических (в пределах импульса) ЭМВ от изменившегося количества БТ происходит скачкообразное изменение интенсивности результирующей отраженной ЭМВ. Величина этой интенсивности зависит от количества БТ, участвующих в отражении, их эффективных площадей рассеяния (ЭПР) и взаимного расположения фазовых центров этих БТ между собой. Таким образом, у целей с различными размерами, геометрией и величинами ЭПР составляющих их БТ (фиг. 1, а, б) интенсивности отражений и амплитуды их перепадов в фиксированные моменты времени будут отличаться (фиг. 1, в, г). Указанный факт положен в основу работы предлагаемого устройства распознавания. Для этого в состав известного устройства [2] дополнительно включают импульсный модулятор, усилитель мощности, задающий генератор, 2-й смеситель, последовательно включенные линия задержки (ЛЗ), сумматор, двухполупериодный выпрямитель (ДППВ), интегратор и блок идентификации, причем задающий генератор связывают одновременно с 1-м входом 1-го смесителя и 1-м входом усилителя мощности, 2-й вход которого соединяют с выходом импульсного модулятора, а выход со входом антенного переключателя, выход которого подключают к 1-му входу 2-го смесителя, 2-й вход которого соединяют с выходом 1-го смесителя, а выход со входом УПЧ, выход которого связывают со входом амплитудного детектора, выход которого соединяют со входом ЛЗ и вторым входом сумматора. This goal is achieved by the fact that in the proposed device, the result of interference of waves reflected from various shiny points spaced in the radial direction is analyzed when the target is probed with a quasi-monochromatic signal. As you know, an electromagnetic wave (EMW) has a finite propagation velocity, which means it reaches different BTs at different points in time. It is precisely at these moments that due to the interference of reflections of quasi-monochromatic (within the pulse) EMW from the changed amount of BT, an abrupt change in the intensity of the resulting reflected EMW occurs. The magnitude of this intensity depends on the number of BTs participating in the reflection, their effective scattering areas (EPR), and the relative position of the phase centers of these BTs among themselves. Thus, for targets with different sizes, geometries, and EPR values of their constituent BTs (Fig. 1, a, b), the intensities of reflections and the amplitudes of their differences at fixed times will differ (Fig. 1, c, d). This fact is the basis of the proposed recognition device. To this end, the composition of the known device [2] additionally includes a pulse modulator, a power amplifier, a master oscillator, a 2nd mixer, a delay line (LZ) connected in series, an adder, a half-wave rectifier (LPS), an integrator and an identification unit, and the master oscillator is connected simultaneously with the 1st input of the 1st mixer and the 1st input of the power amplifier, the 2nd input of which is connected to the output of the pulse modulator, and the output with the input of the antenna switch, the output of which is connected to the 1st input of the 2nd mixer, 2 th which is connected to the output of the 1st mixer, and the output to the input of the IF amplifier, whose output is linked to an input of amplitude detector, whose output is connected to the input of LZ and the second input of the adder.

Предложенное построение схемы позволяет за счет оценки количества и величин перепадов уровня отраженного сигнала в пределах одного импульса производить распознавание целей с высокой вероятностью. Признаком распознавания выступает сумма абсолютных величин перепадов амплитуды отраженного сигнала. Данный признак принимает различные значения для целей с разным числом БТ на их поверхности, а также для целей с одинаковым числом БТ, но с различными ЭПР и различным взаимным расположением БТ в радиальном направлении (фиг. 1, а, б). The proposed construction of the circuit allows for the recognition of targets with high probability by estimating the number and magnitude of the level difference of the reflected signal within a single pulse. The recognition sign is the sum of the absolute values of the differences in the amplitude of the reflected signal. This feature takes different values for targets with different numbers of BTs on their surface, as well as for goals with the same number of BTs, but with different EPR and different relative positions of BTs in the radial direction (Fig. 1, a, b).

На фиг. 2 представлена структурная схема предлагаемого радиолокационного устройства распознавания сигналов. In FIG. 2 presents a structural diagram of the proposed radar device for signal recognition.

Устройство содержит импульсный модулятор 1, усилитель мощности 2, антенный переключатель 3, антенну 4, задающий генератор 5, первый смеситель 6, гетеродин 7, интегратор 8, блок идентификации 9, второй смеситель 10, УПЧ 11, ДППВ 12, сумматор 13, ЛЗ 14, амплитудный детектор 15. При этом антенный переключатель 3, 2-й смеситель 10, УПЧ 11, амплитудный детектор 15, ЛЗ 14, сумматор 13, ДППВ 12, интегратор 8 и блок идентификации включены последовательно. Задающий генератор 5 связан своим выходом с 1-м входом 1-го смесителя 6 и 1-м входом усилителя мощности 2, второй вход которого связан с выходом импульсного модулятора 1, а выход со входом антенного переключателя 3, антенный вход которого связан с антенной 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 амплитудного детектора 15 подключен также ко 2-му входу сумматора 13. The device comprises a pulse modulator 1, a power amplifier 2, an antenna switch 3, an antenna 4, a driver 5, a first mixer 6, a local oscillator 7, an integrator 8, an identification unit 9, a second mixer 10, UPCH 11, DPPV 12, adder 13, LZ 14 , amplitude detector 15. In this case, the antenna switch 3, the 2nd mixer 10, UPCH 11, the amplitude detector 15, LZ 14, the adder 13, DPPV 12, the integrator 8 and the identification unit are connected in series. The master oscillator 5 is connected by its output to the 1st input of the 1st mixer 6 and the 1st input of the power amplifier 2, the second input of which is connected to the output of the pulse modulator 1, and the output to the input of the antenna switch 3, the antenna input of which is connected to the antenna 4 The output of the local oscillator 7 is connected to the 2nd input of the 1st mixer 6, the output of which is connected to the 2nd input of the 2nd mixer 10, and the output of the amplitude detector 15 is also connected to the 2nd input of the adder 13.

Радиолокационное устройство распознавания сигналов работает следующим образом. The radar signal recognition device operates as follows.

Задающий генератор 5 генерирует сверхвысокочастотные гармонические колебания на частоте f_о, которые поступают в усилитель мощности 2, где из непрерывного колебания вырабатываются прямоугольные СВЧ-импульсы в соответствии с законом модуляции, навязываемым импульсным модулятором 1. СВЧ-импульсы проходят антенный переключатель 3 и через антенну 4 излучаются в направлении цели. Отразившись от цели, импульсы с измененной структурой поступают в антенну 4 и через антенный переключатель 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 f_пр с выхода гетеродина 7 на 2-м входе и сигналам несущей частоты f_о с выхода задающего генератора 5 на 1-м входе формирует опорный сигнал на частоте f_о + f_пр. Во втором смесителе 10 происходит смешивание сигналов на двух его входах, в результате чего на выходе смесителя 10 формируются амплитудно-модулированные сигналы от цели на разностной (промежуточной) частоте (f_пр + f_пр) f_о f_пр. Они усиливаются в УПЧ 11 и подаются на вход амплитудного детектора 15, где происходит выделение огибающий.The master oscillator 5 generates microwave oscillations at a frequency f _о , which are supplied to a power amplifier 2, where rectangular microwave pulses are generated from a continuous oscillation in accordance with the modulation law imposed by a pulse modulator 1. Microwave pulses pass the antenna switch 3 and through the antenna 4 radiated towards the target. Reflected from the target, pulses with a changed structure enter the antenna 4 and pass through the antenna switch 3 to the 1st input of the 2nd mixer 10; to the 2nd input of which the output signals of the 1st mixer 6 are supplied, which, in turn, by the signals of the intermediate frequency f _pr from the output of the local oscillator 7 at the 2nd input and the signals of the carrier frequency f _о from the output of the master oscillator 5 to 1- m input generates a reference signal at a frequency f _about + f _PR In the second mixer 10, signals are mixed at its two inputs, as a result of which amplitude-modulated signals from the target are formed at the output of the mixer 10 at the difference (intermediate) frequency (f _CR + f _CR ) f _о f _CR They are amplified in the amplifier 11 and fed to the input of the amplitude detector 15, where the envelope is extracted.

В соответствии с интерференцией ЭМВ от БТ для целей 1 и 2, радиальная структура которых показана на фиг. 1, а, б, на выходе амплитудного детектора 15 могут быть получены сигналы, представленные соответственно на фиг. 1, в, г (варианты). На представленных эпюрах отраженные сигналы имеют перепады амплитуд, положение которых на временной оси определяется положением БТ в структурах целей. 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, суммарный отраженный сигнал изменяет свою величину. Для выявления информации о величинах перепадов уровней отраженного сигнала в схеме применена ЛЗ 14, время задержки которой определяется минимально разрешаемым радиальным интервалом между соседними БТ на всех из назначенных для распознавания целей (на фиг. 1,а данный интервал обозначен H_мин). Сигналы, полученные для двух гипотетических целей на выходах ЛЗ 14, показаны на фиг. 1, д, е, где T_з время задержки сигналов в ЛЗ 14. Прямой и задержанный сигналы подаются соответственно на 2-й (инверсный) и 1-й входы сумматора 13. На 2-м входе сумматора предполагается наличие инвертора (на фиг. 2 не показан). Разностный сигнал с выхода сумматора 13 подается на ДППВ 12, где разнополярные сигналы выпрямляются и становятся однополярными (фиг. 1, ж, з). Далее сигналы поступают на интегратор 8, который производит их поочередное интегрирование с запоминанием результирующей амплитуды (фиг. 1, и, к). Как видно из приведенных эпюр, выходные напряжения U₁ и U₂ для 1-й и 2-й целей отличаются по амплитуде, так как последняя критична к числу и интенсивностям перепадов амплитуд в отраженном сигнале. Это позволяет распознавать цели различных классов (типов), сравнивая выходные сигналы интегратора 8 в блоке идентификации 9 с набором пороговых сигналов.In accordance with the interference of the EME from the BT for targets 1 and 2, the radial structure of which is shown in FIG. 1a, b, at the output of the amplitude detector 15, the signals shown in FIG. 1, c, d (options). On the presented diagrams, the reflected signals have amplitude differences, the position of which on the time axis is determined by the position of the BT in the target structures. This is due to the fact that when the number of BTs participating in the EME reflection changes, the interference structure of the field changes, and depending on the ratio of phases and amplitudes of the signals reflected from individual BTs, the total reflected signal changes its value. To identify information on the magnitude of the differences in the levels of the reflected signal in the circuit, LZ 14 is used, the delay time of which is determined by the minimum allowed radial interval between neighboring BTs for all targets assigned for recognition (in Fig. 1, and this interval is designated H _min ). The signals obtained for two hypothetical purposes at the outputs of LZ 14 are shown in FIG. 1, e, e, where T _is the delay time of the signals in LZ 14. The direct and delayed signals are supplied respectively to the 2nd (inverse) and 1st inputs of the adder 13. At the 2nd input of the adder, an inverter is assumed (in FIG. 2 not shown). The differential signal from the output of the adder 13 is fed to the DPSA 12, where the bipolar signals are rectified and become unipolar (Fig. 1, g, h). Next, the signals are fed to an integrator 8, which produces their alternate integration with storing the resulting amplitude (Fig. 1, and, k). As can be seen from the diagrams, the output voltages U ₁ and U ₂ for the 1st and 2nd goals differ in amplitude, since the latter is critical to the number and intensity of the amplitude drops in the reflected signal. This allows you to recognize targets of various classes (types) by comparing the output signals of the integrator 8 in the identification unit 9 with a set of threshold signals.

Метод распознавания, реализуемый с помощью предложенного радиолокационного устройства распознавания сигналов, позволяет использовать для распознавания целей простые узкополосные (квазимонохроматические) импульсные сигналы. Признак распознавания, сформированный устройством распознавания, является достаточно информативным, что позволяет по отраженным импульсным сигналам распознавать цели не только различных классов, но и различных типов в пределах одного класса, то есть целей с одинаковыми геометрическими размерами, что следует из анализа эпюр фиг. 1. The recognition method, implemented using the proposed radar device for signal recognition, allows you to use simple narrow-band (quasi-monochromatic) pulse signals for target recognition. The recognition sign generated by the recognition device is quite informative, which allows one to recognize targets not only of different classes, but also of different types within the same class, that is, targets with the same geometric dimensions, which follows from the analysis of the diagrams of FIG. one.

Литература
1. Небабин В.Г. Сергеев В.В. Методы и техника радиолокационного распознавания. -М. Радио и связь, 1984, с. 112 114, рис. 4.6 (аналог).Literature
1. Nebabin V.G. Sergeev V.V. Methods and techniques of radar recognition. -M. Radio and Communications, 1984, p. 112 114, fig. 4.6 (analog).

2. Небабин В.Г. Сергеев В.В. Методы и техника радиолокационного распознавания. -М. Радио и связь, 1984, с. 120 126, рис. 4.11 (прототип). 2. Nebabin V.G. Sergeev V.V. Methods and techniques of radar recognition. -M. Radio and Communications, 1984, p. 120 126, Fig. 4.11 (prototype).

Claims

A radar signal recognition device containing an amplitude detector, an intermediate frequency amplifier, a local oscillator, a first mixer, an antenna switch and an antenna, the antenna being connected to the antenna input of the antenna switch, and the local oscillator connected to the second input of the first mixer, characterized in that the device is further included pulse modulator, power amplifier, master oscillator, second mixer, delay line connected in series, adder, half-wave rectifier, int an actuator and an identification unit, wherein the output of the master oscillator is connected to the first input of the first mixer and the first input of the power amplifier, the second input of which is connected to the output of the pulse modulator, and the output to the input of the antenna switch, the output of which is connected to the first input of the second mixer, the second input of which is connected to the output of the first mixer, and the output to the input of the intermediate frequency amplifier, the output of which is connected to the input of the amplitude detector, the output of which is connected to the input of the delay line and the second inverse input adder.