СПОСОБ ПРЯМОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ВОЗДУШНОЙ ЦЕЛИ Российский патент 2019 года по МПК G01S13/52 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при создании средств идентификации воздушных целей.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу (прототипом) является способ идентификации воздушной цели, реализуемый в радиолокационной системе с активным ответом (автономной системе опознавания с активным ответом), основанный на обнаружении с использованием бортовой РЛС воздушной цели, измерении ее угловых координат и дальности до нее , формировании запросчиком радиолокационной системы с активным ответом (РСАО) последовательности кодированных запросных сигналов (совокупности импульсов расположенных на определенных в соот-ветствии с действующим кодом временных позициях) и передаче их в направлении обнаруженной воздушной цели, приеме и обработке запросных сигналов ответчиком РСАО, формировании и передаче ответчиком РСАО последовательности кодированных ответных сигналов (совокупности импульсов расположенных на определенных в соответствии с действующим кодом временных позициях и несущих частотах) на каждый запросный сигнал, приеме запросчиком РСАО импульсов ответных сигналов, формировании запросчиком РСАО оценки идентификационного признака воздушной цели q* по результатам обработки принятых импульсов ответных сигналов, где q* ∈[0,1], q=1 - ответный сигнал воздушной цели соответствует действующему коду, q*=0 - ответный сигнал воздушной цели не соответствует действующему коду (см., например, Радиолокационные системы многофункциональных самолетов. Т. 1. РЛС - информационная основа боевых действий многофункциональных самолетов. Системы и алгоритмы первичной обработки радиолокационных сигналов. / Под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова. - М.: «Радиотехника», 2006. - 656 с. С. 623).

К недостаткам данного способа относится существенное снижение вероятности правильной идентификации воздушной цели при низких отношениях мощности ответного сигнала к мощности шума на входе приемника запросчика.

Техническим результатом изобретения является повышение вероятности правильной идентификации воздушной цели при низких отношениях мощности ответного сигнала к мощности шума на входе приемника запросчика.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе идентификации после обнаружения воздушной цели и измерения дальности до нее оценивают ожидаемую среднюю мощность ответного сигнала на входе приемника запросчика, оценивают мощность шума на входе приемника запросчика, оценивают отношение средней мощности ответного сигнала к мощности шума R на входе приемника запросчика, с учетом данного отношения определяют адаптированную вероятность ложной тревоги , при которой обеспечивается минимум вероятности полной ошибки в процессе приема импульсов ответных сигналов, осуществляют прием импульсов ответных сигналов с адаптированной вероятностью ложной тревоги .

Сущность изобретения заключается в том, что идентификация воздушной цели осуществляется на основе обработки импульсов ответных сигналов, прием которых осуществляется с адаптированной вероятностью ложной тревоги. При этом вероятность ложной тревоги адаптируется под отношение средней мощности ответного сигнала к мощности шума на входе приемника запросчика, таким образом, чтобы обеспечивать минимум вероятности полной ошибки.

Данный способ включает в себя следующие этапы:

1. На борту носителя запросчика РСАО:

1.1. Обнаружение с использованием бортовой РЛС воздушной цели и измерение ее угловых координат и дальности до нее ^.

1.2. Формирование запросчиком РСАО последовательности кодированных запросных сигналов (совокупности импульсов расположенных на определенных в соответствии с действующим кодом временных позициях) и передача их в направлении обнаруженной воздушной цели.

1.3. Оценка средней мощности ответного сигнала на входе приемника запросчика в соответствии с выражением:

где - известная средняя мощность импульса ответного сигнала на выходе передатчика ответчика; - коэффициент направленного действия антенны ответчика при излучении ответного сигнала; - эффективная площадь антенны запросчика при приеме ответного сигнала.

1.4. Оценка мощности шума на входе приемника запросчика в соответ-ствии с выражением:

где - фиксированное пороговое напряжение, при котором обеспечивается заданный уровень вероятности ложной тревоги в процессе обнаружения импульсов ответных сигналов; - коэффициент шума, определенный для всех рабочих значений с шагом при поддержке заданного уровня вероятности ложной тревоги .

1.5. Оценка отношения средней мощности ответного сигнала к мощности шума на входе приемника запросчика в соответствии с выражением

1.6. Определение адаптированной вероятности ложной тревоги, при ко-торой обеспечивается минимум вероятности полной ошибки в процессе об-наружения импульсов ответных сигналов, в соответствии с выражением

где

Выражение (4) получено для случая релеевского распределения амплитуды и равновероятного распределения фазы ответного сигнала путем решения уравнения

где - вероятность полной ошибки в процессе обнаружения импульсов ответных сигналов:

определялась с учетом выражений:

где - вероятность пропуска импульса ответного сигнала, - вероятность правильного обнаружения импульса ответного сигнала для случая релеевского распределения амплитуды и равновероятного распределения фазы ответного сигнала.

2. На борту носителя ответчика РСАО:

2.1. Прием и обработка запросных сигналов ответчиком РСАО.

2.2. Формирование и передача ответчиком РСАО последовательности кодированных ответных сигналов (совокупности импульсов расположенных на определенных в соответствии с действующим кодом временных позициях и несущих частотах) на каждый запросный сигнал.

3. На борту носителя запросчика РСАО:

3.1. Прием импульсов ответных сигналов с адаптированной вероятностью ложной тревоги :

3.1.1. Формирование адаптированного порогового напряжения , соответствующего адаптированной вероятности ложной тревоги , определяемого в соответствии с выражением

- коэффициент адаптированного порогового напряжения , определенный для всех возможных значений с шагом .

3.1.2 Предварительная селекция ответных сигналов.

3.1.3 Перенос спектра ответных сигналов на промежуточную частоту.

3.1.4 Усиление и фильтрация сигнала на промежуточной частоте.

3.1.5 Амплитудное детектирование ответных сигналов на промежуточной частоте.

3.1.6 Формирование решения об обнаружении импульса ответного сигнала всякий раз, когда напряжение с выхода амплитудного детектора приемника запросчика превышает адаптированное пороговое напряжение .

3.2 Формирование запросчиком РСАО оценки идентификационного признака обнаруженной цели q* по результатам обработки принятых импульсов ответных сигналов в соответствии с известным способом.

Данный способ может быть реализован, например, с помощью комплекса устройств, устанавливаемых на борту носителя запросчика РСАО и на борту носителя ответчика РСАО. Структурная схема данного комплекса приведена на фигуре, где обозначено: 1 - ответчик РСАО; 2 - запросчик РСАО; 3 - бортовая РЛС (устанавливается на борту носителя запросчика РСАО); 1.1 - передатчик ответчика (ПРДО) РСАО; 1.2 - антенный переключатель ответчика (АПО) РСАО; 1.3 - кодирующее-декодирующее устройство ответчика (КДУО) РСАО; 1.4 - приемник ответчика (ПРМО) РСАО; 2.1 - антенный переключатель запросчика (АПЗ) РСАО; 2.2 - приемник запросчика (ПРМЗ) РСАО; 2.3 - передатчик запросчика (ПРДЗ) РСАО; 2.4 - кодирующее-декодирующее устройство запросчика (КДУЗ) РСАО; 2.5 - блок определения адаптированной вероятности ложной тревоги (БОАВЛТ); 2.6 - блок оценки средней мощности ответного сигнала (БОСМОС); 2.7 - делитель; 2.8 - блок оценки мощности шума (БОМШ) на входе приемника запросчика; 2.2.1 - гетеродин; 2.2.2 - амплитудный детектор (АД); 2.2.3 - преселектор; 2.2.4 - смеситель; 2.2.5 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ); 2.2.6 - пороговое устройство (ПУ); 2.2.7 - устройство формирования адаптированного порогового напряжения (УФАПН); 2.2.8 - управляемое пороговое устройство (УПУ); 2.2.9 - шумовая автоматическая регулировка усиления (ШАРУ).

Ответчик РСАО 1 предназначен: 1) для приема и обработки запросных сигналов; 2) для формирования и передачи импульсов кодированных ответных сигналов на каждый запросный сигнал. Запросчик РСАО 2 предназначен: 1) для формирования последовательности кодированных запросных сигналов и передаче их в направлении обнаруженной воздушной цели; 2) для приема импульсов ответных сигналов и формирования оценки идентификационного признака воздушной цели по результатам обработки принятых импульсов ответных сигналов. Бортовая РЛС 3 предназначена для обнаружения воздушной цели, измерения ее угловых координат и дальности до нее

ПРДО 1.1 предназначен для формирования и передачи импульсов кодированных ответных сигналов на каждый запросный сигнал. АПО 1.2 предназначен для подключения ПРДО 1.1 к ненаправленной антенне ответчика при передаче ответных сигналов и для подключения ПРМО 1.4 к данной антенне при приеме запросных сигналов. КДУО 1.3 предназначено для обработки запросных сигналов и формирования кода ответного сигнала на каждый запросный сигнал. ПРМО 1.4 предназначен для приема запросных сигналов.

АПЗ 2.1 предназначен для подключения ПРДЗ 2.3 к направленной антенне запросчика при передаче запросных сигналов и для подключения ПРМЗ 2.2 к данной антенне при приеме ответных сигналов. ПРМЗ 2.2 предназначен для приема импульсов ответных сигналов. ПРДЗ 2.3 предназначен для формирования последовательности кодированных запросных сигналов и передаче их через направленную антенну в направлении обнаруженной воздушной цели. КДУЗ 2.4 предназначено для формирования последовательности кодов запросных сигналов и формирования оценки идентификационного признака воздушной цели по результатам обработки принятых импульсов ответных сигналов. БОАВЛТ 2.5 предназначен для определения адаптированной вероятности ложной тревоги . БОСМОС 2.6 предназначен для оценки средней мощности ответного сигнала на входе приемника запросчика. Делитель 2.7 предназначен для оценки отношения R средней мощности ответного сигнала к мощности шума на входе приемника запросчика. БОМШ 2.8 предназначен для оценки мощности шума на входе приемника запросчика.

Гетеродин 2.2.1 предназначен для формирования напряжения на частоте, необходимой для осуществления переноса спектра ответного сигнала на промежуточную частоту в смесителе 2.2.4. АД 2.2.2 предназначен для детектирования ответных сигналов на промежуточной частоте с выхода УПЧ 2.2.5. Преселектор 2.2.3 предназначен для предварительной селекции ответных сигналов. Смеситель 2.2.4 предназначен для переноса спектра ответного сигнала на промежуточную частоту. УПЧ 2.2.5 предназначен для усиления и фильтрации сигнала на промежуточной частоте. ПУ 2.2.6 предназначено для формирования решения об обнаружении импульсов, если напряжение с выхода АД 2.2.2 превышает фиксированное пороговое напряжение . УФАПН 2.2.7 предназначено для формирования адаптированного порогового напряжения . УПУ 2.2.8 предназначено для формирования решения об обнаружении импульсов ответных сигналов, если напряжение с выхода АД 2.2.2 превышает адаптированное пороговое напряжение . ШАРУ 2.2.9 предназначено для автоматической регулировки усиления УПЧ 2.2.5, обеспечивающего заданный уровень вероятности ложной тревоги на выходе ПУ 2.2.2.

Комплекс устройств работает следующим образом.

Бортовая РЛС 3 обнаруживает воздушную цель, измеряет ее угловые координаты и дальность до нее . Информация от бортовой РЛС 3 о факте обнаружения воздушной цели и ее координатах поступает через ПРДЗ 2.3 в КДУЗ 2.4. Кроме этого оценка дальности до воздушной цели через ПРДЗ 2.3 и КДУЗ 2.4 поступает в БОСМОС 2.6. КДУЗ 2.4 формирует последовательность кодов запросных сигналов, которые поступают на ПРДЗ 2.3. ПРДЗ 2.3 формирует последовательность кодированных запросных сигналов и передает их через направленную антенну в направлении обнаруженной воздушной цели. К направленной антенне ПРДЗ 2.3 при передаче запросных сигналов подключается с помощью АПЗ 2.1.

После поступления на вход БОСМОС 2.6 оценки дальности до воздушной цели , данный блок оценивает среднюю мощность ответного сигнала на входе приемника запросчика в соответствии с выражением (1). Параллельно с этим БОМШ 2.8 осуществляет оценку мощности шума на входе приемника запросчика в соответствии с выражением (2). Величины и поступают на входы делителя 2.7. Делитель 2.7 оценивает отношение R средней мощности ответного сигнала к мощности шума на входе приемника запросчика в соответствии с выражением (3). Величина R поступает на вход БОАЛВТ 2.5. БОАВЛТ 2.5 определяет адаптированную вероятность ложной тревоги в соответствии с выражением (4). Величина поступает на вход УФАПН 2.2.7. УФАПН 2.2.7 формирует адаптированное пороговое напряжение в соответствии с пунктом 3.1.1. Адаптированное пороговое напряжение поступает на вход УПУ 2.2.8.

Каждый запросный сигнал поступает через ненаправленную антенну ответчика на вход ПРМО 1.4, к которому антенна ответчика подключается при приеме ответных сигналов с помощью АПО 1.2. ПРМО 1.4 принимает запросные сигналы. Информация о принятых запросных сигналах поступает в КДУО 1.3. КДУО 1.3 обрабатывает запросные сигналы и формирует код ответного сигнала на каждый запросный сигнал. Последовательность кодов ответных сигналов поступает на вход ПРДО 1.1. ПРДО 1.1 формирует и передает импульсы кодированных ответных сигналов через ненаправленную антенну ответчика, к которой он подключается при передаче ответных сигналов с помощью АПО 1.2.

Ответные сигналы поступают через направленную антенну запросчика на вход преселектора 2.2.3, к которому она при приеме ответных сигналов подключается с помощью АПЗ 2.1. Преселектор 2.2.3 осуществляет предварительную селекцию ответных сигналов, которые затем поступают на смеситель 2.2.4. Одновременно с этим на смеситель 2.2.4 поступает напряжения с выхода гетеродина 2.2.1. Смеситель 2.2.4 переносит спектр ответных сигналов на промежуточную частоту. Сигнал с выхода смесителя 2.2.4 поступает на вход УПЧ 2.2.5. УПЧ 2.2.5 усиливает и фильтрует сигнал на промежуточной частоте. Сигнал с выхода УПЧ 2.2.5 поступает на вход АД 2.2.2. АД 2.2.2 детектирует ответные сигналы на промежуточной частоте с выхода УПЧ 2.2.5. Напряжение с выхода АД 2.2.2 поступает на входы ПУ 2.2.6 и УПУ 2.2.8. ПУ 2.2.6 формирует решение об обнаружении импульса, если напряжение с выхода АД 2.2.2 превышает фиксированное пороговое напряжение . УПУ 2.2.8 формирует решение об обнаружении импульса ответного сигнала, если напряжение с выхода АД 2.2.2 превышает адаптированное пороговое напряжение . Информация об обнаруженных импульсах с выхода ПУ 2.2.6 поступает на вход ШАРУ 2.2.9. Информация об обнаруженных импульсах ответных сигналов с выхода УПУ 2.2.8 поступает в КДУЗ 2.4. ШАРУ 2.2.9 осуществляет автоматическую регулировку усиления УПЧ 2.2.5, обеспечивающего заданный уровень вероятности ложной тревоги на выходе ПУ 2.2.2. КДУЗ 2.4 формирует оценку идентификационного признака обнаруженной воздушной цели q* по результатам обработки принятых импульсов ответных сигналов в соответствии с известным способом.

Для определения эффективности предлагаемого способа был оценен относительный прирост вероятности правильной идентификации воздушной цели за счет применения предлагаемого способа по отношению к данному показателю с применением прототипа

где - вероятность правильной идентификации воздушной цели с применением предлагаемого способа, - вероятность правильной идентификации воздушной цели с применением прототипа. Величины и оценивались методом статистических испытаний с использованием имитационных моделей РСАО, функционирующих в соответствии с прототипом и предлагаемым способом.

В зависимости от условий проводимых испытаний диапазон относительного прироста вероятности правильной идентификации за счет применения предлагаемого способа составил 0≤ΔР≤30%.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известен способ прямой идентификации воздушных целей, в котором идентификация воздушной цели осуществляется на основе обработки импульсов ответных сигналов, прием которых осуществляется с адаптированной вероятностью ложной тревоги. При этом вероятность ложной тревоги адаптируется под отношение средней мощности ответного сигнала к мощности шума на входе приемника запросчика, таким образом, чтобы обеспечивать минимум вероятности полной ошибки.

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что для повышения достоверности идентификации воздушной цели в условиях низких отношений мощности сигнала к мощности шума на входе приемника запросчика необходимо после обнаружения воздушной цели и измерения дальности до нее оценивать среднюю мощность ответного сигнала на входе приемника запросчика, оценивать мощность шума на входе приемника запросчика, оценивать отношение средней мощности ответного сигнала к мощности шума на входе приемника запросчика, с учетом данного отношения определять адаптированную вероятность ложной тревоги, при которой обеспечивается минимум вероятности полной ошибки в процессе приема ответных сигналов, осуществлять прием ответных сигналов с адаптированной вероятностью ложной тревоги.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы элементы, широко распространенные в области электронной и электротехники.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при создании средств идентификации воздушных целей. Техническим результатом изобретения является повышение вероятности правильной идентификации воздушной цели при низких отношениях мощности ответного сигнала к мощности шума на входе приемника запросчика. Сущность изобретения заключается в том, что идентификация воздушной цели осуществляется на основе обработки импульсов ответных сигналов, прием которых осуществляется с адаптированной вероятностью ложной тревоги, при этом вероятность ложной тревоги адаптируется под отношение средней мощности ответного сигнала к мощности шума на входе приемника запросчика, таким образом, чтобы обеспечивать минимум вероятности полной ошибки. 1 ил.

Способ прямой идентификации воздушной цели, основанный на обнаружении с использованием бортовой РЛС воздушной цели, измерении ее угловых координат и дальности до нее, формировании запросчиком радиолокационной системы с активным ответом (РСАО) последовательности кодированных запросных сигналов и передаче их в направлении обнаруженной воздушной цели, приеме и обработке запросных сигналов ответчиком РСАО, формировании и передаче ответчиком РСАО импульсов кодированных ответных сигналов на каждый запросный сигнал, приеме запросчиком РСАО импульсов ответных сигналов, формировании запросчиком РСАО оценки идентификационного признака воздушной цели по результатам обработки принятых импульсов ответных сигналов, отличающийся тем, что после обнаружения воздушной цели и измерения дальности до нее оценивают среднюю мощность ответного сигнала на входе приемника запросчика, оценивают мощность шума на входе приемника запросчика, оценивают отношение средней мощности ответного сигнала к мощности шума на входе приемника запросчика, с учетом данного отношения определяют адаптированную вероятность ложной тревоги, при которой обеспечивается минимум вероятности полной ошибки в процессе приема импульсов ответных сигналов, осуществляют прием импульсов ответных сигналов с адаптированной вероятностью ложной тревоги.