многополяризационный способ распознавания воздушных целей
Классы МПК: | G01S13/30 с использованием более одного импульса в интервале времени, отведенном для обнаружения цели |
Автор(ы): | Митрофанов Д.Г., Митрофанов О.Д. |
Патентообладатель(и): | Военная академия противовоздушной обороны сухопутных войск Российской Федерации |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-02-23 публикация патента:
10.10.1999 |
Изобретение относится к радиолокационным измерениям и предназначено для идентификации воздушных целей. Достигаемый технический результат - увеличение вероятности правильного распознавания целей. Способ предусматривает облучение летательного аппарата, выбранного для распознавания, последовательностями импульсных сигналов, в которых каждый импульс имеет определенную, отличную от других, поляризацию, прием отраженных сигналов и их анализ, позволяющий сформировать поляризационный портрет цели, используемый в качестве информативного признака распознавания. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
Способ распознавания целей по поляризационным отличиям отраженных сигналов, включающий излучение высокочастотных импульсных сигналов в направлении цели, приеме, усилении и детектировании отраженных от цели сигналов и поочередном сравнении формируемого признака распознавания с эталонными, принадлежащими различным классам целей, для отнесения распознаваемой цели к одному из классов, отличающийся тем, что исследованию подвергают генеральную выборку отраженных от цели импульсных сигналов метрового диапазона, состоящую из целого числа пачек, включающих по 10 импульсов, а при излучении от импульса к импульсу программных образов изменяют вид поляризации электромагнитной волны, применяя следующие 10 видов поляризации: линейная горизонтальная, линейная вертикальная, линейная с углом наклона плоскости поляризации 45o, линейная с углом наклона плоскости поляризации 135o, круговая левого вращения, круговая правого вращения, эллиптическая с углом наклона большой оси эллипса 45o правого вращения, эллиптическая с углом наклона большой оси эллипса 135o правого вращения, эллиптическая с углом наклона большой оси эллипса 45o левого вращения, эллиптическая с углом наклона большой оси эллипса 135o левого вращения, то есть в каждой последовательности или пачке из 10 импульсов каждый отдельный импульс будет иметь отличную от других поляризацию, причем распознаваемую цель стробируют по дальности и сопровождают по угловым координатам, чем обеспечивают попадание в приемный канал сигналов, отраженных только распознаваемой целью, а принятые, усиленные и продетектированные отраженные сигналы преобразовывают в цифровую форму и программным образом распределяют среди 10 цифровых накопительных сумматоров, в каждом из которых складываются амплитуды сигналов только одного определенного вида поляризации, подсчитывают число импульсных сигналов, поступивших на каждый накопительный сумматор, при этом каждая пачка из 10 последовательных импульсов не должна по времени превосходить время корреляции траекторных нестабильностей полета целей, составляющее 0,025 с, а используемая совокупность десятиимпульсных пачек должна быть соизмерима с периодом траекторных нестабильностей полета целей, составляющим 2 - 3 с, амплитуду суммарного сигнала каждого цифрового накопительного сумматора делят на число просуммированных им сигналов, чем обеспечивают вычисление усредненного по нескольким ракурсам значения амплитуды отраженного сигнала на соответствующем виде поляризации, совокупность вычисленных усредненных амплитуд отраженных сигналов на 10 видах поляризации принимают за поляризационный портрет цели, который используют при сравнении с эталонными поляризационными портретами подобного рода в качестве информативного признака распознавания.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области радиолокационных измерений и предназначено для распознавания (идентификации) воздушных целей различной формы и размеров. Известен способ распознавания целей, основанный на анализе амплитуды и фазы вертикально и горизонтально поляризованных отраженных сигналов [1]. Способ заключается в излучении зондирующих импульсных сигналов на J различных частотах и 2-х ортогональных (например, горизонтальной и вертикальной) поляризациях. По значениям принятых сигналов формируется поляризационная матрица рассеяния, в которой параметр, характеризующий значение эффективной площади рассеяния (ЭПР), заменен параметром амплитуды отраженного сигнала "а". Сигнал, отраженный от цели, для каждого i-го угла визирования с j-й частотой облучения представляется в виде
где индекс "вв" означает, что сигнал был излучен и принят на вертикальной поляризации; индекс "вг" означает, что сигнал был излучен на вертикальной, а принят на горизонтальной поляризации; индекс "гг" означает, что сигнал был излучен и принят на горизонтальной поляризации; индекс "ij" означает, что сигнал соответствует i-му углу визирования (ракурсу) и j-й частоте зондирования; aij - амплитуда принятого сигнала на i-м ракурсе и j-й частоте;


и сравнивают полученный результат с заранее вычисленными порогами, определяющими тип распознаваемой цели. Необходимость сигналов с двумя видами линейной поляризации связана с тем, что для лучшего описания формы летательного аппарата (ЛА) в горизонтальной плоскости (фюзеляж, крылья) целесообразно принимать отраженный сигнал с горизонтальной поляризацией, а для получения информации о высоте планера ЛА - отраженный сигнал с вертикальной линейной поляризацией. Недостатком данного способа является то, что он громоздок в расчетах и требует применения сигналов на J частотах зондирования для создания 6J-мерного векторного пространства, что существенно усложняет аппаратурную реализацию метода (размерность вектора равна 6J, так как J - число частот зондирования, а для каждой частоты вектор параметров рассеяния имеет размерность 6). К тому же, способ использует только две простейшие линейные поляризации, что снижает его эффективность. Например, если цель на данном ракурсе зондирования имеет симметричную форму и бортовую антенну круговой поляризации, то отраженные сигналы на 2-х ортогональных линейных поляризациях будут равными. Способ требует больших предварительных расчетов во всевозможных ситуациях, которые могут быть выполнены только при заказных полетах целей разных классов (типов) в различных комбинациях. Понятно, что такая задача практически невыполнима в отношении ЛА зарубежного производства. Известен также способ распознавания целей, использующий одночастотный зондирующий сигнал с линейной поляризацией [2]. Способ заключается в том, что указанный сигнал излучается в направлении распознаваемой цели и имеет угол наклона плоскости поляризации 45o по отношению к горизонту. Затем производится прием отраженной электромагнитной волны (ЗМВ) на коллинеарной и ортогональной поляризациях, а далее - сравнение принятых сигналов по амплитуде. В патенте США N 4106014, описанном в источнике [2], показано, что цели различной конфигурации (например, автомобили военного назначения с коробковидными кузовами и гражданские автомашины гладкой формы) имеют различную амплитуду отражений на поляризации зондирующего сигнала и ортогональной ей линейной поляризации (с углом наклона 135o или минус 45o). Причем эксперименты подтверждают, что отражения на ортогональной поляризации тем больше превышают отражения на основной поляризации с углом наклона 45o, чем больше распознаваемая цель по своему виду приближается к коробковидной. В [2] представлена также функциональная схема устройства, реализующего описанный способ. Схема содержит приемопередающую антенну, приемную антенну, передатчик, триггер, линию задержки, 1-й и 2-й приемники, две схемы стробирования по дальности, сумматор и измерительный прибор. Данный способ также имеет существенные недостатки. Во-первых, самолеты и вертолеты всегда имеют обтекаемую форму, ввиду чего отраженные ими сигналы на ортогональных поляризациях могут иметь на различных ракурсах непредсказуемую амплитуду. Во-вторых, способ сам по себе ориентирован на распознавание автотранспортных средств, а не воздушных целей, что, видимо, и определило такой угол наклона плоскости поляризации. В-третьих, признак распознавания не позволяет идентифицировать множество целей различной конфигурации с высокой вероятностью, а способствует только делению всех целей на обтекаемые и коробчатые, что сужает область его применения. Наконец, известен способ распознавания целей [3], предложенный в патенте США N 4035797, который также использует сигналы, принятые на различных поляризациях. Сущность способа состоит в том, что поочередно излучаются сигналы с ортогональными поляризациями: вертикальной и горизонтальной. Для того, чтобы обеспечить развязку этих сигналов, они излучаются на разных несущих частотах f1 и f2. Прием отраженных целью сигналов осуществляется на 4-х поляризациях: коллинеарной вертикальной, перекрестной горизонтальной, перекрестной вертикальной и коллинеарной горизонтальной. Для каждой из 4-х поляризаций может быть предусмотрен свой канал обработки принятых сигналов. Все принятые сигналы проходят смесители, куда в качестве опорного подается часть сигнала, вырабатываемого генератором передатчика. Таким образом, на выходе смесителей формируются сигналы с доплеровской частотой, соответствующей принятому сигналу. Эти сигналы усиливаются, демодулируются и поступают на входы трех делителей для формирования составляющих признака распознавания. Первый делитель вычисляет отношение величины принятого коллинеарного вертикально поляризованного сигнала к величине принятого перекрестно поляризованного сигнала. Второй делитель вычисляет частное от деления величины принятого коллинеарного вертикально поляризованного сигнала к величине принятого колинеарного горизонтально поляризованного сигнала. Третий делитель рассчитывает отношение величины принятого перекрестно поляризованного сигнала к величине принятого коллинеарного горизонтально поляризованного сигнала. Выходные сигналы трех делителей суммируются и полученная сумма подвергается обработке в устройстве вычисления производной (УВП) от функции, представляющей собой изменение суммы сигналов трех делителей с течением времени. Если на выходе УВП при изменении дальности до цели сигнал равен нулю, принимается решение, что цель простая (одноточечная). Если на выходе УВП при изменении дальности до цели сигнал возрастает до определенных пределов, то принимается решение, что цель сложная многоточечная. Для формирования сигнала, характеризующего сложность конфигурации цели и обеспечивающего тем самым возможность распознавания классов целей, выходной сигнал УВП делится на величину выходного сигнала преобразователя "частота-напряжение". Сигнал этого преобразователя характеризует диапазон скорости изменения дальности до цели. Вышеуказанная операция деления осуществляется в четвертом делителе, выходное напряжение которого характеризует сложность цели на основе частного анализа коллинеарного горизонтально поляризованного сигнала. Таким образом, сравнивая сформированный признак распознавания (равный выходному напряжению четвертого делителя) с набором эталонных пороговых сигналов, определяется класс распознаваемой цели. Недостатком данного способа является низкая вероятность правильного распознавания классов целей. Поскольку признак распознавания является сложной функцией отношений сигналов с различными поляризациями, то по сумме сигналов трех делителей невозможно судить о вкладе сигнала конкретного вида поляризации в итоговое значение признака распознавания. К тому же, как указано в [3], способ учитывает изменения сигналов, связанные только с изменением дальности до цели. При этом очевидно, что вариации сигналов могут быть связаны также и с изменением ракурса цели, как детерминированного за счет поступательного движения, так и случайного за счет рысканий, тангажей и кренов, то есть траекторных нестабильностей (ТН) полета. В способе не оговорено стробирование цели по дальности, что позволяет проникать в канал обработки сигналам, отраженным от местных предметов, метеообразований и других целей. Указанный факт может отрицательно сказаться на используемом алгоритме распознавания целей. Изобретение способствует увеличению вероятности правильного распознавания целей с различной геометрией и структурой за счет использования излучения сигналов с различными видами поляризации, а также накопления и усреднения отраженных от целей сигналов. Задачей изобретения является повышение вероятности распознавания целей различных типов на основе использования многополяризационного зондирования. Для достижения цели изобретения предлагается облучать ЛА, выбранный для распознавания, последовательностями импульсных сигналов, в которых каждый отдельно взятый импульс имеет вполне определенную, но отличную от других поляризацию. Как известно, поляризация определяется тремя основными параметрами: коэффициентом эллиптичности; углом наклона

1) линейная горизонтальная (угол наклона

2) линейная вертикальная (угол наклона

3) линейная с углом наклона

4) линейная с углом наклона

5) круговая левополяризованная (плоскость поляризации вращается против часовой стрелки);
6) круговая правополяризованная;
7) эллиптическая левополяризованная с углом наклона

8) эллиптическая левополяризованная с углом наклона

9) эллиптическая правополяризованная с углом наклона

10) эллиптическая правополяризованная с углом наклона





