СПОСОБ СЕЛЕКЦИИ НАДВОДНЫХ ЦЕЛЕЙ Российский патент 1997 года по МПК G01S13/524 

Изобретение относится к радиолокационной технике, преимущественно к способам обнаружения сигналов от надводных целей с селекцией сигналов от местных предметов источников сосредоточенных пассивных помех, и может быть использовано в когерентно-импульсных радиолокационных станциях (РЛС), предназначенных для судовождения, а также для аэрокосмической разведки судов, в том числе терпящих бедствие.

В настоящее время в когерентно-импульсных РЛС с фильтрацией принимаемых сигналов по допплеровской частоте для селекции сигнала от цели на фоне отражений от местных предметов источников пассивных помех используется различие в допплеровских частотах сигналов от целей и источников помех, являющееся следствием различия их радиальных скоростей [1] Информативным признаком, используемым для селекции сигнала от цели в этих технических решениях, является допплеровская частота f_д принимаемых сигналов - принимается решение о наличии сигнала от цели, если
Недостатком этого способа является ошибочная селекция в тех случаях, когда селектируемый объект (истинная цель) неподвижен или движется в направлении, перпендикулярном направлению распространения излучения в этих случаях f_д= 0, а также, когда источник пассивной помехи (ложная цель) движется, так что сигнал помехи имеет f_д≠0.

Известен другой способ селекции, рассмотренный в описании к патенту [2] который основан на излучении когерентных радиоимпульсов с постоянной несущей частотой, приеме отраженных сигналов, фильтрации принятых в каждом элементе разрешения по дальности сигналов по допплеровской частоте на М равноотстоящих частотных составляющих, измерении их мощностей, сравнении результатов измерения с пороговым уровнем, принятии решения о наличии сигнала от истинной цели, если мощности не менее одной, но не более К смежных частотных составляющих превышают пороговый уровень. Этот способ наиболее близок к заявляемому и принимается за прототип. Способ-прототип эффективно селектирует истинные цели от ложных целей типа облаков дипольных отражателей и гидрометеоров.

Недостатком способа-прототипа является невозможность селекции истинных целей от одиночных, в частности уголковых отражателей (УО).

Причина этого явления состоит в том, что в отличие от дипольных облаков спектр межпериодных флуктуаций сигналов от УО, как и спектр межпериодных флуктуаций сигналов от надводных кораблей (НК), является узкополосным, так как отраженные от них сигналы флуктуируют медленно [1,3] и поэтому селекция их указанным способом невозможна.

Задачей изобретения является расширение класса селектируемых пассивных помех путем обеспечения селекции как от облаков отражателей, в частности, дипольных облаков, так и эхо-сигналов от одиночных отражателей, в частности от УО.

Решение поставленной задачи основано на использовании для селекции эхо-сигналов от НК и УО эффекта декорреляции эхо-сигналов от целей сложной конфигурации, состоящих из множества отражателей, какими являются НК, при перестройке несущей частоты на достаточную для декорреляции величину, в то время, как для сигналов от одиночных отражателей, каковыми являются, в частности УО, декорреляция амплитуды эхо-сигналов при перестройке частоты не имеет места.

Сущность предлагаемого способа селекции надводных целей заключается в том, что в известном способе селекции, основанном на излучении когерентных радиоимпульсов с постоянной несущей частотой, приеме отраженных сигналов, фильтрации принятых сигналов по допплеровской частоте на М равноотстоящих частотных составляющих в каждом элементе разрешения по дальности, измерении мощностей частотных составляющих, сравнении результатов измерений с пороговым уровнем, принятии решения о наличии сигнала от истинной цели, если мощности не менее одной, но не более К смежных частотных составляющих превышают пороговый уровень, где К отношение максимальной ожидаемой ширины спектра межпериодных флуктуаций сигналом от истинной цели к ширине полосы одной частотной составляющей, после принятия решения о наличии сигналов от истинных целей излучают когерентные радиоимпульсы в течение n периодов повторения с изменяющейся от импульса к импульсу несущей частотой

где c скорость света; l минимальная по ракурсу ожидаемая протяженность истинной цели в радиальном направлении, принимают отраженные сигналы от целей, принятых за истинные на первом этапе селекции, на каждой из m несущих частот производят фильтрацию сигналов по допплеровской частоте на M равноотстоящих частотных составляющих, измеряют их мощности S_ir(r=1, 2.M), определяют максимальные значения мощностей частотных составляющих r= 1, 2.M, определяют нормированное значение S_H по формуле

сравнивают полученный результат со вторым пороговым уровнем, при превышении которого принимают решение о наличии сигнала от истинной цели.

Сущность предлагаемого способа селекции надводных целей поясняется структурной схемой устройства, реализующего способ, которая приведена на чертеже.

Устройство содержит антенну (А) 1, антенный переключатель (АП) 2, передатчик (Пер) 3, подключенный к антенне через антенный переключатель 2, синхронизатор (С) 4, блок 5 перестройки частоты (БПЧ), приемник (Пр) 6, связанный с антенной 1 через антенный переключатель 2, последовательно соединенные по двум каналам фазовый детектор (ФД) 7, видеоусилитель (ВУ) 8, блок 9 стробирования по дальности (БСД) и коммутатор (Ком) 10. Выходы с первого по четвертый синхронизатора 4 подключены соответственно к первому входу передатчика 2, второй вход которого соединен с выходом блока 5 перестройки частоты, входу синхронизации блока 9 стробирования по дальности и двум входам блока 5 перестройки частоты, первый из которых связан также и с входом синхронизации коммутатора 10. Второй и третий выходы передатчика 3 подключены соответственно к вторым входам приемника 6 и фазового детектора 7, первый вход которого подключен к выходу приемника 6.

2m выходов коммутатора 10 попарно подключены к входам соответствующих частотных каналов обработки импульсных последовательностей с одинаковой несущей частотой f_i, i= 1.m. Каждый i-ый канал обработки содержит последовательно соединенные фильтр 11_i комплексной огибающей (ФКО_i), многоканальный фильтр 12_i допплеровской частоты (ФДЧ_i), детектор 13_i частотных составляющих (ДЧС_i) и блок 15_i сравнения мощностей (БСМ_i). Выходы блоков 15_i.15_m всех частотных каналов подключены к вычислителю 16, соединенному через второй блок 17 сравнения с порогом со вторым входом классификатора 18, первый вход которого связан с выходом детектора 13_m частотных составляющих одного из частотных каналов, например m-го, через первый блок 14 сравнения с порогом. Первый выход классификатора 18 является выходом устройства, а второй подключен к входу синхронизатора 4.

Согласно предлагаемому способу селекцию эхо-сигналов надводных целей производят в два этапа. На первом этапе осуществляют селекцию эхо-сигналов НК от эхо-сигналов дипольных облаков.

Передающее устройство 3 генерирует зондирующие сигналы с несущей частотой f_i= const, колебания гетеродинной частоты f_ri=const и колебания опорной частоты
Зондирующие сигналы через антенный переключатель 2 и антенну 1 излучаются в пространство.

Принимаемые сигналы из антенны 1 проходят через антенный переключатель 2 в приемное устройство 6, детектируются по фазе в двухканальном (две квадратуры) фазовом детекторе 7, на который в качестве колебаний опорной (промежуточной) частоты поступают колебания частоты f_пч из передающего устройства 3, и после усиления по видеочастоте в двухканальном видеоусилителе 8 поступают в блок 9 стробирования по дальности, осуществляющий стробирование по дальности в обоих квадратурных каналах. Далее эхо-сигналы через коммутатор 10 поступают для обработки в один из частотных каналов, в частности, как показано на фиг.1, в m-й канал, где производится формирование комплексной огибающей импульсной последовательности эхо-сигналов в ФКО_m 11_m, а далее многоканальная фильтрация (спектральный анализ) комплексной огибающей последовательности по допплеровской частоте на M равноотстоящих друг от друга частотных составляющих в блоке ФДЧ_m 12_m и измерение их мощностей S_mr(r=1, 2. M) в блоке детекторов 13_m частотных составляющих. Результаты измерений поступают в первый блок 14 сравнения с порогом, в котором они поочередно сравниваются с пороговым уровнем A₁, значение которого определяется, исходя из допустимой вероятности ложной тревоги. При превышении порогового уровня осуществляют счет числа смежных значений S_mr, превысивших пороговый уровень, и если это число находится в пределах от 1 до K, то в классификатор 18 поступает сигнал о выполнении первого условия селекции истинной цели. Заранее выбранное число К находится из условия K = ΔF/Δf где ΔF максимальная ожидаемая ширина спектра межпериодных флуктуаций сигналов от истинной цели определяется исходя из допустимой вероятности ошибочной селекции Δf ширина полосы одной частотной составляющей - определяется допустимым временем когерентной обработки.

На второй этапе осуществляют селекцию эхо-сигналов от одиночных отражателей, в частности от УО, благодаря перестройке несущей частоты f_i от периода к периоду на m значений в течение n периодов повторения зондирующих сигналов.

Физическая предпосылка, положенная в основу селекции от одиночных отражателей, заключается в том, что НК представляет собой сложную цель, состоящую из множества элементарных отражателей, а одиночный отражатель, например, УО простую цель.

При изменении несущей частоты фазовые сдвиги между сигналами, отраженными от элементарных отражателей, создающими суммарный эхо-сигнал от НК, меняются и соответственно флуктуирует как фаза, так и амплитуда суммарного сигнала, а эхо-сигнал от одиночного отражателя, например УО, при этом флуктуирует только по фазе, а амплитуда его при сравнительно малых относительных изменениях несущей частоты (например, 0,1%) практически не меняется. Это хорошо видно из формулы для эффективной отражающей поверхности (ЭОП), например трехгранного УО (см.[4] с.21).

где a размер грани; l длина волны.

При изменении f=c/ l на 0,1% ЭОП меняется на 0,2% что несущественно. Что же касается эхо-сигналов от НК (и других сложных целей), то перестройка несущей частоты зондирующих сигналов от периода к периоду на величину df > c/2l где l протяженность цели в радиальном направлении, приводит к полной декорреляции эхо-сигналов как по фазе, так и по амплитуде (см. например [5]).

Для выявления этих различий осуществляют излучение когерентных радиоимпульсов в течение n периодов повторения на несущей частоте f_i, изменяемой от периода к периоду на m значений, при выполнении условий

По управляющим сигналам от блока 5 перестройки частоты производится изменение от импульса к импульсу несущей частоты f_i и гетеродинной частоты f_ri передатчика 3 при соблюдении постоянства опорной частоты f_пч

После излучения последовательности n радиоимпульсов с перестраиваемой несущей частотой f_i (i=1, 2.m) осуществляют прием сигналов от целей, принятых за истинные на первом этапе селекции, фазовое детектирование, усиление и стробирование по дальности отраженных сигналов как и на первом этапе селекций целей от облаков пассивных отражателей.

Далее принимаемые сигналы распределяются коммутатором 10 по m частотным каналам в соответствии с несущей частотой f_i излучаемых в данном периоде повторения зондирующих импульсов. Коммутатор 10 управляется теми же управляющими сигналами от сихросигналами от синхронизатора 4, которые поступают на блок 5 перестройки частоты. После когерентной обработки многоканальной фильтрации по допплеровской частоте в каждой i-й группе эхо-сигналов с одной несущей частотой f_i и измерении мощностей S_ir (r=1, 2.M) частотных составляющих производят определение максимальных значений r=1, 2.M в каждом i-м частотном канале в блоках 15₁.15_m сравнения мощностей и затем определение нормированного значения в вычислителе 16 в соответствии с соотношением

Нормированная сумма модулей разностей S_i смежных частотных каналов должна быть величиной, близкой к нулю для УО (вообще одиночных отражателей), и близкой к единице для НК и других сложных целей, что и используется для селекции. Значение величины S_H во втором блоке 7 сравнения с порогом (БС₂) сравнивается с пороговым уровнем A₂, который выбирается в пределах 0 <A₂<1, исходя из допустимой вероятности ложной селекции.

Результаты сравнения поступают в классификатор (Кл) 18, в котором принимается окончательное решение о классе цели если превышение порогового уровня в БС₂ 17 (второе условие истинной цели) имело место, то при выполнении первого условия истинной цели принимается окончательное решение о наличии сигнала от истинной цели, в частности от надводного корабля, в противном случае от ложной цели, в частности от УО.

Техническим преимуществом предлагаемого способа по сравнению со способом-прототипом является расширение функциональных возможностей, выражающиеся в расширении класса селектируемых пассивных помех, наряду с селекцией облаков пассивных отражателей способ позволяет селектировать и одиночные, в частности уголковые отражатели, как неподвижные, так и движущиеся.

Представленные описание и чертежи позволяют реализовать заявляемый способ при использовании существующей элементной базы и технологии для производства радиотехнических устройств и использовать в соответствии с назначением, что характеризует промышленную применяемость объекта изобретения.

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано в когерентно-импульсных радиолокационных станциях, предназначенных для судовождения, а также для аэрокосмической разведки судов. Сущность: на первом этапе селекции излучают когерентные радиоимпульсы с постоянной несущей частотой, принимают отраженные сигналы, для каждого элемента разрешения по дальности фильтруют комплексные огибающие сигналов по допплеровской частоте на М равноотстоящих друг от друга частотных составляющих, измеряют их мощности, сравнивают результаты измерений с пороговым уровнем, принимают предварительное решение о наличии сигнала от истинной цели, если мощности не менее одной, но не более К смежных частотных составляющих превышают пороговый уровень, переходят ко второму этапу селекции, на котором излучают когерентные радиоимпульсы в течение n периодов повторения на несущей частоте f_i, перестраивающейся от периода к периоду на m значений, принимают отраженные сигналы от целей, принятых за истинные на первом этапе, осуществляют процедуру когерентной обработки и фильтрации по допплеровской частоте комплексной огибающей на каждой из m несущих частот соответственно в m каналах, определяют максимальное значение мощности частотных составляющих в каждом из m каналов, по математической зависимости определяют нормированное усредненное значение модулей разностей максимальных значений частотных составляющих, сравнивают его с пороговым значением, при превышении которого принимают окончательное решение о наличии сигнала от истинной цели. 1 ил.

Способ селекции надводных целей, основанный на излучении когерентных радиоимпульсов с постоянной несущей частотой, приеме отраженных сигналов, фильтрации принятых сигналов по доплеровской частоте на М равноотстоящих частотных составляющих в каждом элементе разрешения по дальности, измерении мощностей частотных составляющих, сравнении результатов измерений с пороговым уровнем, принятии решения о наличии сигнала от истинной цели, если мощности не менее одной, но не более К смежных частотных составляющих превышают пороговый уровень, где К отношение максимальной ожидаемой ширины спектра межпериодных флуктуаций сигналов от истинной цели к ширине полосы одной частотной составляющей, отличающийся тем, что после принятия решения о наличии сигналов от истинных целей излучают когерентные радиоимпульсы в течение n периодов повторения с изменяющейся от импульса к импульсу несущей частотой f_i, i 1,2 m, причем 2 ≅ m ≅ n, где c скорость света, l минимальная по ракурсу ожидаемая протяженность истинной цели в радиальном направлении, принимают отраженные сигналы от целей, принятых за истинные на первом этапе селекции, на каждой из m несущих частот производят фильтрацию сигналов по доплеровской частоте на М равноотстоящих частотных составляющих, измеряют их мощности Sir (r 1,2 M), определяют максимальное значение мощностей частотных составляющих r 1,2 M, определяют нормированное значение мощности S_н по формуле

где S_m + 1 S₁,
сравнивают полученный результат с вторым пороговым уровнем, при превышении которого принимают решение о наличии сигнала от истинной цели.