Способ сопровождения в радиолокационной станции групповой воздушной цели из класса "самолёты с турбореактивными двигателями" при воздействии уводящих по скорости помех Российский патент 2017 года по МПК G01S13/52 

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокационной станции (РЛС) для сопровождения групповой воздушной цели (ГВЦ) из класса «самолеты с турбореактивными двигателями (ТРД)» при воздействии уводящих по скорости помех.

Известен способ сопровождения групповой воздушной цели, заключающийся в отслеживании ее центроида (среднего кинематического поведения группы) и боковых траекторий, распознавании на основе сравнения переменных состояния центральной и боковых траекторий отделяющихся целей от группы [1].

Недостатком данного способа сопровождения групповой воздушной цели является низкая достоверность оценок доплеровских частотах, обусловленных скоростью сближения носителя РЛС с каждым самолетом из состава группы при воздействии уводящих по скорости помех.

Известен способ сопровождения групповой воздушной цели из класса «самолеты с турбореактивными двигателями», заключающийся в том, что сигнал, отраженный от нее, на промежуточной частоте с выхода приемника РЛС подвергается узкополосной доплеровской фильтрации на основе процедуры быстрого преобразования Фурье (БПФ) и преобразуется в амплитудно-частотный спектр, составляющие которого обусловлены отражениями сигнала от планеров самолетов группы и вращающихся лопаток рабочего колеса компрессора низкого давления (КНД) их силовых установок, определяется отсчет доплеровской частоты, соответствующий максимальной амплитуде спектральной составляющей спектра сигнала, который обусловлен его отражением от планера одного из самолетов из их группы, слева и справа в полосе частот ±ΔF, где ΔF - априорно заданная полоса доплеровских частот, занимаемая спектральными составляющими, обусловленными отражениями сигнала от планеров самолетов группы, относительно частоты спектральной составляющей спектра сигнала, имеющей максимальную амплитуду, определяются частоты локальных максимумов спектра сигнала и их количество, которые превысили установленный порог, по выявленным отсчетам доплеровских частот локальных максимумов, находящимся в полосе частот ±ΔF относительно спектральной составляющей, имеющей максимальную амплитуду, вычисляется отсчет доплеровской частоты центроида, как среднее значение отсчетов доплеровских частот локальных максимумов, который поступает на вход оптимального фильтра сопровождения центроида групповой воздушной цели, работающего в соответствии с процедурой оптимальной многомерной линейной дискретной калмановской фильтрации, описываемой выражениями

где

- номер такта работы фильтра;

K - общее количество тактов работы фильтра;

Р^-(k+1) и P(k+1) - ковариационные матрицы ошибок экстраполяции и фильтрации соответственно;

Ф(k) - переходная матрица состояния;

Q(k+1) и R(k+1) - ковариационные матрицы шумов возбуждения и наблюдения соответственно;

S(k+1) - матрица весовых коэффициентов;

I - единичная матрица;

и - вектор текущих и экстраполированных оценок доплеровской частоты, обусловленной скоростью сближения центроида групповой воздушной цели с носителем станции ее сопровождения;

Н(k) - матрица наблюдения;

Y(k) - вектор наблюдения отсчетов доплеровских частот;

Z(k+1) - матрица невязок измерения;

Ψ(k+1) - матрица априорных ошибок фильтрации;

"-1" - операция вычисления обратной матрицы;

"т" - операция транспонирования матрицы, определяются отсчеты доплеровских частот локальных максимумов, имеющих наибольшие амплитуды, количество которых равно количеству локальных максимумов, расположенных в полосе доплеровских частот ±ΔF относительно спектральной составляющей с максимальной амплитудой, соответствующей отражению сигнала от планера одного из самолетов группы, и находящихся справа на частотах, превышающих значение ΔF, относительно частоты спектральной составляющей, имеющей максимальную амплитуду, которые поступают на вход оптимального фильтра сопровождения первых компрессорных составляющих спектра сигнала, обусловленных его отражениями от лопаток рабочего колеса первой ступени КНД двигателя каждого j-го, где ; J - количество самолетов в группе, самолета группы и работающего аналогично, как и оптимальный фильтр сопровождения центроида групповой воздушной цели, в соответствии с процедурой (1)-(6), при этом размерность матриц, входящих в процедуру (1)-(6), определяется количеством локальных максимумов спектральных составляющих сигнала, находящихся в полосе частот ±ΔF относительно спектральной составляющей с максимальной амплитудой, соответствующей отражению сигнала от планера одного из самолетов группы, на каждом k-ом такте работы обоих оптимальных фильтров сопровождения определяются оценки разности между оцененными значениями доплеровских частот, соответствующих центроиду групповой воздушной цели и отражениям сигнала от лопаток рабочего колеса первой ступени компрессора низкого давления двигателя каждого j-го самолета группы, которые соответствуют только одному из распознаваемых типу воздушной цели из класса «самолеты с турбореактивными двигателями», при этом весь диапазон возможных значений оценок разностей априорно разбивается на Q неперекрывающихся друг с другом поддиапазонов, нижняя F_Hq и верхняя F_Bq границы каждого q-го поддиапазона, , соответствующего i-му типу цели, где ; I - максимальное количество распознаваемых типов воздушных целей из класса «самолеты с турбореактивными двигателями», определяются выражениями

где

F_Pi - максимальная частота вращения ротора КНД силовой установки i-го типа самолета;

n₁ и n₂ - соответственно минимальное и максимальное значение величины относительных оборотов вращения ротора силовой установки, одинаковые для всех типов самолетов группы;

N_лi - количество лопаток рабочего колеса первой ступени КНД, вычисляется за К тактов работы обоих оптимальных фильтров вероятности P_qj попадания величин в каждый из априорно сформированный q-й поддиапазон, определяются номера i-х поддиапазонов, для которых величины вероятностей P_qj максимальны, максимальные значения величин P_qj max сравниваются с пороговым значением вероятности распознавания типа каждого самолета группы P_пор, при P_{qj max}≥Р_пор принимается решение о том, что j-й самолет в группе имеет i-й тип из класса «самолеты с турбореактивными двигателями» с вероятностью P_{qj max}, не ниже заданной, в противном случае принимается решение о невозможности распознать тип самолета в группе с заданной вероятностью, количество величин разностей , попавших в q-й поддиапазон с вероятностями P_{qj max}, определяет количество самолетов i-го типа в группе [2].

Недостатком данного способа сопровождения групповой воздушной цели является низкая достоверность оценок доплеровских частот, обусловленных скоростью сближения носителя РЛС с каждым j-м, , самолетом группы при воздействии уводящих по скорости помех.

Цель изобретения - повышение достоверности оценок доплеровских частот, обусловленных скоростью сближения носителя РЛС с каждым самолетом группы при воздействии уводящих по скорости помех.

Указанная цель достигается тем, что в способе сопровождения в РЛС групповой воздушной цели из класса «самолеты с турбореактивными двигателями» заключающемся в том, что сигнал, отраженный от ГВЦ, на промежуточной частоте с выхода приемника РЛС подвергается узкополосной доплеровской фильтрации на основе процедуры БПФ и преобразуется в амплитудно-частотный спектр, составляющие которого обусловлены отражениями сигнала от планеров самолетов группы и вращающихся лопаток рабочего колеса КНД их силовых установок, определяется отсчет доплеровской частоты, соответствующей максимальной амплитуде спектральной составляющей спектра сигнала, который обусловлен его отражением от планера одного из самолетов группы, определяются слева и справа в полосе частот ±ΔF, где ΔF - априорно заданная полоса доплеровских частот, занимаемая спектральными составляющими, обусловленными отражениями сигнала от планеров самолетов группы, относительно частоты спектральной составляющей спектра сигнала, имеющей максимальную амплитуду, отсчеты доплеровских частот локальных максимумов спектра сигнала и их количество, которые превысили установленный порог, определяются отсчеты доплеровских частот локальных максимумов, имеющих наибольшие амплитуды, количество которых равно количеству локальных максимумов, расположенных в полосе доплеровских частот ±ΔF относительно спектральной составляющей с максимальной амплитудой, соответствующей отражению сигнала от планера одного из самолетов группы, и находящихся справа на частотах, превышающих значение ΔF, относительно частоты спектральной составляющей, имеющей максимальную амплитуду, которые обусловлены отражениями сигнала от лопаток рабочего колеса первых ступеней компрессора низкого давления двигателей самолетов группы, дополнительно вычисляется процедура оптимальной многомерной линейной дискретной калмановской фильтрации в соответствии с выражениями (1)-(6) при сопровождении по доплеровской частоте каждой j-й, , планерной составляющей спектра сигнала, обусловленной скоростью сближения каждого j-го, , самолета группы с носителем РЛС, при этом, размерность матриц, входящих в процедуру (1)-(6), определяется количеством локальных максимумов спектральных составляющих сигнала, находящихся в полосе частот ±ΔF относительно спектральной составляющей с максимальной амплитудой, соответствующей отражению сигнала от планера одного из самолетов группы, по выявленным отсчетам доплеровских частот локальных максимумов, находящихся справа на частотах, превышающих значение ΔF и соответствующих отражениями сигнала от лопаток рабочего колеса первых ступеней КНД двигателей самолетов группы, вычисляется отсчет доплеровской частоты центроида, как среднее значение отсчетов доплеровских частот локальных максимумов, который поступает на вход оптимального фильтра сопровождения центроида отсчетов доплеровских частот, обусловленных отражением сигнала от лопаток рабочего колеса первых ступеней КНД двигателей самолетов группы, работающего аналогично, как и оптимальный фильтр сопровождения планерных составляющих спектра сигнала в соответствии с процедурой (1)-(6), на каждом k-ом такте работы обоих оптимальных фильтров сопровождения вычисляются оценки разностей между оцененными значениями доплеровских частот, соответствующих центроиду доплеровской частоты , обусловленной отражениями сигнала от лопаток рабочего колеса первых ступеней КНД двигателей самолетов группы, и отражениям сигнала от планера каждого j-го самолета группы, , вычисляются модули производных оценок разностей между оцененными значениями доплеровских частот , обусловленными отражениями сигнала от планера каждого j-го самолета группы и центроидом доплеровской частоты ), обусловленной отражениями сигнала от лопаток рабочего колеса первых ступеней КНД двигателей самолетов группы, которые сравниваются с пороговым значением ε, близким к нулю, при выполнении условия для всех j-ых, , оценок планерных составляющих спектра сигнал, что соответствует отсутствию воздействия уводящих по скорости помех, в качестве выходной информации используются все оценки , , доплеровских частот, вычисляемые в соответствии с процедурой (1)-(6) на основе наблюдения Y(k), при не выполнении условия для всех , что соответствует воздействию уводящих по скорости помех, наряду с оценками доплеровских частот , где ; M - количество оценок доплеровских частот, которые не идентифицированы, как уводящие по скорости помехи, формируются оценки доплеровских частот , где ; N - количество оценок доплеровских частот, которые идентифицированы, как уводящие по скорости помехи; J=M+N, вычисляемые в соответствии с процедурой

где

- переходная матрица состояния, численные значения элементов которой определяются на основе корреляционного анализа текущих значений оценок доплеровских частот , , полученных до момента времени, когда выполнялось условие и идентифицированные затем, как уводящие по скорости помехи;

- оцененный вектор состояния, содержащий оценку доплеровской частоты , , полученную после ее идентификации, как уводящей по скорости помехи,

только на основе переходной матрицы состояния , учитывающей модель взаимного перемещения носителя РЛС и того самолета группы, отраженный от которого сигнал изначально еще не был идентифицирован, как уводящая по скорости помеха.

Новыми признаками, обладающими существенными отличиями, являются.

1. Идентификация отсутствия или воздействия уводящих по скорости помех на основе анализа совокупности модулей производных оценок разностей величин . При их не превышении установленного порога ε, близкого к нулю для всех оценок доплеровских частот , принимается решение об отсутствии воздействия уводящих по скорости помех, в противном случае, при выполнении условий либо для всех, либо части оценок доплеровских частот из их совокупности, принимается соответственно решение о том, что либо все, либо часть доплеровских частот из их совокупности, обусловленные скоростями сближения носителя РЛС с каждым j-м, , самолетом группы идентифицируются, как уводящие по скорости помехи.

2. Формирование достоверных оценок доплеровских частот , , обусловленных скоростью сближения носителя РЛС с каждым самолетом группы в соответствии с процедурой (1)-(6) при полном отсутствии уводящих по скорости помех, когда условия выполняются для всех оценок доплеровских частот или оценок , при идентификации M оценок без воздействия и , при идентификации N оценок при воздействии уводящих по скорости помех, когда условия соответственно выполняются только для М и не выполняются для N оценок доплеровских частот.

Данные признаки обладают существенными отличиями, так как в известных способах не обнаружены.

Применение новых признаков позволит идентифицировать воздействие или отсутствие уводящих по скорости помех при сопровождении групповой воздушной цели в РЛС и, в зависимости от результата идентификации, сформировать достоверные оценки доплеровских частот, обусловленные скоростью сближения носителя РЛС с каждым самолетом группы при воздействии уводящих по скорости помех.

На рисунке 1 приведена блок-схема, поясняющая предлагаемый способ сопровождения в РЛС групповой воздушной цели из класса «самолеты с турбореактивными двигателями» при воздействии уводящих по скорости помех, на рисунке 2 (а, б, в, г, д) - эпюры, поясняющие предлагаемый способ на примере сопровождения групповой воздушной цели, состоящей их двух самолетов, и воздействии одной уводящей по скорости помехи.

Способ сопровождения в РЛС групповой воздушной цели из класса «самолеты с турбореактивными двигателями» при воздействии уводящих по скорости помех осуществляется следующим образом.

На вход блока 1 БПФ (рисунок 1) на промежуточной частоте с выхода приемника РЛС поступает сигнал S(t) (рисунок 2а), отраженный от ГВЦ, который подвергается узкополосной доплеровской фильтрации на основе процедуры БПФ и преобразуется в амплитудно-частотный спектр S(f) (рисунок 2б), составляющие которого обусловлены отражениями сигнала от планеров самолетов группы и вращающихся лопаток рабочего колеса КНД их силовых установок.

В формирователе 2 (рисунок 1) отсчетов доплеровских частот планерных составляющих спектра сигнала, во-первых, определяется отсчет доплеровской частоты, соответствующий максимальной амплитуде спектральной составляющей спектра сигнала, который обусловлен его отражением от планера одного из самолетов из их группы (рисунок 2б, спектральная составляющая №2), во-вторых, слева и справа в полосе частот ±ΔF относительно частоты спектральной составляющей спектра сигнала, имеющей максимальную амплитуду, определяются частоты локальных максимумов спектра сигнала и их количество (рисунок 2б, N_лм=2), которые превысили установленный порог.

В формирователе 3 (рисунок 1) отсчета доплеровской частоты центроида первых компрессорных составляющих спектра сигнала, во-первых, определяются отсчеты доплеровских частот локальных максимумов, имеющие наибольшие амплитуды, количество которых равно количеству локальных максимумов, расположенных в полосе доплеровских частот ±ΔF относительно спектральной составляющей с максимальной амплитудой, соответствующей отражению сигнала от планера одного из самолетов группы, и находящихся справа на частотах, превышающих значение ΔF, относительно частоты спектральной составляющей, имеющей максимальную амплитуду, которые обусловлены отражениями сигнала от лопаток рабочих колеса первых ступеней КНД самолетов группы (рисунок 2б, локальные максимумы №1 и 2, находятся справа вне полосы частот ±ΔF), во-вторых, по выявленным отсчетам доплеровских частот локальных максимумов, находящихся справа на частотах, превышающих значение ΔF и соответствующих отражениями сигнала от лопаток рабочих колеса первых ступеней КНД двигателей самолетов группы, вычисляется отсчет доплеровской частоты центроида, как среднее значение отсчетов доплеровских частот локальных максимумов.

В результате на выходе формирователя 2 доплеровских отсчетов (рисунок 1) формируется вектор наблюдения Y(k) отсчетов доплеровских частот, обусловленных отражениями сигнала от планеров самолетов группы, которые поступают на вход оптимального фильтра 4 сопровождения групповой воздушной цели, работающего в соответствии с процедурой многомерной линейной дискретной калмановской фильтрации (1)-(6), а на выходе формирователя 3 отсчета доплеровской частоты центроида первых компрессорных составляющих спектра сигнала - вектор наблюдения Y_ц(k) отсчета центроида доплеровской частоты, который поступает на вход оптимального фильтра 5 сопровождения центроида первых компрессорных составляющей спектра сигнала, работающего аналогично, как и оптимальный фильтр 4, в соответствии с процедурой (1)-(6). При этом, размерность матриц, входящих в процедуру (1)-(6) для оптимального фильтра 4, определяется количеством локальных максимумов N_лм спектральных составляющих сигнала, находящихся в полосе частот ±ΔF.

На каждом k-ом такте работы обоих оптимальных фильтров 4 и 5 сопровождения в блоке 6 вычитания, состоящим из отдельных устройств вычитания, вычисляются оценки разностей между оцененными значениями доплеровских частот, соответствующих центроиду доплеровской частоты , обусловленной отражениями сигнала от лопаток рабочего колеса первых ступеней КНД двигателей самолетов группы, и отражениям сигнала от планера каждого j-го самолета группы, . Причем, данные оценки разностей при отсутствии воздействия уводящих по скорости помех являются постоянными величинами для каждого типа самолета в группе из класса «самолет с турбореактивным двигателем».

В блоке 7 дифференцирования, состоящим их отдельных устройств дифференцирования, вычисляются модули производных оценок разностей между оцененными значениями доплеровских частот , обусловленными отражениями сигнала от планера каждого j-го самолета группы и центроидом доплеровской частоты , которые поступают на соответствующие пороговые устройства блока 8 порогов, куда также, на все пороговые устройства поступает пороговое значение ε, близкое по величине к нулю.

При выполнении условия для всех j-ых, , оценок планерных составляющих спектра сигнал, что соответствует отсутствию воздействия уводящих по скорости помех, (поскольку (рисунки 2 в, г, д - временные участки [t₀;t₁] и [t₂;t₃]) величины - постоянны и их производные равны нулю), на выходе блока 8 порогов формируется цифровой код (на рисунке 1-«p^(j=m)/з^(j=m)»), который является разрешающим (индекс «p^(j-m)») кодом для коммутаторов 9 и 10, запрещающим (индекс «з^(j=m)») кодом для оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 11 и вычислителя 12 параметров автокорреляционных функций (АКФ) оценок доплеровских частот планерных составляющих спектра сигнала. В этом случае в качестве выходной информации используются все оценки , , J=M, доплеровских частот, вычисляемые в соответствии с процедурой (1)-(6) на основе наблюдения Y(k), которые также через первый коммутатор 9 (на его втором входе присутствует разрешающий код «p^(j=m)»), поступают на вход ОЗУ 11 (построен на основе сдвиговых регистров), где осуществляется хранение текущих оценок доплеровских частот при отсутствии воздействия уводящей по скорости помехи. Поскольку для ОЗУ 11 в данном случае будет сформирован запрещающий код «з^j=m)» на выходе блока 8 порогов, то хранящиеся в нем текущие оценки далее не поступают на вход вычислителя 12 параметров АКФ, на втором входе которого также будет присутствовать запрещающий код «з^(j=m)» с выхода блока 8 порогов.

При не выполнении условия для всех или части оценок доплеровских частот, что соответствует воздействию уводящих по скорости помех, поскольку (рисунки 2 в, г, д - временной участок [t₁;t₂]) величины в этом случае будут постоянными, если изменение уводящей по скорости помехи осуществляется по линейному закону или изменяться по другому закону в соответствии с законом изменения уводящей по скорости помехи. В обоих случаях значения величин будут существенно отличаться от нуля, и на выходе блока 8 порогов сформируется результирующий код, который будет состоять из двух частей - запрещающего кода «з⁽ⁿ⁾» и разрешающего кода «р^(m)» для коммутаторов 9 и 10, из разрешающего кода «p⁽ⁿ⁾» и запрещающего кода «з⁽ⁿ⁾» для ОЗУ 11 и вычислителя 12 параметров АКФ.

В результате на вход ОЗУ 11 продолжают поступать оценки доплеровских частот , , которые не были идентифицированы, как уводящие по скорости помехи (разрешающий код «р^(m)» на входе первого коммутатора 9) и прекращается поступление текущих оценок , , которые были идентифицированы, как уводящие по скорости помехи (запрещающий код «з⁽ⁿ⁾» на входе первого коммутатора 9). Только те оценки доплеровских частот , которые изначально не были (рисунки 2 в, г, д - временные участки [t₀;t₁] и [t₂;t₃]), а затем были идентифицированы (временной участок [t₁;t₂]), как уводящие по скорости помехи, с выхода ОЗУ 11 (на его входе присутствует разрешающая «p⁽ⁿ⁾» и запрещающая «з^(m)» составляющие кода) поступают на вход вычислителя 12 параметров АКФ (на его входе присутствует также разрешающая «p⁽ⁿ⁾» и запрещающая «з^(m)» составляющие кода), в котором вычисляются АКФ оценок доплеровских частот в дискретном времени (которые были получены до их идентификации, как уводящие по скорости помехи) в соответствии с выражением [3]

где

Δt - интервал дискретизации;

z=1, 2, ..., p.

m_F - тренд (изменяющееся в дискретном времени математическое ожидание) оценки доплеровской частоты.

Вычисленная в соответствии с выражением 9 автокорреляционная функция для каждой оценки доплеровской частоты, аппроксимируется спадающей по экспоненциальному закону косинусоидальной зависимостью вида [3]

где

σ_v, τ_v и f_v - соответственно среднеквадратическое отклонение, время корреляции и собственная частота, которые являются параметрами АКФ.

Численные значения параметров АКФ (σ_v, τ_v, f_v) каждой оценки , , доплеровской частоты, которая была получена до ее идентификации, как уводящей по скорости помехи, поступают на вход вычислителя 13 оценок доплеровских частот, которые вычисляются в соответствии с выражением (9).

При этом, в вычислителе 13, во-первых, на первом шаге рекуррентной процедуры вычисления оценок принимаются конечные значения оценок , , доплеровских частот до их идентификации, как уводящих по скорости помех, поступившие и хранящиеся в ОЗУ 11.

Во-вторых, матрицы , , размерностью 3×3, будут иметь следующие, отличные от нуля, элементы: ϕ₁₁=1; ϕ₁₂=Δt; ϕ₂₁=-βΔt; ϕ₂₂=1-αΔt; ϕ₃₃=1+Δt, которые соответствуют динамической модели радиальных составляющих фазовых координат полета каждого самолета группы относительно носителя РЛС, описываемой следующей системой дифференциальных уравнений в непрерывном времени [3]

где

β=(2πf_v)² - квадрат частоты f_v собственных колебаний АКФ, которые обусловлены скоростными флюктуациями полета каждого самолета группы и носителя РЛС;

- дисперсия флюктуаций радиального ускорения каждого самолета группы относительно носителя РЛС;

n(t) - формирующий белый гауссовский шум с нулевыми средними значениями и единичными интенсивностями;

V_o - постоянная составляющая скорости полета каждого самолета группы;

- величина, обратная времени корреляции и характеризующая расширение спектра сигнала.

Согласно модели (12), матрица оценок будет иметь размерность 3×1 и вид |ΔV, a, V₀|^T.

Матрица наблюдения H(k+1), размерностью 1×3, будет иметь следующие, отличные от нуля, элементы: h₁₁=h₁₃=1.

В результате при воздействии уводящей по скорости помехи (рисунок 2в, временной участок [t₁,t₂]) на выходе вычислителя 13 будут формироваться оценки , , доплеровских частот, которые поступают на вход второго коммутатора 10. В результате на его выходе будут сформированы оценки доплеровских частот , на основе наблюдения Y(k) в соответствии с процедурой фильтрации (1)-(6) и которые не идентифицированы, как уводящие по скорости помехи (рисунок 2в, временные участки [t₀;t₁] и [t₂;t₃]), а также оценки доплеровских частот , , только на основе переходных матриц,, , которые были идентифицированы, как уводящие по скорости помехи (рисунок 2в, временной участок [t₁;t₂]). При этом общее количество оценок будет равно J=M+N.

Для оценки работоспособности предлагаемого способа было проведено его имитационное моделирование. При этом, были использованы радиолокационные сигналы, отраженные от группы из 4-х самолетов из класса «самолеты с турбореактивными двигателями», которые при проведении летно-экспериментальных исследований были зарегистрированы на промежуточной частоте с выхода линейной части приемника бортовой РЛС с фазированной антенной решеткой, построенной по импульсно-доплеровскому принципу обработки сигналов в сантиметровом диапазоне волн.

При узкополосном спектральном анализе зарегистрированных реальных радиолокационных сигналов в процедуре БПФ эквивалентная полоса пропускания его одного бина принималась равной 10 Гц.

Численные значения параметров динамических моделей, входящих в оптимальные фильтры 4 и 5, а также в вычислителе 13, принимались из примера, приведенного в [3].

В интервале времени (рисунок 2в) [t₁;t₂] имитировалась уводящая по доплеровской частоте помеха со скоростью 575 Гц/с.

Пороговое значение величины для всех пороговых устройств блока 8 порогов составляло ε=0,01.

В результате имитационного моделирования по реальным сигналам получены следующие обобщенные характеристики при отношениях сигнал/шум 14-24 дБ:

среднеквадратическая ошибка оценки доплеровской частоты:

без воздействия уводящей по скорости (доплеровской частоты)

помехи - 0,9-2,2 Гц;

при воздействии уводящей по скорости (доплеровской частоты)

помехи - 1,6-3,7 Гц,

что является приемлемым на практике.

Таким образом, применение предлагаемого изобретения позволит идентифицировать воздействие или отсутствие уводящих по скорости помех при сопровождении целей в РЛС и, в зависимости от результата идентификации, сформировать достоверные оценки доплеровских частот, обусловленных скоростью сближения каждого самолета группы с носителем РЛС.

Источники информации

1. Фарина А., Студер Ф. Цифровая обработка радиолокационной информации. Сопровождение целей. / Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1993, с. 246-248 (аналог).

2. Способ сопровождения групповой воздушной цели из класса «самолеты с турбореактивными двигателями». Патент на изобретение №2456633, 2011 (прототип).

3. Богданов А.В., Васильев О.В., Голубенко В.А., Маняшин С.М., Филонов А.А. Методика построения динамических моделей радиальных скоростей и ускорений пары воздушных целей, летящих в сомкнутом боевом порядке // Теория и системы управления, 2007 - №4 (страницы 139, 142, 145, 146 - формулы (2.1), (2.2), (3.2)-(3.5), (5.3), (5.4) и (5.11), пример п. 2, 3, 4, 7).

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокационной станции (РЛС) для сопровождения групповой воздушной цели из класса «самолеты с турбореактивными двигателями» при воздействии уводящих по скорости помех. Достигаемый технический результат - повышение достоверности оценок доплеровских частот (ДЧ), обусловленных скоростью сближения носителя РЛС с каждым самолетом группы при воздействии уводящих по скорости помех. Способ заключается в параллельном сопровождении на основе калмановской фильтрации отсчетов ДЧ, обусловленных отражениями сигнала от планеров самолетов группы и центроида отсчетов ДЧ, обусловленных отражениями сигнала от лопаток рабочего колеса компрессора низкого давления двигателей самолетов; идентификации воздействия или отсутствия уводящих по скорости помех на основе вычисления модулей производных оценок разностей между оценками ДЧ, обусловленными отражениями сигнала от планера каждого самолета группы и центроидом ДЧ, обусловленных отражениями сигнала от лопаток рабочего колеса первых ступеней компрессора низкого давления двигателей самолетов группы; сравнении модулей производных оценок разностей ДЧ с порогом; при их непревышении установленного порога, что соответствует отсутствию воздействия уводящих по скорости помех, на выходе формируются оценки ДЧ, вычисляемые в соответствии с процедурой калмановской фильтрации на основе наблюдения, в противном случае принимается решение о воздействии уводящих по скорости помех и на выходе наряду с оценками ДЧ, которые не идентифицированы как уводящие по скорости помехи, формируются оценки ДЧ, вычисляемые на основе модели взаимного перемещения носителя РЛС и того самолета группы, отраженный от которого сигнал изначально еще не был идентифицирован как уводящая по скорости помеха. 2 ил.

Способ сопровождения в радиолокационной станции групповой воздушной цели из класса «самолеты с турбореактивными двигателями» при воздействии уводящих по скорости помех, заключающийся в том, что сигнал, отраженный от групповой воздушной цели, на промежуточной частоте с выхода приемника радиолокационной станции подвергается узкополосной доплеровской фильтрации на основе процедуры быстрого преобразования Фурье и преобразуется в амплитудно-частотный спектр, составляющие которого обусловлены отражениями сигнала от планеров самолетов группы и вращающихся лопаток рабочего колеса компрессора низкого давления их силовых установок, определяется отсчет доплеровской частоты, соответствующий максимальной амплитуде спектральной составляющей спектра сигнала, который обусловлен его отражением от планера одного из самолетов группы, слева и справа в полосе частот ±ΔF, где ΔF - априорно заданная полоса доплеровских частот, занимаемая спектральными составляющими, обусловленными отражениями сигнала от планеров самолетов группы, относительно частоты спектральной составляющей спектра сигнала, имеющей максимальную амплитуду, определяются отсчеты доплеровских частот локальных максимумов спектра сигнала и их количество, которые превысили установленный порог, определяются отсчеты доплеровских частот локальных максимумов, имеющие наибольшие амплитуды, количество которых равно количеству локальных максимумов, расположенных в полосе доплеровских частот ±ΔF относительно спектральной составляющей с максимальной амплитудой, соответствующей отражению сигнала от планера одного из самолетов группы, и находящихся справа на частотах, превышающих значение ΔF, относительно частоты спектральной составляющей, имеющей максимальную амплитуду, которые обусловлены отражениями сигнала от лопаток рабочего колеса первых ступеней компрессора низкого давления двигателя самолетов группы, отличающийся тем, что вычисляется процедура оптимальной многомерной линейной дискретной калмановской фильтрации в соответствии с выражениями

где

- номер такта работы фильтра;

К - общее количество тактов работы фильтра;

P^-(k+1) и P(k+1) - ковариационные матрицы ошибок экстраполяции и фильтрации соответственно;

Ф(k) - переходная матрица состояния;

Q(k+1) и R(k+1) - ковариационные матрицы шумов возбуждения и наблюдения соответственно;

S(k+1) - матрица весовых коэффициентов;

I - единичная матрица;

и - соответственно вектор состояния текущих и экстраполированных оценок, содержащий оценки доплеровских частот, обусловленные скоростями сближения каждого j-го, , самолета группы с носителем радиолокационной станции;

J - количество самолетов в группе;

Н(k) - матрица наблюдения;

Y(k) - вектор наблюдения отсчетов доплеровских частот;

Z(k+1) - матрица невязок измерения;

Ψ(k+1) - матрица априорных ошибок фильтрации;

"-1" - операция вычисления обратной матрицы;

"т" - операция транспонирования матрицы,

при сопровождении по доплеровской частоте каждой j-й, , планерной составляющей спектра сигнала, обусловленной скоростью сближения каждого j-го, , самолета группы с носителем радиолокационной станции, при этом размерность матриц, входящих в процедуру (1)-(6), определяется количеством локальных максимумов спектральных составляющих сигнала, находящихся в полосе частот ±ΔF относительно спектральной составляющей с максимальной амплитудой, соответствующей отражению сигнала от планера одного из самолетов группы, по выявленным отсчетам доплеровских частот локальных максимумов, находящихся справа на частотах, превышающих значение ΔF и соответствующих отражениями сигнала от лопаток рабочего колеса первых ступеней компрессора низкого давления двигателей самолетов группы, вычисляется отсчет доплеровской частоты центроида как среднее значение отсчетов доплеровских частот локальных максимумов, который поступает на вход оптимального фильтра сопровождения центроида отсчетов доплеровских частот, обусловленных отражением сигнала от лопаток рабочего колеса первых ступеней компрессора низкого давления двигателей самолетов группы, работающего аналогично, как и оптимальный фильтр сопровождения планерных составляющих спектра сигнала в соответствии с процедурой (1)-(6), на каждом k-м такте работы обоих оптимальных фильтров сопровождения вычисляются оценки разностей между оцененными значениями доплеровских частот, соответствующих центроиду доплеровской частоты , обусловленной отражениями сигнала от лопаток рабочего колеса первых ступеней компрессора низкого давления двигателей самолетов группы, и отражениям сигнала от планера каждого j-го самолета группы, , вычисляются модули производных оценок разностей между оцененными значениями доплеровских частот , обусловленными отражениями сигнала от планера каждого j-го самолета группы и центроидом доплеровской частоты , обусловленной отражениями сигнала от лопаток рабочего колеса первых ступеней компрессора низкого давления двигателей самолетов группы, которые сравниваются с пороговым значением ε, близким к нулю, при выполнении условия для всех j-х, , оценок планерных составляющих спектра сигнал, что соответствует отсутствию воздействия уводящих по скорости помех, в качестве выходной информации используются все оценки , , доплеровских частот, вычисляемые в соответствии с процедурой (1)-(6) на основе наблюдения Y(k), при невыполнении условия для всех , что соответствует воздействию уводящих по скорости помех, на выходе, наряду с оценками доплеровских частот , где ; М - количество оценок доплеровских частот, которые не идентифицированы как уводящие по скорости помехи, формируются оценки доплеровских частот , где ; N - количество оценок доплеровских частот, которые идентифицированы как уводящие по скорости помехи; J=M+N, вычисляемые в соответствии с процедурой

где

, - переходная матрица состояния, численные значения элементов которой определяются на основе корреляционного анализа текущих значений оценок доплеровских частот , , полученных до момента времени, когда выполнялось условие , и идентифицированных впоследствии как уводящие по скорости помехи;

- оцененный вектор состояния, содержащий оценку доплеровской частоты , , полученную после ее идентификации как уводящая по скорости помеха, только на основе переходной матрицы состояния , учитывающей модель взаимного перемещения носителя РЛС и того самолета группы, отраженный от которого сигнал изначально еще не был идентифицирован как уводящая по скорости помеха.