Способ лазерной локации и селекции подвижной цели



Способ лазерной локации и селекции подвижной цели
Способ лазерной локации и селекции подвижной цели

 


Владельцы патента RU 2552537:

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при оптической локации быстроперемещающихся объектов. Достигаемый технический результат - повышение эффективности оптической локации и селекции высокоскоростных целей в условиях действия помех. Сущность изобретения заключается в том, что в способе лазерной локации подвижной цели, основанном на генерации и приеме отраженного от цели лазерного излучения, интерференционной модуляции принятого излучения, на преобразовании его в электрический сигнал и последующей обработке сигнала, интерференционную модуляцию принятого излучения осуществляют путем его смешения с излучением лазерного источника, преобразуют модулированные колебания в электрический сигнал и затем в цифровой код посредством квантования, производят спектральный анализ полученного цифрового сигнала, измеряют значение доплеровской скорости цели, селекцию цели осуществляют, сравнивая измеренное значение доплеровской скорости цели с заданным, рассчитанным по прогнозируемым данным, по результатам сравнения судят о наличии в пространстве цели с заданными параметрами, при этом рассчитывая доплеровскую скорость цели, учитывают результаты измерения доплеровских скоростей других целей, а также отклонение реальной траектории сближения с целью от прогнозируемой, осуществляют преобразование электрического сигнала в цифровой код посредством квантования сигнала с периодом, меньшим по сравнению с периодом модулированных колебаний. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при оптической локации быстроперемещающихся объектов.

Известен способ лазерной локации, основанный на генерации модулированного лазерного излучения, приеме и обработке оптического сигнала, отраженного от подвижного объекта [1]. Данный способ локации позволяет измерять дальность до объекта. При этом информация о доплеровском смещении частоты излучения, по которому можно судить о скорости движения объекта, не используется и в рассматриваемом случае является источником ошибок при измерении дальности.

Известен также способ локации, в основу которого положено использование доплеровского эффекта для пеленгации и измерения радиальной скорости подвижного объекта (движущейся цели) [2]. Несмотря на многие преимущества указанного способа, такие как возможность обеспечения высокой чувствительности, его применение ограничивается, как правило, областью радиолокации. Ввиду затруднений, возникающих при обработке широкополосных сигналов, в лазерной локации данный способ не используется.

Наиболее близким к заявляемому способу является выбранный в качестве прототипа способ лазерной локации с непрерывным режимом работы лазера, основанный на приеме зондирующего излучения с последующим накоплением сигнала при когерентном детектировании [3].

Известный способ не предназначен для локации высокоскоростных целей, что является его недостатком. Другой недостаток известного способа заключается в отсутствии возможности селектировать подвижную цель, выделяя ее среди других целей по какому-либо признаку, например по дальности, по скорости или по угловым координатам.

Задачей изобретения является обеспечение селекции заданной цели при осуществлении локации нескольких целей, находящихся в поле зрения лазерного локатора, а также расширение диапазона измеряемых скоростей целей.

Поставленная задача решается тем, что в способе лазерной локации подвижной цели, основанном на генерации и приеме отраженного от цели лазерного излучения, интерференционной модуляции принятого излучения, на преобразовании его в электрический сигнал и последующей обработке, интерференционную модуляцию принятого излучения осуществляют путем его смешения с излучением лазерного источника, например лазерного гетеродина, преобразуют модулированные колебания в электрический сигнал и затем в цифровой код посредством квантования, производят спектральный анализ полученного цифрового сигнала, измеряют значение доплеровской скорости цели, селекцию цели осуществляют, сравнивая измеренное значение доплеровской скорости цели с заданным, рассчитанным по прогнозируемым данным, по результатам сравнения судят о наличии в пространстве цели с заданными параметрами, при этом рассчитывают доплеровскую скорость цели как функцию величины вектора относительной скорости цели и угла между названным вектором и линией визирования цели, уточняют значение искомой величины, учитывая результаты измерения доплеровских скоростей других целей, а также отклонение реальной траектории сближения с целью от прогнозируемой и значение выше названного угла на момент сближения с целью, осуществляют преобразование электрического сигнала в цифровой код посредством квантования сигнала с периодом, меньшим по сравнению с периодом модулированных колебаний.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности оптической локации и селекции высокоскоростных целей в условиях действия помех.

Сущность изобретения поясняется на примере реализации способа локации подвижной цели с осуществлением селекции цели по радиальной скорости, которую определяют по доплеровскому сдвигу частоты.

Схема, поясняющая предлагаемый способ локации и селекции целей, представлена на фиг.1. На фиг.2 представлена упрощенная схема устройства, с помощью которого возможно реализовать предлагаемый способ.

На фиг.1 показаны две цели 1, 2 и точка 3, в которой расположен локатор; обозначены векторы V1 и V2 относительной скорости целей, углы α1 и α2 между названными векторами скорости и соответствующими линиями визирования 4, 5. Согласно чертежу, представленному на фиг.2, устройство для осуществления способа содержит лазер 6, служащий источником излучения 7, лазерный гетеродин 8, оптически связанный с фотоприемником (ФП) 9 излучения 10 от целей, подключенный к ФП 9 согласующий усилитель 11, который через фильтр 12 связан с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 13, к выходу которого подключен спектроанализатор (СА) 14, соединенный с вычислителем 15.

Локация и селекция цели осуществляется следующим образом.

Как следует из чертежа, приведенного на фиг.1, даже при равных значениях скоростей V1 и V2 целей 1 и 2, локацию которых осуществляют из точки 3, значения углов α1 и α2 будут различаться. Соответственно значения доплеровских скоростей, названных целей также будут различны. Как известно [2], доплеровская скорость объекта (цели) прямо пропорциональна радиальной скорости его движения.

В процессе локации генерируемое с помощью лазера 6 излучение 7 направляют в сторону целей 1, 2. Принимают отраженное от целей лазерное излучение 10 и фокусируют его на ФП 9, на который также направляют излучение от лазерного гетеродина 8. В результате интерференции излучений отраженного от цели и лазерного гетеродина возникают колебания. При их детектировании с последующим преобразованием получают электрический сигнал, модулированный колебаниями разностной частоты. Сигнал подают через согласующий усилитель 11 и частотный фильтр 12 на АЦП 13, где осуществляют путем дискретизации и квантования преобразование сигнала в цифровой код. Оцифрованный сигнал подают на СА 14. И таким образом получают частотный спектр отраженного от целей сигнала. Сигнал, отраженный от цели, содержит гармоническую составляющую, которой на графике амплитудного спектра будет соответствовать пик (максимум), превышающий по уровню шум. Если в обозреваемом пространстве находится несколько целей, спектр анализируемого сигнала будет содержать несколько максимумов. По положению максимумов на оси частот спектра определяют значение частот, которое пересчитывают в вычислителе 15 в значение доплеровских скоростей целей. Сравнивают полученные значения скоростей с заданным для цели, рассчитанным заранее, и в соответствии с выбранным критерием принимают решение об обнаружении заданной цели. Диапазон анализируемых частот выбирают, в соответствии с прогнозируемой величиной доплеровской скорости целей. При сравнительно большом значении углов α1 и α2 величина доплеровской скорости, которую измеряют, будет существенно меньше действительной скорости цели. За счет этого достигается расширение диапазона измерений.

Для исключения ограничения по частоте, обусловленного рабочим диапазоном дискретных устройств, в первую очередь АЦП 13, преобразование снимаемого с ФП 9 электрического сигнала в названном устройстве осуществляют с периодом, большим по сравнению с периодом колебаний сигнала. Благодаря чему частотный спектр сигнала сдвигается влево по оси частот [4], следовательно, уменьшается максимальная частота оцифрованного сигнала. Это приводит к увеличению диапазона измеряемых доплеровских скоростей целей и расширяет возможности способа по осуществлению локации и селекции скоростных целей.

Уход частоты лазерного гетеродина 8 относительно частоты излучения лазера 6 корректируют, используя систему стабилизации частоты, аналогичную описанной в прототипе.

Уменьшение влияния ухода частоты лазера 6 достигается за счет уточнения расчетных данных по результатам измерения доплеровских скоростей других целей. Очевидно, сдвигу максимумов на графике амплитудного частотного спектра отраженного излучения на одно и то же значение соответствует изменение частоты излучения лазера 6, что учитывают при уточнении данных, используемых при селекции цели.

Таким образом устраняют помехи, обусловленные нестабильностью частоты излучения лазерных источников.

Возможно также уточнение расчетных данных по результатам траекторных измерений, осуществляемых в процессе сближения с целью.

При сравнительно низкой скорости относительного движения цели возможно использование в качестве источника гетеродинного излучения лазера 6 и отражающего элемента (на схеме не показан), который устанавливается вместо лазерного гетеродина 8, что позволяет направить часть излучения 7 на ФП 9.

Описанная выше совокупность признаков предлагаемого способа обеспечивает решение поставленной задачи, позволяет реализовать возможность локации и селекции заданной высокоскоростной цели в условиях действия помех, независимо от фоновой обстановки.

Как показали предварительные расчеты, а также моделирование процесса преобразования сигналов, предлагаемый способ позволяет достичь высокого разрешения при осуществлении селекции целей, в том числе и скоростных.

Благодаря высокой эффективности и сравнительной простоте реализации, способ может найти широкое практическое применение.

Источники информации

1. Петровский В.И., Пожидаев О.А. Локаторы на лазерах. - М.: Воениздат, 1969, с.54-81.

2. Белоцерковский Г.Б. Основы радиолокации и радиолокационные устройства. - М.: Сов. радио, 1975, с.84-85.

3. Лазерная локация / И.Н. Матвеев и др.; Под ред. Н.Д. Устинова. - М: Машиностроение, 1984, с.237-244 (прототип).

4. Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов. Пер. с англ. - М.: ООО «Бином-Пресс», 2007, с.561-562.

1. Способ лазерной локации и селекции подвижной цели, основанный на генерации и приеме отраженного от цели лазерного излучения, интерференционной модуляции принятого излучения, на преобразовании его в электрический сигнал и последующей обработке сигнала, отличающийся тем, что интерференционную модуляцию принятого излучения осуществляют путем его смешения с излучением лазерного источника, например лазерного гетеродина, преобразуют модулированные колебания в электрический сигнал и затем в цифровой код посредством квантования, производят спектральный анализ полученного цифрового сигнала, измеряют значение доплеровской скорости цели, селекцию цели осуществляют, сравнивая измеренное значение доплеровской скорости цели с заданным, рассчитанным по прогнозируемым данным, по результатам сравнения судят о наличии в пространстве цели с заданными параметрами.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, рассчитывая доплеровскую скорость цели как функцию величины вектора относительной скорости цели и угла между названным вектором и линией визирования цели, уточняют значение искомой величины, учитывая результаты измерения доплеровских скоростей других целей, а также отклонение реальной траектории сближения с целью от прогнозируемой и значение выше названного угла на момент сближения с целью.

3. Способ по п.1 или по 2, отличающийся тем, что преобразование электрического сигнала в цифровой код осуществляют посредством квантования сигнала с периодом, меньшим по сравнению с периодом модулированных колебаний.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам для определения состояния поверхности дорожного полотна, на котором возможно образование слоя воды, снега или льда. Контролируемый участок поверхности дороги зондируют электромагнитными волнами, принимают отраженные от этого участка поверхности электромагнитные волны, определяют фазовый сдвиг между падающими и отраженными волнами или изменение амплитуды (мощности) принимаемых волн по отношению к их значениям для падающих волн, предварительно определяют, соответственно, основной фазовый сдвиг этих волн или основное изменение амплитуды (мощности) этих волн в отсутствие покрывающего слоя на поверхности дороги.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в автономных бортовых радиосистемах управления посадкой летательных аппаратов. Достигаемый технический результат - расширение функциональных возможностей за счет измерения составляющих вектора скорости.

Изобретение относится к способам для определения состояния поверхности дорожного полотна, на котором возможно образование слоя воды, снега или льда. Контролируемый участок поверхности дороги зондируют электромагнитными волнами по нормали к ней, принимают отраженные от этого участка поверхности электромагнитные волны.

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при построении различных радиолокационных систем, предназначенных для определения дальности до поверхности земли, использующих принцип отражения радиоволн (радиодальномеры или дальномеры).
Изобретения относятся к области радиолокации и могут быть использованы в радиолокационных станциях (РЛС) для защиты от импульсных помех. Достигаемый технический результат - формирование признаков импульсной и, в частности, синхронной ответной помехи и ее распознавание на любой дальности.

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к юстировочным щитам. Юстировочный щит моделирует прямые и зеркально отраженные от земли радиосигналы, идущие от ракеты и цели на конечном участке наведения.

Изобретение относится к радиотехническим средствам приема и передачи сигналов, в частности к RFID-считывателям систем распознавания объектов. Техническим результатом является повышение чувствительности приемного канала приемно-передающего тракта считывателя за счет введенного устройства компенсации, осуществляющего компенсацию паразитного отраженного излучения в приемном канале считывателя.

Изобретение относится к области радиолокации. Достигаемый технический результат - повышение качества обнаружения и сопровождения воздушных объектов.

Изобретения относятся к области радиолокации. Достигаемый технический результат - распознавание импульсов помехи, в том числе импульсов ответной помехи в потоке принимаемых сигналов от источников радиоизлучений.

Изобретение относится к области радиолокации. Достигаемый технический результат - увеличение дальности обнаружения целей и снижение вероятности ложных тревог за счет использования совместной обработки сигналов на нескольких несущих частотах.
Группа изобретений относится к системам вооружения. При способе самонаведения ракеты с оружием на цель облучают цель непрерывным сигналом с частотной модуляцией по одностороннему пилообразно линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал). Принимают отраженные от цели НЛЧМ сигналы приемными антеннами, которые расположены на одинаковом расстоянии от оси ракеты на окружности с центром ,совпадающим с продольной осью ракеты, и в перпендикулярной оси плоскости. Полученные и излученные сигналы дважды перемножают и дважды выделяют разностные сигналы. Если моменты обнаружения сигналов не совпадают, перемещают ракету до положения, когда они начинают совпадать. Далее поворачивают ракету на 90° вокруг ее продольной оси и повторяют вышеперечисленные операции до момента, когда сигналы начнут обнаруживаться одновременно. Ракета с устройством самонаведения на цель содержит радиолокационную станцию (РЛС) с передающей антенной, две приемные антенны, два смесителя, два обнаружителя разностного сигнала (ОРС), два двигателя коррекции (ДК) торможения и ускорения, ДК поворота на ракеты на 90°, средство нападения (СН). Обеспечивается самонаведение на цель ракеты. 2 н.п. ф-лы.

Изобретение относится к технике радиолокации, радиосвязи, радионавигации и радиоуправления и может быть использовано в радиоэлектронных системах для решения задачи обнаружения сигналов. Достигаемый технический результат - сокращение объема передаваемой информации и повышение соотношения сигнал/шум на выходе устройства. Сущность изобретения состоит в том, что комплексное устройство является многоканальным и содержит в каждом канале согласованный фильтр, два функциональных преобразователя, выполненных определенным образом, и линию передачи данных, а также содержит сумматор и пороговое устройство. Перечисленные средства соответствующим образом соединены между собой. 2 ил.

Изобретение предназначено для выявления и радиолокационного сопровождения групп взаимодействующих воздушных объектов (ВО). Достигаемый технический результат - увеличение времени сопровождения групп ВО за счет более раннего их выявления. Указанный результат достигается за счет того, что с помощью радиолокационной станции измеряют наклонные дальности до наблюдаемых ВО, их азимуты, углы места и радиальные скорости, формируют интервальные оценки измеренных координат ВО с учетом ошибок их измерения, при этом множество ВО представляют в виде графа их взаимодействия, вершины которого соответствуют объектам, а ребра отражают выполнение условий возможного или достоверного взаимодействия между ними, выделяют достоверные и возможные группы объектов. Увеличение времени сопровождения групп ВО достигается за счет того, что возможные группы выявляются раньше, чем достоверные, а при кратковременном расхождении взаимодействующих ВО достоверные группы не снимаются сразу с сопровождения, а переводятся в класс возможных. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано в локальных навигационных системах и сетях для управления движением мобильных объектов в локальных зонах навигации. Достигаемый технический результат - повышение точности определения местоположения объекта навигации с обеспечением помехозащищенности. Способ основан на излучении объектом навигации высокочастотного гармонического сигнала, приеме его в нескольких опорных радионавигационных точках с известными координатами, при этом с объекта навигации дополнительно излучают второй высокочастотный гармонический сигнал, отличающийся по частоте от первого на заданную величину, в каждой из опорных радионавигационных точек принимают этот сигнал, наряду с первым, формируют из принятых сигналов сигналы разностной частоты, передают сформированные сигналы в центральный приемный пункт, где измеряют разность фаз сигналов разностной частоты, полученных из разных опорных точек, а результаты этих измерений с учетом взаимного расположения центрального приемного пункта и опорных радионавигационных точек пересчитывают в координаты объекта навигации. 2 ил.

Изобретение относится к способам локации на малых дальностях и может быть использовано в радиосистемах посадки летательных аппаратов, сближения и стыковки космических объектов, безопасности вождения и парковки автомобилей. Достигаемый технический результат - разработка способа локации объекта при малых дальностях с использованием прерывистого сигнала при подавлении побочных лепестков его автокорреляционной функции. Сущность изобретения состоит в том, что способ основан на использовании прерывистого импульсного сигнала, при этом выбор параметров прерывистого сигнала осуществляют исходя из требуемого подавления «дифракционных» лепестков (ДЛ) автокорреляционной функции этого сигнала, для чего определяют требуемое число Ктр подавляемых первых (ближних) ДЛ и осуществляют их подавление за счет размещения их в «нулевых» зонах автокорреляционной функции, что достигается за счет определенного выбора периода повторения этих лепестков и соответствующих длительностей, при этом Ктр может быть определено исходя из требуемой величины подавления ДЛ. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в многопозиционных системах пассивной радиолокации для определения местоположения и скорости движения радиоизлучающих объектов. Достигаемый технический результат - обеспечение измерения скорости движения объекта при одновременном увеличении точности определения координат в моноимпульсном режиме. Указанный результат достигается за счет того, что способ включает прием радиосигналов объекта в пространственно-разнесенных пунктах приема и передачу их с периферийных на центральный пункт приема, где измеряют и компенсируют разности доплеровских частот радиосигналов периферийных и центрального пункта приема. Затем, с учетом времени распространения электромагнитных волн в пункты приема, выполняют пространственно-временную обработку преобразованных радиосигналов и определяют координаты объекта, а по измеренным разностям частот и координатам объекта вычисляют вектор его скорости. 5 ил.

Изобретение относится к системам разнесенной радиолокации околоземного космоса и может быть использовано для решения задач дистанционного зондирования Земли с помощью летательных и космических аппаратов. Достигаемый технический результат - расширение зоны мониторинга и обнаружения целей, повышение надежности и помехозащищенности радиолокационной системы. Указанный результат достигается за счет того, что в способе оперативного получения радиолокационной информации производят оперативное развертывание локальной радиолокационной системы на основе локальных разнесенных станций в определенном, заранее заданном районе, путем запуска в данный район носителя с отделяемыми платформами, на каждой из которых устанавливают локальную станцию с приемопередающим оборудованием, при этом используют сигналы подсвета от внешнего источника излучения или от локального источника излучения, который устанавливают на одной из отделяемых платформ или непосредственно на носителе. Радиолокационная система содержит локальную радиолокационную систему с локальными станциями приема и обработки данных, а также внешний или локальный источник излучения сигналов подсвета. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для экспериментальной оценки вклада участков крупногабаритного объекта, например авиационного турбореактивного двигателя, в интегральную величину эффективной поверхности рассеяния двигателя. Достигаемый технический результат - определение эффективной поверхности рассеяния участков объекта для различных ракурсов. Указанный результат достигается за счет того, что способ измерения эффективной поверхности рассеяния крупногабаритных объектов включает установку объекта на опорно-поворотное устройство, измерение фона, эталонирование неподвижного объекта при его полном укрытии радиопоглощающим материалом, облучение и определение мощности отраженных сигналов при вращении объекта вокруг вертикальной оси, при этом объект разбивают на участки, измеряют мощность отраженных сигналов от участков при последовательном удалении с них радиопоглощающего материала и определяют ЭПР участков, затем получают интегральную ЭПР методом сравнения измерений, проведенных в штатном состоянии и с замаскированным участком, при этом относительный вклад каждого участка объекта в интегральную ЭПР в заданном угловом секторе определяют в соответствии с выражением: где - средние значения ЭПР объекта в штатном состоянии и с замаскированным участком соответственно. В качестве радиопоглощающего материала используют материал с коэффициентом отражения электромагнитного излучения на металлической поверхности не более -20 дБ в рабочем диапазоне частот и поляризации электромагнитного излучения. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах пеленгации и сопровождения различных объектов. Достигаемый технический результат - повышение точности пеленгации и сопровождения объектов за счет учета изменений крутизны и нелинейных искажений пеленгационной характеристики в процессе функционирования системы антенна-обтекатель. В отличие от известных устройств принципиально новый эффект уменьшения погрешностей пеленгации и сопровождения достигается путем введения устройства решения уравнения компенсации, сигнальные входы которого подключены к выходам пеленгационного приемника, а выходы подключены к входам электромеханического привода, N входов коэффициентов пеленгационной характеристики устройства решения уравнения компенсации подключены к N выходам текущих значений коэффициентов пеленгационной характеристики вычислителя аппроксимирующих сплайнов, где N - количество коэффициентов разложения пеленгационной характеристики системы антенна-обтекатель, используемых для компенсации, причем значение N выбирается равным N≥2. 2 ил.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в импульсных радиолокационных станциях (РЛС). Достигаемый технический результат - улучшение эффективности работы РЛС при флуктуациях эффективной площади рассеяния (ЭПР) обнаруживаемых объектов, а также в условиях прицельных по частоте активных шумовых помех (АШП) в дальней зоне работы при сохранении качества подавления помеховых сигналов, отраженных от местных предметов в ближней зоне работы РЛС. Указанный технический результат достигается за счет использования для обзора дальней и ближней рабочих зон РЛС двух последовательностей импульсов, которые формируют на промежуточной частоте и после смешивания их с синусоидальными сигналами высокой частоты и фильтрации преобразуют в зондирующие импульсы, при этом обзор дальней зоны производят, перестраивая поимпульсно рабочую частоту зондирующих импульсов путем изменения высокой частоты синусоидальных сигналов от такта к такту, а обзор ближней зоны - на постоянной рабочей частоте, затем принятый отраженный сигнал смешивают с высокочастотным синусоидальным сигналом своей зоны, преобразуя его на промежуточную частоту, фильтруют и, после аналого-цифрового преобразования, подвергают обработке. Устройство, реализующее способ, состоит из основной и компенсационной антенн, двух формирователей сигналов, двух смесителей, двух генераторов синусоидального сигнала, твердотельного передающего устройства, приемников основного и компенсационного каналов, коммутатора синусоидальных сигналов, устройств первичной обработки, отображения, вторичной обработки и сопряжения, с соответствующими связями. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх