Способ распознавания ложных воздушных целей при двухпозиционном зондировании

 

Изобретение относится к методам обработки радиолокационной информации и может быть использовано в когерентно-импульсных радиолокационных станциях (РЛС) сопровождения для распознавания воздушных ложных целей (ЛЦ) любых типов на фоне реальных. Решение задачи распознавания ЛЦ предлагается проводить двумя разнесенными на местности РЛС, основной и дополнительной, в два этапа. На первом этапе предлагается использовать только основную РЛС и селектировать простейшие ложные цели типа TALD, уголковых отражателей и т.д. Для этого предлагается использовать метод сравнения диаграмм обратного вторичного излучения (ДОВИ), полученных на разных ракурсах локации цели. При совпадении ДОВИ принимается решение о наличии ЛЦ. В противном случае решение о наличии реальной воздушной цели или применении ЛЦ типа MALD уточняется на втором этапе распознавания. Для принятия окончательного решения предлагается производить сравнение ДОВИ, полученных в двух разнесенных на местности основной и дополнительной РЛС. При различии ДОВИ принимается окончательное решение о наличии реальной цели, в противном случае принимается окончательное решение о наличии ЛЦ. Достигаемый технический результат заключается в селекции ЛЦ всех типов, включая современные имитаторы типа MALD. 3 ил.

Изобретение относится к методам обработки радиолокационной информации и может быть использовано в когерентно-импульсных радиолокационных станциях (РЛС) сопровождения для распознавания воздушной ложной цели (ЛЦ).

Известен способ селекции истинных воздушных целей (ВЦ) на фоне ложных по характеру их эффективной площади рассеяния (ЭПР) в многочастотной РЛС [1]. Он основан на том, что ЭПР объекта зависит от трех характеристик: частоты излучаемых сигналов, их поляризации и угла, под которым облучается цель [2]. Суть способа заключается в том, что излучают зондирующие сигналы в направлении цели, по мере отражения от цели запоминают в течение некоторого времени t амплитуды отраженных сигналов. По запомненным амплитудам отраженных сигналов формируют диаграмму обратного вторичного излучения (ДОВИ) цели [2], показывающую зависимость амплитуд отраженных сигналов от изменения ракурса локации цели. Затем анализируют сформированную ДОВИ цели. При этом задаются определенной величиной изменения уровня отраженного сигнала от цели ΔU и измеряют величину изменения ракурса локации цели Δγ, приводящего к заданному изменению амплитуды отраженного сигнала ΔU. Далее сравнивают измеренную величину Δγ изменения ракурса локации с заранее установленным пороговым значением Δγ_пор. В случае превышения порога принимают решение о наличии ЛЦ.

Выбор признака распознавания цели Δγ авторы [1] проводили с учетом следующих соображений. При пеленге простого объекта, например сферы, амплитуда отраженных сигналов не зависит от величины ракурса локации. Если объект сложный (например, самолет), то амплитуды отраженных сигналов характеризуются большими колебаниями при изменении ракурса локации [2]. Для сложной ВЦ характерно, что даже весьма малые изменения ракурса приводят к значительным изменениям амплитуды отраженного сигнала. Колебания амплитуды отраженного сигнала называются флюктуациями [2]. Для получения указанных флюктуаций цель должна сопровождаться радиолокатором в течение некоторого времени Δt. Это дает возможность проследить изменение амплитуды отраженных сигналов в зависимости от изменения ракурса локации цели, что и является признаком распознавания.

Недостатком данного способа является то, что современные ЛЦ типа MALD [3, 4] имеют возможность не только переотражать принятые зондирующие сигналы, но также усиливать их до уровня ЭПР реальной ВЦ, имитируя процесс изменения амплитуды отраженного от ВЦ сигнала с помощью амплитудной модуляции. Указанная амплитудная модуляция позволяет произвести точную имитацию отражений импульсных зондирующих сигналов от сложной многоточечной цели в квазиоптической области отражения. Амплитудная модуляция отраженного сигнала при изменении ракурса локации является характерным признаком реальных воздушных целей, имеющих сложную геометрическую конфигурацию. Таким образом, элементарная ЛЦ, имеющая малую стоимость, но способная имитировать амплитудные флюктуации при отражении радиоволн, по своим признакам ничем не будет отличаться от реальной ВЦ. Значит признак распознавания, используемый в [1], в случае применения ЛЦ типа MALD оказывается неработоспособным.

Задачей изобретения является разработка нового способа селекции ЛЦ на фоне реальных ВЦ, который будет использовать признак распознавания, не поддающийся имитации современными ЛЦ типа MALD, т.е. будет работоспособен в условиях применения любых типов ЛЦ, включая современные имитаторы типа MALD.

Для решения указанной выше задачи предлагается использовать одновременное сопровождение выбранной ВЦ двумя синхронизированными по времени и разнесенными на местности на расстояние d РЛС. Это расстояние d должно быть таким, чтобы на основной дальности сопровождения цели r разность углов локации цели Δβ для РЛС1 и РЛС2 составляла единицы градусов (идею реализации предлагаемого способа поясняет фиг.1). Предполагается, что обе РЛС излучают импульсные зондирующие сигналы с одинаковым периодом повторения Т_и в направлении цели. В каждой из двух синхронизированных по времени t РЛС в течение некоторого времени Δt в оперативных запоминающих устройствах (ОЗУ) цифровых вычислительных машин (ЦВМ) необходимо запоминать амплитуды отраженных от цели сигналов. При этом необходимо также запоминать точное время прихода каждого отраженного импульсного сигнала. Для запоминания точного времени прихода n-го отраженного импульсного сигнала целесообразно использовать формулу: t_n=n•Т_и, где n - номер отраженного импульса.

Из запомненных амплитуд и значений времени прихода каждого импульса в РЛС1 создают двумерный массив данных M1, а в РЛС2 - двумерный массив данных М2 (фиг. 2) [5]. Эти массивы будут выражать собой ДО-ВИ цели, полученные на интервале времени Δt, соответствующем изменению ракурса локации цели на Δγ. На первом этапе распознавания предлагается использовать данные массива M1, сформированного в РЛС1, и предложенный в [1] признак. Это позволяет на основе известного способа селектировать ЛЦ типа уголковых отражателей или TALD [6, 7] на фоне реальных ВЦ. По отраженным от цели сигналам в основной РЛС1 известными методами [8] необходимо определять угол места цели ε, азимут цели β, скорость цели V_ц и наклонную дальность до цели r. В ЦВМ РЛС1 необходимо вычислять пространственный ракурс сопровождения цели γ и скорость изменения ракурса локации цели по формулам [9]: γ = arccos(cosεcosβ), Задавшись определенным уровнем изменения амплитуды отраженного сигнала ΔU, следует проанализировать сформированный двумерный массив данных M1 и найти интервал времени Δt_ΔU, в течение которого амплитуда отраженного сигнала изменяется на величину ΔU. Для этого из массива М1 выбирают элемент с номером n, соответствующий максимальному значению амплитуды отраженного сигнала. Приняв номер элемента n за начало отсчета, последовательно изменяют номер элемента на единицу и находят номер k такого элемента массива, в котором записана амплитуда отраженного сигнала U_k, отличающаяся от амплитуды U_n с номером n на величину U. Далее находят интервал времени, соответствующий изменению амплитуды отраженного сигнала на величину ΔU, по формуле: Δt_ΔU = T_и|n-k|. Затем вычисляют величину изменения ракурса локации цели Δγ, приводящего к изменению амплитуды отраженного сигнала на ΔU, по формуле:
Вычисленную величину изменения ракурса локации Δγ сравнивают с пороговым значением Δγ_пор, и в случае превышения величиной Δγ порогового значения Δγ_пор сразу принимают окончательное решение о наличии ЛЦ. В этом случае дальнейшее распознавание цели не имеет смысла.

Однако ЛЦ может оказаться имитатором типа MALD. Тогда промодулированный по амплитуде отраженный сигнал будет обладать признаком изменения ракурса локации Δγ, не превышающим порог. В этом случае на первом этапе распознавания будет принято предварительное решение о наличии реальной ВЦ. Данное решение должно быть уточнено на втором этапе распознавания.

Для принятия окончательного решения о наличии реальной ВЦ на втором этапе распознавания предлагается использовать двумерные массивы данных M1 и М2, полученных при радиолокационном приеме соответственно в РЛС1 и РЛС2. В основе распознавания ЛЦ на втором этапе лежит сравнение массивов данных M1 и М2 отраженных от ВЦ сигналов. Сравнение данных необходимо для выявления идентичности либо несоответствия массивов M1 и М2, что физически означает идентичность либо несоответствие ДОВИ цели, полученных с помощью РЛС1 и РЛС2. На фиг.3 показаны варианты ДОВИ цели, полученные в РЛС1 и РЛС2. Если ДОВИ будут сформированы имитирующим сигналом ЛЦ типа MALD, то они будут идентичными, что графически показано на эпюрах а) и б) фиг.3. Если ДОВИ в РЛС1 и в РЛС2 будут сформированы отражениями от реальной цели, то они должны отличаться. Вариант такого отличия ДОВИ демонстрируется графически эпюрами а) и в) фиг.3.

Для сравнения двумерных массивов M1 и М2 оцифрованные данные, выражающие массив М2, должны быть переданы по средствам связи в РЛС1. Это позволяет ЦВС РЛС1 производить поимпульсное сравнение амплитуд отраженных сигналов, полученных с помощью РЛС1 и РЛС2. Для этого из массива M1 берется первый элемент U_1М1, а из массива М₂ - первый элемент U_1M2. Их значения сравниваются, и вычисляется модуль разности: |U_1M1-U_1M2|. Затем из массивов M1 и М2 берутся вторые элементы и вычисляется аналогичная разность |U_2M1-U_2M2|. Данная операция производится до окончания перебора всех элементов массива. В n-й момент времени будет вычисляться величина |U_nM1-U_nM2|. Если число элементов массива обозначить через N, то последнюю разность модулей можно представить в виде |U_NM1-U_NM2|. Правильное соответствие амплитуд отраженных сигналов по времени обеспечивается синхронизацией РЛС1 и РЛС2, а также записью в массивы совместно с амплитудой n-го сигнала точного времени его прихода. Полученные модули разностей складываются. В результате производится вычисление величины несоответствия ДОВИ РЛС1 и РЛС2 по формуле:

где N - количество элементов в массиве M1 (количество элементов в массивах M1 и М2 должно быть одинаковым, т.к. одинаковыми являются период записи сигналов Δt и период повторения Т_и).

Указанное выше поимпульсное сравнение ДОВИ и накопление разностей модулей в виде ΔU_Σ необходимо для того, чтобы избежать принятия неправильного решения при кратковременном случайном изменении амплитуды отраженного сигнала вследствие непредвиденных факторов (скачки питающих напряжений, случайное кратковременное изменение коэффициента усиления приемника РЛС и т.д.).

Полученное значение ΔU_Σ сравнивают с пороговой величиной ΔU_пор. В случае превышения величиной ΔU_Σ порога принимают окончательное решение о наличии реальной ВЦ. В противном случае принимают окончательное решение о наличии ЛЦ.

Сущность второго этапа распознавания состоит в том, что при пеленге ЛЦ типа MALD ДОВИ не зависит от ракурса локации. Для сложной реальной ВЦ характерно, что изменения ракурса приводят к значительным изменениям ДОВИ цели. Ширина лепестков ДОВИ ΔΘ зависит от соотношения линейного размера ВЦ и длины волны излучаемого сигнала. Чем короче длина волны, тем уже лепестки ДОВИ [2] :

где λ - длина волны; L - линейный размер цели.

Например, для λ=3 см и L=1 м ΔΘ=0,03 рад≈1,7^o. В общем случае для РЛС с длиной волны λ интервал времени Δt, в течение которого ОЗУ ЦВМ РЛС1 и РЛС2 должны запоминать амплитуды отраженных от цели сигналов, будет определяться:

т.е. для точечной ЛЦ с L=1 м
Интервал времени Δt определяется указанным способом из тех соображений, что на указанном интервале должен укладываться хотя бы один полный лепесток ДОВИ цели наименьших размеров. В этом случае на этом же интервале Δt будет умещаться большее число более узких лепестков ДОВИ сложной многоточечной цели. Это гарантирует нахождение в пределах данных массива интервала времени Δt_ΔU для цели любых размеров.

Учитывая разнос РЛС1 и РЛС2 на расстояние d (фиг.1), можно констатировать, что ДОВИ в РЛС1 и РЛС2 у реальной цели будут отличаться, так как отличаются ракурсы локации цели из точек расположения РЛС1 и РЛС2 [10, 11]. Этот факт и используется для принятия решения о применении ЛЦ. При совпадении ДОВИ делается вывод о применении ЛЦ, так как в разнесенных на местности РЛС ДОВИ одной и той же цели должны отличаться.

Как видно из описания предлагаемого способа распознавания ЛЦ, он обладает преимуществом по сравнению с прототипом [1]. Это выражается в том, что использование современных имитаторов отраженных сигналов, которыми оснащены ЛЦ типа MALD, не приводит к ошибочному решению при распознавании. Таким образом, способ позволяет селектировать ЛЦ всех типов, решая задачу, поставленную в данной работе.

Источники информации
1. Небабин В.Г., Сергеев В.В. Методы и техника радиолокационного распознавания. - М.: Радио и связь, 1984, с. 96-99 (прототип).

2. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. Учебник для вузов. - М.: Сов. радио, 1973, 496 с.

3. Афинов В. Американский имитатор воздушной цели MALD // Зарубежное военное обозрение, 1998, 5, с. 32.

4. Афинов В. Тенденции развития средств РЭБ авиации Вооруженных сил США на пороге XXI века // Зарубежное военное обозрение, 1998, 6, с.28-35.

5. Фараонов В.В. Delphi 5. Руководство программиста. - М.: Нолидж, 2001, с. 107, 137.

6. Афинов В. Новое направление развития западных средств РЭП индивидуальной защиты самолетов // Зарубежное военное обозрение, 1999, 8, с. 39-42.

7. Палий А. И. Радиоэлектронное подавление. - М.: Воениздат, 1989, с. 86-92, 285-287.

8. Теоретические основы радиолокации / Под ред. Я.Д.Ширмана. - М.: Сов. радио, 1970, 560 с.

9. Стайнберг Б.Д. Формирование радиолокационного изображения самолета в диапазоне СВЧ // ТИИЭР, 1988, 12, т. 76, с.26-46.

10. Радиолокационные характеристики летательных аппаратов / Под ред. Л. Т.Тучкова. - М.: Радио и связь, 1985, 236 с.

11. Доброленский Ю. П. Динамика полета в неспокойной атмосфере. - М.: Машиностроение, 1969. 256 с.

Формула изобретения

Способ распознавания ложных воздушных целей при двухпозиционном зондировании, заключающийся в том, что с помощью основной РЛС1 излучают импульсные сигналы в направлении цели, принимают в течение некоторого интервала времени Δt отраженные от цели сигналы, по отраженным от цели сигналам определяют угол места цели ε, азимут цели β, скорость цели V_ц, наклонную дальность до цели r, вычисляют пространственный ракурс сопровождения цели γ по формуле

γ=arccos(cosε·cosβ),

вычисляют скорость изменения ракурса локации цели по формуле

при этом в течение интервала времени Δt запоминают методом записи в оперативное запоминающее устройство амплитуды отраженных импульсных сигналов и точное время прихода каждого отраженного импульсного сигнала, вычисленное по формуле t_n=n·Т_и, где n - номер отраженного импульса, из запомненных амплитуд и значений времени прихода каждого импульса создают двумерный массив данных M1, элементами которого являются значения амплитуд U_nM1 и точного времени прихода каждого отраженного импульсного сигнала t_n, полученных на интервале времени Δt, задаются определенным уровнем изменения амплитуды отраженного сигнала ΔU, для нахождения интервала времени ΔtΔ_U, в течение которого амплитуда отраженного сигнала изменяется на величину ΔU, из массива M1 выбирают элемент с номером n, содержащий максимальное значение амплитуды отраженного сигнала, приняв номер элемента n за начало отсчета, последовательно изменяют номер элемента на единицу и находят номер k такого элемента массива, в котором записана амплитуда отраженного сигнала U_k, отличающаяся от амплитуды U_n с номером n на величину ΔU, находят интервал времени ΔtΔ_U по формуле

вычисляют величину изменения ракурса локации цели Δγ, приводящую к изменению амплитуды на ΔU, по формуле

вычисленную величину изменения ракурса локации Δγ сравнивают с пороговым значением γ_пор, и в случае превышения величиной Δγ порогового значения γ пор принимают окончательное решение о наличии ложной воздушной цели, в противном случае принимают предварительное решение о наличии реальной воздушной цели, отличающийся тем, что одновременно с излучением основной РЛС1 используют излучение дополнительной РЛС2, синхронизированной по времени с основной РЛС1 и имеющей такой же период повторения Т_и, причем РЛС2 располагают на таком расстоянии от РЛС1, чтобы распознаваемая цель наблюдалась из точек стояния РЛС под разными ракурсами, рассчитывают интервал времени записи сигналов в оперативные запоминающие устройства Δt по формуле

где λ - длина волны;

L=1 м - линейный размер наименьшей из возможных воздушных целей,

одновременно с записью в оперативное запоминающее устройство РЛС1 в течение времени Δt записывают в массив данных М2 оперативного запоминающего устройства РЛС2 амплитуды n-х отраженных от цели сигналов U_nM2 и время прихода отраженных импульсных сигналов t_n, данные массива М2 по средствам связи передают в оперативное запоминающее устройство РЛС1, где производится поимпульсное сравнение значений амплитуд отраженных сигналов, записанных в массивы данных M1 и М2, для чего из массива M1 берется первый элемент U_1М1, а из массива М2 - первый элемент U_1M2, вычисляется модуль разности: |U_1M1-U_1M2|, затем из массивов M1 и М2 берутся вторые элементы и вычисляется аналогичная разность |U_2M1-U_2M2|, и так далее до |U_NM1-U_NM2|, где N - количество элементов в каждом из массивов M1 и М2, полученные значения модулей разностей суммируют по формуле

вычисленную сумму ΔUΣ сравнивают с пороговой величиной U_пор, и в случае превышения величиной ΔUΣ порога принимают окончательное решение о наличии реальной воздушной цели, в противном случае принимают окончательное решение о наличии ложной цели.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3