УСТРОЙСТВО СЕЛЕКЦИИ АВТОНОМНЫХ ЛОЖНЫХ ВОЗДУШНЫХ ЦЕЛЕЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ШИРОКОПОЛОСНОГО ЗОНДИРУЮЩЕГО СИГНАЛА

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиолокационных системах для распознавания радиолокационных целей с использованием в качестве зондирующего широкополосный сигнал, обеспечивающий высокое разрешение отдельных рассеивающих элементов пространственно распределенной цели.
Известно устройство распознавания целей двухчастотным способом [1], состоящее из импульсного модулятора (ИМ), 1-го умножителя частоты, 2-го усилителя мощности (УМ), приемника сигналов частоты nƒ, последовательно соединенных приемника сигналов частоты ƒ, 2-го умножителя частоты, фазового детектора и индикатора, последовательно включенных задающего генератора (ЗГ), 1-го УМ, сумматора, антенного переключателя (АП) и антенны. При этом 1-й выход ИМ соединен с 2-м входом 1-го УМ, а второй - с 2-м входом 2-го УМ, 1-й вход которого соединен с выходом 1-го умножителя частоты, вход которого подключен к выходу ЗГ. Выход 2-го УМ подключен к 2-му входу сумматора, а выход АП соединен одновременно с входом приемника сигналов частоты ƒ и входом приемника сигналов частоты nƒ, выход которого соединен с 2-м входом фазового детектора.
Данное устройство позволяет селектировать воздушные цели на фоне отражений от местных предметов и распознавать цели разных размеров между собой. Работа устройства основана на измерении фазовых сдвигов сигналов, отраженных воздушными целями на двух кратных частотах. За счет использования кратных частот информация о фазовых сдвигах сигналов, обусловленная отражениями от целей, отделяется от фазовых сдвигов, происходящих за счет изменения расстояния до цели или ракурса ее пеленга.
Однако предложенное устройство не может распознавать цели с высокой вероятностью, так как величина фазового сдвига при отражении от цели определяется не только геометрическим размером цели, но и ее ракурсом, материалом изготовления, применением конкретного вида подвесного оборудования и т.д. К тому же, данное устройство позволяет распознавать цели всего двух типоразмеров, к которым жестко привязываются длины волн сигналов двух зондирующих частот, так как устройство использует области резонансного и релеевского рассеяния.
Также известно устройство, позволяющее оценить поперечные размеры радиолокационных объектов [2], в котором результат достигается тем, что антенная система однопозиционной РЛС в направлении на радиолокационную цель последовательно формирует две диаграммы направленности с разной шириной. Измеряя амплитуды откликов на сигналы, принятые антенной, вычисляют среднее значение амплитуд откликов и нормированную разность этих амплитуд. Сравнивают среднее значение амплитуд откликов с расчетной нормированной разностью этих амплитуд и определяют поперечный размер радиолокационной цели. Отклик пространственного фильтра (линейной антенны) на сигнал, рассеянный сложной радиолокационной целью, зависит от углового размера импульсного объема, в котором она находится. Импульсный объем в угловой плоскости (азимутальной или угломестной) определяется интервалом разрешения в соответствии с выражением:
0,5
где θα - эффективная ширина главного лепестка диаграммы направленности антенны РЛС в угловой плоскости; R - дальность до радиолокационной цели.
α
Ширина диаграммы направленности антенны и дальность до радиолокационной цели в случае прокладки трассы обнаруженной цели являются известными величинами, следовательно, угловой размер импульсного объема является величиной известной. Отношение линейного размера цели (L) в угловой плоскости к угловому размеру импульсного объема определяют значение коэффициента относительной протяженности цели
α
α
α
Если K стремится к нулю, то цель является точечной радиолокационной целью по соответствующей угловой координате. При 0<K<1 цель является групповой сосредоточенной, а при K≥1 - групповой распределенной.
При этом необходимо отметить, что формирование диаграмм направленности различной ширины возможно изменением частоты сигнала или размером апертур антенны. Изменение частоты реализуется применением многочастотных сигналов. Тело рассогласования многочастотного сигнала (с пропусками в спектре) является многопиковым подобно телу рассогласования пачки когерентных импульсов.
Поэтому для воспроизведения характеристик цели в дальностном портрете желательно, чтобы интервал между пиками не превышал величины, обратной длительности наименее протяженного ДП, тогда пропуски в спектре заполняются. Существенным недостатком многочастотных сигналов является нарушение когерентности за счет турбинной модуляции и других факторов, проявляемое вследствие низкой частоты следования импульсов и большой длительности сигнала [3].
Также необходимо отметить невозможность реализации селекции движущихся целей при использовании многочастотных сигналов. Проблема заключается в зависимости фазы отраженного сигнала не только от значений несущей частоты и радиальной скорости, но и от особенностей геометрических размеров планера цели. Вследствие интерференции волн, отраженных от отдельных рассеивающих элементов цели, фаза эхо-сигнала изменяется от импульса к импульсу по случайному закону, определяемому особенностями конструкции планера цели и ракурсом цели.
2
1,k
2
1,k
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является селекция истинных радиолокационных целей на фоне ложных сигналов, формируемых ретранслятором из одной точки пространства. Предлагаемое устройство отличается от рассмотренного аналога вычислением череспериодной разности начальных фаз Δϕ (где k - порядок локальных максимумов дальностного портрета цели) между одноименными парами радиоимпульсов комплексных дальностных портретов, полученных за малый временной интервал при использовании в качестве зондирующего сигнала широкополосный ЛЧМ радиоимпульс. Полученное значение Δϕ может служить решающей статистикой при решении задачи селекции истинных целей на фоне ложных, в соответствии с выражением [4]:
2
1k
где Δϕ - череспериодная разность начальных фаз первого и k-ого радиоимпульсов дальностного портрета;
1k
L - наблюдаемое расстояние между рассеивающими элементами цели (расстояние между блестящими точками на цели в картинной плоскости);
ΔΘ - угол, на который изменяется ракурс цели при ее движении за интервал времени между двумя смежными зондированиями;
λ - длина волны РЛС.
Устройство предназначено для одновременной селекции нескольких истинных целей на фоне ложных независимо от их типа в однопозиционной обзорной РЛС и обеспечивает минимизацию условной вероятности выдачи, в качестве целеуказания, информации о ложной цели.
Структурная схема разработанного устройства селекции автономных ложных воздушных целей при использовании широкополосного зондирующего сигнала приведена на фиг. 1.
Устройство состоит из счетчика числа обращений к распознаваемой цели 1, логического устройства управления 2, блока формирования череспериодных разностей начальных фаз S, двух идентичных каналов вычисления разности начальных фаз Q1, Q2, и порогового устройства 12. В состав каналов вычисления разностей начальных фаз входят: ключи 3, 5, 8; формирователь счетных импульсов 4; счетчик импульсов амплитудного портрета 6; регистр сдвига 5; вычитающие устройства 9. Блок формирования череспериодных разностей начальных фаз S состоит из устройств вычитания 10 и схемы выбора максимального значения 11. Входной информацией устройства селекции автономных ложных воздушных целей являются выходные сигналы амплитудного детектора (АД) и фазового детектора (ФД) радиоприемного устройства (РПрУ).
Опорный сигнал строба сопровождения по дальности через счетчик 1 числа обращений к распознаваемой цели и логическое устройство управления 2 управляет работой ключей 3 каналов вычисления разностей начальных фаз. При первом обращении к цели (i=1) поступающие с выхода АД сигналы на вход первого канала вычисления разностей начальных фаз Q1 устройства селекции проходят через ключ 3. Далее выходные сигналы амплитудного детектора АД в виде последовательности импульсов дальностного портрета цели поступают на формирователь импульсов счета 4. Видеоимпульсы счета, соответствующие локальным максимумам РЛДП, управляют ключом 5, регистром сдвига и поступают на счетчик импульсов амплитудного портрета 6. Выходные сигналы ФД приемного устройства РЛС через ключ 5 в виде значений начальных фаз радиоимпульсов комплексного радиолокационного дальностного портрета в качестве данных подаются на регистр сдвига RG (7), все выходы которого подключены к первым входам ключей 8. Выходные данные регистра сдвига с его первого выхода через первый ключ 8 поступают на вторые входы вычитающих устройств 9. На первые входы вычитающих устройств 9 поступают выходные сигналы регистра сдвига RG с его 2-го и последующих выходов через ключи 8, управляющие сигналы на вторые входы которых поступают с выхода счетчика импульсов амплитудного портрета. Количество ячеек данных RG выбирается исходя из максимального возможного количества рассеивающих локальных центров истинной радиолокационной цели, в соответствии с разрешающей способностью по дальности. На выходах вычитающих устройств 9 формируются разности начальных фаз радиоимпульсов комплексного РЛДП относительно его последнего импульса.
При повторном обращение к цели (i≠1) сигналы с выхода амплитудного детектора приемника, поступающие на вход второго канала вычисления разностей начальных фаз Q2, через его ключ 3 подаются на входы формирователя счетных импульсов, ключ 5 и регистр сдвига этого канала. При этом управление ключом 3 осуществляется сигналом инверсного выхода логического устройства управления. По аналогичному алгоритму, описанному для первого канала вычисления разностей начальных фаз Q1 производится вычисление разностей начальных фаз радиоимпульсов комплексного РЛДП относительно последнего импульса портрета при повторном зондировании. При втором зондировании первый канал вычисления разностей начальных фаз Q1 не работает.
2
1,k
2
1,j
2
1,j
0
Выходная информация двух каналов вычисления разностей начальных фаз в виде множества значений разностей начальных фаз между РИ комплексных РЛДП поступает на первые и вторые входы вычитающих устройств 10 блока формирования череспериодной разности начальных фаз S. На выходе вычитающих устройств 10 формируется множество череспериодных разностей начальных фаз Δϕ между одноименными радиоимпульсами комплексных дальностных портретов, полученных при смежных зондированиях радиолокационной цели. Из совокупности множества череспериодных разностей начальных фаз в блоке выбора максимума 11 выбирается максимальное значение Δϕ. Выбранное значение Δϕ подается на вход порогового устройства 12, на второй вход которого поступает пороговое напряжение ξ.
В пороговом устройстве производится сравнение выбранного значения с порогом и принимается решение о принадлежности радиолокационной цели к заданному классу целей с ненулевым значением поперечного размера или противоположное.
Гистограммы распределения сигнального признака распознавания для целей с различными поперечными размерами: модели самолета Boing-747 и системы из четырех уголковых отражателей представлены на фиг. 2 и фиг. 3.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получить достаточную статистику для решения частной задачи радиолокационного распознавания - селекции истинных радиолокационных целей на фоне ложных при широкополосном зондировании и может быть изготовлено на известной элементной базе и известными промышленными средствами.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Небабин В.Г., Сергеев В.В. Методы и техника радиолокационного распознавания. - М.: Радио и связь, 1984, С. 75, фиг. 3.19.
2. Патент RU 2150714 Способ измерения поперечных размеров радиолокационных объектов РЛС в реальном масштабе времени Авторы: Бондарев Л.A. (RU), Васильченко О.В. (RU), Гуреев А.К. (RU), Чагрин А.С. (RU), Патентообладатель: Военный университет войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации (RU), Дата подачи заявки: 17.05.1999. Дата публикации заявки: 10.06.2000 Бюл. №16.
3. Вишин Г.М. Многочастотная радиолокация. М.: Воениздат, 1973. - 89 с.
4. Никифоров С.Н., Маринцев Ю.Н., Корягин М.Г. Метод селекции автономной ложной воздушной цели на основе фазовых соотношений эхо-сигналов при зондировании широкополосными радиоимпульсами // Вестник воздушно-космической обороны №4 (12). Раздел: Применение сил и средств ВКО. 2016 г. - С. 30-35.