СПОСОБ РАСПОЗНАВАНИЯ КЛАССА ЦЕЛИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК G01S13/50 

Изобретение относится к системам распознавания протяженных целей и может быть использовано для определения класса цели.

Известен способ распознавания, заключающийся в излучении в сторону цели электромагнитной энергии, приеме отраженной от цели энергии, обработке сигналов, распознавании цели по принятому изображению геометрических размеров и конфигурации [1].

Известно устройство для радиолокационного распознавания целей, содержащее антенну, передатчик, приемник, антенный переключатель и канал распознавания, причем передатчик содержит модулятор, генератор СВЧ и первый ключ, где выход модулятора соединен с первым входом первого ключа и первым выходом передатчика, выход генератора СВЧ соединен со вторым входом первого ключа и вторым выходом передатчика, выход первого ключа является третьим выходом передатчика и соединен с первым входом антенного переключателя, второй вход которого соединен с антенной, а выход - со входом приемника; канал распознавания содержит последовательно соединенные линию задержки, второй ключ, смеситель, фильтр низких частот и устройство воспроизведения образа цели, причем вход линии задержки является первым входом канала распознавания и соединен с первым выходом передатчика, второй вход смесителя является вторым входом канала распознавания и соединен со вторым выходом передатчика, второй вход второго ключа является третьим входом канала распознавания и соединен со вторым выходом приемника, первый выход передатчика и выход приемника соединены со входами индикатора кругового обзора РЛС [2].

Недостатком данных способа и устройства является низкая информативность, обусловленная отсутствием возможности распознавания протяженной по угловой координате цели. На практике подавляющее большинство реальных объектов относится к классу сложных радиолокационных целей. Погрешности измерения координатных параметров, вызванных шумом цели, начинают возникать, когда физические размеры цели превышают 0,01 величины элемента разрешения по какой-либо координате [3].

Практика показывает, что с уменьшением дальности до цели ее следует считать протяженной. Таким образом, находя отношение физических размеров цели к величине элемента разрешения по данной координате, можно судить о протяженности цели по данной координате. Величина элемента разрешения по угловой координате определяется шириной диаграммы направленности антенны θ_A. При отражении от протяженной цели ширина диаграммы направленности антенны увеличивается на величину, пропорциональную угловым размерам цели Δθ_Ц. По величине отношения β=Δθ_ц/θ_A можно судить о протяженности по угловой координате цели. Так при β<0,01 принимают решение о точечной по угловой координате цели, а при β≥0,01 принимают решение о протяженной по угловой координате цели.

Наиболее близким к изобретению является способ распознавания протяженной по угловой координате цели, заключающийся в излучении в сторону цели электромагнитной энергии, приеме отраженной от цели электромагнитной энергии, измерении ширины диаграммы направленности антенны при наличии цели θ_ц, определении увеличения ширины диаграммы направленности Δθ_ц=θ_ц-θ_А, определении отношения β=Δθ_ц/θ_А, при этом, в случае если β<0,01 принимают решение о точечной по угловой координате цели, если β≥0,01 принимают решение о протяженной по угловой координате цели [4].

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее передатчик, антенный переключатель, антенну, приемник и канал распознавания, при этом передатчик содержит модулятор, генератор СВЧ и первый ключ, причем выход модулятора соединен с первым входом первого ключа и первым выходом передатчика, выход генератора СВЧ соединен со вторым входом первого ключа и вторым выходом передатчика, выход первого ключа является третьим выходом передатчика и соединен с первым входом антенного переключателя, второй вход которого соединен с антенной, а выход - со входом приемника, канал распознавания содержит последовательно соединенные первую линию задержки, второй ключ и смеситель, причем вход первой линии задержки является первым входом канала распознавания и соединен с первым выходом передатчика, второй вход смесителя является вторым входом канала распознавания и соединен со вторым выходом передатчика, второй вход второго ключа является третьим входом канала распознавания и соединен с выходом приемника, первый выход передатчика и выход приемника соединены со входами индикатора кругового обзора РЛС, дополнительно содержит блок сканирования, механически соединенный с антенной, а канал распознавания содержит последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты, измеритель ширины диаграммы направленности антенны для формирования сигнала, пропорционального ширине диаграммы направленности антенны θ_Ц, вычитающее устройство для формирования сигнала, пропорционального величине Δθ_Ц=θ_Ц-θ_А, делитель для определения сигнала, пропорционального отношению β=Δθ_Ц/θ_А, и пороговое устройство, причем вход усилителя промежуточной частоты соединен с выходом смесителя, а первый и второй выходы порогового устройства являются выходами канала распознавания, соответственно для протяженной по угловой координате цели при β≥0,01 и для точечной по угловой координате цели при β<0,01 [4].

Недостатком данных способа и устройства является низкая информативность, обусловленная отсутствием возможности распознавания класса цели на основе анализа величины изменения ширины диаграммы направленности антенны, которая обусловлена влиянием протяженной цели.

Технической задачей изобретения является расширение информативности за счет обеспечения возможности распознавания класса цели.

Техническая задача изобретения достигается тем, что в способе распознавания протяженной цели, заключающемся в излучении в сторону цели электромагнитной энергии, приеме отраженной от цели электромагнитной энергии, измерение ширины диаграммы направленности антенны при наличии цели θ_ц, определении увеличения ширины диаграммы направленности Δθ_ц=θ_ц-θ_А, определении отношения β=Δθ_ц/θ_А, при этом, в случае если β<0,01 принимают решение о точечной по угловой координате цели, если β≥0,01 принимают решение о протяженной по угловой координате цели, дополнительно на заданном расстоянии от цели определяют класс цели на основе анализа величины сигнала β=Δθ_ц/θ_А, при этом, если β удовлетворяет неравенствам β<β₁, β≤β₂, принимают решение, что цель малая, если удовлетворяет неравенствам β>β₂ и β≤β₃, принимают решение, что цель средняя, если удовлетворяет неравенству β>β₃ принимают решение, что цель большая, где 0,01<β₁<β₃<β₃.

Заявленный способ реализуется в устройстве распознавания протяженной цели, содержащем передатчик, антенный переключатель, антенну, приемник, канал распознавания и блок сканирования, механически соединенный с антенной, передатчик содержит модулятор, генератор СВЧ и первый ключ, при этом выход модулятора соединен с первым входом первого ключа, со вторым входом которого соединен выход генератора СВЧ, выходы модулятора, генератора СВЧ, первого ключа являются соответственно первым, вторым и третьим выходами передатчика, которые соединены соответственно с первым и вторым входом канала распознавания и с первым входом антенного переключателя, второй вход которого соединен с антенной, а выход - с входом приемника, выход которого соединен с третьим входом канала распознавания, который содержит последовательно соединенные линию задержки, второй ключ и смеситель, усилитель промежуточной частоты, измеритель ширины диаграммы направленности антенны, вычитающее устройство, делитель, пороговое устройство, при этом измеритель ширины диаграммы направленности антенны формирует сигнал, пропорциональный ширине диаграммы направленности антенны θ_Ц, вычитающее устройство формирует сигнал, пропорциональный величине Δθ_Ц=θ_Ц-θ_А, делитель формирует сигнал, пропорциональный отношению β=Δθ_Ц/θ_А первым, вторым и третьим входами канала распознавания являются вход линии задержки, вторые входы смесителя и второго ключа, а первый и второй выходы порогового устройства являются выходами канала распознавания, соответственно для протяженной по угловой координате цели при β≥0,01 и для точечной по угловой координате цели при β≤0,01, первый выход передатчика и выход приемника соединены со входами индикатора кругового обзора РЛС, дополнительно введены блок определения класса цели и индикатор «малая цель», индикатор «средняя цель», индикатор «большая цель», при этом первый выход передатчика, выход приемника и второй выход канала распознавания соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока определения класса цели, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входами индикатора «малая цель», индикатора «средняя цель», индикатора «большая цель», блок определения класса цели содержит измеритель дальности, первое, второе, третье и четвертое пороговые устройства, первый, второй и третий элементы НЕ, первый, второй элементы И, первый, второй и третий ключи, задатчик сигналов, причем первый, второй и третий входы блока определения класса цели являются соответственно первым и вторым входами измерителя дальности, со вторыми входами второго, третьего и четвертого пороговых устройств, выход измерителя дальности соединен со вторым входом первого порогового устройства, первый вход которого соединен с первым выходом задатчика сигналов, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого, второго и третьего ключей, вторые входы которых соединены с выходом первого элемента НЕ, а выходы - с первыми входами второго, третьего и четвертого пороговых устройств, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первого элемента И, непосредственно и через второй, третий элементы НЕ, выходы третьего и четвертого пороговых устройств соединены с первым и вторым входами второго элемента И, непосредственно и через третий элемент НЕ, выход первого порогового устройства соединен с входом первого элемента НЕ, выходы первого, второго элементов И, выход четвертого порогового устройства являются соответственно первым, вторым и третьим выходами блока определения класса цели.

На чертеже приведена функциональная схема устройства распознавания класса цели, где 1 - передатчик; 2 - антенный переключатель; 3 - антенна; 4 -приемник; 5 - канал распознавания; 6 - блок сканирования, 7 - блок определения класса цели, 8 - индикатор «малая цель», 9 - индикатор «средняя цель», 10 - индикатор «большая цель».

Устройство распознавания протяженной цели содержит передатчик 1, антенный переключатель 2, антенну 3, приемник 4, канал 5 распознавания, блок 6 сканирования, блок 7 определения класса цели, индикатор 8 «малая цель», индикатор 9 «средняя цель», индикатор 10 «большая цель», при этом блок 6 сканирования механически соединен с антенной 3, передатчик содержит модулятор 11, генератор 12 СВЧ и первый 13 ключ, выход модулятора соединен с первым входом первого 13 ключа, со вторым входом которого соединен выход генератора 12 СВЧ, выходы модулятора 11, генератора 12 СВЧ, первого 13 ключа являются соответственно первым, вторым и третьим выходами передатчика 1, которые соединены соответственно с первым и вторым входом канала 5 распознавания и с первым входом антенного переключателя 2, второй вход которого соединен с антенной 3, а выход - с входом приемника 4, выход которого соединен с третьим входом канала 5 распознавания, который содержит последовательно соединенные линию 14 задержки, второй 15 ключ и смеситель 16, усилитель 17 промежуточной частоты, измеритель 18 ширины диаграммы направленности антенны, вычитающее устройство 19, делитель 20, пороговое устройство 21, причем измеритель 18 ширины диаграммы направленности антенны формирует сигнал, пропорциональный ширине диаграммы направленности антенны θ_Ц, вычитающее устройство формирует сигнал, пропорциональный величине Δθ_Ц=θ_Ц-θ_А, делитель формирует сигнал, пропорциональный отношению β=Δθ_Ц/θ_А, первым, вторым и третьим входами канала распознавания являются вход линии задержки, вторые входы смесителя и второго ключа, а первый и второй выходы порогового устройства являются выходами канала распознавания, соответственно для протяженной по угловой координате цели при β≥0,01 и для точечной по угловой координате цели при β<0,01, первый выход передатчика и выход приемника соединены со входами индикатора кругового обзора РЛС, первый выход передатчика 1, выход приемника 4 и второй выход канала 5 распознавания соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока 7 определения класса цели, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входами индикатора 8 «малая цель», индикатора 9 «средняя цель», индикатора 10 «большая цель», блок 7 определения класса цели содержит измеритель 22 дальности, первое 23, второе 24, третье 25 и четвертое 26 пороговые устройства, первый 27, второй 28 и третий 29 элементы НЕ, первый 30, второй 31 элементы И, первый 32, второй 33 и третий 34 ключи, задатчик 35 сигналов, причем первый, второй и третий входы блока 7 определения класса цели являются соответственно первым и вторым входами измерителя 22 дальности, вторыми входами второго 24, третьего 25 и четвертого 26 пороговых устройств, выход измерителя 22 дальности соединен со вторым входом первого 23 порогового устройства, первый вход которого соединен с первым выходом задатчика 35 сигналов, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого 32, второго 33 и третьего 34 ключей, вторые входы которых соединены с выходом первого 27 элемента НЕ, а выходы - с первыми входами второго 24, третьего 25 и четвертого 26 пороговых устройств, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первого 30 элемента И, непосредственно и через второй 28, третий 29 элементы НЕ, выходы третьего 25 и четвертого 26 пороговых устройств соединены с первым и вторым входами второго 31 элемента И, непосредственно и через третий 29 элемент НЕ, выход первого 23 порогового устройства соединен с входом первого 27 элемента НЕ, выходы первого 30, второго 31 элементов И, выход четвертого 26 порогового устройства являются соответственно первым, вторым и третьим выходами блока 7 определения класса цели.

Устройство функционирует следующим образом.

Блок сканирования 6 осуществляет сканирование антенной 3 пространства. Отраженный от цели сигнал поступает на вход антенны 3 и через антенный переключатель 2, приемник 4 и второй 13 ключ поступает на первый вход смесителя 16. На второй вход смесителя 16 поступает сигнал с выхода генератора 7 СВЧ, таким образом, на выходе смесителя 16 получается сигнал на промежуточной частоте. Этот сигнал поступает через усилитель промежуточной частоты 17 на вход измерителя 18 ширины диаграммы направленности антенны, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный ширине диаграммы направленности антенны θ_Ц. Данный сигнал поступает на вход вычитающего устройства 19, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный выражению Δθ_Ц=θ_Ц-θ_А, который поступает на вход делителя 20. На выходе делителя 20 формируется сигнал, пропорциональный β=Δθ_Ц/θ_А. Значение ширины диаграммы направленности антенны θ_А введено в делитель 20 в качестве константы. Сигнал с выхода делителя 20, пропорциональный величине β=Δθ_Ц/θ_А, поступает на вход порогового устройства 21, где сравнивается с порогом, равным 0,01. При превышении порога выдается сигнал «протяженная», в противоположном случае выдается сигнал «точечная». Данные сигналы являются выходными сигналами канала распознавания 5.

На первый и второй входы блока 7 определения класса цели, которые являются соответственно первым и вторым входами измерителя 22 дальности, поступают сигналы с третьего выхода передатчика и выхода приемника. С выхода измерителя дальности сигнал поступает на вход первого порогового устройства. Пороговое устройство 23 обеспечивает при сближения самолета (ракеты) с целью на расстояния, когда цель становится протяженной, выдачу сигнала через первый 27 элемент НЕ на вторые входы первого 32, второго 33, третьего 34 ключей. Данные ключи обеспечивают выдачу нормированных сигналов со второго, третьего и четвертого выходов задатчика сигналов на первые входы второго 24, третьего 25 и четвертого 26 пороговых устройств, на вторые входы которых поступает сигнал со второго выхода канала 5 распознавания.

В случае если сигнал β соответствует неравенствам β>β₁, β≤β₂, то сигналы с выходов второго 24, третьего 25 и четвертого 26 пороговых устройств поступают на первый, второй и третий входы первого 30 элемента И, непосредственно и через второй 28, третий 29 элементы НЕ, при этом сигнал с выхода первого 30 элемента И, поступает на вход индикатора 8 «малая цель».

В случае если сигнал β соответствует неравенствам β>β₂ и β≤β₃, то сигналы с выходов третьего 25 и четвертого 26 пороговых устройств поступают на первый и второй входы второго 31 элемента И, непосредственно и через третий 29 элемент НЕ, при этом с выхода второго 31 элемента И сигнал поступает на вход индикатора 9 «средняя цель»

В случае если сигнал β соответствует неравенству β>β₃, то сигнал с выхода четвертого 26 порогового устройства поступает на вход индикатора 10 «большая цель».

Таким образом, наряду с определением точечной цели или протяженной дополнительно определяется класс цели.

Источники информации

1. Патент США №3978480, кл. G01S 9/00, 1974 г.

2. Небабин В.Г., Сергеев В.В. Методы и техника радиолокационного распознавания. - М.: Радио и связь, 1984 г., с.36.

3. Радиолокационные характеристики летательных аппаратов / М.Е.Варганов, Ю.С.Зиновьев, Л.Ю.Астанин и др.; Под ред. Л.Т.Тучкова. - М.: Радио и связь, 1985. - 236 с., ил. с.17-18.

4. Винокуров В.И., Винокуров Д.В. патент на изобретение РФ №2410714 от 27.01.2011 г., МПК G01S 13/50 (2006.01).

Использование: системы для обнаружения объекта путем отражения от его поверхности радиоволн. Технический результат: повышение информативности. Сущность: обеспечение возможности определения класса цели на основе анализа величины сигнала β=Δθ_ц/θ_A, при этом, если β соответствует неравенствам β>β₁, β≤β₂, принимают решение, что цель малая, если соответствует неравенствам β>β₂ и β≤β₃, принимают решение, что цель средняя, если соответствует неравенству β>β₃, принимают решение, что цель большая. Для реализации способа в устройство введен блок определения класса цели и индикатор «малая цель», индикатор «средняя цель», индикатор «большая цель», при этом первый выход передатчика, выход приемника и второй выход канала распознавания соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока определения класса цели, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входами индикатора «малая цель», индикатора «средняя цель», индикатора «большая цель», блок определения класса цели содержит измеритель дальности, первое, второе, третье и четвертое пороговые устройства, первый, второй и третий элементы НЕ, первый, второй элементы И, первый, второй и третий ключи, задатчик сигналов. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ распознавания класса цели, заключающийся в излучении в сторону цели электромагнитной энергии, приеме отраженной от цели электромагнитной энергии, измерении ширины диаграммы направленности антенны при наличии цели θ_Ц, определении увеличения ширины диаграммы направленности Δθ_Ц=θ_Ц-θ_A, определении отношения β=Δθ_Ц/θ_А, при этом в случае, если β≤0,01, принимают решение о точечной по угловой координате цели, если β≥0,01 принимают решение о протяженной по угловой координате цели, отличающийся тем, что определяют класс цели на заданном расстоянии на основе анализа величины сигнала β=Δθ_Ц/θ_А, при этом, если β удовлетворяет неравенствам β>β₁, β≤β₂, принимают решение, что цель малая, если удовлетворяет неравенствам β>β₂ и β≤β₃; принимают решение, что цель средняя, если удовлетворяет неравенству β>β₃ принимают решение, что цель большая, где 0,01<β₁<β₂<β₃.

2. Устройство распознавания класса цели содержит передатчик, антенный переключатель, антенну, приемник, канал распознавания и блок сканирования, механически соединенный с антенной, передатчик содержит модулятор, генератор СВЧ и первый ключ, при этом выход модулятора соединен с первым входом первого ключа, со вторым входом которого соединен выход генератора СВЧ, выходы модулятора, генератора СВЧ, первого ключа являются соответственно первым, вторым и третьим выходами передатчика, которые соединены соответственно с первым и вторым входом канала распознавания и с первым входом антенного переключателя, второй вход которого соединен с антенной, а выход - с входом приемника, выход которого соединен с третьим входом канала распознавания, который содержит последовательно соединенные линию задержки, второй ключ и смеситель, усилитель промежуточной частоты, измеритель ширины диаграммы направленности антенны, вычитающее устройство, делитель, пороговое устройство, при этом измеритель ширины диаграммы направленности антенны формирует сигнал, пропорциональный ширине диаграммы направленности антенны θ_Ц, вычитающее устройство формирует сигнал, пропорциональный величине Δθ_Ц=θ_Ц-θ_А, делитель формирует сигнал, пропорциональный отношению β=Δθ_Ц/θ_А, первым, вторым и третьим входами канала распознавания являются вход линии задержки, вторые входы смесителя и второго ключа, а первый и второй выходы порогового устройства являются выходами канала распознавания, соответственно для протяженной по угловой координате цели при β≥0,01 и для точечной по угловой координате цели при β≤0,01, первый выход передатчика и выход приемника соединены со входами индикатора кругового обзора РЛС, отличающееся тем, что введены блок определения класса цели и индикатор «малая цель», индикатор «средняя цель», индикатор «большая цель», при этом первый выход передатчика, выход приемника и второй выход канала распознавания соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока определения класса цели, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входами индикатора «малая цель», индикатора «средняя цель», индикатора «большая цель», блок определения класса цели содержит измеритель дальности, первое, второе, третье и четвертое пороговые устройства, первый, второй и третий элементы НЕ, первый, второй элементы И, первый, второй и третий ключи, задатчик сигналов, причем первый, второй и третий входы блока определения класса цели являются соответственно первым и вторым входами измерителя дальности, со вторыми входами второго, третьего и четвертого пороговых устройств, выход измерителя дальности соединен со вторым входом первого порогового устройства, первый вход которого соединен с первым выходом задатчика сигналов, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого, второго и третьего ключей, вторые входы которых соединены с выходом первого элемента НЕ, а выходы с первыми входами второго, третьего и четвертого пороговых устройств, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первого элемента И, непосредственно и через второй, третий элементы НЕ, выходы третьего и четвертого пороговых устройств соединены с первым и вторым входами второго элемента И, непосредственно и через третий элемент НЕ, выход первого порогового устройства соединен с входом первого элемента НЕ, выходы первого, второго элементов И, выход четвертого порогового устройства являются соответственно первым, вторым и третьим выходами блока определения класса цели.