Возможности распознавания ситуации в зоне действия РЛС наблюдения космических объектов при использовании когерентных сигналов большой длительности

8. Mog T., Fomenko E. Transient Responses for Three Dimensional Structures of Grounded Source Airborne EM (GRATEM) // AEM 2008, 5th International Conference on Airborne Electromagnetics. - Haikko Manor,Finland, 2008. - P. 06-04.

9. Волковицкий АЖ., Каршаков ЕВ., Мотайнен ЕВ. Низкочастотная индуктивная аэроэлек-троразведочная система ЕМ-4Н // Записки Горного института. - 2009. - Т. 183. - С. 224-227.

10. Волковицкий АЖ., Каршаков ЕЯ., Мойланен ЕВ. Новая вертолетная электроразведочная система «Экватор» для метода АМПП // Приборы и системы разведочной геофизики. - 2010. - № 02 (32). - С. 27-29.

11. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. - М.: Наука,1978. - 831 с.

12. Killeen P.O. Exploration Trends and Developments in 2009. / ed.: Werniuk G. - In co-op. with The Northern Miner, Toronto,Ontario, 2010. -26 p.

13. Волковицкий АЖ., Каршаков ЕВ., Вовенко ТА. Возможности вертолетной системы “Экватор”, реализующей метод переходных процессов // Материалы 5-й Всероссийской школы-семинара им. М.Н. Бердичевского и J1.J1. Ваньяна по электромагнитным зондированиям Земли (ЭМЗ-11). Книга 2. - СПб., 2011. - С. 437-440.

14. . ., . ., . . -

темы «Экватор» в горных условиях Восточного Саяна // Материалы 5-й Всероссийской школы-семинара им. М.Н. Бердичевского и J1.J1. Ваньяна по электромагнитным зондированиям Земли (ЭМЗ-11). Книга 2. - СПб., 2011. - С. 282-285.

15. . . // .

-2011. - № 7. - С. 31-36.

Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н. М.Ю. Медведев.

Волковицкий Андрей Кириллович - Учреждение Российской Академии наук Институт проблем управления им. В А. Трапезникова РАН; e-mail: avolkovitsky@yandex.ru; 117997, г. Москва, ул. Профсоюзная, 65; тел.: 84953349080; лаборатория динамических информаци-онно-управляющих систем; ведущий инженер.

Volkovitsky Andrey Kirillovich - V.A. Trapeznikov Institute of Control Sciences RAS; e-mail: avolkovitsky@yandex.ru; Russia, 65, Profsoyuznaya street, Moscow, 117997, Russia; phone: +74953349080; the dynamic information-control systems laboratory; leading engineer.

- e-mail: karshak@mail.ru; .: 84953349080; -

тория динамических информационно-управляющих систем; с.н.с.; к.ф.-м.н.

Karshakov Evgeny Vladimirovich - e-mail: karshak@mail.ru; phone: +74953349080; the dynamic information-control systems laboratory; senior researcher; can. of phis.-math. sc.

Павлов Борис Викторович - e-mail: pavlov@ipu.ru; тел.: 84953349351; лаборатория динамических информационно-управляющих систем; гл.н.с.; д.т.н.

Pavlov Boris Viktorovich - e-mail: pavlov@ipu.ru; phone: +74953349351 the dynamic infor-mation-control systems laboratory; chief researcher; dr. of eng. sc.

УДК 004.94, 519.8, 537.86

Д.Д. Ступин

ВОЗМОЖНОСТИ РАСПОЗНАВАНИЯ СИТУАЦИИ В ЗОНЕ ДЕЙСТВИЯ РЛС НАБЛЮДЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КОГЕРЕНТНЫХ СИГНАЛОВ БОЛЬШОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ

Рассмотрены возможные направления повышения информационно-энергетических параметров РЛС наблюдения баллистических и космических объектов (КО). Сформулированы задачи для РЛС этого класса с точки зрения распознавания нештатных ситуаций в .

РЛС и возможные количественные оценки их достоверности, необходимые для надежного

решения задачи распознавания ситуаций. Оцениваются возможности когерентных сигналов большой длительности (амплитудные или амплитудно-фазовые измерения) при решении задач оценки ситуации. Приведены результаты моделирования и натурных экспериментов, подтверждающие высокие информационные возможности когерентных сигналов.

; .

D.D. Stupin

RECOGNITION'S POSSIBILITIES OF SPACE OBJECTES OBSERVATION RADAR WITH THE AID OF LONG-TIME COHERENT SIGNALS

Directions of increase of information-energy parameters for observations of ballistic and space objects Radar are considered. Problems for Radar of this class from the point of view of recognition of extraordinary situations are formulated. Qualitative factors of extraordinary situations in Radar's zone and possible numerical estimations of their reliability for dependability of recognition problem are considered. Possibilities of the long-time coherent signals for the decision of the situation recognition problems (amplitude or amplitude-phase measurements) are estimated. The results of modeling and real experiments which confirms the high information possibilities of coherent signals are presented.

Coherent signals; space objects observation.

Возрастающая роль ближнего Космоса как арены потенциальных будущих конфликтов между ведущими державами ставит перед перспективными РЛС наблюдения баллистических и космических объектов целый ряд новых задач. Одной из важнейших является задача получения адекватной информации о целевой ситуации в ближнем Космосе. Эта задача складывается из следующих «подзадач»:

1. , параметров движения, включая выявление участков маневра на траектории.

2. : , -ентация, размер, форма, параметры собственного вращения.

3. ,

и/или некоординатных параметров объектов: маневр, изменение ориентации, из, .

4. ,

, .

Первая задача в современных и разрабатываемых РЛС в целом решается (открытым остается вопрос об обнаружении маневра объекта, но здесь можно гово-

). -венном уровне в ряде действующих РЛС. Третья и четвертая задачи не решаются даже на уровне постановки.

Космические объекты отличаются габаритами, формами и особенностями ,

степени «нештатное™» ситуации. Для решения задачи «вскрытия» ситуации в ближнем Космосе необходим анализ информационных признаков объектов, к важнейшим из которых можно отнести [1]:

♦ качественный состав объекта (одиночный - многоэлементный);

♦ количественный состав объекта (число многоэлементных объектов, коли-

);

♦ вращение одиночных объектов (медаенное, быстрое, стабилизация вращением и т.д.);

♦ изменение ориентации объ екта по отношению к Земле;

♦ изменен ие состава, размеров, формы;

♦ наличие небаллистичес кого участка траектории.

Возможные признаки нештатных ситуаций и критерии качества оценки этих признаков сведены в табл. 1.

1

Критерии качества оценки признаков нештатных ситуаций

Информационный признак Оцениваемые параметры Показатель качества оценки Возможный вывод по оценке ситуации

Качественный состав объекта «Одиночный -мног о элементный» Достоверность > 0.9 Потенциально опасный объект

К оличеств енный состав объекта Число элементов Достоверность> 0.7 Потенциально опасный объект нештатная ситуация

Вращение объекта Факт вращения Достоверность> 0.9 Потенциально опасный объект

Изменение ориентации Факт изменения Достоверность> 0.9 Нештатная ситуация потенциально опасный объект

Изменение состава, размеров, формы Факт изменения Достоверность> 0.9 Нештатная ситуация

Маневр на траектории Факт маневра Достоверность> 0.9 Нештатная ситуация потенциально опасный объект

Очевидно, что представленные в табл. 1 данные носят преимущественно качественный характер, поэтому по мере развития технологий получения этих данных с помощью РЛС эти показатели будут модифицироваться и по своему составу, и по значениям. Принципиальным является тот факт, что сегодня эти признаки не формируются в действующих РЛС наблюдения космических объектов. Поэтому информационные возможности РЛС сегодня не позволяют получить некоординатные характеристики наблюдаемых объектов и сравнить их с «этадонными» пара,

« » . , -

« »,

для сегодняшней ситуации в ближнем Космосе.

Рассматривая вопрос об информационных возможностях РЛС, необходимо начать с проблемы их предельных возможностей, или «информационного потенциала». Этот потенциал, как следует, например, из [2, 3], определяется тремя параметрами РЛС:

1. Частотная «полоса» сигналов Б - определяет точность и разрешающую способность единичных измерений дальности.

2. Эквивалентная длительность сигналов Т - определяет точности и разрешающие способности по производным дальности (радиальная скорость, радиальное ускорение и т.д.).

3. Пространственная «база» (эффективный размер апертуры приемной антенны) В - определяет точности и разрешающие способности по угловым

.

Совокупность этих параметров определяет некий «Паршлелепипед инфор-

», . 1.

Рис. 1. «Партлелепипед информационных возможностей» РЛС

Высокие разрешающие способности и точности по производным дальности обеспечивают выделение целей на фоне различных мешающих отражений (в том числе отражения от других целей или пассивных помех) и разрешение элементов одиночных целей при наличии их относительного движения. Кроме того, увеличение длительности сигналов обеспечивает повышение энергетических возможно. -ности наиболее перспективными параметрами для решения задач селекции целей и оценки ситуации. Таким образом, когерентные сигналы большой длительности являются значимым инструментом для решения этих задач.

Главным носителем информации о наблюдаемых объектах является, очевидно, отраженный сигнал, точнее, его трансформация по сравнению с зондирующим .

Зондирующий сигнал РЛС, как известно, имеет вид

Б3

где и3(0 - амплитуда зондирующего сигнала, (р0 - начальная фаза, со - несущая частота, I - текущее время.

Отраженный сигнал от объекта, составленного из М независимых отражате-( ),

Яотр^) = «(0^ -т(1)) =

1М «.

= I

мО) (г) • иЗІ (і-т) • е‘

где I = 1, М ; «(О - амплитудный множитель; т(1)- задержка по времени.

Каждая из составляющих отраженного сигнала зависит от фазового множи-]Ю

теля Шф = в-1 0У, значение которого определяется временным сдвигом

(11 -Т0) :

«) = «-и3«, -То)• е‘-’М!' =

= «, иМ,-т.)• е''•>'ш,„.

’3(11 "о)'в ШЧА.

Представим отраженный сигнал в виде произведений зондирующего сигнала, амплитудного « и фазового в°(-Т()) множителей

где a-i = a- e

Somp(t) = aS3(t -r(t)) = a -U 3(t -r(t))- e](№+—t-T(t ))+^ =

= a- eK%+Vl) - U3

Задержка по времени т(г) зависит от дальности Я(г0), скорости ^о), ускорения ^о) объекта, а также от производных дальности более высоких порядков и в соответствии с рядом Тейлора может быть представлена в виде

2

r(t) = Ш1 = R(to) + R(to)-(t - to) + R(to) -(t ,o) -...].

с c 2

С учетом задержки по времени преобразуем отраженный сигнал

somp(t) = а -и

I 2

x exp ]— t —

2

t —

с

R

2

R

(t - to) 2

или

So„P (t) = «1 -U3 (t -7(t)) -e

—(t-z(t)) _

„ , 2R

= a -UA t-------------|-exp<{ — t

^ V r}\. _

Поскольку объект считаем совокупностью отдельных отражателей (i = 1, M), отраженный сигнал является суперпозицией сигналов от парциальных отражателей:

Sompi =ai -U3(t -Ti (t)) - eXP ] { — t -Ti (t) )} =

= a1 - U3(t - ri (t)) - exp(]—t) - exp t -]— (t)),

2Ri(t) где zi (t) = —i— .

c

Результирующий отраженный сигнал можно представить в виде суммы парциальных импульсов, отраженных от различных «блестящих» элементов объекта

наблюдения, с учетом индивидуальных значений дальностей до них Ri (t) :

Sompi ai 'U3' t

2R

(t) = a-Z У ^ t -

= a -exp( — )Z M=1U J t -

с у 2 R

•exp(]—-exp -]—

2Ri

с

2 R

, • s I • 2Ri (t) exp(]mt)-exp -——i—

. 2 R. (t) exp - — i

с ) V с

Сделаем следующие допущения, упрощающие понимание сути процесса.

Пусть

R (t) = Ro(t) + r (t), Uз (t) = const, ДЛЯ V i.

_ — 2я

С учетом того, что — = — , получим: с Л

x

с

М -]~л

о Л

где X - длина волны отраженного сигнала, с- скорость света.

Модуль отраженного сигнала определяет амплитудную диаграмму рассеяния ( ) :

(12) , цели имеет лепестковую структуру и флуктуирует во времени.

Изменения амплитудных измерений во времени - традиционный и потенциально весьма ёмкий источник информации. В частности, на основе анализа измерений амплитуды может быть получена следующая информация:

♦ оценка временной задержки и получ ение измерений дальности до объекта;

♦ наличие движения объекта относительно центра масс, параметры ориентации объекта в пространстве;

♦ наличие и параметры собственного вращения объекта (период вращения);

♦ оценка ЭПР и габаритных размеров объекта;

♦ нал ичие/отсутствие поляризационных эффектов (вращение плоскости поляризации, другие виды поляризационных замираний);

♦ качественная оценка состава объекта («один - не один»).

Опыт практической работы РЛС по наблюдению космических объектов показывает, что амплитудные измерения позволяют (по крайней мере, на качественном ) .

Аргумент в выражении (11) представляет собой фазу отраженного сигнала, которая для случая наблюдения одиночного объекта однозначно связана с дальностью до этого объекта:

где п - порядок производной

Информация, получаемая на основе анализа фазы эхо-сигнала (оценки фазы сигнала и ее производных по времени с точностью до единиц градусов), позволяет оценить дальность и ее производные с точностью до долей длины волны. Чувствительность фазовой информации к изменениям положения отдельных отражательных элементов наблюдаемого объекта обеспечивает возможность «вскрытия» состава объекта, т.е. радиолокационного разрешения отдельных «отражателей» (элементы многоэлементной цели или элементы конструкции крупноразмерного объ-), . - ,

конфигурации и состава объекта, является более информативным параметром по сравнению с амплитудой. Высокая информативность фазовой информации для решения задач селекции объектов и оценки ситуации подтверждается результата, . 1-3.

Ф( п\1) = ~ Я(п '(I),

Л

Рис. 2. Радиолокационные портреты

ЛЯ

УЯ

Рис. 3. РЛП одиночной вращающейся цели в координатах «радиальная скорость

»

экстраполяции атмосферы)

Рис. 4. Обнаружение маневра цели

Таким образом, уникальные информационные возможности когерентных сигналов большой длительности, которые подтверждены результатами экспериментальных исследований и натурных работ на реальных РЛС [1, 4, 5], подтверждают и возможность достижения требуемых значений показателей качества при решении задач селекции космических объектов и распознавания угрожающих ситуаций в зоне действия РЛС.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Боев С.Ф., Ступин Д.Д. Дальняя радиолокация: состояние, проблемы и перспективы // Труды 53-й научной конференции МФТИ «Проблемы фундаментальных и прикладных естественных и технических наук в современном информационном обществе». Радиотехника и кибернетика. Том 1. - М.: МФТИ 2010. - С. 4-9.

2. Ширман ЯД., Манжос В.К. Теория и техника обработки радиолокационной информации па фоне помех. - М.: Радио и связь, 1981. - 416 с.

3. : . / . . ,

КБ. Власов и др.: Под ред. КБ. Федорова. - М.: Изд-во МГТУ им Баумана, 2003. - 671 с.

4. Ступим ДД. Дальняя раднолокация: состояние, проблемы и перспективы. Приоритет -сотрудничеству с МФТИ // Антенны. - 2011. - № 10. - С. 19-21.

5. Заре цкий В.И., Ступин ДД. Вопросы синтеза алгоритме в обнаружения маневра и оценивания параметров движения маневрирующих объектов/ / Сб. трудов 7-й Всероссийской молодежной научной школы «Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение». - Саранск: Изд-во Мордовского государственного университета, 2008. - С. 190-191.

Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н., профессор А.А. Васильев.

Ступин Дмитрий Дмитриевич - Концерн «РТИ Системы», e-mail: stupin@rtisystems.ru;

127083, Москва, ул. 8 Марта, д. 10, стр. 1; тел.: 84956238348; заместитель генерального ди-; . . .; .

Stupin Dmitry Dmitrievich - Concern “RTT Systems”; e-mail: stupin@rtisystems.ru; 10, bild 1,

8 Marta street, Moscow, 127083, Russia; phone: +74956238348; the deputy CEO for R&D; cand.

of eng. sc.; professor.

УДК 004.932.4

C.A. Бачило, Д.Ю. Дзягун, И.И. Итенберг, В.Д. Макогон,

. . , . .

ИНТЕГРИРОВАННАЯ АВИАЦИОННАЯ СИСТЕМА СИНТЕЗИРОВАННОГО И УЛУЧШЕННОГО ВИДЕНИЯ

Описывается технический облик ИАССУВ, реализуемой на основе быстродействующей платформы интегрированной модульной авионики. Проведен анализ характеристик изображений наземной обстановки, формируемых каналами технического зрения в условиях пониженной видимости в различных спектральных диапазонах, представлены алгоритмы улучшения характеристик и комтексирования изображений наземной обстановки, формируемых каналами технического зрения различных спектральных диапазонов. Проведен анализ особенностей формирования изображений наземной обстановки и рассмотрены базовые функции обработки изображений с целью улучшения видения.

Улучшение видения; комтексирование; ИМА; авиационные системы.

S.A. Bachilo, D.Yu. Dzyagun, I.I. Itenberg, V.D. Makogon,

A.L. Markov, A.V. Rybin

INTEGRATED AIRCRAFT SYNTHETIC AND ENHANCED VISION SYSTEM

The report describes the technical concept of Integrated Aircraft Synthetic and Enhanced Vision System implemented on the basis of high-performance Integrated Modular Avionics Platform. The analysis of characteristics of images of the ground conditions formed by channels of technical sight in conditions of lowered visibility in various spectral ranges is lead, algorithms of improvement of characteristics and the images of ground conditions formed by

channels of technical sight of various spectral ranges are presented. The analysis of features of formation of images of ground conditions is lead and base functions of processing of images with the purpose of improvement of vision are considered.

Vision enhancement; complexing; IMA; aircraft systems.

.

систем определяются возможностью выполнения безопасных полетов днем и но, ,

.

Традиционный подход к расширению условий выполнения безопасных полетов за счет совершенствования радиотехнических систем навигации и посадки как