Радиолокационное устройство распознавания воздушных целей

 

Радиолокационное устройство распознавания воздушных целей. Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано в РЛС сопровождения целей. Цель изобретения - повысить вероятность правильного радиолокационного распознавания воздушных целей. Для решения поставленной задачи в схему известного устройства предложено дополнительно ввести блок распознавания, состоящий из квадратора, 1-й и 2-й линий задержки, 1-го и 2-го амплитудных накопителей со сбросом, генератора импульсов сброса, сумматора, двухполупериодного выпрямителя, делителя, коммутатора и блока идентификации, а в состав приемопередатчика устройства ввести коммутатор и делитель частоты с соответствующим изменением межблочных связей. Это позволяет за счет использования информативного признака распознавания, анализирующего величины изменения уровней сигналов, отраженных целями на каждой паре смежных углов пеленга при случайных рысканиях, тангажах и кренах обеспечить высокую достоверность распознавания. 1 ил.

Устройство относится к радиолокационной технике и может быть использовано для распознавания воздушных целей различных классов.

Известно устройство распознавания радиолокационных целей, содержащее последовательно соединенные генератор, 1-й умножитель частоты, усилитель мощности, антенный переключатель и антенну, причем выход генератора связан также со входом второго умножителя частоты и первым входом фазового детектора, выход которого соединен со входом индикатора, а второй вход с выходом усилителя промежуточной частоты, вход которого подключен к выходу смесителя, первый и второй входы которого связаны соответственно с выходом второго умножителя частоты и антенного переключателя, а второй вход усилителя мощности соединен с выходом импульсного модулятора [1] Это устройство обеспечивает обнаружение перемещающихся искусственных целей на фоне подстилающей поверхности, а также их распознавание на основе эффекта Доплера. Однако оно не может обеспечить обнаружение и распознавание неподвижных целей на фоне подстилающей поверхности.

Известно также радиолокационное устройство распознавания целей [2] состоящее из индикатора и приемопередатчика, содержащего генератор, импульсный модулятор, усилитель мощности, антенный переключатель, антенну, первый и второй смесители, гетеродин, усилитель промежуточной частоты и фазовый детектор. При этом гетеродин, смесители, усилитель промежуточной частоты и фазовый детектор входят в состав приемника, генератор связан своим выходом с первым входом первого смесителя и первым входом усилителя мощности, выход которого соединен с антенной через антенный переключатель, выход которого связан с первым входом второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого смесителя, а выход связан с входом усилителя промежуточной частоты, выход которого подключен ко второму входу фазового детектора, выход которого связан с индикатором, а первый вход связан с гетеродином, который также связан с вторым входом первого смесителя, и, кроме того, выход импульсного модулятора соединен со вторым входом усилителя мощности.

Данное устройство не обеспечивает высокую эффективность распознавания воздушных целей, так как оно не может распознавать неподвижные или малоподвижные цели на фоне местных предметов и метеообразований, а также цели, имеющие одинаковые радиальные составляющие вектора скорости.

Целью изобретения является повышение вероятности правильного распознавания воздушных целей за счет использования высокоинформативного параметра (признака) распознавания, выражающего интенсивность изменения амплитуды отраженного сигнала в зависимости от ракурса локации, конфигурации и размеров цели.

Для достижения указанной цели в состав известного устройства распознавания дополнительно вводят блок распознавания, состоящий из квадратора, 1-й и 2-й линий задержки, 1-го и 2-го амплитудных (емкостных) накопителей со сбросом [3, с. 505] генератора импульсов сброса, сумматора, двухполупериодного выпрямителя, делителя, коммутатора и блока идентификации, а в состав приемопередатчика дополнительно вводят коммутатор и делитель частоты. При этом в приемопередатчике выход импульсного модулятора подключается, во-первых, ко входу генератора, выход которого связывается со входом антенного переключателя, а во-вторых, ко входу делителя частоты, выход которого связывается со вторым (управляющим) входом коммутатора, выход которого является выходом приемопередатчика, а первый вход подключен к выходу приемника. Выход коммутатора приемопередатчика соединяется со входом квадратора, выход которого связан одновременно с инверсным входом сумматора, входом первой линии задержки и первым входом первого амплитудного накопителя со сбросом. Выход 1-й линии задержки соединяется с прямым входом сумматора, выход которого связывается со входом двухполупериодного выпрямителя, выход которого подключен к первому входу 2-го амплитудного накопителя со сбросом. Выходы 1-го и 2-го амплитудных накопителей связываются соответственно с 1-м и 2-м входами делителя, выход которого подключается к 1-му входу коммутатора, выход которого соединяется со входом блока идентификации, а второй управляющий вход с выходом генератора импульсов сброса и входом 2-й линии задержки, выход которой подключается одновременно ко вторым (управляющим) входам 1-го и 2-го амплитудных накопителей со сбросом.

Следует заметить, что на первом входе сумматора 12 предполагается наличие инвертора, который обеспечивает формирование на выходе сумматора напряжения, пропорционального разности сигналов на его втором и первом входах, что необходимо для правильной работы предлагаемого устройства. В отличие от сумматора, на выходе которого амплитуда сигнала определяется как сумма амплитуд сигналов, поданных одновременно на N его входов, амплитудный накопитель формирует на выходе сигнал, равный сумме амплитуд сигналов, поступающих на его вход последовательно.

Предложенное построение схемы позволяет заявляемому устройству повысить качество распознавания воздушных целей разных размеров или конфигураций за счет анализа величин изменения уровней сигналов, отраженных целями на каждой паре смежных углов пеленга при случайных рысканиях, тангажах и кренах.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства распознавания.

Устройство состоит из приемопередатчика 1 и блока распознавания 2.

Приемопередатчик 1 содержит: импульсный модулятор 3, генератор 4, антенный переключатель 5, антенну 6, приемник 7, делитель частоты 8 и коммутатор 9. Импульсный модулятор 3 связан своим выходом со входом делителя частоты 8 и входом генератора 4, выход которого связан со вход-выходом антенны 6 через антенный переключатель 5, выход которого подключен ко входу приемника 7, который содержит в своем составе преобразователи частоты, фильтры, усилители и детектор (на чертеже не показаны). Видеосигнал с выхода приемника 7 поступает на первый вход коммутатора 9, который по сигналам, поданным на его управляющий (второй) вход с выхода делителя частоты 8, осуществляет коммутацию выходного сигнала приемника 7 с выходом коммутатора 9 (входом блока распознавания 2) по закону, определяемому делителем частоты 8.

Блок распознавания 2 содержит: квадратор 10, 1-й амплитудный накопитель со сбросом 11, сумматор 12, 1-ую линию задержки 13, двухполупериодный выпрямитель 14, 2-й амплитудный накопитель со сбросом 15, делитель 16, коммутатор 17, генератор импульсов сброса 18, 2-ю линию задержки 19 и блок идентификации 20. При этом выход коммутатора приемопередатчика 9 подключен ко входу квадратора 10, связанного своим выходом одновременно со входом 1-го амплитудного накопителя 11, входом 1-й линии задержки 13 и инверсным входом сумматора 12, прямым входом которого служит выход 1-й линии задержки 13. Выход сумматора 12 соединен со входом двухполупериодного выпрямителя 14, выход которого связан с первым входом 2-го амплитудного накопителя 15, выход которого подключен ко 2-му входу делителя 16, первым входом которого является выход 1-го амплитудного накопителя 1. Выход делителя 16 связан с 1-м входом коммутатора 17, выход которого соединен со входом блока идентификации 20. Выход генератора импульсов сброса 18 связан одновременно с управляющим входом коммутатора 17 и входом 2-й линии задержки 19, выход которой соединен одновременно с управляющими входами 1-го и 2-го амплитудных накопителей со сбросом 11, 15.

Устройство работает следующим образом.

В приемопередатчике 1 с помощью импульсного модулятора 3 возбуждается высокочастотный генератор 4, вырабатывающий радиосигналы на несущей частоте f₀, которые, пройдя антенный переключатель 5, излучаются в направлении воздушной цели через антенну 6. Отраженный сигнал принимается антенной 6 и через антенный переключатель 5 подается на вход приемного устройства 7, с выхода которого видеосигнал поступает на вход коммутатора 9, который с моменты прихода на его управляющий вход сигнала с выхода делителя 8 осуществляет прямую передачу выходного сигнала приемника 7 на вход блока распознавания 2, а именно на вход квадратора 10.

Коэффициент деления K_д делителя частоты 8 выбирается таким, чтобы полученный (в результате деления им частоты повторения импульсов F_и импульсного модулятора 3) период повторения отселектированных импульсов T_ди обеспечивал поворот воздушной цели, случайно рыскающей в атмосфере с угловой скоростью ω_Ψ,, на угловую величину Dj=ωΨK_д/F_и=ωΨT_ди, которая должна удовлетворять условию фиксации самого узкого лепестка диаграммы обратного рассеяния (ДОР) в 3 4 точках. Так, для самолета протяженностью L 50 м при длине волны λ=2 см ширина лепестка ДОР согласно [4, с. 148] будет равна ΔΘ ≈ λ/(2L) ≈ 0,02/100 ≈ 2×10^-4 ≈ 0,01°. Величина угловой дискретизации в этом случае составит ΔΨ ≈ 0,0025°. Тогда даже при максимальной угловой скорости рыскания, равной 2,5^o/с, период дискретизации будет равен T_ди≈ΔΨ/ωΨ≈10^-3c. Поэтому K_д следует выбирать на основе соотношения K_д≈T_диF_и≈10^-3F_и, то есть для РЛС с частотой повторения F_и=10 кГц получим K_д= 10.

Сигнал на видеочастоте с выхода коммутатора 9 поступает на вход квадратора 10, после преобразования в котором подается на входы трех элементов: 1-го амплитудного накопителя 11, 1-й линии задержки 13 и сумматора 12 (на инверсный вход). На выходе 1-го амплитудного накопителя формируется сигнал, равный сумме квадратов сигналов, пришедших за определенный интервал времени с выхода приемника 7 через коммутатор 9. Линия задержки 13 обеспечивает задержку видеосигнала на время T_ди и, таким образом, подает со своего выхода задержанный сигнал на прямой вход сумматора 12 так, что каждому сигналу i-го момента времени на прямом входе сумматора 12 соответствует сигнал i+1-го (а точнее i+T_ди-го) момента времени на его инверсном входе. На выходе сумматора 12 вырабатываются сигналы, равные разности квадратов отраженных от цели сигналов на каждой паре смежных углов визирования с угловым смещением ΔΨ. Разностные сигналы с выхода сумматора 12 выпрямляются двухполупериодным выпрямителем 14 и подаются на вход 2-го амплитудного накопителя 15, работающего аналогично 1-му. С выхода 2-го амплитудного накопителя 15 сигнал поступает на 2-й вход делителя 16, на 1-й вход которого подается выходной сигнал 1-го амплитудного накопителя 11.

На выходе делителя 16 формируется сигнал, пропорциональный отношению уровней сигналов, поступивших на его 1-й и 2-й входы. Данный сигнал подается на 1-й вход коммутатора 17, который пропускает его на вход блока идентификации 20 только в момент прихода на управляющий вход коммутатора 17 сигнала сброса с выхода генератора импульсов сброса 18, который одновременно, с периодичностью интервала T_c, подает сигналы сброса на вход 2-й линии задержки 19.

Выбор интервала T_c производится с учетом обеспечения анализа достаточного интервала изменения ракурса (угла визирования) цели j. Ширина наиболее узких лепестков диаграммы обратного рассеяния Dq,, как уже было указано, в квазиоптической области отражения определяется зависимостью ΔΘ ≈ λ/(2L), где L расстояние между наиболее удаленными по азимуту локальными рассеивателями на поверхности цели, то есть в сантиметровом диапазоне ΔΘ составляет около 0,01^o. Этому значению соответствует величина угловой дискретизации Dj≈0,0025^o. Полный интервал изменения ракурса цели должен соответствовать угловой величине лепестка ДОР малоразмерной цели, то есть составлять величину порядка 0,25^o. Тогда для цели с минимальной угловой скоростью рыскания, равной, например, 0,5^o/c, импульс сброса должен поступать на управляющие входы 1-го и 2-го амплитудных накопителей 11, 15 через время порядка 0,5 с, определяющее длительность одного цикла распознавания, что соответствует временным нормативам быстродействия устройств распознавания целей в современных РЛС.

По приходу сигнала сброса коммутатор 17 пропускает сигнал с выхода делителя 16 на вход блока идентификации 20, где происходит его сравнение с набором пороговых сигналов для определения класса цели, выбранной для распознавания.

Блок идентификации 20 представляет собой устройство, структурно состоящее из блока хранения порогов, запоминающего устройства, схемы сравнения и табло вывода результатов (на чертеже не показаны). Сигнал с выхода делителя 16 через коммутатор 17 поступает на вход запоминающего устройства, которое подает входной сигнал на 1-й вход схемы сравнения в течение промежутка времени, необходимого для сравнения входного сигнала с набором пороговых сигналов, поступающих поочередно на 2-й вход схемы сравнения. При превышении сигналом запоминающего устройства очередного порога (пороги подаются в порядке убывания) на выход схемы сравнения проходит сигнал, пропорциональный уровню порога. Этот сигнал отключает от схемы сравнения блок хранения порогов и обнуляет выход запоминающего устройства до начала следующего цикла распознавания. Кроме того, этот сигнал поступает на табло вывода результатов, в котором в соответствии с уровнем входного сигнала загорается и встает на самоблокировку индикатор (светодиод, лампа) распознанного класса воздушной цели.

Задержанный во 2-й линии задержки 19 на величину T_ди импульс сброса поступает с ее выхода на управляющий вход 1-го и 2-го амплитудных накопителей 11, 15 для перевода их в нулевое положение, т.е. для подготовки к очередному циклу накопления отраженных сигналов в интересах распознавания целей на основе оценки параметра (признака) Q. Этот параметр в предлагаемом устройстве, за исключением первоначального цикла распознавания, в который попадает первый из отраженных целью импульсов, выражается где U_n амплитуда отраженного целью сигнала на выходе приемного устройства в очередной, отселектированный коммутатором 9, n-й момент времени; N количество отселектированных коммутатором 9 сигналов за интервал времени T_c.

Как видно из формулы, параметр распознавания Q, используемый в предлагаемом устройстве распознавания, является безразмерной величиной, не зависящей от дальности до цели, что позволяет обеспечить хорошее качество селекции целей, сопровождаемых РЛС в широком диапазоне дальностей.

Проведенные заявителем исследования позволили заключить, что вероятность правильного распознавания трех классов целей, сопровождаемых РЛС сантиметрового диапазона на дальностях от 20 до 100 км в диапазоне курсовых углов 0-60^o, углов места 5-45^o и имеющих угловые скорости рыскания 0,5.2,5^o/c, существенно повышается по сравнению с прототипом при использовании предложенного устройства. Исследования были проведены методом математического моделирования для целей, имеющих в своем составе 1, 2, 4, 5, 7 и 8 локальных рассеивателей. Распознавание велось по критерию Неймана-Пирсона при фиксации вероятности ложной тревоги на уровне 0,05.

Таким образом, были подтверждены возможность достижения сформулированной задачи изобретения и целесообразность использования заявляемого объекта в современных и перспективных радиолокаторах.

Формула изобретения

Радиолокационное устройство распознавания воздушных целей, содержащее приемопередатчик, в состав которого входят импульсный модулятор, генератор, антенна, связанная своим входом-выходом с антенным переключателем, выход которого соединен с приемником, отличающееся тем, что дополнительно в состав устройства введен блок распознавания, в состав приемопередатчика коммутатор и делитель частоты, вход которого связан с выходом импульсного модулятора и входом генератора, выход которого связан с входом антенного переключателя, первый вход коммутатора приемопередатчика соединен с выходом приемника, управляющий вход с выходом делителя частоты, а выход, являющийся выходом приемопередатчика, с входом блока распознавания, который включает в себя квадратор, вход которого является входом блока распознавания, первую линию задержки, вход которой связан одновременно с выходом квадратора, входом первого амплитудного накопителя со сбросом и инверсным входом сумматора, прямой вход которого подключен к выходу первой линии задержки, а выход к входу двухполупериодного выпрямителя, выход которого соединен с первым входом второго амплитудного накопителя со сбросом, выход которого соединен с вторым входом делителя, первый вход которого связан с выходом первого амплитудного накопителя, а выход с первым входом коммутатора, выход которого подключен к входу блока идентификации, а управляющий вход к выходу генератора импульсов сброса и входу второй линии задержки, выход которой связан с управляющими входами первого и второго амплитудных накопителей со сбросом.

РИСУНКИ

Рисунок 1