УСТРОЙСТВО СОПРОВОЖДЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ ЦЕЛИ ИЗ КЛАССА "САМОЛЁТ С ТУРБОРЕАКТИВНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ"

Предлагаемая полезная модель относится к области вторичной цифровой обработки радиолокационных сигналов в импульсно-доплеровской радиолокационной станции (РЛС) для достоверной выдачи информации о дальности, скорости и типе сопровождаемой воздушной цели при возможном воздействии уводящих по дальности и скорости активных радиопомех.
Известно устройство сопровождения воздушной цели из класса «самолет с турбореактивным двигателем», реализующее соответствующий способ и содержащее блок быстрого преобразования Фурье (БПФ), формирователь доплеровских отсчетов, первый и второй калмановские фильтры, блок вычитания, формирователь поддиапазонов разностей доплеровских частот, первый и второй вычислители и решающий блок, причем вход блока БПФ соединен с выходом приемника РЛС, а его выход - со входом формирователя доплеровских отсчетов, первый и второй выходы которого соединены соответственно со входом первого и второго калмановских фильтров, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока вычитания, выход которого соединен с первым входом первого вычислителя, вторая группа входов которого соединена с группой выходов формирователя поддиапазонов разностей доплеровских частот, группа выходов первого вычислителя соединена с группой входов второго вычислителя, выход которого соединен с первым входом решающего блока, на второй вход которого поступает значение пороговой вероятности распознавания типа цели, выходы первого калмановского фильтра и решающего блока являются выходами устройства сопровождения воздушной цели из класса «самолет с турбореактивным двигателем» [1].
В результате работы данного устройства на его выходах формируется оценка доплеровской частоты, обусловленной скоростью сближения РЛС с воздушной целью, а также информация о типе сопровождаемой воздушной цели из класса «самолет с турбореактивным двигателем», получаемая на основе анализа взаимного частотного расположения доплеровских частот, обусловленных отражениями радиолокационного сигнала от планера цели из класса «самолет с турбореактивным двигателем» и первой ступени компрессора низкого давления (КНД) ее силовой установки.
Недостатком данного устройства сопровождения воздушной цели из класса «самолет с турбореактивным двигателем» является низкая достоверность выходной информации о доплеровской частоте, обусловленной скоростью сближения РЛС с воздушной целью, и типе сопровождаемой цели при возможном воздействии уводящих по дальности и скорости активных радиопомех. При этом, возможны следующие ситуации:
отсутствие уводящих активных радиопомех, как по дальности, так и по скорости;
воздействие только уводящей по дальности активной радиопомехи;
воздействие только уводящей по скорости активной радиопомехи;
одновременное воздействие уводящих по дальности и скорости активных радиопомех.
Поэтому, для повышения достоверности выходной информации о цели на этапе ее сопровождения возникает необходимость в идентификации уводящих помех и, в случае их воздействия, исключать формирование на выходе устройства ту или иную информацию о сопровождаемой воздушной цели. В известном устройстве такая идентификация помеховой обстановки при сопровождении воздушной цели из класса «самолет с турбореактивным двигателем» в интересах повышения достоверности выходной информации о цели не осуществляется.
Заявляемая полезная модель направлена на достижение цели - повысить достоверность выходной информации о дальности, скорости и типе сопровождаемой цели из класса «самолет с турбореактивным двигателем» в случаях воздействия и невоздействия активных уводящих по дальности и скорости активных радиопомех.
С этой целью в устройство сопровождения воздушной цели из класса «самолет с турбореактивным двигателем», содержащее блок БПФ, формирователь доплеровских отсчетов, первый и второй калмановские фильтры, первый блок вычитания, формирователь поддиапазонов разностей доплеровских частот, первый и второй вычислители и решающий блок, причем вход блока БПФ соединен с выходом приемника импульсно-доплеровской радиолокационной станции, а его выход - со входом формирователя доплеровских отсчетов, первый и второй выходы которого соединены соответственно со входом первого и второго калмановских фильтров, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первого блока вычитания, выход которого соединен с первым входом первого вычислителя, вторая группа входов которого соединена с группой выходов формирователя поддиапазонов разностей доплеровских частот, группа выходов первого вычислителя соединена с группой входов второго вычислителя, выход которого соединен с первым входом решающего блока, на второй вход которого поступает значение пороговой вероятности распознавания типа цели, дополнительно в него введены третий калмановский фильтр, согласующее устройство, интегратор, блок дифференцирования, второй и третий блоки вычитания, первый, второй и третий пороговые устройства, блок логики и коммутатор, причем вход третьего калмановского фильтра соединен с выходом дальномера импульсно-доплеровской РЛС, а его выход - с первым входом второго блока вычитания и через блок дифференцирования - с первым входом третьего блока вычитания, вход согласующего устройства подключен к выходу первого калмановского фильтра, а его выход соединен со вторым входом третьего блока вычитания и через интегратор со вторым входом второго блока вычитания, выходы первого, второго и третьего блоков вычитания соединены соответственно с первыми входами третьего, первого и второго пороговых устройств, на вторые входы которых поступают пороговые значения ошибок, выходы первого, второго и третьего устройств сравнения соединены через блок логики соответственно с первым, вторым и третьим входами коммутатора, четвертый, пятый и шестой входы которого соединены соответственно с выходами согласующего устройства, решающего блока и третьего калмановского фильтра, первый, второй и третий выход коммутатора являются выходами устройства сопровождения воздушной цели из класса «самолет с турбореактивным двигателем», где формируется соответственно информация о скорости цели, ее типе и дальности.
На фигуре 1 представлена блок-схема устройства сопровождения воздушной цели из класса «самолет с турбореактивным двигателем».
Устройства сопровождения воздушной цели из класса «самолет с турбореактивным двигателем» содержит блок 1 БПФ, формирователь 2 доплеровских отсчетов, первый 3, второй 4 и третий 5 калмановские фильтры, первый 6, второй 7 и третий 8 блоки вычитания, формирователь 9 поддиапазонов разностей доплеровских частот, первый 10 и второй 11 вычислители, решающий блок 12, причем вход блока 1 БПФ соединен с выходом приемника импульсно-доплеровской РЛС, а его выход - со входом формирователя 2 доплеровских отсчетов, первый и второй выходы которого соединены соответственно со входом первого 3 и второго 4 калмановских фильтров, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первого 6 блока вычитания, выход которого соединен с первым входом первого вычислителя 10, вторая группа входов которого соединена с группой выходов формирователя 9 поддиапазонов разностей доплеровских частот, группа выходов первого вычислителя 10 соединена с группой входов второго вычислителя 11, выход которого соединен с первым входом решающего блока 12, на второй вход которого поступает значение пороговой вероятности распознавания типа цели, а также содержит согласующее устройство 13, интегратор 14, блок 15 дифференцирования, первый 16, второй 17 и третий 18 пороговые устройства, блок 19 логики и коммутатор 20, причем вход третьего калмановского фильтра 5 соединен с выходом дальномера импульсно-доплеровской РЛС, а его выход - с первым входом второго блока 7 вычитания и через блок 15 дифференцирования - с первым входом третьего блока 8 вычитания, вход согласующего устройства 13 подключен к выходу первого калмановского фильтра 3, а его выход соединен со вторым входом третьего блока 8 вычитания и через интегратор 14 - со вторым входом второго блока 7 вычитания, выходы первого 6, второго 7 и третьего 8 блоков вычитания соединены соответственно с первыми входами третьего 18, первого 16 и второго 17 пороговых устройств, на вторые входы которых поступают пороговые значения ошибок, выходы первого 16, второго 17 и третьего 18 устройств сравнения соединены через блок 19 логики соответственно с первым, вторым и третьим входами коммутатора 20, четвертый, пятый и шестой входы которого соединены соответственно с выходами согласующего устройства 13, решающего блока 12 и третьего калмановского фильтра 5, первый, второй и третий выход коммутатора 20 являются выходами устройства сопровождения воздушной цели из класса «самолет с турбореактивным двигателем», где формируется соответственно информация о скорости цели, ее типе и дальности.
Согласующее устройство 13 представляет собой масштабный усилитель с коэффициентом усиления λ/2, где λ - рабочая длина волны импульсно-доплеровской РЛС, для преобразования значения доплеровской частоты с выхода первого калмановского фильтра 3 в скорость.
Пороговые устройства 16, 17 и 18 работают таким образом, что на их выходах формируются логические «0» в случае непревышения модуля (определяется в соответствующем пороговом устройстве) значений соответствующих разностей оценок параметров, поступающих на их первые входы, значений допустимых ошибок, поступающих на их вторые входы, в противном случае формируются сигналы логических «1».
Блок логики 19 функционирует таким образом, что на его первом, втором и третьем выходах формируются следующие трехразрядные параллельные коды в случаях:
если на выходах первого 16, второго 17 и третьего 18 пороговых устройствах (на трехразрядном входе блока 19 логики) будет сформирован код «», то на выходе блока 19 сформируется код «»;
если на входе блока 19 логики будет присутствовать код «», то на выходе будет сформирован код «»;
если на входе блока 19 логики будет присутствовать код «», то на выходе будет сформирован код «»;
если на входе блока 19 логики будет присутствовать код «», то на выходе будет сформирован код «».
Коммутатор 20 функционирует таким образом, что в зависимости от вида параллельного трехразрядного кода, поступающего с выхода блока 19 логики на его первый, второй и третий входы, на выход устройства сопровождения будет коммутироваться соответствующая информация о цели. Так,
если на выходе блока 19 логики формируется код «», который поступает на вход коммутатора 20, то на его первом, втором и третьем выходах формируются соответственно оценки скорости, типе и дальности цели (отсутствие уводящих помех по дальности и скорости);
если на выходе блока 19 логики формируется код «», то на его первом, втором и третьем выходах не будут сформированы соответственно оценки скорости, типе и дальности цели (одновременное воздействие уводящих помех по дальности и скорости);
если на выходе блока 19 логики формируется код «», то только на его первом и втором выходах будут сформированы соответственно оценки скорости и типе цели (воздействие только уводящей по дальности помехи);
если на выходе блока 19 логики формируется код «», то только на его третьем выходе будет сформирована оценка дальности (воздействие только уводящей по скорости помехи).
Новыми признаками, обладающими существенными отличиями являются.
1. Введение в устройство сопровождения воздушной цели из класса «самолет с турбореактивным двигателем» третьего калмановского фильтра 5, второго 7 и третьего 8 блоков вычитания, согласующего устройства 13, интегратора 14, блока 15 дифференцирования, трех пороговых устройств 16, 17 и 18, блока 19 логики и коммутатора 20.
2. Новые связи между известными и новыми блоками.
Данные признаки являются новыми, поскольку в известных источниках не обнаружены. Применение новых признаков в совокупности с известными позволит идентифицировать уводящие по дальности и скорости активные радиопомехи или их отсутствие и, тем самым, повысить достоверность информации о дальности, скорости и типе воздушной цели, сопровождаемой в импульсно-доплеровской РЛС.
Устройство сопровождения воздушной цели из класса «самолет с турбореактивным двигателем» работает следующим образом (фигура 1).
п
На вход блока 1 БПФ на промежуточной частоте с выхода приемника импульсно-доплеровской РЛС поступает сигнал, отраженный от воздушной цели из класса «самолет с турбореактивным двигателем», который подвергается узкополосной доплеровской фильтрации на основе процедуры БПФ и преобразуется в амплитудно-частотный спектр, составляющие которого обусловлены отражениями сигнала от планера сопровождаемой воздушной цели и вращающихся частей КНД ее силовой установки. В формирователе 2 доплеровских частот, во-первых, определяется отсчет доплеровской частоты, соответствующий максимальной амплитуде спектральной составляющей спектра сигнала, который соответствует его отражениям от планера воздушной цели, и, во-вторых, определяется отсчет доплеровской частоты, соответствующий максимальной амплитуде спектральной составляющей спектра сигнала, находящейся справа по доплеровской частоте относительно спектральной составляющей сигнала, отраженного от планера воздушной цели. В результате на одном выходе формирователя 2 доплеровских отсчетов формируется вектор наблюдения Y(k) отсчетов доплеровской частоты, обусловленной отражениями сигнала от планера цели, который поступает на вход первого калмановского фильтра 3, работающего в соответствии с процедурой многомерной линейной дискретной калмановской фильтрации [1]
где
k=0, 1, … K, … - номер такта работы фильтра;
-
K - промежуточное количество тактов работы калмановского фильтра; P(k+1) и P(k+1) - ковариационные матрицы ошибок экстраполяции и
фильтрации соответственно;
Ф(k) - переходная матрица состояния;
Q(k+1) и K(k+1) - ковариационные матрицы шумов возбуждения и наблюдения соответственно;
S(k+1) - матрица весовых коэффициентов; I - единичная матрица;
и  - вектор текущих и экстраполированных оценок фазовых координат вектора состояния;
H(k) - матрица наблюдения;
Y(k) - вектор наблюдения;
Z(k+1) - матрица невязок измерения;
Ψ(k+1) - матрица априорных ошибок фильтрации;
”-1” - операция вычисления обратной матрицы;
”т” - операция транспортирования матрицы.
к
Hq
Bq
На другом выходе формирователя 2 доплеровских отсчетов формируется вектор наблюдения Y(k) отсчетов доплеровской частоты, обусловленной отражениями сигнала от первой ступени КНД, который поступает на вход второго калмановского фильтра 4, работающего аналогично, как и первый калмановский фильтр 3 (в соответствии с процедурой многомерной линейной дискретной калмановской фильтрации (1)-(6). На каждом k-ом такте работы первого 3 и второго 4 калмановских фильтров в первом блоке 5 вычитания определяется оценка разности  между оцененными значениями доплеровских частот, обусловленных отражениями от планера  и первой ступени  КНД силовой установки самолета с турбореактивным двигателем, которая соответствует только одному типу цели из класса «самолет с турбореактивным двигателем». В формирователе 9 поддиапазонов разностей  весь диапазон возможных значений оценок разностей  априорно разбивается на Q неперекрывающихся друг с другом поддиапазонов, при этом нижняя F и верхняя F границы каждого q-го поддиапазона (q=1, …, Q), соответствующего i-му типу цели (i=1, … I), определяются выражениями [1]
где
Pi
F - максимальная частота вращения ротора КНД силовой установки i-го типа воздушной цели;
1
2
n и n - соответственно минимальное и максимальное значение величины относительных оборотов вращения ротора силовой установки, одинаковые для всех типов воздушных целей;
лi
N - количество лопаток рабочего колеса первой ступени КНД у i-го типа цели.
q
q
qmax
пор
qmax
пор
qmax
За K промежуточных тактов работы первого 3 и второго 4 калмановских фильтров в первом вычислителе 10 определяется вероятность P попадания величины  в каждый из априорно сформированный q-й диапазон. Эти величины вероятностей поступают во второй вычислитель 11, где определяется номер i-го (i=1, …I) поддиапазона, для которого величина вероятности P максимальна. Это максимальное значение величины P в решающем блоке 12 сравнивается с заданным пороговым значением вероятности распознавания типа цели P. Если P≥P принимается решение о распознавании i-го типа сопровождаемой цели из класса «самолет с турбореактивным двигателем» с вероятностью P, не ниже заданной, в противном случае принимается решение о невозможности распознать тип сопровождаемой цели с заданной вероятностью. Информация о 1-ом типе цели поступает на пятый вход коммутатора 20, на четвертый вход которого через согласующее устройство 13 с выхода первого калмановского фильтра 3 поступает оцененное значение скорости  полета сопровождаемой воздушной цели.
1
1
Одновременно на вход третьего калмановского фильтра 5 (работающего аналогично, как и первый 3 и второй 4 калмановские фильтры в соответствии с процедурой многомерной линейной дискретной калмановской фильтрации (1)-(6), с выхода дальномера импульсно-доплеровской РЛС поступает измеренное значение дальности до цели. Оцененное значение дальности  с выхода пятого калмановского фильтра 5 поступает на первый вход второго блока 7 вычитания и шестой вход коммутатора 20, а также после дифференцирования в блоке 15 дифференцирования - на первый вход третьего блока 8 вычитания, на второй вход которого поступает оцененное значение скорости  с выхода согласующего устройства 13. Кроме того, это значение скорости  с выхода согласующего устройства 13 после интегрирования в интеграторе 14 поступает на второй вход второго блока 7 вычитания. В результате на его выходе формируется разность оценок дальностей , полученных непосредственно после сглаживания в третьем калмановском фильтре 5 измерений дальности Д(k+1) и интегрирования оценки скорости , полученной после сглаживания в первом калмановском фильтре 3 измеренной доплеровской частоты и ее преобразования в согласующем устройстве 13 в оценку скорости. Это значение разности  поступает на первый вход первого порогового устройства 16, на второй вход которого подается пороговое значение ошибки ε. Если модуль разности  не превышает значение ошибки ε то на выходе первого порогового устройства 16 формируется сигнал логического нуля, в противном случае формируется сигнал логической «1».
2
2
Одновременно на выходе третьего блока 8 вычитания формируется разность оценок скоростей , полученных непосредственно после сглаживания в первом калмановском фильтре 3 измерений доплеровской частоты и ее преобразования в согласующем устройстве 13 в оценку скорости  и продифференцированного в блоке 15 дифференцирования значения оценки  дальности с выхода третьего калмановского фильтра 5. Это значение разности  поступает на первый вход второго порогового устройства 17, на второй вход которого подается пороговое значение ошибки ε. Если модуль разности  не превышает значение ошибки ε, то на выходе второго порогового устройства 17 формируется сигнал логического нуля, в противном случае формируется сигнал логической «1».
3
3
Одновременно на первый вход третьего порогового устройства 18 с выхода первого блока 6 вычитания поступает значение разности , а на его второй вход - пороговое значение ошибки ε. Если модуль разности  не превышает значение ошибки ε, то на выходе третьего порогового устройства 18 формируется сигнал логического нуля, в противном случае формируется сигнал логической «1».
Таким образом, в результате на выходах первого 16, второго 17 и третьего 18 пороговых устройств формируется параллельный трехразрядный код. При этом, если будет сформирован код «», то это свидетельствует об отсутствии воздействия уводящих по дальности и скорости активных радиопомех, если код «», то - одновременное воздействие уводящих по дальности и скорости активных радиопомех, если код «», то - только воздействует одна уводящая по дальности помеха, код код «», то - только воздействует одна уводящая по скорости помеха.
Этот код поступает соответственно на первый, второй и третий входы блока 19 логики, на выходе которого формируются трехразрядные параллельные коды:
«», если на его вход поступает код «»;
«», если на его вход поступает код «»;
«», если на его вход поступает код «»;
«», если на его вход поступает код «».
Данный цифровой трехразрядный параллельный код с выхода блока 19 логики поступает на первый, второй и третий входы коммутатора 20. Логическая «1» или логический «0» в этом коде являются соответственно разрешающим или запрещающим сигналом для прохождения на выход устройства той или иной информации о сопровождаемой воздушной цели.
Так, если на входе коммутатора 20 будет присутствовать код «», то на его первом, втором и третьем выходах формируются соответственно оценки скорости, типе и дальности цели (отсутствие уводящих помех по дальности и скорости).
Если на входе коммутатора 20 будет присутствовать код «», то на его первом, втором и третьем выходах не будут сформированы ни одна из оценок скорости, типе и дальности цели (одновременное воздействие уводящих помех по дальности и скорости).
Если на входе коммутатора 20 будет присутствовать код «», то только на его первом и втором выходах будут сформированы соответственно оценки скорости и типе цели (воздействие только уводящей по дальности помехи).
Если на входе коммутатора 20 будет присутствовать код «», то только на его третьем выходе будет сформирована оценка дальности (воздействие только уводящей по скорости помехи).
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволит идентифицировать помеховую обстановку при сопровождении воздушной цели из класса «самолет с турбореактивным двигателем» и, тем самым, повысить достоверность выходной информации о дальности, скорости и типе сопровождаемой цели из класса «самолет с турбореактивным двигателем» в случаях воздействия и невоздействия активных уводящих по дальности и скорости активных радиопомех.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ на изобретение, кл МПК 6 G01S 13/52, №2419815, 2009 г. (прототип).