RU2427001C1

RU2427001C1 - Device to identify air radar observation object with selection of interval for maximisation interval of its turn at trajectory instability of motion

Info

Publication number: RU2427001C1
Application number: RU2010114164/09A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Геннадьевич Митрофанов (RU); Дмитрий Геннадьевич Митрофанов
Original assignee: Дмитрий Геннадьевич Митрофанов
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2011-08-20

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: known device additionally provided with ADC, unit of smoothing peaks determination, data storage unit and identification tag computation unit, all being interconnected with connected with other elements of proposed device. Proposed arrangement of device allows generating identification tag to express variation in levels of reflected signals at varying object range finding aspect angle solely at intervals with maximum angular speed of object frame turn relative to radar. Such interval is determined by memorising reflected signals during surplus analysis interval of about 5 seconds to allow correlation analysis of shaped and memorised amplitude reflectivity of an object. Turn angular speed maximum is found by minimisation of autocorrelation factor of reflection frequency sample.

EFFECT: higher probability of identification.

3 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано для расширения информационных возможностей радиолокационных станций по идентификации (распознаванию) сопровождаемых воздушных объектов наблюдения.The invention relates to radar technology and can be used to expand the information capabilities of radar stations for the identification (recognition) of accompanied airborne surveillance objects.

Известно радиолокационное устройство идентификации радиолокационных объектов наблюдения [1], содержащее блок распознавания и приемопередатчик, причем в состав приемопередатчика входят импульсный модулятор (ИМ), генератор, антенна, связанная своим вход-выходом с вход-выходом антенного переключателя, выход которого соединен со входом приемника, выход которого связан со вторым входом первого коммутатора, первый вход которого подключен к выходу делителя частоты, вход которого соединен с выходом импульсного модулятора и входом генератора, выход которого подключен ко входу антенного переключателя, а блок распознавания содержит квадратор, соединенный своим выходом со входом первой линии задержки, первым входом первого амплитудного накопителя со сбросом и первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу первой линии задержки, а выход - ко входу двухполупериодного выпрямителя, связанного своим выходом с первым входом второго амплитудного накопителя со сбросом, второй вход которого подключен к выходу второй линии задержки и ко второму входу первого амплитудного накопителя со сбросом, выход которого соединен со вторым входом делителя, первый вход которого подключен к выходу второго амплитудного накопителя со сбросом, а выход - к первому входу второго коммутатора, второй вход которого связан с выходом генератора импульсов сброса и входом второй линии задержки, а выход - со входом блока идентификации, причем выход первого коммутатора подключен ко входу квадратора. Данное устройство способно идентифицировать воздушные радиолокационные объекты наблюдения (РОН) различных классов или типов в режиме сопровождения. Признак идентификации Q, используемый в предлагаемом устройстве и выражающий интенсивность изменения амплитуды отраженного сигнала в соответствии с изменением ракурса локации и размерами воздушных РОН, является безразмерной величиной, не зависящей от дальности до объекта, что позволяет обеспечить хорошее качество идентификации в широком диапазоне дальностей. Однако используемый признак Q обеспечивает качественную работоспособность устройства только в отношении РОН, не имеющих открытых структур двигательных установок. При наличии отражений радиоволн от вращающихся элементов двигательных установок отражательная характеристика РОН (как амплитудная, так и фазовая) будет искажена и модулирована турбовинтовыми составляющими, в результате чего признак идентификации может потерять эффективность.Known radar identification device for radar objects of observation [1], containing a recognition unit and a transceiver, and the transceiver includes a pulse modulator (IM), a generator, an antenna connected to its input-output with the input-output of the antenna switch, the output of which is connected to the input of the receiver whose output is connected to the second input of the first switch, the first input of which is connected to the output of the frequency divider, the input of which is connected to the output of the pulse modulator and the input of the generator, the output of which is connected to the input of the antenna switch, and the recognition unit contains a quadrator connected by its output to the input of the first delay line, the first input of the first amplitude storage device with a reset and the first input of the adder, the second input of which is connected to the output of the first delay line, and the output to the input a half-wave rectifier connected by its output to the first input of the second amplitude storage device with a reset, the second input of which is connected to the output of the second delay line and to the second input of the first amplitudes the second drive with a reset, the output of which is connected to the second input of the divider, the first input of which is connected to the output of the second amplitude drive with a reset, and the output to the first input of the second switch, the second input of which is connected to the output of the reset pulse generator and the input of the second delay line, and the output is with the input of the identification unit, and the output of the first switch is connected to the input of the quad. This device is able to identify airborne radar surveillance objects (RON) of various classes or types in tracking mode. The identification sign Q, used in the proposed device and expressing the intensity of the change in the amplitude of the reflected signal in accordance with the change in the angle of location and the size of the airborne radio electronics, is a dimensionless quantity that does not depend on the distance to the object, which allows to ensure good quality identification in a wide range of ranges. However, the used characteristic Q provides high-quality operability of the device only with respect to RONs that do not have open structures of propulsion systems. In the presence of reflections of radio waves from rotating elements of propulsion systems, the RON reflection characteristic (both amplitude and phase) will be distorted and modulated by turboprop components, as a result of which the identification sign may lose effectiveness.

Отражательная характеристика (ОХ) объекта есть зависимость амплитуды отраженного объектом сигнала от времени в реальных условиях сопровождения по угловым координатам. В этом ее принципиальное отличие от диаграммы обратного рассеяния, широко известной в радиолокации. Для отражательной характеристики изменение углового положения воздушного РОН происходит с переменной угловой скоростью, которая на встречных ракурсах может даже менять свое направление.The reflective characteristic (OX) of an object is the dependence of the amplitude of the signal reflected by the object on time in real tracking conditions along angular coordinates. This is its fundamental difference from the backscatter diagram, widely known in radar. For the reflective characteristic, the change in the angular position of the airborne RON occurs with a variable angular velocity, which can even change its direction from the opposite angles.

Известно также радиолокационное устройство идентификации радиолокационных объектов наблюдения [2], в состав которого входят приемник, два амплитудных накопителя со сбросом, две линии задержки, блок идентификации (БИ), сумматор, двухполупериодный выпрямитель, делитель, квадратор, низкочастотный фильтр, два коммутатора, импульсный модулятор, генератор, антенна, связанная своим вход-выходом с вход-выходом антенного переключателя, выход которого соединен со входом приемника, первый вход первого коммутатора подключен к выходу делителя частоты, вход которого соединен с выходом импульсного модулятора и входом генератора, выход которого подключен к входу антенного переключателя, причем квадратор соединен своим выходом со входом первой линии задержки, первым входом первого амплитудного накопителя со сбросом и первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу первой линии задержки, а выход - ко входу двухполупериодного выпрямителя, связанного своим выходом с первым входом второго амплитудного накопителя со сбросом, второй вход которого подключен к выходу второй линии задержки и ко второму входу первого амплитудного накопителя со сбросом, выход которого соединен со вторым входом делителя, первый вход которого подключен к выходу второго амплитудного накопителя со сбросом, а выход - к первому входу второго коммутатора, второй вход которого связан одновременно с выходом генератора импульсов сброса и входом второй линии задержки, а выход - со входом блока идентификации, причем выход первого коммутатора подключен ко входу квадратора, выход низкочастотного фильтра соединен со вторым входом первого коммутатора, а вход - с выходом приемника. Данное устройство способно идентифицировать воздушные РОН по амплитудному сигнальному признаку даже в условиях проявления турбовинтового эффекта (ТВЭ). Однако используемый в нем признак идентификации предполагает изменение ракурса локации объекта, в то время как сам факт изменения ракурса не проверяется. При встречных ракурсах движения (полета) и отсутствии траекторных нестабильностей (ТН) полета [3] угловое положение РОН относительно радиолокатора не меняется. На боковых ракурсах также возможно угловое замирание движущегося воздушного объекта, если угловая скорость поворота планера летательного аппарата, связанная с перемещением его центра масс, будет скомпенсирована противоположно направленной угловой скоростью вращения корпуса летательного аппарата, обусловленной проявлением ТН (рыскания, тангажи, крены). В моменты угловой стабильности положения планера летательного аппарата признак идентификации, реализуемый устройством [2], теряет эффективность.Also known is a radar identification device for radar objects of observation [2], which includes a receiver, two amplitude drives with a reset, two delay lines, an identification unit (BI), an adder, a half-wave rectifier, a divider, a quadrator, a low-pass filter, two switches, a pulse modulator, generator, antenna, connected by its input-output to the input-output of the antenna switch, the output of which is connected to the input of the receiver, the first input of the first switch is often connected to the output of the divider you, whose input is connected to the output of the pulse modulator and the input of the generator, the output of which is connected to the input of the antenna switch, and the quad is connected by its output to the input of the first delay line, the first input of the first amplitude storage device with a reset and the first input of the adder, the second input of which is connected to the output the first delay line, and the output to the input of a half-wave rectifier connected by its output to the first input of the second amplitude storage device with a reset, the second input of which is connected to the second output the delay line and to the second input of the first amplitude storage with a reset, the output of which is connected to the second input of the divider, the first input of which is connected to the output of the second amplitude storage with a reset, and the output to the first input of the second switch, the second input of which is connected simultaneously with the output of the pulse generator reset and the input of the second delay line, and the output with the input of the identification unit, and the output of the first switch is connected to the input of the quad, the output of the low-pass filter is connected to the second input of the first to switch, and the input is with the output of the receiver. This device is able to identify airborne RONs by the amplitude signal feature even in the presence of a turboprop effect (TVE). However, the identification attribute used in it involves changing the angle of the location of the object, while the fact of changing the angle is not checked. With opposite angles of movement (flight) and the absence of trajectory instabilities (VT) of the flight [3], the angular position of the RON relative to the radar does not change. Angular fading of a moving air object is also possible at the side angles if the angular velocity of rotation of the glider of the aircraft associated with the movement of its center of mass will be compensated by the oppositely directed angular velocity of rotation of the aircraft’s hull, due to the manifestation of VT (yaw, pitch, roll). At moments of angular stability of the glider position of an aircraft, the identification sign implemented by the device [2] loses its effectiveness.

Задача изобретения - обеспечение эффективной идентификации воздушных РОН за счет адаптивного формирования признака идентификации на интервале максимизации угловой скорости поворота планера летательного аппарата при траекторных нестабильностях полета в турбулентной атмосфере.The objective of the invention is the provision of effective identification of airborne RON due to the adaptive formation of an identification sign in the interval of maximizing the angular velocity of rotation of the glider of an aircraft with trajectory flight instabilities in a turbulent atmosphere.

Для решения задачи изобретения в состав известного устройства идентификации радиолокационных объектов наблюдения [2] дополнительно вводят аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и 4 новых цифровых блока: блок вычисления коэффициентов автокорреляции (БВКА), блок сглаживания и нахождения экстремумов (БСНЭ), блок хранения данных (БХД) и блок вычисления признака идентификации (БВПИ). При этом вход АЦП подключают к выходу низкочастотного фильтра, а выход - одновременно к входу БВКА и второму входу БХД, первый вход которого соединяют с выходом БСНЭ, а выход - со входом БВПИ, выход которого связывают со входом БИ, причем вход БСНЭ подключают к выходу БВКА.To solve the problem of the invention, an analog-to-digital converter (ADC) and 4 new digital units are additionally introduced into the known device for identifying radar objects of observation [2]: an autocorrelation coefficient calculation unit (BVCA), an extremum smoothing and finding unit (BSNE), a data storage unit (BCD) and the identification attribute calculation unit (BVPI). In this case, the ADC input is connected to the low-pass filter output, and the output is simultaneously to the BVKA input and the second input of the BCD, the first input of which is connected to the BSNE output, and the output to the BVPI input, the output of which is connected to the BI input, and the BSNE input is connected to the output BVCA.

Предложенное построение схемы позволяет заявляемому устройству проводить эффективную идентификацию летящих в атмосфере РОН разных размеров и конфигураций при любых ракурсах локации в условиях проявления ТН полета. Идентификацию предполагается обеспечивать, как и в [2], за счет анализа величин изменения уровней сигналов, отраженных воздушным РОН на смежных углах пеленга при случайных рысканиях (траекторных нестабильностях) его планера.The proposed construction of the scheme allows the claimed device to carry out effective identification of RON flying in the atmosphere of different sizes and configurations at any angle of location in the presence of TN flight. Identification is supposed to be provided, as in [2], by analyzing the magnitude of the change in signal levels reflected by the airborne RON at adjacent angles of the bearing during random yaw (trajectory instabilities) of its glider.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства идентификации воздушного радиолокационного объекта наблюдения с выбором интервала максимизации угловой скорости его поворота при траекторных нестабильностях движения. Устройство состоит из импульсного модулятора (ИМ) 1, генератора 2, антенного переключателя 3, антенны 4, БВКА 5, АЦП 6, низкочастотного фильтра 7, приемника 8, БСНЭ 9, БХД 10, БВПИ 11 и БИ 12.Figure 1 shows the structural diagram of the proposed device for identifying an airborne radar observation object with a choice of the interval for maximizing the angular velocity of its rotation during trajectory motion instabilities. The device consists of a pulse modulator (IM) 1, generator 2, antenna switch 3, antenna 4, BVKA 5, ADC 6, low-pass filter 7, receiver 8, BSNE 9, BCD 10, BVPI 11 and BI 12.

Устройство идентификации воздушного радиолокационного объекта наблюдения с выбором интервала максимизации угловой скорости его поворота при траекторных нестабильностях движения работает следующим образом.A device for identifying an airborne radar observation object with a choice of the interval for maximizing the angular velocity of its rotation during trajectory motion instabilities works as follows.

С помощью ИМ 1 возбуждается высокочастотный генератор 2, вырабатывающий радиосигналы на несущей частоте f₀, которые, пройдя антенный переключатель 3, излучаются в направлении РОН через антенну 4. Отраженный сигнал принимается антенной 4 и через антенный переключатель 3 подается на вход приемника 8. В блоке 8 отраженный сигнал переводится на промежуточную частоту, отфильтровывается от сигналов других станций и помех, усиливается и проходит согласованную фильтрацию (детектируется). С выхода приемника 8 видеосигнал поступает на вход низкочастотного фильтра 7. Низкочастотный фильтр 7 выделяет из принятого сигнала его низкочастотную составляющую [4, 5], обусловленную отражениями волн только от планера летательного аппарата.Using IM 1, a high-frequency generator 2 is excited, generating radio signals at a carrier frequency f ₀ , which, having passed the antenna switch 3, are emitted in the direction of PON through the antenna 4. The reflected signal is received by the antenna 4 and fed through the antenna switch 3 to the input of the receiver 8. In the block 8, the reflected signal is transferred to the intermediate frequency, filtered from signals from other stations and interference, amplified and matched by filtering (detected). From the output of the receiver 8, the video signal is input to the low-pass filter 7. The low-pass filter 7 extracts its low-frequency component from the received signal [4, 5], due to wave reflections only from the glider of the aircraft.

Наличие в устройстве низкочастотного фильтра 7 обусловлено следующим [2]. При турбовинтовой модуляции отраженного сигнала OX POH становится сильно изрезанной. Наличие непредсказуемых амплитудных выбросов в ОХ приводит к нарушению закономерностей между размерами POH и шириной наиболее узких лепестков ОХ. При ТВЭ узкие лепестки ОХ принадлежат турбовинтовым составляющим [4-6]. Их ширина не зависит от размеров и конфигурации воздушного объекта. В результате признак идентификации Q перестает реагировать на изрезанность планерной составляющей в ОХ. Для обеспечения работоспособности признака идентификации Q отражательную характеристику, изрезанную турбовинтовой модуляцией, сглаживают, т.е. пропускают через низкочастотный фильтр. Этот фильтр должен пропускать полезный низкочастотный сигнал и устранять высокочастотную модуляцию.The presence in the device of a low-pass filter 7 is due to the following [2]. With turboprop modulation of the reflected signal, the OX POH becomes very rugged. The presence of unpredictable amplitude emissions in the OH leads to a violation of the laws between the sizes of POH and the width of the narrowest OH petals. In TVE, narrow OH petals belong to the turboprop components [4-6]. Their width does not depend on the size and configuration of the air object. As a result, the identification sign Q ceases to respond to the indentation of the glider component in the OX. To ensure the operability of the identification sign Q, the reflection characteristic cut by turboprop modulation is smoothed, i.e. pass through a low-pass filter. This filter should pass a useful low-frequency signal and eliminate high-frequency modulation.

Полоса фильтра должна быть меньше, чем значение частоты первых турбовинтовых составляющих спектра отраженного сигнала. Так как частоты составляющих ТВЭ лежат в диапазоне от единиц до десятков кГц [6, 7], полосу пропускания фильтра 7 целесообразно выбрать равной 500 Гц. При прохождении через такой фильтр амплитудная ОХ избавляется от турбовинтовой модуляции и становится низкочастотной планерной, т.е. пригодной для извлечения информации о размерах POH.The filter band should be less than the frequency value of the first turboprop components of the spectrum of the reflected signal. Since the frequencies of the components of the fuel assemblies lie in the range from units to tens of kHz [6, 7], it is advisable to select the passband of the filter 7 equal to 500 Hz. When passing through such a filter, the amplitude OX gets rid of turboprop modulation and becomes a low-frequency glider, i.e. suitable for extracting POH size information.

Видеосигнал с выхода низкочастотного фильтра 7 поступает на вход АЦП 6, в котором его амплитуда в пике отклика приемника переводится в цифровую форму. Оцифрованная амплитуда каждого отраженного от POH сигнала поступает с выхода АЦП 6 на вход БВКА 5 и второй вход БХД 10.The video signal from the output of the low-pass filter 7 is fed to the input of the ADC 6, in which its amplitude at the peak of the response of the receiver is digitized. The digitized amplitude of each signal reflected from the POH comes from the output of the ADC 6 to the input of the BVKA 5 and the second input of the BCD 10.

В блоке 5 проводится расчет коэффициентов автокорреляции (КАК) для элементов ОХ объекта. Установлено [5, 8], что интервалам с максимальной угловой скоростью изменения ракурса POH соответствуют участки с наибольшей изрезанностью ОХ, т.е. с минимальной шириной лепестков сглаженной планерной ОХ и с максимальным числом лепестков на фиксированном по протяженности участке планерной ОХ. Наиболее гладким участкам планерной ОХ соответствуют интервалы времени, на которых угловая скорость изменения ракурса POH минимальна. Наиболее изрезанным участкам планерной ОХ соответствуют интервалы времени, на которых угловая скорость изменения ракурса POH максимальна. Для автоматизированного выделения интервала с максимальной степенью изрезанности планерной ОХ предлагается использовать корреляционный анализ. Измерение интервала корреляции τ₀ является затруднительным, в связи с чем предлагается оценивать уровень коррелированности по величине оценочного КАК частной выборки элементов ОХ для некоторого оценочного интервала τ_оц.In block 5, the calculation of autocorrelation coefficients (AS) for the elements of the OX object. It was established [5, 8] that the intervals with the maximum angular rate of change of the POH angle correspond to the areas with the greatest roughness of the OH, i.e. with a minimum width of the petals of a smoothed glider OH and with a maximum number of petals on a fixed along the length of the section of the glider OH. The most smooth sections of glider OX correspond to time intervals at which the angular rate of change of the POH angle is minimal. The most rugged sections of the glider OX correspond to time intervals at which the angular rate of change of the POH angle is maximum. It is proposed to use correlation analysis for the automated selection of the interval with the maximum degree of indentation of glider OH. The measurement of the correlation interval τ ₀ is difficult, and therefore it is proposed to estimate the level of correlation by the value of the estimated AS of a private sample of OX elements for some evaluation interval τ _sc .

На фиг.2 показаны три автокорреляционные функции, которые соответствуют различному уровню изрезанности планерной ОХ в пределах частных выборок (ЧВ) одинакового размера. Наименьший интервал корреляции τ_мин соответствует наибольшей изрезанности ОХ, т.е. наибольшей угловой скорости поворота РОН. Выбрав некоторую оценочную величину τ_оц времени корреляции, для различных корреляционных функций можно получить различные оценочные КАК: ρ(τ_оц1), ρ(τ_оц2) и ρ(τ_оц3). Выбор величины τ_оц (фиг.2) следует производить в соответствии с условием τ_оц<τ_мин, где τ_мин - интервал корреляции отражений от РОН максимального размера с наибольшей угловой скоростью

поворота планера РОН относительно радиолокационной станции.Figure 2 shows three autocorrelation functions that correspond to different levels of indentation of the glider OX within private samples of the same size. The shortest correlation interval τ _min corresponds to the greatest roughness of the OX, i.e. the greatest angular velocity of rotation of the RON. Choosing a certain estimated value of _τoc correlation time, for different correlation functions, you can get different estimated AS: ρ (τ _sc1 ), ρ (τ _sc2 ) and ρ (τ _sc3 ). The choice of values of τ _sc (Fig.2) should be made in accordance with the condition τ _sc <τ _min , where τ _min is the correlation interval of reflections from the RON of the maximum size with the greatest angular velocity

rotation of the RON glider relative to the radar station.

Для измерения оценочного КАК может использоваться либо корреляционная функция двух сдвинутых между собой ЧВ, составленных из элементов амплитудной планерной ОХ, либо нормированная автокорреляционная функция частной выборки, также составленной из взятых подряд I элементов планерной ОХ объекта. Последовательность коэффициентов автокорреляции ЧВ при их сдвигах в пределах генеральной совокупности дискретных отсчетов, поступающих с выхода АЦП 6, будем называть корреляционной характеристикой (КХ) амплитудной планерной ОХ или корреляционной характеристикой радиолокационного объекта наблюдения.To measure the estimated AS, either the correlation function of two shifted CVs composed of elements of the amplitude glider OX or the normalized autocorrelation function of a private sample, also composed of I consecutive elements of the glider OX object, can be used. The sequence of CV autocorrelation coefficients at their shifts within the general set of discrete samples coming from the output of ADC 6 will be called the correlation characteristic (KX) of the amplitude glider OX or the correlation characteristic of the radar observation object.

Если времени τ_оц соответствует q точек массива (τ_оц=qT_и, где Т_и - период повторения импульсов радиолокационной станции, определяющий период дискретизации данных в ОХ), выражающего амплитудную планерную ОХ, то оценочный КАК R(q) для частной выборки из I дискретных отсчетов рассчитывается по формулеIf the time τ _est corresponds to q points array (τ _est = qT _and wherein T _and - a repetition period of pulses of the radar, determining a sampling period of data in OX) expressing amplitude gliding OX, then the estimated AS R (q) for a particular sample of I discrete samples calculated by the formula

где x(i) - величина i-го элемента амплитудной планерной ОХ в пределах ЧВ; m_x - математическое ожидание амплитуды принимаемого сигнала в пределах амплитудной планерной ОХ (определяется как среднее арифметическое всех значений планерной ОХ). Нормированное значение КАК выражается формулойwhere x (i) is the value of the ith element of the amplitude glider OH within the FW; m _x is the mathematical expectation of the amplitude of the received signal within the amplitude glider OH (defined as the arithmetic average of all values of the glider OH). The normalized value of AS is expressed by the formula

ρ(q)=R(q)/R(0).ρ (q) = R (q) / R (0).

Тогда обобщенная нормированная КХ амплитудной планерной ОХ объекта из S принятых сигналов может быть сформирована на основании выраженияThen, the generalized normalized KX amplitude glider OX object from S received signals can be generated based on the expression

где U - знак объединения в массив или вектор данных.where U is the sign of combining into an array or data vector.

Для получения правдоподобных значений оценочных КАК период (параметр сдвига q) дискретизации целесообразно выбирать так, чтобы интервал τ_мин включал не менее 5 отсчетов амплитудной планерной ОХ. Значит, период повторения импульсов в радиолокаторе, выступающий при формировании ОХ и КХ в качестве интервала дискретизации, следует выбирать из условия Т_и<τ_мин/5. Оценка минимально возможного интервала корреляции τ_мин для статистической модели РОН с нормальным распределением рассеивающих центров (РЦ) при

, поперечном размере РОН L_⊥=40 м и длине волны λ=3 см дает τ_мин=5 мс. Значит период повторения импульсов Т_и должен быть не больше 1 мс, что вполне соответствует техническим характеристикам современных радиолокационных систем.To obtain plausible values of the estimated AS, the sampling period (shift parameter q) should be chosen so that the interval τ _min includes at least 5 samples of the amplitude glider OH. Therefore, the pulse repetition period in the radar, which acts as the sampling interval during the formation of OX and KX, should be chosen from the conditions T _and <τ _min / 5. Estimation of the minimum possible correlation interval τ _min for the statistical RON model with the normal distribution of scattering centers (RC) at

, the transverse dimension RON L _⊥ = 40 m and a wavelength of λ = 3 cm gives τ _min = 5 ms. Hence the pulse repetition period _{T, and} must be no more than 1 ms, which is consistent with the technical specifications of modern radar systems.

На фиг.3 показана КХ, соответствующая сигналам, отраженным от модели РОН типа В-52 при его сопровождении на дальности 30 км, при курсовом угле 30°, скорости полета V=400 м/с, амплитуде рысканий планера А=2°, максимальной угловой скорости рыскания планера при ТН

(угловая скорость рысканий планера

является нелинейной, изменяется с течением времени и принимает максимальное значение

в середине полупериода рыскания планера воздушного РОН). Индекс s означает номер отсчета (принятого импульса). Кривая 1 показывает амплитудную планерную ОХ, а кривая 3 - истинную КХ, полученную на основе корреляционного анализа планерной ОХ.Figure 3 shows the KX corresponding to the signals reflected from the RON type V-52 model when accompanied at a distance of 30 km, with a heading angle of 30 °, flight speed V = 400 m / s, glider yaw amplitude A = 2 °, maximum yaw rate

(angular velocity of yaw of the glider

non-linear, changes over time and takes on a maximum value

in the middle of the half-yaw glider of the air RON). Index s means the reference number (received pulse). Curve 1 shows the amplitude glider OH, and curve 3 shows the true GL obtained based on the correlation analysis of the glider OH.

Значения амплитуд принятых (отраженных РОН) импульсов поступают из АЦП 6 в БВКА 5. В блоке 5 из поступающих амплитуд создается массив данных, полученных от РОН в течение 5 секунд. Этот массив представляет собой генеральную совокупность исходных данных. В пределах этой совокупности выделяются ЧВ и проводится расчет КАК описанным выше способом. Из рассчитанных КАК составляется массив данных M1, который поступает с выхода блока 5 на вход БСНЭ 9.The amplitudes of the received (reflected RON) pulses come from ADC 6 to BVKA 5. In block 5, an array of data received from the RON within 5 seconds is created from the incoming amplitudes. This array is a collection of raw data. Within this aggregate, FWs are distinguished and AS is calculated as described above. From the calculated AS, an array of data M1 is compiled, which comes from the output of block 5 to the input of BSNE 9.

В блоке 9 проводится сглаживание полученной КХ, представленной элементами массива M1. Истинная КХ, как правило, имеет сильную изрезанность, что затрудняет ее использование для автоматического определения интервала с максимальной угловой скоростью поворота РОН. Сглаживание истинной КХ проводится в БСНЭ 9 известными алгоритмическими методами [9].In block 9, the obtained KX is represented by the elements of the array M1. True KH, as a rule, has a strong indentation, which makes it difficult to use it to automatically determine the interval with the maximum angular velocity of rotation of the RON. The smoothing of the true QC is carried out in BSNE 9 by known algorithmic methods [9].

Вариант сглаженной КХ показан на фиг.3 кривой 2. Именно такая сглаженная КХ и позволяет правильно выбрать интервал максимизации угловой скорости поворота планера

. При моделировании (фиг.3) был выбран период Т_и, равный 384 мкс. Частная выборка (для определения оценочного КАК в пределах автокорреляционной функции) включала 150 отсчетов амплитудной планерной ОХ. Каждое последующее значение оценочного КАК рассчитывалось после сдвига ЧВ на один отсчет в пределах планерной амплитудной ОХ. Первый оценочный КАК был рассчитан для ЧВ, включающей с 1-го по 150-й отсчет планерной ОХ, второй - для ЧВ, включающей со 2-го по 151-й отсчеты, и так далее.A variant of smoothed KX is shown in curve 3 of FIG. 3. It is this smoothed KX that allows you to correctly select the interval for maximizing the angular velocity of rotation of the glider

. When modeling (figure 3) was chosen period T _and equal to 384 μs. The private sample (for determining the estimated AS within the autocorrelation function) included 150 samples of the amplitude glider OH. Each subsequent value of the estimated AS was calculated after the shift of the FW by one sample within the glider amplitude OH. The first estimated AS was calculated for FW, which included from the 1st to 150th samples of the glider OX, the second - for FW, which included from the 2nd to 151st samples, and so on.

Второе назначение блока 9 - нахождение экстремумов в сглаженной КХ. На практике гармонический характер ТН, использованный для получения характеристик, представленных на фиг.3, не наблюдается. При этом экстремумы в сглаженной КХ имеют место всегда. Вследствие этого сформированная в блоке 9 сглаженная КХ может быть использована для определения интервала максимизации угловой скорости поворота планера РОН. В этих целях новый массив М2 данных, выражающий сглаженную КХ, подвергается в блоке 9 анализу, результатом которого является нахождение минимального элемента. Кроме того, определяются номера элементов, соответствующих левому и правому смежным максимумам КХ. Номера этих элементов поступают с выхода БСНЭ 9 на первый вход БХД 10. На второй вход БХД 10 с выхода АНН 6 поступают и запоминаются в массиве МЗ амплитуды принятых сигналов, то есть в массиве МЗ сохраняется планерная амплитудная ОХ радиолокационного объекта наблюдения.The second purpose of block 9 is to find extrema in a smoothed CC. In practice, the harmonic nature of the VT used to obtain the characteristics presented in figure 3, is not observed. At the same time, extrema in a smooth KX always occur. As a result, the smoothed CC formed in block 9 can be used to determine the interval for maximizing the angular velocity of rotation of the RON glider. For these purposes, a new data array M2, expressing a smoothed KX, is subjected to analysis in block 9, the result of which is to find the minimum element. In addition, the numbers of elements corresponding to the left and right adjacent KX maxima are determined. The numbers of these elements come from the output of BSNE 9 to the first input of the BCD 10. The second input of BCD 10 from the output of ANN 6 receives and stores the amplitudes of the received signals in the MOH array, i.e., the glider amplitude OX of the radar observation object is stored in the MOH array.

Поскольку номера КАК жестко связаны с номерами элементов ОХ, то по номеру минимального КАК в массиве М3 определяется номер принятого сигнала на интервале максимизации угловой скорости поворота РОН. Номера смежных максимумов необходимы для того, чтобы в обработку при формировании признака идентификации не попали сигналы, соответствующие замиранию РОН относительно радиолокационной станции.Since the AS numbers are tightly connected with the numbers of OX elements, the number of the received signal in the interval of maximizing the angular velocity of rotation of the RON is determined by the number of the minimum AS in the M3 array. The numbers of adjacent maxima are necessary so that the signals corresponding to the fading of the RON relative to the radar station do not get into processing when the identification sign is generated.

Если обозначить номер сигнала, соответствующий левому смежному максимуму КАК через N1, номер сигнала минимизации КАК - через N2, а номер сигнала, соответствующий правому смежному максимуму КАК - через N3, то для формирования признака идентификации необходимо из массива М3 выделить рабочий массив М4, элементы которого являются подмножеством множества элементов массива М3. Номер первого элемента массива М4 должен соответствовать номеру массива М3, вычисляемому по формуле Round[|N2-N1|/2], где Round[*] - операция определения ближайшего целого числа. Номер последнего элемента массива М4 определяется по формуле Round[|N3-N2|/2]. Остальные элементы массива М3 с номерами, заключенными между числом Round[|N2-Nl|/2] и числом Round[|N3-N2|/2], переносятся в массив М4 с соблюдением нумерации. То есть элемент массива М4 с номером (Round[|N2-N1|/2]+1) приобретает в массиве М4 номер 2, элемент М4 с номером (Round[|N2-N1|/2]+2) приобретает в массиве М4 номер 3 и так далее.If we designate the signal number corresponding to the left adjacent maximum of ASK through N1, the number of the signal of minimization of ASK through N2, and the signal number corresponding to the right adjacent maximum of ASK through N3, then to form an identification sign it is necessary to select the working array M4 from the array M3, the elements of which are a subset of the set of elements of the array M3. The number of the first element of the M4 array should correspond to the number of the M3 array, calculated by the formula Round [| N2-N1 | / 2], where Round [*] is the operation to determine the nearest integer. The number of the last element of the M4 array is determined by the formula Round [| N3-N2 | / 2]. The remaining elements of the M3 array with numbers enclosed between the Round number [| N2-Nl | / 2] and the Round number [| N3-N2 | / 2] are transferred to the M4 array according to the numbering. That is, an element of the M4 array with the number (Round [| N2-N1 | / 2] +1) acquires the number 2 in the M4 array, an M4 element with the number (Round [| N2-N1 | / 2] +2) acquires in the M4 array number 3 and so on.

Данные сформированного массива М4 с выхода БХД 10 поступают на вход БВПИ 11. В данном блоке на первом этапе вычисляются квадраты амплитуд сигналов, записанных в массив М4. Затем вычисляется величина признака идентификации Q с использованием выражения [2]The data of the generated M4 array from the output of the BCD 10 is fed to the input of the BVPI 11. In this block, at the first stage, the squares of the amplitudes of the signals recorded in the M4 array are calculated. Then, the value of the identification sign Q is calculated using the expression [2]

где

- квадрат амплитуды отраженного воздушным радиолокационным объектом наблюдения сигнала с номером n из массива М4; N - количество элементов в массиве М4.Where

- the square of the amplitude reflected by the airborne radar object of observation signal with number n from the array M4; N is the number of elements in the M4 array.

Значение признака идентификации Q с выхода блока 11 поступает на вход БИ 12. Блок 12 представляет собой устройство [1], структурно состоящее из блока хранения порогов, запоминающего устройства, схемы сравнения и табло вывода результатов (на фиг.1 не показаны). Сигнал с выхода БВПИ 11 поступает на вход запоминающего устройства, которое подает входной сигнал на первый вход схемы сравнения в течение промежутка времени, необходимого для сравнения входного сигнала с набором пороговых сигналов, поступающих поочередно на 2-й вход схемы сравнения.The value of the identification sign Q from the output of block 11 is input to BI 12. Block 12 is a device [1] structurally consisting of a threshold storage unit, a memory, a comparison circuit, and a display of results (not shown in FIG. 1). The signal from the output of the BVPI 11 is fed to the input of the storage device, which supplies the input signal to the first input of the comparison circuit for the period of time necessary to compare the input signal with a set of threshold signals that are supplied alternately to the 2nd input of the comparison circuit.

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 уровнем входного сигнала загорается и встает на самоблокировку индикатор (светодиод, лампа), установленного по признаку Q класса или типа РОН.If the memory signal exceeds the next threshold (thresholds are given in descending order), a signal proportional to the threshold level passes to the output of the comparison circuit. This signal disconnects the threshold storage unit from the comparison circuit and resets the output of the memory device until the start of the next recognition cycle. In addition, this signal enters the display of results, in which, in accordance with the level of the input signal, the indicator (LED, lamp) that is installed on the basis of the Q class or RON type lights up and self-locks.

Признак идентификации Q, используемый в предлагаемом устройстве, является безразмерной величиной, не зависящей от дальности до объекта и формируемой при активном изменении ракурса РОН. Это позволяет обеспечить хорошее качество идентификации объектов, сопровождаемых радиолокационной станцией в широком диапазоне дальностей.The identification sign Q used in the proposed device is a dimensionless quantity that does not depend on the distance to the object and is formed when the RON angle is actively changed. This allows you to ensure good quality identification of objects, accompanied by a radar station in a wide range of ranges.

Сущность изобретения состоит в том, что воздушный РОН, движущийся в турбулентной атмосфере [3] с ТН, независимо от величины своего курсового угла постоянно меняет свое угловое положение относительно локатора вследствие рысканий планера. Угловая скорость поворота планера за счет ТН

постоянно меняется и даже изменяет направление. Она аддитивно складывается с угловой скоростью поворота РОН, связанной с перемещением его центра масс по прямолинейной траектории. Информация о мгновенной совокупной угловой скорости поворота РОН отсутствует, в результате чего признак идентификации может быть сформирован на интервале, в течение которого изменения ракурса не происходит. В этом случае признак идентификации обнуляется и становится одинаковым для всех типов РОН. А на других интервалах времени величина признака существенным образом зависит от величины совокупной угловой скорости поворота планера РОН. Отсутствие учета этой информации ведет к нарушению логики формирования признака и в конечном итоге - к ошибке идентификации. Применение корреляционного анализа позволяет формировать признак идентификации строго на интервале с максимальной угловой скоростью вращения планера (корпуса) РОН, т.е. заменять статистический подход в формировании признака детерминированным, имеющим более высокие информационные возможности.The essence of the invention lies in the fact that the airborne RON moving in a turbulent atmosphere [3] with VT, regardless of the magnitude of its heading angle, constantly changes its angular position relative to the locator due to yaw of the airframe. The angular velocity of rotation of the airframe due to VT

constantly changing and even changing direction. It additively adds up to the angular velocity of rotation of the RON associated with the displacement of its center of mass along a straight path. There is no information about the instantaneous total angular velocity of rotation of the RON, as a result of which the identification sign can be formed on the interval during which the change of angle does not occur. In this case, the identification sign is reset and becomes the same for all types of RON. And at other time intervals, the size of the sign substantially depends on the value of the total angular velocity of rotation of the RON glider. Lack of accounting for this information leads to a violation of the logic of the formation of the sign and, ultimately, to the identification error. The use of correlation analysis allows you to generate an identification sign strictly on the interval with the maximum angular velocity of rotation of the glider (body) of the RON, i.e. replace the statistical approach in the formation of a sign with a deterministic one with higher information capabilities.

Блок вычисления коэффициента автокорреляции 5, блок сглаживания и нахождения экстремумов 9, блок хранения данных 10 и блок вычисления признака идентификации 11 представляют собой электронные вычислительные машины или микропроцессоры, широко известные и активно используемые в современной радиолокационной технике [10, 11].The unit for calculating the autocorrelation coefficient 5, the unit for smoothing and finding extrema 9, the data storage unit 10, and the unit for computing the identification feature 11 are electronic computers or microprocessors widely known and actively used in modern radar technology [10, 11].

Технический эффект предлагаемого изобретения состоит в том, что при идентификации РОН благодаря введению новых структурных единиц используется интервал с максимальной угловой скоростью изменения ракурса локации объекта. Это, во-первых, обеспечивает эффективность используемого признака идентификации Q, который при отсутствии поворота РОН вырождается, т.е. становится равным нулю. Во-вторых, одинаковые условия выделения признака идентификации для всех РОН позволяет уточнить значения порогов, используемых в БИ 12. Эти два фактора обеспечивают увеличение вероятности правильной идентификации РОН разных размеров и типов. Кроме того, новое построение схемы обеспечивает эффективную работу устройства при встречных ракурсах движения воздушных РОН с ТН в турбулентной атмосфере.The technical effect of the invention is that when identifying RON due to the introduction of new structural units, an interval with a maximum angular rate of change in the angle of view of the location of the object is used. This, firstly, ensures the effectiveness of the used identification attribute Q, which degenerates in the absence of rotation of the RON, i.e. becomes equal to zero. Secondly, the same conditions for identifying the identification sign for all RONs allow us to clarify the threshold values used in BI 12. These two factors increase the likelihood of correct identification of RONs of different sizes and types. In addition, the new construction of the circuit ensures the effective operation of the device in the opposite perspectives of the movement of air RON with VT in a turbulent atmosphere.

Таким образом, дополнение схемы устройства блоком вычисления коэффициента автокорреляции, блоком сглаживания и нахождения экстремумов, блоком хранения данных и блоком вычисления признака идентификации обеспечивает достижение сформулированной задачи изобретения и целесообразность использования заявляемого объекта в современных и перспективных радиолокационных системах.Thus, the addition of the device circuitry to a unit for calculating the autocorrelation coefficient, a unit for smoothing and finding extrema, a unit for storing data and a unit for calculating an identification feature ensures the achievement of the stated objectives of the invention and the feasibility of using the claimed object in modern and promising radar systems.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2079857, МПК⁶ G01S 13/02. Радиолокационное устройство распознавания воздушных целей. Митрофанов Д.Г., Ермоленко В.П., Максаков И.М., Аникина Е.А. Заявка №95104681. Приоритет 31.05.95. Опубл. 20.05.97. Бюлл. 14 (аналог).1. RF patent No. 2079857, IPC ⁶ G01S 13/02. Radar recognition device for air targets. Mitrofanov D.G., Ermolenko V.P., Maksakov I.M., Anikina E.A. Application No. 95104681. Priority May 31, 95. Publ. 05/20/97. Bull. 14 (analog).

2. Патент на полезную модель №79186, МПК⁷ G01S 13/02. Радиолокационное устройство распознавания воздушных целей, инвариантное к влиянию турбовинтового эффекта. Митрофанов Д.Г., Прохоркин А.Г., Майоров Д.А. Заявка на полезную модель №2008130938. Приоритет 29.07.2008. Опубл. 20.12.2008. Бюлл. №35 (прототип).2. Patent for utility model No. 79186, IPC ⁷ G01S 13/02. Radar device for recognition of air targets, invariant to the influence of the turboprop effect. Mitrofanov D.G., Prokhorkin A.G., Mayorov D.A. Application for utility model No. 2008130938. Priority 07/29/2008. Publ. 12/20/2008. Bull. No. 35 (prototype).

3. Доброленский Ю.П. Динамика полета в неспокойной атмосфере. М.: Машиностроение, 1969. 256 с.3. Dobrolensky Yu.P. Flight dynamics in a turbulent atmosphere. M.: Mechanical Engineering, 1969.256 s.

4. Митрофанов Д.Г. Формирование радиолокационных изображений при негативном влиянии турбовинтовой модуляции. М.: Измерительная техника, 2005. №7, с.60-64.4. Mitrofanov D.G. The formation of radar images with the negative impact of turboprop modulation. M .: Measuring equipment, 2005. No. 7, S. 60-64.

5. Митрофанов Д.Г., Прохоркин А.Г., Нефедов С.И. Измерение поперечных размеров летательных аппаратов по частотной протяженности доплеровского портрета. М.: Радиотехника, 2008. №1, с.84-90.5. Mitrofanov D.G., Prokhorkin A.G., Nefedov S.I. Measurement of the transverse dimensions of aircraft by the frequency extent of the Doppler portrait. M .: Radio engineering, 2008. No. 1, p. 84-90.

6. Радиоэлектронные системы. Справочник. Основы построения и теория. / Под ред. Я.Д.Ширмана. - М.: Радиотехника, 2007. 510 с.6. Radio-electronic systems. Directory. Fundamentals of construction and theory. / Ed. J.D. Shirman. - M .: Radio engineering, 2007.510 s.

7. Митрофанов Д.Г., Ермоленко В.П. Распознавание воздушных целей за счет измерения их пространственной протяженности. М.: Зарубежная радиоэлектроника, 1996. №1, с.53-56.7. Mitrofanov D.G., Ermolenko V.P. Recognition of air targets by measuring their spatial extent. M .: Foreign radio electronics, 1996. No. 1, p. 53-56.

8. Патент РФ №2360267, МПК⁷ G01S 13/02. Способ выбора интервала инверсного синтезирования с рассчитываемой угловой скоростью поворота цели относительно радиолокатора. Митрофанов Д.Г., Прохоркин А.Г., Майоров Д.А., Сафонов А.В., Бортовик В.В. Приоритет 6.11.2007. Опубл. 27.06.2009. Бюлл. 18.8. RF patent No. 2360267, IPC ⁷ G01S 13/02. The method of selecting the inverse synthesis interval with the calculated angular velocity of rotation of the target relative to the radar. Mitrofanov D.G., Prokhorkin A.G., Mayorov D.A., Safonov A.V., Bortovik V.V. Priority November 6, 2007. Publ. 06/27/2009. Bull. eighteen.

9. Кирьянов Д.В. Mathcad 12. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. 576 с.9. Kiryanov D.V. Mathcad 12. St. Petersburg: BHV-Petersburg, 2005.576 s.

10. Фуллер С.X., Устерхут Дж.К. и др. Мультимикропроцессорные системы. Обзор и пример практической реализации. // ТИИЭР, 1978. Т.66. №2, с.135-151.10. Fuller S.X., Usterhut J.K. and other multimicro processor systems. Overview and practical implementation example. // TIIER, 1978.V.66. No. 2, p. 135-151.

11. Цифровые аналоговые интегральные микросхемы. Справочник. / Под ред. С.В.Якубовского. М.: Радио и связь, 1989. 496 с.11. Digital analog integrated circuits. Directory. / Ed. S.V.Yakubovsky. M .: Radio and communications, 1989.496 s.

Claims

A device for identifying an airborne radar observation object with a choice of the interval for maximizing the angular velocity of its rotation during trajectory motion instabilities, consisting of an identification unit and a pulse modulator connected with its output to the input of the generator, the output of which is connected to the input of the antenna switch, the input-output of which is connected to the input the antenna output, and the output with the input of the receiver, the output of which is connected to the input of the low-pass filter, characterized in that it consists of additional given an analog-to-digital converter, the input of which is connected to the output of the low-pass filter, and the output is connected to the input of the autocorrelation coefficient calculation unit and the second input of the data storage unit, the output of which is connected to the input of the identification attribute calculation unit, and the first input to the output of the smoothing and finding unit extremes, the input of which is associated with the output of the unit for calculating the coefficients of autocorrelation, and the output of the unit for calculating the identification attribute is connected to the input of the identification unit.