РАДИОЛОКАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО РАСПОЗНАВАНИЯ ТИПОВ ЦЕЛЕЙ

Предлагаемое устройство относится к радиолокационной технике и может быть использовано для распознавания типов воздушных целей по сигналам, отраженным данными целями.
Известно радиолокационное устройство распознавания типов целей [1], которое содержит импульсный модулятор (ИМ), усилитель мощности (УМ), антенный переключатель (АП), антенну, задающий генератор (ЗГ), 1-й смеситель, гетеродин, интегратор, блок идентификации (БИ), 2-й смеситель, усилитель промежуточной частоты (УПЧ), двухполупериодный выпрямитель (ДППВ), сумматор, линию задержки (ЛЗ) и амплитудный детектор (АД). При этом АП, 2-й смеситель, УПЧ, АД, ЛЗ, сумматор, ДППВ, интегратор и БИ включены последовательно. Задающий генератор связан своим выходом с 1-м входом 1-го смесителя и 1-м входом УМ, 2-й вход которого связан с выходом ИМ, а выход - со входом АП, антенный вход которого связан с вход-выходом антенны. Выход гетеродина соединен со 2-м входом 1 -го смесителя, выход подключен ко 2-му входу 2-го смесителя, а выход АД подключен также ко 2-му входу сумматора.
Качество работы данного устройства нуждается в улучшении, так как накопленный в интеграторе сигнал, являющийся признаком распознавания, зависит только от сумм амплитуд поданных на его вход сигналов и не зависит от количества локальных рассеивающих центров (РЦ) на поверхности цели, участвующих в формировании отраженного сигнала. При этом понятно, что 2 интенсивных РЦ могут обеспечить такие же разностные сигналы на выходе ДППВ (а именно их сумма позволяет проводить распознавание) как 3 или даже 4 слабые РЦ. Таким образом, цели с разным количеством РЦ различной интенсивности не всегда будут различаться с помощью устройства [1].
Известно также радиолокационное устройство распознавания типов целей [2], содержащее импульсный модулятор, усилитель мощности, антенну, задающий генератор, первый смеситель, гетеродин, дифференцирующую цепь (ДЦ),
счетчик импульсов (СИ), последовательно включенные антенный переключатель, второй смеситель, усилитель промежуточной частоты, амплитудный детектор, линию задержки, сумматор, двухполупериодный выпрямитель, интегратор и блок идентификации, причем выход задающего генератора связан с первым входом первого смесителя и первым входом усилителя мощности, второй вход которого соединен с выходом импульсного модулятора, а выход - со входом антенного переключателя, вход-выход которого подключен к вход-выходу антенны, выход гетеродина соединен со вторым входом первого смесителя, выход которого подключен ко второму входу второго смесителя, а выход амплитудного детектора соединен со вторым инверсным входом сумматора, вход дифференцирующей цепи подключен к выходу двухполупериодного выпрямителя, а выход - ко входу счетчика импульсов, выход которого подключен ко второму входу блока идентификации.
Качество распознавания воздушных целей устройством [2] выше, чем устройством [1], поскольку устройство [2] позволяет одновременно оценивать величины перепадов уровней отраженного сигнала в пределах одного импульса и число РЦ на поверхности цели. Однако данное устройство [2] не учитывает при распознавании ракурс локации воздушной цели, а он является определяющим для числа локальных РЦ, распределенных в радиальном направлении, и их интенсивности [3,4]. Например, полости воздухозаборников при нулевых курсовых углах цели являются источниками очень интенсивного вторичного излучения. А на боковых курсовых углах (близких к 90°) полости воздухозаборников являются закрытыми, вследствие чего отражения от них в анализируемых сигналах отсутствуют. При изменении ракурса локации соответствующим образом изменяются взаимные расположения других РЦ на поверхности цели. Кроме того, возможны пропадания отражений от некоторых РЦ вследствие эффекта затенения одних элементов конструкции планера другими на определенных ракурсах. Таким образом, при распознавании целей по перепадам уровней отраженного сигнала в пределах импульса следует учитывать мгновенный ракурс локации воздушной цели.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении достоверности распознавания типов воздушных целей за счет учета большего числа факторов, влияющих на структуру сигналов, отраженных данными целями, и в частности - за счет учета ракурса цели относительно линии визирования радиолокационной станции (РЛС).
Поставленная задача решается на основе того, что в состав известного устройства [2] дополнительно вводят систему измерения дальности (СИД), блок расчета ракурса локации (БРРЛ) и систему угловой автоматики (СУА), вход СИД подключают к выходу АД, выход СИД - ко 2-му входу БРРЛ, выход которого подключают к третьему входу БИ, а первый вход - к выходу СУА, вход которой связывают с выходом антенного переключателя. Это позволяет при распознавании целей дополнительно учесть информацию о ракурсе локации сопровождаемой воздушной цели и тем самым - повысить вероятность правильного определения типа цели.
На чертеже представлена структурная схема предлагаемого радиолокационного устройства распознавания типов целей. Устройство содержит ИМ 1, УМ 2, АП 3, антенну 4, ЗГ 5, 1-й смеситель 6, гетеродин 7, интегратор 8, БИ 9, 2-й смеситель 10, УПЧ 11, ДППВ 12, сумматор 13, ЛЗ 14, АД 15, ДЦ 16, СИ 17, СИД 18, СУА 19 и БРРЛ 20. При этом АП 3, 2-й смеситель 10, УПЧ 11, АД 15, ЛЗ 14, сумматор 13, ДППВ 12, интегратор 8 и БИ 9 включены последовательно. Задающий генератор 5 связан своим выходом с 1-м входом 1-го смесителя 6 и 1-м входом УМ 2, 2-й вход которого связан с выходом ИМ 1, а выход - со входом АП 3, антенный вход (вход-выход) которого связан с вход-выходом антенны 4. Выход гетеродина 7 соединен со 2-м входом 1-го смесителя 6, выход которого подключен ко 2-му входу 2-го смесителя 10. Выход АД 15 подключен также ко 2-му входу сумматора 13 и входу СИД 18. Выход ДППВ 12 соединен со входом ДЦ 16, выход которой соединен со входом СИ 17, выход которого подключен ко 2-му входу БИ 9. Выход СИД 19 связан со 2-м входом БРРЛ 20, выход которого соединен с 3-м входом БИ 9, а 1-й вход - с выходом СУА 19, вход которой подключен к выходу АП 3.
Предложенное построение схемы позволяет за счет одновременной оценки величин перепадов уровня отраженного сигнала в пределах одного импульса, количества РЦ на поверхности цели, а также мгновенного ракурса локации цели производить ее распознавание с высокой вероятностью. Признаками распознавания выступают сумма абсолютных величин перепадов амплитуды отраженного сигнала и число РЦ на поверхности цели. Данные признаки на фиксированном ракурсе локации принимают различные значения для целей с разным числом РЦ на их поверхности, а также для целей с одинаковым числом РЦ, но с различными отражательными характеристиками и различным взаимным расположением РЦ в радиальном направлении.
Радиолокационное устройство распознавания типов целей работает следующим образом.
0
пp
0
0
пp
пp
0
0
пp
Задающий генератор 5 генерирует сверхвысокочастотные гармонические колебания на частоте f, которые поступают в УМ 2, где из непрерывного колебания вырабатываются прямоугольные СВЧ-импульсы в соответствии с законом модуляции, навязываемым ИМ 1. СВЧ-импульсы проходят АП 3 и через антенну 4 излучаются в направлении цели. Отразившись от цели, импульсы с измененной структурой поступают в антенну 4 и через АП 3 проходят на 1-й вход 2-го смесителя 10, на 2-й вход которого подаются выходные сигналы 1-го смесителя 6, который, в свою очередь, по сигналам промежуточной частоты f с выхода гетеродина 7 на 2-м входе и сигналам несущей частоты f с выхода ЗГ 5 на 1-м входе формирует опорный сигнал на частоте f+f. Во 2-м смесителе 10 происходит смешивание сигналов, поступивших на два его входа, в результате чего на выходе 2-го смесителя 10 формируются амплитудно-модулированные сигналы от распознаваемой цели на разностной (промежуточной) частоте (f+f)-f=f. Они усиливаются в УПЧ 11 и подаются на вход АД 15, где происходит выделение огибающей.
В предлагаемом устройстве анализируется результат интерференции волн, отраженных от различных РЦ, разнесенных в радиальном направлении, при зондировании цели квазиминохроматическим сигналом. Как известно, электромагнитная
волна (ЭМВ) имеет конечную скорость распространения. Значит, она достигает разных РЦ в разные моменты времени. Именно в эти моменты за счет интерференции отражений квазимонохроматических (в пределах импульса) ЭМВ от изменившегося количества РЦ происходит скачкообразное изменение интенсивности результирующей отраженной ЭМВ. Величина этой интенсивности зависит от количества РЦ, участвующих в отражении, их эффективных площадей рассеяния (ЭПР) и взаимного расположения фазовых центров этих РЦ между собой, что, в свою очередь, определяется ракурсом локации цели. Таким образом, у целей с различными размерами, геометрией и величинами ЭПР составляющих их РЦ, интенсивности отражений и амплитуды их перепадов в фиксированный момент времени, т.е. на фиксированном ракурсе будут отличаться.
В соответствии с интерференцией ЭМВ от РЦ на выходе АД 15 будет получен сигнал, в котором перепады уровней будут зависеть от ЭПР соответствующих РЦ, встречающихся поочередно на пути ЭМВ [1, 2]. Это связано с тем, что при изменении числа РЦ, участвующих в отражении ЭМВ, изменяется интерференционная структура поля. В зависимости от соотношения фаз и амплитуд сигналов, отразившихся от отдельных РЦ, суммарный отраженный сигнал изменяет свою амплитуду.
Для выявления информации о величинах перепадов уровней отраженного сигнала в схеме применена ЛЗ 14, время задержки которой должно быть меньше времени прохождения ЭМВ минимально разрешаемого радиального интервала между соседними РЦ для всех типов целей, входящих в алфавит распознавания [5]. Прямой и задержанный сигналы подаются соответственно на 2-й (инверсный) и 1-й (прямой) входы сумматора 13. На 2-м входе сумматора предполагается наличие инвертора (на чертеже не показан). Разностный сигнал с выхода сумматора 13 подается на ДШ1 В 12, где разнополярные сигналы выпрямляются и становятся однополярными (положительными). Далее сигналы поступают на интегратор 8, который производит их поочередное сложение с запоминанием результирующей суммарной амплитуды. Это позволяет распознавать цели различных типов, сравнивая
выходные сигналы интегратора 8 в блоке идентификации 9 с набором пороговых сигналов.
Одновременно выходные сигналы ДППВ 12 поступают на вход ДЦ 16, которая дифференцирует их, получая для каждого прямоугольного импульса по 2 разнополярных остроконечных импульса. Эти импульсы следуют на вход СИ 17, который реагирует только на импульсы положительной полярности. Таким образом, на выходе СИ 17 по истечении времени, соответствующего длительности отраженного импульса, будет получен сигнал, соответствующий числу РЦ на поверхности цели. Этот сигнал проходит на 2-й вход БИ 9 для того, чтобы обеспечить выбор из всего имеющегося банка эталонов только тех, которые соответствуют полученному числу РЦ.
С выхода АД 15 видеоимпульсы поступают также в СИД 18, где стандартным способом по задержке видеоимпульсов относительно синхронизирующих сигналов (цепи синхронизации на чертеже не показаны) определяется наклонная дальность до цели [6].
С выхода АП 3 отраженные сигналы на высокой частоте поступают на вход системы угловой автоматики 19, которая обеспечивает автоматическое сопровождение цели по угловым координатам, т.е. фиксирует угловые координаты (угол места ε и азимут β) цели в последовательные моменты времени. Способы автоматического сопровождения цели по угловым координатам также широко известны в радиолокации [6].
Угловые координаты (ε,β) и наклонная дальность D периодически поступают в блок расчета ракурса локации 20. В этом блоке координаты ε, β и D цели пересчитываются в декартовы координаты x, y, z [7]. По изменению декартовых координат цели с течением времени определяется пространственный ракурс локации цели γ, т.е. угол между вектором путевой скорости цели (связан с продольной осью планера самолета) и линией визирования цели. Величина этого угла с выхода БРРЛ 20 поступает на 3-й вход БИ 9 для правильного выбора эталонов и порогов распознавания [5].
Блок идентификации 9 представляет собой устройство, структурно состоящее из блока хранения порогов, запоминающего устройства, схемы сравнения и табло вывода результатов (на чертеже не показаны). Сигнал с выхода интегратора 8 поступает на вход запоминающего устройства, которое подает входной сигнал на 1-й вход схемы сравнения в течение промежутка времени, необходимого для сравнения входного сигнала с набором пороговых сигналов, поступающих поочередно на 2-й вход схемы сравнения. Пороги поступают на схему сравнения из блока хранения порогов (эталонов), на 1-й вход которого подается сигнал с выхода СИ 17. На 2-й вход блока хранения эталонов подается сигнал с выхода БРРЛ 20. Таким образом, на схему сравнения поступают только те пороги, которые соответствуют типам целей с определенным количеством РЦ, причем на конкретном ракурсе локации. При превышении сигналом запоминающего устройства очередного порога (пороги подаются в порядке убывания) на выход схемы сравнения проходит сигнал, пропорциональный уровню порога. Этот сигнал отключает от схемы сравнения блок хранения порогов и обнуляет выход запоминающего устройства до начала следующего цикла распознавания. Кроме того, этот сигнал поступает на табло вывода результатов, в котором в соответствии с уровнем входного сигнала загорается индикатор (светодиод, лампа) распознанного типа воздушной цели.
Метод распознавания, реализуемый с помощью предложенного радиолокационного устройства распознавания типов целей, позволяет использовать для распознавания целей простые узкополосные (квазимонохроматические) импульсные сигналы. Признаки распознавания, сформированные описанным устройством, при их совместном использовании с учетом пространственного ракурса локации являются достаточно информативными, что позволяет по отраженным импульсным сигналам идентифицировать воздушные цели с высокой вероятностью.