Радиолокационный способ обнаружения аномалий заданного класса

 

Изобретение относится к методам обнаружения и может быть использовано для обнаружения аномалий типа вулканов, облачности, ледяного и снежного покровов, нефтяных пятен и других органических веществ, ветровых волнений, течений на поверхности моря, температурных распределений и других образований искусственного и собственного происхождения. Цель изобретения - повышение эффективности обнаружения аномалий заданного класса. Способ обнаружения включает облучение исследуемого участка поверхности, прием отраженного сигнала, одновременно с приемом отраженного сигнала осуществляют прием излучаемого исследуемым участком радиотеплового сигнала и совместную корреляционную обработку сигналов, дополнительно осуществляют возведение в квадрат принятого отраженного сигнала, накопление этого сигнала и его умножение на первый весовой коэффициент, возведение в квадрат радиотеплового сигнала, накопление этого сигнала и его умножение на второй весовой коэффициент, перемножение принятого отраженного сигнала с сигналом облучения, фильтрацию полученного сигнала и выделение первой квадратурной составляющей отраженного сигнала, переумножение принятого отраженного сигнала с сигналом облучения, сдвинутым по фазе на 90°, фильтрацию полученного сигнала и выделение второй квадратурной составляющей отраженного сигнала, формирование результирующего сигнала путем деления второй квадратурной составляющей на первую квадратурную составляющую дифференцирования результата деления и умножения дифференцированного сигнала на сигнал, получаемый как отношение квадрата первой квадратурной составляющей к сумме квадратов первой и второй квадратурных составляющих при ненулевом значении первой квадратурной составляющей, формирование результирующего сигнала, равного нулю при нулевом значении первой квадратурной составляющей отраженного сигнала, возведение в квадрат результирующего сигнала, его накопление, накопление результирующего сигнала, возведение в квадрат накопленного результирующего сигнала, формирование первого дополнительного сигнала путем вычитания из накопленного возведенного в квадрат результирующего сигнала возведенного в квадрат накопленного результирующего сигнала, умножение на третий весовой коэффициент дополнительного сигнала и сравнение с порогом, при этом весовые коэффициенты соответствуют аномалиям заданного класса. 2 ил.

Изобретение относится к методам обнаружения сигналов и может быть использовано для обнаружения аномалий типа вулканов, облачности, растительного, ледяного и снежного покровов и других органических веществ, ветровых волнений, течений на поверхности моря, температурных распределений и других образований естественного и искусственного происхождения. Эти аномалии обнаруживаются на фоне подстилающей поверхности, например, нефтяное пятно - на фоне относительно чистой (незагрязненной) морской поверхности.

Характерной особенностью этих образований являются не только изменения дисперсий отраженного сигнала, сигнала собственного радиотеплового излучения и распределения частоты доплеровского смещения, но и изменения величины коэффициента взаимной корреляции между сигналами отраженного и собственного радиотеплового излучения. В связи с чем касс аномалий определяется совместным изменением дисперсии отраженного и радиотеплового сигналов, распределения частоты доплеровского смещения σ _{1 ζ} ²,σ _{1 z} ²,σ _{1 ω} ² относительно фоновых значений σ _{0 ζ} ²,σ _{0 z} ²,σ _{0 ω} ² с учетом величины коэффициента взаимной корреляции отраженного и радиотеплового сигналов.

Известен способ обнаружения объектов, выбранный в качестве прототипа, включающий облучение сигналом выбранного участка, прием отраженного сигнала, одновременный с приемом отраженного сигнала, прием излучаемого исследуемым участком поверхности радиотеплового сигнала и совместную корреляционную обработку принятых сигналов.

Недостатком известного способа является то, что он не учитывает различия аномалий по изменению величины коэффициента взаимной корреляции между сигналами отраженного и собственного радиотеплового излучения, т.е. аномальные образования одного и того же класса по величине изменений дисперсий отраженного и радиотеплового сигналов и распределения частоты доплеровского смещения, но с определенным значением для величины коэффициента взаимной корреляции между сигналами отраженного и радиотеплового излучения, могут приводить к дополнительным ложным проявлениям при обнаружении, например, таких аномалий, для которых коэффициент взаимной корреляции не равен нулю.

Целью изобретения является повышение эффективности обнаружения аномалий заданного класса.

Цель достигается тем, что в известном способе дополнительно, после приема отраженного сигнала, осуществляют возведение в квадрат принятого отраженного сигнала, накопление этого сигнала и умножение накопленного отраженного сигнала на первый весовой коэффициент, возведение в квадрат принятого радиотеплового сигнала, накопление этого сигнала и умножение накопленного радиотеплового сигнала на второй весовой коэффициент, перемножение принятого отраженного сигнала сигналом облучения, фильтрацию полученного сигнала и выделение первой квадратурной составляющей отраженного сигнала, переумножение принятого отраженного сигнала с сигналом облучения, сдвинутым по фазе на 90^о, фильтрацию полученного сигнала и выделение второй квадратурной составляющей отраженного сигнала, формирование результирующего сигнала путем деления второй квадратурной составляющей на первую квадратурную составляющую, дифференцирования результата деления и перемножения дифференцированного сигнала с сигналом, получаемым как отношение квадрата сигнала первой квадратурной составляющей на сумму квадратов первой и второй квадратурных составляющих при ненулевом значении первой квадратурной составляющей, формирование результирующего сигнала, равного нулю при нулевом значении первой квадратурной составляющей отраженного сигнала, возведение в квадрат результирующего сигнала, накопление возведенного в квадрат результирующего сигнала, накопление результирующего сигнала, возведение в квадрат накопленного результирующего сигнала, формирование дополнительного сигнала путем вычитания из накопленного возведенного в квадрат результирующего сигнала возведенного в квадрат накопленного результирующего сигнала, умножение на третий весовой коэффициент дополнительного сигнала и сравнение сигнала с порогом, формирование второго дополнительного сигнала путем перемножения принятых отраженного и радиотеплового сигналов и его накопления, умножения второго дополнительного сигнала на четвертый весовой коэффициент и перед сравнением с порогом осуществляют суммирование умноженных на весовые коэффициенты отраженного радиотеплового первого и второго дополнительных сигналов, при этом весовые коэффициенты соответствуют аномалиям заданного класса.

П р и м е р. Принятый отраженный сигнал представляют в виде: U_отр=U_n cos[ω_о t+ϕ_о+ϕ(t)] , где ω_о - несущая частота; ϕ_о - начальная фаза, ϕ(t)=ω_д(t)˙t- фазовый набег, ω_д- частота доплеровского смещения, возводя в квадрат этот сигнал и накапливая его, получают дисперсию отраженного сигнала: S_ζ= σ²_iζ= U²_отр(t)dt, i=0 или 1.. Возводя в квадрат сигнал собственного радиотеплового излучения U_изл(t) и накапливая его, получают дисперсию этого сигнала S_Z= σ²_iZ= U²_изл(t)dt Умножая сигнал U_отр на облучаемый сигнал U_обл = U_o cos ( ω_о t + ϕ_о), получают новый сигнал 0,5 U_n U_o {cos [2ω_о t + 2ϕ_о + ϕ(t)] и, фильтруя его, оставляют часть U₁= =0,5 U_n U_o cos ϕ(t), которая соответствует первой квадратурной составляющей отраженного сигнала. Умножая сигнал U_отр на облучаемый сигнал, сдвинутый по фазе на 90^о U_обл¹ = U_o cos ( ω_оt +ϕ_о+ 90^o) получают новый сигнал U_n U_o {sin [2 ω_о t + 2 ϕ_о + ϕ (t)]+ + sin ϕ(t)] и, фильтруя его, составляют часть 0,5 U_n U_o sin ϕ(t), которая соответствует второй квадратурной составляющей отраженного сигнала. Разделяя U₂/U₁, дифференцируя его и умножая на сигнал , получают результирующий сигнал U₃ = · ,, который соответствует значению частоты доплеровского смещения. Далее формируется дополнительный сигнал S_ω=σ²_iω= U²₃dt- U₃dt, который соответствует дисперсии распределения частоты доплеровского смещения. Весовые коэффициенты а, b, с и d для умножения накопленных отраженного, радиотеплового, первого и второго дополнительного сигналов определяются из выражений a = ; b = ;; c = , d = .. Перемножая сигналы U_отр и U_изл и накапливая результат, получают второй дополнительный сигнал S_ρ = U_отр(t)·U_изл(t)dt. σ_0ζ², σ_0z², σ_0ω² и ρ_о- фоновые значения дисперсий отраженного и радиотеплового сигналов, распределения частоты доплеровского смещения и коэффициента взаимной корреляции соответственно. σ_1ζ², σ_1z², σ_1ω²и ρ ₁- значения этих параметров в случае аномалий.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы процесса, соответствующего обнаружению аномалий типа: σ_1ζ²> σ_0ζ², σ_1z²> σ_0z², ρ₁>ρ₀, σ_1ω²>> σ_0ω².

Анализ результатов, приведенных на фиг. 2, показывает, что данный способ обеспечивает предварительную фильтрацию аномалий других классов, уменьшая количество ионных обнаружений. Следовательно, данный способ повышает эффективность обнаружения.

Формула изобретения

РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ АНОМАЛИЙ ЗАДАННОГО КЛАССА, включающий облучение исследуемого участка, прием отраженного сигнала, одновременно с приемом отраженного сигнала осуществление приема излучаемого исследуемым участком радиотеплового сигнала и совместную корреляционную обработку двух принятых сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности обнаружения аномалий заданного класса, осуществляют возведение в квадрат принятого отраженного сигнала, накопление этого сигнала и умножение накопленного отраженного сигнала на первый весовой коэффициент, возведение в квадрат радиотеплового сигнала, накопление этого сигнала и умножение накопленного радиотеплового сигнала на второй весовой коэффициент, перемножение принятого отраженного сигнала с сигналом облучения, фильтрацию полученного сигнала и выделение первой квадратурной составляющей отраженного сигнала, перемножение принятого отраженного сигнала с сигналом облучения, сдвинутым по фазе на 90^o, фильтрацию полученного сигнала и выделение второй квадратурной составляющей отраженного сигнала, формирование результирующего сигнала путем деления второй квадратурной составляющей на первую квадратурную составляющую, дифференцирования результата деления и умножения дифференцированного сигнала на сигнал, получаемый как отношение квадрата сигнала первой квадратурной составляющей к сумме квадратов первой и второй квадратурных составляющих при ненулевом значении первой квадратурной составляющей, формирование результирующего сигнала, равного нулю, при нулевом значении первой квадратурной составляющей отраженного сигнала, возведение в квадрат результирующего сигнала, накопление возведенного в квадрат результирующего сигнала, накопление результирующего сигнала, возведение в квадрат накопленного результирующего сигнала, формирование первого дополнительного сигнала путем вычитания из накопленного возведенного в квадрат результирующего сигнала возведенного в квадрат накопленного результирующего сигнала, умножение на третий весовой коэффициент дополнительного сигнала и сравнение сигнала с порогом, формирование второго дополнительного сигнала путем перемножения принятых отраженного и радиотеплового сигналов и его накопления, умножение второго дополнительного сигнала на четвертый весовой коэффициент и перед сравнением с порогом, осуществляют суммирование умноженных на весовые коэффициенты отраженного, радиотеплового, первого и второго дополнительных сигналов, при этом весовые коэффициенты соответствуют аномалиям заданного класса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2