Способ оценки пространственного размера воздушной цели по частотной протяженности доплеровского портрета - заявка 2018109177 на патент на изобретение в РФ

Способ оценки пространственного размера воздушной цели по частотной протяженности доплеровского портрета, заключающийся в том, что в направлении реальной воздушной цели с помощью радиолокационной станции излучают сверхвысокочастотные импульсные сигналы одинаковой несущей частоты сантиметрового диапазона, последовательно принимают отраженные от воздушной цели сигналы, переводят радиолокационную станцию после обнаружения воздушной цели в режим автоматического сопровождения по угловым координатам и дальности, определяют дальность R до воздушной цели, дискретизируют с помощью аналого-цифрового преобразователя с периодом дискретизации Δt, который на порядок меньше длительности импульса τи, и записывают в память электронно-вычислительной машины амплитуду Ai,s и фазу ϕi,s каждого s-го отраженного сигнала и просочившегося в приемный тракт излученного сигнала каждого i-го периода повторения, получая в каждом периоде повторения S дискретных отсчетов, при этом в пределах длительности зондирующего сигнала для каждого периода повторения будет укладываться J дискретных отсчетов, проводят свертку принятых отраженных от воздушной цели сигналов каждого i-го периода повторения с оцифрованным комплексно-сопряженным зондирующим сигналом этого же периода повторения для получения откликов согласованного цифрового фильтра по формуле
где i=1…I - номер периода повторения радиолокационной станции; s=1…(S-J); - комплексные значения отражений, получаемые после сжатия отраженного сигнала цифровым фильтром, соответствующие s-му отсчету отраженного сигнала в i-м периоде повторения; - значения амплитуды и фазы отраженного сигнала, соответствующие (s+j-1)-му отсчету продискретизированного отраженного сигнала в i-м периоде повторения импульсов; - значения амплитуды и фазы излученного сигнала, соответствующие j-му отсчету продискретизированного зондирующего сигнала в i-м периоде повторения импульсов; I - количество периодов повторения зондирующего сигнала, укладывающееся на интервале регистрации данных, рассчитывают время прохождения излученного сигнала τвц до воздушной цели и обратно по формуле , где с - скорость распространения электромагнитных волн, определяют предполагаемый номер отсчета g, на который при дальности R будет приходиться пик отраженного от воздушной цели сигнала по формуле , где round(*) - операция округления значения аргумента * до целого числа, в памяти электронно-вычислительной машины радиолокационной станции формируют четырехстрочный массив отражений Hg, в первую строку которого записывают номера используемых при анализе отражений i-x периодов повторения, во вторую - амплитуды g-x отсчетов сжатого сигнала, которые соответствуют пикам откликов отраженного от воздушной цели сигнала в i-x периодах повторения, в третью - фазы g-x отсчетов сжатого сигнала, которые соответствуют пикам откликов отраженных сигналов в i-x периодах повторения, в четвертую - моменты времени ti=[(i-1)S+g+round(J/2)]Δt, соответствующие амплитудам и фазам сжатых отраженных от воздушной цели сигналов в i-x периодах повторения, формируют последовательность из амплитудных значений массива Hg, которая графически представляет собой амплитудную отражательную характеристику воздушной цели, из созданной последовательности, начиная с первого отсчета, последовательно извлекают d-e выборки амплитуд отражений Cd, содержащие по N отсчетов, смещенные друг относительно друга на один отсчет амплитудной отражательной характеристики, причем , где round0(*) - операция округления значения аргумента * до ближайшего предшествующего целого числа, Ти - период повторения импульсов, а Так - длительность интервала анализа корреляции, равная Так=0,5 с, для каждой полученной выборки Cd формируют автокорреляционную функцию и определяют величину интервала корреляции τк (момент времени, когда автокорреляционная функция первый раз становится равной нулю), выбирают минимальную среди всех интервалов корреляции τк величину τкmin, определяют оценочное время корреляции τоц, равное величине 0,5τкmin, нумеруют полученные автокорреляционные функции, определяют для каждой d-й выборки Cd коэффициент корреляции zd, соответствующий w-му отсчету автокорреляционной функции, где , формируют в памяти электронно-вычислительной машины радиолокационной станции двухстрочный массив Hz, в первую строку которого записывают соответствующие d-e номера автокорреляционной функции, во вторую - соответствующие им оценочные коэффициенты корреляции zd, формируют последовательность из значений коэффициентов корреляции zd массива Hz, графически представляющую собой корреляционную характеристику отражений воздушной цели, проводят цифровым способом одним из известных методов, например, методом наименьших квадратов, сглаживание сформированной корреляционной характеристики, то есть устраняют локальные максимумы и минимумы, оставляя только глобальные, определяют в сглаженной корреляционной характеристике такой ее участок между смежными глобальными максимумом zdmax и минимумом zdmin, на котором максимальное zdmax и минимальное zdmin значения коэффициентов корреляции имеют наибольшее отличие, находят на этом участке точку корреляционной характеристики со значением коэффициента корреляции zd сред, которое наиболее точно соответствует величине , используют эту точку как середину информативного интервала синтезирования длительностью Тии=0,5с, по номеру выборки d, соответствующей коэффициенту корреляции zd сред, определяют соответствующую d-ю выборку отражательной характеристики, находят отсчет, соответствующий середине d-й выборки и определяют его номер в отражательной характеристике по формуле , принимают длительность Тии за длительность информативного интервала синтезирования Тс, вычисляют номера отсчетов в отражательной характеристике, которые являются началом iн и концом iк информативного интервала синтезирования по соответствующим формулам , , где round1(*) - операция округления значения аргумента * до ближайшего следующего целого числа, из массива Hg отражений извлекают амплитудные и фазовые значения, входящие в интервал синтезирования Тс, ограниченные номерами отсчета слева iн и справа iк, создают в памяти электронно-вычислительной машины радиолокационной станции четырехстрочный массив Ни, в первую строку которого записывают μ-е номера периодов повторения с 1-го по М-й, причем , а μ-й номер в пределах массива Ни соответствует (iн+μ-1)-му номеру в исходной отражательной характеристике, во вторую - амплитуды μ-х отсчетов участка отражательной характеристики, входящего в информативный интервал синтезирования, в третью - фазы соответствующих μ-х отсчетов отражательной характеристики, принадлежащих информативному интервалу синтезирования, в четвертую - моменты времени tμ=(iн+μ-1)Ти, соответствующие амплитудам и фазам отраженных сигналов в μ-х периодах повторения, при этом первый элемент массива Ни соответствует началу информативного интервала синтезирования, то есть iн-му элементу массива Hg, а последний элемент массива Ни соответствует концу информативного интервала синтезирования, то есть iк-му элементу массива Hg, проводят операцию быстрого дискретного преобразования Фурье с комплексными значениями выборки, состоящей из 8-ми первых отсчетов массива Ни, в результате которого получают начальный низкоинформативный доплеровский спектр, определяют в полученном начальном низкоинформативном доплеровском спектре частоту Доплера , которая соответствует максимальной по амплитуде составляющей спектра, определяют радиальную скорость воздушной цели в начале информативного интервала синтезирования по формуле , где λ - длина волны излученного сигнала, проводят операцию быстрого дискретного преобразования Фурье с комплексными значениями выборки, состоящей из 8-ми последних отсчетов массива Ни, в результате которого получают конечный низкоинформативный доплеровский спектр, определяют в полученном конечном низкоинформативном доплеровском спектре частоту Доплера , которая соответствует максимальной по амплитуде составляющей спектра, определяют радиальную скорость воздушной цели в конце информативного интервала синтезирования по формуле , определяют среднюю радиальную скорость воздушной цели в пределах информативного интервала синтезирования по формуле , определяют радиальное ускорение ар воздушной цели на выбранном информативном интервале синтезирования по формуле , рассчитывают на основе полученных значений средней радиальной скорости и ускорения ар величину компенсируемой фазы для каждого tμ-го момента времени, входящего в информативный интервал синтезирования по формуле , проводят компенсацию фазового влияния радиального движения воздушной цели на информативном интервале синтезирования путем изменения фазы по формуле , где знак «-» соответствует движению воздушной цели в направлении радиолокационной станции, т.е. приближению, а знак «+» соответствует удалению воздушной цели, создают в памяти электронно-вычислительной машины радиолокационной станции четырехстрочный массив Нс, в первую строку которого записывают номера периодов повторения с 1-го по М-й, во вторую - амплитуды μ-х отсчетов отражательной характеристики, принадлежащих информативному интервалу синтезирования, в третью - скомпенсированные фазы μ-х отсчетов отражательной характеристики, принадлежащих интервалу синтезирования, в четвертую - моменты времени tμ, соответствующие амплитудам и фазам отраженных сигналов в μ-х периодах повторения, для осуществления быстрого дискретного преобразования Фурье полученный массив дискретных отсчетов расширяют путем ввода новых элементов с нулевыми значениями амплитуд и фаз, добиваясь числа элементов массива Нс, равного Е=2m, где Е - ближайшее целое число, удовлетворяющее условию Е=2m и Е>М, m - целое число, проводят операцию быстрого дискретного преобразования Фурье с вектором комплексных величин из массива Нс, получают массив Ндоп, содержащий Е комплексных значений спектра отраженного сигнала, который представляет собой доплеровский портрет воздушной цели, полученный на информативном интервале синтезирования Тс, в полученном массиве Ндоп, характеризующем доплеровский портрет, определяют крайний левый и крайний правый максимумы путем перебора и анализа амплитудных значений элементов массива Ндоп, записывают в память электронно-вычислительной машины радиолокационной станции номера отсчетов iнmax и iкmax из массива Ндоп, соответствующих начальному и конечному максимумам, вычисляют частотную ширину доплеровского портрета по формуле ΔF=(iкmax-iнmax)/Tc, считают, что все воздушные цели движутся с одинаковым курсовым углом γ и заранее известной путевой скоростью V, рассчитывают угловую скорость поворота воздушной цели относительно радиолокационной станции по формуле , рассчитывают поперечный размер воздушной цели по формуле ,
отличающийся тем, что из сигналов канала угловой автоматики, пропорциональных углу места ε и азимуту β воздушной цели, с помощью соответствующих аналого-цифровых преобразователей в каждом i-м периоде повторения получают цифровые отсчеты угла места εi и азимута βi, а из сигналов системы измерения дальности, пропорциональных дальности до воздушной цели, с помощью аналого-цифрового преобразователя получают для каждого i-го периода повторения цифровое значение дальности Ri, для каждого периода повторения рассчитывают время прохождения излученного сигнала до воздушной цели и обратно по формуле , на основании чего для каждого i-го периода повторения определяют номер отсчета gi оцифрованного отраженного сигнала, на который при дальности до воздушной цели Ri будет приходится пик отклика отраженного сигнала после согласованной фильтрации, применяя при этом формулу , используют значение gi для расчета времени приема отраженного от воздушной цели сигнала в i-м периоде повторения по формуле ti=[(i-1)S+gi+round(J/2)]Δt, с помощью цифровой вычислительной системы по известным формулам сферические координаты воздушной цели 1-го и I-го периодов повторения пересчитывают в прямоугольные координаты х, у, z соответствующих периодов повторения x1, у1, z1 и xI, уI, zI, на основе чего рассчитывают расстояние r, которое преодолела воздушная цель за время регистрации отраженных сигналов по формуле , с помощью цифровой вычислительной системы рассчитывают путевую скорость V воздушной цели по формуле , рассчитывают курсовой угол γ воздушной цели по формуле , выбирают значение дальности, соответствующее серединному отсчету в интервале регистрации данных, равное RI/2, на основе чего рассчитывают уточненное значение угловой скорости поворота воздушной цели относительно радиолокационной станции по формуле , на основе рассчитанных данных определяют пространственный размер Lпр воздушной цели по формуле .
Наверх