СПОСОБ РАСПОЗНАВАНИЯ ОТРАЖЕННЫХ ОТ ЦЕЛИ СИГНАЛОВ И СИГНАЛОВ СИНХРОННОЙ ОТВЕТНОЙ ПОМЕХИ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF RECOGNISING SIGNALS REFLECTED FROM TARGET AND SYNCHRONOUS REPEATER JAMMING SIGNALS (VERSIONS)

Заявляемые технические решения относятся к области радиолокации и могут быть использованы в радиолокационных станциях (РЛС) для защиты от синхронных ответных помех.
Большие проблемы работе РЛС создают ответные импульсные помехи и прежде всего синхронные ответные помехи (СОП). В результате их действия происходят ложные обнаружения целей, так как принятые сигналы синхронных ответных помех не отличаются от сигналов, отраженных от целей. Особенно эффективна помеха, когда постановщик синхронной ответной помехи многократно переизлучает усиленную копию зондирующего сигнала (уровень помехи не зависит от уровня зондирующего сигнала). При достаточно большой мощности сигналов синхронной ответной помехи она обнаруживается не только в главном луче, но и по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны (ДНА), в результате чего создается большое число ложных сигналов (отметок), неподвижных в простейшем случае, либо движущихся с установленной постановщиком помехи скоростью, в результате чего формируется ложная трасса, расположенная в радиальном направлении относительно РЛС. Поэтому такие помехи приводят к маскировке реальных целей [Защита от помех. Под ред. М.В. Максимова. - М.: Советское радио, 1976, стр.61].
Особенно сложной является задача выделения сигналов от целей, маскируемых ложными обнаруженными сигналами, при действии помехи в главном луче ДНА. Направление на постановщик синхронной ответной помехи может быть определено, если постановщик синхронной ответной помехи излучает повышенное количество сигналов помехи, превышающее реальное количество целей. Однако определить наличие постановщика помехи становится невозможным, если постановщик помехи реализует задачу маскирования реальных целей ложными при малом их числе. В том и другом случаях определить реальные цели среди ложных не представляется возможным (во втором случае, кроме того, исключается возможность обнаружить наличие постановщика ответной помехи). Все известные способы подавления помех в главном луче ДНА однопозиционной РЛС (АРУ, ограничение, компенсация [Защита от помех. Под ред. М.В. Максимова. - М.: Советское радио, 1976, стр.132-147]) в случае действия синхронной ответной помехи с высоким уровнем мощности не применимы, поскольку помеха по своей структуре не отличается от сигналов целей. В этом случае важной задачей является исключение маскирующего действия сигналов синхронной ответной помехи.
Эта задача может быть решена путем распознавания синхронной ответной помехи и отраженного сигнала от цели.
Известен способ определения (распознавания) истинных и фиктивных (ложных) целей с помощью двух или более разнесенных РЛС [Радиотехнические системы. Под ред. Ю.М. Казаринова. - М.: Советское радио, 1968, стр.390-391, рис.10.5], принятый за прототип. Суть способа состоит в том, что две или более РЛС [Вопросы перспективной радиолокации. Под ред. А.В. Соколова. - М.: Радиотехника, 2013, стр.226-227, рис.1] осуществляют зондирование пространства путем перемещения лучей ДНА по угловым координатам и формируют пачки (пакеты) обнаруженных сигналов, используя которые определяют координаты отметок от цели. Координаты реальной цели на всех РЛС будут одинаковыми. Отметки же от синхронной ответной помехи будут для каждой РЛС отображать свою ложную цель, расположенную на линии, соединяющей РЛС и постановщик синхронной ответной помехи. В результате анализа полученных отметок от двух и более РЛС распознают соответственно истинную цель и ложную, создаваемую синхронной ответной помехой.
Недостатком этого способа является необходимость использования двух и более разнесенных РЛС, поэтому этот способ не может быть применен в однопозиционных РЛС.
Таким образом, техническим результатом (решаемой задачей) является распознавание сигналов синхронной ответной помехи и отраженных сигналов от цели в однопозиционных РЛС.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе распознавания отраженных от цели сигналов и сигналов синхронной ответной помехи, основанном на зондировании пространства путем перемещения луча диаграммы направленности антенны (ДНА) по угловым координатам, согласно изобретению измеряют отношение уровней обнаруженных сигналов в двух различных угловых направлениях луча ДНА, принимают решение об обнаружении сигналов, отраженных от цели, или сигналов синхронной ответной помехи, если величина этого отношения соответственно ближе к величине квадрата отношения значений функции ДНА или к величине отношения значений функции ДНА.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе распознавания отраженных от цели сигналов и сигналов синхронной ответной помехи (СОП), основанном на формировании пакета обнаруженных сигналов в результате зондирования при перемещении луча диаграммы направленности антенны (ДНА) по угловым координатам, согласно изобретению по уровню обнаруженного сигнала при известном значении уровня ДНА вычисляют два значения размера пакета: исходя из предположения, что обнаружены сигналы от цели, и из предположения, что обнаружены сигналы СОП, принимают решение об обнаружении сигналов, отраженных от цели, или сигналов СОП, в зависимости от того, к какому из вычисленных размеров ближе размер пакета обнаруженных сигналов.
1
2
Суть предлагаемых способов распознавания отраженных от цели сигналов и сигналов СОП заключается в следующем. Известно, что при обзоре пространства уровень принятого от цели отраженного сигнала определяется результирующей ДНА, которая равна произведению ДНА передающей антенны в момент зондирования и приемной - в момент прихода отраженного сигнала. Если на передачу и прием используется одна и та же антенна с неизменной ДНА, то результирующая ДНА для сигнала, отраженного от цели, будет практически равна квадрату ДНА на прием (передачу) [Теоретические основы радиолокации. Под ред. Я.Д. Ширмана. Советское радио, 1970, стр.274-275]. Такая ситуация возникает, когда принимается отраженный сигнал от цели. В случае действия СОП уровень принятого сигнала не зависит от ДНА на передачу, и результирующая ДНА РЛС будет совпадать с ДНА на прием. Это различие и используется для распознавания отраженных от цели сигналов и сигналов СОП по первому способу. Для этого измеряют амплитуду обнаруженных сигналов при различных значениях уровня ДНА A, A. При этом справедливы соотношения:
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>A</mi><mrow><mi>c</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>A</mi><mrow><mi>c</mi><mn>2</mn></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>G</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>G</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow>
- для сигналов, отраженных от цели;
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>A</mi><mrow><mi>n</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>A</mi><mrow><mi>n</mi><mn>2</mn></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>G</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>G</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
- для сигналов синхронной ответной помехи;
где
1
2
G, G - коэффициенты усиления антенны РЛС в направлении на источник излучения при 1-м и 2-м положениях луча ДНА соответственно;
c1
c2
A, A - амплитуды принятых сигналов от цели при 1-м и 2-м положениях луча ДНА соответственно;
n1
n2
A, A - амплитуды принятых сигналов синхронной помехи при 1-м и 2-м положениях луча ДНА соответственно;
1
2
Из приведенных соотношений следует, что если A, A - амплитуды принятых сигналов при 1-м и 2-м положениях луча ДНА соответственно, которые необходимо распознать, то при
<mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>A</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>A</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac><mo>−</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>G</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>G</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><mo>|</mo></mrow><mo><</mo><mrow><mo>|</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>A</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>A</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>G</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>G</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>|</mo></mrow><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
принимается решение, что в данном угловом направлении обнаружен отраженный от цели сигнал, в противном случае принимается решение, что обнаружен сигнал синхронной ответной помехи.
Во втором способе используется пакет (пачка) импульсов, которая образуется при импульсном сканировании пространства [Теоретические основы радиолокации. Под ред. Я.Д. Ширмана. Советское радио, 1970, стр.275, третий абзац снизу, рис 5.44]. Огибающая пакета определяется результирующей ДНА, поэтому количество импульсов, превысивших порог обнаружения (величина пакета), в силу ранее изложенного, будет зависеть от того, это цель или синхронная ответная помеха (квадрат ДНА имеет меньшую ширину луча, чем ДНА). Сравнивая величину полученного пакета с расчетными пакетами, которые вычисляются по величине максимума огибающей полученного пакета для случаев отраженного от цели сигнала и сигнала СОП, можно распознать сигнал СОП и отраженный от цели сигнал следующим образом. Для того чтобы размер пакета не зависел от абсолютных значений мощности (или амплитуды) обнаруженных сигналов от цели или помехи, применяется нормировка функции ДНА к максимальному значения коэффициента усиления (нормированная ДНА), а также нормировка пакета обнаруженных сигналов к максимальному значению сигнала (импульса) в этом пакете.
m
ц
m
ц
max
0
n
0
0
<mrow><msub><mi>θ</mi><mrow><msub><mi>u</mi><mn>0</mn></msub></mrow></msub></mrow>
Пусть G(θ, θ) - функция ДНА (зависимость коэффициента усиления антенны от угловых координат направления сканирования и направления на источник излучения), где θ - угловое направление максимума ДНА (направление сканирования), θ - угловое положение объекта (цель или постановщик СОП). Если величина максимальной амплитуды принятых сигналов в пакете A, то при известной функции ДНА можно рассчитать для заданного уровня (в данном случае уровня порога обнаружения u) ширину луча результирующей ДНА по этому уровню. Очевидно, что количество обнаруженных импульсов (т.е. размер пакета K) будет зависеть от ширины луча ДНА по уровню u (далее ширина луча ДНА по уровню u обозначена
) и величины шага перемещения луча ДНА при сканировании Δθ, т.е.
<mrow><msub><mi>K</mi><mi>n</mi></msub><mo>=</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>θ</mi><mrow><msub><mi>u</mi><mn>0</mn></msub></mrow></msub></mrow><mrow><mi>Δ</mi><mi>θ</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
0
где квадратные скобки обозначают операцию взятия целой части числа. Для сигнала синхронной ответной помехи расчетная величина ширины луча ДНА по уровню u определяется с использованием уравнения
<mrow><mi>G</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>θ</mi><mi>m</mi></msub><mo>,</mo><msub><mi>θ</mi><mrow><mi>k</mi><mi>С</mi><mi>О</mi><mi>П</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>u</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>A</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
а для сигнала от цели - с использованием уравнения
<mrow><msup><mi>G</mi><mn>2</mn></msup><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>θ</mi><mi>m</mi></msub><mo>,</mo><msub><mi>θ</mi><mrow><mi>k</mi><mi>ц</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>u</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>A</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>.</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
кСОП
0
кц
0
СОП
кСОП
ц
кц
СОП
ц
Из уравнения (3) определяется величина θ, равная половине ширины луча результирующей ДНА для сигнала СОП на уровне u, а из уравнения (4) определяется величина θ, равная половине ширины луча ДНА для отраженного сигнала от цели на том же уровне u. Таким образом, ширина луча ДНА для сигнала СОП будет равна Δθ=2θ, а ширина луча ДНА для отраженного от цели сигнала - Δθ=2θ. Далее по формуле (2) с подстановкой соответствующих значений Δθ и Δθ определяются расчетные величины пакетов для сигналов СОП и сигналов, отраженных от цели. Если величина пакета, сформированного при приеме сигналов, ближе к величине вычисленного пакета для сигналов СОП, принимается решение, что обнаружен сигнал СОП, в противном случае принимается решение, что обнаружен сигнал, отраженный от цели.
Предлагаемые технические решения иллюстрируются следующими чертежами.
1
2
ц
СОП
1
2
<mrow><msubsup><mi>G</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>θ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msubsup><mi>G</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>θ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msubsup><mi>G</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>G</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow>
На фиг.1 показаны результирующие ДНА для двух положений луча 1 и 2, причем G(θ), G(θ) отображают результирующую ДНА при действии сигнала СОП, a
,
отображают результирующую ДНА при действии отраженного сигнала от цели, θ - угловая координата, по которой перемещается луч ДНА. Соответствующие уровни результирующей ДНА в направлении цели θ равны
,
. Если же в этом направлении действует сигнал СОП (обозначено θ), то соответствующие уровни результирующей ДНА равны G, G. Из этого следуют соотношения (1).
0
ц
С0П
ц
На фиг.2 показаны огибающие пакета принятых импульсов (сами импульсы не показаны), по форме повторяющие результирующую ДНА при действии отраженных сигналов от цели и сигналов СОП в зависимости от угловой координаты θ; показан порог обнаружения u, при превышении которого и формируется пакет обнаруженных импульсов. Из рисунка видно, что ширина луча результирующей ДНА при действии отраженных от цели сигналов равна Δθ, а при действии сигналов СОП равна Δθ>Δθ, что означает, что величина пакета для отраженного сигнала от цели будет равна
<mrow><msub><mi>K</mi><mrow><mi>n</mi><mi>ц</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>θ</mi><mi>ц</mi></msub></mrow><mrow><mi>Δ</mi><mi>θ</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
а величина пакета для сигнала СОП -
<mrow><msub><mi>K</mi><mrow><mi>n</mi><mi>С</mi><mi>О</mi><mi>П</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>θ</mi><mrow><mi>С</mi><mi>О</mi><mi>П</mi></mrow></msub></mrow><mrow><mi>Δ</mi><mi>θ</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>></mo><msub><mi>K</mi><mrow><mi>n</mi><mi>ц</mi></mrow></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>6</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где Δθ - шаг перемещения луча ДНА по угловой координате в при сканировании пространства;
квадратные скобки в (5) и (6) обозначают операцию взятия целой части числа.
Таким образом, реализация заявляемых способов позволяет распознать отраженные сигналы от цели и сигналы синхронных ответных помех в однопозиционных РЛС, чем и достигается заявленный технический результат.