СПОСОБ СЕЛЕКЦИИ ДВИЖУЩИХСЯ ЦЕЛЕЙ Российский патент 1996 года по МПК G01S13/34 G01S13/52 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности, к радиолокационным системам обнаружения и слежения за движущимися объектами в воздушном пространстве, в том числе в условиях мешающих воздействий на системы обнаружения.

Принципы методов селекции движущихся целей (СДЦ) широко известны. Для сигналов непрерывного излучения частотный сдвиг принятых сигналов однозначно определяется радиальной скоростью V₂ объекта, поэтому при осуществлении СДЦ применяют режектирование по частоте мешающих сигналов неподвижных объектов. Для сигналов когерентно-импульсного излучения используют проявление доплеровского эффекта от импульса к импульсу, заключающегося в изменении фазы высокочастотного заполнения импульсов. Это дает возможность применять компенсационные методы череспериодного подавления мешающих сигналов от неподвижных объектов, так как в этих сигналах сохраняется достаточное постоянство параметров высокочастотного заполнения импульсов. Поэтому на выходе вычитающего устройства получают сигналы движущихся объектов и компенсируют сигналы неподвижных объектов.

Способ селекции движущихся целей при использовании сигналов, имеющих линейную частотную модуляцию (ЛЧМ), в радиолокационной литературе мало освещен. Это, видимо, связано с тем, что сигналы с ЛЧМ имеют более редкое применение и имеют особенность при корреляционном приеме ЛЧМ сигнала, при котором за счет перемножения ожидаемого сигнала на излученный происходит его частотная демодуляция и преобразование при этом параметров принятого сигнала в частотное смещение, определяемое и задержкой, и доплеровским эффектом, что не позволяет известными способами из разделять.

Наиболее близким к предложенному способу является способ оновременной выработки дальностной и доплеровской информации о цели, заключенной в отраженном сигнале.

Этот способ включает следующие операции:
смешение несущей частоты с сигналом, имеющим линейную частотную модуляцию, с последующим выделением путем фильтрации верхней и нижней боковых полос в отдельные каналы;
объединение боковых полос так, чтобы верхняя и нижняя частоты менялись одновременно с одной скоростью по линейному закону и при этом верхняя росла, а нижняя убывала (таким образом сформирован сигнал с двойной линейной частотной модуляцией ДЛЧМ;
излучение комбинированного сигнала (с ДЛЧМ) в направлении цели;
прием частей комбинированного сигнала, отраженного от цели;
фильтрация принятых частей соответственно верхней и нижней боковых полос в раздельные каналы;
смещение опорного сигнала, являющегося частью излученных боковых полос с соответствующими верхней и нижней боковыми полосами принятого сигнала;
пропускание этих преобразованных сигналов верхней и нижней боковых полос через соответствующие полосовые фильтры и полосовые режекторные фильтры для подавления сигналов местных предметов и обеспечения прохождения дальностных сигналов;
объединение сигналов нижней и верхней боковых полос после их пропускания через полосовые фильтры и перед их прохождением через полосовые режекторные фильтры для получения суммарного сигнала;
обработка суммарного сигнала с помощью полосового фильтра и фильтра пробки с последующей квадратурной обработкой для получения информации о радиальной скорости цели.

Из сказанного следует, что селекция движущихся целей осуществляется с помощью подавления сигналов, отраженных от местных предметов, режектированием этих сигналов режекторными фильтрами и фильтром-пробкой.

Однако, во-первых, режекторные фильтры не могут подавлять сигналы местных предметов и плотных гидрометеобразований, расположенных на большом удалении, так как частотный "дальностный" сдвиг этих сигналов f_R= R достаточной большой и соизмерим с величиной доплеровского смещения частоты f_д= f_o что приводит к частотному выбегу этих сигналов из режекторных фильтров. Во-вторых, объединение сигналов нижней и верхней боковых полос перед их прохождением через полосовые режекторные фильтры и фильтр-пробку для получения суммарного сигнала, несущего только доплеровскую информацию, имеет реализацию в виде перемножения сигналов нижней и верхней боковых полос на смесителе частоты, на выходе которого выделяется суммарный сигнал. Такая операция перемножения при нескольких сигналах (групповая цель, много раздельных местных предметов, групповая облачность) делает невозможными селекцию движущихся целей, ни подавление режекторными фильтрами сигналов местных предметов, так как на выходе смесителя частоты образуются суммарный сигналы в количестве пpогpессии от числа перемножаемых сигналов. Если на входе смесителя частоты будут сигналы от N_об объектов, то на нем образуются П произведений (суммарных) сигналов, П N_об(2N_об-1), в том числе ложных L суммарных сигналов будет образовано L 2N_об (N_об-1). Таким образом, операция объединения (перемножения) сигналов боковых полос для получения суммарного полезного сигнала имеет большой недостаток, заключающийся в расширении спектра сигналов помехи, что существенно ухудшает их подавление в режекторном фильтре (пробке) из-за образования при перемножении комбинационных паразитных составляющих.

Цель изобретения заключается в существенном улучшении селекции движущихся целей за счет введения в излучаемый сигнал с ЛЧМ дополнительно пачечной модуляции (ПИМ), а при обработке принятых импульсно-частотно-модулированных сигналов благодаря введению компенсации (подавления) спектральных составляющих сигналов, симметричных по частоте относительно частоты режекции, разделяющей положительные и отрицательные доплеровские частоты, так как только такие спектральные составляющие представляют собой сигналы неподвижных объектов с любой дальности.

При перемножении принятых сигналов с ЛЧМ и ПИМ на сигнал излученный, но имеющий только ЛЧМ, получают преобразованные сигналы при приеме восходящих ветвей ЛЧМ, спектральные составляющие которых имеют частотный сдвиг, состоящий из суммы частотного сдвига отрицательного знака дальностных составляющих f_R и частотного сдвига положительного знака доплеровских составляющих +f_g, а при приеме нисходящих ветвей ЛЧМ получают преобразованные сигналы, спектральные составляющие которых имеют частотный сдвиг, состоящий из суммы частотного сдвига положительного знака дальностных составляющих +f_R и частотного сдвига положительного знака доплеровских составляющих +f_g (см. Виницкий А.С. Автономные радиосистемы. М. Радиосвязь, 1986, N 10.3). Эта особенность и закономерность преобразованных принятых сигналов позволяет разработать новую схему способа СДЦ, обеспечивающего подавление сигналов, отраженных от неподвижных объектов, расположенных на любой дальности, и выделять сигналы движущихся целей в условиях интенсивных отражений от плотной облачности и подобных малоподвижных мешающих образований, что повышает надежность и селективность информации и движущихся объектах.

Преимущества и эффективность предложенного способа селекции движущихся целей достигаются тем, что в известный способ, заключающийся в излучении в направлении цели высокочастотной электромагнитной энергии с линейной частотной модуляцией в приеме отраженного от цели сигнала, при котором используется перемножение принятого сигнала на опорный сигнал с линейной частотной модуляцией и режектирование сигналов, отраженных от местных предметов, вводят следующую последовательность операций;
смешивают сигнал несущей частоты сначала с сигналом, имеющим за первый полупериод линейную частотную модуляцию по возрастающему закону, затем с сигналом, имеющим ЛЧМ за второй полупериод по убывающему с той же скоростью закону;
выделяют путем фильтрации сигнал одной боковой полосы и вводят в каждый полупериод отфильтрованного сигнала импульсную модуляцию в виде первой пачки импульсов за первый полупериод и второй пачки за второй полупериод,
излучают в направлении цели сформированный сигнал, имеющий линейную частотную и импульсную модуляции,
принимают и фильтруют сигналы, отраженные от цели и от местных предметов;
смешивают принятые сигналы с опорным сигналом, смещенным по частоте относительно частоты излученного и имеющим только линейную частотную модуляцию по закону излученного сигнала;
фильтруют и режектируют преобразованные частотно-демодулированные принятые сигналы;
стробируют по дальности преобразованные частотно-демодулированные сигналы в отдельные дальностные каналы;
производят за время приема сигналов первого полупериода каждого зондирования во всех дальностных каналах спектральный анализ путем гребенчатой фильтрации и осуществляют опрос сигналов, полученных фильтрацией, начиная от центральной частоты, являющейся частотой режекции, разделяющей положительные и отрицательные доплеровские частоты, в направлении увеличивающихся частот фильтрации;
производят за время приема сигналов второго полупериода каждого зондирования во всех дальностных каналах спектральный анализ путем гребенчатой фильтрации, но осуществляют опрос сигналов, полученных фильтрацией, в обратном порядке, начиная от той же центральной частоты в направлении уменьшающихся частот фильтрации;
запоминают величины всех опрошенных сигналов, полученных узкополосной фильтрацией в каждом дальностном канале, для чего величины опрошенных сигналов каждого канала вводят в память с помощью коммутации последовательно, при этом раздельно запоминают сначала величины сигналов, полученные опросом при приеме сигналов первого полупериода, затем величины сигналов, получение опросом при приеме сигналов второго полупериода;
усредняют величину каждого опрошенного сигнала, используя для этого взятые из памяти величины опрошенных сигналов за несколько периодов зондирования;
производят для каждого канала вычитание из усредненной величины отфильтрованного сигнала, полученного при опросах вторых полупериодов, усредненную величину отфильтрованного сигнала, полученного при опросах первых полупериодов, при этом для вычитания берутся попарно величины сигналов, частоты которых являются симметричными относительно центральной частоты;
получают в результате вычитания подавление сигналов, отраженных от местных предметов, и выделяют сигналы движущихся целей для их индикации и получения информации о координатах и параметрах движения целей.

Сущность предложенного способа селекции движущихся целей заключается в том, что в нем с целью повышения разрешения по дальности формируют зондирующий сигнал с внутриимпульсной линейной частотной модуляцией и при приеме этот сигнал подвергается режектированию в корреляционно-фильтровой обработке в дальностных матричных каналах. Для подавления сигналов местных предметов применен впервые частотный компенсационный метод, основанный на том, что принятые сигналы местных предметов получают в виде частотно симметричных спектральных составляющих относительно центральной частоты режекции, а принятые сигналы движущихся целей в виде частотно асимметричных, а также на том, что эти сигналы спектрально анализируются с помощью гребенчатой фильтрации и отфильтрованные сигналы опрашиваются (адресно коммутируются) "елочкой", сначала сигналы восходящей, потом нисходящей ветви ЛЧМ, что обеспечивает выбор для вычитания только таких сигналов, частоты которых попарно симметричны относительно частоты режекции. Поэтому при вычитании подавляются сигналы местных предметов, а сигналы движущихся целей наоборот эффективно выделяются. Использование памяти и усреднения величин отфильтрованных сигналов местных предметов перед вычитанием позволяет увеличить их подавление за счет устранения флуктуацию принятых сигналов. Кроме того, память сигналов позволяет оптимально осуществлять индикацию и арифметические операции вычисления параметров движения цели.

Описываемые операции способа найдет применение и при других видах гибридных сигналов с ЛЧМ. Предложенные операции обработки принятых сигналов устраняют появление чисто "слепых" скоростей, не зависящих от дальности до цели скоростей, требующих в известных способах СДЦ обязательной смены частот повторения импульсов, для чего необходимы дополнительно мощности и время.

На фиг. 1 изображена одна из возможных структурных схем радиолокатора, реализующего предложенный способ СДЦ; на фиг.2 изображен зондирующий сигнал радиолокатора. В тексте описания и на чертежах приняты следующие обозначения:
1 возбудитель, 2 генератор, 3 смеситель частоты, 4 полосовой фильтр, 5 смесительный клистрон, 6 модулятор, 7 гетеродин смещения частоты, 8 антенный переключатель, 9 передающая антенна, 10 приемная антенна, 11 полосовой фильтр, 12 смеситель частоты, 13 полосовой и режекторный фильтры, 14 дальностный канал (матрицы), 15 селекторный каскад, 16 гребенка фильтров (или процессор БПФ), 17 опросное устройство фильтров (или адресный коммутатор), 18 опросное устройство каналов, 19 I-я память с усреднением, 20 II-я память с усреднением, 21 вычитатель.

Способ селекции движущихся целей осуществляется в радиолокаторе следующим образом.

Сигнал несущей частоты ω_o возбудителя 1 (см. фиг.1) смешивают сначала с сигналом I, имеющим ЛЧМ по возрастающему закону (ω₁+ ω ₂ ), причем ω₂>ω ₁, затем с сигналом II, имеющим ЛЧМ по убывающему закону ( ω ₂+ ω ₁), поступающими с выхода генератора 2 на вход смесителя частоты 3, и выделяют путем фильтрации полосовым фильтром 4 одну боковую полосу (ω_o+ω ₁ )+ +(ω_o+ ω₂) фиг.2а. Вводят в сигнал I и II импульсную модуляцию в виде I пачки и II пачки с помощью смесительного клистрона 5, на вход 2 которого с выхода модулятора 6 поступает пачечный импульсный сигнал промежуточной частоты гетеродина смешения частоты 7.

Прокоммутированный антенным переключателем 8 излучают в направлении цели сформированный сигнал передающей антенной 9 (см. фиг.2,б). Принимают приемной антенной 10 и фильтруют полосовым фильтром 11 сигналы, отраженные от цели и от местных предметов. Смешивают принятые сигналы в смесителе частоты 12 с опорным сигналом, смещенным по частоте на величину промежуточной частоты гетеродина смещения частоты 7 относительно частоты излученного сигнала и имеющего только линейную частотную модуляцию по закону излученного сигнала, который поступает с выхода полосового фильтра 4. Затем преобразованные и частотно-демодулированные сигналы с выхода смесителя частоты 12 фильтруют и режектируют с помощью полосового и режекторных фильтров 13, причем сигналы близко расположенных местных предметов, а потому остаточно мощные, подавляются режекторными фильтрами 13. Стробируют по дальности преобразованные частотно-демодулированные принятые сигналы с помощью селекторных каскадов 15, выделяя отстробированные по дальности сигналы в отдельные дальностное каналы 14 (матрицы). Производят за время приема сигналов первого полупериода (восходящей ветви ЛЧМ) каждого зондирования во всех дальностных каналах 14 спектральный анализ с помощью гребенки фильтров 16 (или процессора БПФ), которые опрашиваются опросным устройством фильтров 17 (или адресным коммутатором), причем при приеме сигналов первого периода (восходящей ветви ЛЧМ) каждого зондирования (во всех каналах 14) опрос производят, начиная с фильтра гребенки, имеющего центральную частоту, являющуюся частотой режекции, разделяющей положительные и отрицательные доплеровские частоты, в направлении фильтров, частоты которых увеличиваются. Также производят на время приема сигналов второго полупериода (нисходящей ветви ЛЧМ) каждого зондирования во всех дальностных каналах 14 спектральный анализ с помощью гребенки фильтров 16 (или процессора БПФ), которые опрашиваются опросным устройством фильтров 17 (или адресным коммутатором), причем при приеме сигналов второго полупериода (нисходящей ветви ЛЧМ), каждого зондирования (во всех каналах 14) опрос производят в обратном порядке, начиная с фильтра гребенки, имеющего ту же центральную частоту, но в направлении фильтров, частоты которых уменьшаются. Такой опрос называется "елочкой".

Запоминают величины всех опрошенных сигналов, полученных узкополосной фильтрацией в каждом дальностном канале 14, для чего величины опрошенных сигналов каждого канала при приеме сигналов первого полупериода вводят с помощью опросного устройства каналов 18 в I-ю память 19, где за несколько зондирований усредняются величины каждого отфильтрованного сигнала. Также с помощью опросного устройства каналов 18 опрошенные сигналы каждого канала при приеме сигналов второго полупериода вводятся для запоминания во II-ю память 20, где также за несколько зондирований величины каждого отфильтрованного сигнала усредняются. В вычитателе 21 производят для каждого канала вычитание из усредненной величины отфильтрованного сигнала, полученного при опросах вторых полупериодов, взятой из II-й памяти 20, усредненную величину отфильтрованного сигнала, полученного при опросах первых полупериодов, взятой из I-й памяти 19, при этом для вычитания берутся попарно величины сигналов, частоты которых являются симметричными относительно центральной частоты. В результате вычитания в вычитателе 21 на выходе получают подавление сигналов, отраженных от местных предметов, и выделяют сигналы движущихся целей для индикации и получения информации о координатах в параметрах движения целей. Располагая в радиолокаторе памятью, можно эффективно и информативно осуществлять индикацию воздушной обстановки и оптимально обрабатывать в ЭВМ радиолокатора полученную информацию.

Использование: в радиолокационных системах обнаружения и слежения за движущимися объектами в воздухе и на земле. Сущность изобретения: способ селекции движущихся целей (СДЦ) включает операции формирования, излучения высокочастотной электромагнитной энергии, модулированнной линейно возрастающей частотой за первый полупериод модуляции и за второй полупериод убывающей с той же скоростью частотой, и приема отраженных от цели и местных предметов сигналов путем частотной демодуляции принятых сигналов за счет перемножения их на опорный сигнал, являющийся излученным и смещенным по частоте относительно излученного (корреляционный прием). Новыми операциями являются следующие. Спектральный анализ преобразованных при частотной демодуляции принятых сигналов последовательно - сначала сигналов первого полупериода, затем второго полупериода. Опрос каждого элемента частотного разрешения "елочкой", т. е. принятых сигналов первого полупериода опрашивают в порядке, начиная с центральной частоты анализа в сторону больших (положительных доплеровских) частот, а принятых сигналов второго полупериода в порядке, начиная с той же центральной частоты анализа, но в сторону меньших (отрицательных доплеровских) частот. Запоминают величины всех опрошенных сигналов для каждого полупериода в течение нескольких периодов зондирования. Усредняют величину каждого опрошенного сигнала, используя для этого величины сигналов, взятые из памяти. Производят из усредненной величины каждого опрошенного сигнала при приеме сигналов второго полупериода вычитание усредненной величины соответствующего опрошенного сигнала при приеме сигналов первого полупериода, при этом для вычитания берутся величины сигналов, частоты которых являются симметричными относительно центральной частоты. Цель изобретения - повышение подавления мешающихся отражений от неподвижных объектов и увеличение селекции при обнаружении и сопровождении движущихся с малой скоростью целей (объектов). 2 ил.

СПОСОБ СЕЛЕКЦИИ ДВИЖУЩИХСЯ ЦЕЛЕЙ, заключающийся в том, что излучают в направлении цели сигнал с линейной частотной модуляцией и принимают отраженный от цели сигнал путем перемножения принятого сигнала на опорный сигнал с линейной частотной модуляцией и режектирования сигналов, отраженных от местных предметов, отличающийся тем, что перед излучением смешивают сигнал несущей частоты с сигналом, имеющим за первый полупериод линейную частотную модуляцию по возрастающему закону, затем с сигналом, имеющим за второй полупериод по убывающему с той же скоростью закону, выделяют путем фильтрации сигнал одной боковой полосы и вводят в каждый полуперод отфильтрованного сигнала импульсную модуляцию в виде первой пачки импульсов за первый полупериод и второй пачки импульсов за второй полупериод, принимают и фильтруют сигналы, отраженные от цели и местных предметов, смешивают принятые сигналы с опорным сигналом, смещенным по частоте относительно излученной частоты и имеющим только линейную частотную модуляцию по закону излученного сигнала, фильтруют и режиктируют преобразованные частотно-демодулированные принятые сигналы путем подавления спектральных составляющих принятых сигналов, не имеющих дальностных и доплеровских смещений по частоте и путем приема спектральных составляющих сигналов имеющих доплеровский сдвиг по частоте, равной удвоенной частоте, определяемой периодом повторения импульсов в пачке, стробируют по дальности отфильтрованные принятые сигналы, выделяя отстробированные по дальности сигналы в отдельные дальностные каналы, осуществляют за время приема сигналов первого полупериода каждого зондирования во всех дальностных каналах спектральный анализ путем гребенчатой фильтрации и опрос сигналов, полученных гребенчатой фильтрацией в порядке, начиная от центральной частоты, являющейся частотой режекции, разделяющей положительные и отрицательные доплеровские частоты, в направлении увеличивающихся частот фильтрации, осуществляют за время приема сигналов второго полупериода каждого зондирования во всех дальностных каналах спектральный анализ путем гребенчатой фильтрации и опрос сигналов, полученных гребенчатой фильтрацией, в обратном порядке, начиная от той же центральной частоты в направлении уменьшающихся частот фильтрации, запоминают величины всех опрошенных сигналов, полученных гребенчатой фильтрацией, в каждом дальностном канале, при этом раздельно запоминают сначала величины сигналов, полученные опросом при приеме сигналов первого полупериода каждого зондирования, затем величины сигналов, полученные опросом при приеме сигналов второго полупериода каждого зондирования, усредняют величину каждого опрошенного сигнала путем считывания из памяти величины опрошенных сигналов за несколько периодов зондирования, осуществляют в каждом канале вычитание из усредненной величины отфильтрованного сигнала, полученного при опросах вторых полупериодов каждого зондирования, усредненную величину отфильтрованного сигнала, полученного при опросах первых полупериодов каждого зондирования, при этом вычитание осуществляют попарно для всех величин сигналов, частоты которых симметричны относительно центральной частоты, подавляя сигналы, отраженные от местных предметов, и выделяя сигналы движущихся целей для последующей их индикации и определения параметров их движения.