RU2099742C1 - Триангуляционный способ построения двумерного радиолокационного изображения цели в рлс сопровождения с инверсным синтезированием апертуры. - Google Patents

Триангуляционный способ построения двумерного радиолокационного изображения цели в рлс сопровождения с инверсным синтезированием апертуры. Download PDF

Info

Publication number
RU2099742C1
RU2099742C1 RU95115789A RU95115789A RU2099742C1 RU 2099742 C1 RU2099742 C1 RU 2099742C1 RU 95115789 A RU95115789 A RU 95115789A RU 95115789 A RU95115789 A RU 95115789A RU 2099742 C1 RU2099742 C1 RU 2099742C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
target
doppler
tracking
scatterers
radar
Prior art date
Application number
RU95115789A
Other languages
English (en)
Other versions
RU95115789A (ru
Inventor
Д.Г. Митрофанов
Original Assignee
Военная академия противовоздушной обороны сухопутных войск Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Военная академия противовоздушной обороны сухопутных войск Российской Федерации filed Critical Военная академия противовоздушной обороны сухопутных войск Российской Федерации
Priority to RU95115789A priority Critical patent/RU2099742C1/ru
Publication of RU95115789A publication Critical patent/RU95115789A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2099742C1 publication Critical patent/RU2099742C1/ru

Links

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Триангуляционный способ построения двумерного радиолокационного изображения воздушной цели в РЛС с инверсным апертурным синтезом и узкополосным зондирующим сигналом. Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для повышения качества распознавания воздушных целей. Цель изобретения - повысить точность построения радиолокационного изображения, чем снизит ошибки распознавания целей. Для этого предлагается анализировать структуру доплеровских портретов цели, полученных при изменении ракурса локации на 0,5o. На основе анализа расчетным путем определяются координаты локальных рассеивателей поверхности цели в системе координат, связанной с центром сопровождения цели. Способ инвариантен к положению и изменению доплеровской частоты центра сопровождения цели, а также лишен множества ошибок построения изображения, связанных с различными допущениями, принятыми в прототипе. 1 ил.

Description

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано в когерентно-импульсной РЛС или РЛС непрерывного излучения для получения двумерного радиолокационного изображения (РЛИ) и распознавания по нему воздушной цели.
Известен способ построения РЛИ [1] принятый за прототип, за счет обработки сигналов доплеровских частот, а также устройство для его реализации, которые могут быть применены в РЛС, осуществляющей сопровождение воздушной цели, совершающей при прямолинейном полете угловые перемещения вокруг взаимно-ортогональных осей ввиду специфики аэродинамических свойств летательных аппаратов. Находясь на одной из осей вращения, локальный рассеиватель участвует во вращательном движении только относительно другой оси. Полученные РЛИ возможно, если могут быть определены два или несколько таких рассеивателей, лежащих на одной оси вращения. Данные рассеиватели будут иметь аналогичные, с точностью до некоторого коэффициента, законы изменения доплеровских частот. На основе этого вычисляются средние значения угловых скоростей и значения корреляционных функций, связанных с ними. Величины корреляционных функций рассеивателей, вращающихся (качающихся) относительно взаимно-ортогональных осей, позволяют определить положения данных рассеивателей в двумерной системе координат. Для определения корреляционных зависимостей между рассеивателями в данном способе предложено сопровождать цель десятки.сотни секунд и проводить при этом анализ доплеровских частот, разрешая отдельные рассеиватели.
Данный способ требует сопровождения объекта в течение недопустимо длительного времени (порядка 60.100 с), а также наличия в сопровождаемом объекте большого числа (более 10) рассеивателей. Это вызвано необходимостью детального сравнения доплеровских частот рассеивателей в течение времени сопровождения для нахождения такой пары рассеивателей, у которой доплеровские частоты на всем протяжении равны по модулю или отличаются с точностью до постоянного коэффициента. При этом известно, что РЛС сантиметрового диапазона при инверсном синтезировании апертуры [2] может обеспечить высокое разрешение в поперечном направлении [3] равное единицам метров, различая на поверхности цели до 10 рассеивателей при накоплении отраженного сигнала в течение единиц секунд, что соответствует временным нормативам, отводимым на распознавание целей в современных радиолокационных системах.
Известен также способ построения двумерного радиолокационного изображения цели в РЛС сопровождения с инверсным синтезированием апертуры и суммарно-разностной обработкой сигнала, основанный на доплеровском частотном анализе [4] сущность которого состоит в том, что при сопровождении прямолинейно движущегося объекта для двух равных, но смещенных на 1-2 с интервалов инверсного синтезирования апертуры, получают доплеровские спектры цели, которые по времени соответствуют серединам этих интервалов накопления
Figure 00000002
производится вычисление доплеровской частоты центра сопровождения цели G(ω) в данные моменты времени, рассчитывается угловая скорость поворота цели γ′ определяются характер и величины изменений доплеровских частот локальных рассеивателей относительно G(ω) и квадранты плоскости изображения, соответствующие определенным рассеивателям, рассчитываются значения расстояний ρi от центра сопровождения цели до i-х рассеивателей и углов ξi между линейными скоростями их вращения вокруг центра сопровождения Vi и их радиальными составляющими Vri по приведенным формулам, рассчитываются эффективные площади рассеяния (ЭПР) локальных рассеивателей σi исходя из амплитуд их доплеровских гармоник в спектре, и в двумерной системе координат "азимут-дальность" формируют совокупность точек по числу локальных рассеивателей с использованием следующего правила:
при отнесении i-го рассеивателя в соответствующий квадрант в данном квадранте определяется точка, лежащая на дуге окружности радиуса ρi, касательная в которой к этой дуг составляет с радиальным направлением для 1 и 4 квадрантов и с ему противоположным для 2 и 3 квадрантов угол ξi, а вокруг этой точки проводится окружность, радиус которой пропорционален ЭПР i-го рассеивателя.
Недостатком данного способа является необходимость расчета меняющейся доплеровской частоты центра сопровождения цели для середины двух интервалов синтезирования, что невозможно выполнить с достаточной точностью, и ввиду этого могут иметь место ошибки построения радиолокационного изображения, которые будут еще больше из-за наличия в расчетных формулах множества тригонометрических функций малого аргумента (изменения ракурса сопровождения цели за интервал времени
Figure 00000003
составляющий 1.2 с). К тому же данный способ может быть применен лишь в РЛС с суммарно-разностной обработкой, что накладывает дополнительные ограничения на его реализацию. И наконец, вывод формул для расчета координат рассеивателей ρi и ξi проведен в данном способе в предположении постоянства угловой скорости изменения ракурса локации γ′ что на самом деле не так, и в связи с этим существуют дополнительные ошибки построения РЛИ цели.
Целью изобретения является повышение точности построения двумерного радиолокационного изображения цели, чем достигается повышение достоверности ее распознавания.
Это обеспечивается тем, что в РЛС с узкополосным когерентным зондирующим сигналом применяется метод инверсного радиолокационного синтезирования апертуры [2, 3] и в оперативном запоминающем устройстве формируются низкочастотные (0.100 Гц) доплеровские портреты цели, полученные для двух различных ракурсов сопровождения, угловой интервал между которыми составляет 0,5o. При этом в 96% случаев вторичные доплеровские составляющие портрета лишь смещаются по оси частот, но не меняются местами, если траектория движения цели прямолинейна и отсутствуют нестабильности полета в виде рысканий, тангажей и т.д. Для обеспечения изменения ракурса на 0,5o требуется интервал времени Δt который может быть рассчитан по формуле
Figure 00000004

где r наклонная дальность до цели, V скорость полета цели, γ угол между вектором скорости цели и линией визирования цели (ракурс цели).
Затем производится сравнительный анализ структуры полученных доплеровских портретов, в которых каждому рассеивателю поверхности цели соответствует определенная гармоника. Восстановление двумерного РЛИ цели по ее одномерным доплеровским портретам возможно ввиду того, что центральные частоты гармоник рассеивателей характеризуют с точностью до некоторого масштабного коэффициента расстояние от соответствующего рассеивателя до плоскости, образованной осью вращения цели и линией визирования [3, с.29] Таким образом, доплеровский портрет цели характеризует распределение рассеивателей вдоль линии, перпендикулярной указанной плоскости. Существует аналогия вращательного движения цели с ситуацией, когда система рассеивателей перемещается относительно РЛС с линейной скоростью V под некоторым углом g Разница заключена лишь в том, что вращение цели будет определяться законом изменения во времени угла g а полученное при этом спектральное распределение гармоник рассеивателей будет сдвинуто вдоль частотной оси на величину 2Vcosg/λ где l длина волны.
За доплеровскую частоту (центральную частоту вторичной доплеровской составляющей в портрете) i-го рассеивателя в момент времени t принимается значение Fdi(t), соответствующее точке максимума i-й составляющей портрета. Анализ структуры доплеровских портретов начинается с того, что составляющие портретов нумеруются и цифровым способом определяются их центральные частоты, т.е. доплеровские частоты рассеивателей в два последовательные момента времени
Figure 00000005
в промежутке между которыми ракурс цели изменился на 0,5o. Одновременно с этим определяется эффективная площадь рассеяния каждого i-го рассеивателя σi на основе того, что интенсивность i-й гармоники портрета Ai пропорциональна величине
Figure 00000006
[4] с учетом некоторого коэффициента пропорциональности, зависящего от усилительных свойств приемника РЛС.
Вторичные доплеровские частоты Fdi пересчитываются в линейные удаления рассеивателей от линии визирования цели. Порядок пересчета опирается на то, что вторичная доплеровская частота i-го рассеивателя определяется выражением Fdi 2Vri/λ, где Vri радиальная составляющая линейной скорости поворота i-го рассеивателя вокруг центра сопровождения цели за счет изменения ракурса локации. Угловая скорость поворота цели g′ рассчитывается по формуле γ′ = vsinγ/r Линейная скорость поворота цели Vлин.i определяется в виде Vлин.i ρiγ′ где ρi расстояние от центра сопровождения до i-го рассеивателя. Соответственно и поперечное удаление i-го рассеивателя от линии визирования определяется ρ┴i = vri/γ′, что с учетом вышеприведенных выражений дает формулу для пересчета доплеровских частот в линейные удаления от линии визирования
ρ┴i(t) = Fдi(t)λr/(2vsinγ).
Этих данных достаточно для построения двумерного РЛИ цели в координатах "азимут-дальность". Для этого используется система координат, связанная с центром сопровождения цели, как с началом отсчета, ось ординат которой сонаправлена с радиальным направлением (см. чертеж), а ось абсцисс, выражающая поперечное направление, проходит перпендикулярно плоскости, образованной линией визирования и осью относительного вращения цели при сопровождении.
Для построения РЛИ i-го рассеивателя в системе координат ZOF (см. чертеж) необходимо знание двух координат. В роли первой из них выступает азимут (поперечная дальность) ρ┴i Для пояснения правила расчета второй (радиальной) координаты zi рассмотрим поворот рассеивателя A в системе ZOF при изменении ракурса локации γ. Во время первого синтезирования, в момент времени
Figure 00000007
, соответствующий его середине рассеиватель на чертеже занимает положение, показанное точкой A. При повторном синтезировании, в момент его середины
Figure 00000008
рассеиватель находится в точке A'. Изменение ракурса локации составляет Δγ При таком рассмотрении центральная доплеровская частота рассеивателя в момент времени
Figure 00000009
будет соответствовать точке D на оси частот OZ, а в момент времени
Figure 00000010
точке E. Из геометрических соображений ясно, что результат нахождения доплеровской частоты рассеивателя во второй момент времени не изменится, если повороту на угол Δγ (в сторону, противоположную повороту рассеивателя) подвергнуть систему координат ZOF, а рассеиватель оставить неподвижным (точка A). Полученная таким способом система координат имеет обозначение Z'OF'. В ней центральная частота спектральной гармоники рассеивателя A в момент времени
Figure 00000011
будет представлена точкой B, причем
Figure 00000012
.
Пусть
Figure 00000013
центральные доплеровские частоты рассеивателя A в моменты времени
Figure 00000014
Тогда продольная координата zA
Figure 00000015
может быть рассчитана по формуле
Figure 00000016

Обобщая данное выражение для расчета координаты zi при построении РЛИ i-го рассеивателя, а также учитывая, что центральные частоты гармоник рассеивателей Fdi пропорциональны их линейным удалениям от линии визирования ρ┴i, получим
Figure 00000017

т. к. все рассеиватели поворачиваются за время
Figure 00000018
на одинаковый угол Δγ.
Имея для каждого i-го рассеивателя по две координаты, можно в системе ZOF построить РЛИ всего объекта. Геометрическое построение РЛИ цели методом триангуляции означает нахождение точек пересечения лучей, проведенных из максимумов спектральных составляющих рассеивателей в портретах. При этом лучи проводятся перпендикулярно к частотным осям, повернутым относительно друг друга на угол Dg, а точками пересечений (элементами РЛИ) считаются только те, что принадлежат лучам, проведенным из гармоник с одинаковыми порядковыми номерами.
Для большей информативности РЛИ цели вокруг каждого i-го рассеивателя проводится окружность, радиус которой пропорционален его отражательной способности, т.е. величине
Figure 00000019

Достоинством триангуляционного способа является его инвариантность к положению и изменению центра сопровождения цели, что можно доказать математически. Пусть при втором синтезировании радиальная скорость центра сопровождения цели изменилась на величину ΔF относительно своего значения в момент времени
Figure 00000020
Тогда к доплеровской частоте каждого рассеивателя во второй момент времени
Figure 00000021
добавится величина ΔF Выражение для расчета радиальной координаты примет вид
Figure 00000022

откуда следует, что следствием доплеровской добавки ΔF будет соответствующее изменение координаты z каждого рассеивателя на одинаковую величину. Таким образом, РЛИ всей цели будет при этом перемещаться вдоль оси OZ, а его форма останется неизменной.
Литература
1. Doppler imaging of target. Заявка N 2189962. Великобритания, кл. G 01 S 13/89. Voles Roger; EMI LTD. N 8224903. (прототип).
2. Стайнберг Б.Д, Формирование радиолокационного изображения самолета в диапазоне СВЧ // ТИИЭР. 1988. N 12, Т.76. С. 26 46.
3. Зиновьев Ю.С. Пасмуров А.Я. Методы обращенного синтезирования апертур в радиолокации с помощью узкополосных сигналов //Зарубежная радиоэлектроника. 1985. N 3. С. 27 39.
4. Заявка N 93057639/09, кл. G 01 S 13/89, приоритет 1993 г.

Claims (1)

  1. Триангуляционный способ построения двумерного радиолокационного изображения цели в РЛС сопровождения с инверсным синтезированием апертуры, заключающийся в том, что излучают узкополосные когерентные сигналы в направлении цели, принимают сигналы, отраженные совокупностью рассеивающих центров на поверхности цели, запоминают их, определяют изменение доплеровских частот отраженных сигналов, отличающийся тем, что при сопровождении прямолинейно движущейся цели рассчитывают время смещения Δt для двух равных интервалов синтезирования по формуле
    Figure 00000023

    где r наклонная дальность до цели;
    v скорость полета цели;
    γ - ракурс цели,
    за счет смещения двух равных интервалов синтезирования на время Δt изменяют ракурс локации Δγ на 0,5o, амплитудные и фазовые характеристики запомненных сигналов подвергают быстрому преобразованию Фурье, формируют сигналы, соответствующие огибающим низкочастотных первого и второго доплеровских спектров, которые по времени соответствуют серединам первого t'0 и второго t''0 интервалов синтезирования, определение изменения доплеровских частот отраженных сигналов осуществляют путем анализа огибающих первого и второго доплеровских спектров, нумеруют в них гармоники, определяют амплитуды Ai и центральные частоты Fgi(t'0) и Fgi(t''0) i-х спектральных гармоник, соответствующих i-м рассеивателям в первом и втором интервалах синтезирования, где i 1,2,3, рассчитывают эффективную площадь рассеяния i-го рассеивателя si, центральные частоты i-х гармоник в первом доплеровском спектре пересчитывают в линейные дальности
    Figure 00000024
    соответствующих i-х рассеивателей от линии визирования цели в азимутальном направлении по формуле
    Figure 00000025

    где λ - длина волны, рассчитывают радиальные дальности i-х рассеивателей Zi относительно центра сопровождения цели по формуле
    Figure 00000026

    и в двумерной системе координат азимут дальность, связанной с центром сопровождения цели по значениям
    Figure 00000027
    формируют двумерное радиолокационное изображение цели, состоящее из точек по числу гармоник, определяемых при анализе доплеровских частот отраженного совокопнутостью рассеивающих центров на поверхности цели сигнала, а вокруг точек проводят окружности, радиусы которых пропорциональны величинам эффективных площадей рассеяния σi соответствующих рассеивателей.
RU95115789A 1995-09-07 1995-09-07 Триангуляционный способ построения двумерного радиолокационного изображения цели в рлс сопровождения с инверсным синтезированием апертуры. RU2099742C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95115789A RU2099742C1 (ru) 1995-09-07 1995-09-07 Триангуляционный способ построения двумерного радиолокационного изображения цели в рлс сопровождения с инверсным синтезированием апертуры.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95115789A RU2099742C1 (ru) 1995-09-07 1995-09-07 Триангуляционный способ построения двумерного радиолокационного изображения цели в рлс сопровождения с инверсным синтезированием апертуры.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95115789A RU95115789A (ru) 1997-09-27
RU2099742C1 true RU2099742C1 (ru) 1997-12-20

Family

ID=20171955

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95115789A RU2099742C1 (ru) 1995-09-07 1995-09-07 Триангуляционный способ построения двумерного радиолокационного изображения цели в рлс сопровождения с инверсным синтезированием апертуры.

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2099742C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2801361C1 (ru) * 2022-04-12 2023-08-08 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Способ формирования радиолокационных изображений в рлс с синтезированной апертурой антенны

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GB, патент, 2189962, кл.G 01S 13/89, 1985. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2801361C1 (ru) * 2022-04-12 2023-08-08 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Способ формирования радиолокационных изображений в рлс с синтезированной апертурой антенны

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0093603B1 (en) Moving target ordnance control
KR102527155B1 (ko) 스포츠 공의 스핀축을 결정하기 위한 시스템 및 방법
EP1485729B1 (en) System and method for target signature calculation and recognition
EP0239022A2 (en) Extended sar imaging capability for ship classification
CN109358325B (zh) 起伏地形背景下雷达高度表的地形反演方法
US3798644A (en) Vector velocity system
CN105487060B (zh) 一种双通道四斜率调制的多目标提取方法
US11237261B2 (en) Systems and methods for doppler-enhanced radar tracking
CN106526583B (zh) 一种基于天线方向图信息的地面运动目标定位方法
US6747593B1 (en) Generalized clutter tuning for bistatic radar systems
CN115546526A (zh) 三维点云聚类方法、装置及存储介质
RU2669702C2 (ru) Радиолокационный способ обнаружения и определения параметров движения маловысотных малозаметных объектов в декаметровом диапазоне радиоволн
JPH11326509A (ja) 合成開口レ―ダ―システムを使用した移動物体検出方法及びシステム
RU2317566C1 (ru) Способ измерения угла места радиолокационных целей двухкоординатной рлс метрового диапазона
RU2099742C1 (ru) Триангуляционный способ построения двумерного радиолокационного изображения цели в рлс сопровождения с инверсным синтезированием апертуры.
US4719467A (en) Doppler imaging of targets
US3320615A (en) Passive angle ranging apparatus
RU2066059C1 (ru) Способ построения двумерного радиолокационного изображения в рлс сопровождения прямолинейно движущейся цели
RU2714884C1 (ru) Способ определения курса объекта на линейной траектории с использованием измерений его радиальной скорости
RU2304289C1 (ru) Способ восстановления радиолокационных изображений объектов со стационарным центром вращения
Dong-hu et al. Resolution and micro-Doppler effect in Bi-ISAR system
RU2099743C1 (ru) Способ построения двумерного радиолокационного изображения прямолинейно летящей цели при многочастотном узкополосном зондировании
RU2468384C1 (ru) Способ определения скорости и направления движения наземной цели с помощью рлс с синтезированием апертуры антенны
Ghaleb et al. Fine micro-Doppler analysis in ISAR imaging
Kjellgren et al. Analysis of Doppler measurements of ground vehicles