СПОСОБ СЕЛЕКЦИИ ДВИЖУЩИХСЯ НАЗЕМНЫХ ЦЕЛЕЙ Российский патент 1997 года по МПК G01S13/52 

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в бортовых радиолокаторах с синтезированной апертурой антенны (РСА) при селекции движущихся наземных целей (СДНЦ).

Известен способ селекции движущихся наземных целей в РСА, заключающийся в формировании трех синтезированных апертур, раздельном приеме сигналов по трем каналам соответственно, нахождении разностных сигналов между сигналами первого и второго, второго и третьего каналов, сравнении суммарного сигнала, полученного из двух разностных сигналов, с порогом для формирования сигнала обнаружения движущихся наземных целей, определении сдвига фаз между разностными сигналами для нахождения радиальной скорости движущейся цели (ДЦ) и количества отсчетов смещения изображения ДЦ относительно ее истинного положения.

Недостатком указанного способа является то, что из-за необходимости компенсации сдвига фаз в каналах, обусловленного различным физическим положением антенн в пространстве, ухудшается эффективность СДЦ и точность измерения радиальной скорости ДЦ. Кроме того, из-за того, что апертуры формируются одновременно, невозможно выделение целей, движущихся только с тангенциальной скоростью относительно линии "летательный аппарат цель".

Целью настоящего изобретения является селекция наземных целей, движущихся в произвольном направлении относительно оси визирования диаграммы направленности реальной антенны РСА (линии "летательный аппарат цель") и измерение радиальных составляющих скоростей ДНЦ при отношении фон/сигнал, значительно большем единицы.

Поставленная цель достигается тем, что формируют три искусственно создаваемые антенные решетки (апертуры) на различных частотах излучения зондирующих импульсов и обрабатывают отраженные сигналы для компенсации фона местности и неподвижных целей.

Сущность способа раскрывается следующим образом.

Для селекции движущихся целей на фоне отражающей поверхности необходимо компенсировать сигналы от неподвижных целей и фона местности в каждом элементе разрешения РСА. Для этого следует обеспечить равенство элементов разрешения для всех каналов обработки независимо от несущей части, амплитуд сигналов, принятых от одного и того же элемента разрешения, фаз выходных комплексных сигналов от неподвижных целей и фона местности в каждом элементе разрешения соответствующих каналов обработки при формировании кадра радиолокационного изображения (РЛИ) методом гармонического анализа. В случае прямолинейного равномерного полета летательного аппарата (ЛА) носителя РСА время синтезирования апертуры антенны в К-ом канале обработки

где D_ц наклонная дальность до центра кадра местности, ΔX - линейное разрешение по азимуту, V_т тангенциальная составляющая скорости ЛА, λ_К длина волны К-го канала РСА, К номер частотного канала РСА.

Тогда разрешение по частоте процессора быстрого преобразования Фурье (БПФ) цифровой системы обработки (ЦСО) в К-ом канале РСА

Исходя из условия неизменности заданного азимутального разрешения ΔX в различных частотных каналах при λ₁> λ₂ (для двух каналов), интервал синтезирования TC₁ апертуры антенны в первом канале будет больше интервала синтезирования TC₂ во втором канале.

Таким образом, в канале обработки с большей несущей частотой излучаемых радиоимпульсов необходимо формировать меньшую по размерам апертуру антенны и, следовательно, задерживать на некоторое время Т_зад.2-1 начало формирования апертуры антенны в канале с более высокой несущей частотой. Доплеровская частота, обусловленная радиальной скоростью цели V_рц, в К-ом канале обработки будет равна

где N_с количество отсчетов сигнала (доплеровских фильтров), на которые смещается цель на выходе процессора БПФ относительно своего истинного положения. Из (3) с учетом (2) можно получить, что
V_рц= N_c•ΔX•V_т/D_ц, (4)
N_c= V_рц•D_ц/(ΔX•V_т), (5).
Соотношения (4) и (5) показывают, что количество отсчетов (доплеровских фильтров), на которые смещается движущаяся цель, не зависит от несущей частоты канала обработки. Это справедливо, если N_с на интервале синтезирования одинаково в разных каналах обработки и совмещены в пространстве центры интервалов синтезирования. С учетом сказанного, сигналы на выходе ЦСО первого и второго частотных каналов для одной полоски дальности и одной движущейся цели (ДЦ) можно записать в виде


где A_(1)n, A_(2)n, θ_(1)n, θ_(2)n амплитуды и фазы сигналов от неподвижных целей и фона местности в n-м элементе разрешения первого и второго каналов обработки соответственно;
B_(1)N1, B_(2)N1 и амплитуды и фазы сигналов от ДЦ в N₁-ом элементе разрешения первого и второго каналов обработки соответственно; n=1,2,3,N₁,N_c.

Так как центры интервалов синтезирования в обоих каналах совмещены в пространстве, а разность в амплитудах, обусловленную изменением эффективной площади отражения (ЭПО) из-за разности длин волн в каналах, можно скомпенсировать в приемнике РСА, то можно считать, что

фазовый сдвиг сигналов от ДЦ, принятых по первому и второму каналам, обусловленный временем задержки Т_зад.2-1 начала формирования апертуры второго канала относительно первого. В таком случае разность сигналов (7) и (6)

Из (10) следует, что разностный сигнал определяется только фазовым сдвигом и амплитудой сигналов от ДЦ, принятых по разным каналам, и не зависит от ЭПО фона местности, что позволяет осуществить селекцию ДЦ. Однако измерение фазы Φ_2-1 и определение из (9) радиальной скорости цели в общем случае не представляется возможным. Введем в РСА третий канал обработки, который принимает сигналы с длиной волны λ₃<λ₂, а синтезирование апертуры антенны производит с задержкой на время T_зад.3-2 относительно момента начала синтезирования апертуры антенны вторым каналом. Тогда сигнал на выходе третьего канала

где фаза сигнала от движущейся цели в N₁-ом элементе разрешения третьего канала обработки;
фазовый сдвиг сигналов от ДЦ, принятых по второму и третьему каналам, за счет времени T_зад.3-2.

С учетом (12) разность сигналов (11) и (7)

Из (10), (14), (13) и (9) видно, что разностные сигналы определяются фазовым сдвигом сигналов от ДЦ, принятых по разным каналам, который зависит от времени задержки T_зад. начала синтезирования апертур. При нахождении цели в центре кадра БПФ и движении параллельно линии пути носителя она будет выделяться на фоне местности и неподвижных целей. Сдвиг фазы между разностными сигналами будет равен

где I_m и R_l означают мнимую и действительную части комплексного числа. Подставив в (15) мнимые и действительные значения выражений (10) и (14), можно получить, что

С учетом (9) и (13) из соотношения (16) найдем

Если положить T_зад.2-1 T_зад.3-2 T_зад., то

Из (17) или (18), используя (5), можно определить количество отсчетов смещения изображения ДЦ относительно ее истинного положения:

Время задержки начала синтезирования T_зад. во втором и третьем каналах выбирается после расчета интервала синтезирования для каждого канала в соответствии с соотношением (1):
T_зад.2-1 (T_c1 T_c2)/2, T_зад.3-2 (T_c2 T_c3)/2.

Определив из (19) смещение ДЦ относительно своего истинного положения, можно найти ее действительное расположение в кадре РЛИ.

Использование предлагаемого способа селекции ДЦ обеспечивает такое преимущество, как возможность селекции наземных целей, движущихся в любых направлениях относительно линии "летательный аппарат-цель", и измерения их радиальных скоростей при отношении фон/сигнал значительно больше единицы.

Использование: радиолокация. Сущность: формирование специальным образом трех апертур на различных частотах излучения зондирующих импульсов и последующая обработка отраженных сигналов, обеспечивающая компенсацию сигналов фона местности и неподвижных целей в каждом элементе разрешения для селекции и измерения радиальных составляющих скоростей наземных целей.

Способ селекции движущихся наземных целей, заключающийся в том, что формируют три синтезированные апертуры при излучении импульсных зондирующих сигналов, принимают отраженные сигналы раздельно по трем каналам, определяют разностные сигналы между сигналами первого и второго, второго и третьего каналов, определяют сдвиг фаз между разностными сигналами, определяют радиальную скорость движущейся цели и количество отсчетов смещения изображения движущейся цели относительно ее истинного положения, отличающийся тем, что апертуры формируют на разной несущей частоте зондирующих импульсов, каждую апертуру формируют со своим интервалом синтезирования, величину которого рассчитывают исходя из неизменного разрешения по азимуту, период повторения зондирующих импульсов в каждой апертуре определяют исходя из условия неизменного количества отсчетов на интервалах синтезирования, центры этих интервалов синтезирования совмещают в пространстве, при этом в канале с большей несущей частотой зондирующих импульсов апертуры формируют с задержкой в зависимости от размеров апертур и скорости летательного аппарата, разрешение по дальности в каждом канале поддерживают постоянным, разностные сигналы формируют без предварительного сдвига фаз принимаемых сигналов по соответствующим каналам, радиальную скорость определяют по формуле

где α - сдвиг фаз между разностными сигналами;
λ₃ - длина волны в третьем канале;
Т_{з а д . 2 - 1} и Т_{з а д . 3 - 2} время задержки начала формирования апертуры второго канала относительно первого и третьего канала относительно второго соответственно.