Способ радиолокации объектов с инерционной нелинейностью



Способ радиолокации объектов с инерционной нелинейностью
Способ радиолокации объектов с инерционной нелинейностью
Способ радиолокации объектов с инерционной нелинейностью

 


Владельцы патента RU 2510765:

Симонов Владимир Иванович (RU)

Изобретение относится к методам и средствам радиолокации нелинейно-рассеивающих объектов. В качестве зондирующего сигнала используются три гармоники с соответствующими частотами. В результате совместной корреляционной обработки пар сигналов {r1, r0} и {r2, r0} определяются корреляционные сигналы S1 и S2 соответственно и формируются разностный SΔ=S1-S2 и суммарный SΣ=S1+S2 сигналы, а в качестве выходного сигнала радиолокатора используется либо амплитуда UΔ разностного сигнала, либо амплитуда UΣ суммарного сигнала в зависимости от выбора начальных фаз у гармоник зондирующего сигнала. Достигаемый технический результат - повышение эффективности обнаружения нелинейных объектов, в состав которых входят инерционные элементы - индуктивности и емкости, на фоне потока сигналов от безынерционных нелинейных объектов. 1 ил.

 

Изобретение относится к технике ближней радиолокации, а именно к методам обнаружения нелинейно-рассеивающих объектов, содержащих нелинейные резисторные элементы.

Множество таких объектов можно разбить на две группы:

- RLC-объекты, модель которых в виде эквивалентной электрической цепи помимо безынерционных нелинейных резисторов (R) содержит и инерционные элементы - индуктивные (L) и/или емкостные (С). Такими объектами являются мобильные телефоны, электронные подслушивающие устройства, приемные устройства радиоуправляемых взрывателей и т.п.;

- R-объекты, в эквивалентных электрических схемах которых можно пренебречь влиянием индуктивных и емкостных элементов. Типичными представителями R-объектов являются элементы стальных конструкций, сварные или клепанные, подверженных коррозии и ржавчине.

В предложенном способе решается задача обнаружения именно RLC-объектов на фоне потока отраженных сигналов от R-объектов, причем предполагается, что вольт-амперная характеристика резисторного элемента имеет четную, например, квадратичную парциальную составляющую.

Известны способы нелинейной радиолокации, сущность которых изложена в [1; 2].

Недостаток аналогов [1] состоит в высоком уровне ложных тревог, создаваемых потоком ложных сигналов от R-объектов. Последнее связано с тем, что, несмотря на использование в [1] сложного зондирующего сигнала в виде нескольких гармоник с последующим выделении из отраженного сигнала набора кратных и комбинационных частот, в [1] оцениваются лишь энергетические характеристики выделенных частот, информативных свойств которых недостаточно для решения задачи распознавания RLC-объектов и их селекции на фоне потока сигналов от R-объектов. В определенной мере такими свойствами обладает аналог [2], однако его недостатком является необходимость варьирования мощности излучаемой гармоники.

Среди аналогов наиболее близким по числу совпадающих признаков является способ нелинейной радиолокации [1], в котором облучение искомого объекта производится тремя гармониками с частотами ω0, ω1, ω2 соответственно, а приемник радиолокатора выделяет из отраженного сигнала три сигнала r0, r1, r2 с несущими частотами 2ω0, ω01, ω02 соответственно.

Недостаток прототипа состоит в низкой эффективности обнаружения RLC-объектов на фоне потока сигналов от R-объектов.

Целью изобретения является повышение эффективности обнаружения RLC-объектов.

Для достижения поставленной цели в способе-прототипе, заключающемся в генерации и излучении трех гармонических сигналов с частотами ω0, ω1, ω2 и комплексными амплитудами G0, G1, G2 соответственно, приеме отраженного сигнала и выделении из него трех сигналов r0, r1, r2 с несущими частотами 2ω0, ω01, ω02 соответственно, формировании выходного сигнала радиолокатора и сравнении его с порогом, дополнительно осуществляется выбор частот ω1 и ω2 из условия ω10+Ω и ω20-Ω, выбор одинаковых отношений G1/G0 и G2/G0, совместная корреляционная обработка пар сигналов {r1, r0}, и {r2, r0} с формированием соответствующих корреляционных сигналов S1 и S2, определение амплитуды UΔ разностного SΔ=S1-S2 и амплитуды UΣ суммарного SΣ=S1+S2 сигналов, причем в качестве выходного сигнала радиолокатора выбирается UΔ, если отношение G1/G0=G2/G0 является действительной величиной, или UΣ, если отношение G1/G0=G2/G0 является мнимой величиной.

На фиг.1 изображена возможная схема нелинейного радиолокатора, реализующего предложенный способ, элементами которой являются: 1 - синтезатор частот, вырабатывающий три гармонических сигнала g0(t), g1(t), g2(t) с круговыми частотами ω0, ω0+Ω ω0-Ω; 2 - усилители мощности; 3 - сумматор; 4 - приемник отраженных сигналов в полосе частот (2ω0-Ω; 2ω0+Ω); 50, 51, 52 - высокочастотные фильтры с центральными круговыми частотами 2ω0, 2ω0+Ω; 2ω0-Ω, выделяющие сигналы r0(t), r1(t), r2(t) соответственно; 61, 62 - балансные преобразователи частоты с фильтрами частоты Ω на их выходах, формирующие сигналы S1 и S2 соответственно; 7 - разностное или суммарное устройство, в зависимости от того, какой вид зондирующего сигнала используется - с амплитудной или фазовой модуляцией; 8 - амплитудный детектор с низкочастотным фильтром, постоянная времени которого ~ 2 л/ Q, и пороговая схема.

Излучаемые гармонические сигналы g0(t), g1(t), g2(t) имеют вид:

{ g 0 ( t ) = G 0 exp { j ω 0 t } g 1 ( t ) = G 1 exp { j ( ω 0 + Ω ) t } g 2 ( t ) = G 2 exp { j ( ω 0 Ω ) t } , ( 1 )

где совокупность комплексных амплитуд G0, G1, G2 является спектром суммарного сигнала g0(t)+g1(t)+g2(t), j - мнимая единица. Уточним их амплитудно- и фазочастотные характеристики. Амплитуды G1 и G2 боковых частот ω0±Ω выберем одинаковыми:

G 1 = G 2 = G , ( 2 )

а их отношение G/G0 к амплитуде G0 центральной частоты ω0 спектра равными либо чисто действительной величине:

G / G 0 = | G / G 0 | , ( 3 )

либо чисто мнимой величине:

G / G 0 = j | G / G 0 | , ( 4 )

где скобки |…| обозначают взятие модуля комплексного числа.

Вид суммарного сигнала в этих двух случаях будет различным. В случае выполнения условий (2), (3) суммарный сигнал относится к классу амплитудно-модулированных (AM) сигналов с частотой тональной модуляции Ω (Ω<<ω0). В случае выполнения условий (2), (4) суммарный сигнал близок по форме к фазомодулированным (ФМ) сигналам, но в строгом смысле не относящийся к ним, т.к. имеет дополнительную амплитудную модуляцию. Вместе с тем, в дальнейшем для краткости такой сигнал будем называть ФМ-сигналом. Способы формирования колебаний g0(t), g1(t), g2(t), комплексные амплитуды которых подчиняются условиям (2), (3) или (2), (4), известны. В частности, эти колебания можно выделить с помощью высокочастотных фильтров из AM- и строго ФМ-сигналов, полученных традиционными методами модуляции амплитуды или фазы гармонического сигнала частоты ω0. В случае использования трех независимых генераторов гармонических сигналов с частотами ω0, ω0+Ω и ω0-Ω нужные соотношения - (2), (3) или (2), (4) можно обеспечить путем регулировки амплитуд этих колебаний и подстройки фазы генератора центральной частоты ω0 с помощью фазосдвигающей цепочки, производимой после каждого включения радиолокатора.

Интересующую нас парциальную составляющую отраженного сигнала, сосредоточенную в полосе частот 2ω0±Ω и выделяемую на выходе приемника, представим в виде суммы трех сигналов r0(t), r1(t), r2(t):

{ r 0 ( t ) = R 0 exp { j 2 ω 0 t + j ψ } r 1 ( t ) = R 1 exp { j ( 2 ω 0 + Ω ) t + j ( ψ Ω τ ) } r 2 ( t ) = R 2 exp { j ( 2 ω 0 Ω ) t + j ( ψ + Ω τ ) } , ( 5 )

где ψ - случайная начальная фаза и τ - задержка принимаемого сигнала, обусловленные пространственной удаленностью объекта радиолокации. Комплексные амплитуды R0, R1, R2, представляющие спектр суммарного сигнала r0(t)+r1(t)+r2(t), характеризуют отражающие свойства нелинейно-рассеивающего объекта и обладают различными свойствами при наблюдении R-объектов и RLC-объектов.

Если R-объект облучается АМ-сигналом или ФМ-сигналом, то суммарный сигнал r0(t)+r1(t)+r2(t) остается в классе тонально модулированных AM- или ФМ-сигналов соответственно. В спектральной интерпретации это означает следующее: если отношение G/G0 - действительная (или мнимая) величина, то отношения R1/R0 и R2/R0 также являются действительными (или мнимыми) величинами с выполнением равенства R1=R2=R, что аналогично условиям (2), (3) (или (2), (4)).

При наблюдении RLC-объектов отношения спектральных амплитуд R1/R0 и R2/R0 перестают быть чисто действительными или чисто мнимыми величинами, для них перестает выполняться равенство R1=R2 и их можно рассматривать как случайные процессы со временем корреляции, зависящим от степени инерционности RLC-объекта и глубины модуляции зондирующего сигнала, определяемой модулем отношения G/G0≤0,5.

Введем сигналы S1 и S2 с несущей частотой Ω, сущность которых - это коэффициенты корреляции для пар отраженных колебаний r1(t), r0(t) и r2(t), r0(t) соответственно:

{ S 1 ( t ) = Re < r 1 ( t ) r 0 ( t ) * > = Re { R 1 R 0 * exp { j Ω ( t τ ) } } S 2 ( t ) = Re < r 2 ( t ) r 0 ( t ) * > = Re { R 2 R 0 * exp { j Ω ( t τ ) } } , ( 6 )

где скобки <…> обозначают усреднение по времени. Определим разностный SΔ(t) и суммарный SΣ(t) сигналы равенствами:

{ S Δ ( t ) = S 1 ( t ) S 2 ( t ) S Σ ( t ) = S 1 ( t ) + S 2 ( t ) . ( 7 )

Из вышеизложенного следует, что при облучении R-объектов АМ-сигналом нулевое значение принимает разностный сигнал SΔ(t), а при облучении ФМ-сигналом - суммарный сигнал SΣ(t). В то же время при облучении RLC-объектов AM- или ФМ-сигналом амплитуда UΔ разностного SΔ(t) и амплитуда UΣ суммарного SΣ(t) сигналов принимают ненулевые значения. Поэтому задача обнаружения RLC-объектов трансформируется в задачу оценки амплитуды UΔ разностного сигнала SΔ(t) или амплитуды UΣ суммарного сигнала SΣ(t) при использовании AM- или ФМ-сигнала соответственно в качестве зондирующего.

Источники информации

1. Беляев В.В., Маюнов А.Т., Разиньков С.Н. Состояние и перспективы развития «нелинейной» радиолокации. Успехи современной радиолокации, 2002 г., №6, с.59-78.

2. Решение от 04.12.2012 г. о выдаче патента на изобретение по заявке №2011147575/07(071363) от 24.11.2011 г. «Способ радиолокации нелинейно-инерционных объектов».

Способ радиолокационного обнаружения объектов с инерционной нелинейностью, заключающийся в генерации и излучении трех гармонических сигналов с частотами ω0, ω1, ω3 и комплексными амплитудами G0, G1, G2 соответственно, приеме отраженного сигнала и выделении из него трех сигналов r0, r1, r2 с несущими частотами 2ω0, ω01, ω02 соответственно, отличающийся тем, что дополнительно осуществляется совместная корреляционная обработка пар сигналов {r1, r0}, и {r2, r0} с формированием соответствующих корреляционных сигналов S1 и S2, определение амплитуды U разностного S=S1-S2 и амплитуды UΣ суммарного SΣ=S1+S2 сигналов, причем частоты ω1 и ω2 удовлетворяют условиям ω10+Ω и ω20-Ω, где Ω - частота тональной модуляции, отношения G1/G0 и G2/G0 выбираются одинаковыми, а в качестве выходного сигнала радиолокатора выбирается либо U, если отношение G1/G0=G2/G0 является действительной величиной, либо UΣ, если отношение G1/G0=G2/G0 является мнимой величиной.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области активной радиолокации и касается обнаружения объектов, покрытых радиопоглощающим материалом, в частности самолетов типа «стелс».

Изобретение относится к радиотехнике, преимущественно к радиолокации, в частности, может быть использовано для зондирования квазимонохроматическими и дискретно-частотными сигналами стационарных, линейно рассеивающих электромагнитные волны объектов.

Изобретение относится к способам радиолокационных измерений и может быть использовано для определения эффективных площадей рассеяния (ЭПР) и координат элементов объема протяженного объекта при его зондировании сверхширокополосным (СШП) сигналом.

Изобретение относится к методам и средствам ближней радиолокации нелинейно-рассеивающих объектов. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля воздушного пространства с использованием прямых и рассеянных от воздушных объектов сигналов, излучаемых передатчиками радиоэлектронных систем различного назначения.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля наземного и воздушного пространства с использованием прямых и рассеянных объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля наземного и воздушного пространства с использованием прямых и рассеянных объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к областям гидроакустики и радиолокации и может быть применено в автоматических системах вторичной обработки радиолокационных и гидроакустических станций, установленных на подвижном носителе. В нем рассматривается способ снижения вероятности ложной тревоги за счет повышения эффективности классификации ложных целей, вызванных собственными шумами носителя. Сущность способа состоит в том, что при классификации ложных целей используется дополнительный статистический критерий - коэффициент корреляции между курсом носителя и курсовым углом на цель. Для ложных целей, обусловленных собственными шумами носителя, коэффициент корреляции с ростом размера выборки будет стремиться к нулю, а для истинных целей коэффициент корреляции будет стремиться к значению дисперсии курса носителя со знаком минус (так как изменения курсового угла на истинную цель и курса носителя противоположно направлены). Техническим результатом изобретения является снижение вероятности ложной тревоги за счет использования дополнительной информации о параметрах движения носителя станции. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля воздушного, наземного и морского пространства с использованием прямых и рассеянных подвижными объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения. Достигаемый технический результат - повышение вероятности обнаружения далеких и слабо рассеивающих объектов. Повышение вероятности обнаружения далеких и слабо рассеивающих объектов достигается за счет применения новых операций адаптивной и нелинейной обработки радиосигналов, рассеянных контролируемыми объектами. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля наземного, морского и воздушного пространства с использованием прямых и рассеянных объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности обнаружения подвижных объектов. Повышение эффективности обнаружения достигается за счет применения новых операций адаптивной и нелинейной обработки с обратной связью по полезному радиосигналу. 1 ил.

Изобретение может быть использовано в импульсно-доплеровских радиовысотомерах (РВ). Достигаемый технический результат - расширение функциональных возможностей, повышение скрытности излучения и максимальной измеряемой высоты без увеличения излучаемой мощности. Сущность изобретения состоит в том, что в направлении подстилающей поверхности излучают пачку зондирующих радиоимпульсов, причем число излучаемых радиоимпульсов (ИР) и период их повторения программно выбираются так, чтобы обеспечить максимальное количество ИР за время априорной задержки (АЗ), задаваемой контроллером обмена (КО), и одновременно исключить неоднозначность измерения высоты и попадание излученного сигнала в зону неопределенности, в которой производится поиск отраженного сигнала, принимают пачку отраженных от подстилающей поверхности радиоимпульсов, преобразуют видеоимпульсы в последовательность цифровых двоичных сигналов (ЦДС) с частотой дискретизации, запоминают синхронно с началом пачки ИР, и, по окончании излучения, определяют адрес ячейки памяти, соответствующий АЗ отраженного сигнала относительно начала пачки излучения, производят узкополосную доплеровскую фильтрацию ЦДС, считываемых последовательно из ячеек памяти в диапазоне поиска адресов памяти, накапливают суммарный результат фильтрации по всем цифровым двоичным сигналам принимаемой пачки при каждой величине оцениваемой задержки, принимают решение о наличии сигнала по превышению наперед заданного порога накопления, определяют задержку отраженного сигнала относительно начала пачки ИР, выдают информацию об измеренной высоте на выход РВ через КО. 8 ил.

Изобретение относится к радиоэлектронике. Технический результат - обеспечение доступа к узкополосным сигналам в отложенном режиме и повышение числа одновременно функционирующих каналов приема. Многоканальное устройство радиомониторинга содержит антенную решетку, состоящую из N антенн, выходы которых последовательно подключены к N аналоговым приемным блокам, N АЦП и N DDC, а также k блоков хранения данных с управляемой задержкой и в предлагаемом изобретении реализованы этапы, во-первых, предварительной обработки широкополосного сигнала путем его частотной декомпозиции с помощью фильтрбанков анализа с полным восстановлением, снижения избыточности и хранения в течение требуемого времени отложенного доступа, и, во-вторых, выделения узкополосных сигналов путем считывания из блоков хранения данных с управляемой задержкой требуемого частотно-временного фрагмента широкополосного сигнала, его декомпрессии в блоках декомпрессии данных, восстановления с помощью фильтрбанков синтеза, пространственно-временной обработки в блоках пространственно-временной обработки сигнала и передачи пользователю сигналов через интерфейсы с клиентскими средствами обработки сигналов для их оконечной обработки. 4 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля наземного, морского и воздушного пространства с использованием прямых и рассеянных объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения. Техническим результатом изобретения является повышение вероятности обнаружения малоразмерных подвижных объектов. Повышение вероятности обнаружения достигается за счет выбора передатчиков, совмещенных в пространстве и излучающих на множестве частот узкополосные и широкополосные радиосигналы, а также применения новой совокупности операций комбинированной обработки прямых и рассеянных объектами радиосигналов выбранных передатчиков. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля наземного, морского и воздушного пространства с использованием прямых и рассеянных объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения. Достигаемый технический результат - повышение качества обнаружения и пространственной локализации малозаметных объектов. Повышение качества обнаружения и пространственной локализации малозаметных объектов достигается за счет применения в каждом канале N-элементной антенной решетки новых операций адаптивной и нелинейной обработки, обеспечивающих повышение разрешающей способности и динамического диапазона синтеза частотно-временного изображения радиосигналов, рассеянных контролируемыми объектами. 1 ил.

Изобретение может быть использовано в системах классификации и идентификации воздушных объектов (ВО), использующих принцип усреднения признака принадлежности при изменении ракурса объекта, а также в системах построения радиолокационных изображений объектов методом инверсного синтезирования апертуры. Достигаемый технический результат - повышение помехоустойчивости перспективного многочастотного режима радиолокационного сопровождения и формирования радиолокационных изображений объектов. Указанный результат достигается за счет того, что формируют и используют траекторную характеристику, которая представляет собой зависимость, показывающую изменение суммы разностей комплексных амплитуд смежных дальностных портретов от номера портрета, то есть от времени приема очередной фракции сигналов с перестройкой несущей частоты, при этом для построения более качественной траекторной характеристики воздушного объекта предлагается пятикратно сглаживать исходную характеристику методом скользящего среднего. 3 ил.

Изобретение относится к радиолокации пассивных космических объектов (КО), например крупных метеоритов и астероидов (размерами более десяти метров), которые могут представлять опасность при столкновении с Землей. Способ включает радиолокационное зондирование КО, вращающегося в процессе полета, периодической последовательностью высокоразрешающих радиосигналов наносекундной длительности. Число этих импульсов соответствует числу ракурсов КО за период его вращения, максимальный из всех периодов вращения КО вокруг его осей. Этот период определяется по повторяемости радиолокационных портретов (РЛП), дающих разрешение по дальности, равное одной десятой минимального размера КО. При этом производят многократное измерение длительности РЛП освещенной части КО. По этой длительности далее производят оценку среднего радиуса КО по половине усредненной пространственной длины сигнала РЛП и линейного размера по удвоенной величине среднего радиуса. Технический результат изобретения состоит в обеспечении достаточной точности оценки размеров пассивных КО для того, чтобы при необходимости активировать орбитальные средства космической защиты. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля наземного, морского и воздушного пространства с использованием прямых и рассеянных объектами радиосигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения. Достигаемый технический результат - повышение эффективности поиска малозаметных подвижных объектов. Повышение эффективности поиска малозаметных подвижных объектов достигается за счет применения новых операций, обеспечивающих максимизацию выходного отношения сигнал/шум и основанных на нахождении наибольших собственных значений корреляционных матриц, используемых при компенсации когерентной помехи в виде прямого сигнала передатчика подсвета, а также при обнаружении полезных сигналов, полученных после компенсации помехи и откорректированных на заданном множестве гипотетических пространственных координат, направлений и скоростей движения объектов. 3 ил.
Наверх