СПОСОБ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ С МАЛОЙ ВЕРОЯТНОСТЬЮ ЗАВЯЗКИ ЛОЖНЫХ ТРАСС Российский патент 2016 года по МПК G01S13/56 

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для уменьшения вероятности завязки ложных трасс по движущимся целям (ДЦ) при наличии сигналов от мощных местных предметов (МП).

Завязка и сопровождение трасс происходит в системе вторичной (трассовой) обработки. Одним из основных показателей качества обработки радиолокационной информации (РЛИ) является вероятность завязки ложной трассы, которая зависит от точности измерения координат целей, критериев завязки трасс, вероятности ложной тревоги (ЛТ) на выходе системы первичной (пространственно-временной) обработки, использования дополнительных параметров по целям (радиальная скорость, отношение сигнал-шум и другие информационные признаки). При этом вероятность ЛТ является одним из наиболее существенных факторов, влияющих на вероятность завязки трассы. Причины возникновения ЛТ могут быть различны - взаимные помехи, нескомпенсированные сигналы от МП, собственные шумы приемного устройства и др. Наиболее негативное влияние оказывают ЛТ, являющиеся нескомпенсированными сигналами от МП в силу того, что их местоположение коррелировано.

Известны аналоги предлагаемого способа [1, 2], где задача уменьшения вероятности завязки ложных трасс решается на этапе первичной обработки РЛИ.

В первичной обработке РЛИ обнаружение сигналов целей осуществляется путем сравнения эхо-сигнала с порогом обнаружения. В основном, для формирования порога обнаружения используют критерий Неймана-Пирсона, в соответствии с которым порог обнаружения сигнала цели определяется таким образом, чтобы вероятность ЛТ была постоянной.

Он определяется исходя из предположения об однотипном характере плотности распределения вероятности эхо-сигнала в пределах некоторого скользящего окна анализа по дальности. Такой подход не позволяет исключить из обработки нескомпенсированный сигнал от МП в силу недостаточного объема статистики, поскольку этот сигнал сосредоточен в одном-двух элементах по дальности. Для исключения ЛТ, обусловленных недостаточным подавлением мощных МП-сигналов, необходимо увеличивать порог обнаружения. Это приводит к потере чувствительности, что является существенным недостатком.

Наиболее близким по назначению к заявляемому изобретению является способ, обеспечивающий уменьшение вероятности завязки ложных трасс и основанный на совместной работе систем первичной и вторичной обработки [3]. Он позволяет понизить вероятность завязки ложных трасс за счет учета различий априорных распределений независимо измеряемых по эхо-сигналам величин радиальных скоростей от движущихся и неподвижных объектов, а также за счет накопления и учета информации о величине радиальных скоростей, полученных в нескольких радиолокационных измерениях нескольких локаторов, по которым сформирована трасса движущегося объекта.

Основными недостатками способа-прототипа являются:

- искаженное измерение величин пространственных координат и радиальных скоростей, в случае нахождения ДЦ-сигналов на фоне мощных МП-сигналов (в пределах импульсной площади или импульсного объема и при незначительном отношении ДЦ-сигнала к нескомпенсированному остатку от МП-сигнала);

- необходимость наличия нескольких локаторов (не менее 2-х), чтобы обеспечить независимость измерений радиальной скорости для движущихся и неподвижных объектов;

- ограничение зоны эффективной работы областью пересечения зон сканирования разных локаторов;

- большое время принятия решения по отсеву ложной трассы, обусловленное необходимостью завязки трассы.

Низкая достоверность измерения пространственных координат и радиальной скорости ДЦ приводит к увеличению вероятности завязки ложных трасс, а также к повышению вероятности срыва трассы.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение вероятности завязки ложных трасс по движущимся целям (ДЦ) при наличии сигналов от мощных местных предметов (МП) при уменьшении стоимости способа и сокращении времени принятия решения по отсеву ложной трассы.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе обработки РЛИ, включающем совместную пространственно-временную обработку, которая осуществляет оптимальную, с точки зрения увеличения отношения сигнал-шум, обработку с селекцией движущихся целей (СДЦ), обнаружение движущихся целей (ДЦ), измерение их пространственных координат и радиальной скорости, и трассовую обработку, которая использует полученную информацию при завязке и сопровождении трасс, пространственно-временная обработка дополнена операцией формирования признака ложной тревоги (ЛТ), которая маркирует нескомпенсированный сигнал от местного предмета (МП), причем признак ЛТ также используется во вторичной обработке при завязке и сопровождении трасс. Операция обнаружения движущихся целей (ДЦ) выполняет формирование порога обнаружения и сравнение с ним амплитуды ДЦ-сигнала, а операция формирования признака ЛТ - отбор максимального амплитудного значения ДЦ-сигнала, оптимальную обработку МП-сигналов, подавление ДЦ-сигналов и определение признака ЛТ. При определении признака ЛТ происходит накопление данных, объем которых соответствует половине азимутального пакета, умножение на коэффициент, зависящий от стабильности приемопередающего тракта, и сравнение задержанного максимального амплитудного значения ДЦ-сигнала с уровнем остатка от МП-сигнала. Признак ЛТ принимает ненулевое значение в случае превышения уровня остатка от МП-сигнала над задержанным максимальным амплитудным значением ДЦ-сигнала и нулевое - в противном случае. Далее сформированный признак, представляющий результат сравнения, используют в трассовой обработке, которая выполняет накопление значений пространственных координат, радиальной скорости и признака ЛТ по нескольким обзорам. Причем признак ЛТ информирует систему трассовой обработки о том, что цели с ненулевым значением этого признака при завязке трассы необходимо исключать из рассмотрения, а при сопровождении - понизить приоритет выбора цели (при наличии нескольких целей). При этом исключать такие цели на уровне первичной обработки нецелесообразно ввиду того, что сигналы от целей с большой эффективной площадью рассеяния, имеющие небольшую радиальную скорость, могут также сформировать признак ЛТ, что в итоге приведет к пропуску цели.

Кроме того, в зависимости от вида локатора, возможны различные варианты реализации операции формирования признака ЛТ. Одним из частных случаев является использование критерийной обработки при подавлении ДЦ-сигналов в условиях наличия N-кратной пачечной вобуляции периода зондирующих импульсов. При этом операция подавления ДЦ-сигналов осуществляется путем накопления сигналов и отбора минимального значения из N смежных во времени сигналов, а цели с ненулевым значением признака ЛТ при завязке трасс также исключают из рассмотрения, а при сопровождении - значение признака ЛТ не учитывается.

На фигуре 1 приведен пример структурной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ, где обозначены:

1 - система пространственно-временной обработки;

2 - система трассовой обработки;

3 - канал обнаружения ДЦ;

4 - канал формирования признака ЛТ;

5 - канал оптимальной обработки с селекцией движущихся целей (СДЦ);

6 - первый блок сравнения;

7 - блок формирования порога обнаружения (ФПО);

8 - блок измерения дальности, азимута и радиальной скорости (R, P, Vr);

9 - блок отбора максимального амплитудного значения;

10 - канал оптимальной обработки МП-сигналов;

11 - блок подавления ДЦ-сигналов;

12 - блок определения признака ЛТ;

13 - блок накопления данных;

14 - блок умножения на коэффициент K (X);

15 - второй блок сравнения;

16 - блок накопления данных по нескольким обзорам;

17 - блок завязки трасс;

18 - блок сопровождения трасс.

Как видно из фигуры 1, устройство, реализующее предлагаемый способ, включает в себя системы пространственно-временной 1 и трассовой 2 обработки РЛИ.

Система пространственно-временной обработки 1 содержит канал обнаружения ДЦ 3 и канал формирования признака ЛТ 4.

Канал обнаружения ДЦ 3 содержит канал оптимальной обработки с СДЦ 5, первый блок сравнения 6, блок ФПО 7 и блок измерения R, β, Vr 8.

Канал формирования признака ЛТ 4 содержит блок отбора максимального амплитудного значения 9, канал оптимальной обработки МП-сигналов 10, блок подавления ДЦ-сигналов 11 и блок определения признака ЛТ 12.

Блок определения признака ЛТ 12 содержит блок накопления данных 13, блок умножения на коэффициент К 14 и второй блок сравнения 15.

Система трассовой обработки 2 включает в себя блок накопления данных по нескольким обзорам 16, блок завязки трасс 17 и блок сопровождения трасс 18.

Предлагаемый способ, на примере вышеописанного устройства, реализуется следующим образом.

Сигнал с выхода фазового детектора (ФД) поступает в канал обнаружения ДЦ 3 на вход канала оптимальной обработки с СДЦ 5, который осуществляет следующие операции:

- межпериодную когерентную обработку с СДЦ;

- амплитудное детектирование.

Кроме того, этот канал может выполнять операции:

- защиты от несинхронной импульсной помехи (в общем случае может содержать нелинейные операции);

- внутрипериодной когерентной обработки (согласованной фильтрации);

- некогерентной обработки, выполняемой в зависимости от выбранного уровня межпериодного когерентного накопления в обработке.

С первого выхода канала оптимальной обработки с СДЦ 5 ДЦ-сигнал (S_{СДЦ лин}), полученный путем прохождения ФД-сигнала через линейные операции этого канала, поступает на второй вход блока измерения R, β, Vr 8 и на вход блока отбора максимального амплитудного значения 9. В общем случае этот сигнал является комплексным.

Со второго выхода канала оптимальной обработки с СДЦ 5 амплитуда ДЦ-сигнала (A_{СДЦ обн}), полученная путем прохождения ФД-сигнала через линейные и нелинейные операции этого канала, поступает на первый вход первого блока сравнения 6 и на вход блока ФПО 7.

А_{СДЦ обн.} и S_{СДЦ лин} содержат информацию о доплеровских каналах. При этом А_{СДЦ обн.} используется для обнаружения ДЦ-сигналов, а S_{СДЦ лин} - для измерения пространственных координат и радиальной скорости, а также используется в канале формирования признака ЛТ 4. Причем в частных случаях:

- А_{СДЦ обн.} и S_{СДЦ лин} могут быть равны при использовании в канале обнаружения только линейных операций и алгоритмов измерения радиальной скорости и угловых направлений цели, использующих действительные сигналы;

- А_{СДЦ обн.} и S_{СДЦ лин} могут содержать информацию только об одном канале, в котором исключена составляющая, соответствующая неподвижным объектам.

В блоке ФПО 7 происходит формирование порога обнаружения (Р_обн.), который подается с выхода этого блока на второй вход первого блока сравнения 6, в котором происходит сравнение амплитуды ДЦ-сигнала (А_{СДЦ обн}) с порогом обнаружения (Р_обн). При этом в случае А_{СДЦ обн.}>Р_обн. принимается решение о наличии цели, в противном - об ее отсутствии (1 - есть, 0 - нет).

Затем информация (1/0) с выхода первого блока сравнения 6 поступает на первый вход блока измерения R, β, Vr 8, где осуществляется измерение значений дальности, азимута и радиальной скорости (R, β и Vr соответственно).

Сигнал с выхода ФД поступает также в канал формирования признака ЛТ 4 на вход канала оптимальной обработки МП-сигналов 10, который содержит те же операции, что и канал оптимальной обработки с СДЦ 5 за исключением межпериодной когерентной обработки, где производится фильтрация низких доплеровских частот для выделения МП-сигналов и подавления ДЦ-сигналов.

Далее сигнал с выхода канала оптимальной обработки МП-сигналов 10 поступает на вход блока подавления ДЦ-сигналов 11, при этом операция подавления ДЦ-сигналов осуществляется в два этапа:

- на уровне межпериодной когерентной обработки за счет фильтрации низких доплеровских частот в блоке оптимальной обработки МП-сигналов 10;

- на уровне некогерентной обработки в блоке подавления ДЦ-сигналов 11.

Операция дополнительного ослабления уровня ДЦ-сигнала, происходящая в блоке подавления ДЦ-сигналов 11, может не осуществляться в случае его достаточного подавления в канале оптимальной обработки МП-сигналов 10. Следовательно, и блок подавления ДЦ-сигналов 11 может отсутствовать.

В канале формирования признака ЛТ 4 осуществляются следующие операции: отбор максимального амплитудного значения ДЦ-сигнала, оптимальная обработка МП-сигналов, подавление ДЦ-сигналов, определение уровня остатка от МП-сигнала и определение признака ЛТ.

Амплитуда МП-сигнала (А_МП), выделенная при прохождении сигнала с выхода ФД через блоки 10 и 11, поступает с выхода блока подавления ДЦ-сигналов 11 в блок определения признака ЛТ 12 на второй вход блока накопления данных 13. На первый вход блока 13 подается максимальное амплитудное значение ДЦ-сигнала (A_max) с выхода блока 9.

С первого выхода блока измерения R, β, Vr 8 измеренные значения пространственных координат (R и β подаются на третий вход блока накопления данных 13. Накопление и задержка данных на половину азимутального пакета в блоке 13 необходима для выравнивания задержки с данными блока измерения R, β, Vr 8, где измерение пространственных координат и радиальной скорости происходит с учетом наличия локального максимума в пределах азимутального пакета.

На вход блока умножения на коэффициент К 14 поступает задержанная в блоке накопления 13 амплитуда МП-сигнала (А_{МП зад.}). Значение коэффициента К зависит от стабильности приемопередающего тракта. Он необходим для определения уровня остатка от МП-сигнала. Стабильность может быть измерена заранее по результатам экспериментов, измеряться динамически по специально сформированным тестовым сигналам или по принятым эхо-сигналам от мощных МП.

Определение уровня остатка от МП-сигнала (А_{МП ост.}) происходит за счет фильтрации низких доплеровских частот в канале оптимальной обработки МП-сигналов 10, подавления ДЦ-сигналов в блоке 11, накопления данных в блоке 13 и умножения на коэффициент К в блоке 14.

Затем задержанное в блоке накопления данных 13 максимальное амплитудное значение ДЦ-сигнала (A_{max зад.}) с первого выхода этого блока подается на первый вход второго блока сравнения 15, а на второй вход блока 15 подается А_{МП ост.}, подаваемый с выхода блока умножения на коэффициент К 14. В случае превышения уровня остатка от МП-сигнала над задержанным максимальным амплитудным значением ДЦ-сигнала (А_{МП oc}>А_{max зад.}) признак ЛТ принимает ненулевое значение, в противном случае - нулевое.

Результатом сравнения значений А_{max зад.} и А_{МП ост.} является получение значения признака ЛТ (S_МП). Он поступает с выхода второго блока сравнения 15 в систему трассовой обработки 2.

Таким образом, дополнительный признак ЛТ рассчитывается в канале формирования признака ЛТ 4 за счет определения уровня остатка от МП-сигнала и сравнения его с задержанным максимальным амплитудным значением ДЦ-сигнала.

Значения R, β и Vr со второго выхода блока измерения R, β, Vr 8 и значение признака ЛТ (S_МП) с выхода блока определения признака ЛТ 12 подаются в систему трассовой обработки 2 на первый и второй входы блока накопления данных по нескольким обзорам 16, соответственно.

Далее с выхода блока 16 информация поступает, соответственно, на вход блока завязки трасс 17 и на первый вход блока сопровождения трасс 18. Причем на второй вход блока 18 поступает информация с выхода блока завязки трасс 17.

В процессе завязки трассы, происходящей в блоке 17, участвуют только цели с нулевым значением признака ЛТ.

При сопровождении трассы (при наличии нескольких целей в стробе захвата) в первую очередь работа ведется по целям с нулевым значением признака ЛТ, так как по сравнению с ними, цели с ненулевым значением этого признака имеют более низкий приоритет.

На фигуре 2 приведен пример структурно-функциональной схемы канала формирования признака ЛТ 4, реализующей способ подавления ДЦ-сигналов посредством критерийной обработки в условиях N-кратной пачечной вобуляции. На ней обозначены:

4 - канал формирования признака ЛТ;

9 - блок отбора максимального амплитудного значения;

10 - канал оптимальной обработки МП-сигналов;

11 - блок подавления ДЦ-сигналов;

12 - блок определения признака ЛТ;

19 - линия задержки (ЛЗ);

20 - блок отбора минимального значения.

Блок подавления ДЦ-сигналов 11 содержит последовательно соединенные ЛЗ 19 и блок отбора минимального значения 20.

Канал формирования признака ЛТ 4 в условиях N-кратной пачечной вобуляции работает следующим образом.

Операции, осуществляемые блоком отбора максимального амплитудного значения 9, блоком определения признака ЛТ 12 и каналом оптимальной обработки МП-сигналов 10 были описаны ранее.

Сигнал с выхода канала оптимальной обработки МП-сигналов 10 поступает в блок подавления ДЦ-сигналов 11 на вход ЛЗ 19, в которой происходит накопление сигналов, причем количество отводов N (от 0 до N-1, где 0 соответствует сигналу без задержки) в ЛЗ равно кратности вобуляции периода повторения зондирующих импульсов. Далее сигнал с N выходов ЛЗ 19 поступает на N входов блока отбора минимального значения 20, где производится отбор минимального из N смежных во времени сигналов. После чего сигнал с выхода блока 20 поступает на второй вход блока определения признака ЛТ 12. Далее значение признака ЛТ (S_МП) поступает с выхода блока определения признака ЛТ 12 в систему трассовой обработки 2, где завязка трассы также происходит только по целям с нулевым значением признака ЛТ, а при сопровождении - значение признака ЛТ игнорируется, то есть все цели, независимо от значения признака ЛТ, имеют одинаковый приоритет.

Введение операции формирования признака ЛТ позволяет учесть снижение достоверности измерения пространственных координат и радиальной скорости ДЦ, имеющей ненулевое значение этого признака.

Для использования предлагаемого способа обработки достаточно работы одного локатора, что существенно уменьшает стоимость способа.

Осуществление отсева ЛТ на уровне завязки трассы позволяет сократить время принятия решения по отсеву ложной трассы.

Таким образом, дополнение пространственно-временной обработки операцией формирования признака ЛТ, который используется во вторичной обработке при завязке и сопровождении трасс, позволило уменьшить вероятность завязки ложных трасс по ДЦ при наличии сигналов от мощных МП одновременно с уменьшением стоимости способа и сокращением времени принятия решения по отсеву ложной трассы.

Источники информации

1. Ю.С. Лезин. Введение в теорию и технику радиотехнических систем. М.: Радио и связь, 1986.

2. П.В. Михеев, патент №2237262 на изобретение «Способ различения полезных и мешающих радиолокационных сигналов на выходе первичной обработки».

3. С.К. Тюльпанов, А.Ф. Сопрунов, патент №2099740 на изобретение «Способ селекции информации о движущихся объектах с обеспечением отсева ложной трассовой радиолокационной информации и устройство для его осуществления».

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для уменьшения вероятности завязки ложных трасс по движущимся целям (ДЦ) при наличии сигналов от мощных местных предметов (МП). Достигаемый технический результат - уменьшение вероятности завязки ложных трасс по движущимся целям (ДЦ) при наличии сигналов от мощных местных предметов (МП) при уменьшении стоимости способа и сокращении времени принятия решения по отсеву ложной трассы. Указанный результат достигается тем, что способ включает совместную пространственно-временную и трассовую обработку, использующую полученную от пространственно-временной обработки информацию при завязке и сопровождении трасс, пространственно-временная обработка дополнена операцией формирования признака ложной тревоги (ЛТ), которая маркирует нескомпенсированный сигнал от местного предмета (МП), причем признак ЛТ также используется во вторичной обработке при завязке и сопровождении трасс. Операция обнаружения движущихся целей (ДЦ) включает формирование порога обнаружения и сравнение с ним амплитуды ДЦ-сигнала, а операция формирования признака ЛТ - отбор максимального амплитудного значения ДЦ-сигнала, оптимальную обработку МП-сигналов, подавление ДЦ-сигналов и определение признака ЛТ. При определении признака ЛТ происходит накопление данных, объем которых соответствует половине азимутального пакета, умножение на коэффициент, зависящий от стабильности приемопередающего тракта, и сравнение задержанного максимального амплитудного значения ДЦ-сигнала с уровнем остатка от МП-сигнала. Признак ЛТ принимает ненулевое значение в случае превышения уровня остатка от МП-сигнала над задержанным максимальным амплитудным значением ДЦ-сигнала и нулевое - в противном случае. Далее сформированный признак, представляющий результат сравнения, используют в трассовой обработке, которая выполняет накопление значений пространственных координат, радиальной скорости и признака ЛТ по нескольким обзорам. Причем признак ЛТ информирует систему трассовой обработки о том, что цели с ненулевым значением этого признака при завязке трассы необходимо исключать из рассмотрения, а при сопровождении - понизить приоритет выбора цели (при наличии нескольких целей). 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ обработки радиолокационной информации с малой вероятностью завязки ложных трасс, включающий совместную пространственно-временную и трассовую обработку, использующую полученную от пространственно-временной обработки информацию при завязке и сопровождении трасс, отличающийся тем, что пространственно-временная обработка дополнена операцией формирования признака ложной тревоги (ЛТ), которая выполняет отбор максимального амплитудного значения сигнала движущейся цели, оптимальную обработку сигналов местных предметов, подавление сигналов движущейся цели, накопление данных, умножение на коэффициент, зависящий от стабильности приемопередающего тракта, сравнение задержанного максимального амплитудного значения сигнала движущейся цели с уровнем остатка от сигнала местных предметов и определение признака ЛТ, при этом признак ЛТ принимает ненулевое значение в случае превышения уровня остатка от сигнала местных предметов над задержанным максимальным амплитудным значением сигнала движущейся цели и нулевое - в противном случае, после чего сформированный признак используют в трассовой обработке, выполняющей накопление значений пространственных координат, радиальной скорости и признака ЛТ по нескольким обзорам, причем цели с ненулевым значением этого признака при завязке трассы исключаются из рассмотрения, а при сопровождении - понижается приоритет выбора цели (при наличии нескольких целей).

2. Способ обработки по п. 1, отличающийся тем, что операцию формирования признака ЛТ выполняют в условиях наличия N-кратной пачечной вобуляции периода зондирующих импульсов, при этом подавление сигналов движущейся цели осуществляют путем накопления сигналов и отбора минимального из N смежных во времени сигналов, а при сопровождении трассы - значение признака ЛТ не учитывается.