РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ С ИНВЕРСНЫМ СИНТЕЗИРОВАНИЕМ АПЕРТУРЫ И МНОГОЧАСТОТНЫМ ЗОНДИРУЮЩИМ СИГНАЛОМ Российский патент 2000 года по МПК G01S13/90 

Изобретение относится к разряду радиолокационных устройств и предназначено для аппаратурной реализации способа получения двумерных радиолокационных изображений (РЛИ) воздушных целей в интересах распознавания их классов [1].

Известна радиолокационная станция (РЛС) с инверсным радиолокационным синтезированием апертуры (ИРСА), используемая в Тихоокеанском ракетном испытательном центре США, алгоритм обработки сигналов в которой разработан специально для получения двумерных РЛИ целей [2]. В состав указанной РЛС входят задающий генератор (на диоде Ганна), делитель мощности (четырехплечий), генератор пилообразного напряжения, линия задержки, передающая антенна, 1-й и 2-й смесители, усилитель высокой (зондирующей) частоты, приемная антенна, фильтр высоких частот, частотный дискриминатор, усилитель промежуточной частоты, фильтр подавления неоднозначности, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифровой магнитофон, анализатор быстрого преобразования Фурье (реального масштаба времени), вычислитель, пульт управления магнитофоном, графопостроитель, декодирующее устройство углового положения, установка для вращения цели. При этом задающий генератор соединен своим входом с выходом генератора пилообразного напряжения, а выходом - со входом делителя мощности, 1-й выход которого подключен к передающей антенне, второй - к 1-му входу 1-го смесителя, третий - ко входу линии задержки, четвертый - ко 2-му входу 2-го смесителя, 1-й вход которого соединен с выходом линии задержки, а выход - со входом частотного дискриминатора, выход которого соединен со входом генератора пилообразного напряжения. Выход приемной антенны подключен ко входу усилителя высокой частоты, выход которого соединен со 2-м входом 1-го смесителя, выход которого подключен ко входу фильтра высоких частот, выход которого соединен со входом усилителя промежуточной частоты, выход которого соединен одновременно со входом фильтра подавления неоднозначности и входом анализатора быстрого преобразования Фурье (БПФ), выход которого подключен ко входу вычислителя, выход которого соединен со входом графопостроителя. Кроме того, выход фильтра подавления неоднозначности соединен со входом АЦП, выход которого соединен со входом цифрового магнитофона, а установка для вращения цели механически связана с декодирующим устройством углового положения, электрический сигнал с выхода которого подается на 1-й вход пульта управления магнитофоном, на 2-й и 3-й входы которого подаются соответственно сигналы установки длительности записи и установки интервалов углов.

Недостатком указанной РЛС с ИРСА является то, что в ней используются сложные частотно-модулированные (в полосе до 3 ГГц) импульсные сигналы (позволяющие достичь разрешающей способности по дальности до 5 см), что приводит к усложнению электронной аппаратуры обработки радиолокационной информации, росту ее стоимости, габаритов и т. д. Использование формируемых данной РЛС с ИРСА двумерных РЛИ в алгоритмах автоматического радиолокационного распознавания (РЛР) целей на средних и малых дальностях невозможно, так как двумерное РЛИ цели в данной РЛС можно получить на графопостроителе только через 15 с, что слишком много.

Известна также радиолокационная станция LRIR (Long-Range Imaging Radar), с помощью которой можно постучать двумерные РЛИ воздушных и космических целей методом инверсного радиолокационного синтезирования апертуры [3]. Указанная РЛС содержит задающий генератор, ключ, когерентный передатчик, антенный переключатель (циркулятор), антенну, когерентный приемник, смеситель, АЦП, первый вычислитель БПФ (для получения высокого разрешения но дальности), блок оценки погрешности вычисления дальности, блок регистрации данных, второй вычислитель БПФ (для получения высокого разрешения по азимуту), блок отображения РЛИ, моноимпульсную систему определения азимута и угла места цели, систему сопровождения цели (ССЦ), систему управления (ориентации) антенной. При этом выход задающего генератора (ЗГ) через ключ соединен либо с 1-м входом смесителя, либо со входом когерентного передатчика, выход которого соединен со входом антенного переключателя (АП), соединенного с антенной, выход АП соединен со входом когерентного приемника, выходной сигнал которого подается на второй вход смесителя, выход которого соединен со входом АЦП, выход которого соединен со входом 1-го вычислителя БПФ, выход которого соединен со входом блока оценки погрешности вычисления дальности, 1-й выход которого соединен с 1-м входом ССЦ, а второй -с 1-м входом блока регистрации данных, выход которого подключен ко входу 2-го вычислителя БПФ, выход которого соединен со входом блока отображения РЛИ. Первый выход ССЦ соединен одновременно со входом задающего генератора и 3-м входом блока регистрации данных, 2-й вход которого соединен с выходом моноимпульсной системы определения азимута и угла места цели, а также со 2-м входом ССЦ, 2-й выход которой соединен со входом системы управления антенной.

Недостатком данной РЛС является то, что она использует в качестве зондирующего сложный сигнал с эффективной шириной полосы спектра импульсов В = 1 ГГц, что ведет к существенному усложнению аппаратуры приема и обработки и снижению ее надежности. К тому же, РЛС LRIR обеспечивает хорошее качество РЛИ только тех объектов, скорости вращения которых значительны, чего нельзя сказать о прямолинейно летящих воздушных целях, скорость изменения ракурса которых не превосходит 1^o/с. Кроме того, получаемые РЛС LRIR двумерные РЛИ целей проблематично использовать в автоматических системах РЛР, так как обработка и идентификация многоэлементных изображений сами по себе являются очень сложными процессами и не могут выполняться в реальном масштабе времени.

Целью изобретения является получение двумерных РЛИ сопровождаемых воздушных целей с помощью когерентных РЛС с ИРСА, использующих многочастотные узкополосные зондирующие сигналы и обеспечивающих своевременное достоверное распознавание классов воздушных целей.

Поставленная цель достигается тем, что в состав известной, описанной выше РЛС [3] , содержащей ЗГ, ключ, смеситель, когерентный передатчик, АП, антенну, АЦП, систему управления антенной (причем данная система предполагается двухканальной, то есть управляющей антенной по углу места и по азимуту и состоящей из 1-го усилителя, усиливающего сигнал ошибки по углу места, 2-го усилителя, усиливающего сигнал ошибки по азимуту, угломестного привода и азимутального привода, причем каждый привод включает в себя двигатель и редуктор) и блок отображения РЛИ, в которой выход 3Г соединен со входом 1-го ключа, выход когерентного передатчика соединен со входом АП, дополнительно вводят два потенциометрических датчика, три фазовых детектора (ФД), моноимпульсный облучатель (МИО), блок элементов линейной части приемника суммарного канала (БЭЛЧПСК), блок элементов линейной части приемника разностного угломестного канала (БЭЛЧПРУК), блок элементов линейной части приемника разностного азимутального канала (БЭЛЧПРАК), синтезатор частоты на поверхностных акустических волнах (ПАВ), амплитудный детектор (АД), систему измерения дальности (СИД), 2-й и 3-й ключ, схему управления, четыре АЦП, блок расчета параметров движения цели (БРПДЦ), блок радиолокационного распознавания (БРЛР), цифровое устройство получения регулируемой задержки (ЦУПРЗ), блок компенсации поступательного движения (БКПД), блок двумерного БПФ, пульт управления оператора.

При этом 1-й выход МИО соединяют с 1-м входом БЭЛЧПРУК, выход которого соединяют с 1-м входом 1-го фазового детектора, 2-й выход МИО подключают к 1-му входу БЭЛЧПРАК, выход которого соединяют с 1-м входом 2-го фазового детектора, последовательно подключают БЭЛЧПСК, амплитудный детектор, СИД, 3-й АЦП, БРПДЦ, а к его 2-му и 3-му входам подключают выходы соответственно 1-го и 2-го АЦП. Выход ЗГ соединяют с 1-м входом 1-го ключа, 1-й выход 1-го ключа соединяют со 2-м входом БЭЛЧПРУК, 2-м входом БЭЛЧПРАК, 2-м входом БЭЛЧПСК, выход которого соединяют также со 2-м входом 1-го, 2-го и 1-м входом 3-го (разовых детекторов, 2-й выход 1-го ключа соединяют с 1-м входом смесителя. Выход 1-го фазового детектора соединяют со входом 1-го усилителя, выход которого соединяют со входом угломестного привода. Выход 2-го фазового детектора соединяют со входом 2-го усилителя, выход которого соединяют со входом азимутального привода. Вход-выход антенны подключают ко 2-му вход-выходу МИО, 1-й вход-выход которого соединяют с вход-выходом АП, выход которого соединяют с 1-м входом БЭЛЧПСК. Вход 1-го АЦП соединяют с выходом 1-го потенциометрического датчика, вход которого механически связывают с выходом угломестного привода и 1- м механическим входом антенны, 2-й механический вход которой механически связывают с выходом азимутального привода и входом 2-го потенциометрического датчика, выход которого подключают ко входу 2-го АЦП. Первый выход схемы соединяют со 2-м входом ЦУПРЗ, 2-й выход - со 2-м входом 1-го ключа, 3-й выход - со входом синтезатора частоты на ПАВ - а 4-й выход - со 2-м входом СИД. Выход синтезатора частоты на ПАВ соединяют со 2-м входом 3-го ФД и 2-м входом смесителя. Выход смесителя соединяют со входом когерентного передатчика, выход которого соединяют со входом АП. Второй выход БРПДЦ соединяют со 2-м входом БКПД, 1-й выход - с 3-м входом ЦУФРЗ, выход которого соединяют со 2-м входом 1-го и 2-го ключей. Выходы АД и 3-го ФД соединяют с 1-м входом 2-го и 3-го ключей соответственно, выходы которых аналогично соединяют со входами 4-го и 5-го АЦП. Выход 4-го АЦП соединяют с 1-м входом блока двумерного БПФ, а выход 5-го АЦП - с 1-м входом БКПД, выход которого соединяют со 2-м входом блока двумерного БПФ. Выход блока двумерного БПФ соединяют со 2-м входом блока отображения РЛИ и со входом БРЛР, выход которого соединяют с 1-м входом блока отображения РЛИ. Выход пульта управления оператора соединяют с 1-м входом ЦУПРЗ.

Такое построение структурной схемы радиолокатора преобразует его в моноимпульсную РЛС сопровождения цели с суммарно-разностной обработкой узкополосного многочастотного когерентного сигнала, способную на основе метода ИРСА и двумерного БПФ строить двумерное РЛИ сопровождаемых целей и производить их РЛР.

Структурная схема предлагаемой радиолокационной станции с ИРСА и многочастотным зондирующим сигналом представлена на чертеже.

Согласно данной схеме радиолокационная станция с ИРСА и многочастотным зондирующим сигналом содержит 1-й потенциометрический датчик 1, 2-й потенциометрический датчик 2, 1-й усилитель 3, привод угломестный 4, антенну 5, привод азимутальный 6, 2-й усилитель 7, 1-й АЦП 8, 1-й ФД 9, БЭЛЧ-ПРУК 10, МИО 11, БЭЛЧПРАК 12, 2-й ФД 13, ЗГ 14, 1-й ключ 15, 2-й АЦП 16, БЭЛЧПРСК 17, АП 18, когерентный передатчик 19, смеситель 20, СИД 21, АД 22, 3-й ФД 23, синтезатор частоты на ПАВ 24, 3-й АЦП 25, 2-й ключ 26, 3-й ключ 27, ЦУПРЗ 28, БРПДЦ 29, 4-й АЦП 30, 5-й АЦП 31, БРЛР 32, БКПД 33, схему управления 34, блок отображения РЛИ 35, блок двумерного БПФ 36 и пульт управления оператора 37.

Радиолокационная станция с инверсным синтезированием апертуры и многочастотным зондирующим сигналом работает следующим образом.

ЗГ 14 формирует высокостабильные высокочастотные электромагнитные колебания на несущей частоте f₀ и через 1-й ключ 15 попеременно подает их то на 1-й вход смесителя 20, то на 2-е входы БЭЛЧПСК 17, БЭЛЧПРУК 10 и БЭЛЧПРАК 12. Управление 1-м ключом 15 осуществляется с помощью сигналов, поступающих на его 2-й вход со 2-го выхода схемы управления 34. Схема управления 34 формирует импульсные сигналы с периодом повторения T_u, которые определяют период повторения зондирующих сигналов радиолокационной станции, а также управляют 1-м ключом 15, работой когерентного передатчика 19 и работой СИД 21. Указанные импульсы с выхода схемы управления 34 поступают на управляющий вход 1-го ключа 15, который на время их действия коммутирует выход ЗГ 14 с 1-м входом смесителя 20. В остальное время (когда нет управляющего сигнала из блока 34) сигнал ЗГ 14 проходит на вторые входы БЭЛЧПСК 17, БЭЛЧПРУК 10 и БЭЛЧПРАК 12.

Сигналы с выхода блока синтезатора частоты на ПАВ 24 с частотами f_пр+n•Δf (где f_пр - промежуточная частота, Δf - частотный интервал дискретизаций, n - номер излучаемого импульса), в соответствии с управляющими импульсами с 3-го выхода схемы управления 35, подаются на 2-й вход смесителя 20 и на 2-й вход 3-го ФД 23. Вариант построения синтезатора частоты на ПАВ 24 показан в [25, с. 108-109, рис. 5.35]. Длительность управляющих импульсов с 3-го выхода схемы управления 34 равна периоду повторения зондирующих сигналов (ЗС) РЛС T_u. Полоса пропускания выходного фильтра смесителя 20 выбирается от f₀ + f_пр до f₀+f_пр+N•Δf (где N - количество частот зондирования). При этом должно выполнятся условие f_пр > N•Δf. В этом случае на выходе смесителя 20 будет присутствовать только узкополосный сигнал на одной из частот зондирования, а кратные гармоники будут подавляться. Сигнал с выхода смесителя 20 поступает на когерентный передатчик 19, который формирует сверхвысокочастотные импульсные сигналы заданной длительности и через АП 18 и 2-й вход-выход МИО 11 передает их в антенну 5, которая излучает электромагнитные волны в направлении цели. Вариант построения когерентного передатчика показан в [6, с. 61, рис. 4.3]. Отразившись от цели, излученные сигналы с измененной структурой возвращаются к антенне 5, улавливаются ею и поступают на 2-й вход-выход МИО 10, устройство которого также широко известно в радиолокации [7, с.387, рис. 13.13]. МИО 11 имеет также 1-й вход-выход суммарного канала, выход разностного угломестного канала и выход разностного азимутального канала. Уровень сигналов в данных каналах зависит от положения цели относительно равносигнального направления. В разностных каналах сигнал появляется только тогда, когда имеет место отклонение цели от равносигнального направления в соответствующей плоскости. Таким образом, МИО 11 является главным элементом, обеспечивающим слежение антенной системы за целью. С 1-го вход-выхода МИО 11 (представляющего суммарный канал) сигнал через АП 18 подается на 1-й вход БЭЛЧПСК 17. Выход угломестного разностного канала МИО 11 подключен к 1-му входу БЭЛЧПРУК 10, а выход разностного азимутального канала МИО - к 1-му входу БЭЛЧПРАК 12. Как видно из чертежа, начальная часть структурной схемы РЛС с ИРСА построена по классической схеме амплитудной суммарно-разностной моноимпульсной (без схемы автоматической регулировки усиления) системы сопровождения цели по направлению [4, с. 424; 8, с. 450]. Однако в ней в качестве суммарно-разностного преобразователя используется МИО 11, а элементы приемных трактов (смесители, фильтры, усилители промежуточной частоты) объединены в блоки элементов линейной части приемников. Поступившие в блоки элементов линейной части приемников сигналы фильтруются (освобождаются от сигналов посторонних частот), их частота понижается в смесителях до промежуточной, после чего они усиливаются до величин, необходимых для работы последующих устройств. С выходов БЭЛЧПРУК и БЭЛЧПРАК 10 и 12 усиленные сигналы поступают соответственно на первые входы 1-го и 2-го ФД 9 и 13.

Информация о величине рассогласования цели относительно линии визирования (равносигнального направления) по угловым координатам заложена в амплитуде сигналов разностных каналов, а о направлении рассогласования - в их фазах [4, 8] . Поэтому для выделения напряжений, пропорциональных угловым рассогласованиям, применяются фазовые детекторы 9 и 13, преобразующие разностные сигналы в видеосигналы. В качестве опорного напряжения фазовых детекторов 9 и 13, подаваемого на их 2-е входы, используется выходной сигнал БЭЛЧПСК 17. С выхода ФД 9 и 13 видеосигнал, пропорциональный угловому рассогласованию цели относительно линии визирования соответственно в угломестной и в азимутальной плоскостях, поступает соответственно на вход 1-го и 2-го усилителей (усилителей мощности) 3 и 7, где происходит его увеличение до значений, достаточных для работы приводов 4 и 6, в состав которых могут входить электродвигатели, редукторы и т.п. Принцип работы и параметры указанных выше элементов хорошо раскрыты в [9]. Наиболее простым для понимания составом приводов является двигатель и редуктор, механически связывающий двигатель с антенной. Примерами подобного построения моноимпульсной системы сопровождения цели являются [10, с. 17, рис. 1.12, а; 11, с. 154, рис. 4.23, 4.25; 12, с. 447, рис. 10.15; 13, с. 406, рис. 18.12; 14, с. 71, рис. 4.5, с. 77, рис. 4.8, 4.9, с. 78, рис. 4.10; 15, с. 18, рис. 1.9, с. 186, рис. 6.3]. При наличии сигналов рассогласования на выходах разностных каналов МИО 11 выходные сигналы фазовых детекторов 9 и 13, усиленные в блоках усилителей 3 и 7, поступают соответственно на входы угломестного привода 6 и азимутального привода 4, которые механически связаны с антенной 5. Редукторы приводов воздействуют на антенну таким образом, чтобы развернуть ее в направлении цели. С приводами и также механически связаны соответственно 1-и и 2-й потенциометрические датчики 1 и 2, выходные сигналы которых пропорциональны текущим значениям угловых координат. Выходное напряжение 1-го датчика 1 пропорционально углу места цели, а 2-го датчика 2 - азимуту цели. Напряжение с выхода блока 1 поступает на вход 1-го АЦП 8, а напряжение с выхода 2-го датчика 2 подается на вход 2-го АЦП 16, в которых аналоговая информация преобразуется в цифровую и поступает в БРПДЦ 29. БРПДЦ представляет собой электронно-вычислительную машину, то есть вычислительный комплекс, пример реализации и применения которого приведен в [18, с. 255, рис. 7.1. с. 287, рис. 7.10. с. 291, рис. 7.11; 19; 20, с. 77, рис. 3.20, с. 79, рис. 3.21, с. 133, рис. 4.22; 21, с. 66, рис. 7; 22, с. 108, рис. 2].

С выхода БЭЛЧПСК 17 через АД 22 сигнал поступает на СИД 21. СИД построена по классической схеме [8, с. 323, рис. 7.23] и состоит из регулируемой цепи задержки (РЦЗ), генератора двух следящих полустробов, временного различителя и управляющего устройства. СИД представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования. Сигнал с выхода АД 22 поступает на 1-й вход временного различителя, 2-й и 3-й входы которого связаны с соответствующими выходами генератора двух следящих полустробов, вход которого связан с выходом регулируемой цепи задержки, 1-й вход которой связан с выходом управляющего устройства, вход которого связан с выходом временного различителя. РЦЗ запускается сигналами синхронизации, роль которых выполняют импульсы схемы управления, поступающие на 2-й вход СИД. То есть 2-й вход СИД является входом РЦЗ, которая вырабатывает импульсы задержки. Длительность этих импульсов пропорциональна управляющему напряжению дальности, приходящему с выхода управляющего устройства. Задний срез импульса задержки дифференцируется и сформированный при этом сигнал запускает генератор двух следящих полустробов. Полученные в нем полустробы поступают на временной различитель, состоящий из 2-х каскадов совпадения и схемы сравнения. Полустробы поочередно открывают каскады совпадения, вследствие чего часть отраженного сигнала с выхода АД 22 проходит через 1-й, а часть - через 2-й каскады совпадений. На выходе временного различителя стоит схема сравнения, вырабатывающая напряжение сигнала ошибки, пропорциональное отклонению отраженного сигнала от стыка полустробов. Полярность сигнала ошибки определяется направлением отклонения.

При движении цели положение отраженного ею сигнала на выходе АД 22 будет изменяться, вызывая рассогласование между импульсом от цели и стыком полустробов. Это приводит к изменению сигнала ошибки, который после преобразования и усиления в управляющем устройстве изменяет напряжение на его выходе (это и есть сигнал, пропорциональный дальности до цели), которое заставляет регулируемую цепь задержки сместить полустробы в положение, при котором сигнал ошибки будет равен нулю. Выходом СПД 21 является выход управляющего устройства. С выхода СИД 21 сигнал, пропорциональный дальности до цели, поступает на вход 3-го АЦП 25, который переводит аналоговый сигнал дальности в цифровую форму и подает его для дальнейшего использования в БРПДЦ 29.

БРПДЦ 29 рассчитывает значение радиальной скорости цели V_r, время инверсного синтезирования апертуры T_c и коэффициент m, определяющий период оцифровки амплитуды и фазы отраженного сигнала. Значения V_r и T_c рассчитываются по формулам [26, 27]
V_r = Δr/Δt,


γ = arccos(cosεcosβ),
V = V_r/cosγ,
где Δr - изменение значения наклонной дальности до цели за промежуток времени Δt;
r - расстояние до цели от РЛС;
λ_i - длина волны зондирующего сигнала в i-м импульсе;
λ_cp - среднее значение длины волны:
V - линейная скорость движения цели;
ΔL - необходимое линейное разрешение в поперечном направлении;
γ - угол между вектором скорости цели и линией визирования цели;
ε, β - угловые координаты цели (угол места, азимут).

Коэффициент m рассчитывается по формуле

где f(*) - в данном случае функция, выполняющая округление аргумента до следующего целого числа;
T_u - период следования импульсов.

Коэффициент m вводится в связи с тем, чтобы время накопления данных о значениях амплитуды и фазы соответствовало времени инверсного синтезирования апертуры для получения требуемого разрешениями ΔL. При этом необходимо обеспечить запоминание сигналов при изменении частоты от импульса к импульсу за минимально возможное время, то есть фиксировать значение каждого сигнала, приходящего на 4-й и 5-й АЦП 30 и 31 [1]. Таким образом формируется столбец матрицы данных, используемой в дальнейшем для построения РЛИ методом двумерного БПФ [1]. Запоминание следующего столбца необходимо производить через время T₃= m•N•T_u. Как правило, время запоминания всех значений матрицы будет несколько больше расчетного из-за округления значения m, что однако не ухудшает качество получаемого двумерного РЛИ.

Например, частоты повторения современных РЛС в режиме квазинепрерывного излучения составляют десятки-сотни кГц. Пусть частота повторения F_u = 100 кГц, в этом случае T_u = 10 мкс. Предположим, что необходимо сформировать матрицу 128х128 элементов и время синтезирования апертуры равно 1 с. Тогда по вышеприведенной формуле m=6. Из этого следует, что запоминание следующего столбца будет происходить через интервал, равный mNT_u=7,68 мс. Это соответствует пропуску между моментами запоминания элементов столбцов 768 периодов зондирующего сигнала T_u.

На основе вышеизложенного оцифровка значений амплитуд и фаз отраженных сигналов происходит следующим образом. Сигнал с выхода БЭЛЧПСК 17 поступает на АД 22 и 3-й ФД 23, а затем на входы ключей 26 и 27, которые пропускают сигнал на входы 4-го и 5-го АЦП 30 и 31 соответственно при наличии импульсного сигнала, соответствующего логической единице на выходе ЦУПРЗ 28. Пример реализации данного устройства показан в [17, рис. 9.46, с. 503-504]. При этом в качестве кода управляющего сигнала используется двоичное значение m с 1-го выхода БРПДЦ 29, в качестве тактовых им пульсов - импульсы с 1-го выхода схемы управления 34, а в качестве входного сигнала - сигнал с выхода пульта управления оператора 37. Период следования гагатовых импульсов равен сумме периодов ЗС на всех излучаемых частотах T₀=NT_u. Сигнал на выходе блока 28 будет сформирован только при одновременном наличии на 3-м входе ЦУПРЗ 28 из БРПДЦ 29 отличного от нуля значения коэффициента m, на 1-м входе ЦУПРЗ 28 единичного сигнала с выхода пульта управления оператора 37 и на 2-м входе ЦУПРЗ 28 - последовательности тактовых импульсов с 1-го выхода схемы управления 34. При этом длительность импульса на выходе ЦУПРЗ 28 будет равна T₀, а период их следования равен mT₀. Необходимые сигналы на 2-й и 3-й вход ЦУПРЗ подаются непрерывно. Сигнал на выходе блока 37 для подачи на 1-й вход ЦУФРЗ формируется следующим образом. После перехода РЛС на автосопровождение цели оператор принимает решение на радиолокационное распознавание цели и нажимает на соответствующую кнопку на пульте управления оператора. Пульт управления оператора представляет собой блок, в котором может находиться некоторое количество кнопок, тумблеров и реле, коммутирующих различные режимы работы РЛС. В данном конкретном случае пульт управления оператора содержит одну кнопку, реле и источник питания, принципиально необходимые для правильной работы РЛС с ИРСА, с помощью которых включается режим накопления сигналов. После нажатия кнопки срабатывает и встает на самоблокировку реле, обеспечивающее подачу на выход пульта управления оператора 37 постоянного положительного сигнала управления для ЦУПРЗ 28.

После оцифровки данных о значениях амплитуды и фазы отраженного сигнала код амплитуды подается непосредственно на блок 2-мерного БПФ 36, а код фазы - только после обработки в БКПД 33. БКПД представляет собой электронно-вычислительную машину, то есть вычислительный комплекс, пример реализации и применения которого приведен в [18, с. 255, рис. 7.1, с. 287, рис. 7.10, с. 291, рис. 7.11; 19; 20, с. 77, рис. 3.20, с. 79, рис. 3.21, с. 133, рис. 4.22; 21, с. 66, рис. 7; 22, с. 108, рис. 2].

БКПД 33 рассчитывает изменение фазы Δф_i обусловленное поступательным движением цели [28] , по формуле Δф = kV_rT_ui где k - волновое число, i - номер запоминаемого импульса. Данные о V_r поступают на второй вход БКПД 33 со 2-го входа блока 29, работа которого приводилась ранее. Физический смысл операции компенсации поступательного движения приведен в [28]. В итоге на выход блока 33 проходит результирующее значение фазы ф_врi, связанное только с вращательным движением цели и равное
ф_врi = ф_Σi-Δф_i,
где ф_врi - значение фазы принятого сигнала в i-й момент времени, связанное только с поворотом цели;
ф_Σi - входное (суммарное) значение фазы сигнала i-го момента времени на входе блока 33;
Δф_i - компенсируемое значение фазы сигнала в i-й момент времени, рассчитываемое в блоке 33.

Блок 2-мерного БПФ 36 содержит накопительный каскад (буфер) и БПФ-процессор. В накопительном каскаде формируется матрица со значениями амплитуд и фаз отраженного сигнала, причем в столбцы записывается информация на различных частотах зондирования, а в строках размещаются значения сигналов на одной частоте, но соответствующих различным моментам времени ИРСА. Алгоритм преобразования детально описан в [1] . БПФ-процессор начинает выполнять преобразование матрицы после накопления N² значений сигнала. Получаемое на выходе блока БПФ 36 двумерное РЛИ поступает в БРЛР 32 и в блок отображения РЛИ 35, где отображается в соответствии с выбранным порогом. Для этого в устройстве отображения РЛИ 35 строится квадрат, разделенный на N строк и N столбцов, представляющий собой графическую матрицу, элементы которой соответствуют элементам матрицы, полученной на выходе блока 36.

В блоке РЛР 32 по правилу сравнения [23] производится распознавание сопровождаемой цели, то есть отнесение ее к одному из определенных классов в соответствии с заранее установленным алфавитом путем сравнения полученной матрицы на выходе блока 36 с набором эталонов. Один из возможных вариантов построения данного блока показан в [29, с. 368-369, рис. 15.1.]. Результат распознавания из блока 32 поступает для отображения на 1-й вход блока 35.

Проверка качества распознавания целей трех классов (крупноразмерные, среднеразмерные, малоразмерные) по указанному правилу методом математического моделирования, описанного в [16] , показала, что оценка вероятности правильного распознавания целей составляет величины порядка 0,85-0,92 [24]. Примечательно то, что, во-первых, согласно [1], цикл распознавания цели на основе признаков двумерного РЛИ не превышает 3,5 с, а во-вторых, указанные признаки в виду их высокой информативности могут использоваться в более сложных системах автоматического (без вмешательства оператора РЛС) РЛР в совокупности с траекторными, тактическими и другими признаками [23], что является явным преимуществом по сравнению с оптическими РЛИ.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Патент РФ N 2099743 от 20.12.97 г. Митрофанов Д.Г. Способ формирования двумерного радиолокационного изображения прямолинейно летящей цели при многочастотном узкополосном зондировании. Заявка N 95120882. Приоритет 7.12.95 г.

2. Астанин Л.Ю. Просыпкин С.Е. Степанов А.В. Аппаратура и средства для широкополосных измерений радиолокационных характеристик // Зарубежная радиоэлектроника. 1991. N 1. C.117 (аналог).

3. Пасмуров А.Я. Получение радиолокационных изображений летательных аппаратов//Зарубежная радиоэлектроника. 1987. N 12. С.26 (прототип).

4. Финкельштейн М.П. Основы радиолокации. М.: Радио и связь. 1983. 536 с.

5. Крохин В.В. Информационно-управляющие космические радиолинии. Москва. 1993. Часть 2.

6. Радиолокационные станции воздушной разведки./ Под ред. Г.С. Кондратенкова. М.: Воениздат. 1983. 152 с.

7. Теоретические основы радиолокации. Под ред. В.Е.Дулевича. М.: Сов. радио. 1978, 608 с.

8. Теоретические основы радиолокации/ Под ред. В.Е.Дулевича. М.: Сов. радио. 1964. 732 с. (рис.7.23, с.323)
9. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. М.: Машиностроение. 1978. 736 с.

10. Коновалов Г.Ф. Радиоавтоматика. Учеб. для вузов по спец. "Радиотехника". М.: Высшая школа. 1990. 335 с.

11. Артемьев В.М. Яшугин Е.А. Основы автоматического управления систем радиоэлектронных средств. Учебник. Воениздат. 1984. 456 с.

12. Справочник по основам радиолокационной техники./ Под ред. В.В.Дружинина. М.: Воениздат. 1967. 768 с.

13. Радиотехнические системы. Учеб. для вузов по спец. "Радиотехника". Под ред. Ю.М.Казаринова. М.: Высшая школа. 1990. 496 с.

14. Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. М.: Радио и связь. 1984. 312 с.

15. Моделирование в радиолокации/ Под ред. А.И.Леонова. М.: Сов. радио. 1979. 264 с.

16. Митрофанов Д. Г. Синтез радиолокационного изображения цели методом математического моделирования ее доплеровских портретов// Радиоэлектроника. 1994. N4. с.72-75 (Изв. высш. учеб. заведений).

17. Ерофеев Ю.Н. Импульсные устройства. Учеб. пособие для вузов по специальности "Радиотехника". М.: Высшая школа. 1989. 527 с.

18. Кузьмин С.3. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. М.: Радио и связь. 1986.

19. Фуллер С.X., Устерхут Дж. К. и др. Мультимикропроцессорные системы. Обзор и пример практической реализации // ТИИЭР. 1978. Т.66. N 2. с.135.

20. Небабин В.Г., Сергеев В.В. Методы и техника радиолокационного распознавания. М.: Радио и связь. 1984. 152 с.

21. Сарычев В. А, Грошев С.А. Семенов А.А. Методы получения некоординатной информации о целях бортовыми РЛС// Зарубежная радиоэлектроника. N 1.1991. с.66, рис.7.

22. Панько С.П. Сверхширокополосная радиолокация// Зарубежная радиоэлектроника. N 1. 1991. С. 108. рис.2.

23. Селекция и распознавание на основе локационной информации. А.Л.Горелик, Ю. Л.Барабаш, О.В.Кривошеев. С.С.Эпштейн; Под ред. А.Л.Горелика. М.: Радио и связь. 1990. 240 с.

24. Митрофанов Д. Г. Ермоленко В. 11. Распознавание воздушных целей за счет измерения их пространственной протяженности //Зарубежная радиоэлектроника. N 1.1996. С. 53.

25. Радиоприемные устройства: Учебное издание/ под редакцией А.П. Жуковского, - М.: Высшая школа, 1989. 342 с.

26. Зиновьев Ю.С. Пасмуров А.Я. Методы обращенного синтезирования апертуры в радиолокации с помощью узкополосных сигналов// Зарубежная радиоэлектроника. 1985. N 3. с. 27-29.

27. Лавров P.Ф. Вопросы теории ПУАЗО. М.: Оборонгиз. 1960. 480 с.

28. Митрофанов Д.Г. Способ повышения точности и достоверности формируемых доплеровских портретов и радиолокационных изображений целей// Радиоэлектроника. 1998. N 11. с. 28-34. (Изв. высш. учеб. заведений).

29. Вопросы статистической теории распознавания/ под ред. Б.В. Варского. М.: Советское радио. 1967. 399 с.

Изобретение относится к области радиолокационных устройств и предназначено для аппаратурной реализации известного способа получения двухмерных радиолокационных изображений (РЛИ) сопровождаемых воздушных целей с прямолинейной траекторией полета. Достигаемый технический результат - достоверное распознавание классов воздушных целей. Для этого в состав известной РЛС, содержащей задающий генератор, ключ, смеситель, когерентный передатчик, антенный переключатель, антенну, аналого-цифровой преобразователь, систему управления антенной, блок отображения РЛИ, дополнительно вводят два потенциометрических датчика, три фазовых детектора, моноимпульсный облучателъ, блок элементов линейной части приемника суммарного канала, блок элементов линейной части разностного угломестного канала, блок элементов линейной части приемника разностного азимутального канала, синтезатор частоты на поверхностных акустических волнах, амплитудный детектор, систему измерения дальности, два ключа, схему управления, четыре аналого-цифровых преобразователя, блок расчета параметров движения цели, блок радиолокационного распознавания, цифровое устройство получения регулируемой задержки, блок компенсации поступательного движения, блок двумерного быстрого преобразования Фурье, пульт управления оператора. 1 ил.

Радиолокационная станция с инверсным синтезированием апертуры и многочастотным зондирующим сигналом, содержащая антенну, блок отображения радиолокационного изображения, первый аналого-цифровой преобразователь, систему управления антенной, имеющую в своем составе два усилителя, угломестный и азимутальный приводы, причем выход первого усилителя соединен со входом угломестного привода, а выход второго усилителя - со входом азимутального привода, также содержащая последовательно соединенные задающий генератор и первый ключ, последовательно соединенные когерентный передатчик и антенный переключатель, отличающаяся тем, что дополнительно введены моноимпульсный облучатель, соединенный с его первым выходом своим первым входом блок элементов линейной части приемника разностного угломестного канала, соединенный с его выходом своим первым входом первый фазовый детектор, подключенный ко второму выходу моноимпульсного облучателя своим первым входом блок элементов линейной части приемника разностного азимутального канала, соединенный с его выходом своим первым входом второй фазовый детектор, два потенциометрических датчика, схема управления, система измерения дальности, соединенный своим первым входом с выходом антенного переключателя блок элементов линейной части приемника суммарного канала, последовательно соединенные третий ключ, пятый аналого-цифровой преобразователь, соединенный с его выходом своим первым входом блок компенсации поступательного движения, соединенный своим выходом с первым входом третьего ключа третий фазовый детектор, соединенный своим входом с выходом системы измерения дальности третий аналого-цифровой преобразователь, последовательно соединенные второй ключ, четвертый аналого-цифровой преобразователь, соединенный своим выходом с первым входом второго ключа и первым входом системы измерения дальности амплитудный детектор, соединенный своим выходом с первым входом блока отображения радиолокационной информации блок радиолокационного распознавания, соединенный своим выходом со входом блока радиолокационного распознавания и вторым входом блока отображения радиолокационной информации блок двумерного быстрого преобразования Фурье, соединенный своим выходом со входом когерентного передатчика смеситель, соединенный своим выходом со вторым входом смесителя и вторым входом третьего фазового детектора синтезатор частоты на поверхностных акустических волнах, соединенное своим вторым входом с первым выходом схемы управления цифровое устройство получения регулируемой задержки, соединенный своим входом с выходом второго потенциометрического датчика второй аналого-цифровой преобразователь, соединенный своим первым входом с выходом третьего аналого-цифрового преобразователя блок расчета параметров движения цели, соединенный с первым входом цифрового устройства получения регулируемой задержки пульт управления оператора, причем выход первого фазового детектора соединен со входом первого усилителя, выход второго фазового детектора соединен со входом второго усилителя, выход первого потенциометрического датчика соединен со входом первого аналого-цифрового преобразователя, вход первого потенциометрического датчика механически связан с выходом угломестного привода и первым механическим входом антенны, второй механический вход которой механически связан с выходом азимутального привода и входом второго потенциометрического датчика, вход-выход антенны подключен ко второму вход-выходу моноимпульсного облучателя, первый вход-выход которого соединен с вход-выходом антенного переключателя, первый выход первого ключа соединен со вторым входом блока элементов линейной части приемника суммарного канала, со вторым входом блока элементов линейной части приемника угломестного канала и вторым входом блока элементов линейной части приемника азимутального канала, второй выход первого ключа соединен с первым входом смесителя, выход блока элементов линейной части приемника суммарного канала соединен со вторым входом первого фазового детектора, со вторым входом второго фазового детектора, со входом амплитудного детектора и с первым входом третьего фазового детектора, выход цифрового устройства получения регулируемой задержки соединен со вторым входом второго ключа и со вторым входом третьего ключа, выход первого аналого-цифрового преобразователя соединен со вторым входом блока расчета параметров движения цели, выход второго аналого-цифрового преобразователя соединен с третьим входом блока расчета параметров движения цели, первый выход которого соединен с третьим входом цифрового устройства получения регулируемой задержки, а второй выход - со вторым входом блока компенсации поступательного движения, второй выход схемы управления соединен со вторым входом первого ключа, третий выход - со входом синтезатора частоты на поверхностных акустических волнах, а четвертый выход - со вторым входом системы измерения дальности, выход четвертого аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом блока двумерного быстрого преобразования Фурье, второй вход которого соединен с выходом блока компенсации поступательного движения.