RU2603694C1 - Способ формирования импульсной характеристики воздушного объекта с повышенной информативностью на участках его пространственно-углового замирания - Google Patents

Способ формирования импульсной характеристики воздушного объекта с повышенной информативностью на участках его пространственно-углового замирания Download PDF

Info

Publication number
RU2603694C1
RU2603694C1 RU2015150591/07A RU2015150591A RU2603694C1 RU 2603694 C1 RU2603694 C1 RU 2603694C1 RU 2015150591/07 A RU2015150591/07 A RU 2015150591/07A RU 2015150591 A RU2015150591 A RU 2015150591A RU 2603694 C1 RU2603694 C1 RU 2603694C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signals
frequency
array
tuning
pulse
Prior art date
Application number
RU2015150591/07A
Other languages
English (en)
Inventor
Дмитрий Геннадьевич Митрофанов
Виталий Валерьевич Бортовик
Николай Владимирович Силаев
Сергей Анатольевич Климов
Валентин Александрович Перехожев
Алексей Викторович Сафонов
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации имени Маршала Советского Союза А.М. Василевского" Министерства Обороны Российской Федерации
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны 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 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации имени Маршала Советского Союза А.М. Василевского" Министерства Обороны Российской Федерации, Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации имени Маршала Советского Союза А.М. Василевского" Министерства Обороны Российской Федерации
Priority to RU2015150591/07A priority Critical patent/RU2603694C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2603694C1 publication Critical patent/RU2603694C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/522—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves
    • G01S13/524—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi
    • G01S13/5244—Adaptive clutter cancellation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G01S7/411—Identification of targets based on measurements of radar reflectivity

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к радиолокационным методам и может быть реализовано и применено в системах отождествления аэродинамических летательных аппаратов, использующих наряду с другими признаками векторный отличительный признак, именуемый импульсной характеристикой (ИХ) объекта и формируемый на основе когерентной обработки сигналов с перестройкой несущей частоты, называемых иначе сигналами с синтезом спектра. Достигаемый технический результат - повышение разрешающей способности по времени за счет двукратного синтезированного увеличения диапазона перестройки частоты на интервалах пространственно-углового замирания. Указанный технический результат достигается за счет того, что ИХ воздушного объекта (ВО), формируемая из отраженных сигналов с перестройкой частоты, практически не зависит от смещения диапазона перестройки Fnep частоты по шкале частот, так как при использовании частного диапазона от f0 до (f0+Fпер) или частотного диапазона от (f0+Fпер) до (f0+2Fпер) результат формирования ИХ при неизменности остальных условий для ВО любой сложности отличается несущественно, что позволяет сравнивать полученные на разных по расположению на шкале частот (но одинаковых по величине) диапазонах перестройки ИХ между собой для установления факта наличия или отсутствия углового перемещения ВО относительно локатора. При пространственно-угловом замирании ВО относительно локатора сформированные указанным способом абсолютные ИХ должны совпадать. В условиях интенсивного изменения ракурса локации ИХ должны отличаться ощутимо. При замирании ВО две пачки сигналов с перестройкой частоты предлагается соединять в одну и получать из нее ИХ повышенной информативности. 3 ил.

Description

Изобретение относится к радиолокационным методам и может быть реализовано и применено в системах идентификации аэродинамических воздушных объектов, использующих наряду с другими признаками векторный отличительный признак, именуемый импульсной характеристикой объекта и формируемый на основе совместной обработки сигналов с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу.
Известно, что в интересах повышения линейной разрешающей способности в продольном направлении в настоящее время разработано множество высокоинформативных радиолокационных станций (РЛС) с перестройкой несущей частоты зондирования от импульса к импульсу [1-5], во многих из которых последовательные излучения в эфир сверхвысокочастотных импульсов на одной несущей частоте происходит неэквидистантно и с большими интервалами. Эти РЛС являются помехоустойчивыми, так как несущая частота каждого очередного излучаемого импульса является случайной (хотя и в пределах диапазона используемых частот), что не позволяет внешне влиять на эффективность работы таких станций. Случайный порядок использования частот в радиолокационных системах с перестройкой несущей частоты является главным преимуществом указанного режима излучения, исключающим возможность постановки использующим этот режим РЛС прицельных помех. В то же время аэродромные, в том числе и посадочные РЛС крайне нуждаются в настоящее время в возможностях по идентификации воздушных объектов (ВО), а значит и в режимах с поимпульсной перестройкой несущей частоты. Применение для повышения разрешающей способности сверхкоротких импульсов негативно влияет на дальность действия РЛС, чего нельзя сказать о локаторах, применяющих сигналы с перестройкой частоты (СПЧ).
При использовании СПЧ разрешающую способность определяет диапазон перестройки частоты Fпер, который назначен для излучения сигналов в соответствии с заранее выработанными требованиями к конкретной РЛС. При этом границы диапазона могут быть гибкими, то есть скользить по шкале частот, оставляя неизменной полосу частот, принадлежащую диапазону Fпер. Увеличение числа частот не улучшает разрешения при неизменности диапазона Fпер, а только расширяет окно просмотра отражений. Обычно число частот в пачке СПЧ выбирают максимально возможным с учетом минимально допустимой скважности и времени, в течение которого ВО не изменяет своего пространственно-углового положения (ПУП) относительно РЛС. Этот интервал времени носит название интервала угловой корреляции (ИУК) или же интервала корреляции траекторных нестабильностей (ТН) полета ВО. Его величина оценивается временем порядка 5 мс [6]. Считают, что в течение интервала угловой корреляции с доверительной вероятностью 0,95 можно рассчитывать на неизменное пространственно-угловое положение ВО относительно РЛС. Соответственно, и формируемая методом обратного дискретного преобразования Фурье из параметров последовательности принятых в течение 5 мс СПЧ импульсная характеристика (ИХ) ВО обладает максимальной (требуемой) информативностью. Таким образом, для каждого наперед заданного диапазона перестройки частоты существует объективно обусловленная предельная разрешающая способность по времени в ИХ или по дальности в соответствующем дальностном портрете [4-9], который является прообразом ИХ и формируется методом умножения элементов ИХ на скорость распространения радиоволн. При этом достигаемой разрешающей способности в ИХ по времени может быть недостаточно для идентификации ВО по структуре этой импульсной характеристики, так как отдельные импульсные отклики отражений от элементов конструкции ВО будут сливаться в более крупный неинформативный отклик. Значит, существует противоречие между необходимостью повышения разрешающей способности в ИХ и наличием ограничений по величине диапазона перестройки Fпер в соответствии с характеристиками РЛС и по времени накопления отраженных СПЧ ввиду проявления ТН полета (изменения ракурса ВО с течением времени) при полете в турбулентности.
В полном соответствии с этими ограничениями и допущениями предложен способ формирования импульсной характеристики ВО [10], заключающийся в следующем. В направлении воздушного объекта излучают сверхвысокочастотные импульсные сигналы. Для излучения в направлении воздушного объекта используют сигналы с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу, причем излучение проводят пачками по N=2k сигналов, где k=6…10. В каждой пачке СПЧ изменяют несущие частоты отдельных импульсных сигналов от импульса к импульсу в диапазоне от f0 до (f0+Fпер), где f0 - основная несущая частота, определяющая сантиметровый диапазон излучения в квазиоптической области рассеяния радиоволн, a Fпер - диапазон, в котором осуществляется перестройка несущей частоты от импульса к импульсу с интервалом (шагом) Δf=Fпер/(2k-1). Перестройку частоты импульсов осуществляют в пределах единиц процентов от основной частоты f0, определяющей сантиметровый диапазон излучения в квазиоптической области рассеяния радиоволн. Например, при основной частоте излучения 10 ГГц перестройка может осуществляться в диапазоне 150 или 300 МГц. Всего в пределах пачки сигналов с перестройкой несущей частоты используют N частот, причем величина n-й частоты fn выражается формулой fn=f0+(n-1)Δf. Излучение каждой пачки СПЧ проводят в течение интервала Тп, равного 5 мс, не превосходящего интервала угловой корреляции отраженных воздушным объектом сигналов. Порядок использования несущих частот заполнения импульсов каждой пачки СПЧ изменяют по своему неповторяющемуся случайному закону, который фиксируют в запоминающем устройстве, выполняя условие, чтобы в пределах каждой пачки СПЧ частота каждого импульса использовалась только один раз. Принимают отраженные от воздушного объекта сигналы, понижают частоту принимаемых сигналов до промежуточной, проводят согласованную фильтрацию принимаемых сигналов. Усиливают принятые сигналы на промежуточной частоте. Выделяют сигналы рассогласования по угловым координатам и дальности. С помощью выделяемых из каждого импульса сигналов рассогласования по угловым координатам и дальности осуществляют автоматическое сопровождение воздушного объекта по углу места ε, азимуту β и дальности D. Детектируют принятые сигналы промежуточной частоты, а именно выделяют с помощью квадратурных фазовых детекторов квадратурные мнимую Im (синусную) и действительную Re (косинусную) составляющие принимаемых СПЧ. Для каждого отдельного отраженного импульсного сигнала проводят с помощью аналого-цифрового преобразователя перевод этих квадратурных составляющих в цифровую форму в точке максимума отклика согласованного фильтра на принятый (отраженный ВО) сигнал.
Формируют из значений оцифрованных квадратурных составляющих отраженных сигналов с перестройкой несущей частоты, соответствующих каждой очередной излученной z-й пачке сигналов с перестройкой несущей частоты, двумерный массив M1z из N столбцов, в s-й столбец которого записывают информацию о мнимой Imzs и действительной Rezs составляющих s-го по счету принимаемого сигнала z-й пачки. Затем в пределах числа сигналов в пачке (т.е. в пределах числа элементов массива M1z) переставляют в каждом z-м массиве M1z данные столбцов с квадратурными составляющими таким образом, чтобы в n-м столбце массива M1z были записаны и сохранены квадратурные составляющие Imzn и Rezn, полученные при приеме отраженного сигнала z-й пачки на n-й частоте fn. Методом обратного быстрого преобразования Фурье в сочетании с компенсацией дальностных фазовых набегов методом минимума энтропии [11] получают из комплексных данных каждого массива M1z импульсную характеристику воздушного объекта и сохраняют в запоминающем устройстве ее комплексные значения в виде соответствующего z-го массива E1z. Вычисляют модульные значения Xzn, n-х элементов, извлекаемых из z-го массива E1z с импульсной характеристикой, по формуле
Figure 00000001
, после чего сохраняют их в виде соответствующих одномерных массивов J1z, которые принимают в качестве абсолютных (действительных) импульсных характеристик, пригодных для практического использования при идентификации воздушного объекта. В [10] для выявления факта наличия траекторных нестабильностей полета у воздушного объекта используют две абсолютные импульсные характеристики, сформированные с разделением по времени на 10 мс или более. Однако подразумевается, что факт наличия или отсутствия ТН ВО определяется многократно и динамично с течением времени, т.е. формирование ИХ проводится постоянно для всех пачек СПЧ.
Для устранения негативных паразитных для способа построения ИХ фазовых набегов радиального поступательного характера в [10] предложено использование способа, описанного в [11]. Этот способ построения ИХ и оценки радиальной скорости ВО сам по сути своей основан на компенсации рассматриваемых фазовых сдвигов, обусловленных его радиальным движением. Поскольку данный способ достаточно подробно описан в [11], то нет необходимости подробно излагать его сущность. В рамках данного изобретения (как и в рамках изобретения [10]) предлагается считать применение способа [11] целесообразным, эффективным, доказанным и называть его способом компенсации «дальностных» фазовых набегов (связанных с изменением дальности до ВО) методом минимума энтропии.
Недостатком описанного выше способа формирования ИХ ВО [10] является то, что он предполагает наличие постоянного изменения ракурса ВО относительно РЛС, ввиду чего использует ИУК, равный 5 мс. В результате при неизменности диапазона перестройки частоты Fпер и любом смещении этого диапазона по шкале частот величина δτ временного элемента разрешения в ИХ всегда равна δτ=1/Fпер, а разрешающая способность Δτ по времени при цифровой обработке равна Δτ=1/(2Fпер). На самом же деле при полете ВО в турбулентной атмосфере существуют интервалы времени, на которых ракурс ВО относительно РЛС не изменяется. Причиной углового замирания ВО относительно РЛС является наличие ТН полета, в условиях которых угловая скорость рысканий планера летательного аппарата может компенсировать угловую скорость изменения ракурса ВО, являющуюся следствием его перемещения по прямолинейной траектории [12-14]. На этих интервалах время фиксации отражений на разных частотах можно увеличить, что при правильном модифицированном использовании диапазона перестройки частоты приведет к возрастанию разрешающей способности. Однако подход к искусственному адаптивному увеличению диапазона перестройки частоты (при ограничении типового значения диапазона перестройки техническими возможностями РЛС) и обоснованному увеличению интервала накопления отраженных СПЧ до сих пор не предложен.
Задачей изобретения является модернизация известного способа формирования ИХ ВО, приводящая к повышению разрешающей способности по времени за счет двукратного синтезированного увеличения диапазона перестройки частоты Fпер на интервалах пространственно-углового замирания (ПУЗ) ВО.
Для решения поставленной задачи предлагается использовать тот факт, что ИХ, полученная по отражениям в квазиоптической области отражения радиоволн, практически не зависит от смещения диапазона перестройки частоты Fпер по шкале частот. Другими словами, при использовании частного диапазона от f0 до (f0+Fпер) или частотного диапазона от (f0+Fпер) до (f0+2Fпер) результат формирования ИХ при неизменности остальных условий для ВО любой сложности отличается несущественно. Это позволяет сравнивать полученные на разных по расположению на шкале частот (но одинаковых по величине) диапазонах перестройки абсолютные (модульные) ИХ между собой для установления факта наличия или отсутствия углового перемещения ВО относительно РЛС. При пространственно-угловом замирании ВО относительно РЛС сформированные указанным способом абсолютные ИХ должны совпадать (отличаться несущественно). В условиях интенсивного изменения ракурса локации ИХ должны отличаться ощутимо.
С учетом вышеприведенных рекомендаций новый способ формирования импульсной характеристики воздушного объекта с повышенной информативностью на участках его пространственно-углового замирания можно описать следующим образом.
В направлении воздушного объекта излучают сверхвысокочастотные импульсные сигналы. Для излучения используют сигналы с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу, причем излучение проводят пачками по N=2k сигналов, где k=6…10.
Излучаемые пачки нумеруют по очередности излучения. В нечетных по номеру пачках СПЧ, начиная с первой пачки, изменяют несущие частоты от f0 до (f0+Fпер), где f0 - основная несущая частота, определяющая сантиметровый диапазон излучения в квазиоптической области рассеяния радиоволн, a Fпер - диапазон, в котором осуществляется перестройка несущей частоты от импульса к импульсу с интервалом перестройки Δf=Fпер/(2k-1). А в нечетных по номеру излучения пачках СПЧ, начиная со второй пачки, изменяют несущие частоты от (f0+Fпер) до (f0+2Fпер), оставляя интервал (шаг) межимпульсной перестройки Δf неизменным. Перестройку частоты импульсов осуществляют в пределах единиц процентов от основной частоты f0, определяющей сантиметровый диапазон излучения. Например, при основной частоте излучения 10 ГГц перестройка может осуществляться в диапазоне 150 или в диапазоне 300 МГц.
Всего в пределах каждой пачки сигналов с перестройкой несущей частоты используют N частот, причем величина n-й частоты fn в нечетных пачках выражается формулой fn=f0+(n-1)Δf, а в четных пачках - соответственно fn=f0+Fпер+(n-1)Δf. Излучение каждой пачки СПЧ проводят в течение интервала Тп, равного 5 мс, не превосходящего интервала угловой корреляции отраженных воздушным объектом сигналов. Порядок использования несущих частот заполнения импульсов каждой пачки сигналов с перестройкой частоты изменяют по своему неповторяющемуся случайному закону, который фиксируют в запоминающем устройстве, выполняя условие, чтобы в пределах каждой пачки сигналов с перестройкой частоты частота каждого импульса использовалась только один раз. Последовательно принимают отраженные от воздушного объекта сигналы, понижают частоту принимаемых сигналов до промежуточной, проводят согласованную фильтрацию принимаемых сигналов, усиливают принятые сигналы на промежуточной частоте, выделяют сигналы рассогласования по угловым координатам и дальности. С помощью выделяемых из каждого импульса сигналов рассогласования по угловым координатам и дальности осуществляют автоматическое сопровождение воздушного объекта по углу места ε, азимуту β и дальности D. Детектируют принятые сигналы промежуточной частоты, а именно выделяют с помощью квадратурных фазовых детекторов квадратурные мнимую Im и действительную Re составляющие принимаемых СПЧ. Для каждого отдельного отраженного импульсного сигнала проводят с помощью аналого-цифрового преобразователя преобразование этих квадратурных составляющих в цифровую форму в точке максимума отклика согласованного фильтра на принятый сигнал.
Формируют из значений оцифрованных квадратурных составляющих отраженных сигналов с перестройкой несущей частоты, соответствующих каждой очередной излученной z-й пачке сигналов с перестройкой несущей частоты, двумерный массив M1z из N столбцов, в s-й столбец которого записывают информацию о мнимой Imzs и действительной Rezs составляющих s-го по счету принимаемого сигнала z-й пачки.
Затем в пределах числа сигналов в пачке переставляют в каждом z-м массиве M1z данные столбцов с квадратурными составляющими таким образом, чтобы в n-м столбце массива M1z были записаны и сохранены квадратурные составляющие Imzn и Rezn, полученные при приеме отраженного сигнала z-й пачки на n-й частоте fn. Методом обратного быстрого преобразования Фурье в сочетании с компенсацией дальностных фазовых набегов методом минимума энтропии [11] получают из комплексных данных каждого массива M1z импульсную характеристику воздушного объекта и сохраняют в запоминающем устройстве ее комплексные значения в виде соответствующего z-го массива E1z. Вычисляют модульные значения Xzn n-х элементов, извлекаемых из z-го массива E1z с импульсной характеристикой, по формуле
Figure 00000002
, после чего сохраняют их в виде соответствующих одномерных массивов J1z, которые принимают в качестве абсолютных (действительных) импульсных характеристик ВО.
Делят всю последовательность пачек СПЧ на пары смежных пачек, причем в каждой паре номер нечетной пачки СПЧ должен быть меньше номера четной пачки СПЧ.
Для каждой j-й пары смежных по номерам ИХ, полученных из соответствующих нечетных и четных пачек СПЧ, находят меру сходства Aj, вычисляемую по формуле
Figure 00000003
, где Xjn1 - величина амплитуды импульсного отклика в n-м элементе первой ИХ j-й пары; Xjn2 - величина амплитуды импульсного отклика в n-м элементе второй ИХ в j-й паре импульсных характеристик, полученных из сигналов смежных по номеру нечетной и четной пачек СПЧ. Последовательно сравнивают найденные j-e меры сходства Aj с пороговым значением Апор. При выполнении условия Aj≤Апор составляют из двумерных массивов M1z, соответствующих j-й паре СПЧ, массив M2j из К=2N элементов, в котором первые N элементов являются элементами массива, соответствующего нечетной по номеру пачки СПЧ в j-й паре, а последующие N элементов с (N+1)-го по 2N-й являются элементами массива, соответствующего четной по номеру пачке СПЧ в j-й паре. Проводят с элементами массива M2j операцию обратного быстрого преобразования Фурье в сочетании с компенсацией дальностных фазовых набегов методом минимума энтропии.
В результате получают импульсную характеристику повышенной информативности и сохраняют в запоминающем устройстве ее комплексные значения в виде соответствующего j-го массива E2j. Вычисляют модульные значения Xjk k-x элементов, извлекаемых из массива E2j с импульсной характеристикой, по формуле
Figure 00000004
, после чего сохраняют эти модульные значения в виде соответствующего одномерного массива J1j, который принимают в качестве абсолютной импульсной характеристики повышенной информативности, обладающей удвоенной разрешающей способностью.
Как следует из описания предлагаемого способа, он действительно адаптивно подыскивает интервал времени, в пределах которого ВО не изменяет своего ПУП относительно РЛС. Инструментом подбора (критерием) интервала ПУЗ является сама структура периодически формируемой ИХ, которая может оставаться неизменной лишь при условии соответствующей неизменности ПУП ВО. Способ использует только традиционные операции цифровой обработки сигналов и аналогично прототипу [10] обеспечивает формирование ИХ из отраженных СПЧ. Однако выбранная по предлагаемому правилу и сформированная новым способом ХИ будет обладать повышенной разрешающей способностью, не утрачивая помехоустойчивости и не теряя достоверности за счет проявления ТН полета ВО.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. При облучении ВО радиоволнами квазиоптической области рассеяния (сантиметровый диапазон) поле отраженной волны в основном формируется участками локального отражения, которые расположены перпендикулярно направлению падения волн или линии визирования ВО. ИХ еще называют участками зеркального отражения, так как волна этими участками не рассеивается, а переизлучается в обратном направлении. Будем называть эти участки рассеивающими центрами (РЦ) поверхности ВО. Данные РЦ вносят до 95-98% энергии в отраженную объектом волну. Фронт отраженной волны формируется методом суперпозиции из частных отражений от локальных РЦ. Амплитудно-фазовая характеристика отраженного поля определяется взаимным расположением РЦ вдоль линии визирования. По этой причине эта амплитудно-фазовая характеристика сильно зависит от пространственно-углового положения ВО относительно РЛС. Формульная математическая модель ИХ, приведенная в [10, 13, 15], также показывает, что структура ИХ в большей степени определяется геометрическим построением планера ВО, взаимным радиальным расположением РЦ на его поверхности и в меньшей степени - длиной волны излучения, если изменения длины волны не выходят за пределы квазиоптической области рассеяния. Вследствие этого изменения основной длины волны на десятки-сотни МГц в сантиметровом диапазоне волн не ложно приводить к изменению структуры ИХ при ПУЗ ВО. На этом принципе и основан предлагаемый способ формирования ИХ. Он предполагает сравнение на предварительном этапе структуры двух ИХ, полученных на двух смежных интервалах времени. При поворотах ВО, т.е. при изменении ракурса локации ВО его ИХ стечением времени трансформируется, что можно зарегистрировать с помощью введенной меры сходства А. При неизменности ПУП ВО сформированные на одном и том же диапазоне перестройки Fпер (со смещением по шкале частот) в последовательные моменты времени импульсные характеристики будут совпадать или отличаться незначительно. Малое значение меры сходства А фиксирует факт ПУЗ ВО и позволяет обоснованно объединить две последовательности принятых СПЧ в одну общую последовательность с удвоенной полосой перестройки. А это, в свою очередь, позволяет получить методом обратного быстрого преобразования Фурье ИХ с повышенным разрешением, что улучшает ее информационные свойства.
Для демонстрации положительного технического эффекта, а именно улучшения информационных свойств ИХ, полученной новым способом, было проведено математическое моделирование ИХ ВО. Моделировалось отражение СПЧ от планера самолета Ил-86. Основная частота излучение была равна f0=10 ГГц. Диапазон перестройки составлял Fпер=150 МГц. Смещение диапазона перестройки в нечетных и четных пачках СПЧ равнялось величине Fпер. То есть во второй пачке СПЧ основная частота была увеличена на 150 МГц.
На фиг. 1а, б представлены ИХ модели самолета Ил-86 при курсовом угле q=38° (на больших дальностях величиной угла места ε можно пренебрегать), полученные по двум пачкам смещенных по шкале частот отраженных СПЧ. Заметно, что структура двух ИХ сильно коррелирует. Импульсные отклики 1, 2, 3, 4 и 5 имеют одинаковое временное положение и приблизительно совпадающие формы. Некоторые отличия просматриваются только в структуре вершины 5-го отклика, которая в ИХ, полученной по сигналам первой пачки (фиг. 1а), является более остроконечной. Несмотря на это мера сходства А, вычисленная по этим двум ИХ, будет очень мала. Пороговое значение меры сходства Апор должно для конкретной РЛС определяться экспериментально, так как оно зависит от используемого числа частот N и величины диапазона перестройки Fпер. Объединение двух пачек СПЧ в одну пачку удвоенных размеров на интервале ПУЗ ВО приводит к формированию ИХ, показанной на фиг. 1 в. Как видно, бывший отклик 5 (фиг. 1а, б) вследствие увеличения разрешающей способности разделился на два отклика 7 и 6, что более достоверно отображает геометрию (архитектуру) планера самолета Ил-86.
Аналогичным образом получены ИХ модели Ил-86 при курсовых углах q=88° (фиг. 2) и q=67° (фиг. 3). По фиг. 2 видно, что при неизменности положения и амплитуд импульсных откликов 9, 10, 11, 12 от РЦ на планере ВО Ил-86 увеличение диапазона перестройки до 300 МГц на интервале его ПУЗ ведет к разделению крупного отклика 8 (при Fпер=150 МГц) на 3 отклика 13, 14 и 15. Это явно повышает информативность ИХ, представленной на эпюре в фиг. 2, по сравнению с ИХ ВО на эпюрах а и б фиг. 2. Наконец, на фиг. 3а, б показаны ИХ модели Ил-86 при курсовом угле (ракурсе) q=67°, полученные из отраженных СПЧ при Fпер=150 МГц. Основная частота f0 для пачки СПЧ, приводящей к получению ИХ на эпюре 6 (фиг. 3), была увеличена на 150 МГц. Заметно, что ИХ на эпюрах а и б практически совпадают. В полученной же ИХ на эпюре в (фиг. 3) число составляющих в ИХ увеличилось на 2. А именно, импульсный отклик 19 разделился при росте разрешения на отклики 20, 21 и 22, что придает ИХ большую информативность.
Таким образом, математическое моделирование ИХ подтвердило наличие технического эффекта, предусмотренного новым способом. Понятно, что увеличение числа импульсных откликов от РЦ в ИХ наблюдается не на всех ракурсах и зависит от конкретных условий зондирования и сложности ВО.
Как видно из описания, предлагаемый способ прост в реализации и достаточно эффективен. При выборе момента ПУЗ ВО способ реагирует на мельчайшие изменения во взаимном радиальном положении РЦ на поверхности планера ВО. Процесс формирования ИХ новым способом позволяет увеличивать разрешающую способность по времени в 2 раза по сравнению с предусмотренной техническими характеристиками РЛС.
Способ может быть рекомендован диспетчерским службам аэропортов, контролирующим безопасность взлета и посадки воздушных судов, а также другим службам, решающим задачи отождествления ВО.
Источники информации
1. Митрофанов Д.Г. Радиолокатор с устройством двухуровневого нейросетевого распознавания воздушных объектов // Измерительная техника, 2007. №2. С. 58-62.
2. Патент РФ №2358288. G01S 13/90. Многочастотная радиолокационная станция с инверсным синтезированием апертуры и двухуровневым распознаванием целей. Митрофанов Д.Г., Сафонов А.В. Опубл. 10.06.2009. БИ №16.
3. Патент РФ №2412451. G01S 13/90. Радиолокационная станция с перестройкой частоты, инверсным синтезированием апертуры и двухуровневым нейросетевым распознаванием объектов по совокупности признаков. Митрофанов Д.Г., Перехожев В.А., Новиков А.В., Васильченко О.В., Гаврилов А.Д., Сафонов А.В., Волошко П. В., Фахрутдинов Т.М. Опубл. 20.02.2011. БИ №5.
4. Патент РФ №2439611. G01S 13/90. Радиолокационная станция с поимпульсной перестройкой несущей частоты, нейросетевым распознаванием объектов и инверсным синтезированием апертуры антенны. Митрофанов Д.Г. Опубл. 10.01.2012. БИ №1.
5. Патент РФ №2513041. Устройство идентификации воздушных объектов по структуре дальностного портрета. Митрофанов Д.Г., Майоров Д.А., Гаврилов А.Д., Злобинова М.В., Перехожев В.А., Косяков В.М., Гордеев В.М., Котов Д.В. Опубл. 20.04.2014.
6. Майоров Д.А., Савостьянов В.Ю., Митрофанов Д.Г. Измерение радиальной скорости воздушных объектов в режиме перестройки частоты // Измерительная техника, 2008. №2. С. 43-47.
7. Митрофанов Д.Г., Прохоркин А.Г., Перехожев В.А. Способ оценки траекторных нестабильностей полета объекта по последовательности дальностных портретов // Информационно-измерительные и управляющие системы, 2012. №1. Т. 10. С. 19-25.
8. Радиолокационные системы. Справочник. Основы построения и теория / Под ред. Я.Д. Ширмана. М., Радиотехника, 2007. 510 с.
9. Митрофанов Д.Г. Комплексный адаптивный метод построения радиолокационных изображений в системах управления двойного назначения // Известия РАН. Теория и системы управления. 2006. №1. С. 101-118.
10. Патент РФ №2562060. МПК G01S 13/26. Способ внешнего радиолокационного выявления факта наличия траекторных нестабильностей полета у воздушного объекта по структуре его импульсной характеристики. Митрофанов Д.Г., Майоров Д.А., Бортовик В.В., Романенко А.В., Абраменков В.В. и др. Заявл. 24.06.2014 (прототип).
11. Патент РФ №2326402. Способ измерения радиальной скорости воздушной цели в режиме перестройки частоты от импульса к импульсу. Савостьянов В.Ю., Майоров Д.А., Прохоркин А.Г., Митрофанов Д.Г. Опубл. 10.06.2008. БИ №16. Часть III. С. 752.
12. Митрофанов Д.Г. Метод построения радиолокационных изображений аэродинамических летательных аппаратов // Полет. 2006. №11. С. 52-60.
13. Митрофанов Д.Г. Формирование двумерного радиолокационного изображения цели с траекторными нестабильностями полета // Радиотехника и электроника. РАН. 2002. №7. С. 852-859.
14. Митрофанов Д.Г., Прохоркин А.Г., Нефедов СИ. Измерение габаритов летательных аппаратов в условиях турбулентности на основе инверсного синтезирования апертуры // Измерительная техника. 2008. №8. С. 24-28.
15. Митрофанов Д.Г., Майоров Д.А., Кичулкин Д.А., Бортовик В.В. Получение аналитического описания импульсной характеристики летательного аппарата в интересах обеспечения безопасности и контроля воздушного пространства. Смоленск: Смоленский филиал МИИТ. Проблемы безопасности Российского общества. №3/4. 2014. С. 248-261.

Claims (1)

  1. Способ формирования импульсной характеристики воздушного объекта с повышенной информативностью на участках его пространственно-углового замирания, заключающийся в том, что в направлении воздушного объекта излучают сверхвысокочастотные импульсные сигналы, для излучения используют сигналы с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу, причем излучение проводят пачками по N=2k сигналов, где k=6…10, в каждой пачке сигналов с перестройкой несущей частоты изменяют несущие частоты отдельных импульсов от импульса к импульсу в пределах диапазона перестройки частоты Fпер, перестройку частоты импульсов осуществляют в пределах единиц процентов от основной несущей частоты
    Figure 00000005
    , определяющей сантиметровый диапазон излучения в квазиоптической области рассеяния радиоволн, всего в пределах каждой пачки сигналов с перестройкой несущей частоты используют N частот, которые, будучи расположенными в порядке монотонного возрастания имеют единый шаг перестройки частоты от импульса к импульсу, равный
    Figure 00000006
    , излучение каждой пачки сигналов с перестройкой частоты проводят в течение интервала Тп, равного 5 мс, не превосходящего интервала угловой корреляции отраженных воздушным объектом сигналов, порядок использования несущих частот заполнения импульсов каждой пачки сигналов с перестройкой частоты изменяют по своему неповторяющемуся случайному закону, который фиксируют в запоминающем устройстве, выполняя условие, чтобы в пределах каждой пачки сигналов с перестройкой частоты частота каждого импульса использовалась только один раз, последовательно принимают отраженные от воздушного объекта сигналы, понижают частоту принимаемых сигналов до промежуточной, проводят согласованную фильтрацию принимаемых сигналов, усиливают принятые сигналы на промежуточной частоте, выделяют сигналы рассогласования по угловым координатам и дальности, с помощью выделяемых из каждого импульса сигналов рассогласования по угловым координатам и дальности осуществляют автоматическое сопровождение воздушного объекта по углу места ε, азимуту β и дальности D, детектируют принятые сигналы промежуточной частоты, а именно выделяют с помощью квадратурных фазовых детекторов квадратурные мнимую Im и действительную Re составляющие принимаемых сигналов с перестройкой частоты, для каждого отдельного отраженного импульсного сигнала проводят с помощью аналого-цифрового преобразователя преобразование этих квадратурных составляющих в цифровую форму в точке максимума отклика согласованного фильтра на принятый сигнал, формируют из значений оцифрованных квадратурных составляющих отраженных сигналов с перестройкой несущей частоты, соответствующих каждой очередной излученной z-й пачке сигналов с перестройкой несущей частоты, двумерный массив M1z из N столбцов, в s-й столбец которого записывают информацию о мнимой Imzs и действительной Rezs составляющих s-го по счету принимаемого сигнала z-й пачки, а затем в пределах числа сигналов в пачке переставляют в каждом z-м массиве M1z данные столбцов с квадратурными составляющими таким образом, чтобы в n-м столбце массива M1z были записаны и сохранены квадратурные составляющие Imzn и Rezn, полученные при приеме отраженного сигнала z-й пачки на n-й частоте
    Figure 00000007
    , методом обратного быстрого преобразования Фурье в сочетании с компенсацией дальностных фазовых набегов методом минимума энтропии получают из комплексных данных каждого массива M1z импульсную характеристику воздушного объекта и сохраняют в запоминающем устройстве ее комплексные значения в виде соответствующего z-го массива E1z, вычисляют модульные значения Xzn n-х элементов, извлекаемых из z-го массива E1z с импульсной характеристикой, по формуле
    Figure 00000008
    , после чего сохраняют их в виде соответствующих одномерных массивов J1z, которые принимают в качестве абсолютных импульсных характеристик, отличающийся тем, что излучаемые пачки сигналов с перестройкой частоты нумеруют по очередности излучения, в нечетных по номеру пачках сигналов с перестройкой частоты, начиная с первой пачки, изменяют несущие частоты от
    Figure 00000009
    до
    Figure 00000010
    , а в четных по номеру излучения пачках сигналов с перестройкой частоты, начиная со второй пачки, изменяют несущие частоты от
    Figure 00000011
    до
    Figure 00000012
    , используя шаг перестройки частоты
    Figure 00000013
    для всех пачек неизменным, в соответствии с выбранными диапазонами перестройки частоты величина n-й частоты
    Figure 00000014
    в нечетных пачках выражается формулой
    Figure 00000015
    , а в четных пачках - соответственно формулой
    Figure 00000016
    , для каждой j-й пары смежных по номерам абсолютных импульсных характеристик, полученных из соответствующих нечетных и четных пачек сигналов с перестройкой частоты, определяют меру сходства Aj, вычисляемую по формуле
    Figure 00000017
    , где Xjn1 - величина амплитуды импульсного отклика в n-м элементе первой абсолютной импульсной характеристики j-й пары; Xjn2 - величина амплитуды импульсного отклика в n-м элементе второй абсолютной импульсной характеристики в j-й паре абсолютных импульсных характеристик, полученных из сигналов смежных по номеру нечетной и четной пачек сигналов с перестройкой частоты, последовательно сравнивают найденные j-e меры сходства Aj с пороговым значением Апор, при выполнении условия Aj≤Апор составляют из двумерных массивов M1z, соответствующих j-й паре сигналов с перестройкой частоты, массив M2j из K=2N элементов, в котором первые N элементов являются элементами массива, соответствующего нечетной по номеру пачки сигналов с перестройкой частоты в j-й паре, а последующие N элементов с (N+1)-го по 2N-й являются элементами массива, соответствующего четной по номеру пачке сигналов с перестройкой частоты в j-й паре, проводят с элементами массива M2j операцию обратного быстрого преобразования Фурье в сочетании с компенсацией дальностных фазовых набегов методом минимума энтропии, в результате получают импульсную характеристику повышенной информативности и сохраняют в запоминающем устройстве ее комплексные значения в виде соответствующего j-го массива E2j, вычисляют модульные значения Xjk k-x элементов, извлекаемых из массива E2j с импульсной характеристикой, по формуле
    Figure 00000018
    , где Rejk и Imjk - соответственно действительная и мнимая составляющие k-го элемента импульсной характеристики повышенной информативности, записанные в k-м столбце j-го массива E2j, после чего сохраняют эти модульные значения в виде соответствующего одномерного массива J1j, который принимают в качестве абсолютной импульсной характеристики повышенной информативности, обладающей удвоенной разрешающей способностью.
RU2015150591/07A 2015-11-25 2015-11-25 Способ формирования импульсной характеристики воздушного объекта с повышенной информативностью на участках его пространственно-углового замирания RU2603694C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015150591/07A RU2603694C1 (ru) 2015-11-25 2015-11-25 Способ формирования импульсной характеристики воздушного объекта с повышенной информативностью на участках его пространственно-углового замирания

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015150591/07A RU2603694C1 (ru) 2015-11-25 2015-11-25 Способ формирования импульсной характеристики воздушного объекта с повышенной информативностью на участках его пространственно-углового замирания

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2603694C1 true RU2603694C1 (ru) 2016-11-27

Family

ID=57774685

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015150591/07A RU2603694C1 (ru) 2015-11-25 2015-11-25 Способ формирования импульсной характеристики воздушного объекта с повышенной информативностью на участках его пространственно-углового замирания

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2603694C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2819757C1 (ru) * 2023-11-20 2024-05-23 Виталий Сергеевич Грибков Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании, обеспечивающий восстановление амплитуды и фазы отраженного сигнала

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5563601A (en) * 1985-08-16 1996-10-08 Northrop Grumman Corporation. Two-port synthetic aperature radar system for radar detection of targets
WO2006133268A2 (en) * 2005-06-06 2006-12-14 Signal Labs, Inc. System and method for detection and discrimination of targets in the presence of interference
RU2392640C1 (ru) * 2009-07-28 2010-06-20 Дмитрий Геннадьевич Митрофанов Способ выявления параметров траекторных нестабильностей малоразмерного воздушного объекта в виде радиального ускорения движения для режима сопровождения с использованием сигналов с поимпульсной перестройкой несущей частоты
US7903024B2 (en) * 2007-10-25 2011-03-08 Lockheed Martin Corporation Adaptive moving target indicator (MTI) clutter rejection filter for radar systems
RU2419107C1 (ru) * 2009-12-08 2011-05-20 ОАО "Научно-производственное объединение "ЛЭМЗ" Способ селекции движущихся целей в режиме поимпульсной перестройки несущей частоты
RU2562060C1 (ru) * 2014-06-24 2015-09-10 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации имени Маршала Советского Союза А.М. Василевского" Министерства Обороны Российской Федерации Способ внешнего радиолокационного выявления факта наличия траекторных нестабильностей полета у воздушного объекта по структуре его импульсной характеристики

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5563601A (en) * 1985-08-16 1996-10-08 Northrop Grumman Corporation. Two-port synthetic aperature radar system for radar detection of targets
WO2006133268A2 (en) * 2005-06-06 2006-12-14 Signal Labs, Inc. System and method for detection and discrimination of targets in the presence of interference
US7903024B2 (en) * 2007-10-25 2011-03-08 Lockheed Martin Corporation Adaptive moving target indicator (MTI) clutter rejection filter for radar systems
RU2392640C1 (ru) * 2009-07-28 2010-06-20 Дмитрий Геннадьевич Митрофанов Способ выявления параметров траекторных нестабильностей малоразмерного воздушного объекта в виде радиального ускорения движения для режима сопровождения с использованием сигналов с поимпульсной перестройкой несущей частоты
RU2419107C1 (ru) * 2009-12-08 2011-05-20 ОАО "Научно-производственное объединение "ЛЭМЗ" Способ селекции движущихся целей в режиме поимпульсной перестройки несущей частоты
RU2562060C1 (ru) * 2014-06-24 2015-09-10 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации имени Маршала Советского Союза А.М. Василевского" Министерства Обороны Российской Федерации Способ внешнего радиолокационного выявления факта наличия траекторных нестабильностей полета у воздушного объекта по структуре его импульсной характеристики

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2819757C1 (ru) * 2023-11-20 2024-05-23 Виталий Сергеевич Грибков Способ получения двумерного радиолокационного изображения объекта при многочастотном импульсном зондировании, обеспечивающий восстановление амплитуды и фазы отраженного сигнала

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102196734B1 (ko) 합성 개구 레이더의 재밍장치 및 방법
US20160069994A1 (en) Sense-and-avoid systems and methods for unmanned aerial vehicles
Xu et al. Focus-before-detection radar signal processing: Part I—Challenges and methods
RU2440588C1 (ru) Способ пассивного радиомониторинга воздушных объектов
RU2280263C1 (ru) Способ селекции ложных воздушных целей
CN104914415A (zh) 基于目标距离像模板匹配的单脉冲雷达相干干扰方法
RU2534217C1 (ru) Радиолокационный способ обнаружения малозаметных беспилотных летательных аппаратов
WO2020036629A2 (en) Methods and systems for distributed radar imaging
Shi et al. Multichannel sense-and-avoid radar for small UAVs
RU2315332C1 (ru) Радиолокационная станция
RU2624736C2 (ru) Радиолокационная станция кругового обзора "Резонанс"
RU2410712C1 (ru) Способ обнаружения воздушных объектов
Guo et al. Low‐slow‐small target detection using stepped‐frequency signals in a strong folded clutter environment
RU2562060C1 (ru) Способ внешнего радиолокационного выявления факта наличия траекторных нестабильностей полета у воздушного объекта по структуре его импульсной характеристики
RU2439611C1 (ru) Радиолокационная станция с поимпульсной перестройкой несущей частоты, нейросетевым распознаванием объектов и инверсным синтезированием апертуры антенны
RU2694276C1 (ru) Способ селекции имитаторов вторичного излучения воздушных объектов
RU2541504C1 (ru) Устройство селекции движущихся целей для режима перестройки частоты от импульса к импульсу
RU2419107C1 (ru) Способ селекции движущихся целей в режиме поимпульсной перестройки несущей частоты
Matuszewski The specific radar signature in electronic recognition system
Xu et al. Chaos through-wall imaging radar
RU2444756C1 (ru) Способ обнаружения и локализации воздушных объектов
RU2444753C1 (ru) Способ радиоконтроля воздушных объектов
RU2603694C1 (ru) Способ формирования импульсной характеристики воздушного объекта с повышенной информативностью на участках его пространственно-углового замирания
Lu et al. Robust direction of arrival estimation approach for unmanned aerial vehicles at low signal‐to‐noise ratios
RU2556708C1 (ru) Посадочный радиолокатор

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191126