Способ построения двумерного радиолокационного изображения воздушной цели

 

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в когерентно-импульсных РЛС сопровождения с многочастотным зондированием для получения двухмерного радиолокационного изображения и распознавания по нему воздушной цели. Под радиолокационным изображением подразумевают распределение отражательной способности цели по двум взаимно перпендикулярным координатам: продольной и поперечной дальности. Способ основан на использовании двух РЛС, причем одна из них должна иметь возможность перестройки частоты от импульса к импульсу. Предлагается использовать многочастотные последовательности из 2N импульсов, в каждой из которых частота от импульса к импульсу изменяется по случайному закону. Это позволяет повысить помехоустойчивость способа. Для вычисления угловой скорости поворота цели при траекторных нестабильностях ее полета предлагается проводить корреляционный анализ отраженных сигналов в двух РЛС и сравнивать законы изменения коэффициентов корреляции обоих РЛС между собой. Вычисленная угловая скорость поворота цели используется для поперечного масштабирования двухмерного РЛИ, что обеспечивает возможность распознавания целей разных классов по их геометрическим размерам и что является достигаемым техническим результатом. 6 ил.

Изобретение относится к радиолокационным методам и может быть использовано в когерентно-импульсных радиолокационных станциях (РЛС) сопровождения для получения двухмерного радиолокационного изображения (РЛИ) и распознавания по нему воздушной цели.

Известен способ построения двухмерного РЛИ прямолинейно летящей цели при многочастотном узкополосном зондировании [1], заключающийся в том, что излучают импульсные сигналы, принимают отраженные импульсные сигналы, запоминают значения их амплитуд и фаз в течение интервала времени Tc=r /(2V Lsin ), где L - необходимое линейное разрешение в поперечном (относительно линии визирования цели) направлении, r - наклонная дальность до цели, V - скорость полета цели, - пространственный ракурс цели относительно РЛС, - длина волны.

При этом в процессе излучения зондирующих сигналов для каждой последовательности из 2N импульсов (где N=8, 9) изменяют по линейному закону несущую частоту их заполнения от импульса к импульсу в диапазоне частот от f01 до f01+Fпер, где f01 - несущая частота, Fпер - диапазон, в котором осуществляется перестройка частоты от импульса к импульсу с интервалом Fпер/(2N-1), причем частота повторения импульсов FИ такова, что величина 2N/FИ на порядок меньше времени корреляции траекторных нестабильностей (ТН) полета целей, составляющего до 25 мс, а запоминание последовательностей из 2N отраженных сигналов производят в 2N этапов, рассчитывая время запоминания Тc для одного этапа, равное времени инверсного радиолокационного синтезирования апертуры (ИРСА) для L=1 м, а интервалы между этапами запоминания - по формуле Tc=Tc/(2N-1). Затем составляют матрицу многочастотно-синтезированного рассеяния (ММСР) с 2N строками и 2N столбцами, элементами которой являются амплитуды и фазы отраженных сигналов. Данные составленной ММСР подвергают двухмерному быстрому преобразованию Фурье (БПФ) и формируют двухмерную спектрально-временную матрицу рассеяния (СВМР), которую преобразуют в графическое матричное изображение цели. Для этого определяют уровень первых боковых лепестков двухмерного спектрально-временного отклика наиболее интенсивного рассеивающего центра (РЦ) поверхности цели. Вычисленный уровень принимают за пороговую величину и сравнивают с ней значения элементов двухмерной спектрально-временной матрицы. В случае превышения порога заштриховывают соответствующий элемент в матричном поле размером 2N2N, а совокупность всех заштрихованных элементов принимают за двухмерное РЛИ цели.

Недостатком данного способа является то, что он лишь снижает влияние ТН полета целей качественным выбором количества используемых частот зондирования 2N и частоты повторения импульсов FИ, но не исключает и не компенсирует их влияния. Снижение влияния ТН предусмотрено только в отношении столбцов ММСР, но не в отношении строк. Таким образом, из-за наличия ТН полета цели в турбулентной атмосфере двухмерное РЛИ, являющееся результатом БПФ строк и столбцов, будет искажено, и возможность распознавания цели становится проблематичным. К тому же способ работает только по целям, имеющим приемлемые дальности, обеспечивающие скорость изменения ракурса порядка единиц градусов в секунду. Значит, в отношении целей, летящих с курсовым параметром, близким к нулю, способ будет непригоден. Малопригоден он будет и в отношении целей, летящих на больших дальностях (сотни км), так как при этом за единицы секунд практически не происходит изменения ракурса локации, а за большее время запоминания отраженных сигналов нарушается условие когерентности приема.

Известен еще один способ построения двухмерного РЛИ воздушной цели по траекторным нестабильностям ее полета [2]. Он заключается в том, что используют две синхронизированные по времени и разнесенные на местности на расстояние d РЛС. Это расстояние d должно быть таким, чтобы на основной дальности сопровождения цели r разность углов локации цели для РЛС 1 и РЛС2 составляла единицы градусов. Идею реализации предлагаемого способа поясняет фиг.1. В основной РЛС1 для реализации способа зондирующие сигналы должны быть многочастотными, а в дополнительной РЛС2 многочастотность необязательна. Причем в РЛС1 для каждой последовательности из 2N импульсов (N=8, 9) изменяют по линейному закону несущую частоту их заполнения от импульса к импульсу в диапазоне от 01 до f01+Fпер, где f01 - начальная несущая частота многочастотного зондирующего сигнала (МЧЗС) РЛС1, a Fпер - диапазон, в котором осуществляется перестройка частоты от импульса к импульсу с интервалом Fпер/(2N-1). Периоды повторения импульсов в РЛС1 и РЛС2 должны быть одинаковыми Ти1и2, а частоты зондирования (начальная несущая частота РЛС1 f01 и частота РЛС2 f02) должны несколько отличаться для уменьшения возможности возникновения взаимных помех. В направлении цели две РЛС (РЛС1 и РЛС2) излучают импульсные сигналы, а затем принимают отраженные от цели сигналы, переводят их из аналоговой в цифровую форму и запоминают методом записи в массивы данных оперативных запоминающих устройств (ОЗУ) РЛС значения амплитуд, фаз и точного времени прихода каждого отраженного импульсного сигнала. Для обеспечения одинаковых условий анализа одночастотных отраженных сигналов частоту запоминания отраженных импульсов РЛС2 выбирают в 2N раз меньшей, чем в РЛС1. Запись последовательности отраженных сигналов в массив данных М11 ОЗУ РЛС1 производят на промежутке времени Тз, на порядок превышающем величину 22NTи1, где Ти1 - период повторения импульсов РЛС1, так что на Тз умещается намного больше, чем 2N этапов записи по 2N импульсов в каждом. В РЛС1 аналогичным образом в массив данных М12 ОЗУ отдельно записывают амплитуду, фазу и время прихода сигналов на первой частоте зондирования f01. В РЛС2 в течение времени Тз в массив данных М21 ОЗУ записывают одночастотные отраженные импульсные сигналы РЛС2. Период записи отраженных сигналов в массив данных М11 равен 2NTи1=2NТи2=Tc. С сигналами массива данных M21 ОЗУ РЛС2 и массива данных М12 ОЗУ РЛС1 проводят последовательно М раз процедуру БПФ с 2N отсчетами. Для этого из массива данных М12 берутся первые 2N записанных сигналов в интервале Tc1=2NTи1, с ними проводят операцию БПФ и получают определенный доплеровский спектр (ДС) цели (фиг.2). Смещаются в пределах массива данных M12 на один отсчет и проделывают БПФ со следующими 2N сигналами в течение времени Тc2=2NTи2. Далее для каждой очередной процедуры БПФ сдвигаются на один отсчет, исключая первый из используемых ранее 2 отсчетов и добавляя очередной по номеру отсчет, следующий за последним, используемым при предыдущем преобразовании, отсчетом. В результате БПФ для интервала Тз будет получено М ДС цели, представляющих собой цифровые массивы данных, которые помещают для дальнейшего анализа в массив данных М13 ОЗУ РЛС1. Вместе с каждым ДС в массив данных М13 записывают значение момента времени t1’, t2’,... ,tм’, соответствующего середине временного интервала Тc [3, 4], на котором получены отраженные сигналы для формирования этого спектра. Поскольку РЛС1 и РЛС2 сопряжены по времени и согласованы по частоте повторения импульсов, то за промежуток Тз в ОЗУ РЛС2 получают такое же количество МДС цели, соответствующих моментам времени t1”, t2”,... ,tм” (ti” - середина i-го интервала Тc РЛС2) как и в массиве данных М12 РЛС1. Однако, учитывая разнос РЛС1 и РЛС2 на расстояние d, можно констатировать, что ДС одного и того же момента времени tm в РЛС1 и РЛС2 будут отличаться, так как отличаются ракурсы локации цели из точек расположения РЛС1 и РЛС2. Полученные в результате БПФ ДС цели РЛС1 сравнивают между собой по ширине, принимая за ширину спектра отрезок на оси частот между максимумами левого и правого крайних спектральных составляющих спектра, и находят ДС с максимальной шириной. ДС, полученные в РЛС2, также сравнивают между собой по ширине и тоже находят максимальный по ширине ДС. Анализ изменений, происходящих с ДС цели в РЛС 1 и РЛС2, позволяет вычислить угловую скорость изменения ракурса локации ’ при TH.

В результате сравнения выделяют для обоих РЛС временные интервалы Тми, пересекающиеся между собой. Затем в пределах этих интервалов находят два спектра максимальной ширины, принадлежащие один РЛС1, а другой РЛС2. Далее определяют временной интервал t между серединами интервалов синтезирования t’ и t”, соответствующих найденным максимальным по ширине ДС: t=| t’-t”| . Вычисляют угловую скорость поворота цели при ее случайных квазипериодичных рысканиях в турбулентной атмосфере по формуле ’= / t. Затем повторно анализируют ДС, полученные в многочастотной РЛС 1, для выбора работного временного интервала Тр. Для этого время, соответствующее середине максимального по ширине ДС t’, принимают за середину интервала Тp, а его длительность определяют по формуле TpFпер/(fср ’), где fср=f01+Fпер/2 - средняя частота зондирования основной РЛС. Таким образом, из всего массива данных М11 многочастотных отраженных сигналов для получения двухмерного РЛИ выбирают только те данные, которые по времени начинаются с момента t’-Tp/2, а заканчиваются в момент времени t’+Тp/2). В пределах выбранного интервала Тp составляют в ОЗУ РЛС 1 в виде массива данных ММСР с 2N строками и 2N столбцами.

В ММСР запоминают числа, хранящиеся ранее в массиве данных М11 ОЗУ РЛС1 и выражающие собой значения амплитуд и фаз отраженных сигналов. Данные составленной ММСР подвергают двухмерному БПФ [5], в результате чего составляют и запоминают в ОЗУ в виде массива данных двухмерную СВМР такого же размера, как и ММСР. Элементами СВМР являются комплексные числа, модульные значения которых выражают амплитуды спектральных откликов. СВМР преобразуют в графическое матричное двухмерное изображение цели. Для этого определяют уровень первых боковых лепестков двухмерного спектрально-временного отклика наиболее интенсивного рассеивающего центра (РЦ) [3, 6]. Данный уровень принимают за пороговую величину. Далее сравнивают с ним значения остальных элементов двухмерной СВМР и в случае превышения порога заштриховывают соответствующий элемент в матричном поле размером 2N2N. Совокупность всех заштрихованных элементов принимают за двухмерное РЛИ цели [7].

Первоначально используемая квадратная форма поля двухмерного РЛИ в поперечном направлении рассчитана на минимальную угловую скорость поворота цели при ТН цели. Поскольку величины линейных удалений РЦ при одинаковых значениях доплеровских частот [3] обратно пропорциональны ’, то при увеличении угловой скорости рыскания цели в турбулентной атмосфере поле изображения в поперечном направлении должно пропорционально сжиматься. Тогда двухмерное РЛИ всегда будет отображать реальную конфигурацию цели с учетом пропорциональности размеров в продольном и поперечном направлениях. Другими словами, поперечные размеры цели в РЛИ будут индифферентны к изменениям угловых скоростей изменения ракурса локации при ТН полета. Поэтому пределы изменения линейных координат в изображении выбирают такими, чтобы они превосходили в 2 раза размеры самой крупной цели при минимальной угловой скорости ее вращения за счет траекторных нестабильностей, равной в условиях данной местности, например мин=0,8 /с. Сравнивают рассчитанную угловую скорость ’ с минимальной мин и частное от деления ’/мин используют в качестве коэффициента сжатия поля изображения в поперечном направлении.

РЛИ, полученное данным способом имеет более высокую достоверность по сравнению с РЛИ, полученным способом [1]. Однако и у способа [2] имеются существенные недостатки, снижающие его эффективность. Одним из недостатков является неработоспособность способа в условиях применения прицельных шумовых помех. Аппаратные средства современных постановщиков помех имеют возможность определять закон изменения частоты зондирующих сигналов и формировать прицельные шумовые помехи с таким же законом изменения частоты [8]. В таких условиях способ [2] утрачивает свою работоспособность, т.к. в приемный тракт РЛС будут попадать сигналы помех, маскирующие полезные сигналы в виду совпадения их частот. Также существенным недостатком способа являются большие вычислительные затраты на формирование набора смещенных во времени ДС. Способ предполагает формирование М ДС, полученных в результате БПФ, для проведения которого требуется определенное время. Это затрудняет построение двухмерного РЛИ в реальном масштабе времени. К тому же существуют временные интервалы, в течение которых РЦ поверхности цели поворачиваются сначала в одну, а затем в другую сторону. В пределах указанных интервалов времени средняя угловая скорость поворота цели ср близка к нулю, а направление поворота цели изменяется. Доплеровские спектры, полученные на интервалах, в течение которых изменяется направление поворота цели, не будут достоверно отражать ее поперечные размеры. Внутренняя структура ДС, полученных на этих интервалах, ведет себя непредсказуемо. Поэтому проведение сравнительного анализа ширины различных ДС не всегда может оказаться выполнимым, что ведет к ошибкам алгоритма построения двухмерного РЛИ цели.

Задачей изобретения является разработка нового способа построения двухмерного радиолокационного изображения цели, обладающего большей точностью, более высоким быстродействием и сохраняющим свою работоспособность в условиях прицельных шумовых помех, чем будет обеспечиваться повышение достоверности распознавания цели.

Для решения указанной выше задачи аналогично способу [2] используют одновременное сопровождение выбранной для распознавания воздушной цели двумя РЛС, расстояние между которыми d. Это расстояние должно быть таким, чтобы на основной дальности сопровождения цели D разность углов локации цели (фиг.1) составляла единицы градусов, то есть соответствовала изменениям ракурса сопровождаемой цели при рысканиях в турбулентной атмосфере [9]. Частота зондирования РЛС1 f01 должна быть несколько больше частоты зондирования f02 РЛС2 для уменьшения возможности возникновения взаимных помех (f01>f02). Период повторения импульсов РЛС1 Ти1 должен быть равен периоду повторения импульсов РЛС2 Ти2и1и2). РЛС1 должна аналогично способу [2] обладать многочастотным зондирующим сигналом (МЧЗС), но с обязательным изменением несущей частоты импульсов по случайному закону. Это обусловлено тем, что в условиях применения прицельных по частоте активных помех использование МЧЗС с линейным изменением частоты от импульса к импульсу не может гарантировать высокой помехоустойчивости. Это является следствием того, что аппаратные средства современных постановщиков помех имеют возможность определять закон изменения частоты зондирующих сигналов и формировать прицельные шумовые помехи с учетом выявленного закона изменения частоты [8].

Для устранения указанного недостатка предлагается использовать для зондирования последовательности импульсных сигналов, в которых изменение частоты от импульса к импульсу происходит по случайному закону. Излучение МЧЗС предлагается проводить за интервал времени, на порядок меньший интервала корреляции ТН полета цели, составляющего величину до 25 мс. Частота каждого импульса в пределах одной излучаемой последовательности из 2N импульсов должна повторяться только один раз. В результате такого случайного изменения несущей частоты импульсов постановщики помех не смогут выявить закон изменения частоты МЧЗС и сформировать прицельные шумовые помехи.

Для организации излучения МЧЗС со случайным изменением частоты предлагается использовать следующий алгоритм. В ОЗУ РЛС1 организуется линейный массив данных A [1... 2N] из 2N элементов, предназначенный для хранения значений номеров частот сигналов исходной импульсной последовательности. Номером частоты в дальнейшем будет определяться конкретное значение частоты сигнала. Пусть номер частоты f01 будет равен 1. Частота сигнала с номером 2 будет равна f01+ f, где f=Fпер/(2N-1) - величина перестройки частоты от импульса к импульсу; Fпер - весь диапазон частот, в пределах которого возможна перестройка частоты импульсов. Значение z-й частоты определяется по ее номеру z на основе выражения f01+(z-1)(f. Способ предполагает заполнение элементов массива данных А значениями номеров частот МЧЗС в порядке возрастания частоты (фиг.3).

В дальнейшем под термином "записывать" или "переписывать" будем понимать процесс запоминания цифровой информации в запоминающем устройстве ЭВМ, т.е. в элементе цифрового массива данных.

В ОЗУ РЛС1 организуется массив данных B1[1... 2N], в первый элемент которого записывается, т.е. запоминается, номер частоты f01, равный единице. Остальные значения номеров частот сигналов формируемой импульсной последовательности распределяются между элементами массива данных B1 по случайному закону. Операция случайного распределения чисел или данных в установленном диапазоне является в настоящее время широко известной и описана во многих источниках по программированию на алгоритмических языках [10, 11]. Чтобы при очередном формировании массива B1 результирующая последовательность чисел в этом массиве была разной, используется процедура генерирования случайной равномерно распределенной на интервале последовательности чисел [10], в которой случайное целое число из диапазона от 1 до 2N выбирается в зависимости от состояния встроенного таймера ЭВМ [11, с.107, 137]. С помощью этой процедуры из массива А выбирают значение элемента массива с непредсказуемым номером, например с номером 4, которое записывается в последний свободный элемент массива данных B1 и становится значением 2N-го элемента массива B1 (для приведенного примера B1[2N]=4). При этом значение выбранного элемента массива данных А обнуляют (для приведенного примера А[4]=0), т.е. значение 4-го элемента массива А становится равным нулю. Затем случайным образом выбирается другой элемент массива А, значение которого равно, например 2. Это значение заносится в последний свободный от информации элемент массива данных 1 (в указанном примере это элемент с номером 2N-1). Таким образом, выбранное значение становится значением элемента массива B1 (для приведенного примера B1[2N-1]=2). Значение выбранного элемента массива данных А обнуляют (для приведенного примера А[2]=0), т.е. значение 2-го элемента массива А становится равным нулю. Это необходимо для того, чтобы в составе элементов формируемого массива B1 не было двух одинаковых номеров частот. При выборе на очередном шаге элемента массива А с нулевым значением значение данного элемента для формирования массива данных B1 не используется и вместо него выбирают первое отличное от нуля значение элемента массива А в порядке возрастания номера элемента массива данных. Например, при попадании в результате случайного распределения на 4-й элемент (А[4]=0) выбирают значение 5-го элемента массива данных А. При А[5]=0 выбирают значение 6-го элемента и т.д. В случае, если все последующие значения элементов массива А до 2N-го равны нулю, выбирают первое отличное от нуля значение элемента массива А в порядке убывания номера элемента. Например, если А[4]=А[5]=А[6]=... =А[2N]=0, выбирают значение А[3] и т.д. Вариант алгоритма заполнения массива данных B1 элементами массива данных А представлен на фиг.4. Операция обнуления элементов массива данных А и переписи значений номеров частот в элементы массива B1 производится до полного заполнения массива B1. Когда все значения элементов массива данных А будут равны нулю, массив B1 считается сформированным. При полном заполнении массива данных последовательность значений номеров частот 2N импульсов считается сформированной. Вариант массива данных 1, заполненного случайным образом, представлен на фиг.3.

В передающей системе РЛС1 формируются импульсные зондирующие сигналы. При этом частота i-го импульса определяется номером частоты, запомненным в i-м элементе массива B1. В соответствии с номером частоты z с помощью синтезатора частоты на поверхностных акустических волнах [17, с.108-109] формируется сигнал с частотой (z-1) f, которая смешивается в смесителе с основной несущей частотой f01. В итоге при выборе из массива B1 номера частоты z в направлении цели РЛС1 будет излучать импульсный сигнал на частоте Fz=f01+(z-1) f, где z - значение номера частоты (изменяется от 1 до 2N); f01 - основная несущая частота РЛС1, составляющая единицы ГГц, что в свою очередь определяет квазиоптическую область отражения радиоволн; f - величина изменения частоты от импульса к импульсу, составляющая единицы МГц.

В течение времени, необходимого на излучение первой последовательности из 2N радиоимпульсов, операция записи информации в другой массив данных В2 вышеприведенным способом повторяется. Это позволяет вторую последовательность из 2N радиоимпульсов излучить с частотами, закон изменения которых будет отличаться от закона изменения частоты в первой последовательности из 2N радиоимпульсов. Аналогично формируются 3-я, 4-я и последующие импульсные последовательности. Таким образом, операция заполнения элементов массивов B1, В2, В3 и т.д. случайно распределенными целыми числами в диапазоне от 1 до 2N обеспечивает излучение в направлении цели последовательностей из 2N импульсов, отличающихся друг от друга по закону изменения частоты. Отметим также, что между каждым последним импульсом предыдущей последовательности из 2N импульсов и первым импульсом очередной последовательности (частота которого обязательно должна быть равна f01) период повторения Ти1 сохраняется, т.е. импульсы в направлении цели с периодом повторения Ти1 излучаются непрерывно.

Отраженные от цели сигналы изменяют свои параметры [12] и принимаются РЛС1. На фиг.1 показана трехточечная цель, совершающая прямолинейный полет с линейной скоростью V относительно РЛС1 и РЛС2. При этом она будет квазипериодично изменять свое положение в пространстве от положения 1 до положения 2, затем до положения 3, затем в противоположную сторону к положению 4 через положения 2 и 1 и т.д., ввиду наличия ТН полета, наиболее ярко проявляющихся в виде рысканий [9].

В двух используемых и синхронизированных по времени t РЛС (РЛС1 и РЛС2) должен быть реализован известный метод ИРСА, в основе которого лежит запоминание в течение некоторого интервала времени Тз амплитуд А и фаз отраженных от цели сигналов [1, 2, 4, 7].

Значения амплитуд и фаз отраженных сигналов первой последовательности из 2N радиоимпульсов переводят из аналоговой в цифровую форму и запоминают в массиве данных С ОЗУ РЛС1. Массив данных С состоит из 2N столбцов и двух строк (фиг.3). В первой строке записываются значения амплитуд отраженных радиоимпульсов, во второй - значения фаз. В i-м столбце массива данных С запоминается амплитуда и фаза одного и того же отраженного импульса, т.е. каждый столбец является носителем информации о параметрах вполне определенного отраженного сигнала. Массив данных С должен содержать информацию об изменении значений амплитуд и фаз отраженных, сигналов в зависимости от линейного роста частоты сигнала от импульса к импульсу на f, а не от времени приема отраженных сигналов. Для этого при излучении очередного радиоимпульса значение номера частоты z, используемого для его формирования, определяет номер столбца массива данных С, в который будет записана информация об амплитуде и фазе отраженного от цели импульса после его приема и обработки. Таким образом, в зависимости от числа z, записанного в k-й элемент массива данных B1, значения амплитуды и фазы k-го отраженного импульса записывают в z-й столбец массива С. В первый столбец массива С записывают значения амплитуды и фазы отраженного радиоимпульса на первой частоте f01. Во второй столбец - на частоте f01+1 f. В третий - на частоте f01+2 f и т.д. до 2N-го столбца, в который записывают значения амплитуды и фазы отраженного радиоимпульса на частоте f01+(2N-1)(f. В результате этого в массиве данных С значения амплитуд и фаз отраженных сигналов из 2N импульсов будут расположены в порядке роста номера частоты. Это в свою очередь необходимо для того, чтобы в дальнейшем при обработке значений отраженных сигналов методом БПФ могла быть получена информация о взаимном расположении РЦ поверхности цели в радиальном направлении [1, 2].

Далее в ОЗУ РЛС1 формируют массив данных М11, состоящий из 4-х строк и числа столбцов, на порядок превышающего величину 22N (фиг.5). В первой строке предусматривается запись значений амплитуд отраженных радиоимпульсов, во второй - значений фаз отраженных радиоимпульсов, в третьей - значений номеров частот, а в четвертой - значений времени приема сигналов. Содержание 1-й и 2-й строк массива М11 по физической сущности соответствует содержанию строк массива данных С. Информацию, записанную в массив С (т.е. 2N значений амплитуд и фаз отраженных радиоимпульсов), переписывают соответствующим образом в массив М11. При этом значение элемента 1-й строки 1-го столбца массива данных С переписывают в элемент 1-й строки 1-го столбца массива М11. Данные элемента 2-й строки 1-го столбца массива С переписывают в элемент 2-й строки 1-го столбца массива М11. Аналогичным образом значения 2-го столбца массива С переписывают во 2-й столбец массива М11, заполняя элементы его 1-й и 2-й строк. Соответствующим образом поступают с данными 3-го столбца массива С и т.д. до 2N-го столбца, данные которого переписывают в 2N-й столбец массива М11. В 3-ю строку массива М11 записывают номер частоты z отраженного импульса. В первый столбец М11 записывают значение z, равное 1, во второй - значение z, равное 2, и т.д. до 2N-го столбца, в который записывают значение 2N.

При излучении второй последовательности используются значения номеров частот массива данных В2, также сформированного случайным образом из значений элементов массива данных А. Еще раз напомним, что значения номеров частот, хранящихся в массиве В2, будут отличаться от номеров частот, записанных в массив B1, поскольку расстановка номеров частот производится случайным образом. Вторая последовательность из 2N отраженных радиоимпульсов аналогично принимается РЛС1. Значения амплитуд и фаз радиоимпульсов переводятся в цифровую форму и запоминаются в элементах массива С. При этом первоначальная информация, записанная в массив С при приеме 1-й последовательности, будет утрачена. Таким образом, в массиве данных С после приема 2-й импульсной последовательности будут храниться данные, значения которых будут определяться повторным линейным изменением частот зондирования от f01 до f01+(2N-1)(f.

Информация, повторно записанная в массив данных С, переписывается в массив М11. При этом данные 1-го столбца массива С записываются в (2N+1)-й столбец массива М11, данные 2-го столбца массива С - в (2N+2)-й столбец массива М11, и т.д. до 2N+1-гo столбца, в который записывают значения амплитуды и фазы отраженного радиоимпульса из 2N-го столбца массива С. В 3-ю строку массива М11 записывают номера частот отраженных импульсов. Это делается следующим образом. В 3-ю строку (2N+1)-гo столбца записывают значение номера частоты z, равное 1, в 3-ю строку (2N+2)-гo столбца - значение номера частоты z, равное 2 и т.д. до 3-й строки 2N+1-гo столбца, в которую записывают 2N.

Третья последовательность из 2N импульсов формируется в соответствии со сформированным из массива А массивом данных В3, а информация о принятых сигналах аналогичным образом запоминается в элементах массива данных С. Далее эта информация в цифровом виде из массива С переписывается в очередные 2N пустых (не занятых информацией) столбцов массива М11. При этом в очередные 2N незаполненных элемента 3-й строки массива М11 переписывается увеличивающаяся с каждым номером столбца на единицу последовательность чисел от 1 до 2N, выражающая номера частот принятых импульсов.

Аналогичным образом поступают с 4-й, 5-й и т.д. 2N-импyльcными последовательностями до тех пор, пока их совместная длительность не станет на порядок больше величины 22NТи1. Таким образом, первые три строки массива М11 РЛС1 заполняются данными об отраженных от цели сигналах на интервале Тз.

В 4-ю строку массива М11 записывают значения времени приема радиоимпульсов, рассчитанные по формуле Тх Ти1, где Тх - значение времени, записываемое в элемент 4-й строки столбца с номером X; Х - номер столбца массива данных М11; Ти1 - период повторения импульсов РЛС1.

Из очевидных рассуждений ясно, что в массиве данных М11 будет записано М-е (М=Тз/[2NТи1]) количество последовательностей по 2N радиоимпульсов в каждой. То есть в течение времени Тз М раз происходит формирование из массива А массива данных со случайным распределением номеров частот (B1, В2, В3 и т.д. до Вм), излучение МЧЗС в направлении цели, прием и оцифровка параметров отраженных сигналов, формирование массива данных С, перепись данных из массива С в массив М11.

В ОЗУ РЛС1 формируется массив данных M12, состоящий из трех строк и М столбцов (фиг.5). В первую строку массива М12 переписывают из массива данных М11 значения амплитуд отраженных импульсов на 1-й частоте зондирования f01, во вторую - значения фаз отраженных импульсов на 1-й частоте зондирования f01, в третью - значения времени приема сигналов на 1-й частоте зондирования f01. Т.е. в 1-й столбец массива данных M12 переписывают данные из 1-го столбца массива М11, во 2-й столбец массива данных M12 переписывают данные из (2N+1)-гo столбца массива М11, в 3-й столбец - данные из (2N2+1)-го столбца массива данных М11, и т.д. до М-го столбца массива данных M12, в который переписывают значения амплитуд, фаз и времени приема отраженных сигналов из [2N(М-1)+1]-го столбца массива М11.

РЛС2 синхронно с РЛС1 излучает в направлении цели одночастотные импульсные сигналы с периодом повторения Ти2и1. В ОЗУ РЛС2 формируют массив данных M21, совпадающий по размерности с массивом M12. В РЛС2 в массив данных M21 в течение времени Тз записывают значения амплитуд, фаз и времени приема одночастотных отраженных импульсных сигналов РЛС2. Структура массива данных M21 аналогична структуре массива данных M12. Для обеспечения одинаковых условий анализа одночастотных отраженных сигналов в РЛС1 и РЛС2 частоту записи значений амплитуд и фаз отраженных импульсов в массив M21 выбирают в 2N раз меньшей, чем в массивы С и М11 РЛС1, поскольку в РЛС1 используется 2N частот. Очевидно, что в этом случае частоты записи информации в столбцы массивов данных M12 и М21 совпадут. Таким образом, период повторения данных в массивах M12 и M21 будет одинаков и равен 2NTи1=2NTи2. Значение времени приема отраженных импульсов РЛС2 при записи в 3-ю строку массива M21 рассчитывают по формуле Тх=2NTи2(X-1)+Tи2, где Тx - значение времени, записываемое в элемент 3-й строки Х-го столбца; Х - номер столбца массива данных М21; Ти2 - период повторения импульсов РЛС2.

Для устранения сложностей, связанных с большими вычислительными затратами на формирование набора смещенных во времени ДС и проведение БПФ, а также сложностей с построением ДС цели на интервалах времени, в которых цель изменяет направление своего поворота относительно РЛС, предлагается вместо формирования ДС использовать корреляционный анализ отраженных сигналов. В частности, согласно способу предлагается получить зависимость коэффициента корреляции (КК) отраженных сигналов от времени в РЛС1 и аналогичную зависимость в РЛС2, а затем сравнить полученные зависимости между собой. Это позволит в дальнейшем вычислить угловую скорость поворота цели при ТН полета. В работе [6] приведены корреляционные функции (КФ) сигналов для разных типов распределений РЦ поверхности цели по координате, перпендикулярной к линии визирования. Анализ КФ показывает, что значение интервала корреляции для заданного поперечного размера цели, а в нашем случае значение КК зависит от скорости поворота цели ’. Информация об изменении угловой скорости поворота цели с течением времени для реализации способа очень важна. Поэтому с выборками данных, записанных в массивы данных M12 и M21, предлагается проводить корреляционный анализ [15].

Назовем выборку отраженных сигналов, записанных в массив данных M12 или M21, генеральной. Понятно, что генеральная выборка будет насчитывать М значений, т.е. определяться числом столбцов массива данных M12. В пределах генеральной выборки с М элементами всегда можно выделить частную выборку, если число элементов этой частной выборки меньше М. Частной выборкой сигналов для данного способа назовем последовательность из взятых подряд N значений, входящих в генеральную выборку. Согласно способу М>>2N. Поэтому в пределах генеральной выборки можно выделить большое количество пересекающихся между собой частных выборок. При корреляционном анализе предполагается сравнивать между собой частные выборки отраженных сигналов в пределах одного и того же массива данных (например, М12), смещенные между собой по времени. Для простоты описания условимся для расчета КК сравнивать частные выборки, смещенные относительно друг друга на один отсчет (фиг.2).

Подвергая данные двух частных выборок отраженных сигналов массива данных M12 РЛС1 корреляционному анализу, можно получить КК [13, 14, 15] между указанными частными выборками, т.е. КК отраженного сигнала. Любая из РЛС может очень детально анализировать характер изменения КК с течением времени, накопив для анализа большое число (на порядок большее 2N) отраженных сигналов на одной из частот зондирования. За интервал Тз в массив M12 записано М значений амплитуд и фаз равных по частоте отраженных от цели сигналов, обязательно превышающее 2N. На фиг.2 показано временное распределение сигналов. Корреляционному же анализу подлежат значения амплитуд и фаз отраженных сигналов, а не сами сигналы. При проведении корреляционного анализа, т.е. при сравнении частных выборок, предлагается использовать комплексные значения отраженных от цели сигналов. Для этого значения амплитуд и фаз отраженных сигналов одного и того же момента времени переводят в комплексную форму вида Аiеj i, где Аi - амплитуда i-го отраженного сигнала, а i - фаза i-го отраженного сигнала. В таком комплексном виде и производят сравнение отраженных сигналов при корреляционном анализе. Метод расчета КК широко известен из [13, 14, 15]. Понятно, что в результате расчета значение КК будет получено в комплексной форме. В связи с этим, для выполнения последующих операций необходимо вычислять модульное значение КК. В дальнейшем при упоминании КК будем иметь в виду его модульное значение.

Модульное значение КК, полученное в результате сравнения данных частных выборок, будет обратно пропорционально скорости угловых перемещений воздушной цели. Чем меньше значение КК, тем с большей скоростью вращается в цель. Для цели, показанной на фиг.1, КК в РЛС1 будет принимать минимальное значение при первом положении цели, а для РЛС2 - при втором положении цели. Это связано с тем, что в указанных положениях ракурс цели равен /2 и линейные скорости движения крайних РЦ будут равны их радиальным скоростям. Предполагается, что фазовые центры отдельных РЦ не изменяют своего положения, т.е. удаления относительно центра сопровождения цели (ЦСЦ). В представленном на фиг.1 примере ЦСЦ совпадает со средним РЦ.

Итак, согласно способу проводят корреляционный анализ с частными выборками комплексных отраженных сигналов массива 12. Для получения 1-го значения КК проводят корреляционный анализ с частными выборками сигналов, взятых на интервалах времени Tс1 и Тс2 (см. фиг.2). Полученное в результате значение КК будет соответствовать по времени середине временного интервала Tс1. При сравнении частных выборок на интервалах Тс2 и Тс3 получаем второе значение КК, соответствующее по времени середине интервала Тс2. В пределах генеральной выборки согласно способу необходимо получить значения КК для каждой пары смещенных относительно друг друга на один отсчет частных выборок. Понятно, что каждому из полученных значений КК будет соответствовать свой, вполне определенный момент времени.

Смещаясь последовательно на один отсчет в пределах генеральной выборки, получают значение КК между каждой парой смещенных на 1 значение частных выборок. Полученные последовательно модульные значения КК будут несколько отличаться друг от друга. Значение КК будет отличаться от предыдущего значения КК в зависимости от того, увеличивается или уменьшается угловая скорость поворота цели, и от того, увеличивается или уменьшается проекция линейных скоростей вращения РЦ вокруг ЦСЦ на радиальное направление. Значения КК можно сравнивать между собой и делать вывод о характере изменений, происходящих с целью с течением времени.

Полученные в ходе анализа в пределах интервала Тз значения КК и соответствующие им значения моментов времени в цифровом виде записываются в массив данных D1 ОЗУ РЛС1. Массив данных D1 состоит из двух строк и числа столбцов, равного W=M-2N-1. В первую строку массива данных D1 записываются значения КК, во вторую строку записываются соответствующие им значения времени. Обозначим для РЛС1 середину интервала Tс1 через t1’, середину интервала Тс2 - через t2’ и т.д. Данные о t1’, t2’,... ,tw’ должны храниться в массиве данных D1 ОЗУ РЛС1 вместе с соответствующими значениями КК. Таким образом, в каждый столбец массива данных D1 РЛС1 будет записано модульное значение КК и соответствующее ему значение времени ti’. Поскольку РЛС1 и РЛС2 сопряжены по времени и согласованы по частоте повторения импульсов, то за промежуток Тз в РЛС2 можно получить такое же количество W значений КК цели, соответствующих различным моментам времени t1”, t2”,... ,tw” (ti” - середина i-го интервала продолжительностью 2NTи2 РЛС2). Значения КК и соответствующие им значения времени ti” РЛС2 аналогично РЛС1 записываются в массив данных D2 ОЗУ РЛС2. Однако, учитывая разнос РЛС1 и РЛС2 на расстояние d, можно констатировать, что значения КК одного и того же момента времени ti в РЛС 1 и РЛС2 будут отличаться, так как отличаются ракурсы локации цели из точек расположения РЛС1 и РЛС2.

Именно этот факт и используется для построения двухмерного РЛИ цели. Дело в том, что минимальными КК станут в РЛС1 и РЛС2 через определенный промежуток времени t, за который вследствие ТН ракурс цели изменится на величину . На фиг.1 показано, что цель в положении 1 находится перпендикулярно линии визирования цели РЛС1. Для РЛС2 цель станет перпендикулярной линии визирования цели в положении 2. То есть минимальные КК РЛС1 и РЛС2 разделены интервалом времени t, в течение которого цель из положения 1 перейдет в положение 2. Таким образом, анализ изменений, происходящих со значениями КК в РЛС1 и РЛС2, может позволить вычислить угловую скорость изменения ракурса локации ’ при ТН. Для этого необходимо из массива данных D1 РЛС1 выбрать данные, соответствующие некоторому работному интервалу Tp1, в течение которого значение КК снижается от максимума до минимума, а затем снова возрастает до максимума. Аналогичным образом, из массива данных D2 РЛС2 необходимо выделить данные, соответствующие аналогичному работному интервалу Тр2, в пределах которого значение КК снижается от максимума до минимума, а затем возрастает до максимума. При этом интервалы Tp1 и Тp2 должны перекрывать друг друга по времени не менее чем на 2/3. В пределах интервалов Tp1 и Тр2 необходимо найти минимальные значения КК и соответствующие им значения времени (t’ - время, соответствующее минимальному КК из массива данных D1, t” - время, соответствующее минимальному КК из массива данных D2). Затем следует вычислить интервал времени t между значениями t’ и t”, соответствующими найденным значением КК: t=|t’-t”|. Тогда угловая скорость поворота цели на используемом участке ТН может быть вычислена по формуле

’= / t.

Далее, для построения двухмерного РЛИ необходимо использовать данные только одной РЛС1. Сначала необходимо уточнить продолжительность интервала времени Tp1, в течение которого КК из массива данных D1 уменьшается от максимума до минимума и затем снова повышается до максимума. Это соответствует повороту цели в одну сторону без перехода через точку, в которой линейные скорости поворота РЦ вокруг ЦСЦ меняют свое направление на противоположное. Для этого время, соответствующее минимальному КК t’, принимают за середину интервала Tp1, а его длительность определяют по формуле Tp1=Fпер/(fср’), где fср=f01+Fпер/2 - средняя частота зондирования основной РЛС1. Вид используемой формулы объясняется следующими обстоятельствами. Разрешающая способность в радиальном направлении S определяется формулой S=c/(2Fпер), где с - скорость света. Например, для получения разрешения в 1 м необходима перестройка частоты в 150 МГц. Количество используемых в РЛС1 частот и диапазон перестройки всегда известны. Поэтому будем считать, что разрешающая способность в радиальном направлении задана техническими характеристиками PЛC1. Разрешающая способность в поперечном направлении L согласно [7] определяется L= ср/(2), где ср - средняя длина волны РЛС1, cp=C/fcp, - угол, на который изменяется ракурс цели за работное время p1. При известной угловой скорости поворота цели ’ угол вычисляется по формуле =Tp1’. Используя требование равенства разрешающих способностей L= S, получаем выражение для выбора работного времени Tp1=Fпер/(fср’). Таким образом, зная параметры основной РЛС1 и вычислив угловую скорость поворота цели за счет ТН, можно обеспечить равенство разрешений в продольном и поперечном направлениях правильным выбором Tр1. Например, для Fпер=150 МГц ( S=1 м), f01=10 ГГц и угловой скорости ’=1 /с получаем Tр1=0,85 с. Для получения разрешения в 2 м требуется Fпер=75 МГц, что определяет при ’=2 /с работное время Tр1=0,28 с.

Далее рассчитанный интервал времени Tр1 сравнивают с интервалом времени, необходимым для набора 22N отраженных сигналов. Его длительность равна 22NTи1. Именно столько сигналов необходимо иметь в матрице многочастотно-синтезированного рассеяния (ММСР) для получения двумерного РЛИ методом двухмерного БПФ. Меньшее чем 2N число отраженных сигналов для получения двухмерного РЛИ использовать нецелесообразно и невозможно. Если рассчитанный интервал Tp1 окажется меньше 22NTи1, то его увеличивают до значения 22NTи1. Затем, приняв за середину интервала Tp1 момент времени t’, соответствующий минимальному КК, из всего массива данных М11 выбирают только те данные, которые по времени начинаются с момента t’-Tp1/2, a заканчиваются в момент времени t’+Tp1/2.

Далее время начала и конца интервала Tp1 уточняют. Это связано с тем, что для получения двухмерного РЛИ нужные для его формирования данные должны начинаться со столбца массива данных М11 с номером частоты z=1, а заканчиваться данными столбца массива данных М11 с номером частоты z=2N. В случае, если выделенный интервал Tp1 начинается со столбца массива М11 с номером частоты, отличным от 1, а заканчивается столбцом с номером частоты, отличным от 2N, необходимо интервал Tp1 расширить. Для этого число данных, входящих в интервал Tp1, необходимо увеличивать добавлением очередных левых столбцов данных до тех пор, пока крайний левый столбец выбранного участка массива M11 (диапазона Tp1) не будет иметь номер частоты, равный 1. Аналогичным образом необходимо добавлять в интервал Tp1 очередные правые столбцы массива данных М11 до тех пор, пока последний столбец не будет иметь номер частоты, равный 2N.

После этого необходимо сделать так, чтобы количество столбцов массива М11, используемых в дальнейшем для формирования ММСР и входящих в интервал Tp1, было точно равно 22N. Для этого определяют общее число столбцов J, входящих в выборку на интервале Tp1, после чего вычисляют количество G лишних последовательностей данных об отраженном сигнале (каждая из которых содержит по 2N столбцов массива данных М11) по формуле G=(J-22N)/2N. Теперь остается исключить из всего числа столбцов массива данных М11, входящих в выборку на интервале Tp1, лишние столбцы, количество которых равно G2N. Для этого, двигаясь поочередно от начала и от конца интервала Tp1 к его середине, необходимо обнулять четные последовательности столбцов с 2N-м числом столбцов в каждой последовательности до тех пор, пока число обнуленных последовательностей не будет равно G (см. фиг.6). Например, если G=5, на интервале Tp1 обнуляется 2-я от начала последовательность из 2N столбцов, затем обнуляется 2-я от конца последовательность из 2N столбцов, т.е. (J/2N-1)-я. Далее обнуляются 4-я от начала и 4-я от конца, т.е. (J/2N-3)-я последовательность. Последней обнуляется 6-я от начала последовательность из 2N столбцов. В результате обнуления в массиве данных М11 на интервале Tp1 остается ровно 22N столбцов, в которые записаны необнуленные значения. Под обнуленными значениями понимаются значения столбца массива данных М11, в каждой строке которого записано значение, равное нулю.

Далее в ОЗУ РЛС1 формируют массив данных Е. Массив данных Е состоит из двух строк и 22N столбцов. Данные 1-го необнуленного столбца массива данных 11 (1-я строка содержит значение амплитуды, 2-я строка содержит значение фазы) переписывают в 1-й столбец массива данных Е (значение амплитуды - в элемент 1-й строки, значение фазы - в элемент 2-й строки). Данные второго необнуленного столбца массива данных М11 переписывают во 2-й столбец массива данных Е (значение амплитуды - в 1-ю строку, значение фазы - во вторую строку) и т.д. до 22N-го столбца массива М11, данные которого переписывают в 22N-й столбец массива данных Е.

Затем в ОЗУ РЛС1 составляют массив данных S с 2N строками и 2N столбцами, выражающий собой ММСР. В элементы массива S в комплексной форме вида Аiеj i переписывают значения амплитуд и фаз массива данных Е. При этом данные 1-й и 2-й строки 1-го столбца массива Е после перевода в комплексную форму записывают в элемент 1-й строки 1-го столбца массива S. Данные 1-й и 2-й строки 2-го столбца массива Е записывают в элемент 2-й строки 1-го столбца массива данных S. Данные 1-й и 2-й строки 2N-го столбца массива Е после преобразования в комплексную форму записывают в элемент 2N-й строки 1-го столбца массива S. Во 2-й столбец массива данных S перепишутся данные 2-й последовательности из 2N значений массива Е. И так далее до 2N-го столбца массива S, в который переписывают данные последней последовательности из 2N столбцов массива Е (фиг.6). В итоге массив данных S будет выражать собой ММСР, в строках которой в комплексной форме записаны 2N значений амплитуд и фаз отраженных сигналов на одинаковой частоте, а столбцах - последовательности из 2N значений отраженных от цели сигналов в порядке увеличения на f их несущей частоты от импульса к импульсу (от элемента к элементу столбца массива данных S).

Данные составленной матрицы ММСР подвергают двухмерному БПФ и формируют двухмерную спектрально-временную матрицу многочастотно-синтезированного рассеяния [1, 2], которую преобразуют в графическое матричное изображение цели, для чего определяют уровень первых боковых лепестков двухмерного спектрально-временного отклика наиболее интенсивного РЦ поверхности цели. Вычисленный уровень принимают за пороговую величину и сравнивают с ней значения элементов двухмерной спектрально-временной матрицы. В случае превышения порога заштриховывают соответствующий элемент в матричном поле размером 2N2N, а совокупность всех заштрихованных элементов принимают за двухмерное РЛИ цели [16].

Для правильного формирования РЛИ необходимо, чтобы разрешающие способности и масштабы изменения линейных координат в продольном и поперечном направлениях поля изображения были одинаковы. Разрешающая способность в продольном направлении определяется количеством используемых частот зондирования N и величиной перестройки частоты от импульса к импульсу f. Разрешающая способность в поперечном направлении определяется выбором интервала работного времени Tp1 (времени ИРСА). Для выравнивания масштабов поля изображения по продольной и поперечной координатам необходимо учесть, что линейные удаления l рассеивающих центров от ЦСЦ в поперечном направлении могут быть однозначно вычислены из значений Fi - вторичных доплеровских частот i-x РЦ, которые проявляются в ДС цели [1]. Доплеровские спектры цели могут быть получены из любой выборки из 2N сигналов, записанных в массив данных M12, методом БПФ. Выражение для расчета линейных удалений li i-x РЦ имеет вид

li=Fi ср/(2 ’),

где ср - средняя длина волны, рассчитываемая по формуле cp=c/(f01+Fпер/2).

Формула показывает, что цели, имеющие одинаковые по ширине доплеровские спектры, в зависимости от значения угловой скорости их поворота могут иметь различные геометрические размеры в поперечном направлении. Пусть имеются две цели гантельного типа (двухточечные), отличающиеся в 2 раза своими размерами. Если меньшая цель будет поворачиваться в пространстве в 2 раза быстрее, ее вторичный доплеровский спектр будет идентичен спектру большей цели при одинаковом изменении ракурса за время синтезирования. Поэтому при формировании двухмерного РЛИ обязательно нужно вычислять угловую скорость поворота цели ’, что и было сделано выше.

Первоначально используемая квадратная форма поля двухмерного РЛИ должна быть в поперечном направлении рассчитана на минимальную угловую скорость поворота цели при ТН мин порядка . Поскольку li обратно пропорциональны ’, то при увеличении угловой скорости рыскания цели в турбулентной атмосфере поле изображения в поперечном направлении должно пропорционально сжиматься. Тогда оператору РЛС не нужно будет обращать внимание на изменение масштаба координат, поскольку двухмерное РЛИ всегда будет отображать реальную конфигурацию цели с учетом пропорциональности размеров в продольном и поперечном направлениях. Другими словами, поперечные размеры цели в РЛИ будут индифферентны к изменениям угловых скоростей изменения ракурса локации при ТН полета. Поэтому в изображении необходимо выбрать пределы изменения линейных координат так, чтобы они превосходили в 2 раза размеры самой крупной цели при минимальной угловой скорости ее вращения за счет траекторных нестабильностей, равной в условиях данной местности, например мин=0,8 /с. Далее необходимо сравнить рассчитанную угловую скорость ’ с минимальной и частное от деления ’/мин использовать в качестве коэффициента сжатия поля изображения в поперечном направлении.

Как видно из описания предлагаемого способа построения двухмерного РЛИ, он обладает рядом преимуществ по сравнению с прототипом [2]. Способ обладает большей точностью, более высоким быстродействием и помехоустойчивостью, т.е. сохраняет свою работоспособность в условиях прицельных шумовых помех, чем будет обеспечиваться повышение достоверности распознавания цели.

Источники информации

1. Патент РФ № 2099743 от 20.12.1997 г. Способ формирования двухмерного радиолокационного изображения прямолинейно летящей цели при многочастотном узкополосном зондировании. Митрофанов Д.Г. (аналог).

2. Патент РФ № 2180445 от 10.03.2002 г. Способ построения двухмерного радиолокационного изображения воздушной цели по траекторным нестабильностям ее полета. Митрофанов Д.Г., Гусев М.П., Денисов А.В., Гузаев Д.Н., Бортовик В.В. (прототип).

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

4. Пасмуров А.Я. Получение радиолокационных изображений летательных аппаратов // Зарубежная радиоэлектроника, 1987. № 12. С.3-30.

5. Гольденберг Л.М. Цифровая обработка сигналов: Справочник. - М.: Радио и связь, 1985. 312 с.

6. Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации. - М.: Сов. радио, 1970.

7. Стайнберг Б.Д. Формирование радиолокационного изображения самолета в диапазоне СВЧ // ТИИЭР, 1988. № 12. Т.76. С.26-46.

8. Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. - М.: Воениздат, 1989. - 350с.

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

10. Голенко Д.И. Моделирование и статический анализ псевдослучайных чисел на электронных вычислительных машинах. М., Наука, 1985.

11. Фараонов В.В. Delphi 5. Руководство программиста. - М.: “Нолидж”, 2001. С.325.

12. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. Учебник для ВУЗов. М., Сов. Радио, 1973.

13. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М., Наука, 1969, 576 с.

14. Гмурман В.Е. Теория вероятности и математическая статистика. М: Высш. Школа, 1999 г.

15. Дж. Бендат, А. Пирсол. Применение корреляционного и спектрального анализа. М., Мир, 1983.

16. Митрофанов Д.Г. Формирование двухмерного радиолокационного изображения цели с траекторными нестабильностями полета // Радиотехника и электроника. РАН, 2002. Т.47. № 7.

17. Радиоприемные устройства: Учебное издание/ Под ред. А.П.Жуковского. М.: Высшая школа, 1989. 342 с.

Формула изобретения

Способ построения двумерного радиолокационного изображения воздушной цели, заключающийся в том, что используют две синхронизированные по времени и разнесенные на местности на расстояние d РЛС, причем расстояние d должно быть таким, чтобы на основной дальности сопровождения цели разность углов локации цели для РЛС1 и РЛС2 составляла единицы градусов, при этом РЛС1 должна обладать многочастотным зондирующим сигналом, который представляет собой последовательность из 2N импульсов (N=8,9), а в пределах каждой последовательности частота зондирующих сигналов изменяется от импульса к импульсу в диапазоне от f01 до f01+Fпep, где f01 - начальная несущая частота зондирующего многочастотного сигнала РЛС1, Fпep - диапазон, в котором осуществляется перестройка частоты от импульса к импульсу с интервалом Fпер/(2N-1), при этом периоды повторения РЛС1 Ти1 и РЛС2 Ти2 должны быть одинаковыми Ти1и2, а начальная несущая частота зондирования f01 РЛС1 должна быть несколько больше несущей частоты импульсов f02 РЛС2, обе РЛС в направлении цели излучают импульсные сигналы, а затем принимают отраженные сигналы, переводят их из аналоговой в цифровую форму и запоминают методом записи в массивы данных оперативных запоминающих устройств РЛС1 и РЛС2 значений амплитуд, фаз и точного времени прихода каждого отраженного импульсного сигнала, при этом частоту записи параметров отраженных импульсов РЛС2 выбирают в 2N раз меньшей, чем в РЛС1, запись последовательности отраженных сигналов в массив данных М11 оперативного запоминающего устройства РЛС1 производят на интервале времени Т3, на порядок превышающем величину 22NТи1, так что на интервале Т3 умещается намного больше, чем 2N этапов записи по 2N импульсов в каждом, в РЛС2 в течение времени Т3 в массив данных M21 оперативного запоминающего устройства записывают переведенные в цифровую форму значения амплитуды, фазы и точного времени приема одночастотных отраженных импульсных сигналов РЛС2 с периодом записи 2NTи2, излучение каждой последовательности из 2N импульсов РЛС1 проводят в течение интервала времени, на порядок меньшего интервала корреляции траекторных нестабильностей полета цели, составляющий величину до 25 мс, составляют в оперативном запоминающем устройстве РЛС1 в виде массива данных матрицу многочастотно-синтезированного рассеяния с 2N строками и 2N столбцами, в данной матрице запоминают числа, хранящиеся ранее в массиве данных М11 и выражающие собой значения амплитуд и фаз отраженных от цели сигналов, данные составленной матрицы многочастотно-синтезированного рассеяния подвергают двумерному быстрому преобразованию Фурье, в результате чего составляют и запоминают в виде массива данных двумерную спектрально-временную матрицу рассеяния с 2N строками и 2N столбцами, которую преобразуют в графическое матричное двумерное радиолокационное изображение цели, для чего определяют уровень первых боковых лепестков двумерного спектрально-временного отклика наиболее интенсивного рассеивающего центра поверхности цели, вычисленный уровень принимают за пороговую величину и сравнивают с ней значения других элементов двумерной спектрально-временной матрицы рассеяния, и в случае превышения порога, заштриховывают соответствующий элемент в матричном поле размером 2N2N, а совокупность всех заштрихованных элементов принимают за двумерное радиолокационное изображение цели, пределы изменения линейных координат в изображении выбирают такими, чтобы они превосходили в 2 раза размеры самой крупной цели при минимальной угловой скорости ее вращения за счет траекторных нестабильностей, равной в условиях данной местности, например, мин=0,8%, сравнивают рассчитанную угловую скорость ’ с минимальной мин и частное от деления ’/мин используют в качестве коэффициента сжатия поля изображения в поперечном направлении, отличающийся тем, что при излучении несущую частоту импульсов каждой последовательности из 2N импульсов РЛС1 изменяют по случайному закону, выполняя, однако, условие, чтобы в пределах каждой 2N-импульсной последовательности частота каждого импульса повторялась только один раз, для этого в РЛС1 формируют линейный массив данных А из 2N элементов, предназначенный для хранения значений номеров частот сигналов исходной импульсной последовательности, при этом частоте f01 присваивают 1-й номер, частоте f01+f - второй номер и так далее до z-го номера, который присваивают частоте f01+(z-1)f, при этом номера частот записывают в элементы массива А в порядке возрастания от 1 до 2N, далее в оперативном запоминающем устройстве РЛС1 формируют линейный массив В1 из 2N элементов, в 1-й элемент которого переписывают из 1-го элемента массива данных А значение номера частоты f01, равное 1, после чего 1-й элемент массива данных А обнуляют, а остальные значения номеров частот сигналов формируемой 2N-импyльcнoй последовательности извлекают из необнуленных элементов массива данных А случайным образом и переписывают поочередно в 2N-й, (2N-1)-й и так далее до 2-го элемента массива данных В1, при этом после каждого этапа извлечения значения номера частоты из массива А и переписи его в очередной элемент массива данных B1 использованный при этом элемент массива А обнуляют, и обнуленную информацию этого элемента массива А при дальнейшем формировании массива данных B1 не используют, данные, записанные в 1-м, 2-м и так далее до 2N-го элементах массива B1, используют для формирования последовательности из 2N импульсов, в которой каждый из импульсов имеет свою, отличную от других, частоту Fz, рассчитываемую по формуле Fz=f01+(z-1)f, где z - значение номера частоты, при этом 1-й импульс последовательности будет иметь 1-ю частоту, второй - номер частоты, записанный во 2-м элементе массива данных B1, третий импульс - номер частоты, записанный в 3-м элементе массива B1, и так далее, до 2N-го импульса, который будет иметь номер частоты, записанный в 2N-м элементе массива данных B1, в оперативном запоминающем устройстве РЛС1 формируют массив данных С, состоящий из 2-х строк и 2N столбцов, сигналы 1-й 2N-импульсной последовательности излучают в направлении цели с частотами, соответствующими по номеру числам, записанным в массив данных В1, а информацию об амплитуде и фазе отраженных от цели сигналов первой 2N-импyльcнoй последовательности после перевода ее из аналоговой в цифровую форму запоминают в элементах сформированного массива данных С в порядке возрастания частоты отраженных импульсов от столбца с меньшим номером к столбцу с большим номером, для чего при излучении импульса на z-й частоте информацию о значении z, взятом из очередного элемента массива В1, используют при записи значений амплитуды и фазы отраженного сигнала соответственно в 1-ю и 2-ю строку именно z-го столбца массива С, то есть номер частоты излучаемого импульса определяет номер столбца массива данных С, в который записывают значения амплитуды и фазы отраженного от цели сигнала, после приема и запоминания параметров всех 2N импульсов цифровую информацию о значениях амплитуд и фаз отраженных сигналов переписывают соответствующим образом в 1-ю и 2-ю строки первых 2N столбцов предварительно сформированного в оперативном запоминающем устройстве РЛС1 массива данных М11, причем массив данных М11 состоит из четырех строк: первая строка - для хранения значений амплитуд отраженных сигналов, вторая - для хранения значений фаз отраженных сигналов, третья - для хранения номеров используемых при излучении частот, четвертая - для записи значений времени приема отраженных импульсных сигналов, число же столбцов массива данных М11 должно на порядок превышать величину 22N, при переписи информации об отраженных сигналах из массива данных С в массив данных М11 значение элемента 1 -й строки 1-го столбца массива С переписывают в элемент 1-й строки 1-го столбца массива данных М11, значение элемента 2-й строки 1-го столбца массива С переписывают в элемент 2-й строки 1-го столбца массива М11, аналогичным образом значения 2-го столбца массива С переписывают во 2-й столбец массива М11 и так далее до 2N-го столбца массива С, значения которого переписывают соответственно в 1-ю и 2-ю строки 2N-го столбца массива М11, значения 3-й строки массива данных М11 определяются номерами столбцов массива данных С, из которых переписывают значения амплитуд и фаз отраженного сигнала в соответствующие столбцы массива М11, то есть при переписи информации из i-го столбца массива данных С в некоторый столбец массива М11 в 3-ю строку этого столбца записывают число i, во время излучения, приема и записи значений параметров отраженных сигналов 1-й 2N-импyльcнoй последовательности из массива А, аналогичным случайным образом формируют массив данных В2, значения элементов которого используют для расчета значений частот импульсов 2-й излучаемой 2N-импyльcнoй последовательности, после излучения которой в направлении цели 2N отраженных сигналов также принимаются РЛС1, значения амплитуд и фаз отраженных сигналов переводят в цифровую форму и запоминают в элементах массива данных С РЛС1 с соблюдением правила: значения амплитуды и фазы отраженного сигнала на i-й частоте записывают соответственно в 1-ю и 2-ю строку i-го столбца массива данных С, затем информацию, повторно записанную в массив данных, С, переписывают в 1-ю и 2-ю строки очередных, не занятых информацией, столбцов массива данных М11, то есть значения 1-го столбца массива С записывают в (2N+1)-й столбец массива М11, значения 2-го столбца массива данных С - в (2N+2)-й столбец массива М11 и так далее до 2N+l-гo столбца массива М11, в который записывают значения амплитуды и фазы отраженного импульса из 2N-го столбца массива данных С, при этом в 3-ю строку (2N+1)-го столбца массива M11 записывают число 1, выражающее номер 1-й частоты, в 3-ю строку (2N+2)-го столбца - число 2 и т.д. до 2N+l-гo столбца массива М11, в 3-ю строку которого записывают число 2N, третью, четвертую и так далее 2N-импyльcныe последовательности формируют аналогичным образом на основе соответствующих массивов В3, B4 и так далее, полученных из массива А при очередном случайном распределении его элементов, а информацию о значениях амплитуд и фаз принятых очередных 2N импульсов каждый раз запоминают в элементах массива С, откуда переписывают в очередные 2N не занятых информацией столбцов массива М11, при этом в очередные 2N незаполненных элемента 3-й строки массива М11 переписывают увеличивающуюся с каждым номером столбца на единицу последовательность чисел от 1 до 2N, так продолжают формировать первые три строки массива данных М11 до тех пор, пока первые три строки всех столбцов этого массива, число которых на порядок больше величины 22N, не окажутся заполненными информацией о значениях амплитуд, фаз и номеров частот отраженных сигналов, в 4-ю строку массива М11 записывают значения времени приема импульсов, рассчитанные по формуле Тх=ХТи1, где Тх - значение времени, записываемое в элемент 4-й строки Х-го столбца; Х - номер столбца массива данных М11, затем в оперативном запоминающем устройстве РЛС1 организуют массив данных М12, состоящий из 3-х строк и М столбцов, где М=Т3и1, в первую строку массива М12 переписывают из массива М11 значения амплитуд отраженных импульсов на 1-й частоте f01, во вторую строку - значения фаз отраженных импульсов на 1-й частоте f01, в третью - значения времени приема сигналов на 1-й частоте зондирования f01, то есть в 1-й столбец массива M12 переписывают значения из 1-го столбца массива данных М11, во 2-й столбец массива M12 - значения из (2N+1)-го столбца массива М11, в 3-й столбец массива M12 - значения из (2N2+1)-го столбца массива данных M11 и так далее до М-го столбца массива M12, в который переписывают значения из [2N(М-1)+1]-го столбца массива М11, после формирования и заполнения информацией массива данных M21 РЛС2, время приема сигналов, записываемое в элементы 3-й строки массива M21, рассчитывают по формуле Тх=2NTи2(X-1)+Ти2, где Тх - значение времени, записываемое в элемент 3-й строки Х-го столбца; Х - номер столбца массива данных M21, выборки значений отраженных сигналов, записанных в массивы M12 и M21, называют генеральными, а любую выборку из взятых подряд 2N значении в пределах генеральной называют частной выборкой, i-й частной выборкой называют частную выборку с началом в 1-м столбце и концом в (2N+i)-м столбце массива M12, в пределах генеральной выборки из массива M12 выделяют 1-ю частную выборку с началом в 1-м столбце и концом в 2N-м столбце и 2-ю частную выборку с началом во 2-м столбце и концом в (2N+1)-м столбце, вычисляют коэффициент корреляции между 1-й и 2-й частными выборками, предварительно преобразовав значения амплитуд и фаз отраженных сигналов, записанных соответственно в 1-ю и 2-ю строку i-го столбца массива M12, в комплексную форму вида Аiеji, где Аi – значение амплитуды сигнала в 1-й строке i-го столбца; i- значение фазы сигнала во 2-й строке 1-го столбца, вычисленный в результате корреляционного анализа комплексный коэффициент корреляции преобразуют по формуле вычисления модуля комплексного числа, полученное модульное значение коэффициента корреляции между 1-й и 2-й частными выборками называют первым коэффициентом корреляции и связывают его по времени с серединой интервала, на котором получены значения амплитуд и фаз отраженного сигнала 1-й частной выборки, затем проводят корреляционный анализ между 2-й и 3-й частными выборками массива М12 и полученный коэффициент корреляции называют 2-м, связывая его с серединой интервала, на котором получены данные 2-й частной выборки, смещаясь далее на каждом этапе вычисления коэффициента корреляции на один столбец в сторону увеличения его номера, получают очередные коэффициенты корреляции, при этом между i-й и (i+1)-й частными выборками будет вычислено модульное значение i-го коэффициента корреляции, которое будет связано по времени с серединой временного интервала, содержащего данные i-й частной выборки, в результате указанного последовательного вычисления получают М-2N-1 коэффициентов корреляции и соответствующих им моментов времени, которые запоминают в соответствующих элементах 1-й и 2-й строки массива данных D1 оперативного запоминающего устройства РЛС1, аналогичным образом проводят корреляционный анализ с значениями амплитуд и фаз отраженного сигнала, записанными в массив M21 РЛС2, в результате такого анализа между всеми парами смежных по номеру частных выборок получают М-2N-1 значений коэффициентов корреляции и соответствующие им моменты времени, которые в цифровом виде записывают соответственно в 1-ю и 2-ю строки массива данных D2 оперативного запоминающего устройства РЛС2, анализируют информацию, записанную в массивы D1 и D2 и выделяют в них работные интервалы данных Tp1 для D1 РЛС1 и Тр2 для D2 РЛС2, перекрывающие друг друга по времени не менее чем на 2/3, в пределах которых коэффициент корреляции уменьшается от максимума до минимума, а затем снова увеличивается до максимума, в пределах интервала Tp1 определяют момент времени t’, соответствующий минимальному коэффициенту корреляции отраженного сигнала в РЛС1, в пределах интервала Тр2 определяют аналогичный момент времени t”, соответствующий минимальному коэффициенту корреляции отраженного сигнала в РЛС2, вычисляют интервал времени t=|t’-t”|, на основе чего по формуле ’=/t вычисляют угловую скорость поворота цели на используемом участке траекторных нестабильностей, далее для построения двумерного радиолокационного изображения цели используют данные только одной РЛС1, при этом уточняют продолжительность интервала времени Tp1, соответствующего повороту цели в одну сторону без перехода через точку, в которой линейные скорости поворота рассеивающих центров вокруг центра сопровождения цели меняют свое направление на противоположное, для этого время t’, соответствующее минимальному коэффициенту корреляции, принимают за середину интервала Tp1, а его длительность определяют по формуле Tp1=Fпep/(fcp’), где fcp=f01+Fпep/2 - средняя частота зондирования основной РЛС1, затем рассчитанный интервал времени Tp1 сравнивают с интервалом времени, необходимым для набора 22N следующих подряд многочастотных отраженных сигналов, длительность которого равна 22NTи1, и если рассчитанный интервал Tp1 окажется меньше 22NTи1, то его увеличивают до значения Tp1=22NТи1, принимают во внимание тот факт, что каждый столбец данных как в массиве М1, так и в массиве М11 соответствует вполне определенному времени, рассчитав время начала t’-Tp1/2 и конца t’+Tp1/2 интервала Tp1, среди данных массива М11 выделяют выборку с началом в столбце, соответствующем времени t’-Tp1/2, и с концом в столбце, соответствующем времени t’+Tp1/2, далее в случае, если данные выделенного интервала Tp1 начинаются со столбца массива М11 с номером частоты, отличным от 1, а заканчиваются столбцом с номером частоты, отличным от 2N, интервал Tp1 расширяют, для чего число столбцов, входящих в интервал Tp1, увеличивают добавлением очередных левых столбцов до тех пор, пока крайний левый столбец выделенного участка данных массива М11 не будет иметь номер частоты, равный 1, аналогичным образом в интервал Tp1 добавляют очередные правые столбцы массива М11 до тех пор, пока последний столбец не будет иметь номер частоты, равный 2N, после этого определяют общее число столбцов J, входящих в выборку на расширенном интервале Tp1, вычисляют количество G лишних для формирования радиолокационного изображения последовательностей из 2N данных об отраженном сигнале по формуле G=(J-22N)/2N и исключают из всего числа столбцов массива М11, входящих в выборку на интервале Tp1, лишние столбцы, количество которых равно G2N, для чего, двигаясь поочередно от начала и от конца интервала Tp1 к его середине, обнуляют четные последовательности столбцов с 2N-м числом столбцов в каждой последовательности, до тех пор, пока число обнуленных последовательностей не будет равно G, в результате обнуления в массиве данных М11 на интервале Tp1 оставляют ровно 22N столбцов, в которые записаны необнуленные значения, далее в оперативном запоминающем устройстве РЛС1 формируют массив данных Е, состоящий из двух строк и 22N столбцов, данные 1-й и 2-й строк 1-го необнуленного столбца массива М11 переписывают в 1-й столбец массива данных Е, значение амплитуды - в элемент 1-й строки массива Е, значение фазы - в элемент 2-й строки массива Е, данные 2-го необнуленного столбца массива М11 аналогичным образом переписывают во 2-й столбец массива данных Е и так далее до 22N-гo необнуленного столбца массива М11, значения элементов которого переписывают в 2N-й столбец массива Е, затем в оперативном запоминающем устройстве РЛС1 формируют массив данных S с 2N строками и 2N столбцами, в элементы массива данных S переписывают значения элементов массива Е в комплексной форме вида Аiеji, где Аi – значение амплитуды сигнала в i-м столбце массива Е; i - значение фазы сигнала в i-м столбце массива Е, при этом данные 1-й и 2-й строки 1-го столбца массива Е записывают в элемент 1-й строки 1-го столбца массива S, данные 1-й и 2-й строки 2-го столбца массива Е записывают в элемент 2-й строки 1-го столбца массива S и так далее до элемента 2N-й строки 1-го столбца массива S, в который записывают значения 1-й и 2-й строк 2N-го столбца массива Е, во 2-й столбец массива данных S аналогично записывают данные 2-й последовательности из 2N столбцов массива Е и так далее до 2N-го столбца массива S, в который переписывают данные последней, то есть 2N-й последовательности из 2N столбцов массива Е, данные составленного массива S используют в качестве матрицы многочастотно-синтезированного рассеяния для формирования двумерной спектрально-временной матрицы рассеяния методом проведения быстрого преобразования Фурье.

РИСУНКИ

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



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам и системам индикации целей и может использоваться на различных типах самолетов и вертолетов в составе прицельно-навигационных комплексов и систем

Изобретение относится к цифровой обработке сигналов и может использоваться при обработке локационных изображений, в частности при обработке двумерных полей откликов радиолокационных, гидролокационных, а также оптоэлектронных датчиков

Изобретение относится к геофизике, в частности к устройствам геоэлектроразведки с использованием электромагнитных волн высокой частоты, и может быть использовано при разведке полезных ископаемых, а также для поиска инженерных коммуникаций и других скрытых неоднородностей в исследуемом подповерхностном слое земли

Изобретение относится к способам, использующим отражение или вторичное излучение радиоволн, и может быть использовано в радиолокационных или аналогичных системах, предназначенных для картографирования и управления в радиолокационных станциях летательных аппаратов

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в когерентно-импульсных РЛС сопровождения с многочастотным зондированием для получения двумерного радиолокационного изображения (РЛИ) и распознавания по нему воздушной цели

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано при разработке портативных радиолокаторов для дистанционного исследования природной среды, включая подповерхностную радиолокацию Земли

Изобретение относится к радиотехнике, в частности, к системам получения радиолокационных изображений объектов

Изобретение относится к области океанологии, в честности к дистанционному контролю гидрологических процессов взаимодействия ветрового волнения и внутренних волн

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к агрохимическому картографированию пахотных земель

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в когерентно-импульсной РЛС сопровождения для построения двумерного РЛИ и распознавания по нему воздушной цели

Изобретение относится к геофизическим приборам и предназначено для исследования подповерхностной структуры почвы на глубину до нескольких десятков метров

Изобретение относится к радиолокации, а именно к радиолокационным системам наблюдения за поверхностью на базе бортовой РЛС, работающей в режиме повышенного разрешения синтезирования апертуры антенны за счет селекции по доплеровской частоте

Изобретение относится к измерениям радиолокационных характеристик объектов техники с восстановлением их радиолокационных изображений (РЛИ)

Изобретение относится к области исследования радиолокационных характеристик объекта при использовании многочастотного импульсного зондирования и метода инверсного радиолокационного синтезирования апертуры

Изобретение относится к судовождению и может быть использовано в картографии, геодезии и при проведении работ, связанных с построением карт при исследованиях различных геофизических процессов

Изобретение относится к радиолокации
Наверх