Способ определения параметров траектории движения целей в обзорных рлс



Способ определения параметров траектории движения целей в обзорных рлс
Способ определения параметров траектории движения целей в обзорных рлс
Способ определения параметров траектории движения целей в обзорных рлс
Способ определения параметров траектории движения целей в обзорных рлс
Способ определения параметров траектории движения целей в обзорных рлс
Способ определения параметров траектории движения целей в обзорных рлс

 


Владельцы патента RU 2466423:

Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" (RU)

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к способам обнаружения объектов и определения параметров траектории их движения, и может быть использовано при построении радиолокационных станций (РЛС), осуществляющих последовательный круговой или секторный обзор пространства за счет сканирования диаграммой направленности антенны. Достигаемым техническим результатом изобретения является уменьшение на следующем обзоре пространства размерности опорной функции, включающей возможные параметры траектории движения объекта (дальности, радиальной и тангенциальной скоростей), что значительно уменьшает вычислительные затраты, необходимые на (t+1)-й обзор, где t - номер обзора пространства, увеличивает выигрыш по времени, затраченном на обработку полученных данных, и позволяет увеличить пропускную способность устройства, осуществляющего предлагаемый способ. Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения параметров траектории движения целей в обзорных РЛС на следующий (t+1)-й обзор определяют центр строба параметров опорной функции путем экстраполяции дальности до цели, радиальной и тангенциальной составляющих вектора ее скорости и курсового угла, рассчитывают размеры строба по дальности, радиальной и тангенциальной скоростям цели по результатам обработки сигналов в предыдущем обзоре. 3 ил.

 

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к способам определения параметров траектории движения объектов, и может быть использовано в алгоритмах сопровождения целей радиолокационными станциями (РЛС), осуществляющими последовательный круговой или секторный обзор пространства.

Известен комплексный способ определения координат и параметров траектории движения авиационно-космических объектов, наблюдаемых группировкой станций слежения [1].

Недостатками данного способа-аналога являются, во-первых, необходимость наличия группировки станций слежения и межстанционных дуплексных каналов информационной связи, во-вторых, сложность синхронизации группировки станций при необходимости обзора пространства.

Кроме того, известен способ определения параметров траектории движения воздушных целей в обзорных РЛС [2, с.303].

К недостаткам этого способа-аналога относятся, во-первых, большое время, затрачиваемое на оценку параметров траектории движения цели, во-вторых, низкая точность определения параметров траектории движения цели при малом количестве обзоров пространства.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ определения параметров траектории движения (радиальной Vrt и тангенциальной vτt скоростей) воздушных целей (ВЦ) за один обзор пространства методом инверсного синтезирования апертуры антенны (ИСА) путем когерентного накопления отраженных от цели эхо-сигналов и специальной обработки этих сигналов [3], основанный на выполнении следующих операций (фиг.1):

1. Прием сигнала от цели в процессе обзора пространства РЛС:

где - текущее значение диаграммы направленности антенны (ДНА) в направлении на ВЦ; βц - азимут ВЦ; β(nTи)=2π(1-nTи/Tобз); n - номер зондирующего сигнала; ; N=int{Tобз/Tи}; int{.} - символ вычисления целого значения от выражения {.}; Тобз - период обзора пространства; Ти - период следования импульсов; tΛ - время задержки эхо-сигнала от локальных центров рассеивания (ЛЦР); λ - длина волны излучения; rkt=kΔr - дальность до ВЦ, находящейся в k-м элементе разрешения по дальности Δr, (rmax - максимальная граница зоны обзора РЛС по дальности), и состоящей из ЛЦР; - номер обзора пространства; ΨΛ - фаза переотражения и начальная фаза в момент tΛ; - аддитивная смесь шума на входе аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и шумов дискретизации и квантования принятого сигнала.

Выражение (1) описывает сигнал с амплитудной и фазовой модуляцией, вызываемой изменением во времени ракурса ВЦ и перемещением в пространстве диаграммы направленности антенны (ДНА) РЛС. При этом первый множитель характеризует огибающую сигнала, второй - среднюю доплеровскую частоту, а третий - комплексный модулирующий множитель, обусловленный изменением ракурса ВЦ.

Затем производится регистрация квадратурных составляющих эхо-сигнала (1), вычисление его комплексной формы и запись в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

2. Формирование G матриц опорных сигналов размером P×L×К, элементы которых определяют по формуле:

где - номер отсчета дискретного опорного сигнала; и - значения расчетных радиальной и тангенциальной составляющих скорости ВЦ Vцt; {.} - знак множества; Δvr и Δvτ - шаги дискретизации скоростей и соответственно; и L=Vrmax/Δvr - номер и максимальное количество расчетных значений скорости соответственно; и Р=Vτmax/Δvτ - номер и максимальное количество расчетных значений скорости соответственно; Vrmax и Vτmax - максимальные значения скоростей Vrt и Vτt соответственно.

3. Умножение n-го принятого сигнала на каждый элемент соответствующей матрицы опорных сигналов

4. Формирование матрицы результирующих сигналов путем суммирования одноименных элементов матриц опорных сигналов по g

5. Вычисление модуля результирующего сигнала:

6. В канале определяются индексы p0t, l0t и k0t, при которых элементы матриц Uk(n, р, l, t) принимают максимальное значение, и производится оценка дальности ВЦ как:

7. Оценивается радиальная скорость ВЦ:

8. Производится оценка тангенциальной скорости ВЦ:

9. Для текущего обзора пространства t оценивается линейная скорость ВЦ:

10. Производится расчет курсового угла ВЦ:

Недостатки способа-прототипа:

- требуется большой объем вычислительных ресурсов, пропорциональный размерности опорной функции (Nпрот=P×L×K), и высокая производительность процессора ЭВМ;

- ограничение на пропускную способность (количество ВЦ, обслуживаемых за один обзор), обусловленное ограничениями на возможности ЭВМ.

Задачей предлагаемого способа является уменьшение вычислительных затрат и увеличение пропускной способности устройства, реализующего предлагаемый способ.

Для решения поставленной задачи в способе определения параметров траектории движения объектов - радиальной Vrt и тангенциальной Vτt скоростей - за один обзор пространства, заключающемся в приеме радиолокационной станцией эхо-сигналов; регистрации их квадратурных составляющих; вычислении их комплексной формы и записи в оперативное запоминающее устройство; формировании G матриц опорных сигналов, включающих возможные параметры траектории движения объекта: дальности, радиальной и тангенциальной скоростей; формировании результирующего сигнала путем умножения принятого сигнала на соответствующий элемент матрицы опорных сигналов и суммировании G элементов полученной матрицы по ; вычислении модуля каждого элемента матрицы результирующего сигнала и определении номеров строк p0t, столбцов l0t и k0t-го элемента дальности матрицы, при которых элементы модуля матрицы результирующих сигналов принимают максимальное значение; расчете на первом обзоре пространства радиальной и тангенциальной скоростей и дальности цели как , и , где Δvr, Δvτ и Δr - дискреты по радиальной, тангенциальной скоростям и по дальности соответственно, - номер обзора пространства; расчете линейной скорости и курсового угла цели согласно изобретению ограничивают на следующий (t+1)-й обзор пространства количество элементов опорной функции за счет формирования строба ее параметров путем экстраполяции дальности до цели , ее курсового угла и радиальной и тангенциальной составляющих вектора скорости, причем центр строба определяют по формулам:

,

, ,

, ,

где Тобз - период обзора пространства,

а размеры строба по дальности, радиальной и тангенциальной скоростям цели рассчитывают по формулам:

,

,

,

где и - среднеквадратическая погрешность измерения составляющих вектора скорости и соответственно.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

1. Первичная оценка параметров (, , ) формируется исходя из выражений (1-9).

2. Центр строба параметров опорной функции определяется в результате экстраполяции дальности до ВЦ ее курсового угла и составляющих вектора скорости на следующий (t+1)-й обзор [4]:

где - оценка изменения азимута ВЦ за один обзор пространства; .

3. По результатам обработки в первом обзоре выбираются размеры строба (Δr(t+1), ΔVr(t+1), ΔVτ(t+1)) на следующий (t+1)-й обзор, которые рассчитываются следующим образом

где и - среднеквадратические погрешности измерения вектора скорости и , которые вычисляются по методике, представленной в [5].

4. Формирование N матриц опорных сигналов (3) размером, определяемым выражением (11), на следующий (t+1)-й обзор.

Таким образом, в предлагаемом способе определения параметров траектории движения воздушных целей в соответствии с выражениями (8-12) производится формирование границ строба по дальности, радиальной и тангенциальной скоростям при вторичной обработке радиолокационной информации (РЛИ), тем самым появляется возможность ограничения количества элементов опорной функции (3) и, как следствие, снижение требований к объему памяти и производительности процессора вычислительного устройства обзорной РЛС, увеличение пропускной способности устройства, осуществляющего предлагаемый способ, по сравнению с устройством, реализующим способ-прототип.

Новыми существенными признаками изобретения являются:

1. Экстраполяция параметров опорного сигнала по дальности, радиальной и тангенциальной скоростям ( на (t+1)-й обзор пространства путем определения центра строба

2. Определение размеров строба на (t+1)-й обзор пространства;

3. Формирование опорной функции (3) с ограничением количества элементов в соответствии с выражением (11).

При этом уменьшение объема памяти и, тем самым, снижение требований к объему вычислительных затрат и производительности процессора вычислительного устройства обзорной РЛС (выигрыша по сравнению со способом-прототипом) будет определяться как

где Nпрот=P×L×K - размерность опорной функции в способе прототипе.

С учетом зависимостей, полученных в [4, 5], после элементарных преобразований выражение (12) примет следующий вид

где Vrtmax=Vmaxcosαцt и Vτtmax=Vmaxsinαцt; q - отношение сигнал/шум на выходе приемного устройства РЛС; θβ (рад) - азимутальная ширина ДНА РЛС по уровню половинной мощности.

Оценим выигрыш предлагаемого способа.

На основе выражения (13) получены графические зависимости (фиг.3) уменьшения объема вычислительных затрат W вычислительного устройства обзорной РЛС за счет реализации предлагаемого способа при λ=0,12 м; Тобз=10, 20…60 с; Vτt=254.46 м/с; Vmax=639 м/с (например, самолет тактической авиации F-4 имеет максимальную скорость 640 м/с); rtmax=360 км; rkt=20 км.

Таким образом, как видно из фиг.3, с помощью вновь введенных процедур достигается значительное уменьшение объема вычислительных затрат предлагаемым способом (количество элементов опорной функции может быть уменьшено на 9-11 порядков) и, тем самым, увеличение выигрыша по времени, затраченного на обработку полученных данных.

Следовательно, введение новых существенных признаков позволит в обзорных РЛС значительно сократить объем вычислительных затрат по сравнению со способом-прототипом.

Сущность предлагаемого способа поясняется фиг.1-3.

На фиг.1 представлена совокупность операций, составляющих сущность способа-прототипа.

На фиг.2 представлена совокупность операций, составляющих сущность предлагаемого способа.

На фиг.3 представлен график, показывающий выигрыш в объеме вычислительных затрат за счет реализации предлагаемого способа по сравнению с прототипом.

Оценка реализуемости и эффективности предлагаемого способа проводилась методом математического моделирования на ЭВМ. Операции 1-7, 11 известны, их реализация аналогична прототипу, а остальные операции можно реализовать аппаратно (на программируемых логических интегральных схемах) или программно (на ЭВМ).

Источники информации

1. Мамошин В.Р. Комплексный способ определения координат и параметров траекторного движения авиационно-космических объектов, наблюдаемых группировкой станций слежения. Патент на изобретение РФ №2279105 от 02.08.2004. Бюллетень №18 от 27.06.2006 г.

2. Бакулев П.А. // Радиолокационные системы. Учебник для вузов. - М.: Радиотехника, 2004, 320 с.

3. Лихачев В.П., Мубарак Н.X. Способ определения параметров траектории движения воздушных целей в обзорных РЛС. Патент на изобретение РФ №2337378 от 02.07.2007. Бюллетень №30 от 27.10.2008 - прототип.

4. Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации: Учеб. пособие для вузов - М.: Радио и связь, 1992. - 304 с.

5. Коновалов А.Ю., Купряшкин И.Ф., Лихачев В.П. Точность оценки вектора линейной скорости цели при инверсном синтезировании апертуры антенны в условиях обзора пространства. - М.: Радиотехника. Антенны, №5, 2009. - С.65-69.

Способ определения параметров траектории движения объектов - радиальной Vrt и тангенциальной Vτt скоростей - за один обзор пространства, заключающийся в приеме радиолокационной станцией эхо-сигналов; регистрации их квадратурных составляющих; вычислении их комплексной формы и записи в оперативное запоминающее устройство; формировании G матриц опорных сигналов (опорных функций), включающих возможные параметры траектории движения объекта: дальности, радиальной и тангенциальной скорости; формировании результирующего сигнала путем умножения принятого сигнала на соответствующий элемент матрицы опорных сигналов и суммировании G элементов полученной матрицы по
вычислении модуля каждого элемента матрицы результирующего сигнала и определении номеров строк p0t, столбцов l0t и k0t-го элемента дальности матрицы, при которых элементы модуля матрицы результирующих сигналов принимают максимальное значение; расчете на первом обзоре пространства радиальной и тангенциальной скорости и дальности цели как и где Δvr, Δvτ и Δr - дискреты по радиальной, тангенциальной скорости и по дальности соответственно, - номер обзора пространства; расчете линейной скорости и курсового угла цели отличающийся тем, что ограничивают на следующий (t+1)-й обзор пространства количество элементов опорной функции за счет формирования строба ее параметров путем экстраполяции дальности до цели ее курсового угла и радиальной и тангенциальной составляющих вектора скорости, причем центр строба определяют по формулам:



где Тобз - период обзора пространства, - оценка изменения азимута воздушной цели за один обзор пространства; - перемещение цели за один обзор пространства;
а размеры строба по дальности, радиальной и тангенциальной скорости цели рассчитывают по формулам:



где и - среднеквадратическая погрешность измерения составляющих вектора скорости и соответственно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиолокационной техники, а точнее, к способам цифровой обработки сигнала, отраженного от целей и принятого радиолокатором. .

Изобретение относится к навигационным системам летательных аппаратов (ЛА), в состав которых входят инерциальная навигационная система (ИНС) и радиолокационные датчики навигационных параметров ЛА относительно поверхности земли, используемые для коррекции ошибок ИНС.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в каналах углового сопровождения цели радиолокационных станций и в координаторах ракет. .

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к способам обнаружения объектов и определения параметров траектории их движения. .

Изобретение относится к радиолокации, а именно к радиолокационным системам наблюдения за объектами на базе бортовой или наземной РЛС, работающей в режиме реального луча с одной многоканальной антенной, где многоканальность достигается или наличием большого числа пространственно разнесенных приемных элементов типа фазированной антенной решетки или за счет частотного (фазового) сканирования излучаемого сигнала.

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано для обнаружения и измерения расстояний до неподвижных и подвижных объектов и для измерения радиальной скорости объектов

Изобретения относятся к области радиотехники и могут быть использованы для определения местоположения объектов угломерно-дальномерным способом с летно-подъемного средства (ЛПС). Достигаемый технический результат - повышение точности определения координат объектов. Технический результат достигается благодаря более точному измерению вектора направления на объект V П i j →   в системе координат видеокамеры, уменьшению случайных ошибок оценивания за счет многократного определения координат объектов по серии кадров, а также благодаря учету особенностей рельефа местности в районе измерений. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 26 ил.

Изобретение может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС) для управления их разрешающей способностью. Достигаемый технический результат - возможность в широких пределах изменять разрешающую способность РЛС. Указанный результат достигается за счет того, что заявленный способ основан на генерировании непрерывного модулированного по частоте сигнала, излучении этого сигнала в пространство, приеме отраженного сигнала и преобразовании его на промежуточную частоту гомодинным методом. Для изменения в широких пределах разрешающей способности РЛС повторяют модуляции генерируемого сигнала в каждом такте работы, причем длительность такта определяют по заданной дальности действия РЛС и задаваемой разрешающей способности, затем по задаваемой разрешающей способности определяют соответствующее ей время окончания излучения, а прием отраженного сигнала производят в оставшееся до окончания такта работы время, причем принятый отраженный сигнал и генерируемый модулированный по частоте сигнал преобразуют на промежуточную частоту гомодинным методом. При этом значение промежуточной частоты пропорционально дальности до отражателя. 2 ил.

Группа изобретений относится к радиолокации протяженных целей и может быть использована для измерения высоты и составляющих скорости летательных аппаратов. Достигаемый технический результат - однолучевое измерение высоты и составляющих скорости ЛА на базе радиовысотомера при сниженных габаритах антенной системы. Указанный результат достигается за счет того, что производится вертикальное зондирование земной поверхности радиолокационным сигналом через широко направленную антенну, когерентный прием отраженного сигнала с получением двумерного радиолокационного изображения (РЛИ) местности в координатах дальность - доплеровская частота, предварительная оценка высоты ЛА, снижающая априорную неопределенность, при этом в полученном РЛИ находят кривую максимального контраста в координатах дальность - доплеровская частота, рассчитывают кривую максимального контраста для всех априорно возможных комбинаций путевой VП и вертикальной VB составляющих скорости при полете на высоте Н, перебором гипотез находят гипотезу, соответствующую минимуму суммы квадратов разностей гипотетической кривой максимального контраста от кривой максимального контраста, полученную по РЛИ. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к радиолокации протяженных целей и может быть использовано для измерения высоты и составляющих скорости летательных аппаратов (ЛА). Достигаемый технический результат - однолучевое измерение скорости летательного аппарата на базе радиовысотомера, позволяющее измерить высоту и составляющие скорости ЛА при сниженных габаритах антенной системы. Указанный результат достигается за счет того, что производится вертикальное зондирование земной поверхности радиолокационным сигналом через широко направленную антенну, когерентный прием отраженного сигнала с получением двумерного радиолокационного изображения (РЛИ) местности в координатах дальность - доплеровская частота, первичная оценка высоты ЛА как минимальная, усредненная по нескольким измерениям дальность до точек РЛИ, превышающих порог обнаружения, нахождение кривой максимального контраста РЛИ в координатах дальность - доплеровская частота, уточнение методом итераций гипотезы измеряемых параметров за счет расчета кривой максимального контраста, соответствующего гипотезе, формирование сигнала ошибки кривой максимального контраста гипотезы относительно кривой максимального контраста РЛИ, преобразование сигнала ошибки кривой контраста в сигнал ошибки измеряемых параметров, сложение его с уточняемой гипотезой, повторение итераций и выдача в режиме слежения измеренные параметры высоты, вертикальной и путевой составляющих скорости потребителю. 3 н.п.,2 з.п.ф-лы, 10 ил., Приложение 1.

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано для обнаружения и измерения расстояний и измерения радиальных скоростей. Достигаемый технический результат - обеспечение постоянной разрешающей способности измерения расстояний до целей. Указанный результат достигается за счет того, что в способе осуществляется одновременное измерение радиальных скоростей целей с одинаковой методической точностью во всем диапазоне дальности при излучении одного модулированного импульса и при приеме отраженных импульсов, длительность которых может быть меньше длительности зондирующего импульса. Исходный зондирующий импульс формируется в виде цифровых отсчетов слитной последовательности большого числа коротких элементарных линейно-частотно-модулированных импульсов, имеющих одинаковую длительность и девиацию частоты, но разные псевдослучайные значения начальной частоты. Принимаемые антенной отраженные импульсы усиливаются, фильтруются фильтром, дискретизируются по времени и квантуются по уровню аналого-цифровым преобразователем. Сформированные отсчеты переносятся на нулевую частоту путем цифрового квадратурного гетеродинирования комплексной синусоидой с определенной частотой. Результаты гетеродинирования фильтруются цифровым квадратурным фильтром нижних частот (ЦФНЧ). Отсчеты на выходе ЦФНЧ формируются с определенной частотой и затем обрабатываются фильтрами сжатия, импульсные характеристики которых настроены на заданные значения доплеровских частот. Задержка максимальной амплитуды сигнала на выходах фильтров соответствует расстоянию до обнаруженной цели без доплеровской ошибки, а частота сигнала, измеренная дискриминаторным методом по максимальным амплитудам в двух или трех смежных фильтрах с одинаковой методической точностью во всем диапазоне дальности, соответствует доплеровскому смещению частоты цели, однозначно связанному с ее радиальной скоростью. 16 ил.

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к радиолокационным станциям (РЛС) обнаружения наземных и низколетящих целей. Достигаемый технический результат - однозначное и более точное измерение азимутальной координаты цели под малыми углами места и улучшение разрешающей способности по азимуту. Указанный результат достигается тем, что определяют разрешающую способность по азимуту за счет ширины диаграммы направленности (ДН) при сканировании (вращении ДН) в азимутальной плоскости, а угловое положение антенны, при котором сигнал имеет максимальную амплитуду, принимают за азимут цели, затем высокочастотные сигналы, принимаемые фоновой апертурой, отделяют от низкочастотных сигналов, принимаемых реальной апертурой, для чего запоминают полную азимутальную последовательность сигналов за время одного обзора, далее осуществляют дискретное преобразование Фурье сигнала в область пространственных частот, затем осуществляют фильтрацию по верхней частоте, после чего с помощью обратного быстрого преобразования Фурье сигнал переводят во временную область, далее обуженную диаграмму направленности, полученную выделением высокочастотной части азимутального сигнала, используют для определения азимута цели с улучшенной разрешающей способностью. 8 ил.

Предлагаемое изобретение относится к радиолокационной измерительной технике и может быть использовано в радиолокаторах, в том числе радиовысотомерах, с непрерывным сигналом. Достигаемый технический результат изобретения - расширение верхних и нижних границ диапазона измеряемых дальностей в радиолокаторе с непрерывным шумовым сигналом для заданного разноса приемной и передающей антенн при сохранении скрытности и повышенной помехозащищенности. Указанный результат достигается за счет формирования непрерывного опорного шумового сигнала с полосой и формой спектра, соответствующей требуемому разрешению по дальности и допустимому уровню боковых лепестков автокорреляционной функции, переноса модуляции опорного сигнала на несущую, усиления и излучения через передающую антенну, прием отраженного сигнала через приемную антенну, переноса принятого сигнала на видеочастоту, оцифровки принятого сигнала, задержки опорного сигнала на паспортизованную величину задержки сигнала межантенной связи, отслеживания амплитуды сигнала межантенной связи, формирования аналога сигнала межантенной связи и компенсации сигнала межантенной связи путем вычитания аналога сигнала межантенной связи из принятого сигнала. 5 н.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх