Радиолокационная станция с поимпульсной перестройкой несущей частоты, нейросетевым распознаванием объектов и инверсным синтезированием апертуры антенны



Радиолокационная станция с поимпульсной перестройкой несущей частоты, нейросетевым распознаванием объектов и инверсным синтезированием апертуры антенны
Радиолокационная станция с поимпульсной перестройкой несущей частоты, нейросетевым распознаванием объектов и инверсным синтезированием апертуры антенны

 


Владельцы патента RU 2439611:

Митрофанов Дмитрий Геннадьевич (RU)

Изобретение относится к радиолокационной технике. Достигаемый технический результат - обеспечение возможности радиолокационного распознавания как классов, так и типов воздушных объектов в пределах одного из классов при любой дальности до объекта. Указанный результат достигается за счет того, что в состав заявленного устройства предлагается включить накопительный буфер, блок обратного быстрого преобразования Фурье, блок нормирования, оперативное запоминающее устройство, первый нейросетевой классификатор, первый цифровой коммутатор и L вторых нейросетевых классификаторов, где L - число распознаваемых классов воздушных объектов, блок формирования избыточной матрицы данных, блок корреляционного анализа, блок формирования многочастотной синтезированной матрицы рассеяния, блок обратного быстрого преобразования Фурье, блок компенсации фазовых искажений, блок дополнения нулями, блок прямого быстрого преобразования Фурье, блок формирования изображения, блок формирования признака, второй цифровой коммутатор и L третьих нейросетевых классификаторов, каждый из которых имеет Z выходов по числу распознаваемых типов объектов в пределах одного класса, соединенные определенным образом между собой и остальными элементами устройства. 2 ил.

 

Изобретение относится к радиолокационной технике и устройствам распознавания объектов и предназначено для определения классов и типов воздушных объектов по дальностным портретам и двумерным радиолокационным изображениям с помощью нейросетевого подхода.

Известна радиолокационная станция (РЛС) с инверсным радиолокационным синтезированием апертуры (ИРСА), используемая в Тихоокеанском ракетном испытательном центре США, алгоритм обработки сигналов в которой разработан специально для получения двумерных радиолокационных изображений (РЛИ) объектов [1]. В состав указанной РЛС входят задающий генератор (на диоде Ганна), делитель мощности (четырехплечий), генератор пилообразного напряжения, линия задержки, передающая антенна, первый и второй смесители, усилитель высокой (зондирующей) частоты, приемная антенна, фильтр высоких частот, частотный дискриминатор, усилитель промежуточной частоты, фильтр подавления неоднозначности, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифровой магнитофон, анализатор быстрого преобразования Фурье (реального масштаба времени), вычислитель, пульт управления магнитофоном, графопостроитель, декодирующее устройство углового положения, установка для вращения цели. При этом задающий генератор соединен своим входом с выходом генератора пилообразного напряжения, а выходом - со входом делителя мощности, первый выход которого подключен к передающей антенне, второй - к первому входу первого смесителя, третий - ко входу линии задержки, четвертый - ко второму входу второго смесителя, первый вход которого соединен с выходом линии задержки, а выход - со входом частотного дискриминатора, выход которого соединен со входом генератора пилообразного напряжения. Выход приемной антенны подключен ко входу усилителя высокой частоты, выход которого соединен со вторым входом первого смесителя, выход которого подключен ко входу фильтра высоких частот, выход которого соединен со входом усилителя промежуточной частоты, выход которого соединен одновременно со входом фильтра подавления неоднозначности и входом анализатора быстрого преобразования Фурье (БПФ), выход которого подключен ко входу вычислителя, выход которого соединен со входом графопостроителя. Кроме того, выход фильтра подавления неоднозначности соединен со входом АЦП, выход которого соединен со входом цифрового магнитофона, а установка для вращения объекта механически связана с декодирующим устройством углового положения, электрический сигнал с выхода которого подается на первый вход пульта управления магнитофоном, на второй и третий входы которого подаются соответственно сигналы установки длительности записи и установки интервалов углов.

Недостатком указанной РЛС с ИРСА является то, что в ней используются сложные частотно-модулированные (с полосой до 3 ГГц) импульсные сигналы (позволяющие достичь разрешающей способности по дальности до 5 см), что приводит к усложнению электронной аппаратуры обработки радиолокационной информации, росту ее стоимости, габаритов и т.д. Использование формируемых данной РЛС с ИРСА радиолокационных изображений в алгоритмах автоматического радиолокационного распознавания (РЛР) объектов на средних и малых дальностях невозможно, так как двумерное РЛИ воздушного объекта (ВО) в данной РЛС можно получить на графопостроителе только через 15 с, что недопустимо в условиях динамически меняющейся радиолокационной обстановки. А распознавание ВО по дальностным портретам [2, 3], что могло бы сократить время принятия решения, в данной РЛС не предусмотрено.

Известна радиолокационная станция с инверсным синтезированием апертуры и перестройкой частоты, включающая первый потенциометрический датчик (ИД), соединенный своим выходом со входом 1-го АЦП, соединенного своим выходом с третьим входом блока расчета параметров движения цели (БРПДЦ), второй вход которого соединен с выходом второго АЦП, соединенного своим входом с выходом второго ПД, вход которого связан с выходом азимутального привода и вторым входом антенны, первый вход которой связан со входом первого ПД и выходом угломестного привода, вход которого соединен с выходом первого усилителя мощности (УМ), соединенного своим входом с выходом первого фазового детектора (ФД), первый вход которого соединен с выходом блока элементов линейной части приемника разностного угломестного канала (БЭЛЧПРУК), первый вход которого соединен с первым выходом моноимпульсного облучателя (МИО), первый вход-выход которого соединен с вход-выходом антенны, второй выход - с первым входом блока элементов линейной части приемника разностного азимутального канала (БЭЛЧПРАК), а второй вход-выход - с вход-выходом антенного переключателя (АП), соединенного своим выходом со вторым входом блока элементов линейной части приемника суммарного канала (БЭЛЧПСК), первый вход которого соединен со вторым входом БЭЛЧПРУК, вторым входом БЭЛЧПРАК и первым выходом первого ключа, соединенного первым входом с выходом задающего генератора (ЗГ), вторым выходом - с первым входом смесителя, а вторым входом - со вторым выходом схемы управления (СУ), первый выход которой соединен со входом синтезатора частоты на поверхностных акустических волнах (СЧПАВ), четвертый выход - с первым входом системы измерения дальности (СИД), а третий выход - с третьим входом цифрового устройства получения регулируемой задержки (ЦУПРЗ), второй вход которого связан с выходом пульта управления оператора, первый вход - с первым выходом БРПДЦ, а выход - со вторым входом второго ключа и вторым входом третьего ключа, первый вход которого соединен с выходом третьего ФД, а выход - со входом пятого АЦП, соединенного своим выходом с первым входом блока компенсации поступательного движения (БКПД), второй вход которого связан со вторым выходом БРПДЦ, а выход - со вторым входом блока двумерного быстрого преобразования Фурье (БДБПФ), выход которого соединен со входом блока радиолокационного распознавания (БРЛР) и вторым входом блока отображения радиолокационного изображения (БОРЛИ), а первый вход - с выходом четвертого АЦП, вход которого связан с выходом второго ключа, первый вход которого соединен со вторым входом СИД, выход которой соединен со входом третьего АЦП, выход которого связан с первым входом БРПДЦ, первый вход второго ключа соединен также с выходом амплитудного детектора (АД), вход которого связан с первым входом третьего ФД, с выходом БЭЛЧПСК, вторым входом первого ФД и вторым входом второго ФД, первый вход которого соединен с выходом БЭЛЧПРАК, а выход - со входом второго УМ, соединенного своим выходом со входом азимутального привода, выход СЧПАВ связан со вторым входом третьего ФД и вторым входом смесителя, первый вход которого связан со вторым выходом первого ключа, а выход - со входом когерентного передатчика, соединенного своим выходом с входом АП, причем выход БРЛР соединен с первым входом БОРЛИ [4].

Данная РЛС способна формировать двумерные РЛИ воздушных объектов и классифицировать их по правилу сравнения с эталонами [5, 6] в блоке РЛР. Воздушный объект относится к одному из определенных классов в соответствии с заранее установленным алфавитом путем сравнения полученной матрицы на выходе БДБПФ с набором эталонов. Один из возможных вариантов построения данного блока показан в [6].

Однако для проведения такого радиолокационного распознавания (иными словами классификации) необходимо иметь очень большое число эталонов матриц по числу возможных ракурсов локации и типов ВО. При числе типов в алфавите более 10 вероятность распознавания воздушных объектов существенно снижается, а использование правила обобщенного голосования с использованием гистограмм признаков позволяет разделить ВО только на классы, отличающиеся, к примеру, размерами или поведением. Если в интересах экономии времени на формирование признака проводить построение дальностного портрета объекта (как одномерного РЛИ), то вероятность распознавания ВО становится еще ниже. А число распознаваемых типов ВО может быть любым, в т.ч. более 10. С учетом этого перспективные системы радиолокационного распознавания ориентируют в настоящее время на нейросетевые методы. Однако традиционное построение нейросетевых идентификаторов при достижении алфавитом объектов даже 20 единиц требует значительного увеличения числа слоев или количества нейронов в слоях искусственной нейронной сети (ИНС). Это, в свою очередь, предъявляет трудновыполнимые в настоящее время требования к нейрочипам и вызывает увеличение времени на обучение ИНС. Математическое моделирование показывает, что вероятность нейросетевой идентификации ВО при расширении алфавита также снижается.

Кроме того, РЛС [4] не может правильно обрабатывать сигналы с поимпульсной перестройкой несущей частоты, отраженные от ВО, если дальность до ВО превышает однозначно измеряемую дальность, определяемую периодом повторения РЛС. Для формирования дальностных портретов или двумерных РЛИ импульсные сигналы с поимпульсной перестройкой несущей частоты должны быть квазинепрерывными, т.е. иметь период повторения Ти не более десятков микросекунд. Поскольку однозначно измеряемая дальность не превышает величины сТи/2, где с - скорость распространения радиоволн, то при малом периоде Ти сигналы от ВО, удаленных на десятки километров, будут приниматься в других периодах повторения, где несущая частота заполнения зондирующего импульса иная. В этом случае опорный сигнал смесителя будет поступать в третий ФД на отличающейся от принятого сигнала частоте, что приведет к нарушению логики работы РЛС. Этот недостаток следует устранить. Для этого необходимо предусмотреть задержку опорного сигнала n-й частоты, соответствующую задержке отраженного ВО и принятого локатором сигнала.

Задачей изобретения является обеспечение возможности радиолокационного распознавания как классов, так и типов воздушных объектов в пределах одного из классов при любой дальности до объекта за счет использования искусственных нейронных сетей и двухуровневого построения схемы распознавания по дальностным портретам и двумерным радиолокационным изображениям.

Обозначенная задача решается тем, что в состав известной, описанной выше РЛС [4], включающей два УМ, угломестный и азимутальный приводы, антенну, три ФД, МИО, БЭЛЧПРУК, БЭЛЧПРАК, БЭЛЧПСК, АП, когерентный передатчик, ЗГ, три ключа, четыре АЦП, АД, СИД, ПУО, схему управления, СЧПАВ, смеситель и БКПД, в которой первый вход антенны связан с выходом угломестного привода, соединенного своим входом с выходом первого УМ, связанного своим входом с выходом первого ФД, соединенного первым входом с выходом БЭЛЧПРУК, первый вход которого связан с первым выходом МИО, а второй вход - со вторым входом БЭЛЧПРАК, первым выходом первого ключа и первым входом БЭЛЧПСК, связанного вторым входом с выходом АП, связанного вход-выходом со вторым вход-выходом МИО, а входом - с выходом когерентного передатчика, связанного входом с выходом смесителя, первый вход которого соединен со вторым выходом первого ключа, а второй - с выходом СЧПАВ, вход которого соединен с первым выходом СУ, связанной вторым выходом со вторым входом первого ключа, связанного первым входом с выходом ЗГ, причем первый ФД связан вторым входом со вторым входом второго ФД, первым входом третьего ФД, выходом БЭЛЧПСК и входом АД, связанного выходом со вторым входом СИД и первым входом второго ключа, связанного выходом со входом второго АЦП, второй вход БКПД соединен с выходом третьего АЦП, соединенного входом с выходом третьего ключа, связанного первым входом с выходом третьего ФД, выход СИД связан со входом первого АЦП, выход второго ФД соединен со входом второго УМ, соединенного выходом со входом азимутального привода, связанного выходом со вторым входом антенны, вход-выход которой соединен с первым вход-выходом МИО, второй выход которого связан с первым входом БЭЛЧПРАК, соединенного выходом с первым входом второго ФД, дополнительно включают табло вывода результатов распознавания (ТВРР), два АЦП, угломестный датчик, азимутальный датчик, третий цифровой коммутатор, схему электронной задержки (СЭЗ), систему измерения скорости (СИС), устройство двухуровневого нейросетевого распознавания по дальностным портретам, состоящее из накопительного буфера (НБ), блока обратного БПФ, блока нормирования (БН), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), первого нейросетевого классификатора (являющегося классификатором первого уровня при распознавании воздушных объектов как по дальностным портретам, так и по двумерным изображениям), L вторых нейросетевых классификаторов (являющихся классификаторами второго уровня при распознавании по дальностным портретам) и первого цифрового коммутатора, а также устройство нейросетевого распознавания по двумерным радиолокационным изображениям, состоящее из блока формирования избыточной матрицы данных (БФИМД), блока корреляционного анализа (БКА), блока формирования многочастотной синтезированной матрицы рассеяния (БФМСМР), блока обратного преобразования Фурье (БОБПФ), блока компенсации фазовых искажений (БКФИ), блока дополнения нулями (БДН), блока прямого быстрого преобразования Фурье (БПБПФ), блока формирования изображения (БФИ), блока формирования признака (БФП), L третьих нейросетевых классификаторов и второго цифрового коммутатора.

При этом третий выход СУ соединяют с первым входом СИД, выход первого АЦП соединяют с третьим входом БКПД, вторым входом блока корреляционного анализа и первым входом СЭЗ, второй вход которой связывают с выходом СЧПАВ, а выход - со вторым входом третьего ФД и со вторым входом СИС, первый вход которой соединяют с выходом БЭЛЧПСК, а выход - со входом четвертого АЦП, связанного своим выходом с четвертым входом БКПД и пятым входом БКА устройства нейросетевого распознавания по двумерным радиолокационным изображениям (ДРЛИ), первый вход БКПД соединяют с выходом второго АЦП, а выход - со входом БФИМД и входом накопительного буфера, выход которого соединяют со входом блока обратного БПФ, выход которого связывают со входом блока нормирования, выход которого связывают со входом ОЗУ и входом первого нейросетевого классификатора (НСК), каждый l-й из L выходов которого соединяют с соответствующим l-м из L входов первого цифрового коммутатора, соответствующим l-м из L входов второго цифрового коммутатора и соответствующим (Z+l)-м входом ТВРР, (L+1)-й вход первого цифрового коммутатора связывают с выходом ОЗУ, а каждый l-й из L выходов связывают со входом соответствующего l-го второго нейросетевого классификатора, каждый из L вторых НСК имеет Z выходов по числу типов идентифицируемых объектов в классе, z-й выход каждого второго нейросетевого классификатора связывают с соответствующим z-м входом третьего цифрового коммутатора, второй выход ПУО соединяют со вторым входом второго ключа и вторым входом третьего ключа, первый выход - со входом схемы управления, а третий выход - с (2Z+1)-м входом третьего цифрового коммутатора, выход угломестного привода соединяют со входом угломестного датчика, связанного своим выходом со входом пятого АЦП, выход которого соединяют с третьим входом БКА, выход азимутального привода соединяют со входом азимутального датчика, связанного своим выходом со входом шестого АЦП, выход которого соединяют с четвертым входом БКА, связанного своим первым входом с выходом БФИМД, а первым выходом - со входом БФМСМР, выход которого связывают со входом БОБПФ, выход которого соединяют со входом блока БКФИ, выход которого связывают со входом БДН, выход которого связывают со входом блока БПБПФ, связанного своим выходом с первым входом БФИ, второй вход которого связывают со вторым выходом БКА, а выход - со входом БФП, выход которого связывают с (L+1)-м входом второго цифрового коммутатора, каждый l-й из L выходов которого соединяют с входом соответствующего l-го третьего НСК, z-й выход каждого третьего НСК связывают с (Z+z)-м входом третьего цифрового коммутатора, каждый z-й выход которого связывают с соответствующим z-м входом ТВРР.

Такое построение структурной схемы многочастотной радиолокационной станции придает ей способность правильно обрабатывать сигналы от удаленных воздушных объектов в режиме квазинепрерывного излучения с поимпульсной перестройкой несущей частоты, а также проводить нейросетевое распознавание ВО до типов внутри соответствующих классов.

Структурная схема предлагаемой радиолокационной станции с поимпульсной перестройкой несущей частоты, нейросетевым распознаванием объектов и инверсным синтезированием апертуры антенны представлена на фиг.1.

Согласно данной схеме радиолокационная станция с поимпульсной перестройкой несущей частоты, нейросетевым распознаванием объектов и инверсным синтезированием апертуры антенны содержит пятый АЦП 1, угломестный датчик 2, азимутальный датчик 3, шестой АЦП 4, первый УМ 5, привод угломестный 6, антенну 7, привод азимутальный 8, второй УМ 9, задающий генератор 10, первый ФД 11, БЭЛЧПРУК 12, МИО 13, БЭЛЧПРАК 14, второй ФД 15, первый ключ 16, БЭЛЧПСК 17, АП 18, когерентный передатчик 19, смеситель 20, систему измерения дальности 21, АД 22, третий ФД 23, СЭЗ 24, СЧПАВ 25, первый АЦП 26, второй ключ 27, третий ключ 28, СИС 29, второй АЦП 30, третий АЦП 31, ПУО 32, СУ 33, БКПД 34, четвертый АЦП 35, третий цифровой коммутатор 51, табло вывода результатов распознавания 52, устройство двухуровневого распознавания по дальностным портретам 48, в состав которого входят: НБ 36, блок обратного быстрого преобразования Фурье 37, блок нормирования 38, ОЗУ 39, первый НСК 40, первый цифровой коммутатор 43, L вторых НСК 45; устройство нейросетевого распознавания по двумерным радиолокационным изображениям 56, в состав которого входят: БФИМД 41, БКА 42, блок формирования многочастотно-синтезированной матрицы рассеяния (МСМР) 44, блок обратного быстрого преобразования Фурье 46, БКФИ 47, блок дополнения нулями 49, блок прямого быстрого преобразования Фурье 50, блок формирования изображения 53, блок формирования признака 54, второй цифровой коммутатор 55 и L третьих НСК 57 (фиг.1).

Радиолокационная станция с поимпульсной перестройкой несущей частоты, нейросетевым распознаванием объектов и инверсным синтезированием апертуры антенны работает следующим образом.

Задающий генератор 10 формирует высокостабильные высокочастотные электромагнитные колебания на несущей частоте fo и через 1-й ключ 16 попеременно подает их то через второй выход на первый вход смесителя 20, то через первый выход на вторые входы БЭЛЧПРАК 14, БЭЛЧПРУК 12 и первый вход БЭЛЧПРСК 17. Схема управления 33 формирует импульсные сигналы (видеоимпульсы) длительностью τи и периодом повторения Ти. Эти сигналы определяют период повторения зондирующих сигналов радиолокационной станции, а также управляют через свой второй выход первым ключом 16, когерентным передатчиком 19 (через СЧПАВ 25 и смеситель 20) и работой СИД 21, поступая с третьего выхода СУ 33 на первый вход СИД 21. Видеоимпульсы длительностью τи со второго выхода СУ 33 поступают на управляющий второй вход первого ключа 16, который на время их действия коммутирует выход ЗГ 10 с первым входом смесителя 20. В остальное время (когда нет управляющего сигнала из схемы управления 33) сигнал ЗГ 10 проходит на вторые входы БЭЛЧПРУК 12, БЭЛЧПРАК 14 и первый вход БЭЛЧПСК 17.

Сигналы с выхода блока синтезатора частоты на поверхностных акустических волнах 25 с частотами fпр+n·Δf (где fпр - промежуточная частота, Δf - величина шага перестройки частоты от импульса к импульсу, n - номер излучаемого импульса в соответствующей последовательности импульсов с перестройкой частоты) в соответствии с управляющими импульсами с первого выхода схемы управления 33 подаются на второй вход СЭЗ 24. В СЧПАВ 25 постоянно генерируются высокочастотные колебания на каждой из N частот, что исключает необходимость тратить время на исключение влияния переходных процессов и дожидаться установления стабильного режима генерации колебаний на n-й частоте. После перехода к n-й частоте следует только своевременно коммутировать выход n-го генератора с выходом СЧПАВ 25. На второй вход СЭЗ 24 в зависимости от управляющих импульсов с первого выхода СУ 33 поступает сигнал на n-й частоте. Управляющие импульсы представляют собой двоичный код, определяющий номер соответствующей n-й частоты. Причем период следования управляющих импульсов с первого выхода СУ 33 совпадает с Ти. Вариант построения СЧПАВ 25 показан в [7, с.108-109 рис.5.35].

Назначение СЭЗ 24 заключается в осуществлении задержки сигналов СЧПАВ 25 для их дальнейшего прохождения на второй вход третьего ФД 23 в момент присутствия на его первом входе отраженных сигналов, задержанных на величину tз=2R0/c, где R0 - дальность до ВО. Задержанные на tз сигналы поступают на третий ФД 23 с выхода блока 17. СЭЗ 24 в своем составе содержит электронный коммутатор 58 и совокупность линий задержки 59 (фиг.2). Первый и второй входы электронного коммутатора 58 являются соответственно первым и вторым входами СЭЗ 24. Назначение электронного коммутатора 58 заключается в коммутации выхода СЧПАВ 25 с соответствующей линией задержки 59 в зависимости от информации о дальности до ВО (времени задержки отраженных сигналов tз), которая в виде цифрового кода поступает с выхода первого АЦП 26. Таким образом, СЭЗ 24 обеспечивает третий ФД 23 опорными колебаниями той же частоты, на которой был излучен принятый через tз сигнал. Количество Y линий задержки 59 определяется разрешающей способностью δR|| РЛС в радиальном направлении и предельной дальностью действия RmaxРЛС:Y=Rmax/δR||.

В режиме квазинепрерывного излучения сигналы с выхода СЧПАВ 25 в соответствии с управляющими сигналами с первого выхода СУ 33 подаются на второй вход смесителя 20 и через СЭЗ 24 - на второй вход третьего ФД 23. Полоса пропускания выходного фильтра смесителя 20 выбирается от f0+fпр до f0+fпр+N·Δf (где N - количество используемых частот зондирования). При этом должно выполняться условие fпр>N·Δf. В этом случае на выходе смесителя 20 будет присутствовать только узкополосный сигнал на одной из частот зондирования, а кратные гармоники будут подавляться. Сигнал с выхода смесителя 20 поступает на когерентный передатчик 19, который формирует сверхвысокочастотные импульсные сигналы заданной длительности и через АП 18 и МИО 13 передает их в антенну 7, которая излучает электромагнитные волны в направлении ВО. Вариант построения когерентного передатчика показан в [8, с.61 рис.4.3]. Отразившись от ВО, излученные сигналы с измененной структурой возвращаются к антенне 7, улавливаются ею и проходят на МИО 13, устройство которого также широко известно в радиолокации [9, с.387 рис.13.13]. МИО 13 имеет второй вход-выход суммарного канала, первый выход разностного угломестного канала и второй выход разностного азимутального канала. Уровень сигналов в данных каналах зависит от положения ВО относительно равносигнального направления. В разностных каналах сигнал появляется только тогда, когда имеет место отклонение объекта от равносигнального направления в соответствующей плоскости. Таким образом, МИО 13 является главным элементом, обеспечивающим слежение антенной системы за ВО. Со второго вход-выхода МИО 13 (представляющего суммарный канал) сигнал через АП 18 подается на второй вход БЭЛЧПСК 17. Первый выход угломестного разностного канала МИО 13 подключен к первому входу БЭЛЧПРУК 12, а второй выход разностного азимутального канала МИО - к первому входу БЭЛЧПРАК 14. Как видно из фиг.1, начальная часть структурной схемы РЛС построена по классической схеме амплитудной суммарно-разностной моноимпульсной (без схемы автоматической регулировки усиления) системы сопровождения объекта по направлению [10, с.424; 11, с.450]. Однако в ней в качестве суммарно-разностного преобразователя используется МИО 13, а элементы приемных трактов (смесители, фильтры, усилители промежуточной частоты) объединены в блоки элементов линейных частей приемников. Поступившие в блоки элементов линейной части приемников сигналы фильтруются (освобождаются от сигналов посторонних частот), их частота понижается в смесителях до промежуточной, после чего они усиливаются до величин, необходимых для работы последующих устройств. С выходов БЭЛЧПРУК 12 и БЭЛЧПРАК 14 усиленные сигналы поступают соответственно на первые входы первого ФД 11 и второго ФД 15.

Информация о величине рассогласования объекта относительно линии визирования (равносигнального направления) по угловым координатам заложена в амплитуде сигналов разностных каналов, а о направлении рассогласования - в их фазах. Поэтому для выделения напряжений, пропорциональных угловым рассогласованиям, применяются фазовые детекторы 11 и 15, преобразующие разностные сигналы в видеосигналы. В качестве опорного напряжения фазовых детекторов 11 и 15, подаваемого на их вторые входы, используется выходной сигнал БЭЛЧПСК 17. С выхода ФД 11 и 15 видеосигнал, пропорциональный угловому рассогласованию объекта относительно линии визирования соответственно в угломестной и в азимутальной плоскостях, поступает соответственно на вход первого и второго усилителей мощности 5 и 9, где происходит его увеличение до значений, достаточных для работы приводов 6 и 8, в состав которых могут входить электродвигатели, редукторы и т.п. Принцип работы и параметры указанных выше элементов раскрыты в [12]. Наиболее простым для понимания составом приводов является двигатель и редуктор, механически связывающий двигатель с антенной. Примерами подобного построения моноимпульсной системы сопровождения объекта являются [13, с.17 рис.1.12,а; 14, с.154 рис.4.23, 4.25; 15, с.448 рис.10.15]. Выходные сигналы фазовых детекторов 11 и 15, усиленные в соответствующих УМ 5 и 9, поступают на входы угломестного привода 6 и азимутального привода 8, которые механически связаны с антенной 7 и угломестным 2 и азимутальным 3 датчиками. Редукторы приводов воздействуют на антенну таким образом, чтобы развернуть ее в направлении ВО.

С выхода БЭЛЧПСК 17 через АД 22 сигнал поступает на СИД 21. Система измерения дальности построена по классической схеме [11, с.323 рис.7.23] и состоит из регулируемой цепи задержки (РЦЗ), генератора двух следящих полустробов, временного различителя и управляющего устройства. СИД представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования. В начале сопровождения используется импульсный режим работы с большим периодом повторения (Ти>1 мс) для верного и однозначного измерения дальности R0. Затем по команде с ПУО 32 с первого выхода блока 32 на вход блока 33 РЛС переходит в режим квазинепрерывного излучения с малой скважностью и малым периодом. С третьего выхода СУ 33 на вход СИД 21 должна поступать последовательность импульсов, соответствующая периоду. При уменьшении периода измеренная дальность до ВО может быть ошибочной при задержке отраженного сигнала более чем на Ти. Поэтому при переходе в режим квазинепрерывного излучения сигналы с третьего выхода СУ 33 на вход СИД не поступают и СИД прекращает свою работу на время излучения и приема М пачек сигналов с перестройкой частоты (с малой скважностью). В этом случае на выходе первого АЦП 26 сигнал о дальности до ВО пропадает. За время излучения М пачек сигналов воздушный объект перемещается на некоторое расстояние, зависящее от его скорости. В этом случае ошибка несовпадения по времени опорного сигнала и сигнала, отраженного от ВО, будет постепенно возрастать и возможна ситуация, при которой отраженный от ВО сигнал на n-й частоте из состава некоторой n-ой пачки, приходя на первый вход третьего ФД 23, не будет совпадать по времени с опорным сигналом, подаваемым на второй вход третьего ФД 23 с выхода СЭЗ 24. Для исключения этого необходимо осуществлять сдвиг опорного сигнала для n-го импульса n-й пачки по дальности на величину ΔR=VrTи[N(m-1)+n]. Рассчитанная поправка должна вычитаться из начальной дальности до ВО, определенной в импульсном режиме. Таким образом будет осуществляться аппроксимация наклонной дальности до ВО с учетом ее скорости и времени, прошедшим с момента начала излучения квазинепрерывной последовательности импульсов до момента прихода n-го импульса n-й пачки. Для этого рассчитанное в СИС 29 значение Vr с выхода четвертого АЦП 35 подается на третий вход схемы электронной задержки.

Сигнал с выхода АД 22 поступает на первый вход временного различителя, второй и третий входы которого связаны с соответствующими выходами генератора двух следящих полустробов, вход которого связан с выходом регулируемой цепи задержки, первый вход которой связан с выходом управляющего устройства, вход которого связан с выходом временного различителя. РЦЗ запускается импульсами схемы управления длительностью Ти, поступающими на первый вход СИД. Первый вход СИД является входом РЦЗ, которая вырабатывает импульсы задержки. Длительность этих импульсов пропорциональна управляющему напряжению дальности, приходящему с выхода управляющего устройства. Задний срез импульса задержки дифференцируется, и сформированный при этом сигнал запускает генератор двух следящих полустробов. Полученные в нем полустробы поступают на временной различитель, состоящий из двух каскадов совпадения и схемы сравнения. Полустробы поочередно открывают каскады совпадения, вследствие чего часть отраженного сигнала с выхода АД 22 проходит через первый, а часть - через второй каскады совпадений. На выходе временного различителя стоит схема сравнения, вырабатывающая напряжение сигнала ошибки, пропорциональное отклонению отраженного сигнала от стыка полустробов. Полярность сигнала ошибки определяется направлением отклонения.

При полете ВО положение отраженного им сигнала на выходе АД 22 будет изменяться, вызывая рассогласование между импульсом от ВО и стыком полустробов. Это приводит к изменению сигнала ошибки, который после преобразования и усиления в управляющем устройстве изменяет напряжение на его выходе (это и есть сигнал, пропорциональный дальности до ВО), которое заставляет регулируемую цепь задержки сместить полустробы в положение, при котором сигнал ошибки будет равен нулю. Выходом СИД 21 является выход управляющего устройства. С выхода СИД 21 сигнал, пропорциональный дальности до ВО, поступает на вход первого АЦП 26, который переводит аналоговый сигнал дальности в цифровой вид и подает его для дальнейшего использования на третий вход БКПД 34 и на первый вход СЭЗ 24.

Сигналы с выхода БЭЛЧПСК 17 поступают на входы АД 22 и третьего ФД 23, а затем на входы ключей 27 и 28, которые пропускают сигнал на входы второго и третьего АЦП 30 и 31 соответственно при наличии на вторых входах ключей импульсного сигнала, соответствующего логической единице со второго выхода ПУО 32. Сигнал логической единицы может формироваться автоматически при переходе на автосопровождение ВО или же после перехода РЛС в режим сопровождения, принятия решения оператором на радиолокационное распознавание ВО и нажатия соответствующей кнопки на ПУО 32. После поступления на вторые входы ключей 27 и 28 разрешающего импульсного сигнала на входы второго АЦП 30 и третьего АЦП 31 поступает информация, необходимая для формирования избыточной матрицы данных, состоящей из множества последовательностей отраженных сигналов на N частотах. После запоминания амплитуд и фаз М-го числа последовательностей из N сигналов во входном буфере процессор БКПД 34 осуществляет преобразование их параметров.

Пульт управления оператора представляет собой блок, в котором может находиться некоторое количество кнопок, тумблеров и реле, коммутирующих различные режимы работы РЛС. В данном конкретном случае пульт управления оператора кроме всего прочего содержит кнопку, реле времени и источник питания, принципиально необходимые для записи параметров последовательностей из N отраженных сигналов. С помощью этих элементов включается режим накопления и записи отраженных сигналов. Время накопления М-го числа последовательностей определятся наличием времени на принятие решения. В случае распознавания ВО на больших дальностях РЛС располагает достаточно большим запасом времени, и в этом случае возможно формирование ИМД на протяжении нескольких секунд с целью выбора наиболее информативного интервала для формирования многочастотной синтезированной матрицы рассеяния (МСМР) и последующего качественного построения изображения [16]. При отсутствии требуемого времени на накопление сигналов (малая дальность до объекта) или невозможности формирования ИМД по причине сложной помехой обстановки осуществляется обработка только пачки из N сигналов для построения дальностного портрета (ДлП). Таким образом, после нажатия кнопки на ПУО срабатывает и встает на самоблокировку реле времени, обеспечивающее подачу на второй выход ПУО 32 постоянного положительного сигнала управления, коммутирующего первые входы ключей с их выходами на время приема М последовательностей, каждая из которых включает N сигналов с перестройкой частоты. Данные сигналы поступают затем в БКПД 34, устройство двухуровневого распознавания по дальностным портретам 48 и устройство нейросетевого распознавания по ДРЛИ 56. Ключи 27 и 28 исключают проникновение в БКПД 34 и далее в устройства нейросетевого распознавания 48 и 56 сигналов в моменты времени, не участвующие в классификации (распознавании).

С выхода второго АЦП 30 сигнал, характеризующий амплитуду отраженного сигнала в цифровом виде, поступает на первый вход БКПД 34, а сигнал, несущий информацию о фазе отраженного сигнала, с выхода третьего АЦП 31 в цифровой форме поступает на второй вход БКПД 34.

С выхода БЭЛЧПСК 17 отраженные сигналы поступают на первый вход системы измерения скорости СИС 29, на второй вход которой поступают опорные сигналы на той же частоте (не принимая во внимание несущую частоту f0), на которой был излучен сигнал в направлении ВО. За правильную подачу сигнала соответствующей частоты отвечает СЭЗ 24. Система измерения скорости 29 включает в себя схему частотного дискриминатора, которая в качестве опорного напряжения использует сигнал с выхода СЭЗ 24. Амплитуда напряжения с выхода дискриминатора, пропорциональная доплеровскому сдвигу частоты, поступает на четвертый АЦП 35 и далее в цифровом виде - на четвертый вход БКПД 34, третий вход СЭЗ 24 и пятый вход БКА 42. Блок 34 представляет собой электронно-вычислительную машину, то есть вычислительный комплекс, пример реализации и применения которого приведен в [17, с.255 рис.7.1, с.287 рис.7.10, с.291 рис.7.11; 18, с.77 рис.3.20, с.79 рис.3.21, с.133 рис.4.22].

БКПД 34 рассчитывает изменение фазы Δφnm, обусловленное поступательным движением объекта [19], по формуле Δφnm=2knVrТи[N(m-1)+n], где kn=2π/λn - волновое число, λn - длина волны на n-й частоте; n - номер запоминаемого импульса, m - номер текущей многочастотной последовательности; Vr - радиальная скорость ВО. Данные о Vr поступают на четвертый вход БКПД 34 с выхода четвертого АЦП 35. Кроме того, блок 34 рассчитывает значение фазы, связанное с начальной дальностью до ВО ΔφRn=4πR0n. Физический смысл операции компенсации дальности и поступательного движения приведен в [19]. В блоке 34 рассчитывается результирующее значение фазы φвз n, связанное только с взаимным расположением рассеивающих центров на планере ВО в радиальном направлении и не связанное с дальностью до ВО и ее изменением. Для расчета используется формула

φвз n∑nm-Δφnm-ΔφRn,

где φвз n - значение фазы принятого сигнала в n-й момент времени, связанное только с радиальным взаимным расположением рассеивающих центров на планере объекта;

φ∑nm - входное (суммарное) значение фазы сигнала n-го отраженного сигнала в m-й последовательности на втором входе блока 34;

Δφnm - компенсируемое значение фазы сигнала в n-м периоде зондирования m-й последовательности, рассчитываемое по формуле Δφnm=2knVrи(m-1)+n] и связанное с перемещением ВО;

ΔφRn - компенсируемое значение фазы, связанной с начальной дальностью до ВО R0, вычисленной по времени задержки первого принятого импульса, участвующего в распознавании. После вычитания вредных фазовых сдвигов на выходе БКПД 34 формируется последовательность комплексных сигналов вида , где Anm и ψnm - соответственно амплитуда и фаза отраженного сигнала на n-й частоте в m-й последовательности с перестройкой частоты. В случае формирования ИМД из М последовательностей на выходе БКПД 34 формируется комплексный сигнал вида для каждой из них.

Для классификации и дальнейшей идентификации ВОЙ оцифрованные значения амплитуд и фаз отраженных сигналов с выхода БКПД 34 поступают на вход устройства двухуровневого нейросетевого распознавания по дальностным портретам 48. Вход устройства двухуровневого распознавания по ДлП одновременно является входом накопительного буфера 36. В качестве накопительного буфера может использоваться ферритовый куб, описанный в [15, с.657], или любое современное цифровое устройство записи информации. Накопительный буфер 36 служит для записи (накопления) значений амплитуд и фаз отраженных сигналов только одной последовательности из N сигналов с выхода БКПД 34 и формирования из них комплексной частотной характеристики ВО для построения одного ДлП. С выхода накопительного буфера 36 сформированная комплексная частотная характеристика в виде массива чисел поступает на вход блока обратного БПФ 37, в котором с помощью операции обратного БПФ формируется массив (вектор) дальностного портрета объекта [3]. Сформированный в результате преобразования вектор поступает на вход блока нормирования 38, в котором осуществляется нормировка амплитуд элементов вектора дальностного портрета относительно максимальной амплитуды, входящей в состав вектора ДлП. Это необходимо для исключения влияния амплитуды отраженного сигнала на результат распознавания. Известно, что искусственная нейронная сеть принимает решение с наименьшей погрешностью, если на ее входы подается вектор со значениями, лежащими в интервале от 0 до 1 [20]. Пронормированный вектор поступает на вход ОЗУ 39 и вход первого НСК 40. В настоящее время платы ОЗУ поддерживают достаточно широкий спектр разъемов совместимости, имеют возможность хранения большого объема данных и обладают высокой пропускной способностью [21]. Оперативное запоминающее устройство 39 предназначено для длительного хранения вектора дальностного портрета и последующей передачи его на (L+1)-й вход первого цифрового коммутатора 43 где L - число распознаваемых классов.

Первый НСК 40 представляет собой искусственную нейронную сеть, обученную распознаванию классов воздушных объектов. Задача определения класса, т.е. классификация, является задачей первого уровня распознавания. Варианты исполнения ИНС, в том числе и нейропроцессоров, подробно описаны в [22, 23, 24]. В данном случае первый НСК 40 обучен решению задачи распознавания L классов ВО. В зависимости от класса объекта с L выходов блока 40 снимается двоичный код, который формируется следующим образом. На этапе обучения на вход ИНС подают K предварительно сформированных векторов дальностных портретов ВО по В для каждого распознаваемого класса. Например, при распознавании пяти классов объектов K=5В. Число векторов в обучающем массиве для каждого ВО выбирается с учетом необходимости обучения ИНС на максимально возможном числе дальностных портретов одного ВО при различных ракурсах локации и вычислительных возможностей конкретного нейрочипа. Обучение осуществляется на этапе подготовки и сборки устройства двухуровневого распознавания по дальностным портретам 48. Вместе с обучающим массивом векторов дальностных портретов на этапе подготовки нейронной сети предъявляются целевые вектора. Число целевых векторов всегда совпадает с числом векторов дальностных портретов. Целевые вектора являются двоичными, т.е. состоят из единиц и нулей. Число элементов каждого из K целевых векторов совпадает с числом выходов первого нейросетевого классификатора и соответствует числу распознаваемых классов. Причем структура целевых векторов для каждого из классов одинакова. Например, при распознавании пяти классов ВО и наличии для каждого класса 1000 обучающих векторов общее число векторов обучения и целевых векторов составит по 5000. Для первого класса целевые вектора будут иметь структуру вида «10000», для второго класса - «01000» и т.д. При предъявлении сети обучающих и целевых векторов в ИНС начинается формирование матрицы весовых коэффициентов таким образом, чтобы при подаче на ее вход вектора дальностного портрета одного из L классов на ее выходе сформировался двоичный вектор, максимально близкий к целевому вектору именно этого класса. Таким образом, в процессе реального распознавания сигнал логической единицы появляется только на том выходе первого НСК, который соответствует распознанному классу ВО. Например, при принадлежности объекта к 3-му классу сигнал логической единицы будет получен на 3-м выходе блока 40: «00100». Такой двоичный код поступает на входы с первого по L-й первого цифрового коммутатора 43, второго цифрового коммутатора 55 и табло вывода результатов распознавания 52. Причем сигнал с l-го выхода первого НСК поступает только на l-й вход блоков 43, 52 и 55. Цифровой коммутатор 43 по информации с выходов первого НСК 40 осуществляет коммутацию выхода ОЗУ со входом соответствующего второго НСК 45. Каждый из вторых НСК 45 обучен распознаванию Z типов ВО в своем конкретном классе. Число блоков 45 соответствует числу распознаваемых классов L. При принятии решения в пользу первого класса, выход ОЗУ 39 коммутируется со входом первого по счету второго НСК 45. При принятии решения в пользу l-го класса выход ОЗУ 39 коммутируется со входом l-го по счету второго НСК 45. Блоки 45 являются НСК второго уровня, так как проводят идентификацию (определение типа) ВО по дальностному портрету. Информация о типе ВО с выходов назначенного для идентификации второго НСК 45 поступает на Z входов третьего цифрового коммутатора 51 для последующего отображения на ТВРР 52. Информация о классе, к которому принадлежит распознанный l-м вторым НСК тип ВО поступает в виде двоичного кода с L выходов первого НСК 40 на L входов ТВРР 52, причем с каждого l-го выхода первого НСК 40 на соответствующий l-й вход блока 52. Информация о классе распознанного типа ВО используется и в случае распознавания по ДРЛИ. Каждый z-й из Z выходов l-го второго НСК 45 соединен с соответствующим z-м входом третьего цифрового коммутатора 51, так как при распознавании типа ВО в одном, определенном первым НСК, классе функционирует только один второй НСК из L. Остальные (L-1) вторых НСК в это время не функционируют и двоичные коды с их выходов не снимаются. В случае, если радиолокатор не располагает требуемым балансом времени на формирование двумерного радиолокационного изображения либо при отсутствии возможности на его формирование вследствие сложной помеховой обстановки, оператор может подать сигнал «ЗАПРЕТ ДРЛИ» (ложная единица), который с третьего выхода ПУО 32 поступает на (2Z+1)-й вход третьего цифрового коммутатора 51. Коммутатор, в зависимости от наличия на (2Z+1)-м входе сигнала логической единицы, коммутирует с табло вывода результатов распознавания 51 либо выходы устройства нейросетевого распознавания по ДРЛИ (сигнал «ЗАПРЕТ ДРЛИ» отсутствует), либо выходы устройства двухуровневого нейросетевого распознавания по дальностным портретам (присутствует сигнал «ЗАПРЕТ ДРЛИ»).

Оценки вероятности распознавания типов воздушных объектов, полученные в случае принятия решения по ДРЛИ, почти всегда выше оценок, полученных при распознавании по дальностным портретам. Кроме того, важным достоинством ДРЛИ является инвариантность структуры изображения к курсовому углу ВО, в то время как структура дальностного портрета существенно зависит от ракурса локации. Поэтому предпочтительнее принимать решение о типе ВО именно по двумерному радиолокационному изображению.

Для формирования ДРЛИ принимаемые М последовательностей, поступившие с выхода блока 34, запоминаются в блоке формирования избыточной матрицы данных 41. Их фазовая структура предварительно преобразуется в блоке 34. Данные последовательности проходят через блок корреляционного анализа 42, в котором корреляционным способом по данным строк ИМД грубо определяется результирующая угловая скорость поворота (рыскания) ВО при рысканиях с учетом информации об угловой скорости поворота за счет прямолинейного перемещения объекта по траектории движения [16,25].

Пространственный ракурс локации γ воздушного объекта рассчитывается по формуле γ=arccos(cosβcosε), где β и ε - соответственно азимут и угол места ВО, поступающие на четвертый и третий входы БКА 42 с выходов АЦП 4 и 1. Информация о начальной дальности ВО для проведения необходимых расчетов поступает на второй вход блока 42 с выхода первого АЦП 26.

Для построения ДРЛИ БКА 42 выбирает такой интервал синтезирования, который соответствует максимальной скорости поворота воздушного объекта . В блоке 42 информативный участок накопления отраженных сигналов определяется с помощью корреляционной характеристики по первой строке запомненной ИМД. Данная строка включает М откликов на первой частоте зондирования. В пределах полученной корреляционной характеристики определяется глобальный минимум. Точка, в которой коэффициент корреляции минимален, соответствует максимальной . Кроме того, в блоке корреляционного анализа косвенно определяется угловая скорость поворота ВО [16].

В пределах выбранного информативного интервала в БФМСМР 44 из данных ИМД формируется двумерный частный массив данных размером 256×128 для последующего построения изображения, и являющийся МСМР. С каждой комплексной частотной характеристикой (КЧХ) из состава МСМР в блоке обратного быстрого преобразования Фурье 46 проводится ее преобразование в вектор дальностного портрета аналогично процедуре, проводимой в блоке 37. Сформированный массив портретов поступает в блок компенсации фазовых искажений 47. В этом блоке все дальностные портреты согласуются по фазе известным методом адаптивного диаграммоформирования [25] для устранения расхождений, связанных с радиальными флюктуациями. Необходимость устранения фазовых искажений связана с тем, что сигналы на одинаковых частотах следуют с интервалом единиц миллисекунд. За это время ВО может переместиться в радиальном направлении на десятки сантиметров. В сантиметровом диапазоне волн такие перемещения ведут к сильным изменениям фазы. Алгоритм устранения фазовых искажений минимизирует фазовые сдвиги, связанные с такими перемещениями.

В блоке 49 число столбцов МСМР дополняется 128 нулевыми столбцами в соответствии с известным алгоритмом, приведенным в [26]. Вектора строк массива поступают на вход блока прямого БПФ 50, в котором осуществляется прямое быстрое преобразование Фурье со строками модифицированной матрицы. Полученный двумерный массив чисел является предварительно сформированным изображением. Каждое число в матрице является элементом данного изображения и характеризует количество отраженной высокочастотной энергии от элемента плоскости, образованной линией визирования и вектором поступательного движения ВО. Так как ВО характеризуется наличием на его планере некоторого количества рассеивающих центров (РЦ), то и сформированное изображение будет содержать области повышенной яркости, соответствующие интенсивностям отражений радиоимпульсов от элементов импульсного объема. Однако, если в продольном направлении расстояние между рассеивателями на изображении соответствовать расстоянию между РЦ на планере ВО, то в поперечном направлении изображение может сжиматься либо растягиваться в зависимости от величины . Нарушение пропорциональности обуславливается случайной величиной скорости поворота ВО. Для формирования изображения, на котором расположение РЦ адекватно отражает реальное взаимное расположение рассеивающих центров на планере ВО в продольном и поперечном направлениях, необходимо учитывать значение угловой скорости поворота и проводить масштабирование полученного изображения в поперечном направлении. Для этого матрица первичного ДРЛИ с выхода блока 50 поступает в блок формирования изображения 53, в котором осуществляется поперечное масштабирование в зависимости от угловой скорости поворота, косвенно рассчитанной в БКА 42 и поступающей с его второго выхода на второй вход БФИ 53. Сформированное изображение подается в блок формирования признака 54, в котором с изображением проводится ряд преобразований для компенсации эффекта затенения, устранения размытия изображения и снижения вычислительных затрат. Данные алгоритмы известны и описаны в [20, 27]. Сформированный вектор признака с выхода блока 54 поступает на (L+1)-й вход второго цифрового коммутатора 55, который в зависимости от кода, сформированного первым НСК 40 (информация о классе ВО), коммутирует свой (L+1)-й вход с одним из L своих выходов, пропуская вектор признака с БФП 54 на один из третьих НСК 57. Каждый из третьих НСК 57 обучен распознаванию Z типов ВО по ДРЛИ в пределах одного конкретного класса. Число блоков 57 равно числу L распознаваемых классов по аналогии с процессом распознавания по дальностным портретам. Результат распознавания (классификации), представленный двоичным кодом с z-го выхода каждого из третьих НСК 57, поступает на соответствующий (Z+z)-й вход третьего цифрового коммутатора 51. Блок 51 в зависимости от наличия на своем [2Z+1]-м входе сигнала запрета коммутирует с z-ми входами табло вывода результатов распознавания 52 соответствующие z-e выходы либо l-го второго НСК (при классификации по дальностным портретам), либо l-го третьего НСК (при классификации по ДРЛИ).

Новые цифровые элементы предложенной схемы, представленные блоками 37, 38, 41, 42, 44, 46, 47, 49, 50, 53 и 54, представляют собой, аналогично блоку 34, вычислительные комплексы или цифровые вычислители, пример реализации которых можно найти в [17, с.255 рис.7.1, с.287 рис.7.10, с.291 рис.7.11; 18, с.77 рис.3.20, с.79 рис.3.21, с.133 рис.4.22].

Проверка качества нейросетевой классификации (распознавания) моделей ВО трех классов (крупноразмерные, среднеразмерные, малоразмерные) по указанным правилам проведена методом математического моделирования. Результаты моделирования отражены в [28]. Они показали, что оценка вероятности правильной классификации (распознавания) пяти типов ВО в классе составляет величину порядка 0,85 при классификации ВО по дальностным портретам и величину порядка 0,95 при классификации (распознавании) ВО по ДРЛИ.

Положительный эффект предполагаемого построения радиолокационной станции заключается в том, что появляется возможность классифицировать (распознавать) ВО как по дальностным портретам, так и по двумерным радиолокационным изображениям. Также появляется возможность адаптировать процесс классификации (распознавания) в соответствии с условиями сопровождения объекта. Кроме того, в схеме радиолокационной станции с поимпульсной перестройкой несущей частоты, нейросетевым распознаванием объектов и инверсным синтезированием апертуры антенны отраженные от ВО импульсы в режиме квазинепрерывного излучения правильно фазируются гетеродином, несмотря на отсутствие одназначного измерения дальности.

Источники информации

1. Астанин Л.Ю., Просыпкин С.Е., Степанов А.В. Аппаратура и средства для широкополосных измерений радиолокационных характеристик // Зарубежная радиоэлектроника, 1991. №1. С.117 (аналог).

2. Радиоэлектронные системы. Справочник. Основы построения и теория / Под ред. Я.Д.Ширмана. М.: Радиотехника, 2007. 510 с.

3. Митрофанов Д.Г., Сафонов А.В. Применение вейвлет-анализа для сохранения информативности дальностных портретов воздушных целей при повышении уровня шумов // Электромагнитные волны и электронные системы, 2005. №9. Т.10. с.19-24.

4. Патент РФ №2152626. РЛС с инверсным синтезированием апертуры и многочастотным зондирующим сигналом. Митрофанов Д.Г., Силаев Н.В. G01S 13/90. Приоритет 17.05.99 г. Опубл. 10.07.2000 г. Бюл. №19. 2000 г., Часть 3. с.547 (прототип).

5. Селекция и распознавание на основе локационной информации. А.Л.Горелик, Ю.Л.Барабаш, О.В.Кривошеев, С.С.Эпштейн / Под ред. А.Л.Горелика. М.: Радио и связь, 1990. 240 с.

6. Вопросы статистической теории распознавания / Под ред. Б.В.Барского. М.: Сов. радио, 1967. 399 с.

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

8. Радиолокационные станции воздушной разведки / Под ред. Г.С.Кондратенкова. М.: Воениздат, 1983. 152 с.

9. Теоретические основы радиолокации / Под ред. В.Е.Дулевича. М.: Сов. радио, 1978. 608 с.

10. Финкелыптейн М.И. Основы радиолокации. М.: Радио и связь. 1983. 536 с.

11. Теоретические основы радиолокации/ Под ред. В.Е.Дулевича. М.: Сов. радио. 1964. 732 с. (рис.7.23, с.323).

12. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. М.: Машиностроение, 1978. 736 с.

13. Коновалов Г.Ф. Радиоавтоматика. Учебник для вузов по спец. «Радиотехника». М.: Высшая школа, 1990. 335 с.

14. Артемьев В.М., Яшугин Е.А. Основы автоматического управления систем радиоэлектронных средств. М.: Воениздат, 1984. 456 с.

15. Справочник по основам радиолокационной техники / Под ред. В.В.Дружинина. М.: Воениздат, 1967. 768 с.

16. Митрофанов Д.Г. Метод построения радиолокационных изображений аэродинамических летательных аппаратов // Полет, 2006. №11. с.52-60.

17. Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. М.: Радио и связь, 1986.

18. Небабин В.Г., Сергеев В.В. Методы и техника радиолокационного распознавания. М.: Радио и связь, 1984. 152 с.

19. Митрофанов Д.Г. Способ повышения точности и достоверности формируемых доплеровских портретов и радиолокационных изображений целей // Радиоэлектроника, 1998. №11. с.28-34. (Изв. высш. учеб. заведений).

20. Сафонов А.В., Митрофанов Д.Г., Прохоркин А.Г. Моделирование нейросетевого распознавания воздушных целей по радиолокационным изображениям // Радиотехника, 2007. №2. с.3-9.

21. Компьютер пресс., 2008. №5. с.126, 144.

22. Нейрокомпьютеры и их применение. Нейрокомпьютеры в системах обработки изображений / Под ред. Ю.В.Гуляева и А.И.Галушкина. Книга 7. М.: Радиотехника, 2003. с.47-55.

23. Головко В.А. Нейронные сети: обучение, организация и применение / Под ред. А.И.Галушкина. М.: ИПРЖР, 2001. 256 с.

24. Распознавание, автодиагностика, мышление. Синергетика и наука о человеке / Под ред. Д.С.Чернавского. М.: Радиотехника, 2004. с.68-89.

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

26. Марпл С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. М.: Мир, 1990. 583 с.

27. Сафонов А.В., Митрофанов Д.Г. Применение нейросетевой технологии для распознавания целей по радиолокационным изображениям // Нейрокомпьютеры: разработка и применение, 2006. №3. с.60-68.

28. Сафонов А.В., Митрофанов Д.Г., Прохоркин А.Г. Применение искусственных нейронных сетей при распознавании типов воздушных целей по радиолокационным изображениям (депонированная статья). М.: Оборонная техника, 2005. №4-5. Рег. №7/32.

Радиолокационная станция с поимпульсной перестройкой несущей частоты, нейросетевым распознаванием объектов и инверсным синтезированием апертуры антенны, состоящая из четырех аналого-цифровых преобразователей, второго усилителя мощности, связанного своим выходом с входом азимутального привода, выход которого связан со вторым входом антенны, вход-выход которой связан с первым вход-выходом моноимпульсного облучателя, а первый вход - с выходом угломестного привода, вход которого соединен с выходом первого усилителя мощности, связанного входом с выходом первого фазового детектора, второй вход которого связан с выходом блока элементов линейной части приемника суммарного канала, а первый вход - с выходом блока элементов линейной части приемника разностного угломестного канала, второй вход которого связан с первым выходом первого ключа, а первый вход - с первым выходом моноимпульсного облучателя, второй вход-выход которого соединен с вход-выходом антенного переключателя, а второй выход - с первым входом блока элементов линейной части приемника разностного азимутального канала, второй вход которого связан с первым входом блока элементов линейной части приемника суммарного канала и первым выходом первого ключа, а выход - с первым входом второго фазового детектора, выход которого связан со входом второго усилителя мощности, а второй вход - с первым входом третьего фазового детектора, вторым входом первого фазового детектора и входом амплитудного детектора, выход которого соединен с первым входом второго ключа и вторым входом системы измерения дальности, соединенной своим выходом со входом первого аналого-цифрового преобразователя, а также включающая задающий генератор, подключенный выходом к первому входу первого ключа, соединенного вторым входом со вторым выходом схемы управления, а вторым выходом - с первым входом смесителя, соединенного выходом со входом когерентного передатчика, подключенного выходом ко входу антенного переключателя, выход которого связан со вторым входом блока элементов линейной части приемника суммарного канала, причем второй вход смесителя подключен к выходу синтезатора частоты на поверхностных акустических волнах, вход которого связан с первым выходом схемы управления, связанной своим входом с первым выходом пульта управления оператора, при этом выход второго ключа соединен с входом второго аналого-цифрового преобразователя, а выход третьего фазового детектора подключен к первому входу третьего ключа, соединенного своим выходом с входом третьего аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен ко второму входу блока компенсации поступательного движения, предназначенного для расчета изменения фазы принятого отраженного воздушного объекта сигнала путем вычитания из входного суммарного значения фазы принятого сигнала - фазовых сдвигов, связанных с перемещением воздушного объекта и с начальной дальностью до воздушного объекта, и для формирования последовательности комплексных сигналов, четвертый вход которого подключен к выходу четвертого аналого-цифрового преобразователя, отличающаяся тем, что в состав радиолокационной станции дополнительно вводят пятый и шестой аналого-цифровые преобразователи, угломестный датчик и азимутальный датчик, схему электронной задержки, систему измерения скорости, табло вывода результатов распознавания, третий цифровой коммутатор, имеющий (2Z+1) входов, где Z - число распознаваемых типов воздушных объектов в каждом классе, устройство двухуровневого нейросетевого распознавания по дальностным портретам, включающее накопительный буфер, блок обратного быстрого преобразования Фурье, блок нормирования, оперативное запоминающее устройство, первый нейросетевой классификатор, первый цифровой коммутатор и L вторых нейросетевых классификаторов, каждый из которых имеет Z выходов, причем L - число распознаваемых классов воздушных объектов, а также устройство нейросетевого распознавания по двумерным радиолокационным изображениям, включающее блок формирования избыточной матрицы данных, блок корреляционного анализа, блок формирования многочастотной синтезированной матрицы рассеяния, блок обратного быстрого преобразования Фурье, блок компенсации фазовых искажений, блок дополнения нулями, блок прямого быстрого преобразования Фурье, блок формирования изображения, блок формирования признака, второй цифровой коммутатор и L третьих нейросетевых классификаторов, каждый из которых имеет Z выходов, причем третий выход схемы управления подключают к первому входу системы измерения дальности, выход первого аналого-цифрового преобразователя подключают к первому входу схемы электронной задержки, ко второму входу блока корреляционного анализа и к третьему входу блока компенсации поступательного движения, второй выход пульта управления оператора связывают со вторыми входами второго и третьего ключей, вход четвертого аналого-цифрового преобразователя соединяют с выходом системы измерения скорости, второй вход которой подключают ко второму входу третьего фазового детектора и выходу схемы электронной задержки, второй вход которой подключают к выходу синтезатора частоты на поверхностных акустических волнах, первый вход системы измерения скорости подключают ко второму входу второго фазового детектора, выход второго аналого-цифрового преобразователя подключают к первому входу блока компенсации поступательного движения, выход которого подключают к входу накопительного буфера, вход которого является входом устройства двухуровневого нейросетевого распознавания по дальностным портретам, и к входу блока формирования избыточной матрицы данных, вход которого является входом устройства нейросетевого распознавания по двумерным радиолокационным изображениям, а выход блока формирования избыточной матрицы данных подключают к первому входу блока корреляционного анализа, первый выход которого подключают к входу блока формирования многочастотной синтезированной матрицы рассеяния, соединенного своим выходом с входом блока обратного быстрого преобразования Фурье, выход которого соединяют с входом блока компенсации фазовых искажений, соединенного своим выходом с входом блока дополнения нулями, выход которого подключают ко входу блока прямого быстрого преобразования Фурье, соединенного своим выходом с первым входом блока формирования изображения, выход которого подключают к входу блока формирования признака, выход которого подключают к (L+1)-му входу второго цифрового коммутатора, при этом каждый l-й из L входов второго цифрового коммутатора соединяют с соответствующим l-м из L выходом первого нейросетевого классификатора, а каждый l-й из L выходов второго цифрового коммутатора соединяют со входом соответствующего l-го из L третьих нейросетевых классификаторов, при этом z-й выход каждого второго нейросетевого классификатора связывают с соответствующим z-м входом третьего цифрового коммутатора, а z-й выход каждого третьего нейросетевого классификатора связывают с (Z+z)-м входом третьего цифрового коммутатора, (2Z+1)-й вход которого подключают к третьему выходу пульта управления оператора, второй выход блока корреляционного анализа подключают ко второму входу блока формирования изображения, выход накопительного буфера связывают со входом блока обратного быстрого преобразования Фурье, выход которого подключают ко входу блока нормирования, выход которого связывают со входом оперативного запоминающего устройства и входом первого нейросетевого классификатора, каждый l-й из L выходов которого соединяют с соответствующим l-м из L входов первого цифрового коммутатора, (L+1)-й вход которого связывают с выходом оперативного запоминающего устройства, а каждый l-й из L выходов первого цифрового коммутатора подключают ко входу соответствующего l-го из L вторых нейросетевых классификаторов, каждый z-й из Z выходов третьего цифрового коммутатора подключают к соответствующему z-му из Z входов табло вывода результатов распознавания, каждый (Z+1)-й вход которого с (Z+1)-го по (Z+L)-й соединен с соответствующим l-м из L выходов первого нейросетевого классификатора, выход угломестного привода связывают со входом угломестного датчика, выход которого связывают со входом пятого аналого-цифрового преобразователя, выход которого связывают с третьим входом блока корреляционного анализа, четвертый вход которого связывают с выходом шестого аналого-цифрового преобразователя, вход которого подключают к выходу азимутального датчика, вход которого подключают к выходу азимутального привода, а выход четвертого аналого-цифрового преобразователя соединяют с пятым входом блока корреляционного анализа и третьим входом схемы электронной задержки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в радиолокационных системах с высоким и ультравысоким разрешением, а также для зондирования земной поверхности с целью обнаружения и идентификация малозаметных объектов, в том числе объектов на открытой местности, над водной поверхностью, скрытых растительным или снежным покровом, заглубленных в почвогрунт.

Изобретение относится к летательным аппаратам с радиолокационной аппаратурой для дистанционного зондирования земной (морской) поверхности. .

Изобретение относится к бортовым радиолокационным системам радиовидения с синтезированной апертурой антенны, позволяющим формировать радиолокационное изображение (РЛИ) контролируемого участка земной поверхности при боковом, переднебоковом обзоре или при обзоре в передней зоне в координатах дальность-азимут в течение допустимого времени синтезирования Тс.

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано в радиолокационной станции (РЛС) с перестройкой несущей частоты при классификации и идентификации сопровождаемых воздушных объектов на основе выделения различных траекторных и сигнальных признаков распознавания.

Изобретение относится к области радиолокационных измерений и предназначено для проверки наличия у воздушного объекта (ВО) траекторных нестабильностей (ТН) движения в виде рысканий планера.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к области техники нелинейной радиолокации, и может использоваться для поиска и обнаружения объектов с нелинейными электрическими свойствами.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к области техники нелинейной радиолокации, и может использоваться для поиска и обнаружения объектов с нелинейными электрическими свойствами.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в бортовых и наземных радиолокационных станциях с инверсным синтезированием апертуры антенны (ИРСА).

Изобретение относится к радиолокации, в частности к радиолокационным средствам навигации летательных аппаратов. .

Изобретение относится к устройству для формирования изображения проверяемых объектов посредством электромагнитных волн и может быть использовано, в частности, при контроле пассажиров на наличие подозрительных предметов

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокационных системах с синтезированной апертурой антенны и непрерывным излучением сигналов (РСА НИ) для решения задач дистанционного зондирования Земли с помощью летательных и космических аппаратов

Изобретение относится к радиолокации, в частности к бортовым радиолокационным средствам навигации летательных аппаратов (ЛА)

Изобретение относится к области радиоподавления радиолокационных станций (РЛС), в частности, может быть использовано при разработке станций помех РЛС с синтезированной апертурой антенны (PCА)

Изобретение относится к области радиоподавления радиолокационных станций (РЛС), в частности, может быть использовано при разработке станций помех РЛС с синтезированной апертурой антенны (PCА)

Изобретение относится к приемному тракту радиолокационных систем и предназначено для обеспечения высокопроизводительной первичной цифровой обработки сигналов в реальном масштабе времени. Достигаемый технический результат изобретения - повышение эффективности цифровой обработки радиолокационных сигналов на фоне помех и обеспечение синхронизации работы бортового радиолокационного комплекса. Технический результат достигается тем, что блок приема и синхронизации состоит из модуля синхронизации и n-приемных каналов, каждый из которых содержит усилитель промежуточной частоты, аналого-цифровой преобразователь, цифровой формирователь квадратур, цифровой гетеродин, устройство цифрового гетеродинирования, адаптер, сумматор, оптимальный фильтр, фильтр боковых лепестков, коммутатор и формирователь выходных сигналов. Модуль синхронизации содержит устройство управления, формирователь сигналов синхронизации и формирователь тактовых импульсов. Перечисленные средства определенным образом соединены между собой. 1 ил.

Изобретение относится к радиолокации, в частности к бортовым радиолокационным средствам навигации летательных аппаратов (ЛА), обеспечивающим наведение на наземные цели или посадку ЛА по радиолокационным изображениям земной поверхности. Достигаемый технический результат - повышение точности оценки высоты полета ЛА и расширение условий возможного применения бортовых радиолокационных средств, использующих синтезирование антенного раскрыва. Указанный результат достигается путем формирования в полете ЛА бортовым радиолокатором с синтезированием антенного раскрыва совокупности текущих радиолокационных изображений наблюдаемого участка местности в земной системе координат, каждое из которых формируется для конкретного расчетного значения высоты полета, и последующего сопоставления этих изображений с заранее подготовленным эталонным радиолокационным изображением. Сопоставление каждого формируемого радиолокационного изображения с эталонным осуществляется с оценкой значения максимума функции, отражающей взаимную корреляцию этих изображений. В качестве оценки высоты полета принимается то ее значение, при котором максимум функции, отражающей взаимную корреляцию текущего и эталонного радиолокационных изображений имеет наибольшую величину. 6 ил.
Наверх