Радиолокационная станция

Предполагаемая полезная модель относится к технике авиастроения, а также ракетостроения и судостроения. Задачей предполагаемой полезной модели является повышение эффективности обнаружения надводных объектов в условиях помеховых объемно-распределенных сред. Данная полезная модель кроме известного частотно-модулированного канала обнаружения объектов содержит дополнительный поляризационно-разностный канал, позволяющий выделить анизотропный отраженный сигнал от объекта обнаружения на фоне изотропного сигнала от помеховой объемно-распределенной среды. Между каналами организуют систему согласования каналов, позволяющую осуществлять совместную обработку информации от двух каналов, используя для этого коммутатор сигналов от обоих каналов. Положительный эффект достигают за счет использования дополнительного информационного канала. Возможно применение для радиолокационных станций установленных на других динамических объектах, решающих задачу обнаружения объектов на фоне морской и земной поверхности в условиях наличия изотропных объемно-распределенных сред.

Предполагаемая полезная модель относится к радиолокационной технике и может быть использована в авиационной, ракетной и корабельной технике.

Одним из наиболее эффективных средств обнаружения наземных и надводных объектов являются радиолокационные станции (РЛС).

Известна РЛС, содержащая последовательно соединенные приемно-передающий тракт, блок обработки частотно-модулированных радиолокационных сигналов, блок формирования радиолокационного изображения, устройство индикации и регистрации радиолокационного изображения, [7] с.113 рис.2.33, прототип.

Типичной ситуацией при работе радиолокационных станций (РЛС), выполняющих задачи на море, является наличие в зоне обзора объемно-распределенных сред (ОРС) как естественного, так и искусственного происхождения [1]. Являясь источником мешающих отражений, ОРС заметно уменьшают эффективность обнаружения и распознавания надводных объектов (НО) [2]. В случаях, когда интенсивность помех сопоставима с сигналом цели, а их относительные скорости невелики, поляризационные различия между полезными и мешающими отражениями могут быть выражены сильнее, чем другие [3, 4]. Анализ результатов экспериментальных исследований по раздельному приему ортогонально-поляризованных составляющих отраженного сигнала от некоторых НО и ОРС [5] показал, что уровни сигналов, отраженных от ОРС, слабо зависят от поляризации, и в случае равенства ортогональных составляющих в зондирующем сигнале, вертикально и горизонтально-поляризованные компоненты принятых

сигналов отличаются незначительно (поляризационно-изотропное отражение).

Таким образом, в условиях ОРС эффективность данных устройств (РЛС) снижается.

Задачей данной полезной модели является повышение эффективности обнаружения объектов в условиях помеховых ОРС.

Для достижения данной задачи кроме известного частотно-модулированного канала обнаружения объектов, РЛС содержит дополнительный поляризационно-разностный канал, позволяющий выделить анизотропный отраженный сигнал от объекта обнаружения на фоне изотропного сигнала от помеховой объемно-распределенной среды.

Между каналами организуют систему согласования каналов, позволяющую осуществлять совместную обработку информации от двух каналов, используя для этого коммутатор сигналов от обоих каналов.

Сущность решения задачи заключается в следующем. Рассмотрим идею решения задачи на примере надводного корабля.

Геометрические особенности конструкции корабля, обуславливают наличие на нем участков поверхности как с поляризационно-анизотропным, так и с поляризационно-изотропным отражением. Это объясняет различную форму сигналов, принятых по ортогональным каналам. Выявленные в работе [5] различия в преобразовании поляризационного состояния зондирующего сигнала исследованными объектами указали на необходимость использования информационных признаков, базирующихся на разности амплитуд сигналов, принимаемых по ортогональным каналам, и являющихся мерой поляризационной анизотропности объекта.

В данном случае используют информационный параметр, определяемый выражением:

где U_ВП - сумма вертикально-поляризованных составляющих принимаемого сигнала; U_ГП - сумма горизонтально-поляризованных составляющих; К _ПОР - пороговый коэффициент, зависящий от величины U _ВП, t - время.

В запись (1) не включены величины, характеризующие координаты наблюдаемой области, при этом каждому значению t соответствует участок поверхности, определенный ориентацией диаграммы направленности (ДН) антенны при движении носителя РЛС.

Удобство параметра (1), заключается в возможности учета разности амплитуд ортогонально-поляризованных компонентов, при отсутствии необходимости в нормировке для компенсации затухания на трассе. Очевидно, что реализация предлагаемого поляризационно-разностного метода борьбы с мешающими отражениями от ОРС требует как минимум, двух ортогональных каналов в приемном устройстве.

В основе решения о принадлежности наблюдаемого участка поверхности к определенному классу объектов, лежит характер изменения U^* (t). ОРС, как объектам с поляризационно-изотропным отражением, соответствуют малые значения U^*(t). Решение о наличии корабля в зоне обзора принимают путем сравнения полученного сигнала S(U^*,t) c эталонным сигналом цели Q_i(U^*,t) - характеристикой поляризационной анизотропности объекта. В результате формируют признак соответствия сигнала эталону Р, равный единице, если значение ковариационной функции соответствует заданному сходству сигналов, и нулю - если заданного соответствия нет.

Для горизонтальной поляризации сигнал от морской поверхности имеет характерные всплески, что может привести к возникновению

поляризационного контраста [6]. Поэтому осуществляют контроль сигнала фона по вертикальной составляющей U_ВП . Превышение уровня сигнала порогового значения (U _ВПU_ПОР), означает наличие объекта (К _ПОР=1). В противном случае К_ПОР=0.

Для предотвращения срабатывания от мелких плавучестей, характер отражений от которых близок к отражениям от корабля, осуществляют контроль протяженности цели. Время существования сигнала должно быть не менее времени пролета носителем РЛС минимального горизонтального размера цели (способ применим при боковой или переднебоковой ориентации ДН антенны). Введем признак Т=1 при V _ЛА×(t_i-t₀ )L_эт.

Сигнал S(D,,t₀), в котором заложена информация о положении цели, используют потребителем, если признаки Р и Т равны единице (2), т.е. сигнал с заданной точностью совпадает с эталоном, т.е.

Эталоны целей Q_i(U ^*,t) (поляризационные портреты), L_эт и уровня фона U_ПОР для определенных погодных условий хранят в памяти вычислительного устройства.

С целью исключения элементов амплитудного радиолокационного изображения, пространственно соответствующих ОРС, и получения характерных поляризационных отношений в сигналах целей, как дополнительного материала для анализа в системах распознавания, предлагается включить в работу штатной РЛС дополнительный канал (ДК), реализующий описанный выше поляризационно-разностный метод, через систему согласования каналов.

На фиг 1 изображена структурная схема РЛС с дополнительным каналом.

Предлагаемая радиолокационная станция содержит: последовательно соединенные приемно-передающий тракт (1), блок обработки частотно-модулированных радиолокационных сигналов (2), блок формирования радиолокационного изображения (3), устройство индикации и регистрации радиолокационного изображения (5), дополнительный поляризационно-разностный канал (9, 10), состоящий из последовательно соединенных поляризационно-разностного приемно-передающего устройства (9-1), устройства формирования разностных сигналов (9-2), устройства формирования поляризационно-разностного изображения и его координат (10), при этом каналы объединяют для работы с одним индикатором с помощью системы согласования каналов, состоящей из последовательно соединенных блока согласования каналов (7) и блока формирования радиолокационного изображения (8) с учетом дополнительного канала, для этого используют база эталонов поляризационно-разностного изображения (11), при этом первый выход базы эталонов (11) соединен со вторым входом устройства формирования поляризационно-разностного изображения (10), второй выход соединен с третьим входом блока согласования каналов (7), третий выход соединен с четвертым входом блока формирования радиолокационного изображения (8) системы согласования каналов, второй выход блока обработки радиолокационных сигналов основного канала (2) соединен со вторым входом блока согласования каналов (7), второй выход блока согласования каналов (7) соединен со вторым входом устройства формирования разностных сигналов (9-2), третий выход блока согласования каналов соединен со вторым входом коммутатора (4), первый вход которого соединен с выходом блока формирования радиолокационного изображения основного канала (3), первый выход его соединен с устройством индикации (5), второй выход соединен со вторым входом блока формирования радиолокационного изображения (8) системы согласования каналов,

выход данного блока соединен со вторым входом устройства индикации и регистрации радиолокационного изображения (5).

Работа предлагаемой радиолокационной станции заключается в следующем: с антенны принятый сигнал поступает на вход приемо-передающего тракта, а с выхода его на блок обработки радиолокационных сигналов (2). С его выхода сигнал поступает на вход блока формирования радиолокационного изображения (3).

С выхода блока (3) сигнал радиолокационного изображения (РЛИ) подают на вход индикатора (5).

Дополнительный канал (блоки (9-1), (9-2), (10), (11)) позволяют построить поляризационно-разностное изображение НО, которое через коммутатор (4) заменяет РЛИ, построенное на основе информации основного канала (блоки (1), (2), (3), (5)).

Для согласования работы каналов используют систему согласования каналов, имеющую ряд блоков (7), (8).

Система согласования каналов, работающая на основе информации, поставщиками которой являются бортовые информационные системы (блок 6), служит для расчета момента включения дополнительного канала и определения участков изображения, к которым целесообразно применить совместную обработку изображений. Переменные коэффициенты, входящие в состав алгоритмов принятия решения по управлению совместной работой, формируют на основе данных базы эталонов (блок 11), в которой прописано соответствие входной информации (блок 6) режимам совместной работы дополнительного канала и штатной РЛС и правила формирования изображения в блоке(8).

Устройство формирования поляризационно-разностного изображения (блок 10) работает в двух режимах: получение разностного изображения Р₂(x,y) и формирование «нулей» в области отражений

от ОРС P₃(x,y). Элементы Р₃(x,y)=0, при выполнении условия (3), в противном случае P₃(x,y)=1,

где U_ГП, U _ВП - амплитуды сигналов, принятых по горизонтальному и вертикальному каналам приемного устройства; , - минимально возможные амплитуды сигналов, соответствующих ОРС; U^*ПОР - максимальная анизотропность сигналов, соответствующих ОРС.

В блоке (8) происходит согласование систем координат РЛИ РЛС и РЛИ ДК и формирование изображения Р₄(х,y). Элементы изображения Р ₄(х,y)=Р₁(х,y), при Р ₃(х,y)=1. Р₄(х,y)=0, при Р ₃(х,y)=0. Сигнал P₄(х,y) передают потребителю (блок 5) в случае, если в системе согласования, исходя из условий наблюдения, принимают решение о переводе состояния коммутатора (блок 4) в положение, обеспечивающее передачу РЛИ через блок (8). Так происходит устранение влияния мешающих отражений от ОРС.

Изображение, содержащее поляризационные распределения отражений на участке наблюдения, в блоке (1)0 преобразуют в изображение Р₂(х,y) - совокупность отметок целей, полученных при сравнении сигналов с эталонами. После согласования координат в блоке (8), P₂(х,y) передают без преобразований потребителю (блок 5), где используется для поляризационного «подкрашивания» РЛИ.

Таким образом, предлагаемая полезная модель технически реализует предложенный поляризационно-разностный метод, основанный на использовании информационного параметра, величина которого зависит от разности ортогонально-поляризационных компонентов принимаемого сигнала, что позволяет выделить сигнал от НО на фоне сигнала, отраженного от ОРС.

Литература

1. Винокуров В.И. Морская радиолокация / под ред. В.И.Винокурова. - Л.: Судостроение, 1986.

2. Ширман Я.Д. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех / Я.Д.Ширман, В.Н.Манжос. - М.: Радио и связь, 1981.

3. Козлов А.И. Некоторые свойства ковариационной матрицы рассеяния / А.И.Козлов, Ю.М.Демидов // Радиотехника и электроника. - 1976. - Т.21. - №11.

4. Козлов А.И. Поляризация сигналов в сложных транспортных радиоэлектронных комплексах / А.И.Козлов, В.А.Сарычев. - СПб.: Хронограф, 1994.

5. Белкин К.А. Поляризационно-разностный метод борьбы с пассивными помехами в зоне самообороны корабля / К.А.Белкин, В.Т.Филатов // Материалы 15 Всероссийской научно-технической конференции. - Иркутск: ИВВАИУ, - 2007.

6. Справочник по радиолокации: В 4-х т.; пер. с англ. / под. ред. М.Сколника. - М.: Сов. радио, 1976. - T.1 - 456 с.

7. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации - М.: Радио и связь, 1983

Радиолокационная станция, содержащая последовательно соединенные приемно-передающий тракт, блок обработки частотно-модулированных радиолокационных сигналов, блок формирования радиолокационного изображения, устройство индикации и регистрации радиолокационного изображения, отличающаяся тем, что установлен дополнительный поляризационно-разностный канал, состоящий из последовательно соединенных поляризационно-разностного приемно-передающего устройства, устройства формирования разностных сигналов, устройства формирования поляризационно-разностного изображения и его координат, при этом каналы объединяют для работы с одним индикатором с помощью системы согласования каналов, состоящей из последовательно соединенных блока согласования каналов и блока формирования радиолокационного изображения с учетом дополнительного канала, для этого используют базу эталонов поляризационно-разностного изображения, при этом первый выход базы эталонов соединен со вторым входом устройства формирования поляризационно-разностного изображения, второй выход соединен с третьим входом блока согласования каналов, третий выход соединен с четвертым входом блока формирования радиолокационного изображения системы согласования каналов, второй выход блока обработки радиолокационных сигналов основного канала соединен со вторым входом блока согласования сигналов, второй выход блока согласования сигналов соединен со вторым входом устройства формирования разностных сигналов, третий выход блока согласования каналов соединен со вторым входом коммутатора, первый вход которого соединен с выходом блока формирования радиолокационного изображения основного канала, первый выход его соединен с устройством индикации, второй выход соединен со вторым входом блока формирования радиолокационного изображения системы согласования каналов, выход данного блока соединен со вторым входом устройства индикации и регистрации радиолокационного изображения.