Способ радиолокационного обнаружения целей и устройство для его реализации
Владельцы патента RU 2470321:
Открытое акционерное общество "НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод имени Коминтерна" (ОАО "НПО НИИИП - НЗиК") (RU)
Изобретения относятся к области радиолокации и могут быть использованы в обзорных РЛС. Достигаемым техническим результатом изобретения является уменьшение потерь в обнаружении целей, движущихся со скоростями, соответствующими положениям «провалов» амплитудно-скоростной характеристики (АСХ) в системе селекции движущихся целей (СДЦ). Решение об обнаружении цели принимают на основании совместного использования сигналов на выходе системы СДЦ и некогерентного накопителя. При этом в элементе зоны обзора, в котором на выходе некогерентного накопителя порог обнаружения превышен, вычисляют отношение значения сигнал/шум на выходе системы СДЦ к значению сигнал/шум на выходе некогерентного накопителя, которое сравнивают с пороговым значением, установленным исходя из уровня амплитудно-скоростной характеристики системы СДЦ в одном из ненулевых «провалов», выбранном исходя из минимальных потерь по целям, попадающих в «провалы» АСХ. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретения относятся к области радиолокации и могут быть использованы в обзорных радиолокационных станциях (РЛС).
Известен способ радиолокационного обнаружения целей, при котором в каждом направлении зоны обзора РЛС излучают зондирующий сигнал, принимаемый отраженный сигнал сравнивают с порогом обнаружения, при превышении которого в соответствующем элементе зоны обзора принимают решение об обнаружении цели (Справочник по радиолокации. Ред. М. Сколник, т.1, 1976, с.180. Обнаружитель с фиксированным объемом выборки).
Под элементом зоны обзора понимается пространственная область, размеры которой по углу места, азимуту, дальности равны размерам элементов разрешения по соответствующим координатам.
Известное устройство радиолокационного обнаружения целей - корреляционный обнаружитель - содержит последовательно соединенные умножитель, интегратор и пороговое устройство (Теоретические основы радиолокации. Под ред. Я.Д.Ширмана, 1970, с.102-103). На умножитель подается опорное колебание, соответствующее ожидаемому сигналу, и принятый сигнал. Опорное колебание вырабатываться специальным гетеродином в зависимости от установленного времени запаздывания отраженного сигнала, пропорционального дальности до цели. Сигнал с выхода интегратора подается на пороговое устройство, где сравнивается с порогом обнаружения, который выбирается исходя из вероятности ложной тревоги. Превысивший порог сигнал является сигналом обнаружения цели.
В известных способе и устройстве любой принятый сигнал, близкий по структуре к излученному сигналу, превысивший порог обнаружения, считается сигналом от цели. К таким сигналам кроме сигналов от целей относятся сигналы от других отражающих объектов: подстилающей поверхности, местных предметов, облачности, облаков дипольных помех, специально создаваемых противником для подавления РЛС. Таким образом, наряду с целями обнаруживаются и пассивные помехи. Это является недостатком известных технических решений.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ радиолокационного обнаружения целей, основанный на селекции движущихся целей (СДЦ), включающий излучение в каждом направлении зоны обзора РЛС пачки зондирующих импульсов, прием и обработку в системе СДЦ импульсов от отражающих объектов, сравнение в элементах зоны обзора сигналов с выхода системы СДЦ с порогом обнаружения, принятие решения об обнаружении цели при превышении порога обнаружения (Справочник по радиолокации. Ред. М. Сколник, 1979, т.3, с.281-287).
Устройство радиолокационного обнаружения целей, реализующее наиболее близкий способ (фиг.1), содержит последовательно соединенные систему СДЦ 1 и блок сравнения с порогом обнаружения 2 (Справочник по радиолокации. Ред. М. Сколник, 1979, т.3, с.284-287).
В системе СДЦ используется пачка импульсов (обычно состоящая не менее чем из трех импульсов), излучаемых через заданные интервалы времени. В результате вычитания принятых отраженных импульсов подавляются те из них, которые отражены от неподвижных и медленно движущихся объектов, поскольку они мало изменяются от импульса к импульсу. В меньшей степени подавляются импульсы от объектов, движущихся с большими скоростями. В результате с выхода системы СДЦ выдаются сигналы, амплитуда которых зависит от скорости отражающего объекта.
Известно (Теоретические основы радиолокации. Под ред. Ширмана Я.Д., 1970, с.479-481), что в СДЦ вследствие периодического характера амплитудно-скоростной характеристики (АСХ) при скорости цели, соответствующей положению какого-либо «провала» АСХ СДЦ, возникают потери в обнаружении целей (фиг.2).
Заявляемое изобретение направлено на устранение указанного недостатка.
Решаемой задачей (техническим результатом), таким образом, является уменьшение потерь в обнаружении целей, движущихся со скоростями, соответствующими положениям «провалов» амплитудно скоростной характеристики СДЦ.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе радиолокационного обнаружения целей, включающем излучение в каждом направлении зоны обзора РЛС пачки зондирующих импульсов, прием и обработку принятых от отражающих объектов импульсов в системе СДЦ, сравнение в элементах зоны обзора сигналов с выхода системы СДЦ с порогом обнаружения, принятие решения об обнаружении цели, согласно изобретению, в элементах зоны обзора дополнительно проводят некогерентное накопление принятых от отражающих объектов импульсов пачки и определяют отношение:
где АСДЦ - отношение амплитуды сигнала на выходе СДЦ, не превысившего порог обнаружения, к среднеквадратическому значению собственного шума приемника РЛС;
АНН - отношение амплитуды сигнала на выходе некогерентного накопителя, превысившего порог обнаружения, к среднеквадратическому значению собственного шума приемника РЛС,
отношение KИ сравнивают с пороговым значением KП, установленным исходя из уровня амплитудно-скоростной характеристики (АСХ) СДЦ, нормированной к амплитуде одиночного сигнала пачки, в ненулевом «провале» с номером k (k≥1), выбранном исходя из минимальных потерь по целям, попадающих в «провалы» АСХ,
при выполнении условия
принимают решение об обнаружении цели.
Указанный технический результат достигается также тем, что в качестве системы СДЦ применяют трехимпульсную разностно-временную систему СДЦ, при этом пороговое значение Кц вычисляют в соответствии с формулой:
где kнак - коэффициент накопления некогерентного накопителя, рассчитываемый как отношение сигнала на его выходе к амплитуде принятого одиночного сигнала пачки;
T1 и Т2 - интервалы времени между излучениями первого и второго, второго и третьего импульсов системы СДЦ соответственно.
Указанный технический результат достигается также тем, что в устройстве радиолокационного обнаружения целей, содержащем последовательно соединенные систему СДЦ и блок сравнения с порогом обнаружения, согласно изобретению, введены последовательно соединенные некогерентный накопитель и второй блок сравнения с порогом обнаружения, а также блок принятия решения об обнаружении цели, при этом соединенные между собой входы системы СДЦ и некогерентного накопителя образуют вход устройства радиолокационного обнаружения целей, а выходы блока сравнения с порогом обнаружения, системы СДЦ, второго блока сравнения с порогом обнаружения и некогерентного накопителя соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока принятия решения об обнаружении цели, выход которого является выходом устройства радиолокационного обнаружения целей.
Суть заявляемых технических решений заключается в следующем.
Известно, что АСХ системы СДЦ представляет собой зависимость амплитуды сигнала на выходе системы СДЦ от скорости. Для исключения абсолютных значений амплитуды обычно пользуются АСХ, нормированной к амплитуде принятого одиночного импульса пачки (далее для краткости называемой нормированной АСХ). На фиг.2 приведен пример такой АСХ трехимпульсной разностно-временной СДЦ. Положение минимумов («провалов») и максимумов («пиков») АСХ однозначно связано с типом СДЦ, количеством и параметрами импульсов в пачке, периодами их следования. В описании и на фиг.2 «провалы» АСХ СДЦ пронумерованы целыми числами k начиная с нуля (k≥0). Нулевой «провал» АСХ соответствует радиальной скорости, равной нулю.
В некогерентном накопителе накапливаются амплитуды (по модулю) импульсов пачки, отраженных от объектов, и таким образом достигается наилучшее использование энергии пачки в зоне обзора РЛС, а следовательно и выполнение заявляемого технического результата по наибольшему количеству целей в зоне обзора РЛС. Характеристикой некогерентного накопителя является коэффициент накопления kнак, который рассчитывается как отношение сигнала на его выходе к амплитуде принятого одиночного сигнала пачки.
Амплитуда сигнала на выходе некогерентного накопителя не зависит от скорости цели, поэтому при скорости цели, при которой сигнал на выходе СДЦ не превышает порог обнаружения, на выходе некогерентного накопителя сигнал от этой цели порог обнаружения может превысить.
Таким образом, одновременное выполнение двух условий: сигнал на выходе СДЦ не превышает порог обнаружения и сигнал на выходе некогерентного накопителя превышает порог обнаружения, является признаком наличия движущегося объекта, попавшего по скорости в один из «провалов» АСХ СДЦ.
Отношение указанных сигналов, то есть определяемая величина KИ, оказывается не зависящей от таких параметров объекта и РЛС, как эффективная поверхность рассеяния объекта, коэффициент усиления антенны в направлении на объект, длина волны зондирующего сигнала.
Для обеспечения обнаружения целей, попадающих по скорости в «провалы» АСХ, уровень порогового значения KП в (2) устанавливается равным уровню нормированной АСХ СДЦ в «провале» с номером k, выбранном таким, чтобы уровень нормированной АСХ в этом «провале» был наименьшим среди «провалов» в диапазоне скоростей целей, по которым требуется обеспечить уменьшение потерь обнаружения.
Предпочтительным является выбор первого «провала» (k=1), поскольку в этом случае количество «провалов» АСХ, в которых обеспечивается обнаружение целей наибольшее и, таким образом, осуществляется эффективное уменьшение потерь по целям в наибольшем диапазоне скоростей.
Отметим, что поскольку АСХ СДЦ является периодической функцией, то в заявляемом способе кроме целей с радиальной скоростью, соответствующей какому-либо ненулевому «провалу» АСХ, за цели принимаются также малоскоростные объекты, скорость которых попадает в нулевой провал АСХ (фиг.2). Скорость в этом интервале, соответствующую уровню выбранного «провала» АСХ, назовем граничной скоростью. Объекты, скорость которых превышает граничную, будут приняты за цели, объекты с меньшими скоростями - за пассивные помехи.
Отмеченная особенность не является ограничением способа, поскольку значение граничной скорости, как правило, превышает скорость большинства пассивных помех (местных предметов, облаков).
Таким образом, принятие решения об обнаружении сигнала от цели при совместном использовании сигналов на выходе СДЦ и некогерентного накопителя позволяет уменьшить потери в обнаружении целей, движущихся со скоростями, соответствующими положениям «провалов» амплитудно скоростной характеристики СДЦ, то есть обеспечивается выполнение заявляемого технического результата.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.
Фиг.1 - функциональная схема устройства радиолокационного обнаружения целей, реализующего наиболее близкий способ.
Фиг.2 - пример фрагмента амплитудно-скоростной характеристики трехимпульсной разностно-временной системы СДЦ.
Фиг.3 - функциональная схема устройства радиолокационного обнаружения целей, реализующего заявляемый способ.
Устройство радиолокационного обнаружения целей, реализующее заявляемый способ (фиг.3), содержит последовательно соединенные систему СДЦ 1 и блок сравнения с порогом обнаружения 2, последовательно соединенные некогерентный накопитель 3 и второй блок сравнения с порогом обнаружения 4, а также блок принятия решения об обнаружении цели 5. При этом соединенные между собой входы системы СДЦ 1 и некогерентного накопителя 3 образуют вход устройства радиолокационного обнаружения целей, выходы блока сравнения с порогом обнаружения 2, системы СДЦ 1, второго блока сравнения с порогом обнаружения 4 и некогерентного накопителя 3, и соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока принятия решения об обнаружении цели 5, выход которого является выходом устройства радиолокационного обнаружения целей.
Устройство радиолокационного обнаружения целей может быть выполнено с использованием следующих функциональных элементов.
Система СДЦ 1 - трехимпульсная разностно-временная система СДЦ.
Обработка сигналов в трехимпульсной разностно-временной системе СДЦ осуществляется в соответствии с формулой:
где u - сигнал на выходе системы СДЦ,
u1, u2, u3, - амплитуды 1-го, 2-го и 3-го принятых импульсов соответственно.
Трехимпульсная разностно-временная система СДЦ может быть реализована на двух сдвигающих линиях задержки, компенсирующей линии задержки и сумматоре (Справочник по радиолокации. Ред. М. Сколник, 1979, т.3, с.319-320).
Блок сравнения с порогом обнаружения 2 и второй блок сравнения с порогом обнаружения 4 выполнены на стандартных микросхемах (Интегральные микросхемы. Справочник под ред. Т.В.Тарабрина, 1984). В блоках производится сравнение амплитуды входного сигнала с порогом обнаружения. С выхода блока выдается единичный сигнал, если входной сигнал превышает заданный пороговый уровень, сигнал не выдается, если порог обнаружения не превышен.
Некогерентный накопитель 3 - некогерентный накопитель, осуществляющий суммирование амплитуд (по модулю) пачки принятых импульсов (Теоретические основы радиолокации. Под ред. Я.Д.Ширмана, 1970, с.153-159, рис.3.48).
Блок принятия решения об обнаружении цели 4 - вычислитель (Интегральные микросхемы. Справочник под ред. Т.В.Тарабрина, 1984), реализующий вычисления по формулам (1), (3) и проверку условия обнаружении цели KИ>KП.
Заявляемое устройство радиолокационного обнаружения целей работает следующим образом.
В каждом направлении зоны обзора РЛС излучается пачка зондирующих импульсов. Принятые отраженные импульсы пачки подаются на вход системы СДЦ 1, где обрабатываются в соответствии с формулой (4). С выхода СДЦ сигналы, зависящие от радиальной скорости отражающего объекта, поступают на вход блока сравнения с порогом обнаружения 2, где сравниваются с порогом обнаружения, установленным исходя из заданного уровня ложных тревог. При превышении этого порога с выхода блока сравнения с порогом обнаружения 2 выдается стандартный единичный сигнал, который подается на первый вход блока принятия решения об обнаружении цели 5. Сигналы с выхода системы СДЦ подаются и на второй вход блока 5.
Принятые отраженные импульсы пачки подаются также на вход некогерентного накопителя 3, где накапливаются их амплитуды (по модулю). Сигналы с выхода некогерентного накопителя 3 поступают на вход второго блока сравнения с порогом обнаружения 4, где сравниваются с порогом обнаружения, установленным исходя из заданного уровня ложных тревог. При превышении этого порога с выхода второго блока сравнения с порогом обнаружения 4 выдается стандартный единичный сигнал, который подается на третий вход блока принятия решения об обнаружении цели 5. Сигналы с выхода некогерентного накопителя 3 подаются и на четвертый вход блока 5.
В блоке принятия решения об обнаружении цели 5 решение об обнаружении цели принимается следующим образом.
Если сигнал с выхода СДЦ 1 превысил порог обнаружения в блоке сравнения с порогом обнаружения 2, то есть на первом входе блока принятия решения об обнаружении цели 5 присутствует сигнал, то независимо от сигналов на других входах блока 5 принимается решение об обнаружении цели.
Если сигнал на выходе некогерентного накопителя 3 превысил порог обнаружения во втором блоке сравнения с порогом обнаружения 4, то есть на третьем входе блока принятия решения об обнаружении цели 5 присутствует сигнал, а сигнал на выходе СДЦ 1 в блоке сравнения с порогом обнаружения 2 не превысил порог обнаружения, то есть на первом входе блока принятия решения об обнаружении цели 5 сигнал отсутствует, то в блоке принятия решения об обнаружении цели 5 на основании сигналов, поступивших на его второй и четвертый входы, вычисляется соотношение KИ (1). Величина KИ сравнивается с пороговым значением KП, заранее вычисленным по формуле (3). При выполнении условия KИ>KП принимается решение об обнаружении цели, в противном случае принимается решение об обнаружении пассивной помехи.
Таким образом достигается заявляемый технический результат.
1. Способ радиолокационного обнаружения целей, включающий излучение в каждом направлении зоны обзора радиолокационной станции (РЛС) пачки зондирующих импульсов, прием и обработку принятых от отражающих объектов импульсов в системе селекции движущихся целей (СДЦ), сравнение в элементах зоны обзора сигналов с выхода системы СДЦ с порогом обнаружения, принятие решения об обнаружении цели, отличающийся тем, что в элементах зоны обзора дополнительно проводят некогерентное накопление принятых от отражающих объектов импульсов пачки и определяют отношение:
где АСДЦ - отношение амплитуды сигнала на выходе СДЦ, не превысившего порог обнаружения, к среднеквадратическому значению собственного шума приемника РЛС;
АНН - отношение амплитуды сигнала на выходе некогерентного накопителя, превысившего порог обнаружения, к среднеквадратическому значению собственного шума приемника РЛС,
отношение KИ сравнивают с пороговым значением КП, установленным исходя из уровня амплитудно-скоростной характеристики (АСХ) СДЦ, нормированной к амплитуде одиночного сигнала пачки, в ненулевом «провале» с номером k (k≥1), выбранным исходя из минимальных потерь по целям, попадающих в «провалы» АСХ,
при выполнении условия
принимают решение об обнаружении цели.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве системы СДЦ применяют трехимпульсную разностно-временную систему СДЦ, при этом пороговое значение KП вычисляют в соответствии с формулой:
где kнак - коэффициент накопления некогерентного накопителя, рассчитываемый как отношение сигнала на его выходе к амплитуде принятого одиночного сигнала пачки;
T1 и Т2 - интервалы времени между излучениями первого и второго, второго и третьего импульсов системы СДЦ соответственно.
3. Устройство радиолокационного обнаружения целей, содержащее последовательно соединенные систему селекции движущихся целей (СДЦ) и блок сравнения с порогом обнаружения, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные некогерентный накопитель и второй блок сравнения с порогом обнаружения, а также блок принятия решения об обнаружении цели, при этом соединенные между собой входы системы СДЦ и некогерентного накопителя образуют вход устройства радиолокационного обнаружения целей, а выходы блока сравнения с порогом обнаружения, системы СДЦ, второго блока сравнения с порогом обнаружения и некогерентного накопителя соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока принятия решения об обнаружении цели, выход которого является выходом устройства радиолокационного обнаружения целей, причем в блоке принятия решения об обнаружении цели решение об обнаружении цели принимают следующим образом: если на первом входе блока принятия решения об обнаружении цели присутствует сигнал, то независимо от сигналов на других его выходах принимают решение об обнаружении цели, если на третьем входе блока принятия решения об обнаружении цели присутствует сигнал, а на первом его входе сигнал отсутствует, то в блоке принятия решения об обнаружении цели на основании сигналов, поступивших на его второй и четвертый входы, вычисляют отношение Ки=Асдц/Анн, где Асдц - отношение амплитуды сигнала на выходе СДЦ, не превысившего порог обнаружения, к среднеквадратическому значению собственного шума приемника радиолокационной станции (РЛС), Анн - отношение амплитуды сигнала на выходе некогерентного накопителя, превысившего порог обнаружения, к среднеквадратическому значению собственного шума приемника РЛС, величину Ки сравнивают с заранее вычисленным пороговым значением Кп, при выполнении условия Ки>Кп принимают решение об обнаружении цели, в противном случае принимают решение об обнаружении пассивной помехи.
