Способ активной обзорной моноимпульсной радиолокации с инверсным синтезированием апертуры антенны Российский патент 2019 года по МПК G01S13/44 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в наземных системах обзорной активной радиолокации и радиовидения, позволяя осуществить обнаружение и высокоточное определение координат, скоростей и траекторий перемещающихся в пространстве лоцируемых объектов (ЛО), а также обеспечить разрешение элементов групповых объектов (ЭГО). Об актуальности таких задач известно, например, из [1 - Авиационные системы радиовидения / Под ред. Г.С. Кондратенкова - М.: «Радиотехника», 2015. - 648 с., С. 526].

Для точного определения траекторий ЛО и их разрешения необходимо с соответствующей точностью измерять дальности до этих объектов, их угловые координаты (УК), скорости и направления движения (курсовые углы). Необходимое разрешение по дальности может быть обеспечено путем использования широкополосных зондирующих импульсов с угловой модуляцией и сжатием при приеме. Высокое разрешение по УК получить значительно сложнее; очевидным решением этой проблемы является применение узких диаграмм направленности (ДН) антенн радиолокационных систем (РЛС), для формирования которых требуются большие, зачастую трудно реализуемые, антенны РЛС.

Однопозиционное определение УК перемещающихся объектов с высокой точностью, как указано в [2 - Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация - М.: Радио и связь, 1984. - 312 с.], осуществляется моноимпульсным методом, причем высокое быстродействие достигается за счет использования в обзорных РЛС режимов работы, позволяющих одновременно определить координаты всех ЛО, находящихся в общей зоне парциальных ДН. При этом для обзорных моноимпульсных РЛС принципиально важными являются, кроме высокой крутизны пеленгационной характеристики (ПХ) и смены ее знака в нуле (как в следящих РЛС), еще и величина рабочей зоны и вид ПХ в рабочей зоне, определяющие точностные характеристики и быстродействие системы, которым посвящена работа [3 - Джиоев А.Л., Яковленко В.В. Улучшение характеристик обзорного амплитудного суммарно-разностного пеленгатора с ФАР на основе оптимизации пеленгационной характеристики // Общие вопросы радиоэлектроники. Ростов-на-Дону: ФГУП «РНИИРС». 2014. Вып. 1. С. 105-117]. Рабочей зоной здесь и далее называется область углов пространства, расположенная в пределах моноимпульсной группы лучей (МГЛ), в которой ошибка пеленгования не превышает заданной.

Задаче увеличения точности измерения УК и расширения рабочей зоны обзорного моноимпульсного амплитудного суммарно-разностного пеленгатора при повышении скорости измерений УК посвящена также работа [4 - патент 2583849, РФ, G01S 3/14, H01Q 25/02. Способ цифровой обработки сигналов при обзорной моноимпульсной амплитудной суммарно-разностной пеленгации с использованием антенной решетки (варианты) и обзорный моноимпульсный амплитудный суммарно-разностный пеленгатор с использованием антенной решетки и цифровой обработки сигналов / Джиоев А.Л., Омельчук И.С., Фоминченко Г.Л., Фоминченко Г.Г., Яковленко В.В. Заявл. 13.04.2015, опубл. 10.05.2016], в которой путем выбора угла разноса парциальных ДН и вида весовой функции (ВФ) на апертуре антенны получена ПХ, практически линейная в рабочей зоне, увеличенной до всей ширины МГЛ по уровню половинной мощности.

Такая же ширина рабочей зоны может быть достигнута при формировании кубической ПХ, что показано в [5 - Джиоев А.Л., Омельчук И.С., Фоминченко Г.Л., Яковленко В.В. Способ обработки сигналов, алгоритмы работы и структура измерителя угловых координат с кубической пеленгационной характеристикой в обзорной цифровой моноимпульсной радиолокационной системе. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2017. №7. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/jul17/10/text.pdf]. Однако, в [4, 5] не предусмотрено определение дальности, скорости и параметров траекторий движения перемещающихся в пространстве объектов.

Для одновременного измерения двух УК в обзорной моноимпульсной РЛС с антенной решеткой (АР) целесообразно использовать решение, изложенное в [6 - патент 2615491, РФ, G01S 13/44, H01G 21/00. Способ одновременного измерения двух угловых координат цели в обзорной амплитудной моноимпульсной радиолокационной системе с антенной решеткой и цифровой обработкой сигнала / Джиоев А.Л., Омельчук И.С., Яковленко В.В. Заявл. 17.11.2015, опубл. 5.04.2017]. В этом патенте показано, что при одновременном измерении двух УК цели обзорной суммарно-разностной системе пеленгационная характеристика, используемая для измерения одной координаты цели, в общем случае зависит от значения другой (ортогональной) координаты цели относительно равносигнального направления (РСН). Наличие такой зависимости вносит в измерение угловой координаты методическую ошибку, для устранения которой предложено использовать апертуру АР прямоугольной формы и факторизацию весовой функции на апертуре. При этом время измерения сокращается приблизительно в 3 раза по сравнению со случаем использования эллиптической апертуры и/или нелинейной пеленгационной характеристики, так как при прямоугольной форме раскрыва и ВФ, представленной произведением двух одномерных функций координат на раскрыве, используемые уравнения перестают зависеть от ортогональной координаты [7 - Джиоев А.Л., Яковленко В.В. Устранение методической ошибки измерения угловых координат цели в обзорном амплитудном суммарно-разностном цифровом пеленгаторе на базе ФАР // Общие вопросы радиоэлектроники. Ростов-на-Дону: ФГУП «РНИИРС». 2015. Вып. 1. С. 47-57]. В этом случае ошибка измерения УК не превышает 1% ширины ДН по уровню половинной мощности. При этом в [6, 7] также не предусмотрено определение скорости, параметров траекторий перемещающихся в пространстве объектов и их разрешения.

Для разрешения ЛО необходимо разрешать их сигналы хотя бы по одному параметру электромагнитных волн: частоте, направлению прихода или задержке. Отметим, что в типовых обзорных РЛС стробы сопровождения по дальности и углам существенно различаются - размер строба по дальности намного меньше размера строба по УК, что отмечено в [8 - патент 2480782, РФ. Способ и устройство разрешения движущихся целей по угловым направлениям в обзорных РЛС / Ирхин В.И., Замятина И.Н. Заявл. 6.10.2011, опубл. 27.04.2013]. Для обеспечения же удовлетворительных характеристик РЛС разрешение по угловым координатам (в линейном измерении) должно быть близким к разрешению по дальности. Линейное разрешение, например, по азимуту составляет на дальности D величину где ϑ₀₅ - ширина ДН по уровню минус 3 дБ. При равномерном распределении поля по апертуре антенны ϑ_0,5=λ/d, где d - азимутальный размер апертуры; λ - длина волны. Тогда линейное разрешение то есть оно обратно пропорционально размеру апертуры. Поэтому очевидный путь повышения разрешающей способности по УК (при неизменной длине волны) - увеличение размера апертуры антенны. Этого, без увеличения массогабаритных характеристик, можно достигнуть путем прямого синтезирования апертуры антенны, когда за счет перемещения реальной антенны создается искусственная апертура большого размера [9 - Антипов В.Н. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны. - М.: Книга по Требованию, 2012. - 304 с.].

В случае локации перемещающихся объектов вместо прямого используется инверсное синтезирование апертуры (ИСА) антенны, которое описано, например, в [10 - Caner Ozdemir. Inverse synthetic aperture radar imaging with MATLAB. - Wiley series in microwave and optical engineering. Printed in Singapore. 2011. - 383 p.].

Таким образом, важным направлением совершенствования РЛС является повышение разрешающей способности по УК, что позволит осуществить уверенную селекцию элементов групповых объектов. Соответственно, поиск способов повышения угловой разрешающей способности и точности определения траекторий ЛО при обзорной активной моноимпульсной локации в расширенной рабочей зоне, является актуальным.

Подобным вопросам посвящена работа [11 - Коновалов А.Ю., Лихачёв В.П., Купряшкин И.Ф., Рязанцев Л.Б. Точность определения параметров движения объекта методом инверсного синтезирования апертуры антенны с оптимальной линейной фильтрацией в обзорных радиолокационных станциях // Вестник Воронежского института ФСИН России. 2011. №2. С. 8-12], которую можно считать аналогом заявляемого изобретения. В ней предложено использовать метод ИСА для повышения точности определения радиальной и тангенциальной скоростей объекта в типовых РЛС.

Однако в [11] не рассмотрена возможность определения параметров траекторий ЛО и разрешения элементов групповых объектов.

Аналогом заявляемого изобретения является также способ выбора продолжительности интервала синтезирования (ИС) в РЛС с ИСА антенны [12 - патент 2378662, РФ, G01S 13/90. Способ выбора оптимальной продолжительности интервала синтезирования в радиолокационной станции с инверсным синтезированием апертуры антенны / Сахаров С.В., Ярушкин М.М. Заявл. 2.06.2008, опубл. 10.01.2010]. В нем за счет того, что, на основе обнаружения момента появления погрешности, превышающей заданное значение в фокусирующем фильтре, время инверсного синтезирования выбирают непосредственно в процессе обработки принимаемого сигнала, что повышает качество формируемого в РЛС с ИСА радиолокационного изображения наблюдаемой цели.

Однако в [12] не определяются траектории и скорости движения отдельных элементов групповых целей.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является [13 - патент 2337378, РФ, G01S 13/42. Способ определения параметров траектории движения воздушных целей в обзорных РЛС / Лихачёв В.П., Мубарак Н.Х. Заявл. 2.07.2007, опубл. 27.10.2008], принятый за прототип. В нем, используя методику инверсного синтезирования апертуры антенны РЛС, определяются параметры траектории - радиальная и тангенциальная скорости цели, которые рассчитываются после когерентного накопления сигналов в течение времени нахождения цели в ДН антенны (времени инверсного синтезирования апертуры антенны). Как указано в [13], основными операциями этого способа являются:

1. Излучение зондирующего сигнала и прием эхо-сигнала от цели при сканировании диаграммой направленности, регистрация его квадратурных составляющих, запись в запоминающее устройство и измерение времени запаздывания для определения дальности до цели.

2. Формирование матриц опорных сигналов.

3. Умножение принятого сигнала на каждый элемент матрицы опорных сигналов.

4. Суммирование одноименных элементов полученных произведений матриц опорных сигналов.

5. Вычисление квадрата модуля каждого элемента матрицы результирующего сигнала.

6. Определение номеров строк и столбцов матрицы, при которых достигается максимум результирующих сигналов.

7. Расчет радиальной скорости цели.

8. Расчет тангенциальной скорости цели.

9. Расчет линейной скорости цели и курсового угла ее движения.

Прототип [13] позволяет при фиксированном времени наблюдения повысить точность определения таких параметров движения воздушной цели, как тангенциальная и радиальная скорости, или при заданной точности уменьшить необходимое время наблюдения.

К недостаткам прототипа относятся:

- большой объем вычислений при измерениях параметров траекторий ЛО;

- использование значений наклонных дальностей и пространственных составляющих скоростей объектов при расчете проекций координат на горизонтальную плоскость, что вносит дополнительные погрешности при построении их траекторий движения.

Технических решений, устраняющих проблему недостаточной разрешающей способности по УК для селекции отдельных ЭГО при обзорной активной локации, обеспечивающих высокую скорость обзора пространства при высокоточном определении координат и траекторий перемещающихся в пространстве ЛО, авторами предлагаемого изобретения не обнаружено.

Задачей, на решение которой направлен предлагаемый способ, является повышение разрешающей способности по угловым направлениям перемещающихся в пространстве объектов в процессе построения их траекторий при обзорной активной моноимпульсной радиолокации с ИСА антенны в расширенной рабочей зоне, а также обеспечение возможности селекции элементов групповых объектов.

Для решения этой задачи предлагается способ активной обзорной моноимпульсной радиолокации с инверсным синтезированием апертуры антенны, при котором:

излучают в заданную область пространства зондирующие импульсы и принимают эхо-сигналы от лоцируемых объектов при сканировании диаграммой направленности антенны,

измеряют время запаздывания эхо-сигналов для определения дальности до лоцируемых объектов,

определяют величины радиальной V_R и тангенциальной V_T составляющих скорости объектов, соответствующих максимальным значениям результатов когерентного накопления откликов, являющихся свертками последовательности выборок суммы эхо-сигнала S_t и шума η_p(t) с каждой из множества опорных функций где р, - номера расчетных значений скоростей, составляющих матрицу опорных функций,

вычисляют значения модуля вектора скорости и курсовой угол лоцируемого m-го объекта.

Согласно изобретению:

используют в качестве приемной антенны цифровую антенную решетку или аналоговую антенную решетку с цифровой обработкой сигналов и прямоугольной формой апертуры, диаграммы направленности которой образуют в пространстве МГЛ с общим фазовым центром, смещенных от РСН на углы по азимуту и по углу места, соответственно, обеспечивающие в моноимпульсной суммарно-разностной РЛС, при формировании на апертуре решетки амплитудного распределения электромагнитного поля в виде произведения весовых функций Хэмминга, ПХ с увеличенным [6] линейным участком размером Δβ_ПХ по азимуту и Δε_ПХ по углу места,

разбивают заданную область обзора пространства на (I+1)×(K+1) участков с размером каждого Δβ_ПХ вдоль азимутального и Δε_ПХ вдоль угломестного направлений и, последовательно устанавливая равносигнальное направление МГЛ в их центры где - номера участков разбиения по азимуту и углу места соответственно, осуществляют дискретный обзор упомянутой области обзора, в течение интервала наблюдения Δt на каждом участке разбиения производят обнаружение всей совокупности лоцируемых объектов,

измеряют и запоминают параметры движения лоцируемых объектов:

- наклонные дальности D_m;

- азимуты и углы места β_m=β_РСН+Δβ_m и ε_m=ε_РСН+Δε_m, где Δβ_m и Δε_m - результаты решения линейных уравнений и а и - коэффициенты разложения в ряд Маклорена функций S^β(β) и S^ε(ε), описывающих ПХ по азимуту и по углу места, и - сигналы рассогласования с выходов угловых дискриминаторов, причем верхние индексы β и ε не являются степенями, а обозначают тип координат, т.к. вид ПХ вдоль этих координат может быть различен,

извлекают из памяти угловые координаты, дальности и доплеровские сдвиги частоты конкретного ЛО, измеренные через равные промежутки времени в точках A₀, А₁, … А_е траектории, где - номер точки, угловое расстояние между которыми превышает ϑ_0,5, где ϑ_0,5 - ширина ДН по уровню минус 3 дБ,

пересчитывают угловые координаты объекта в его угловые координаты на наклонной плоскости u0w, являющейся плоскостью наклонных дальностей, и определяют величину угла с_{е е}__х при вершине треугольника А_е0А_е-1 на плоскости u0w как длину гипотенузы сферического прямоугольного треугольника

где a_e,e-1=(β_e-β_e-1)cos[min(ε_e-1,ε_e)]=Δβ_e,e-1;

а также угол при вершине С₀ треугольника на небесной сфере, из соотношения tgC₀sina_e,e-1=tgb_e,e-1, как

вычисляют величины наклонных курсовых углов лоцируемого объекта в точках A_e ввиде γ_е=γ₀+с_0е, где

задают координаты центра интервала синтезирования апертуры антенны на наклонной плоскости u0w как координаты точки А₂ пересечения вектора наклонной дальности, проведенного под углом с продолжением участка траектории A₀A₁,

определяют координаты центра интервала синтезирования в координатах «азимут и угол места» в виде

β₂=β₀+a_2,0=β₀+arctg(tgc_2,0cosC₀),

ε₂=ε₀+b_2,0=ε₀+arcsin(sinc_2,0sinC₀),

а также прогнозируемое значение наклонной дальности до объекта в точке А₂ в виде

и прогнозируемую величину доплеровского сдвига частоты эхо-сигнала в центре интервала синтезирования в виде

вычисляют величину максимального приращения доплеровских сдвигов частоты несущей в точках половинной мощности диаграммы направленности на ее противополож-ных склонах в виде

задают частоту повторения зондирующих импульсов радиолокационной системы ƒ_ЗИ≥2Δƒ_{д max}, определяют дальности до объекта на границах интервала синтезирования

длину интервала синтезирования

время синтезирования и интервал времени от момента t₀ (объект в точке А₀) до начала этапа синтезирования

задают величину ρ_С желательной угловой разрешающей способности РЛС по угловым направлениям, вычисляют число N_C элементов разрешения на апертуре в виде и величину приращения по доплеровской частоте ρ_д, соответствующую ρ_С, как а также интервал дискретизации Δt_C в виде

аппроксимируют функцию, описывающую зависимость наклонной дальности от времени прохождения объектом интервала синтезирования, тремя членами ряда Тейлора

где - номер интервала дискретизации, принимающий значения

V_D=Vcosγ₂ - радиальная скорость;

- радиальное ускорение,

формируют N_C отсчетов опорной функции вида

где H(t) - действительная весовая функция;

при имеем h(n_CΔt)=0;

j - мнимая единица,

перемещают РСН моноимпульсной группы лучей в положение β₂, ε₂, при наступлении момента времени t₀+Δt_HC излучают в течение t_C зондирующие импульсы с частотой повторения ƒ_ЗИ и принимают эхо-сигналы от объекта или элементов группового объекта, пересекающих диаграмму направленности антенны РЛС на дальности в пределах интервала синтезирования,

селектируют принятые сигналы по дальности, производят их аналого-цифровые преобразования, запоминают их и формируют в течение времени t_C траекторный сигнал (ТС), представляющий собой сумму отсчетов отраженных от ЭТО сигналов

где - отсчеты отраженных сигналов;

- амплитуды отраженных сигналов;

Т_З - период следования зондирующих импульсов,

и отсчетов шума S_Ш(n₀Т_З), в виде

S_ТС(n₀Т_З)=S_e,m(n₀Т_З)+S_Ш(n₀Т_З),

причем доплеровские частоты отраженных от ЭГО сигналов в составе ТС определяются величинами угловых смещений Δ_2Ci элементов группового объекта относительно РСН и равны

формируют N_C отсчетов траекторного сигнала,

перемножают отсчеты ТС и отсчеты опорной функции, демодулируя таким образом траекторный сигнал,

вычисляют N_C=2^n-1 - точечное быстрое преобразование Фурье (БПФ) результата перемножения и модули его отсчетов, определяют значения частот демодулированного ТС как произведение ρ_дN_i, где N_i - номера отсчетов БПФ, превышающие порог, значение которого определяется величиной заданной вероятности ложной тревоги,

вычисляют отношения значений и прогнозируемого доплеровского сдвига на равносигнальном направлении

откуда определяют значения sin Δ_2ci в виде

и углы отклонения от РСН элементов групповых объектов

используя формулы для сферического прямоугольного треугольника, определяют угловые координаты элементов групповых объектов в виде

используют эти уточненные значения, а также измеренные величины наклонной дальности, скорости и курсового угла для точек А_е местонахождения лоцируемого объекта, строят уточненные траектории движения группового объекта и его элементов на участке ее кусочно-линейной аппроксимации,

повторяя упомянутые операции для других объектов, строят их траектории движения в пространстве.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого изобретения, является разработка операций предложенного способа активной обзорной моноимпульсной радиолокации с ИСА антенны, вывод математических соотношений, позволяющих определить значения углового разрешения ЛО, синтез структуры и порядка функционирования РЛС, реализующей предложенный способ и обеспечивающей разрешение отдельных элементов групповых ЛО и более точное определение их траекторий. Это позволяет обнаружить маневр лоцируемого объекта и использовать устойчивые алгоритмы сопровождения маневрирующих ЭТО. Соответственно, появляется возможность эффективно решать вопросы целераспределения, целеуказания и селекции ЛО.

Предлагаемое изобретение не известно в современной радиотехнике, а также не известны источники информации, содержащие сведения об аналогичных технических решениях, имеющих признаки, сходные с совокупностью признаков, отличающей заявляемое решение от прототипа, а также имеющих свойства, совпадающие со свойствами заявляемого решения. Поэтому можно считать, что оно обладает существенными отличиями, вытекает из них неочевидным образом и, следовательно, соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется следующими фигурами:

фигура 1 - геометрия задачи в пространстве и системы координат;

фигура 2 - геометрия задачи на наклонной плоскости;

фигура 3 - сферический прямоугольный треугольник на небесной сфере;

фигура 4 - структурная схема устройства, реализующего предложенный способ.

При реализации предложенного способа выполняется следующая последовательность операций.

1. Излучают в заданную область пространства зондирующие импульсы и принимают эхо-сигналы от ЛО при сканировании диаграммой направленности антенны. Геометрия задачи показана на фигуре 1, где в начале 0 системы координат 0xyz находится РЛС, а в точке A₀ - лоцируемый объект, который на рассматриваемом участке траектории движется прямолинейно и равномерно на постоянной высоте Н над поверхностью земли, которая считается плоской. ЛО движется в пространстве со скоростью V, являющейся модулем вектора скорости V. Если объект движется по криволинейной траектории, то осуществляется ее кусочно-линейная аппроксимация.

2. Производят обнаружение сигналов, отраженных от ЛО, и измеряют время запаздывания этих эхо-сигналов для определения дальности до лоцируемых объектов.

3. Определяют величины радиальной V_R и тангенциальной V_T составляющих скорости объектов, соответствующих максимальным значениям результатов когерентного накопления откликов, являющихся свертками последовательности выборок суммы эхо-сигнала S_t и шума η_p(t) с каждой из множества опорных функций где р, - номера расчетных значений скоростей, составляющих матрицу опорных функций.

4. Вычисляют значения модуля вектора скорости и курсовой угол лоцируемого m-го объекта.

5. Используя в качестве приемной антенны цифровую антенную решетку или аналоговую АР с цифровой обработкой сигналов и прямоугольной формой апертуры, формируют в пространстве ДН в виде МГЛ с общим фазовым центром, смещенных от РСН на углы по азимуту и по углу места, что обеспечивает в моноимпульсной суммарно-разностной РЛС, при амплитудном распределении электромагнитного поля на апертуре решетки в виде произведения весовых функций Хэмминга [7], пеленгационные характеристики с увеличенным линейным участком размером Δβ_ПХ по азимуту и Δε_ПХ по углу места, обеспечивающие высокую точность установки равносигнального направления.

Это позволяет существенно увеличить быстродействие измерителя УК, например, при использовании плоской многоэлементной АР - более чем в 100 раз [14 - Джиоев А.Л., Яковленко В.В. Повышение быстродействия высокоточного измерителя угловых координат в обзорной моноимпульсной РЛС с антенной решеткой // Общие вопросы радиоэлектроники. Ростов-на-Дону: ФГУП «РНИИРС». 2016. Вып. 1. С. 50-63].

6. Осуществляют обзор пространства путем сканирования МГЛ, для чего разбивают заданную область обзора пространства на (I+1)×(K+1) участков с размером каждого Δβ_ПХ вдоль азимутального и Δε_ПХ вдоль угломестного направлений. Последовательно устанавливая РСН моноимпульсной группы лучей в центры участков где - номера участков разбиения по азимуту и углу места соответственно, осуществляют дискретный обзор упомянутой области обзора.

В течение интервала наблюдения Δt на каждом участке разбиения производят обнаружение всей совокупности лоцируемых объектов.

7. Измеряют и запоминают параметры движения ЛО:

- наклонные дальности D_m;

- азимуты и углы места β_m=β_РСН+Δβ_m и ε_m=ε_РСН+Δε_m, где Δβ_m и Δε_m - результаты решения линейных уравнений и а - коэффициенты разложения в ряд Маклорена функций S^β(β) и S^ε(ε), описывающих ПХ по азимуту и по углу места; и - сигналы рассогласования с выходов угловых дискриминаторов, причем верхние индексы β и ε не являются степенями, а обозначают тип координат, т.к. вид ПХ вдоль этих координат может быть различен.

8. Принимаем, что объект на данном участке траектории движется прямолинейно и равномерно с постоянным углом ψ пикирования (кабрирования).

9. Извлекают из памяти угловые координаты, дальности и доплеровские сдвиги частоты конкретного ЛО, измеренные через равные промежутки времени в точках A₀, А₁, … А_е траектории, где - номер точки, угловое расстояние между которыми превышает ϑ_0,5, где ϑ_0,5 - ширина ДН по уровню минус 3 дБ.

10. Пересчитывают угловые координаты объекта в его угловые координаты на наклонной плоскости u0w (фигура 2), являющейся плоскостью наклонных дальностей, определяя при этом величину угла с_{е, е-1} при вершине треугольника А_е0А_е-1 на плоскости u0w, как длину гипотенузы сферического прямоугольного треугольника [15 - Г. Корн, Т. Корн. Справочник по математике. М., 1974. - 832 с. С. 53], в виде

где a_e,e-1=(β_e-β_e-1)cos[min(ε_e-1, ε_e)]=Δβ_e,e-1;

b_e,e-1=ε_e-ε_e-1=Δε_e,e-1,

а также угол при вершине С₀ треугольника на небесной сфере, из соотношения tgC₀sina_e,e-1=tgb_e,e-1, как

Сферический прямоугольный треугольник С₀С₁С₂ на небесной сфере показан на фигуре 3. Катет а соответствует приращению азимута β, катет b - приращению угла места ε. Перерасчет УК (азимутов β_k и углов места ε_k) ЛО в значения углов c_k,0 и γ_k=у₀+c_k0 на наклонной плоскости u0w осуществляется с использованием правил сферической тригонометрии, так как угловые размеры проекций A₀A_k участков траектории ЛО на небесную сферу равны гипотенузам c_k сферических прямоугольных треугольников.

11. Вычисляют величины наклонных курсовых углов лоцируемого объекта в точках А_е в виде γ_e=γ₀+с_0,е, где

12. Задают координаты центра интервала синтезирования апертуры антенны на наклонной плоскости u0w как координаты точки А₂ пересечения вектора наклонной дальности, проведенного под углом с продолжением участка траектории А₀А₁.

13. Используя формулы для сферического прямоугольного треугольника, определяют координаты центра интервала синтезирования в координатах «азимут и угол места» в виде

β₂=β₀+a_2,0=β₀+arctg(tgc_2,0cosC₀),

ε₂=ε₀+b_2,0=ε₀+arcsin(sinc_2,0sinC₀),

а также прогнозируемое значение наклонной дальности до объекта в точке А₂ в виде

и прогнозируемую величину доплеровского сдвига частоты эхо-сигнала в центре интервала синтезирования в виде

14. Вычисляют величину максимального приращения доплеровских сдвигов частоты несущей в точках половинной мощности диаграммы направленности на ее противоположных склонах в виде

задают частоту повторения зондирующих импульсов радиолокационной системы ƒ_ЗИ≥2Δƒ_{д max}, определяют дальности до объекта на границах интервала синтезирования

длину интервала синтезирования

время синтезирования и интервал времени от момента t₀ (объект в точке А₀) до начала этапа синтезирования

15. Задают величину ρ_C желательной угловой разрешающей способности РЛС по угловым направлениям, вычисляют число N_C элементов разрешения на апертуре в виде и величину приращения по доплеровской частоте ρ_д, соответствующую ρ_С, как а также интервал дискретизации Δt_C в виде

16. Аппроксимируют функцию, описывающую зависимость наклонной дальности от времени прохождения объектом интервала синтезирования, тремя членами ряда Тейлора

где - номер интервала дискретизации, принимающий значения

V_D=Vcosγ₂ - радиальная скорость;

- радиальное ускорение,

и, для реализации гармонического анализа при обработке сигнала, формируют N_C отсчетов опорной функции вида

где H(t) - действительная весовая функция;

при имеем h(n_CΔt)=0;

j - мнимая единица.

17. Перемещают равносигнальное направление МГЛ в положение β₂, ε₂, при наступлении момента времени t₀+Δt_HC излучают в течение t_C зондирующие импульсы с частотой повторения ƒ_ЗИ и принимают эхо-сигналы от объекта или элементов группового объекта, пересекающих диаграмму направленности антенны радиолокационной системы на дальности в пределах интервала синтезирования.

18. Селектируют принятые сигналы по дальности, производят их аналого-цифровые преобразования (АЦП), запоминают их и формируют в течение времени t_C траекторный сигнал, представляющий собой сумму отсчетов отраженных от ЭГО сигналов

где - отсчеты отраженных сигналов;

- амплитуды отраженных сигналов;

Т_З - период следования зондирующих импульсов,

и отсчетов шума S_Ш(n₀Т_З), в виде

S_TC(n₀T_З)=S_e,m(n₀T_З)+S_Ш(n₀T_З).

При этом доплеровские частоты отраженных от ЭГО сигналов в составе траекторного сигнала определяются величинами угловых смещений Δ_2Ci элементов группового объекта относительно РСН и равны

19. Формируют N_C отсчетов траекторного сигнала для реализации многолучевой цифровой системы обработки [9], присущей способу гармонического анализа.

20. Перемножают отсчеты ТС и отсчеты опорной функции, демодулируя таким образом траекторный сигнал.

21. Вычисляют N_C=2^n-1 - точечное БПФ результата перемножения и модули его отсчетов, определяют значения частот демодулированного ТС как произведение ρ_дN_i, где N_i - номера отсчетов быстрого преобразования Фурье, превышающие порог, значение которого определяется величиной заданной вероятности ложной тревоги.

22. Вычисляют отношения значений и прогнозируемого доплеровского сдвига на равносигнальном направлении

откуда определяют значения sin Δ_2ci в виде

и углы отклонения от равносигнального направления элементов групповых объектов

23. Используя формулы для сферического прямоугольного треугольника, определяют угловые координаты отдельных элементов группового объекта в виде

24. Используя эти уточненные значения, а также измеренные величины наклонной дальности, скорости и курсового угла для точек А_е местонахождения лоцируемого объекта, строят уточненные траектории движения группового объекта и его элементов на участке ее кусочно-линейной аппроксимации, обеспечив заданную угловую разрешающую способность ρ_С.

25. Повторяя упомянутые операции для других объектов, аналогичным образом строят их траектории движения в пространстве, обеспечив заданную угловую разрешающую способность ρ_C.

При таком инверсном синтезировании апертуры антенны разрешающая способность, например, по азимутальной координате определяется шириной ДН (в азимутальной плоскости) синтезируемой антенны. Если на дальности D азимутальный размер синтезированной виртуальной апертуры будет d_C, то линейное разрешение составит что существенно лучше, чем при реальной антенне, так как размер d_C значительно больше размера d апертуры реальной антенны.

Примером системы, реализующей предложенный способ, является активная обзорная моноимпульсная РЛС с инверсным синтезированием апертуры антенны, структурная схема которой приведена на фигуре 4, где приняты следующие обозначения:

1 - передатчик (ПРД);

2 - блок делителей мощности (БДМ);

3 - блок приемо-передающих модулей (БППМ);

4 - антенная решетка (АР);

5 - синхронизатор (СХ);

6 - синтезатор частот (СЧ);

7 - устройство управления (УУ);

8 - устройство запоминания отсчетов весовой функции (УЗОВФ);

9 - вычислитель пеленгационных характеристик (ВПХ);

10 - вычислитель углов смещения максимумов ДН в МГЛ от РСН и коэффициентов разложения функции, описывающей ПХ (ВУСКР);

11 - блок умножителей и маршрутизатор потока данных (БУМПД);

12 - диаграммообразующее устройство МГЛ (ДОУ1);

13 - блок обнаружителей и измерителей дальностей (БОИД);

14 - блок измерителей угловых рассогласований (БИУР);

15 - блок вычислителя составляющих скорости ЛО (БВССЛО);

16 - блок формирования опорных функций (БФОФ);

17 - блок вычислителя скоростей и курсовых углов ЛО (БВСКУ);

18 - блок селекции параметров движения ЛО (БСПДЛО);

19 - блок вычислителя параметров движения ЛО на наклонной плоскости (БВПДНП);

20 - блок вычислителя прогнозируемых параметров движения ЛО (БВППД);

21 - блок формирования прогнозируемых опорных функций (БФПОФ);

22 - диаграммообразующее устройство суммарного канала (ДОУ2);

23 - блок формирования траекторного сигнала (БФТС);

24 - блок демодуляции траекторного сигнала (БДТС);

25 - вычислитель БПФ (ВБПФ);

26 - вычислитель УК элементов группового объекта (ВУКЭГО);

27 - построитель траекторий движения элементов группового объекта (ПТДЭГО). На фигуре 4 использованы дополнительные сокращения:

КУ - команда управления,

ИД - исходные данные,

ПД - поток данных,

ПОДС - последовательность отсчетов демодулированного сигнала,

ПООФ - последовательность отсчетов опорной функции,

ПОС - последовательность отсчетов сигнала,

ПОТС - последовательность отсчетов траекторного сигнала,

СИ - синхроимпульс,

ЧГ - частота гетеродина,

ЧП - частота передатчика.

Активная обзорная моноимпульсная РЛС с инверсным синтезированием апертуры антенны содержит (фигура 4) передатчик ПРД 1, выход которого подключен ко входу БДМ2, выходы которого соединены с 1вх…Ωвх входами БППМ 3. При этом 1вв…Ωвв входы-выходы БППМ 3 соединены с одноименными входами-выходами АР 4, а 1вых…Ωвых выходы БППМ 3 подключены к сигнальным входам 1вх…Ωвх БУМПД 11. Первый выход СХ 5 соединен со вторым входом ПРД 1, первый вход которого подключен к первому выходу СЧ 6, а второй выход СЧ 6 подключен к первому управляющему входу 1у БУМПД 11, ко второму управляющему входу 2у которого подключен второй выход СХ 5. Вход СХ 5 подключен шестому выходу УУ 7.

Вход СЧ 6 соединен с первым выходом УУ 7, второй выход которого соединен с третьим управляющим входом 3у БУМПД 11, а третий выход УУ 7 - с управляющими входами 1у БППМ 3 и ДОУ1 12. Ко второму управляющему входу 2у ДОУ 1 12 подключен четвертый выход УУ 7.

Первый выход 1вых БУМПД 11 подключен к сигнальному входу ДОУ1 12, первый выход которого подключен к первому входу БОИД 13, а второй выход - ко входу БИУР 14, выход которого соединен с восьмым входом УУ 7. К седьмому входу УУ 7 подключен первый выход 1вых БОИД 13, второй выход 2вых которого соединен с первым входом БВССЛО 15. Ко второму входу БВССЛО 15 подключен выход БФОФ 16, вход которого соединен с десятым выходом УУ 7. Выход БВССЛО 15 подключен ко входу БВСКУ 17, выход которого соединен с одиннадцатым входом УУ 7.

Четвертый выход СХ 5 подключен к управляющему входу БОИД 13, а пятый выход - к первому входу БСПДЛО 18, второй вход которого соединен с двенадцатым выходом УУ 7.

Пятнадцатый выход УУ 7 подключен ко входу УЗОВФ 8, первый выход которого подключен к первому входу ВПХ 9, а второй выход - к шестнадцатому входу УУ 7. Семнадцатый выход УУ 7 подключен ко второму входу ВПХ 9, выход которого подключен ко входу ВУСКР 10, а выход ВУСКР 10 - к восемнадцатому входу УУ 7.

К сигнальному входу ДОУ2 22 подключен второй выход 2вых БУМПД 11, а управляющий вход 1у ДОУ2 22 подключен к пятому выходу УУ 7.

В состав РЛС вновь введены БВПДНП 19, БВППД20, БФПОФ 21, БФТС 23, БДТС 24, ВБПФ 25, ВУКЭГО 26 и ПТДЭГО 27.

Вход БВПДНП 19 соединен с выходом БСПДЛО 18, а выход БВПДНП 19 - со вторыми входами БВППД 20 и БФПОФ 21. Сигнальный выход ДОУ2 22 подключен ко второму входу БФТС 23, а второй управляющий вход 2у ДОУ2 22 - к выходу 1у БВППД 20.

Первые входы БВППД 20 и БФТС 23 подключены к третьему выходу СХ 5. Первый выход 1вых БВППД 20 подключен к девятому входу УУ 7, второй выход 2вых - к первому входу БФПОФ 21, а третий выход 3вых - к третьему входу БФТС 23. Выход БФТС 23 подключен к первому входу БДТС 24, ко второму входу которого подключен выход БФПОФ 21.

Выход БДТС 24 соединен последовательно с ВБПФ 25, ВУКЭГО 26 и первым входом ПТДЭГО 27. Ко второму входу ПТДЭГО 27 подключен тринадцатый выход УУ 7, а выход ПТДЭГО 27 подключен к четырнадцатому входу УУ 7. Девятнадцатый выход УУ 7 является выходом системы.

Активная обзорная моноимпульсная РЛС работает следующим образом. После включения электропитания команда управления с первого выхода УУ 7 подается на СЧ 6, где синтезируются частота передатчика, которая с первого выхода СЧ 6 поступает на первый вход ПРД 1, и частота гетеродина, которая со второго выхода СЧ 6 поступает на первый управляющий вход 1у БУМПД 11. Со второго выхода УУ 7 на третий управляющий вход 3у БУМПД 11 и с третьего выхода УУ 7 на первые управляющие входы 1у БППМ 3 и ДОУ1 12 подаются команды управления.

На второй вход ПРД 1 поступают синхроимпульсы с первого выхода СХ 5 по командам, которые приходят с шестого выхода УУ 7. Синхроимпульсы подаются также со второго выхода СХ 5 на второй управляющий вход 2у БУМПД 11 и с пятого выхода СХ 5 на первый вход БСПДЛО 18.

ПРД 1 генерирует зондирующие импульсы, которые подаются через БДМ 2 на входы 1_вх…Ω_вх БППМ 3, где эти импульсы усиливаются в канальных усилителях мощности и, после прохождения через канальные циркуляторы, с входов-выходов 1_вв…Ω_вв поступают в АР 4, антенные элементы которой излучают зондирующие импульсы в заданную область пространства.

Геометрия задачи показана на фигуре 1, где в начале 0 системы координат 0xyz находится РЛС, а в точке A₀ - лоцируемый объект, который на рассматриваемом участке траектории движется прямолинейно и равномерно с произвольным углом пикирования (кабрирования) на постоянной высоте Н над поверхностью земли, которая считается плоской. Если объект движется по криволинейной траектории, то осуществляется ее кусочно-линейная аппроксимация. ЛО движется в пространстве со скоростью V, являющейся модулем вектора скорости V.

Отраженные от ЛО эхо-сигналы, достигшие РЛС, принимаются антенными элементами АР 4, которая для реализации поставленной задачи выполнена в виде цифровой антенной решетки (или аналоговой АР с цифровой обработкой сигналов) с прямоугольной формой апертуры. Принятые сигналы направляются в БППМ 3, каждый модуль которого содержит циркулятор, малошумящий усилитель (МШУ) и АЦП. После прохождения циркулятора сигнал поступает в канальный МШУ и далее преобразуется на промежуточную частоту, а затем подвергается аналого-цифровому преобразованию. С выходов 1_вых…Ω_вых БППМ 3 отсчеты смеси эхо-сигналов ЛО и шумов подаются на сигнальные входы 1_вх…Ω_вх БУМПД 11, с первого и второго выходов БУМПД 11 потоки данных направляются на сигнальные входы ДОУ1 12 и ДОУ2 22, где осуществляется их весовая обработка путем умножения на отсчеты функции W (x, у) Хэмминга. При этом на второй управляющий вход 2у ДОУ 1 12 с четвертого выхода УУ 7 поступают отсчеты ВФ, углы смещения максимумов ДН в МГЛ от РСН и коэффициенты разложения функции, описывающей ПХ.

Отсчеты ВФ Хэмминга извлекаются из устройства УЗОВФ 8 по команде, поступающей с пятнадцатого выхода УУ 7, и подаются со второго выхода УЗОВФ 8 на шестнадцатый вход УУ 7. На первый вход ВПХ 9 с первого выхода УЗОВФ 8 подаются отсчеты ВФ, а на второй вход - ИД с семнадцатого выхода УУ 7. Значения ПХ направляются с выхода ВПХ 9 на вход ВУСКР 10, где вычисляются углы смещения максимумов ДН в МГЛ от РСН, которые вместе с коэффициентами разложения функции, описывающей ПХ, подаются на восемнадцатый вход УУ 7.

В ДОУ1 12 формируется моноимпульсная группа лучей с общим фазовым центром, состоящая из двух пар лучей, смещенных от РСН на углы по азимуту и по углу места, обеспечивая в моноимпульсной РЛС линейные ПХ с размером Δβ_ПХ по азимуту и Δε_ПХ по углу места, соответственно. Такую же МГЛ или одиночный луч формируют в ДОУ2 22, при этом на первый управляющий вход 1у ДОУ2 22 с пятого выхода УУ 7 поступают команды управления и отсчеты ВФ.

При поступлении с первого выхода ДОУ1 12 на первый вход БОИД 13 суммарного сигнала определяют, с учетом поступающего на вход Упр синхроимпульсов с четвертого выхода СХ 5, время запаздывания эхо-сигналов и дальности до лоцируемых объектов, после чего направляют эти данные с первого выхода 1вых БОИД 13 на седьмой вход УУ 7. Со второго выхода 2вых БОИД 13 последовательность отсчетов сигнала поступает на первый вход БВССЛО 15, где по КУ с десятого выхода УУ 7, проходящим через БФОФ 16 на второй вход БВССЛО 15, в БВССЛО 15 вычисляют величины радиальной V_R и тангенциальной V_T составляющих скорости объектов. С выхода БВССЛО 15 значения V_Rm и V_Гm подаются на вход БВСКУ 17, где определяют модуль вектора скорости и курсовой угол лоцируемого m-го объекта, которые направляются на одиннадцатый вход УУ 7.

Обзор пространства осуществляют за счет сканирования МГЛ, для чего разбивают заданную область обзора пространства на (I+1)×(K+1) участков с размером каждого Δβ_ПХ вдоль азимутального и Δε_ПХ вдоль угломестного направлений. Затем, последовательно устанавливая РСН моноимпульсной группы лучей в центры участков

где - номера участков разбиения по азимуту и углу места соответственно, осуществляют дискретный обзор упомянутой области обзора. В течение интервала наблюдения Δt на каждом участке разбиения производят обнаружение всей совокупности лоцируемых объектов. Со второго выхода ДОУ1 12 значения углов отклонения от РСН подаются на вход БИУР 14, где вычисляются значения приращений азимутов и углов места, которые с выхода БИУР 14 поступают на восьмой вход УУ 7.

Далее измеряют и запоминают параметры движения лоцируемых объектов:

- наклонные дальности D_m;

- азимуты и углы места β_m=β_РСН+Δβ_m и ε_m=ε_РСН+Δε_m.

При повторных обзорах через интервалы времени Δt_ϕ измеряют параметры β_ϕ,m, ε_ϕ,m, D_ϕ,m, вычисляют высоты H_ϕ,m,=D_ϕ,msinε_ϕ,m полета объектов, приращения азимутов Δβ_ϕ,m,=β_ϕ,m-β_ϕ-1,m, углов места Δε_ϕ,m=ε_ϕ,m-ε_ϕ-1,m и высот полета ΔН_ϕ,m=H_ϕ,m-Н_ϕ-1,m, и запоминают полученные результаты.

Синхроимпульсы с третьего выхода СХ 5 подаются на первые входы БВППД 20 и БФТС 23. При этом в БВППД 20 пересчитывают угловые координаты объекта в его угловые координаты на наклонной плоскости u0w, а также определяют угол при вершине С₀ треугольника на небесной сфере и вычисляют величины наклонных курсовых углов лоцируемого объекта в точках А_е как γ_е=γ₀+с_0,е. КУ с первого управляющего выхода 1у БВППД 20 направляют на второй управляющий вход 2у ДОУ2 22, а с первого выхода 1вых БВППД 20 - на девятый вход УУ 7.

Используя формулы для сферического прямоугольного треугольника, определяют координаты центра интервала синтезирования в координатах «азимут и угол места», а также прогнозируемое значение наклонной дальности до объекта в точке А₂ в виде

и прогнозируемую величину доплеровского сдвига частоты эхо-сигнала в центре интервала синтезирования в виде которые со второго выхода 2вых БВППД 20 направляют на первый вход БФПОФ 21. Работа БВППД 20 и БФПОФ 21 осуществляется при поступлении на их вторые входы значений D_m, c_m и γ_m с выхода БВПДНП 19.

С выхода БФПОФ 21 последовательность отсчетов опорной функции направляют на второй вход БДТС 24, на первый вход которого с выхода БФТС 23 поступает последовательность отсчетов траекторного сигнала. На второй вход БФТС 23 поступает суммарный сигнал с выхода ДОУ2 22, а на третий вход - сигнал с третьего выхода 3вых БВППД 20.

Вычисляют величину максимального приращения доплеровских сдвигов частоты несущей в точках половинной мощности диаграммы направленности на ее противоположных склонах, задают частоту повторения зондирующих импульсов радиолокационной системы ƒ_ЗИ≥2Δƒ_{д max}, определяют дальности до объекта на границах интервала синтезирования, длину интервала синтезирования, время синтезирования и интервал времени от момента t₀ (объект в точке А₀) до начала этапа синтезирования

Задают величину ρ_C желательной угловой разрешающей способности РЛС по угловым направлениям, вычисляют число N_C элементов разрешения на апертуре как и величину приращения по доплеровской частоте ρ_д, соответствующую ρ_С, как , а также интервал дискретизации Δt_C в виде

Перемещают равносигнальное направление МГЛ в положение β₂, ε₂, при наступлении момента времени t₀+Δt_HC излучают в течение t_C зондирующие импульсы с частотой повторения ƒ_ЗИ и принимают эхо-сигналы от объекта или элементов группового объекта, пересекающих диаграмму направленности антенны радиолокационной системы на дальности в пределах интервала разрешения ρ_D.

Селектируют принятые сигналы по дальности, производят их аналого-цифровые преобразования, запоминают их и формируют в течение времени t_C траекторный сигнал, представляющий собой сумму отсчетов отраженных от ЭГО сигналов и отсчетов шума S_Ш(n₀T_З), причем доплеровские частоты отраженных от элементов группового объекта сигналов в составе траекторного сигнала определяются величинами их угловых смещений Δ_2Ci относительно равносигнального направления и равны

Формируют N_C отсчетов траекторного сигнала, перемножают отсчеты ТС и отсчеты опорной функции, демодулируя таким образом траекторный сигнал. Последовательность отсчетов демодулированного сигнала направляют с выхода БДТС 24 на вход ВБПФ 25, где вычисляют N_C=2^n-1 - точечное БПФ результата перемножения и модули его отсчетов, определяют значения частот демодулированного ТС как произведение ρ_дN_i, где N_i - номера отсчетов быстрого преобразования Фурье, превышающие порог, значение которого определяется величиной заданной вероятности ложной тревоги. Вычисляют отношения значений и прогнозируемого доплеровского сдвига на равносигнальном направлении. Значения с выхода ВБПФ 25 направляют на вход ВУКЭГО 26, где определяют углы отклонения от РСН элементов групповых объектов

которые с выхода ВУКЭГО 26 поступают на первый вход ПТДЭГО 27, на второй вход которого с тринадцатого выхода УУ 7 приходят УК лоцируемых объектов.

Используя формулы для сферического прямоугольного треугольника, определяют угловые координаты ЭГО и, используя эти уточненные значения, а также измеренные величины наклонной дальности, скорости и курсового угла для точек А_е местонахождения лоцируемого объекта. Затем строят уточненные траектории движения группового объекта и его элементов на участке ее кусочно-линейной аппроксимации, данные о которых с выхода ПТДЭГО 27 направляются на четырнадцатый вход УУ 7 и выдаются потребителям с девятнадцатого выхода УУ 7.

Повторяя упомянутые операции для других объектов, строят их траектории движения в пространстве, обеспечив заданную угловую разрешающую способность ρ_с.

При реализации данного способа использование для создания инверсной апертуры интервала синтезирования, соответствующего полной длине пути ЛО, пересекающего диаграмму направленности реальной антенны шириной несколько градусов по уровню минус 3 дБ, позволяет достичь величин углового разрешения в единицы угловых секунд. В действительности, из-за нестабильностей параметров движения ЛО и конечных значений величин ошибок их измерения, для синтеза апертуры может быть использована лишь часть интервала синтезирования длительностью 0,5-1,0 с. При этом, как показали расчеты, величины приращений доплеровских частот отраженных от ЛО сигналов на границах используемого интервала синтезирования не превышают нескольких десятков Гц, и разрешающая способность РЛС по УК может быть улучшена в 20-50 раз.

Реализация заявляемого способа не встречает затруднений при современном уровне развития радиотехники и устройств цифровой обработки сигналов. Возможность реализации предложенного способа обеспечивает ему критерий «промышленная применимость».

По сравнению с прототипом, получен следующий технический эффект.

За счет использования инверсного синтезирования апертуры антенной решетки и формирования в РЛС пеленгационных характеристик с размером линейного участка не менее ширины моноимпульсной группы лучей упомянутой решетки по уровню половинной мощности обеспечено повышение в несколько десятков раз угловой разрешающей способности обзорной активной радиолокационной системы. Это дает возможность селекции отдельных элементов перемещающихся в пространстве групповых объектов и раздельного построения траекторий их движения.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в наземных системах обзорной активной радиолокации и радиовидения. Достигаемый технический результат - определение значения углового разрешения лоцируемых объектов (ЛО), разрешение отдельных элементов групповых ЛО и более точное определение их траекторий. Технические результаты достигаются тем, что используют цифровую антенную решетку или аналоговую антенную решетку с цифровой обработкой сигналов и прямоугольной формой апертуры, диаграммы направленности которой образуют в пространстве моноимпульсную группу лучей (МГЛ), разбивают заданную область обзора пространства на участки, осуществляют дискретный обзор и производят обнаружение всей совокупности ЛО, измеряют и запоминают параметры движения ЛО, пересчитывают их угловые координаты (УК) в УК на плоскости наклонных дальностей и вычисляют величины наклонных курсовых углов ЛО в точках А_e, задают координаты центра интервала синтезирования апертуры антенны на наклонной плоскости и определяют координаты центра интервала синтезирования в координатах «азимут и угол места», вычисляют величину максимального приращения доплеровских сдвигов частоты несущей в точках половинной мощности диаграммы направленности на ее противоположных склонах, задают частоту повторения зондирующих импульсов, определяют дальности до объекта на границах интервала синтезирования, длину интервала синтезирования, время синтезирования и интервал времени от момента t₀ до начала этапа синтезирования, задают величину желательной угловой разрешающей способности РЛС по угловым направлениям и вычисляют число элементов разрешения на апертуре, аппроксимируют функцию, описывающую зависимость наклонной дальности от времени прохождения объектом интервала синтезирования, тремя членами ряда Тейлора, формируют отсчеты опорной функции, перемещают равносигнальное направление (РСН) МГЛ в определенное положение, в определенный момент времени излучают в течение t_C зондирующие импульсы с заданной частотой повторения и принимают эхо-сигналы от объекта или элементов групповых объектов (ЭГО), селектируют принятые сигналы по дальности, производят их аналого-цифровые преобразования, запоминают их и формируют в течение времени t_C траекторный сигнал (ТС), перемножают отсчеты ТС и отсчеты опорной функции, демодулируя таким образом ТС, вычисляют точечное быстрое преобразование Фурье результата перемножения и модули его отсчетов, определяют значения частот демодулированного ТС, определяют углы отклонения ЭГО от РСН, определяют угловые координаты ЭГО и, используя эти уточненные значения, а также измеренные величины наклонной дальности, скорости и курсового угла для точек местонахождения ЛО, строят уточненные траектории движения группового объекта и его элементов на участке ее кусочно-линейной аппроксимации. 4 ил.

Способ активной обзорной моноимпульсной радиолокации с инверсным синтезированием апертуры антенны, при котором

излучают в заданную область пространства зондирующие импульсы и принимают эхо-сигналы от лоцируемых объектов при сканировании диаграммой направленности антенны,

измеряют время запаздывания эхо-сигналов для определения дальности до лоцируемых объектов,

определяют величины радиальной V_R и тангенциальной V_T составляющих скорости объектов, соответствующих максимальным значениям результатов когерентного накопления откликов, являющихся свертками последовательности выборок суммы эхо-сигнала S_t и шума η_p(t) с каждой из множества опорных функций где р, - номера расчетных значений скоростей, составляющих матрицу опорных функций,

вычисляют значения модуля вектора скорости и курсовой угол лоцируемого m-го объекта,

отличающийся тем, что

используют в качестве приемной антенны цифровую антенную решетку или аналоговую антенную решетку с цифровой обработкой сигналов и прямоугольной формой апертуры, диаграммы направленности которой образуют в пространстве моноимпульсную группу лучей с общим фазовым центром, смещенных от равносигнального направления на углы по азимуту и по углу места соответственно, обеспечивающие в моноимпульсной суммарно-разностной радиолокационной системе, при формировании на апертуре решетки амплитудного распределения электромагнитного поля в виде произведения весовых функций Хэмминга, пеленгационные характеристики с линейным участком размером Δβ_ПХ по азимуту и Δε_ПХ по углу места,

разбивают заданную область обзора пространства на (I+1)×(K+1) участков с размером каждого Δβ_ПХ вдоль азимутального и Δε_ПХ вдоль угломестного направлений и, последовательно устанавливая равносигнальное направление моноимпульсной группы лучей в их центры где - номера участков разбиения по азимуту и углу места соответственно, осуществляют дискретный обзор упомянутой области обзора, в течение интервала наблюдения Δt на каждом участке разбиения производят обнаружение всей совокупности лоцируемых объектов,

измеряют и запоминают параметры движения лоцируемых объектов:

- наклонные дальности D_m;

- азимуты и углы места β_m=β_РСН+Δβ_m и ε_m=ε_РСН+Δε_m, где Δβ_m и Δε_m - результаты решения линейных уравнений и а и - коэффициенты разложения в ряд Маклорена функций S^β(β) и S^ε(ε), описывающих пеленгационные характеристики по азимуту и по углу места, и - сигналы рассогласования с выходов угловых дискриминаторов, где верхние индексы β и ε обозначают тип координат,

извлекают из памяти угловые координаты, дальности и доплеровские сдвиги частоты конкретного лоцируемого объекта, измеренные через равные промежутки времени в точках A₀, А₁, … А_е траектории, где - номер точки, угловое расстояние между которыми превышает ϑ_0,5, где ϑ_0,5 - ширина диаграммы направленности по уровню минус 3 дБ,

пересчитывают угловые координаты объекта в его угловые координаты на наклонной плоскости u0w, являющейся плоскостью наклонных дальностей, и определяют величину угла с_е,e-1 при вершине треугольника А_е0А_е-1 на плоскости u0w как длину гипотенузы сферического прямоугольного треугольника

где а_е,e-1=(β_е-β_e-1)cos[min(ε_e-1,ε_e)]=Δβ_e,e-1;

b_e,e-1=ε_е-ε_e-1=Δε_e,e-1,

а также угол при вершине С₀ треугольника на небесной сфере из соотношения tgC₀sina_e,e-1=tgb_e,e-1 как

вычисляют величины наклонных курсовых углов лоцируемого объекта в точках А_е как γ_e=γ₀+с_0,е, где

задают координаты центра интервала синтезирования апертуры антенны на наклонной плоскости u0w как координаты точки А₂ пересечения вектора наклонной дальности, проведенного под углом с продолжением участка траектории A₀A₁,

определяют координаты центра интервала синтезирования в координатах «азимут и угол места» в виде

β₂=β₀+a_2,0=β₀+arctg(tgc_2,0cosC₀),

ε₂=ε₀+b_2,0=ε₀+arcsin(sinc_2,0sinC₀),

а также прогнозируемое значение наклонной дальности до объекта в точке А₂ как

и прогнозируемую величину доплеровского сдвига частоты эхо-сигнала в центре интервала синтезирования в виде

где V - скорость объекта;

λ - длина волны,

вычисляют величину максимального приращения доплеровских сдвигов частоты несущей в точках половинной мощности диаграммы направленности на ее противоположных склонах как

задают частоту повторения зондирующих импульсов радиолокационной системы ƒ_ЗИ≥2Δƒ_{д max}, определяют дальности до объекта на границах интервала синтезирования

длину интервала синтезирования

время синтезирования и интервал времени от момента t₀ (объект в точке А₀) до начала этапа синтезирования

задают величину ρ_C желательной угловой разрешающей способности радиолокационной системы по угловым направлениям, вычисляют число N_C элементов разрешения на апертуре как и величину приращения по доплеровской частоте ρ_д, соответствующую ρ_С, как а также интервал дискретизации Δt_C как

аппроксимируют функцию, описывающую зависимость наклонной дальности от времени прохождения объектом интервала синтезирования, тремя членами ряда Тейлора

где - номер интервала дискретизации, принимающий значения

V_D=Vcosγ₂ - радиальная скорость;

- радиальное ускорение,

формируют N_C отсчетов опорной функции вида

где H(t) - действительная весовая функция;

при имеем h(n_CΔt)=0;

j - мнимая единица,

перемещают равносигнальное направление моноимпульсной группы лучей в положение β₂, ε₂, при наступлении момента времени t₀+Δt_HC излучают в течение t_C зондирующие импульсы с частотой повторения ƒ_ЗИ и принимают эхо-сигналы от объекта или элементов группового объекта, пересекающих диаграмму направленности антенны радиолокационной системы на дальности в пределах интервала синтезирования,

селектируют принятые сигналы по дальности, производят их аналого-цифровые преобразования, запоминают их и формируют в течение времени t_C траекторный сигнал, представляющий собой сумму отсчетов отраженных от элементов группового объекта сигналов

где - отсчеты отраженных сигналов;

- амплитуды отраженных сигналов;

Т_З - период следования зондирующих импульсов,

и отсчетов шума S_Ш(n₀Т_З) в виде

S_ТС(n₀T_З)=S_e,m(n₀T_З)+S_Ш(n₀T_З),

причем доплеровские частоты отраженных от элементов группового объекта сигналов в составе траекторного сигнала определяются величинами угловых смещений Δ_2Ci элементов группового объекта относительно равносигнального направления и равны

формируют N_C отсчетов траекторного сигнала,

перемножают отсчеты траекторного сигнала и отсчеты опорной функции, демодулируя таким образом траекторный сигнал,

вычисляют N_C=2^n-1 - точечное быстрое преобразование Фурье результата перемножения и модули его отсчетов, определяют значения частот демодулированного траекторного сигнала как произведение ρ_д N_i, где N_i - номера отсчетов быстрого преобразования Фурье, превышающие порог, значение которого определяется величиной заданной вероятности ложной тревоги,

вычисляют отношения значений и прогнозируемого доплеровского сдвига на равносигнальном направлении

откуда определяют значения sin Δ_2ci в виде

и углы отклонения от равносигнального направления элементов групповых объектов

определяют угловые координаты элементов групповых объектов в виде

используют эти уточненные значения, а также измеренные величины наклонной дальности, скорости и курсового угла для точек А_е местонахождения лоцируемого объекта, строят уточненные траектории движения группового объекта и его элементов на участке ее кусочно-линейной аппроксимации,

повторяя упомянутые операции для других объектов, строят их траектории движения в пространстве.