Устройство классификации воздушных объектов наблюдения с траекторными нестабильностями движения

Устройство классификации воздушных объектов наблюдения с траекторными нестабильностями движения.

Полезная модель относится к радиолокационным устройствам (системам) и предназначена для автоматизированной классификации воздушных объектов наблюдения (ВОН), совершающих полет с траекторными нестабильностями (ТН) в турбулентной атмосфере.

Задачей полезной модели является повышение качества классификации ВОН за счет согласования пороговых значений для принятия решений с условиями локации ВОН, а точнее - за счет определения интервалов локации, в пределах которых сохраняется угловая ориентация объекта относительно радиолокационной станции.

Решение задачи достигается тем, что в состав известного устройства-прототипа дополнительно вводят блок накопления и сравнения данных и второе вычислительное устройство с соответствующим изменением межблочных связей. Предложенное построение схемы устройства позволяет повысить вероятность принятия правильного решения при классификации ВОН за счет обоснованного (соответствующего условиям локации) выбора порогов принятия решений. Иначе говоря, алгоритмически выбираются такие условия локации, которым соответствуют предъявляемые пороги принятия решений о принадлежности ВОН к определенному классу.

Как следует из описания, предлагаемое устройство классификации ВОН с ТН движения имеет преимущества перед прототипом, выраженное в том, что классификация проводится с использованием порогов, в точности соответствующих условиям локации объекта, которые выбираются с помощью введенного нового параметра, вычисляемого в виде суммы разностей амплитуд отражений, полученных на одинаковых частотах в разные моменты времени.

Полезная модель относится к радиолокационным устройствам (системам) и предназначена для автоматизированной классификации воздушных объектов наблюдения (ВОН), совершающих полет с траекторными нестабильностями (ТН) в турбулентной атмосфере.

Известно устройство классификации ВОН с траекторными нестабильностями движения [1], которое содержит задающий генератор (ЗГ), 1-й и 2-й смесители, блок гетеродинов (БГ), импульсный модулятор (ИМ), антенну, 1-й и 2-й аналого-цифровой преобразователь (АЦП), усилитель мощности (УМ), антенный переключатель (АП), вычислительное устройство (ВУ), фазовращатель (ФВ), усилитель промежуточной частоты (УПЧ), усилитель высокой частоты (УВЧ), 1-й и 2-й фазовые детекторы (ФД) и устройство отображения (УО). При этом выход ЗГ соединен со 2-м входом 1-го смесителя, с 2-м входом 2-го ФД, а также с входом ФВ, выход которого соединен с 2-м входом 1-го ФД. Первый вход 1-го смесителя соединен с выходом БГ, выход которого также соединен с 2-м входом 2-го смесителя. Выход 1-го смесителя соединен с 1-м входом УМ, 2-й вход которого связан с выходом ИМ. Выход УМ связан с входом АП, вход-выход которого соединен с вход-выходом антенны, а выход - с входом УВЧ, выход которого соединен с 1-м входом 2-го смесителя. Выход 2-го смесителя соединен с входом УПЧ, выход которого соединен с 1-м входом 1-го ФД и с 1-м входом 2-го ФД. Выход 1-го ФД соединен с входом 1-го АЦП, а выход 2-го ФД соединен с входом 2-го АЦП. Выход 1-го АЦП и выход 2-го АЦП соединены соответственно с 1-м и 2-м входами ВУ, а выход ВУ подключен ко входу УО.

Недостатком устройства [1] является то, что логика его работы предполагает неизменность числа рассеивающих центров (РЦ) на поверхности объекта, неизменность эффективной площади рассеяния (ЭПР) РЦ, их взаимного удаления от первого по дальности РЦ, постоянство радиального размера объекта в процессе его длительного зондирования и неизменность относительного положения кажущегося центра объекта [2]. Однако на самом деле вследствие наличия ТН полета ВОН в виде рысканий, тангажей и кренов [3] указанные физические величины с течением времени претерпевают изменения. Это отрицательно сказывается на качестве работы устройства классификации, причем вероятность классификации становится тем меньше, чем больше времени отводится на излучение, прием и обработку необходимого числа радиоимпульсов. Другим недостатком является отсутствие в составе устройства генератора несущей частоты, определяющего сантиметровый диапазон длин волн при излучении сигналов. Генерируемая им частота должна составлять десятки гигагерц. Используемый блок гетеродинов, согласно описанию [1], состоит из набора кварцевых гетеродинов и коммутатора, предназначенного для подключения определенного когерентного гетеродина, формирующего сигнал n-й гетеродинной частоты. Современные кварцевые генераторы могут вырабатывать сигналы с частотами не выше сотен мегагерц.

Известно также другое устройство классификации ВОН с траекторными нестабильностями движения [2], содержащее последовательно соединенные импульсный генератор (ИГ), БГ, 1-й смеситель, 3-й смеситель, УМ, АЛ, УВЧ, 2-й смеситель, УПЧ, 1-й ФД, 1-й АЦП, ВУ и УО, а также содержащее блок линий задержки (ЛЗ), состоящий из (М-1) линий задержки, где М - число используемых в устройстве импульсных последовательностей, отличающихся шагом перестройки частоты заполнения от импульса к импульсу, содержащее также блок умножителей частоты, состоящий из (М-1) умножителей частоты, причем умножитель частоты (УЧ) с номером «m», где , имеет коэффициент умножения частоты, равный (m+1), содержащее также генератор несущей частоты (ГНЧ), ЗГ, когерентный гетеродин (КГ), ФВ, антенну, 2-й ФД и 2-й АЦП. При этом выход БГ подключен ко входу первой ЛЗ, выход каждой из m-й с первой по (М-2)-ю ЛЗ связан со входом соответствующей (m+1)-й ЛЗ и со входом соответствующего m-го УЧ, выход (М-1)-й ЛЗ подключен ко входу (М-1)-го УЧ, выход каждого m-го из (М-1) умножителя частоты связан с соответствующим (m+1)-м из М первых входов первого смесителя, выход которого соединен со входом КГ, выход которого связан со входом ВФ и вторым входом 2-го ФД, первый вход которого подключен к выходу УПЧ, а выход - к входу 2-го АЦП, связанного своим выходом со вторым входом ВУ, второй вход 1-го смесителя соединен с выходом ЗГ, выход ФВ связан со вторым входом 1-го ФД, выход ГНЧ соединен со вторым входом 3-го смесителя и вторым входом 2-го смесителя, вход-выход антенны подключен к вход-выходу АП.

Описанное устройство способно классифицировать воздушные объекты наблюдения на основе использования признака, выражающего усредненное изменение амплитуды отраженного сигнала при различном шаге перестройки частоты от импульса к импульсу. Однако решение об отнесении ВОН к одному из классов принимается согласно логике работы устройства на основе сравнения признака с пороговыми значениями, зависимость которых от условий локации объекта не учитывается. При этом известно, что изменения углового положения объекта даже при одночастотном зондировании приводит к существенному изменению уровня отражений. Поэтому без учета интенсивности поворотов ВОН невозможно определить причину изменения амплитуды отражений при перестройке частоты, т.е. становится непонятно, по какой причине изменяется уровень отражений: то ли вследствие изменения интерференционной картины при вариациях несущей частоты, то ли в связи с изменением ориентации объекта в процессе его локации (наблюдения).

Задачей полезной модели является повышение качества классификации ВОН за счет согласования пороговых значений для принятия решений с условиями локации ВОН, а точнее - за счет определения интервалов локации, в пределах которых сохраняется угловая ориентация объекта относительно радиолокационной станции.

Решение задачи достигается тем, что в состав устройства [4] дополнительно вводят блок накопления и сравнения данных (БНСД) и второе ВУ, причем первый и второй входы второго ВУ соединяют соответственно с выходом 1-го и второго АЦП, а выход - со входом БНСД, выход которого связывают со входом первого ВУ. Предложенное построение схемы устройства позволяет повысить вероятность принятия правильного решения при классификации ВОН за счет обоснованного (соответствующего условиям локации) выбора порогов принятия решений. Иначе говоря, алгоритмически выбираются такие условия локации, которым логически соответствуют предъявляемые пороги принятия решений о принадлежности ВОН к определенному классу.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства классификации ВОН с траекторными нестабильностями движения. Устройство включает ИГ 1, БГ 2, блок линий задержки 8 с (М-1) линиями задержки 10, блок умножителей частоты 9 с (М-1) умножителями частоты 11, 1-й смеситель 3, третий смеситель 5, ГНЧ 6, ЗГ 7, когерентный гетеродин 12, УМ 17, УВЧ 15, АЛ 16, 2-й смеситель 14, антенну 13, УПЧ 18, 1-й ФД 19, 2-й ФД 23, ФВ 21, 1-й АЦП 20, 2-й АЦП 24, первое ВУ 22, УО 4, второе ВУ 26 и БНСД 25. Импульсный генератор 1 подключен своим выходом ко входу БГ 2, который соединен своим выходом со входом первой ЛЗ 10 и первым из М первых входов 1-го смесителя 3. Выход каждой m-й, с первой по (М-2)-ю, ЛЗ 10, входящих в состав блока линий задержки 8, подключен ко входу соответствующей (m+1)-й ЛЗ 10 и ко входу соответствующего m-го УЧ 11 из состава блока умножителей частоты 9. Это означает, что выход 1-й ЛЗ 10 подключен ко входу 2-й ЛЗ 10 и входу первого УЧ 11, выход 2-й ЛЗ 10 связан со входом 3-й ЛЗ 10 и входом 2-го УЧ 11 и так делее до (М-2)-й ЛЗ 10, которая соединена выходом со входом (М-1)-й ЛЗ 10 и входом (М-2)-го УЧ 11. Выход (М-1)-й ЛЗ 10 подключен только ко входу (М-1)-го УЧ 11. Выход каждого m-го из (М-1) умножителей частоты 11 (все они входят в состав блока умножителей частоты 9) соединен с соответствующим (m+1)-м из М первых входов 1-го смесителя 3, второй вход которого связан с выходом ЗГ 7. Первый смеситель 3, третий смеситель 5, УМ 17, АП 16, УВЧ 15, 2-й смеситель 14 и УПЧ 18 соединены последовательно. Выход первого смесителя 3 связан также с входом КГ 12, выход которого подключен одновременно к входу ФВ 21 и второму входу 2-го ФД 23. Вход-выход антенны 13 соединен с вход-выходом АП 16, а выход ГНЧ 6 связан одновременно с вторым входом 3-го смесителя 5 и вторым входом 2-го смесителя 14. Выход УПЧ 18 подключен к первому входу 1-го ФД 19 и первому входу 2-го ФД 23. Выход ФВ 21 связан с вторым входом 1-го ФД 19. Выход 2-го ФД 23 соединен со входом 2-го АЦП 24, выход которого подключен к 2-му входу второго ВУ 26, которое своим выходом связано со входом БНСД 25. Устройство отображения 4 связано своим входом с выходом первого ВУ 22, которое подключено входом к выходу БНСД 25. Первый АЦП 20 соединен входом с выходом 1-го ФД 19, а выходом - с первым входом второго ВУ 26.

Устройство работает следующим образом. Блок гетеродинов 2 запускается импульсом, сформированным ИГ 1. Блок 2 состоит из набора кварцевых гетеродинов и коммутатора, переключающего последовательно выход очередного кварцевого гетеродина к выходу БГ 2. Длительность формируемого БГ 2 импульса определяется длительностью запускающего импульса из блока 1. Установленная ИГ 1 длительность импульса _и, составляющая единицы мкс, определяет аналогичную длительность зондирующего сигнала предлагаемого устройства классификации. Период повторения Т_и импульсов с выхода ИГ 1 и соответственно с выхода БГ 2 определяется однозначно измеряемой дальностью до ВОН и составляет сотни мкс. Блок гетеродинов 2 имеет в своем составе N гетеродинов по числу необходимых частот зондирования N причем число N невелико и составляет, к примеру, N=15.

Формируемые БГ 2 радиоимпульсы имеют частоты от десятых долей до единиц МГц. Разность частот f двух смежных импульсов (двух смежных гетеродинов блока 2) составляет величину порядка 0,1 МГц. Величина f представляет собой минимальный базовый разнос частот (шаг перестройки частоты от импульса к импульсу), который будет в дальнейшем кратно увеличиваться. Наиболее простым вариантом является тот, согласно которому на выходе БГ 2 формируется последовательность из N радиоимпульсов, частота каждого n-го из которых определяется выражением f_n=nf. Таким образом, частота первого импульса равна f, а частота N-го - соответственно f_N=Nf. Длительность первой пачки импульсов на N разных частотах равна (NT_и+_и).

По завершению формирования импульсным генератором N прямоугольных импульсов (что приводит к формированию на выходе БГ 2 N импульсов на частотах f_n =nf, где n - номер импульса) ИГ 1 временно прекращает формировать импульсы или может повторно начать выработку N импульсов через интервал времени t_MN, зависящий от числа частот N и числа М используемых пачек радиосигналов, имеющих в пределах каждой пачки неизменный и отличающийся от других пачек шаг перестройки частоты от импульса к импульсу. Интервал t_MN может быть рассчитан по формуле t_MN=(МN+1)Т_и.

Используемые ЛЗ 10 из состава блока 8 имеют одинаковые времена задержки t_з. Время задержки t_з определяется выражением t_з=T_и(N+1). Первая пачка импульсов на N частотах с выхода БГ 2 поступает на 1-й из М первых входов 1-го смесителя 3. На выходе 1-го смесителя 3 формируется последовательность импульсов с частотами f _пр+f, f_пр+2f,, f_пр+Nf. Для этого на 2-й вход блока 3 поступает сигнал на промежуточной частоте f_пр порядка 30-50 МГц с выхода ЗГ 7. После задержки в ЛЗ 10 и после увеличения частоты в УЧ на соответствующие входы 1-го смесителя 3 будут поступать очередные пачки из N импульсов. Будем считать пачку из N импульсов, не проходящую ЛЗ 10 и поступившую на 1-й вход 1-го смесителя 3, первой (m=1). Вторая пачка из N импульсов поступит на 2-й из М первых входов 1-го смесителя 3 через интервал времени t_з. Кроме того частота всех импульсов второй пачки будет увеличена вдвое в 1-м УЧ 11. В блок умножителей частоты 9 включены (М-1) УЧ. Каждый m-й УЧ 11, где , имеет коэффициент умножения частоты, соответственно равный (m+1). То есть первый УЧ 11 увеличивает частоту поступающего сигнала вдвое, второй УЧ - втрое, и так далее, а (М-1)-й УЧ 11 увеличивает частоту поступающего на него сигнала в М раз.

Таким образом, на выходе 1-го УЧ 11 через интервал t_з сформируется пачка из N импульсов с частотами 2f, 4f, 6f, , 2Nf. Она поступит на 2-й из М первых входов 1-го смесителя 3, в результате чего на выходе блока 3 будет сформована вторая пачка импульсных сигналов с частотами заполнения f_пр +2f, f_пр+4f, , f_пр+2Nf.

На выходе 2-й ЛЗ 10 сигналы появятся через интервал 2t_з. Пройдя троекратное умножение по частоте, поступив на 3-й из М первых входов 1-го смесителя 3, эти сигналы на выходе 1-го смесителя 3 будут иметь частоты f _пр+3f, f_пр+6f, , f_пр+3Nf. Продолжая подобные рассуждения, становится понятным, что сигналы М-й пачки из N импульсов, пройдя (М-1)-ю ЛЗ 10 и (М-1)-й УЧ 11 появятся на выходе блока 3 через интервал (М-1)t _з и будут иметь частоты f_пр+Мf, f_пр+2Мf, , f_пр+МNf.

Огибающие сформированной последовательности импульсных сигналов на входе 1-го смесителя 3 (до перехода на промежуточную частоту) показаны на фиг.2. Возле каждого импульса сверху или снизу представлено значение его частоты заполнения на входе 1-го смесителя 3. Понятно, что на выходе 1-го смесителя 3 формируется аналогичная последовательность из М пачек радиоимпульсов, каждая из которых включает по N радиоимпульсов. Из проведенных разъяснений видно, что радиоимпульс m-й пачки с n-м номером в пределах пачки будет иметь на выходе 1-го смесителя 3 частоту f_mn=f_пр+mnf, а его задержка относительно начала первого импульса всей последовательности будет равна [(m-1)NT_и+nТ _и].

Вся сформированная последовательность из М пачек радиоимпульсов поступает с выхода 1-го смесителя 3 на 1-й вход 3-го смесителя 5, на второй вход которого с выхода ГНЧ 6 поступает высокочастотный сигнал на несущей частоте f ₀, составляющей порядка 10 ГГц. В результате на вход УМ 17 с выхода блока 5 поступают радиоимпульсы, частота n-го из которых в пределах m-й пачки равна f₀+f_пр +mnf. Усилитель мощности 17 увеличивает мощность входных радиоимпульсов до величины, обеспечивающей качественный прием сигналов после их отражения от ВОН в пределах требуемой дальности [5-7]. С выхода УМ 17 радиоимпульсы проходят АП 16 и поступают в антенну 13, которая излучает их в направлении ВОН, подлежащего классификации. Отразившись от ВОН, радиоимпульсы принимаются антенной 13 и через АП 16 поступают на вход УВЧ 15, в котором принятые радиоимпульсы на частотах f₀+f_пр+mnf+F_дnm (где F_дnm - доплеровская добавка частоты при отражении n-го импульса m-й пачки от ВОН, обусловленная наличием у ВОН радиальной составляющей скорости [5, 6]) поступают на 1-й вход 2-го смесителя 14, на второй вход которого поступает сигнал несущей частоты f₀ с выхода ГНЧ 6. На выходе 2-го смесителя 14 формируются радиосигналы с частотами, равными разности частот на его 1-м и 2-м входах. Значит, отраженный от ВОН радиоимпульс с номером n в пределах m-й пачки после прохождения блока 14 будет иметь частоту f_пр+mnf+F_дnm. Сигналы с выхода 2-го смесителя 14 с основной промежуточной частотой f_пр поступают на вход широкополосного УПЧ 18, который производит их основное усиление. Полоса пропускания УПЧ 18 должна быть широкой и занимать диапазон от f_пр до f_пр+NМf+F_дmax, где F_дmax - максимально возможная доплеровская частота отраженного сигнала.

После основного усиления в УПЧ 18 каждый принятый сигнал поступает одновременно на первый вход 1-го ФД 19 и 1-й вход 2-го ФД 23. Опорным напряжением для 2-го ФД 23 является гармонический сигнал с выхода когерентного гетеродина 12. Этот гармонический опорный сигнал поступает на 2-й вход ФД 23. Этот же гармонический сигнал, пройдя ФВ 21, изменив при этом начальную фазу на /2, поступает в качестве опорного на 2-й вход 1-го ФД 19. Когерентный гетеродин 12 запускается в каждом периоде повторения Т_и сигналом с выхода 1-го смесителя 3. Назначение когерентного гетеродина состоит в постоянной выработке опорного гармонического сигнала с частотой и начальной фазой, соответствующими сигналу запуска гетеродина. То есть когерентный гетеродин 12 в каждом периоде повторения Т_и фазируется сформированным сигналом с выхода блока 3 и сохраняет строгую внутреннюю когерентность до прихода следующего сигнала, навязывающего ему свою частоту и начальную фазу [5-8]. Фазовые детекторы предназначены для выделения синусной (мнимой Im) и косинусной (действительной Rе) составляющих отраженного объектом сигнала. Поскольку излучение зондирующего сигнала в каждом периоде ведется на своей уникальной частоте, то и опорное напряжение фазовых детекторов должно соответствовать в каждом периоде этой частоте. Правильное фазирование обоих ФД обеспечивается применением когерентного гетеродина 12. Сигналы на выходах 1-го и 2-го ФД будут являться синхронными квадратурными составляющими.

С выходов ФД 19 и 23 квадратурные составляющие отраженного сигнала поступают на соответствующие АЦП 20 и 24, предназначенные для перевода квадратурных составляющих в цифровую форму. С выходов 1-го АЦП 20 и 2-го АЦП 24 оцифрованные значения квадратурных составляющих поступают соответственно на 1-й и 2-й входы второго ВУ 26. Вычислительные устройства 26 и 22 создаются на элементах цифровой вычислительной техники. В качестве ВУ может быть также использован специализированный микропроцессор, выполняющий математические операции [9].

Поскольку у каждого сигнала имеется свой номер, соответствующий номеру периода повторения, в котором использован зондирующий сигнал уникальной частоты, то при приеме и обработке каждый сигнал также может быть пронумерован индексами m и n. Это позволяет создать в блоке 26 массив цифровых данных и вида

,

где - амплитуда n-го отраженного сигнала из m-й пачки; Re _mn и Im_mn - соответственно косинусная и синусная составляющие отраженного ВОН сигнала, имеющего номер n в пределах m-й пачки из N импульсов.

Для определения интервала, в котором ВОН сохраняет относительную стабильность положения во втором ВУ 26 вычисляется показатель А, равный сумме разностей амплитуд сигналов, принятых (а значит и излученных) на одинаковых частотах. Такие пары сигналов в матрице U отличаются от остальных тем, что, будучи излученными в разные моменты времени, имеют равные произведения индексов n и m. Например, 8-й сигнал первой пачки и 2-й сигнал 4-й пачки принимаются на одинаковых частотах, кат как 8×1=2×4.

Приведем пример расчета показателя А для случая использования 13-ти исходных частот в первой пачке N=13 и числа пачек М, равного 13.

Á=|U₁₂-U₂₁|+|U₁₃-U ₃₁|+|U₁₄-U₄₁|+|U₁₅-U ₅₁|+|U₃₂-U₂₃|+|U₁₆-U ₃₂|+

+|U₆₁-U₂₃|+|U ₁₆-U₆₁|+|U₆₁-U₃₂|+|U ₆₁-U₂₃|+|U₁₇-U₇₁|+|U ₁₈-U₈₁|+

+|U₄₂-U ₂₄|+|U₁₈-U₄₂|+|U₁₈-U ₂₄|+|U₈₁-U₄₂|+|U₈₁-U ₂₄|+|U₁₉-U₉₁|+

+|U ₁₉-U₃₃|+|U₉₁-U₃₃|+|U ₁₁₀-U₁₀₁|+|U₁₁₀-U₂₅|+|U ₁₁₀-U₅₂|+|U₁₀₁-U₂₅|+

+|U₁₀₁-U₅₂|+|U₅₂ -U₂₅|+|U_1,11-U_11,1|+|U_1,12 -U₁₂₁|+|U_1,12-U₃₄|+

+|U_1,12-U₄₃|+|U_1,12-U₆₂ |+|U_1,12-U₂₆|+|U₁₂₁-U₃₄ |+|U₁₂₁-U₄₃|+

+|U₁₂₁ -U₆₂|+|U₁₂₁-U₂₆|+|U₃₄ -U₄₃|+|U₃₄-U₆₂|+|U₃₄ -U₂₆|+

+|U₄₃-U₆₂ |+|U₄₃-U₂₆|+|U₆₂-U₂₆ |+|U₁₃₁-U_1,13|+|U₂₇-U₇₂ |+|U₄₄-U₈₂|+

+|U₄₄ -U₂₈|+|U₈₂-U₂₈|+|U₉₂ -U₂₉|+|U₉₂-U₆₃|+|U₉₂ -U₃₆|+|U₂₉-U₆₃|+

+|U₂₉-U₃₆|+|U₆₃-U₃₆ |+|U_1,19-U₁₉₁|+|U₁₀₂-U₂₁₀ |+|U₁₀₂-U₅₄|+

+|U₁₀₂ -U₄₅|+|U₂₁₀-U₅₄|+|U₂₁₀ -U₄₅|+|U₄₅-U₅₄|+|U₂₁₂ -U₁₂₂|+

+|U₂₁₂-U₈₃ |+|U₂₁₂-U₃₈|+|U₂₁₂-U₄₆ |+|U₂₁₂-U₆₄|+|U₁₂₂-U₈₃ |+

+|U₁₂₂-U₃₈|+|U₁₂₂ -U₄₆|+|U₁₂₂-U₆₄|+|U₈₃ -U₃₈|+|U₈₃-U₄₆|+

+|U₈₃-U₆₄|+|U₃₈-U₆₄ |+|U₃₈-U₄₆|+|U₄₆-U₆₄ |+|U₃₁₀-U₁₀₃|+

+|U₃₁₀ -U₅₆|+|U₃₁₀-U₆₅|+|U₁₀₃ -U₅₆|+|U₁₀₃-U₆₅|+|U₆₅ -U₅₆|+

+|U_11,3-U₃₁₁ |+|U₁₃₂-U₂₁₃|+|U₁₃₂-U₃₁₂ |+|U₁₃₂-U₁₂₃|+|U₁₃₂-U₉₄ |+

+|U₁₃₂-U₄₉|+|U₂₁₃ -U₃₁₂|+|U₂₁₃-U₁₂₃|+|U₂₁₃ -U₉₄|+|U₂₁₃-U₄₉|+

+|U₁₂₃-U₃₁₂|+|U₁₂₃-U₉₄ |+|U₁₂₃-U₄₉|+|U₃₁₂-U₉₄ |+|U₃₁₂-U₄₉|+

+|U₉₄ -U₄₉|+|U₃₁₃-U₁₃₃|+|U₈₄ -U₄₈|+|U₁₁₄-U₄₁₁|+|U₁₂₄ -U₄₁₂|+

+|U₁₂₄-U₆₈ |+|U₁₂₄-U₈₆|+|U₄₁₂-U₆₈ |+|U₄₁₂-U₈₆|+|U₆₈-U₈₆ |+

+|U₄₁₃-U₁₃₄|+|U₇₅ -U₅₇|+|U₈₅-U₅₈|+|U₉₅ -U₅₉|+|U₅₁₀-U₁₀₅|+

+|U₅₁₀-U₁₀₅|+|U₁₁₅-U₅₁₁ |+|U₇₆-U₆₇|+|U₁₃₅-U₅₁₃ |+|U₆₉-U₉₆|+

+|U₁₂₅ -U₅₁₂|+|U₁₂₅-U₁₀₆|+|U₁₂₅ -U₆₁₀|+|U₅₁₂-U₁₀₆|+|U₅₁₂ -U₆₁₀|+

+|U₁₀₆-U₆₁₀ |+|U₁₁₆-U₆₁₁|+|U₉₈-U₁₂₆ |+|U₉₈-U₆₁₂|+|U₉₈-U₈₉ |+

+|U₈₉-U₆₁₂|+|U₈₉ -U₁₂₆|+|U₆₁₂-U₁₂₆|+|U₆₁₃ -U₁₃₆|+|U₇₄-U₄₇|+

+|U₇₈-U₈₇|+|U₉₆-U₆₉ |+|U₇₁₀-U₁₀₇|+|U₇₁₁-U₁₁₇ |+|U₁₂₇-U₇₁₂|+

+|U₁₃₇ -U₇₁₃|+|U₁₀₈-U₈₁₀|+|U₈₁₁ -U₁₁₈|+|U₈₁₂-U₁₂₈|+|U₈₁₃ -U₁₃₈|+

+|U₉₁₀-U₁₀₉ |+|U₉₁₁-U₁₁₉|+|U₉₁₂-U₁₂₉ |+|U₁₃₉-U₉₁₃|+|U_10,11-U _11,10|+

+|U₁₀₁₂-U₁₂₁₀ |+|U₁₀₁₃-U₁₃₁₀|+|U₁₁₁₂-U ₁₂₁₁|+|U₁₁₁₃-U₁₃₁₁|+|U₁₂₁₃ -U₁₃₁₂|.

Операция вычисления параметра А повторяется во втором ВУ 26 по мере излучения и приема очередных М пачек из импульсов на N частотах. Всякий раз после приема М пачек импульсов во 2-м ВУ 26 составляется массив U и вычисляется параметр А. Значении параметра А и соответствующего ему массива U передаются в БНСД 25. В этом блоке параметр А сравнивается с порогом А_пор, устанавливаемым экспериментально по ВОН, не изменяющему ракурса относительно радиолокационной станции. При наличии вариантов, при которых АА_пор, все остальные массивы U и соответствующие им параметры А (для которых А>А_пор) удаляются из памяти блока 25. Накопление и запоминание необходимы для того, чтобы при неоднократном выполнении условия АА_пор иметь возможность выбрать наилучший вариант, которому соответствует минимальное значение параметра А. В БНСД 25 ведется учет времени накопления данных об отраженных сигналах. Это необходимо для того, чтобы при больших угловых скоростях поворота ВОН не вести накопление чрезмерно долго и спустя некоторое время (установленный интервал накопления Т_н) переходить к принятию решения. Величина интервала Т_н определяется временем полупериода рыскания планера ВОН в турбулентной атмосфере и составляет 3 с. Если за это время ни разу параметр А не станет соответствовать условию АА_пор, из всех запомненных массивов U выбирается тот, для которого параметр А минимален. Соответствующий ему массив передается с выхода БСНД 25 на вход 1-го ВУ 22. В большинстве же ситуаций будет определен момент, когда АА_пор и соответствующий ему массив U пройдет на вход 1-го ВУ 22.

В первой строке массива U размещены амплитуды отраженных сигналов, полученные при изменении частоты от импульса к импульсу на величину f, т.е. сигналы первой отраженной пачки (m=1). Во второй строке размещены амплитуды сигналов второй отраженной пачки (m=2) с шагом перестройки частоты от импульса к импульсу (разносом по частоте) 2f. В m-й строке массива будут записаны амплитуды отражений, полученные при изменении частоты зондирования от импульса к импульсу на величину mf. В последней строке массива значения элементов соответствуют изменению частоты зондирования от импульса к импульсу на Nf.

Данные массива U используются в первом ВУ 22 для проведения классификации ВОН. Классификация основана на зависимости степени флюктуации амплитуды отраженного сигнала от размеров ВОН [10]. Чем крупнее объект, тем сильнее изменяется амплитуда отраженного сигнала при изменении частоты зондирования и при изменении ракурса локации ВОН при ТН полета [6].

Для формирования признака классификации на первом этапе на основе величин элементов каждой m-й строки массива U вычисляется сумма Е_m разностей амплитуд сигналов, полученных при изменении частоты зондирования на одинаковую величину. Для этого используется выражение

,

где индекс «m» при Е_m означает, что вычисленная сумма разностей относится к m-й строке массива U и соответствует расчету разностей смежных амплитуд отраженных сигналов, записанных в m-ю строку массива и полученных при изменении частоты зондирования на mf.

На втором этапе вычисляется итоговое значение признака классификации по формуле

.

Вычисленный признак классификации Е учитывает средний уровень изменения амплитуды отраженных сигналов (при одинаковом изменении ракурса локации ВОН) при использовании перестройки частоты зондирования от импульса к импульсу на различную величину от f до Мf. Важным фактором является то, что суммы разностей формируются в одинаковых условиях, т.е. при отсутствии изменения ракурса локации ВОН или при минимальном изменении его ракурса.

Далее рассчитанное значение признака Е сравнивается с набором пороговых значений. Пороги подаются в порядке увеличения, что соответствует увеличению габаритов ВОН. При превышении признаком Е определенного порога принимается решение об отнесении ВОН к определенному классу. Результаты классификации с выхода первого ВУ 22 поступают на вход УО 4, которое предназначено для индикации результатов классификации и доведения информации о классе объекта до потребителя.

Работа устройства основана на том, что флюктуации амплитуд отраженных сигналов всегда обусловлены интерференцией волн, отраженных отдельными РЦ поверхности объектов [1, 6, 11]. При одночастотном зондировании флюктуации амплитуд могут быть вызваны изменением взаимных расстояний между РЦ в радиальном направлении, что может быть следствием изменения ракурса локации ВОН, если он испытывает в полете ТН в виде рысканий, тангажей и кренов [12]. Однако в определенных условиях, особенно на малых курсовых углах в период зондирования объекта ВОН может сохранять относительную стабильность своего положения по отношению к радиолокатору. В таких условиях низкочастотные флюктуации амплитуд отраженных сигналов не наблюдаются (предполагается, что высокочастотные флюктуации амплитуд, обусловленные турбовинтовым эффектом, скомпенсированы известными методами [13]). Вторым фактором, вызывающим амплитудные флюктуации отраженных сигналов, является перестройка несущей частоты излучения. Однако оптимальный шаг перестройки частоты от импульса и импульсу, необходимый для классификации разноразмерных объектов, до сих пор не установлен. По этой причине предлагается использовать при классификации разные величины шагов перестройки (в предлагаемом устройстве от f до Мf), а признак классификации формировать методом усреднений результатов, полученных при разных величинах перестройки частоты.

Сущность новизны технического решения состоит в следующем. Если признак Е формировать на произвольном интервале локации, то невозможно гарантировать, что изменения в амплитудах отраженных сигналов обусловлены лишь изменениями разностей хода волн между РЦ поверхности ВОН при вариациях частот излучения. Эти флюктуации амплитуд могут быть с таким же успехом обусловлены изменениями ракурса локации ВОН, так как время набора данных в массив и существенно и может составлять от 0,1 до 0, 3 с. За это время ВОН может изменить за счет ТН полета свой ракурс на десятые доли градуса, чего вполне достаточно для изменения амплитуды отраженного сигнала на любой из частот излучения. Поэтому либо пороги принятия решения при классификации должны быть адаптированы под условия локации, либо следует согласовать условия наблюдения ВОН с заранее установленными порогами. В предлагаемом устройстве выбран второй из указанных вариантов. А для определения моментов времени, соответствующих стабильному положению ВОН в пространстве, используется параметр А, вычисляемый как сумма разностей амплитуд отражений, полученных на одинаковых (равных) частотах в разные моменты времени. Отсутствие изменений в амплитудах таких отражений говорит о стабильном угловом положении ВОН, что повышает качество классификации по порогам, четко соответствующим именно стабильному положению классифицируемого ВОН.

Новые элементы схемы устройства классификации являются известными и широко применяющимися в современных цифровых радиолокационных устройствах [5-8, 10-12], в том числе в устройствах классификации [1].

Как следует из описания, предлагаемое устройство классификации ВОН с ТН движения имеет преимущества перед прототипом [4], выраженное в том, что классификация проводится с использованием порогов, в точности соответствующих условиям локации ВОН, которые выбираются с помощью введенного нового параметра А, вычисляемого в виде суммы разностей амплитуд отражений, полученных на одинаковых частотах в разные моменты времени.

Источники информации

1. Патент РФ 2144681. МПК⁷ G01S 13/02. Устройство распознавания воздушных целей двухчастотным способом. Бондарев Л.А., Жигунов П.А., Васильченко О.В., Гуреев А.К., Чагрин А.С. Заявка 99110296. Приоритет 19.05.1999. Опубл. 20.01.2000 (аналог).

2. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. - М.: Радио и связь, 1983. 536 с.

3. Доброленский Ю.П. Динамика полета в неспокойной атмосфере. - М.: Машиностроение, 1969. 256 с.

4. Патент РФ 2416106. МПК⁷ G01S 13/02. Устройство классификации воздушных объектов с траекторными нестабильностями движения. Митрофанов Д.Г., Ермоленко В.П., Ткаченко В.П., Прохоркин А.Г., Майоров Д.А., Бортовик В.В. Приоритет 23.11.2009. Опубл. 10.04.2011 (прототип).

5. Радиоэлектронные системы. Справочник. Основы построения и теория / Под ред. Я.Д.Ширмана. - М.: Радиотехника. 2007. 510 с.

6. Теоретические основы радиолокации / Под ред. Я.Д.Ширмана. - М.: Сов. радио, 1970. 560 с.

7. Справочник по основам радиолокационной техники / Под ред. В.В.Дружинина. М.: Воениздат. 1967. 768 с.

8. Справочник по радиолокации. Под ред. М.И.Сколника. Пер. с англ. - М.: Сов. радио, 1967. Т.1. Основы радиолокации. - 456 с.

9. Дроздов Е.А. и др. Многопрограммные цифровые вычислительные машины. - М.: Высшая школа, 1985. с.243-247.

10. Охрименко А.Е. Основы радиолокации и радиоэлектронная борьба. Ч.1. Основы радиолокации. М.: Воениздат, 1983. 456 с.

11. Ширман Я.Д., Горшков С.А., Лещенко С.П., Братченко Г.Д., Орленко В.М. Методы радиолокационного распознавания и их моделирование // Зарубежная радиоэлектроника, 1996. 11. С.3-62.

12. Бартон Д., Вард Г. Справочник по радиолокационным измерениям. Пер. с англ. / Под ред. М.М.Вейсбейна. - М.: Сов. радио, 1976. 392 с.

13. Митрофанов Д.Г., Прохоркин А.Г. Методы компенсации влияния составляющих турбинного эффекта при построении изображений воздушных целей // Радиотехника, 2006. 9. С.32-37.

Устройство классификации воздушных объектов наблюдения с траекторными нестабильностями движения, содержащее последовательно соединенные импульсный генератор, блок гетеродинов, первый смеситель, третий смеситель, усилитель мощности, антенный переключатель, усилитель высокой частоты, второй смеситель, усилитель промежуточной частоты, первый фазовый детектор, первый аналого-цифровой преобразователь, а также содержащее блок линий задержки, состоящий из (М-1) линий задержки, где М - число используемых в устройстве импульсных последовательностей, отличающихся шагом перестройки частоты заполнения от импульса к импульсу, содержащее также блок умножителей частоты, состоящий из (М-1) умножителей частоты, причем умножитель частоты с номером «m», где , имеет коэффициент умножения частоты, равный (m+1), содержащее также генератор несущей частоты, задающий генератор, когерентный гетеродин, фазовращатель, антенну, второй фазовый детектор, второй аналого-цифровой преобразователь, последовательно включенные первое вычислительное устройство, предназначенное для классификации воздушного объекта наблюдения на основании зависимости степени флюктуации амплитуды отраженного сигнала от размеров воздушного объекта наблюдения, и устройство отображения, причем выход блока гетеродинов подключен ко входу первой линии задержки, выход каждой из m-й с первой по (М-2)-ю линии задержки связан со входом соответствующей (m+1)-й линии задержки и входом соответствующего m-го умножителя частоты, выход (М-1)-й линии задержки подключен ко входу (M-1)-го умножителя частоты, выход каждого m-го из (М-1) умножителя частоты связан с соответствующим (m+1)-м из М первых входов первого смесителя, выход которого соединен со входом когерентного гетеродина, выход которого связан со входом фазовращателя и вторым входом второго фазового детектора, первый вход которого подключен к выходу усилителя промежуточной частоты, а выход - к входу второго аналого-цифрового преобразователя, второй вход первого смесителя соединен с выходом задающего генератора, выход фазовращателя связан со вторым входом первого фазового детектора, выход генератора несущей частоты соединен со вторым входом третьего смесителя и вторым входом второго смесителя, вход-выход антенны подключен к вход-выходу антенного переключателя, отличающееся тем, что дополнительно введены второе вычислительное устройство, которое предназначено для составления массива цифровых данных амплитуд сигналов и вычисления показателя, равного сумме разностей амплитуд сигналов, принятых на одинаковых частотах, и соответственно для определения интервала, в котором воздушный объект наблюдения сохраняет относительную стабильность положения, а также дополнительно введен блок накопления и сравнения данных, который предназначен для накопления и сравнения данных с экспериментально установленным порогом, причем первый и второй входы второго вычислительного устройства подключены соответственно к выходам первого и второго аналого-цифровых преобразователей, а выход - к входу блока накопления и сравнения данных, выход которого соединен с входом первого вычислительного устройства.