Способ построения двумерного радиолокационного изображения в рлс сопровождения прямолинейно движущейся цели

 

Способ построения радиолокационного изображения (РЛИ) в РЛС с инверсным синтезом апертуры, суммарно-разностной обработкой и узкополосным зондирующим сигналом. Изобретение относится к радиолокационной технике и может применяться для распознавания воздушных целей. Цель изобретения - сократить время получения РЛИ и обеспечить повышение достоверности распознавания цели методом учета в нем признаков РЛИ. Для этого предлагается анализировать доплеровские спектры цели, полученные для разных ракурсов сопровождения, определять доплеровскую частоту центра сопровождения цели (ЦСЦ) и строить РЛИ рассеивающих центров (РЦ) относительно ЦСЦ в четырех квадрантах по вычисленным значениям расстояний от ЦСЦ до РЦ и значениям углов между линейной скоростью вращения РЦ вокруг ЦСЦ и ее радиальной составляющей. РЛИ цели получается в виде совокупности точек или окружностей, радиус которых пропорционален ЭПР РЦ, в системе координат поперечная - продольная дальность. 2 ил.

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано в когерентно-импульсной РЛМ или в РЛС непрерывного излучения для получения двумерного радиолокационного изображения (РЛИ) и распознавания по нему воздушной цели. Известен способ построения двумерного изображения воздушной цели (1), который предполагает использование для зондирования сверхширокополосных сигналов и применения принципа инверсного радиолокационного синтезирования апертуры (ИРСА) в сочетании с алгоритмом адаптивного диаграммоформирования.

Известны также способ построения РЛИ за счет обработки сигналов доплеровских частот, а также устройство для его реализации, которые могут быть применены в отношении воздушной цели, совершающей при прямолинейном движении угловые перемещения вокруг взаимно-ортогональных осей (2). Находясь на одной из осей вращения, локальный рассеивающий центр (РЦ) участвует во вращательном движении только относительно другой оси. Получение РЛИ возможно, если могут быть определены два или несколько таких РЦ, лежащих на одной оси вращения. Данные РЦ будут иметь аналогичные, с точностью до некоторого коэффициента, законы изменения доплеровских частот. На основе этого вычисляются средние значения угловых скоростей и значения корреляционных функций, связанных с ними. Величины корреляционных функций РЦ, вращающихся относительно взаимно-ортогональных осей, позволяют определить положения данных РЦ в двумерной системе координат. Для определения корреляционных зависимостей РЦ в данном способе предложено сопровождать цель десятки, сотни секунд и проводить при этом анализ доплеровских частот, разрешая отдельные РЦ. Известно, что современные методы доплеровского частотного анализа для разрешения отдельных РЦ могут быть реализованы в РЛС сопровождения при значительно меньших временах контакта с целью.

Целью изобретения является сокращение времени построения РЛИ, ведущее к возможности использования признаков РЛИ в распознающих автоматах ЗРК малой дальности, чем достигается повышение достоверности распознавания. Поставленная цель достигается тем, что в РЛС с узкополосным зондированием применяются метод ИРСА и в запоминающем устройстве формируются доплеровские спектры (ДС) отраженного от цели сигнала, полученные для двух различных ракурсов сопровождения через непродолжительный (1-2 с) интервал времени, а затем производится сравнительный анализ полученных ДС, вследствие того, что с изменением ракурса сопровождения гармоники РЦ в ДС будут менять свое положение на оси частот, что обусловлено вторичным эффектом Доплера, можно определить характер и величину изменения доплеровской частоты для каждого из РЦ. За доплеровскую частоту РЦ принимается значение, соответствующее максимуму гармонической составляющей в ДС. Разрешение гармоник РЦ в спектре отраженного сигнала достигается применением метода ИРСА и весовой функции специального вида (например, функции Хэмминга). Изменение доплеровских частот гармоник РЦ происходит за счет относительного вращения РЦ вокруг центра сопровождения цели (ЦСЦ), называемого иначе эффективным центром сопровождения совокупности излучателей. Предлагаемый способ предполагает расчет доплеровской частоты ЦСЦ, которая может быть вычислена при использовании пеленгатора с суммарно-разностной обработкой сигнала из выражения: (1) где f_Δ(α_i) величина сигнала в разностном канале пеленгатора, полученного с направления на i-и РЦ, f_Σ(α_i) величина сигнала в суммарном канале пеленгатора, полученного с направления на i-и РЦ, σ_i эффективная площадь рассеяния (ЭПР) i-го РЦ, δ(ω) дельта-функция от круговой частоты ω,, N количество РЦ на поверхности цели, которые разрешаются при ИРСА.

Для определения характера и величины изменения доплеровской частоты i-го РЦ начало отсчета (нуль) частотной оси переносится в точку, соответствующую значению доплеровской частоты ЦСЦ. Такой перенос позволяет провести анализ изменений, произошедших с составляющими ДС за интервал времени На фиг. 1 видно, что взаимное положение гармоник РЦ в момент t'₀: f'₁, f'₂, f'₃, f'₄ и момент времени t"₀: f"₀, f"₁, f"₂, f"₃, f"₄ в общем случае различно. Это не противоречит физической сущности, так как с течением времени угловое положение РЦ относительно ЦСЦ меняется, а значит, изменяются и проекции линейных скоростей поворота РЦ на линию визирования цели (ЛВЦ), которые определяют положение гармоник РЦ в ДС относительно доплеровской частоты ЦСЦ. С изменением ракурса сопровождения цели радиальная скорость ЦСЦ также будет изменяться. Из этого следует, что определять по формуле (1) доплеровскую частоту ЦСЦ необходимо два раза (в моменты времени t'_o и t"_o, соответствующие серединам интервалов синтезирования). Именно относительно доплеровской частоты ЦСЦ происходит изменение положения гармоник РЦ на оси частот, обусловленное исключительно поворотом совокупности локальных отражателей вокруг ЦСЦ. Сопоставив между собой ДС цели, полученные с помощью ИРСА и смещенные по оси частот на величину, определяемую доплеровской частотой ЦСЦ, определяется характер изменения доплеровской частоты i-го РЦ, по которому данный РЦ относится в один из 4-х квадрантов плоскости изображения. Плоскость изображения в пространстве реально будет представлять собой плоскость, перпендикулярную оси вращения и проходящую через вектор линейной скорости и ЛВЦ. Отнесение РЦ в различные квадранты производится по следующему правилу: 1 квадрант частота гармоники положительная, т.е. больше частоты ЦСЦ и расчет по абсолютному значению, 2 квадрант частота гармоники отрицательная, т.е. меньше частоты ЦСЦ и уменьшается по абсолютному значению, 3 квадрант частота гармоники отрицательная и увеличивается по абсолютному значению, 4 квадрант - частота гармоники положительная и уменьшается по абсолютному значению. Для угла γ между вектором скорости цели и ЛВЦ справедливо γ = Arccos(v_r/v) (2), где v_r радиальная скорость цели. Если обозначить через разность вторичных доплеровских частот i-го РЦ в моменты времени t"_o и t'_o, то разность радиальных скоростей i-го РЦ в указанные моменты времени определяется
Δv_ri(Δt)= λΔF_gi(Δt)/2 (3),
где λ длина волны зондирующего сигнала.

Интервал времени Dt не должен превышать 1-2 с для того, чтобы гармоники ДС, соответствующие определенным РЦ, с достаточной вероятностью не менялись местами, а лишь смещались по оси частот. Значения центральных частот гармоник РЦ в ДС запоминаются, а сами гармоники нумеруются. Для гармоник с одинаковыми номерами определяется знак частоты Доплера относительно доплеровской частоты ЦСЦ и знак разности ΔF_gi(Δt) Это позволяет определить квадрант, в котором строится РЛИ-го РЦ, и выбрать правило построения РЛИ. После выбора квадранта производится расчет величины угла между линейной и радиальной скоростями i-го РЦ. Поясняя расчетные зависимости для РЦ, отнесенного в 1 квадрант, рассмотрим фиг.2. Здесь ζ_1i и ζ_2i обозначены углы между линейной скоростью поворота i-го РЦ V_i и ее проекцией на ЛВЦ V_ri в моменты времени t'_o и t"_o. Выбранный для анализа i-й РЦ расположен на удалении ρ_i от ЦСЦ. Угол Δγ соответствует изменению ракурса локации цели за время Dt и рассчитывается по формуле
Δγ= Δtγʹ= Δtvsinγ/R, (4)
где γʹ = vsinγ/R угловая скорость поворота цели, R наклонная дальность до цели.

Из фиг.2 видно, что
(5)
Но ζ_1i-ζ_2i= Δγ, откуда
sin[(ζ_1i-ζ_2i)/2] =sin(Δγ/2)..

Кроме того
sin[(ζ_1i+ζ_2i)/2] =sin(ζ_2i+Δγ/2)..

Величина угла ζ_2i рассчитывается по формуле:
(6)
Таким образом
(7)
Решая уравнение (7) относительно ρ_i, получим:
(8)
Зная расстояние ρ_i от i-го РЦ до ЦСЦ, вычисляется линейная скорость данного РЦ:
(9)
Учитывая, что угол ζ_ri определяется как
(10)
или в значениях доплеровской частоты
(11)
Функция Arccos в (11) содержит величины, известные из сравнения ДС. Проведя рассуждения для РЦ, отнесенных при анализе в другие квадранты, получаются аналогичные результирующие выражения. Величина через значения доплеровских частот выражается как
(12).

Формирование РЛИ всего объекта производится следующим образом: при отнесении i-го РЦ в соответствующий квадрант, в данном квадранте определяется точка, лежащая на дуге окружности радиуса ρ_i, касательная в которой к этой дуге составляет с радиальным направлением для 1 и 4 квадрантов и сему противоположным для 2 и 3 квадрантов угол, рассчитанный в соответствии с (11). В плоскости изображения формируется совокупность точек по числу гармоник в ДС. Так как интенсивность спектральных составляющих ДС пропорциональна величине , то учитывая некоторый масштабный коэффициент, можно вычислить локальную ЭПР каждого РЦ. Для большей информативности РЛИ предлагается проводить вокруг точки, соответствующей i-му РЦ, окружность, радиус которой пропорционален его ЭПР. РЛИ соответствует реальной геометрической конфигурации цели в двумерной системе координат "азимут наклонная дальность". Полное время, затрачиваемое на построение РЛИ, определяется интервалами, необходимыми для двух последовательных операций по инверсному синтезированию апертуры и временем, необходимым для незначительного изменения (не более 0,5) ракурса сопровождения цели между ними. Интервал времени синтезирования не должен превышать 1 с, а время на изменение ракурса составляет 1-2 с. Весь цикл обработки сигнала для формирования РЛИ цели занимает не более 3,5 секунд, что соответствует требованиям своевременного распознавания цели РЛС.

Используемая литература
1. Стайнберг Б.Д. Формирование РЛИ самолета в диапазоне СВЧ. Пер. с англ. ТИИЭР. 1988, N 12, Т.76, стр. 26-46.

2. Заявка 2189962. Великобритания, МКИ G 01 S 13/89, оп. 4.11.87.

Формула изобретения

Способ построения двумерного радиолокационного изображения в РЛС сопровождения прямолинейно движущейся цели, заключающийся в том, что анализируют доплеровские частоты сигнала, отраженного совокупностью рассеивающих центров цели, отличающийся тем, что при сопровождении прямолинейно движущейся цели для двух равных, но смещенных на 1 2 с интервалов инверсного радиолокационного синтезирования апертуры (не превышающих 1 с), выделяют сигналы цели, содержащие спектры доплеровских частот, соответствующие серединам интервалов определяют доплеровскую частоту сигнала, соответствующую центру сопровождения цели G(ω) в данные моменты времени, определяют угловую скорость поворота цели γʹ, определяют изменения доплеровских частот сигналов, отраженных от локальных рассеивателей цели относительно G(ω) и квадранты картинной плоскости, соответствующие определенным рассеивателям, рассчитывают значения расстояний ρ_i от центра сопровождения цели до i-го рассеивателя и углов ζ_i между линейной скоростью его вращения вокруг центра сопровождения цели v_i и ее радиальной составляющей по формулам


где соответственно доплеровские частоты i-го рассеивателя относительно частоты Доплера центра сопровождения цели в моменты
;
Δγ = Δtvsinγ/R изменение ракурса сопровождения цели за интервал времени
v линейная скорость полета цели;
R наклонная дальность до цели;
γ ракурс сопровождения цели;
gʹ угловая скорость поворота цели вокруг центра сопровождения цели, i 1,2. число локальных рассеивателей;
λ длина волны зондирующего узкополосного сигнала,
и в двумерной системе координат азимут-дальность формируют совокупность точек по числу локальных рассеивателей по следующему правилу: при отнесении i-го рассеивателя в соответствующий квадрант, в данном квадранте определяется точка, лежащая на дуге окружности радиуса r_i, касательная в которой к этой дуге составляет с радиальным направлением для первого и четвертого квадрантов и ему противоположным для второго и третьего квадрантов угол ζ_i, а вокруг этой точки проводится окружность, радиус которой пропорционален эффективной площади рассеяния i-го локального рассеивателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2