Способ селекции имитаторов вторичного излучения воздушных объектов Российский патент 2019 года по МПК G01S7/292 

Изобретение относится к методам обработки полученной радиолокационным способом информации и может быть использовано в когерентно-импульсных радиолокационных станциях (РЛС) сопровождения для селекции воздушных объектов (ВО), имитирующих радиолокационные характеристики (РЛХ) воздушных объектов, то есть имитаторов вторичного излучения (ИВИ).

Под РЛХ понимается совокупность всех характеристик, описывающих связи между одноименными параметрами (энергетическими, фазовыми, частотными, поляризационными и т.д.) облучающего и отраженного сигналов с учетом пространственно-временного положения ВО [1]. При всем своем многообразии РЛХ бывают статические и динамические. Например, к статической РЛХ относиться диаграмма обратного вторичного излучения (ДОВИ) ВО, описывающая зависимость изменения амплитуды (энергии) отраженных сигналов от угла поворота ВО относительно РЛС на фиксированной дальности, к динамической - отражательная характеристика (ОХ) ВО, показывающую зависимость изменения амплитуды (энергии) отраженных сигналов при движении ВО относительно РЛС. Значение ДОВИ для фиксированного угла локации определяет величину эффективной площади рассеяния (ЭПР) ВО, которая зависит от ракурса. Использование ЭПР в качестве признака классификации ВО обусловлено тем, что ее значение зависит от электромагнитных свойств ВО, соотношения между его линейными размерами и длиной волны, конфигурации ВО и его ориентации относительно РЛС. Непредсказуемость ОХ ВО связана нелинейностью изменения ракурса ВО при рысканиях его планера в турбулентной атмосфере. Указанная непредсказуемость обусловливает возможность и удобство имитации ОХ реальных ВО с помощью цифровой обработки и преобразования зондирующего сигнла, проникающего в приемный тракт имитатора-переизлучателя, т.е. ИВИ.

Известен способ селекции истинных ВО на фоне ИВИ [2] по характеру изменения их ЭПР. Он основан на измерении ЭПР объекта [3]. Суть способа заключается в том, что излучают зондирующие сигналы в направлении сопровождаемого ВО, по мере отражения от него запоминают в течение некоторого времени Δt амплитуды отраженных сигналов. По запомненным амплитудам отраженных сигналов формируют ОХ ВО [1-6]. Затем анализируют сформированную ОХ ВО. При этом задаются определенной величиной изменения уровня отраженного сигнала от ВО ΔU и измеряют величину изменения ракурса локации ВО Δγ, приводящего к заданному изменению амплитуды отраженного сигнала ΔU. Далее сравнивают измеренную величину Δγ изменения ракурса локации с заранее установленным пороговым значением Δγ_пор. В случае превышения порога принимают решение о том, что объектом отражения радиоволн является ИВИ.

Выбор признака селекции ИВИ Δγ авторы [2] проводили с учетом того, что при пеленге объекта простейшей формы (шар, линза, уголковая конструкция) или малых размеров амплитуда отраженных сигналов слабо зависит от изменения величины ракурса локации. Например, для имитации больших значений ЭПР ВО, что присуще геометрически протяженным объектам, ранее часто использовались ИВИ типа линзы Люнеберга или уголкового отражателя [3]. ЭПР этих объектов может достигать больших величин при малых геометрических размерах. Однако существенного изменения амплитуды отраженного сигнала от этих ИВИ при изменении ракурса локации не происходит.

Если объект сложный (например, самолет), то с изменением ракурса амплитуда отраженного сигнала существенно изменяется [3]. Даже весьма малые изменения ракурса порядка единиц или долей градусов приводят к значительным (в разы) изменениям амплитуды отраженного сигнала. Непредсказуемые вариации амплитуды отраженных сигналов называют флюктуациями. Для регистрации таких флюктуаций ВО должен сопровождаться радиолокатором в течение некоторого интервала времени Δt, что дает возможность проследить за изменением амплитуды сигналов в зависимости от изменения ракурса локации ВО.

Недостатком данного способа является то, что современные ИВИ типа MALD [7-9] имеют возможность не только переотражать принятые зондирующие сигналы, но также усиливать их до уровня, соответствующего ЭПР ВО сложной конфигурации (СК), имитируя процесс изменения амплитуды отраженного от ВО сигнала с помощью амплитудной модуляции. Непредсказуемость амплитудной модуляции позволила разработать имитатор отражений импульсных зондирующих сигналов от сложного сосредоточенного (многоточечного) ВО в квазиоптической области отражения, который является основным элементом ИВИ типа MALD. Амплитудная модуляция отраженного сигнала при изменении ракурса локации является характерным признаком ВО, имеющего сложную геометрическую конфигурацию. Оснащенный переотражающим имитатором-модулятором ИВИ типа MALD, имеющий малую стоимость, способен имитировать амплитудные флюктуации сигналов, отраженных ВО СК. В результате ИВИ по признаку изрезанности ОХ не будет отличаться от ВО СК. Значит, признак селекции, используемый в [2], в отношении ИВИ типа MALD и ему подобных оказывается неработоспособным.

Известен и другой способ селекции ИВИ [10], заключающийся в том, что две синхронизированные по времени радиолокационные станции РЛС1 и РЛС2 одновременно облучают выбранный для распознавания ВО импульсными высокочастотными сигналами сантиметрового диапазона. Для развязки излучений несущие частоты основной РЛС1 и дополнительной РЛС2 радиолокационных станций должны отличаться на величину порядка 70 кГц. Указанные РЛС предлагается размещать на расстоянии d, не превышающем 2 км в направлении перпендикулярном основному направлению ожидаемого подлета ВО или ИВИ. Периоды повторения Т_и импульсов РЛС1 и РЛС2 выбирают одинаковыми. Осуществляют обоими РЛС автоматическое сопровождение воздушного объекта по угловым координатам и дальности, определяют значения угловых координат и дальности в каждый момент времени. С переходом на автосопровождение выбранного для распознавания ВО отраженные от него сигналы после приема переводятся с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в цифровую форму и запоминаются в оперативных запоминающих устройствах (ОЗУ) соответствующих РЛС. Запоминанию подлежат амплитуда и точное время приема каждого отраженного импульса. Для запоминания точного времени приема n-го импульсного сигнала целесообразно использовать формулу t_n=nT_и, где n - номер отраженного импульса. Запоминание проводится в течение временного интервала Δt, одинакового для обоих РЛС. Выбор временного интервала At проводят с учетом реальных значений полупериодов рысканий ВО при его полете в турбулентной атмосфере [11]. Интервал Δt должен быть не менее 4 секунд.

Из запомненных амплитуд и значений времени приема каждого импульса в ОЗУ РЛС1 создается двумерный массив данных M1, а в ОЗУ РЛС2 - двумерный массив данных М2. Каждый из этих массивов будет выражать собой ОХ ВО.

Для устранения составляющих, связанных с проявлениями турбовинтового эффекта (ТВЭ), проводится сглаживание (низкочастотная фильтрация) значений амплитуд отраженных сигналов, записанных в массивы M1, М2 [12-14].

Конкретно, для сглаживания данных, выражающих амплитуды принятых сигналов, из массива M1 выбирают первые 32 элемента от U_1M1 до U_32M1, находят их среднее арифметическое и записывают его значение U_cp1М1 в первый элемент массива M1. Затем извлекают значения элементов массива M1 со 2-го (U_2M1) по 33-й (U_33M1), находят их среднее арифметическое и записывают его значение U_cp2M1 во вторую ячейку массива M1. Описанную операцию повторяют до тех пор, пока не будет использована последняя совокупность из 32-х значений элементов массива с (N-31)-го (U_(N-31)M1) по N-й (U_NM1). Их среднее арифметическое U_cp(N-31)M1 записывают в элемент массива M1 с номером (N-31). Остальные элементы массива M1 с (N-30)-го по N-й остаются неизменными или обнуляются и в дальнейших операциях не участвуют.

Аналогичным образом проводят сглаживание данных в массиве М2. В результате такого сглаживания данные массивов M1 и М2 (за исключение последних 31 члена) будут выражать собой низкочастотную планерную ОХ ВО, вид которой определяется отражением волн от элементов конструкции планера ВО. В таком виде планерная ОХ ВО пригодна для селекции ИВИ.

Для проведения дальнейших операций число элементов массивов M1 и М2 уменьшают на 31, удаляя последние элементы. Далее для упрощения изложения способа селекции изложенные выше действия будем называть операцией устранения составляющих ТВЭ методом сглаживания.

На первом этапе селекции используются данные массива M1, сформированного в РЛС1, и предложенный в [2] признак. Это позволяет на основе известного способа селектировать ИВИ типа уголковых отражателей, фольги, линз Люнеберга и им подобных на фоне реальных ВО.

Задавшись определенным уровнем изменения амплитуды отраженного сигнала ΔU, анализируют сформированный двумерный массив данных M1 и находят интервал времени Δt_ΔU, в течение которого амплитуда отраженного сигнала изменяется на величину ΔU. Для этого из массива M1 выбирают элемент с номером j, соответствующий максимальному значению амплитуды отраженного сигнала. Приняв номер элемента j за начало отсчета, последовательно изменяют номер элемента на единицу и находят номер k такого элемента массива, в котором записана амплитуда отраженного сигнала U_k, отличающаяся от амплитуды U_j с номером n на величину ΔU. Далее находят интервал времени, соответствующий изменению амплитуды отраженного сигнала на величину ΔU, по формуле Δt_ΔU=T_и|j-k|.

Величину найденного интервала Δt_ΔU сравнивают с пороговым значением Δt_пор, учитывающим среднюю скорость изменения ракурса локации ВО при рысканиях, составляющую величину порядка 1,5%. В случае превышения величиной Δt_ΔU порогового значения Δt_пор сразу принимают окончательное решение о наличии ИВИ. В этом случае дальнейшая селекция не требуется.

Однако ИВИ может оказаться имитатором типа MALD [7]. Тогда отраженные сигналы будут интенсивно изменять свою амплитуду за малый интервал времени Δt, имитируя отражательную характеристику реального ВО. В этом случае на первом этапе селекции будет принято предварительное решение о возможном наличии реального ВО.

Для принятия окончательного решения о наличии реального ВО на втором этапе используют двумерные массивы данных M1 и М2, полученные при радиолокационном приеме соответственно в РЛС1 и РЛС2. В основе селекции ИВИ на втором этапе лежит сравнение массивов данных M1 и М2 отраженных от ВО сигналов.

Для сравнения двумерных массивов M1 и М2 оцифрованные данные, выражающие массив М2, передают по средствам связи в РЛС1. Это позволяет цифровой вычислительной машине РЛС1 производить поимпульсное сравнение амплитуд отраженных сигналов, полученных с помощью РЛС1 и РЛС2. Для этого из сглаженного массива M1 извлекается первый элемент U_cp1M1 а из сглаженного массива М2 - первый элемент U_ср1M2. Их значения сравниваются, и вычисляется модуль разности |U_cp1M1 - U_cp1M2|. Затем из массивов M1 и М2 извлекаются вторые элементы и вычисляется аналогичная разность |U_cp2M1 - U_cp2M2|. Данная операция повторяется до окончания перебора всех элементов массива. На s-oм шаге будет вычисляться величина |U_cpsM1 - U_cpsM2|. Если число элементов сглаженного массива обозначить через S, то последняя разность модулей выражается формулой |U_cpSM1 - U_cpSM2|- Из алгоритма усреднения ясно, что число элементов сглаженного массива S=N-31. Правильное соответствие амплитуд отраженных сигналов по времени обеспечивается синхронизацией РЛС1 и РЛС2, а также записью в массивы совместно с амплитудой каждого сигнала точного времени его прихода. Рассчитанные модули разностей складываются. В результате производится вычисление величины несоответствия ОХ ВО РЛС1 и РЛС2 по формуле

где S - количество элементов в сглаженном массиве M1 (количество элементов в массивах M1 и М2 одинаково, т.к. одинаковыми являются период записи сигналов Δt и период повторения Т_и).

Описанный алгоритм нахождения ΔU_Σ будем в дальнейшем называть процедурой почленного сравнения элементов массивов и нахождения интегрального несоответствия.

Полученное значение ΔU_Σ сравнивают с пороговой величиной ΔU_пор. В случае превышения величиной ΔU_Σ величины порога ΔU_пор принимают окончательное решение о наличии реального ВО. В противном случае принимают окончательное решение о том, что ВО является ложным, т.е. представляет собой ИВИ.

Недостатком способа [10] является то, что он неработоспособен для вариантов ИВИ, формирующих разные ОХ на разных частотах. Кроме того способ не учитывает возможное отличие коэффициентов усиления приемных каналов РЛС1 и РЛС2, которое может привести к значительному расхождению значений элементов массивов M1 и М2 после устранения составляющих ТВЭ методом сглаживания.

Большинство ВО, как правило, имеет сложную конфигурацию, что при облучении их электромагнитными волнами (ЭМВ) с длиной волны меньшей их геометрических размеров приводит к возникновению локальных областей отражения на поверхности ВО. Данные области для упрощения можно представить точечными локальными рассеивающими центрами (РЦ), разнесенными в пространстве. Эти РЦ удалены от РЛС на расстояния d_i (где i - номер РЦ), которые зависят от дальности до ВО и его архитектуры. На фиг. 1 показаны РЦ 1, 2 и 3, расположенные на поверхности планера ВО СК 4. Каждый РЦ имеет вполне определенное удаление от РЛС 5, т.е d₁ для РЦ 1, d₂ для РЦ 2, d₃ для РЦ 3.

На фиг. 1 показан процесс сложения составляющих отраженного от РЦ ВО сигнала. В процессе движения ВО относительно РЛС происходит его поворот (вращение) относительно линии визирования и удаление или приближение в зависимости траектории движения, что приводит к изменению задержек составляющих отраженного от РЦ ВО сигнала. Пример изменения задержек сигнала вследствие поворота ВО относительно линии визирования при поступательном движении ВО относительно РЛС для трех РЦ показан на фиг. 2. На нем цифрой 6 обозначено положение рассеивающих центров, соответствующее моменту времени t₁ а цифрой 7 - времени t₂. Процесс поворота приводит к флюктуациям амплитуд и фаз суммарного отраженного сигнала, закон которых зависит от архитектуры ВО и частоты зондирующего сигнала. Этот закон может имитироваться с помощью ИВИ.

С развитием электроники и вычислительной техники появился ряд подходов к эксклюзивной модуляции сигнала, излученного РЛС и переизлученного ИВИ в интересах имитации ОХ ВО СК.

При первом подходе зондирующий сигнал от РЛС принимается широкополосным приемником ИВИ, усиливается широкополосным усилителем, коэффициент усиления которого изменяется во времени в соответствии с законом вторичного излучения для имитируемого типа ВО, и переизлучается в направлении РЛС. Коэффициент усиления передатчика ИВИ должен быть таким, чтобы минимальный уровень имитируемого отраженного сигнала в несколько раз (на порядок) превосходил реальный отраженный сигнал. При таком подходе ИВИ формирует одинаковые ОХ на всех частотах зондирования.

При втором подходе (фиг. 3) зондирующий сигнал от РЛС 8 принимается антенной 9 ИВИ 16, поступает на приемопередатчик 10, усиливается и распределяется на несколько каналов с помощью делителя 11. Каждый канал включает усилитель 12 и регулируемую линию задержки 13, параметрами которых управляет ЭВМ 14. Сигналы с регулируемых линий задержки 13 поступают на сумматор 15, к выходу которого подключен приемопередатчик 10, передающий сформированный сумматором совокупный имитируемый отраженный сигнал на антенну 9 для излучения в направлении РЛС 8 (фиг. 3). Элементы 9-15 являются составными частями ИВИ 16. Число каналов соответствует количеству имитируемых локальных РЦ для заданного типа ВО. В каждом канале сигнал усиливается (до величины пропорциональной отражающей способности РЦ) и задерживается на интервал времени, соответствующий пространственному расположению РЦ на поверхности планера имитируемого ВО в данный момент времени. Причем задержки сигналов, соответствующие взаимному пространственному расположению РЦ, с течением времени меняются, имитируя поворот ВО относительно РЛС. Это отчетливо прослеживается по фиг. 2, на которой в результате имитации поворота ВО относительно РЛС радиальное удаление i-го РЦ Δd_i изменяется. То есть поворот ВО является причиной изменения радиальных задержек. Причем изменение радиального расстояния для каждого РЦ индивидуально. В каждом периоде зондирования осуществляется сложение усиленных и задержанных сигналов и переизлучение полученного интегрального сигнала в направлении РЛС.

При таком подходе переизлученный сигнал формируется в результате интерференции радиосигналов разных каналов. Сигнал на раскрыве антенны (фиг. 1) равен сумме отраженных от РЦ ВО сигналов, а его амплитуда определяется их фазовыми соотношениями. При этом фазовые соотношения будут зависеть от частоты имитируемого переизлученного сигнала. Чем выше частота, тем быстрее изменяется фаза совокупного отраженного сигнала во времени, и тем интенсивнее будет флюктуировать ОХ.

Следовательно, вид ОХ при такой имитации будет зависеть от частоты зондирующего сигнала. То есть в РЛС с разными несущими частотами при пеленге ИВИ будут получены разные ОХ, что соответствует варианту отражения от реального ВО СК. При выработке окончательного решения в известном способе селекции ИВИ [10] в отношении ИВИ, использующего описанный выше интерференционный алгоритм формирования ОХ, будет принято решение, что наблюдается ВО СК. То есть способ не позволит осуществить правильную селекцию ИВИ.

Еще одним недостатком известного способа является то, что при различии коэффициентов усиления приемных каналов РЛС1 и РЛС2 становится невозможным осуществлять корректное поимпульсное сравнение амплитуд отраженных сигналов в цифровой вычислительной машине. Сравнение приводит к правильному выводу только в том случае, когда коэффициенты усиления приемных каналов РЛС1 и РЛС2 строго идентичны.

Отмеченные недостатки способа [10] следует устранить.

Задачей изобретения является совершенствование известного способа селекции ИВИ [10] для придания ему работоспособности в отношении ИВИ, имитирующих радиолокационные характеристики реальных ВО, облучаемых сигналами РЛС с разными несущими частотами.

Для решения задачи предлагается изменить алгоритм формирования ОХ, а также количество используемых ОХ. Две отражательные характеристики на частотах f1 и f2 предлагается формировать с одного ракурса, а третью ОХ на частоте f1 - с другого ракурса. Под ракурсом понимается направление пеленгации ВО. Отражательные характеристики, формируемые совместно на разных несущих частотах и при различных параметрах локации (на разных ракурсах), обеспечивают при предлагаемом способе однозначное определение факта имитации РЛХ и признаков ВО СК.

Суть предлагаемого способа селекции ИВИ заключается в следующем. Для селекции ИВИ предлагается использовать РЛС и пассивный приемный модуль (ППМ), включающий антенную систему, приемную систему, настроенную на частоту f₁ и задерживающую (блокирующую) радиоимпульсы на частоте f₂, систему управления антенной, ОЗУ, АЦП, средства связи для приема информации от радиолокационной станции и передачи данных на радиолокационную станцию. Основное отличие ППМ от РЛС заключается в отсутствии передатчика для излучения радиолокационных сигналов в направлении ВО. Основная РЛС осуществляет поиск ВО и взятие его на сопровождение, проводит его отождествление на основе измеренных координат и скорости движения, используя зондирующие сигналы, определяющие ее основные технические характеристики, в части касающейся обнаружения ВО и взятия их на сопровождение. После принятия оператором решения на селекцию ИВИ по соответствующей команде (сигналу) РЛС начинает излучать специальный двухчастотный сигнал (ДС), представляющий собой последовательность радиоимпульсов, в котором несущие частоты в смежных радиоимпульсах отличаются на величину Δf=f1-f2, где f1 и f2 - несущие частоты смежных радиоимпульсов в последовательности. Экспериментально установлено, что разность частот Δf должна составлять не менее 100 МГц. Для осуществления селекции ИВИ на расстоянии до ВО 100 км радиолокационную станцию и ППМ необходимо удалять друг от друга на расстояние не менее 600 м в направлении перпендикулярном основному направлению ожидаемого подлета ВО или ИВИ. С увеличением (уменьшением) предполагаемого расстояния до ВО взаимное расположение РЛС и НИМ, выбираемое заблаговременно, целесообразно увеличивать (уменьшать).

Для обнаружения селектируемого ВО пассивным приемным модулем и слежения за этим ВО его координаты, измеренные с помощью РЛС, по средствам связи передают из РЛС в ППМ. Пассивный приемный модуль принимает отраженные от ВО на частоте f1 сигналы и осуществляет его пассивное сопровождение по угловым координатам и дальности. В связи с незначительным удалением ППМ от РЛС пересчет координат ВО не требуется. Отраженные ВО сигналы на частоте f2 не проходят через частотно-избирательные цепи ППМ. Селекция осуществляется путем сравнения, во-первых, ОХ ВО в РЛС на частотах f1 и f2, а во-вторых, путем сравнения ОХ ВО, сформированных в РЛС и в ППМ на частоте f1.

Селекция основана на проверке выполнении определенных условий. Решение о наличии ИВИ принимается в случае, если отражательные характеристики на частотах f1 и f2 будут одинаковыми, что означает или наличие в составе ВО всего одного локального РЦ или попытку имитации ВО СК. То есть и в том и другом случае ОХ будут сформированы искусственным путем, а не в результате интерференции радиоволн, отраженных от планера ВО, имеющего несколько пространственно распределенных РЦ. При отражении от ВО СК вследствие разной длины волны зондирующего сигнала на частотах f1 и f2 интерференционное суммирование (суперпозиция) отражений от планера ВО должно приводить к формированию несовпадающих, т.е. разных ОХ.

При отличиях в ОХ на частотах f1 и f2, полученных синхронно в одной РЛС, для выработки верного обоснованного решения на втором этапе сравниваются ОХ, сформированные в РЛС и ППМ на частоте f1. В результате принимается решение о наличии ИВИ, если ОХ, зафиксированные в РЛС и ППМ являются идентичными. Отражательные характеристики ВО СК, сформированные на одинаковой частоте, но с разных ракурсов, не могут совпадать. После подведения итогов последнего сравнения селекция ИВИ заканчивается.

Рассмотрим выполняемые операции подробно. Для реализации вышеизложенного способа с переходом на автосопровождение выбранного для селекции ВО в РЛС после включения оператором режима селекции ИВИ при зондировании пространства начинает использоваться ДС. Отраженные от ВО сигналы после приема, фильтрации и усиления переводятся с помощью АЦП в цифровую форму, а их параметры запоминаются в оперативном запоминающем устройстве РЛС. Запоминанию подлежат амплитуда и точное время приема каждого отраженного импульса. Оцифровку амплитуды проводят в пике отклика отраженного импульса. Для запоминания точного времени приема n-го импульсного сигнала используют формулу t_n=nT_и, где n - номер отраженного импульса. При этом нечетные импульсы, принимаемые в моменты t1_n=(2n+1)T_и, соответствуют частоте f1, а четные, принимаемые в моменты t2_n=2nT_и, - частоте f2. Запоминание проводят в течение временного интервала Δt порядка 4-5 секунд. В ППМ осуществляются аналогичные операции, то есть прием нечетных импульсов на частоте f1 с использованием частотной фильтрации, усиление и перевод их параметров в цифровую форму. Отличие состоит в том, что в ППМ фиксируются амплитуда и точное время приема импульсов только на частоте f1 с периодом повторения 2Т_и.

Из запомненных амплитуд и значений времени приема каждого импульса в ОЗУ РЛС создают два двумерных массива данных M1 и М2, а в ППМ - двумерный массив М3. При этом в массив M1 записывают параметры нечетных импульсов ДС на частоте f1, в массив М2 - параметры четных импульсов на частоте f2, в массив М3 в ОЗУ ППМ записываются параметры отраженных импульсов на частоте f1. Как следует из объяснения, во всех массивах будут содержаться ОХ, полученные из сигналов, следующих с периодом повторения 2Т_и. Разницей во времени величиной Т_и в виду ее малости можно пренебречь. Все три массива будут выражать собой ОХ, отличающиеся от ДОВИ ВО параметрами и графическим представлением. Отличия от ДОВИ обусловлены неравномерностью изменения ракурса локации ВО. Угловая скорость поворота ВО будет то возрастать за счет сложения угловых скоростей поворотов ВО при движении по траектории и рысканиях планера по курсу [15-19], то убывать за счет взаимокомпенсации этих угловых скоростей (в некоторых случаях направление вектора результирующей угловой скорости поворота может изменяться на противоположное).

Выбор временного интервала Δt проводят с учетом реальных значений полупериодов рысканий ВО при полете в турбулентной атмосфере [11]. Чтобы флюктуации амплитуды отраженных сигналов были достаточны, т.е. чтобы глубина амплитудной модуляции отраженных сигналов достигала 30-40%, необходимо стремиться к использованию интервала времени, на котором угловая скорость изменения ракурса локации ВО максимальна. В общем случае угловая скорость поворота ВО относительно РЛС определяется ее перемещением по прямолинейной (на малом интервале) траектории и случайными угловыми рысканиями планера ВО при траекторных нестабильностях (ТН) полета. Если первую составляющую общей угловой скорости можно рассчитать по формуле , где V_Ц - скорость движения ВО, - угол между линией визирования ВО и вектором ее скорости движения, r - расстояние от РЛС до ВО, то вторая составляющая , связанная с ТН, изменяется непредсказуемо по квазимаятниковому закону. Чтобы гарантированно учесть флюктуации амплитуды отраженного сигнала на интервале с максимальной угловой скоростью поворота планера ВО относительно РЛС, необходимо чтобы интервал Δt не был меньше максимально возможного периода рысканий ВО в атмосфере Т_макс. Период Т_макс состоит из двух полупериодов, в общем случае различающихся по продолжительности. Максимальный полупериод рысканий ВО может достигать двух секунд [11]. Значит, интервал Δt должен быть не менее 4 секунд.

Для устранения составляющих, связанных с проявлениями ТВЭ, с значениями амплитуд отраженных сигналов, записанных в массивы M1, М2 и М3, проводят описанную выше операцию устранения составляющих ТВЭ методом сглаживания.

Для устранения возможного различия коэффициентов усиления приемных систем на частотах f1 и f2 массивы M1, М2 и М3 нормируются по амплитуде отраженных сигналов [21]. Нормирование проводят относительно максимальной амплитуды отражения ЭВМ от ВО.

На первом этапе селекции используются данные массива M1, сформированного в РЛС из отраженных сигналов на частоте f1, и предложенный в [2] признак. Это позволяет на основе известного способа селектировать ИВИ типа уголковых отражателей, фольги, линз Люнеберга и им подобных на фоне реальных ВО.

Задавшись определенным уровнем изменения амплитуды отраженного сигнала ΔU, анализируют сформированный двумерный массив данных M1 и находят интервал времени Δt_ΔU, в течение которого амплитуда отраженного сигнала изменяется на величину ΔU. Для этого из массива M1 выбирают элемент с номером j, соответствующий максимальному значению амплитуды отраженного сигнала. Приняв номер элемента j за начало отсчета, последовательно изменяют номер элемента на единицу и находят номер k такого элемента массива, в котором записана амплитуда отраженного сигнала U_k, отличающаяся от амплитуды U_j с номером n на величину ΔU. Далее находят интервал времени, соответствующий изменению амплитуды отраженного сигнала на величину ΔU, по формуле Δt_ΔU=T_и|j-k|.

Величину найденного интервала Δt_ΔU сравнивают с пороговым значением Δt_пop, учитывающим среднюю скорость изменения ракурса локации ВО при рысканиях, составляющую величину порядка 1,5%. В случае превышения величиной Δt_ΔU порогового значения Δt_пop сразу принимают окончательное решение о наличии ИВИ. В этом случае дальнейшая селекция не требуется.

В противном случае, т.е. когда Δt_ΔU≤Δt_пop, осуществляют процедуру почленного сравнения элементов массивов и нахождения интегрального несоответствия ΔU_Σ для значений массивов M1 и М2.

Полученное значение интегрального несоответствия ΔU_Σ сравнивают с пороговой величиной ΔU_пор1. В случае, если ΔU_Σ меньше величины порога ΔU_пор1 принимают решение о наличии ИВИ, так как такой результат сравнения свидетельствует об идентичности ОХ на разных частотах, чего для ОХ ВО СК быть не может. В случае, если ΔU_Σ будет больше (или равно) пороговой величины ΔU_пор1, проверяют второе условие, т.е. переходят ко второму этапу селекции.

Для этого с помощью системы передачи данных, организованной заблаговременно между РЛС и ППМ, данные массива М3 передают в РЛС, где проводят их почленное сравнение с данными массива M1, используя процедуру почленного сравнения и нахождения интегрального несоответствия для значений массивов M1 и М3. Отражательные характеристики ВО СК не должны совпадать, так как они получены на разных ракурсах локации. Следовательно, решение о наличии ВО СК принимается только в том случае, если ΔU_Σ будет больше пороговой величины ΔU_пор2, которая определяется заблаговременно экспериментальным способом. В противном случае принимается решение о наличии ИВИ.

Сущность селекции состоит в том, что, например, при пеленге ИВИ типа MALD отражательная характеристика определяется только тем законом модуляции, который навязывает усиленному и переизлученному в сторону РЛС сигналу имитатор вторичного излучения. При этом возможна ситуация, когда при модуляции в современных цифровых ИВИ учитывается и частота зондирующего сигнала. Таким образом, ВО СК для предлагаемого подхода селекции должен обладать следующими признаками: иметь разные ОХ ВО на частотах f1 и f2, иметь разные ОХ на частоте f1 для разнесенных в пространстве РЛС и ППМ. При этом ИВИ должен обладать другими признаками: иметь одинаковые ОХ ВО на частотах f1 и f2, иметь одинаковые ОХ на частоте f1 для разнесенных в пространстве РЛС и ППМ, то есть одинаковые ОХ на частоте f1 с разных направлений пеленгации.

Как видно из описания предлагаемого способа селекции ИВИ, он обладает преимуществом по сравнению с прототипом [10]. Это выражается в том, что он является работоспособным для ВО, имитирующих вторичное излучение объектов с учетом изменений взаимных пространственных расположений между РЦ ВО для используемой несущей частоты зондирующего сигнала РЛС.

Способ легко реализуем и основан на известных и осуществимых операциях, устройствах и методах. Способ может быть рекомендован для построения перспективных радиолокационных систем дециметрового и сантиметрового диапазонов различного назначения, обладающих режимами сопровождения ВО по угловым координатам и дальности.

Источники информации

1. Радиолокационные характеристики летательных аппаратов / Под ред. Л.Т. Тучкова. М.: Радио и связь, 1985. 236 с.

2. Небабин В.Г., Сергеев В.В. Методы и техника радиолокационного распознавания. М.: Радио и связь, 1984. с. 96-99 (аналог).

3. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. Учебник для вузов. М.: Сов. радио, 1973. 496 с.

4. Радиоэлектронные системы. Справочник. Основы построения и теория. Под ред. Я.Д. Ширмана. М.: Радиотехника. 2007. 510 с.

5. Справочник по радиолокации / Под ред. М. Сколника. Том 1. Основы радиолокации. Под ред. Я.С. Ицхоки. М.: Сов. радио, 1976. 456 с.

6. Теоретические основы радиолокации / Под ред. Я.Д. Ширмана. М.: Сов. радио, 1970. 560 с.

7. Афинов В. Американский имитатор воздушной цели MALD // Зарубежное военное обозрение, 1998. №5. с. 32.

8. Афинов В. Тенденции развития средств РЭБ авиации Вооруженных сил США на пороге XXI века // Зарубежное военное обозрение, 1998. №6. С. 28-35.

9. Афинов В. Новое направление развития западных средств РЭП индивидуальной защиты самолетов // Зарубежное военное обозрение. 1999. №8. С. 39-42.

10. Патент РФ №2348053 от 27.02.2009 г. G01S 13/02. Способ распознавания ложных воздушных целей. Митрофанов Д.Г., Бортовик В.В., Сафонов А.В., Силаев Н.В. и др. Заявка №2007138527 от 16.10.2007. БИ №6. (прототип).

11. Доброленский Ю.П. Динамика полета в неспокойной атмосфере. М.: Машиностроение, 1969. 256 с.

12. Макаев В.Е., Васильев О.В. Метод радиолокационного распознавания воздушной цели по «турбинному эффекту» // Радиотехника, 2000. №11. С. 30-33.

13. Митрофанов Д.Г., Прохоркин А.Г. Методы компенсации влияния составляющих турбинного эффекта при построении изображений воздушных целей // Радиотехника, 2006. №9. С. 32-37.

14. Митрофанов Д.Г. Формирование радиолокационных изображений при негативном влиянии турбовинтовой модуляции // Измерительная техника. №7. 2005. С. 60-64.

15. Митрофанов Д.Г. Построение двумерного изображения объекта с использованием многочастотного зондирующего сигнала // Измерительная техника. №2. 2001. С. 57-62.

16. Митрофанов Д.Г. Формирование двумерного радиолокационного изображения цели с траекторными нестабильностями полета // Радиотехника и электроника, 2002. Т. 47. №7. С. 852-859.

17. Митрофанов Д.Г. Способ построения двумерного радиолокационного изображения воздушной цели с произвольной нестабильной траекторией полета // Измерительная техника, 2002. №8. С. 7-11.

18. Митрофанов Д.Г. Метод построения радиолокационных изображений аэродинамических летательных аппаратов // Полет, 2006. №11. С. 52-60.

19. Митрофанов Д.Г. Комплексный адаптивный метод построения радиолокационных изображений в системах управления двойного назначения // Теория и системы управления. Известия РАН. 2006. №1. С. 101-118.

20. Стайнберг Б.Д. Формирование радиолокационного изображения самолета в диапазоне СВЧ // ТИИЭР, 1988. №12. Т. 76. С. 26-46.

21. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М: Наука, 1977.

Изобретение относится к методам обработки полученной радиолокационным способом информации и может быть использовано в когерентно-импульсных радиолокационных станциях (РЛС) сопровождения для селекции воздушных объектов (ВО), имитирующих радиолокационные характеристики реальных воздушных объектов, то есть имитаторов вторичного излучения (ИВИ). Достигаемый технический результат – обеспечение селекции ИВИ, имитирующих радиолокационные характеристики реальных ВО, облучаемых сигналами РЛС с разными несущими частотами. Указанный результат достигается за счет изменения алгоритма формирования в запоминающем устройстве РЛС отражательной характеристики (ОХ) ВО, а также количества используемых ОХ. Две отражательные характеристики на частотах f1 и f2 предлагается формировать с одного ракурса, а третью ОХ на частоте f1 - с другого ракурса. Отражательные характеристики, формируемые совместно на разных несущих частотах и при различных параметрах локации (на разных ракурсах), обеспечивают однозначное определение факта имитации радиолокационных характеристик и признаков реальных ВО сложной конфигурации. Решение о наличии или отсутствии ИВИ принимается по результатам сравнения цифровых ОХ, полученных на разных несущих частотах, а также по результатам сравнения цифровых ОХ, полученных с разных ракурсов на одинаковой несущей частоте. 3 ил.

Способ селекции имитаторов вторичного излучения воздушных объектов, заключающийся в том, что в направлении воздушного объекта с помощью радиолокационной станции с периодом повторения импульсных сигналов Т_и излучают сверхвысокочастотные импульсные сигналы, принимают отраженные воздушным объектом сигналы, проводят их частотную фильтрацию и усиление, осуществляют автоматическое сопровождение воздушного объекта по угловым координатам и дальности, определяют значения угловых координат и дальности в каждый момент времени, с помощью аналого-цифрового преобразователя переводят амплитуду каждого отраженного сигнала в цифровую форму, в течение интервала времени Δt порядка 4-5 секунд запоминают методом записи в оперативное запоминающее устройство радиолокационной станции амплитуду и точное время приема каждого отраженного импульсного сигнала, из заполненных амплитуд и значений времени приема импульсных сигналов создают в оперативном запоминающем устройстве радиолокационной станции двумерный массив данных M1, элементами которого являются значения амплитуды и точного времени приема отраженных сигналов за интервал времени Δt, проводят с элементами массива M1 операцию устранения составляющих турбовинтового эффекта методом сглаживания с сохранением результатов в строках массива M1, задаются определенным уровнем изменения амплитуды отраженного сигнала ΔU для нахождения интервала времени Δt_ΔU, в течение которого амплитуда сигнала изменится на величину ΔU, найденный интервал времени Δt_ΔU сравнивают с пороговым значением Δt_пор, в случае превышения величиной Δt_ΔU порогового значения Δt_пор принимают окончательное решение о наличии имитатора вторичного излучения, в противном случае принимают предварительное решение о наличии реального воздушного объекта, принимают отраженные воздушным объектом сигналы в удаленной от места расположения радиолокационной станции точке, выбирая ее таким образом, чтобы исследуемый воздушный объект наблюдался из нее под иным по отношению к радиолокационной станции ракурсом, после перевода амплитуды и времени приема отраженных сигналов в указанной удаленной точке с помощью аналого-цифрового преобразователя в цифровую форму создают из их значений в оперативном запоминающем устройстве массив данных М3, аналогичный по структуре массиву данных M1, проводят с элементами массива М3 операцию устранения составляющих турбовинтового эффекта методом сглаживания, передают по средствам связи данные массива М3 в оперативное запоминающее устройство радиолокационной станции, проводят с данными массива M1 и М3 процедуру почленного сравнения элементов массивов и нахождения интегрального несоответствия ΔU_Σ, сравнивают величину интегрального несоответствия ΔU_Σ с заранее установленной пороговой величиной и в случае превышения интегральным несоответствием ΔU_Σ пороговой величины принимают окончательное решение о наличии имитатора вторичного излучения, в противном случае принимают решение о наличии реального воздушного объекта,

отличающийся тем, что для облучения исследуемого воздушного объекта применяют двухчастотный сигнал, представляющий собой последовательность радиоимпульсов, в котором несущие частоты в смежных радиоимпульсах отличаются по частоте на величину Δf=f₂-f₁, где f₁ и f₂ - несущие частоты смежных радиоимпульсов последовательности соответственно, причем разнос частот Δf выбирают не менее 100 МГц, массив M1 создают из амплитуд и времен приема нечетных радиоимпульсов на частоте f₁ а из параметров четных отраженных воздушным объектом радиоимпульсов на частоте f₂ после перевода их амплитуд с помощью аналого-цифрового преобразователя в цифровую форму создают в оперативном запоминающем устройстве радиолокационной станции аналогичный массив данных М2, проводят с элементами массива М2 операцию устранения составляющих турбовинтового эффекта методом сглаживания, для приема с другого ракурса отраженных от исследуемого воздушного объекта радиоимпульсов на частоте f₁ используют пассивный приемный модуль, включающий антенную систему, приемную систему, настроенную на частоту f₁ и задерживающую радиоимпульсы на частоте f₂, систему управления антенной, оперативное запоминающее устройство, аналого-цифровой преобразователь, средства связи для приема информации от радиолокационной станции и передачи данных на радиолокационную станцию, по переданным из радиолокационной станции данным о координатах исследуемого воздушного объекта осуществляют его сопровождение приемопередающем модулем по угловым координатам и дальности, а массив данных М3 формируют в оперативном запоминающем устройстве пассивного приемного модуля из амплитуд и времен регистрации принятых на частоте f₁ отраженных от воздушного объекта радиоимпульсов, прошедших частотную фильтрацию и усиление, перед проведением процедур почленного сравнения элементов массивов и нахождения интегрального несоответствия данные о амплитудах отраженных сигналов в каждом из массивов нормируют относительно максимального значения, после сравнения измеренного значения времени Δt_ΔU с Δt_пор и принятия предварительного решения о наличии реального воздушного объекта проводят с элементами массивов M1 и М2, выражающими собой отражательные характеристики исследуемого воздушного объекта на частотах f₁ и f₂ соответственно, процедуру почленного сравнения элементов массивов и нахождения интегрального несоответствия, а затем сравнивают величину интегрального несоответствия с заранее установленной пороговой величиной ΔU_пор1, в случае превышения значением интегрального несоответствия величины ΔU_пор1 принимают окончательное решение о наличии имитатора вторичного излучения, в противном случае принимают предварительное решение о наличии реального воздушного объекта и переходят к процедуре почленного сравнения элементов массивов M1 и М3.