СУБПОЛОСНЫЙ СПОСОБ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ОБНАРУЖЕНИЯ МАЛОРАЗМЕРНЫХ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
SUBBAND METHOD FOR RADAR DETECTION OF MINIATURE UNMANNED AERIAL VEHICLES

Изобретение относится к области радиолокации для обнаружения малоразмерных беспилотных летательных аппаратов (МБПЛА), основанной на реагировании некоторых частей конструкции МБПЛА на кратковременные электромагнитные воздействия в виде откликов, представляющих собой соответствующие колебательные импульсные характеристики. Анализ откликов позволяет выявить наличие МБПЛА в воздушном пространстве.
Из предшествующего уровня техники известен способ радиолокационного обнаружения воздушных объектов, обладающих способностью отражать воздействующее на них электромагнитное излучение. Способ заключается в формировании зондирующего радиосигнала, его направленном излучении с помощью антенных систем в окружающее воздушное пространство, прием падающих на антенную систему входных сигналов и их обработка с целью обнаружения на данном направлении и определенном расстоянии отразившего излученный радиосигнал объекта. Недостатком указанного способа радиолокационного обнаружения МБПЛА является недостаточно эффективное использование энергии генерируемых откликов от отдельных элементов конструкции МБПЛА, способных к реакции на электромагнитные воздействия. Заранее неизвестно какие именно элементы будут реагировать и в каком диапазоне частот. Возбуждающий фрагмент сигнала, который содержит частоты из диапазона реагирования, будет иметь малую длительность, так что реакцию элемента можно считать колебательной импульсной характеристикой. Энергия ее огибающей в основном будет сосредоточена в соответствующей элементу неизвестной заранее субполосе. Однако, в силу равенства Парсеваля скалярное произведение принимаемого отклика и зондирующего сигнала будет зависеть от энергии широкополосных шумов.
Наиболее близким к предложенному изобретению является способ резонансной радиолокации, защищенный патентом РФ №2610832, в котором применяется субполосный анализ принимаемых сигналов на основе их полосовой фильтрации. Как и в предлагаемом изобретении субполосный анализ способствует реализации основного принципа максимального использования энергии откликов на фоне шумов при обнаружении воздушных объектов. Однако, одним из основных этапов этого способа является определение сетки частотных интервалов (субполос), которые доступны для зондирования. В случае обнаружения МБПЛА с неизвестной заранее субполосой, где возникает реакция элементов конструкции, этот этап использовать невозможно. В данном способе также предполагается обнаруживать отклики от элементов конструкций летательных аппаратов достаточно больших размеров, что не соответствует конструкциям МБПЛА. Также отсутствует описание применяемого цифрового фильтра, что может означать использование известных методов цифровой фильтрации -фильтров с конечной (КИХ) или бесконечной (БИХ) импульсной характеристикой. Но это не гарантирует зависимости выходных сигналов таких фильтров только от части энергии входного в рассматриваемой субполосе. В данном случае выходные сигналы подвержены влиянию частей энергий из смежных субполос, что может привести к неверной интерпретации принимаемого решения. Очевидно, что это также приводит к уменьшению отношения сигнал/шум. В настоящее время неизвестен способ точного вычисления субполосных корреляций, так как невозможно вычислить спектры во всех точках субполос.
Задача изобретения - создание достоверного способа радиолокационного обнаружения реакций на электромагнитные воздействия отдельных элементов конструкций МБПЛА, представляющих собой колебательные импульсные характеристики, интенсивность и частота заполнения которых определяется физическими и геометрическими свойствами реагирующих элементов, а также увеличение дальности и вероятности обнаружения данных реакций.
Задача решается тем, что в предложенном способе задействованы субполосные матричные фильтры, выходные сигналы которых определяются только частями энергий входных сигналов в заданной субполосе, и вычислениями на этой основе субполосных корреляций зондирующего сигнала и откликов, соответствующих стробам дальностей, которые искажаются только частями энергий шумов, сосредоточенными в соответствующей субполосе. Так как заранее неизвестны частотные и энергетические свойства откликов, необходимо проводить зондирование широкополосными сигналами и применять субполосную обработку, позволяющую эффективно использовать энергию откликов на фоне шумов, энергия которых распределена в широком диапазоне частот. Импульсными характеристиками определяется диапазон частот, вызывающих реакцию воздействий. Для обеспечения высокой разрешающей способности по дальности необходимо использовать широкополосные зондирующие линейно-частотно модулированные (ЛЧМ) сигналы. Для повышения вероятности достоверного обнаружения откликов и отношения сигнал/шум целесообразно вычислять фрагменты корреляций в виде скалярных произведений отрезков трансформант Фурье (спектров) откликов, а также зондирующих сигналов только в достаточно узких субполосах (субполосных корреляциях). Так как МБПЛА являются малоподвижными устройствами, субполосные корреляции отрезков непрерывных спектров Фурье, откликов от них и отрезков непрерывных спектров зондирующего сигнала в одной и той же субполосе практически не будут изменяться в течении посылок некоторой пачки импульсов. Следовательно, для повышения точности оценивания субполосных корреляций спектров Фурье зондирующих и принимаемых сигналов необходимо использовать режим накопления. Решение о наличии на данном стробе дальности МБПЛА принимается в том случае, когда хотя бы в одной из субполос результат накопления субполосных корреляций превышает определенный на этапе обучения для данных стробов дальности и субполосы соответствующий порог. Обучение должно осуществляться при заведомом отсутствии откликов от МБПЛА с использованием К пачек импульсов, где К - целая часть числа 1/α, α - вероятность ложной тревоги.
Предлагаемый субполосный способ радиолокационного обнаружения МБПЛА реализуется на основе применения субполосных матричных фильтров, когда компоненты выходных векторов фильтров  вычисляются в виде параллельного вычисления N скалярных произведений:
где  - входной вектор дискретных отсчетов сигнала;
- элементы соответствующей субполосной матрицы  которая преобразуется в следующий вид:
Полоса нормированных круговых частот обрабатываемых отрезков (векторов) дискретных отсчетов сигналов  разбивается на субполосы следующего вида:
где r=0, …, R - одна из субполос;
Количество отсчетов обрабатываемых векторов согласовано с количеством субполос N=2(2R+1).
Предлагаемая субполосная фильтрация обладает следующими свойствами:
то есть компоненты выходных векторов субполосных фильтров полностью определяются отрезками трансформанты Фурье (спектрами) (6) вектора отсчетов поступающего на вход сигнала в соответствующей субполосе, а их сумма в точности равна этому сигналу:
Субполосными корреляциями называются скалярные произведения отрезков трансформант Фурье вектора отсчетов зондирующего сигнала X(v) и соответствующего некоторому стробу дальности вектора отсчетов  принимаемого сигнала (8) в виде интегралов (9):
Данные интегралы численно равны скалярным произведениям:
которые вычисляются непосредственно во временной области (без вычисления трансформант Фурье), с результатами субполосной фильтрации зондирующего сигнала.
Таким образом, предлагаемый субполосный способ радиолокационного обнаружения малоразмерных беспилотных летательных аппаратов заключается в М - кратном повторении следующих этапов:
1. Формируется ЛЧМ сигнал, частотная полоса которого содержит определенные заранее в соответствии с выражениями (3) и (4) субполосы, с заранее ожидаемыми в них откликами элементов конструкции МБПЛА;
2. На основе дискретизации определяется вектор отсчетов зондирующего сигнала и параллельно вычисляются его субполосные компоненты вида (1), которые фиксируются в запоминающем устройстве;
3. Сигнал излучается с помощью антенной системы в некотором направлении воздушного пространства и после некоторой задержки во времени, и в течении интервала времени, определяемого максимальным расстоянием обнаружения МБПЛА на выходе приемника, а с помощью аналого-цифрового преобразователя регистрируются отсчеты принимаемых сигналов, которые также сохраняются в запоминающем устройстве;
4. Для каждого строба дальности и всех субполос с использованием окна длительностью N, векторов отсчетов входного сигнала  и на основе выражения (10) параллельно вычисляются субполосные корреляции вида (9), которые суммируются с соответствующими предыдущими субполосными корреляциями.
Затем накопленные суммы субполосных корреляций сравниваются с определенными заранее порогами, превышение которых принимается за факт наличия на соответствующем стробе дальности МБПЛА.