Способ обнаружения и распознавания объектов

 

Изобретение относится к технике обнаружения и распознавания объектов, функционирование которых сопровождается электрическими разрядами. Его использование в системах предупреждения самолетов о пуске ракет, системах обнаружения самолетов "Стелс" и подобных им системах позволяет обнаруживать и распознавать объекты, при функционировании которых происходят электрические разряды. Этот технический результат достигается благодаря тому, что в способе обнаружения и распознавания объектов, заключающемуся в том, что принимают электромагнитное излучение, генерируемое на объекте, измеряют параметры принятого электромагнитного излучения, сравнивают измеренные параметры с заранее заданными эталонами и при их совпадении с заданной поверхностью выносят решение о распознавании объекта, в качестве генерируемого на объекте электромагнитного излучения принимают излучение от электрических разрядов, возникающих при функционировании упомянутого объекта, а также излучение от частей объекта, с которых происходят эти разряды. При этом в качестве измеряемых параметров могут быть использованы как временные, так и спектральные параметры принятого электромагнитного излучения, а при сравнении измеренных параметров с заранее заданными эталонами определяют характерные геометрические размеры упомянутого объекта. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к технике обнаружения и распознавания объектов, функционирование которых сопровождается электрическими разрядами, в том числе искровыми.

Функционирование многих объектов сопровождается электрическими разрядами, в том числе искровыми. Такие разряды могут происходить как между отдельными частями объектов, так и с объектов в окружающее их пространство. Примерами первых являются разряды от автомобилей, электровозов, электродвигателей и т. п. в которые искровые разряды проскакивают между частями, к которым приложены высокое напряжение. Примерами вторых являются разряды с корпусов ракет, самолетов и других объектов, на которых накапливаются электрические заряды в результате трения об воздух, работы двигателей, сопровождающейся появлением токов, или других причин, и эти заряды могут стекать только в окружающее пространство.

Однако обнаружение и распознавание подобных объектов по радиоизлучением от самих электрических разрядов и/или от частей объектов, с которых стекают электрические заряды, до сих пор не применялось, хотя методы пассивной пеленгации различных излучений широко известны. Так, например, в патенте США N 3723959, G 01 S 3/00, 1973, описан способ индикации акустических или электромагнитных сигналов, таких как шум винта судна, звук от образующейся перед судном волны, либо излучение радиоаппаратуры на борту транспортного средства. В патенте ЕПВ N 0253277 G 01 S 11/00, 1988, описан пассивный способ оценки данных цели, движущейся в воде и непрерывно излучающей сигналы в звуковом диапазоне. В патенте Франции N 2168592, G 01 S 3/00, 1973, представлен способ пассивного слежения телевизионной системой за объектом, отражающим или излучающим видимый свет. Однако все эти способы не позволяют обнаруживать и распознавать объекты, функционирование которых сопровождается появлением электрических разрядов.

Наиболее близким к настоящему изобретению является способ обнаружения и распознавания объектов, реализуемый в патенте США N 4236159, G 01 S 3/00, 1980. Этот способ заключается в том, что принимают электромагнитное излучение, генерируемое на объекте, измеряют параметры принятого электромагнитного излучения, сравнивают измеренные параметры с заранее заданными эталонами и при их совпадении с заданной достоверностью выносят решение о распознавании объекта. При этом данный радиопеленгатор принимает радиоизлучения, являющиеся продуктом работы специальной радиоаппаратуры, установленной на борту пеленгуемого объекта (системы радиосвязи, активного радиолокатора, радионавигационной радиоаппаратуры и т.п.).

Однако и этот способ не позволяет обнаруживать и распознавать объекты, функционирование которых сопровождается электрическими разрядами.

Поэтому задачей настоящего изобретения является обеспечение способа обнаружения и распознавания подобных объектов.

Для решения этой задачи в способе обнаружения и распознавания объектов, заключающемся в том, что принимают электромагнитное излучение, генерируемое на объекте, измеряют параметры принятого электромагнитного излучения, сравнивают измеренные параметры с заранее заданными эталонами и при их совпадении с заданной достоверностью выносят решение о распознавании объекта, в качестве генерируемого на объекте электромагнитного излучения принимают излучение от электрических разрядов, возникающих при функционировании объекта, а также излучение от частей объекта, с которых происходят эти разряды.

В качестве параметров принятого электромагнитного излучения могут измерять его временные и/или спектральные параметры.

В качестве временных параметров принятого электромагнитного излучения могут измерять, по меньшей мере, период хотя бы одного колебания в импульсе, порождаемым упомянутым электрическим разрядом, а кроме того временной интервал между отдельными электрическими разрядами и вобуляцию этого временного интервала.

В качестве специальных параметров принятого электромагнитного излучения могут измерять положение максимума в спектре электромагнитного излучения от электрических разрядов на оси частот, а кроме того ширину спектра электромагнитного излучения от электрических разрядов.

При этом при сравнении измеренных параметров с заранее заданными эталонами определяют характерные геометрические размеры объекта, а по ним - тип объекта, или эти геометрические размеры позволяют определить характер данного объекта ("персонифицировать" этот объект).

Из существующего уровня техники неизвестны способы с вышеуказанной совокупностью существенных признаков, что позволяет считать данный способ соответствующим условию патентоспособности "новизна". Из существующего уровня техники неизвестны также способы с совокупностью вышеуказанных отличительных признаков, что позволяет считать данный способ соответствующим условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется следующими чертежами, где на фиг. 1 показано возникновение электромагнитного излучения, возникающего вследствие электрических разрядов из металлического стержня в окружающее пространство; на фиг. 2 форма электромагнитных колебаний для случая, представленного на фиг. 1; на фиг. 3 случай появления электрических разрядов при полете ракеты; на фиг. 4 форма электромагнитных колебаний для случая, представленного на фиг. 3; на фиг. 5 блок-схема одноканального устройства для реализации способа по изобретению; на фиг. 6 блок-схема многоканального устройства для реализации способа по изобретению.

Обнаружение и распознавание объекта, при функционировании которого появляются электрические разряды, основано на том факте, что электрический разряд (проскакивание искры, в частности) сопровождается радиоизлучением в окружающее пространство. Параметры радиоизлучения определяются как величинами электрических зарядов, интервалами, с которыми они следуют, так и геометрическими параметрами объекта в районе возникновения разряда и электрическими характеристиками этого объекта.

Если электрический разряд 1 (фиг. 1) происходит из металлического стержня 2 в свободное пространство, то этот процесс сопровождается радиоизлучением 3 с длиной волны, вдвое превышающей длину L стержня 2, т.е. λ 2L. Этот стержень можно рассматривать как антенну типа полуволнового вибратора, а разряд как запитку этого вибратора ударным возбуждением, осуществляемую на краю антенны. На фиг. 1 позицией 4 обозначено показанное пунктиром распределение напряженности электрического поля по длине стержня 2, а на фиг. 2 позицией 5 обозначен импульс тока i(t) возбуждения стержня 2 от искры 1. Ввиду низкой добротности такой антенны число периодов колебаний S(t) обозначенных позицией 6, в излучаемом сигнале невелико и составляет 3-5 периодов (см. фиг. 2). Измеряя величину периода колебаний в принятом сигнале, можно вычислить длину волны излучаемого сигнала и, следовательно, судить о размере излучающего объекта, т.е. получать информацию для его распознавания.

Этот признак особенно важен при защите самолетов и вертолетов от террористов, стреляющих по ним переносными ракетами класса "земля-воздух" (типа "Стингер", "Стрела", "Игла" и т.д.). Работа двигателя 7 ракеты (фиг. 3) сопровождается электрическими разрядами 8 с сопла двигателя на выхлопную струю 9 и разрядами 10 с аэродинамических рулей 11 и корпуса 12 ракеты в свободное пространство. Электрический заряд на корпусе 12 ракеты возникает в результате образования свободных электронов при работе двигателя 7 и в результате появления на поверхности ракеты электростатического электричества от трения обшивки ракеты о воздух в процессе ее полета. Электромагнитные излучения с аэродинамических рулей 11 и с корпуса 12 ракеты обозначены соответственно позициями 13 и 14. На фиг. 4 позициями 15 и 16 обозначены соответственно импульсы разрядов с аэродинамических рулей и возбуждаемые ими колебания, а позициями 17 и 18 соответственно импульсы разрядов с корпуса ракеты и возбуждаемые ими колебания. По факту излучения и набору типов сигналов можно судить о пуске ракеты и даже о том, отработал ли ее двигатель, а следовательно, и грубо о расстоянии до этой ракеты.

Полет самолетов, созданных по технологии "Стелс", сопровождается накоплением на их поверхности больших по величине электростатических зарядов, поскольку поверхность таких самолетов покрыта радиопоглощающим материалом, представляющим собой диэлектрик. Трение диэлектрика о воздух приводит к появлению диэлектрического электричества, стеканию его с поверхности самолета, в том числе с помощью электрических (в частности, искровых) разрядов, а следовательно, к возникновению радиоизлучения от этих разрядов и демаскированию такого самолета.

Таким образом, рассматриваемый в данном изобретении способ обнаружения и распознавания объектов состоит из такой последовательности операций: принимают электромагнитное излучение от электрических разрядов (любого типа), возникающих при функционировании интересующего объекта, а также электромагнитное излучение от частей объекта, с которых эти разряды происходят; измеряют параметры принятого электромагнитного излучения, в качестве которых могут использоваться временные и/или спектральные параметры; сравнивают измеренные параметры с заранее заданными эталонами; при совпадении в процессе сравнения измеренных параметров с соответствующими эталонами с заданной степенью достоверности выносят решение о распознавании объекта.

Из ранее представленного механизма возникновения электрических зарядов в процессе функционирования объекта, подлежащего обнаружению и распознанию, вытекает следующее.

В качестве временных измеряемых параметров электромагнитного излучения от электрических разрядов целесообразно использовать по меньшей мере период хотя бы одного колебания в импульсе, порождаемым упомянутым электрическим разрядом. Кроме того, в качестве таких временных параметров можно использовать временной интервал между отдельными электрическими разрядами и вобуляцию этого временного интервала (см. фиг. 4).

В качестве спектральных измеряемых параметров электромагнитного излучения от электрических разрядов целесообразно использовать положение максимумов в спектре электромагнитного излучения от упомянутых электрических разрядов на оси частот. Кроме того, в качестве таких спектральных параметров можно использовать ширину спектра электромагнитного излучения от упомянутых электрических разрядов.

Хотя временные и спектральные параметры любого сигнала связаны между собой преобразованиями Фурье, однако при измерении амплитудного спектра происходит потеря фазовых соотношений сигналов, поэтому спектральные измерения содержат меньше информации, чем временные.

При необходимости обнаруживать и/или распознавать несколько различных объектов необходимо задать заранее столько же наборов соответствующих эталонов.

Данный способ обнаружения и распознавания объектов может быть реализован с помощью существующих устройств (см. например, устройства в вышеупомянутых патентах). В общем случае устройство для реализации рассматриваемого способа может быть выполнено в соответствии с фиг. 5. Данное устройство для обнаружения и распознавания объектов состоит из соединенных последовательно антенны 19, принимающей радиоизлучение от объекта, с которого происходят электрические разряды, усилителя 20, измерителя 21 периодов сигналов и блока 22 распознавания, в который входят соединенные между собой схема 23 сравнения параметров и банк 24 данных.

Функционирование такого устройства осуществляется следующим образом. Принятые антенной 19 радиосигналы после усиления в усилителе 20 поступают на измеритель 21 периода сигналов. Если по условиям применения объекта, с которого происходят электрические разряды, излучающие электромагнитные сигналы только с одним значением периода (или близким к одному в течение времени действия сигнала), то измеритель 21 периодов сигналов состоит из одного канала, охватывающего весь возможный диапазон периодов (или частот) колебаний сигналов. Если же функционирование объекта, подлежащего обнаружению или распознаванию, сопровождается стеканием электрических зарядов в нескольких местах, то устройство должно быть многоканальным, как показано на фиг. 6. При этом на выходе усилителя 20 установлены параллельно полосовые фильтры 25, полосы пропускания которых перекрываются своими краями и покрывают весь возможный диапазон частот излучений от электрических разрядов. На выходе каждого фильтра 25 установлен свой измеритель 21 периода сигналов.

В качестве такого измерителя 21 периода сигналов может использоваться измеритель сигнала времени, соответствующего половине периода колебания. Такой измеритель вначале путем усиления-ограничения превращает синусоидальное колебание в прямоугольное, затем фронтами, например, положительной полуволны запускается и останавливается счетчик тактовых импульсов. Количество тактовых импульсов с известным периодом повторения на выходе счетчика импульсов характеризует период колебания. Далее, совокупность измеренных периодов колебаний, их изменение во времени (если таковое имеется у объекта) и другие параметры, вычисляемые через указанные, сравниваются в схеме 23 сравнения блока 22 распознавания с заложенными заранее в его банк 24 данных параметрами различных объектов, и на выходе блока 22 выдается ответ, от объекта какого типа был принят измеренный сигнал. Блок 22 распознавания целесообразно реализовать на элементах цифровой техники, либо в виде процессора, работающего по соответствующей программе (как это имеет место в устройствах по вышеуказанным патентам).

Таким образом, настоящий способ обнаружения и распознавания объектов, при функционировании которых происходит появления электрических разрядов любого типа, реализуем, т. е. соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Использование рассмотренного способа позволяют создать, к примеру, системы предупреждения самолетов о пуске ракет, системы обнаружения самолетов "Стелс", а также и иные системы обнаружения и распознавания объектов, при функционировании которых происходят электрические разряды.

Формула изобретения

1. Способ обнаружения и распознавания объектов, заключающийся в том, что принимают электромагнитное излучение, генерируемое на объекте, измеряют параметры принятого электромагнитного излучения, сравнивают измеренные параметры с заранее заданными эталонами и при их совпадении с заданной достоверностью выносят решение о распознавании объекта, отличающийся тем, что в качестве генерируемого на объекте электромагнитного излучения принимают излучение от электрических разрядов, возникающих при функционировании упомянутого объекта, а также излучение от частей объекта, с которых происходят эти разряды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве параметров принятого электромагнитного излучения измеряют его временные параметры.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве временных параметров принятого электромагнитного излучения измеряют по меньшей мере период хотя бы одного колебания в импульсе, порождаемом упомянутым электрическим разрядом.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что дополнительно измеряют временной интервал между отдельными электрическими разрядами и вобуляцию этого временного интервала.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве параметров принятого электромагнитного излучения измеряют его спектральные параметры.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве спектральных параметров принятого электромагнитного излучения измеряют по меньшей мере положение на оси частот максимумов в спектре электромагнитного излучения от упомянутых электрических разрядов.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что дополнительно измеряют ширину спектра электромагнитного излучения от упомянутых электрических разрядов.

8. Способ по любому из пп.1 7, отличающийся тем, что при сравнении измеренных параметров с заранее заданными эталонами определяют характерные геометрические размеры упомянутого объекта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6