СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ НАЗЕМНЫХ ЦЕЛЕЙ Российский патент 2021 года по МПК G01S7/02 G01S7/41 G01S13/78 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при создании средств идентификации наземных целей (НЦ).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу (прототипом) является способ идентификации НЦ, заключающийся в формировании радиолокационного изображения (РЛИ) участка земной поверхности (УЗП) с использованием бортовой РЛС в режиме синтезирования апертуры антенны (РСА) на расстоянии, обеспечивающем покрытие запросным сигналом данного УЗП при однократном излучении, обнаружении целей на РЛИ УЗП в автоматическом режиме или с помощью оператора, косвенной оценке дальностей до обнаруженных наземных целей, формировании и передаче запросчиком РСАО кодированного запросного сигнала (совокупности импульсов расположенных на определенных в соответствии с действующим кодом временных позициях) в направлении центральной точки УЗП, приеме и обработке запросного сигнала ответчиком (ответчиками) РСАО НЦ, формировании и передаче ответчиком (ответчиками) РСАО НЦ кодированных ответных сигналов (совокупности импульсов расположенных на определенных в соответствии с действующим кодом временных позициях и несущих частотах), приеме импульсов на частотах ответного сигнала запросчиком РСАО, фиксации моментов обнаружения импульсов на несущих частотах ответного сигнала, формировании принятого частотно-временного кода (ЧВК) как совокупности моментов времени обнаружения импульсов на несущих частотах ответного сигнала, формировании совокупности всех возможных векторов идентификационных признаков обнаруженных наземных целей, формировании эталонных моделей ЧВК, сравнении принятого ЧВК с эталонными моделями ЧВК, подсчете числа совпадений принятого ЧВК с каждой эталонной моделью ЧВК, формировании решения о векторе q* оценок идентификационных признаков обнаруженных наземных целей по критерию максимума совпадений эталонной модели ЧВК с принятым ЧВК, где

,

N - число обнаруженных наземных целей, q*∈[0,1] - оценка идентификационного признака (ИП) НЦ, q*=1 - НЦ оборудована ответчиком РСАО, правильно отвечающим на запросные сигналы, q*=0 - НЦ не оборудована ответчиком РСАО, правильно отвечающим на запросный сигналы (см., например, патент РФ №2659090 от 28.06.2018 г. «Способ идентификации наземных целей»).

К недостаткам данного способа относится снижение достоверности идентификации НЦ в условиях многоцелевой обстановки. Одной из причин этого является то, что в условиях многоцелевой обстановки в пределах сектора неопределенности местонахождения ответчика РСАО при однократном излучении запросного сигнала могут одновременно находиться несколько наземных целей. В этой ситуации возможна ошибочная привязка идентификационного признака одной наземной цели к другой.

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности идентификации НЦ в условиях многоцелевой обстановки.

Указанный результат достигается тем, что после обнаружения наземных целей на РЛИ УЗП определяют их координаты х_Ц1n в связанной с носителем запросчика РСАО системе координат O₁X₁Y₁Z₁, где , после формирования и передачи запросчиком РСАО из точки О₁ первого кодированного запросного сигнала в момент времени t_З1 с учетом координат х_З1 и х_Ц1n определяют координаты х_Цn n-х наземных целей в относительной системе координат OXYZ, где х_З1 - координаты точки О₁ в относительной системе координат OXYZ, с учетом момента времени t_З1 и заданного интервала времени Δt определяют момент времени t_З2 излучения второго запросного сигнала, формируют и передают запросчиком РСАО из точки O₂ второй кодированный запросный сигнал в направлении центральной точки УЗП РЛИ в момент времени t_З2, после приема и обработки кодированных ответных сигналов переданных в ответ на второй запросный сигнал с учетом моментов времени t_З1, , t_З2, и координат х_З1, х_З2 определяют координаты k-х носителей ответчиков РСАО в относительной системе координат OXYZ, где и - моменты времени приема k-х ответных сигналов, переданных в ответ на первый и второй запросный сигналы соответственно, , K - число наземных ответчиков, формирующих и передающих ответные сигналы в ответ на запросный сигнал, х_З2 - координаты точки O₂ в относительной системе координат OXYZ, отождествляют координаты каждой n-й наземной цели с координатами каждого k-го носителя ответчика РСАО, если модули разностей координат n-й наземной цели и k-го носителя ответчика РСАО не превышают допустимых отклонений по осям ОХ и OZ относительной системы координат OXYZ, то формируют решение об отождествлении координат данной наземной цели с координатами данного носителя ответчика, в противном случае формируют решение о неотождествлении координат данной наземной цели с координатами данного носителя ответчика, если в отношении n-й наземной цели сформировано хотя бы одно решение об отождествлении ее координат с координатами носителя ответчика РСАО, то формируют решение о том, что данная n - я наземная цель оборудована ответчиком РСАО правильно отвечающим на запросные сигналы запросчика РСАО, в противном случае формируют решение о том, что n - я наземная цель не оборудована ответчиком РСАО правильно отвечающим на запросные сигналы запросчика РСАО.

Сущность изобретения заключается в том, что итоговые идентификационные признаки обнаруженных НЦ формируются на основе отождествления их координат, с координатами наземных ответчиков РСАО, определяемыми по результатам обработки кодированных ответных сигналов, сформированных и переданных наземными ответчиками РСАО в ответ на два кодированных запросных сигнала, которые в свою очередь были последовательно сформированы и переданы запросчиком РСАО воздушного судна с двух разнесенных в пространстве точек, находящихся по отношению к каждой НЦ под определенным углом χ_n. При увеличении угла χ_n уменьшается сектор неопределенности местонахождения ответчика РСАО соответствующей НЦ и, как следствие, повышается достоверность ее идентификации в условиях многоцелевой обстановки. Наибольшая достоверность идентификации НЦ достигается при χ_n=90°. Это объясняется тем, что данное значение (χ_n=90°) соответствует наименьшему сектору неопределенности местонахождения ответчика РСАО соответствующей НЦ.

Данный способ включает в себя следующие этапы:

1. На борту носителя запросчика РСАО:

1.1. Измерение текущих координат носителя запросчика РСАО на протяжении полета в относительной системе координат OXYZ (где OXYZ - правая прямоугольная система координат с началом в неподвижной точке О, совмещенной с земной поверхностью, ось ОХ направлена на север, ось OY направлена перпендикулярно плоскости касательной к земной поверхности в точке О, ось OZ ориентирована относительно осей ОХ и OY в соответствии с правой прямоугольной системой координат).

1.2. Формирование РЛИ УЗП с использованием РСА (бортовой РЛС в режиме синтезирования апертуры антенны) на расстоянии, обеспечивающем покрытие запросным сигналом данного УЗП при однократном излучении.

1.3. Обнаружение N наземных целей на РЛИ УЗП и определение их координат в связанной с носителем запросчика РСАО системе координат O₁X₁Y₁Z₁, где O₁X₁Y₁Z₁ - правая прямоугольная система координат с началом в точке О₁, О₁ - точка местоположения носителя запросчика РСАО в момент t_К определения координат Х_Ц1 наземных целей, направления осей О₁Х₁, O₁Y₁ и O₁Z₁ совпадают с соответствующими направлениями осей OX, OY и OZ относительной системы координат OXYZ, - координаты n-й наземной цели в системе координат O₁X₁Y₁Z₁.

1.4. Формирование и передача запросчиком РСАО из точки О₁ первого кодированного запросного сигнала (совокупности импульсов расположенных на определенных в соответствии с действующим кодом временных позициях) в направлении центральной точки УЗП РЛИ в момент времени t_З1, где t_З1=t_К.

1.5. Определение координат наземных целей в относительной системе координат OXYZ в соответствии с выражением

где - координаты носителя запросчика РСАО в момент времени t_З1 (координаты точки О₁) в относительной системе координат OXYZ.

1.6. Определение момента времени t_З2 излучения второго запросного сигнала, в соответствии с выражением

где Δt - заданный интервал времени между моментами излучения первого и второго запросных сигналов.

2. На наземных целях, являющихся носителями ответчиков РСАО:

2.1. Прием и обработка первого запросного сигнала ответчиком РСАО НЦ.

2.2. Формирование и передача через ненаправленную антенну первого кодированного ответного сигнала (совокупность импульсов, излучаемых на несущих частотах и временных позициях, определяемых действующим кодом) ответчиком РСАО НЦ.

3. На борту носителя запросчика РСАО:

3.1. Прием и обработка кодированных ответных сигналов, сформированных и переданных ответчиками РСАО в ответ на первый запросный сигнал, с фиксацией моментов времени их приема, где , K - число наземных ответчиков, формирующих и передающих ответные сигналы в ответ на запросный сигнал.

3.2. Формирование и передача запросчиком РСАО из точки О₂ второго кодированного запросного сигнала в направлении центральной точки УЗП РЛИ в момент времени t_З2.

4. На наземных целях, являющихся носителями ответчиков РСАО:

4.1. Прием и обработка второго запросного сигнала ответчиком РСАО НЦ;

4.2. Формирование и передача через ненаправленную антенну второго кодированного ответного сигнала;

5. На борту носителя запросчика РСАО

5.1. Прием и обработка вторых кодированных ответных сигналов с фиксацией моментов времени их приема.

5.2. Определение координат k-х носителей ответчиков РСАО в относительной системе координат OXYZ:

5.2.1. Определение длин отрезков O₁O_k (O_k - точка местоположения k-го наземного ответчика РСАО) в соответствии с выражением

где Д_1k - длинна отрезка O₁O_k.

5.2.2. Определение длин отрезков O₂O_k в соответствии с выражением

где Д_2k - длинна отрезка O₂O_k.

5.2.3. Определение длин отрезков и в соответствии с выражениями:

где и - длины отрезков и , и - проекции точек О₁ и O₂ на плоскость OXZ.

5.2.4. Определение расстояния между точками и в соответствии с выражением

5.2.5. Определение углов β_k между отрезком и отрезками в соответствии с выражением

5.2.6. Определение угла γ между отрезком и осью (ось - проекция оси O₁Z₁ на плоскость OXZ) в соответствии с выражением

5.2.7. Определение углов α_k между отрезками и осью в соответствии с выражением

5.2.8. Определение координат k-х носителей ответчиков РСАО по осям OZ и ОХ в соответствии с выражениями:

5.3. Отождествление координат каждой n-й наземной цели с координатами каждого k-го носителя ответчика РСАО:

5.3.1. Формирование промежуточных попарных признаков отождествления n-х обнаруженных наземных целей и k-х носителей ответчиков РСАО по координатным осям OZ и ОХ в соответствии с выражениями:

где Δх и Δz - допустимые отклонения координат наземных целей от координат наземных носителей ответчиков РСАО по соответствующим координатным осям ОХ и OZ.

5.3.2. Формирование попарных признаков отождествления n-х обнаруженных наземных целей и k-х носителей ответчиков РСАО в соответствии с выражением

где , q_kn=1 - попарный признак отождествления, соответствующий решению об отождествлении координат n-й цели с координатами k-го носителя ответчика, q_kn=0 - попарный признак отождествления, соответствующий решению о неотождествлении координат n-й цели с координатами k-го носителя ответчика.

5.4. Формирование итоговых идентификационных признаков обнаруженных наземных целей в соответствии с выражением

где , q_n=1 - идентификационный признак наземной цели, оборудованной ответчиком РСАО правильно отвечающим на запросные сигналы запросчика РСАО (координаты n-й наземной цели отождествлены с координатами хотя бы одного k-го носителя ответчика РСАО), q_n=0 - идентификационный признак наземной цели, не оборудованной ответчиком РСАО правильно отвечающим на запросные сигналы запросчика РСАО (координаты n-й наземной цели не отождествлены с координатами хотя бы одного k-го носителя ответчика РСАО).

Данный способ может быть реализован, например, с помощью комплекса устройств, структурная схема которого приведена на фигуре, где обозначено: 1 - воздушное судно, являющееся носителем запросчика РСАО; 2 - навигационная система (НС); 3 - блок обнаружения наземных целей и оценки их координат (БОНЦОК); 4 - блок обработки информации (БОИ); 5 - блок управления (БУ); 6 - запросчик РСАО; 7 - РЛС с синтезированной апертурой антенны (РСА); 8 - блок управления диаграммой направленности антенны запросчика (БУ ДНАЗ); 9 - наземная цель (НЦ), являющаяся носителем ответчика РСАО; 10 - наземный ответчик РСАО.

НС 2 предназначена для измерения текущих координат х_З носителя запросчика РСАО на протяжении полета в относительной системе координат OXYZ. БОНЦОК 3 предназначен для обнаружения N наземных целей на РЛИ УЗП и определения их координат в связанной с носителем запросчика РСАО системе координат O₁X₁Y₁Z₁. БОИ 4 предназначен для обработки информации и формирования итоговых идентификационных признаках обнаруженных наземных целей q_n. БУ 5 предназначен для управления устройствами комплекса на борту носителя запросчика РСАО 1. Запросчик РСАО 6 предназначен для формирования и передачи через БУ ДНАЗ 8 и направленную антенну кодированных запросных сигналов, а также для приема и обработки кодированных ответных сигналов, поступающих на его вход через направленную антенну и БУ ДНАЗ 8. РСА 7 предназначена для формирования РЛИ УЗП на расстоянии, обеспечивающем покрытие запросным сигналом данного УЗП при однократном излучении. БУ ДНАЗ 8 предназначен для управления диаграммой направленности антенны запросчика. Наземный ответчик РСАО 10 предназначен для приема и обработки запросных сигналов, поступающих на его вход через ненаправленную антенну, а также для формирования и передачи через ненаправленную антенну кодированных ответных сигналов.

Комплекс устройств работает следующим образом.

1. На борту носителя запросчика РСАО 1:

БУ 5 управляет устройствами комплекса на борту носителя запросчика РСАО 1. НС 2 измеряет текущие координаты х_З носителя запросчика РСАО 1 на протяжении полета в относительной системе координат OXYZ. Информация о текущих координатах х_З носителя запросчика РСАО через БУ 5 поступает в БОИ 4. РСА 7 формирует РЛИ УЗП на расстоянии, обеспечивающем покрытие запросным сигналом данного УЗП при однократном излучении. Информация о РЛИ УЗП через БУ 5 поступает на БОНЦОК 3. БОНЦОК 3 обнаруживает N наземных целей на РЛИ УЗП и определяет их координаты в связанной с носителем запросчика РСАО 1 системе координат O₁X₁Y₁Z₁. Информация о координатах обнаруженных наземных целей через БУ 5 поступает на БОИ 4. БУ ДНАЗ 8 ориентирует диаграмму направленности антенны запросчика в направлении центральной точки УЗП РЛИ. Запросчик РСАО 6 формирует и передает из точки «О₁» первый кодированный запросный сигнал через БУ ДНАЗ 8 и направленную антенну в направлении центральной точки УЗП РЛИ в момент времени t_З1. Информация о моменте времени t_З1 через БУ 5 поступает в БОИ 4. БОИ 4 определяет координаты наземных целей х_Цn в относительной системе координат OXYZ в соответствии с выражением (1) и момент времени излучения второго запросного сигнала t_З2 в соответствии с выражением (2). Информация о моменте времени излучения второго запросного сигнала t_З2 поступает на БУ 5.

2. На наземных целях, являющихся носителями ответчиков РСАО:

Наземный ответчик РСАО 10 принимает и обрабатывает, поступающий на его вход через ненаправленную антенну первый запросный сигнал, а также формирует и передает через ненаправленную антенну кодированный ответный сигнал.

3. На борту носителя запросчика РСАО 1:

Запросчик РСАО 6 принимает и обрабатывает проходящие от направленной антенны через БУДНАЗ 8 кодированные ответные сигналы, сформированные и переданные ответчиками РСАО в ответ на первый запросный сигнал, с фиксацией моментов времени их приема. Информация о моментах времени приема ответных сигналов поступает через БУ 5 на БОИ 4. Под воздействием управляющего сигнала с БУ 5 запросчик РСАО 6 формирует и передает второй кодированный запросный сигнал в направлении центральной точки УЗП РЛИ в момент времени t_З2 из точки O₂.

4. На наземных целях, являющихся носителями ответчиков РСАО:

Наземный ответчик РСАО 10 принимает и обрабатывает, поступающий на его вход через ненаправленную антенну второй запросный сигнал, а также формирует и передает через ненаправленную антенну кодированный ответный сигнал.

5. На борту носителя запросчика РСАО 1:

Запросчик РСАО 6 принимает и обрабатывает проходящие от направленной антенны через БУ ДНАЗ 8 кодированные ответные сигналы, сформированные и переданные ответчиками РСАО в ответ на второй запросный сигнал, с фиксацией моментов времени их приема. Информация о моментах времени приема ответных сигналов поступает через БУ 5 на БОИ 4. БОИ 4 определяет длины Д_1k отрезков O₁O_k в соответствии с выражением (3), определяет длины Д_2k отрезков O₂O_k в соответствии с выражением (4), определяет длины и отрезков и в соответствии с выражениями (5) и (6), определяет расстояние между точками и в соответствии с выражением (7), определяет углы β_k между отрезком и отрезками в соответствии с выражением (8), определяет угол γ между отрезком и осью в соответствии с выражением (9), определяет углы α_k между отрезками и осью в соответствии с выражением (10), определяет координаты k-х носителей ответчиков РСАО по осям OZ и ОХ в соответствии с выражениями (11) и (12), формирует промежуточные попарные признаки отождествления n-х обнаруженных наземных целей и k-х носителей ответчиков РСАО по координатным осям OZ и ОХ в соответствии с выражениями (13) и (14), формирует попарные признаки отождествления n-х обнаруженных наземных целей и k-х носителей ответчиков РСАО в соответствии с выражением (15), формирует итоговые идентификационные признаки обнаруженных наземных целей в соответствии с выражением (16).

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известен способ идентификации наземных целей, в котором итоговые идентификационные признаки обнаруженных НЦ формируются на основе отождествления их координат с координатами наземных ответчиков РСАО, определяемыми по результатам обработки кодированных ответных сигналов, сформированных и переданных наземными ответчиками РСАО в ответ на два кодированных запросных сигнала, которые в свою очередь были последовательно сформированы и переданы запросчиком РСАО воздушного судна с двух разнесенных в пространстве точек, находящихся по отношению к каждой НЦ под определенным углом.

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что формирование итоговых идентификационных признаков обнаруженных НЦ на основе отождествления их координат с координатами наземных ответчиков РСАО, определяемыми по результатам обработки кодированных ответных сигналов, сформированных и переданных наземными ответчиками РСАО в ответ на два кодированных запросных сигнала, которые в свою очередь были последовательно сформированы и переданы запросчиком РСАО воздушного судна с двух разнесенных в пространстве точек, находящихся по отношению к каждой НЦ под определенным углом, повышает достоверность идентификации НЦ в условиях многоцелевой обстановки.

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 наземных целей в условиях многоцелевой обстановки. В способе идентификации наземных целей итоговые идентификационные признаки обнаруженных наземных целей формируются на основе отождествления их координат с координатами наземных ответчиков радиолокационной системы с активным ответом (РСАО), определяемыми по результатам обработки кодированных ответных сигналов, сформированных и переданных наземными ответчиками РСАО в ответ на два кодированных запросных сигнала, которые в свою очередь были последовательно сформированы и переданы запросчиком РСАО воздушного судна из двух разнесенных в пространстве точек, находящихся по отношению к каждой наземной цели под определенным углом. 1 ил.

Способ идентификации наземных целей, основанный на формировании радиолокационного изображения (РЛИ) участка земной поверхности (УЗП), с использованием бортовой РЛС в режиме синтезирования апертуры антенны, на расстоянии, обеспечивающем покрытие запросным сигналом данного УЗП при однократном излучении, обнаружении N наземных целей на РЛИ УЗП, формировании и передаче запросчиком радиолокационной системы с активным ответом (РСАО) кодированного запросного сигнала в направлении центральной точки УЗП, приеме и обработке запросного сигнала ответчиками РСАО наземных целей, формировании и передаче кодированных ответных сигналов ответчиками РСАО наземных целей, приеме и обработке кодированных ответных сигналов запросчиком РСАО, отличающийся тем, что после обнаружения наземных целей на РЛИ УЗП определяют их координаты в связанной с носителем запросчика РСАО системе координат O₁X₁Y₁Z₁, где , после формирования и передачи запросчиком РСАО из точки О₁ первого кодированного запросного сигнала в момент времени t_З1 с учетом координат х_З1 и определяют координаты n-х наземных целей в относительной системе координат OXYZ, где х_З1 - координаты точки О₁ в относительной системе координат OXYZ, с учетом момента времени t_З1 и заданного интервала времени Δt определяют момент времени t_З2 излучения второго запросного сигнала, формируют и передают запросчиком РСАО из точки О₂ второй кодированный запросный сигнал в направлении центральной точки УЗП РЛИ в момент времени t_З2, после приема и обработки кодированных ответных сигналов, переданных в ответ на второй запросный сигнал, с учетом моментов времени t_З1, , t_З2, и координат x_З1, x_З2 определяют координаты k-x носителей ответчиков РСАО в относительной системе координат OXYZ, где и - моменты времени приема k-х ответных сигналов, переданных в ответ на первый и второй запросный сигналы соответственно, , K - число наземных ответчиков, формирующих и передающих ответные сигналы в ответ на запросный сигнал, x_З2 - координаты точки О₂ в относительной системе координат OXYZ, отождествляют координаты каждой n-й наземной цели с координатами каждого k-го носителя ответчика РСАО, если модули разностей координат n-й наземной цели и k-го носителя ответчика РСАО не превышают допустимых отклонений по осям ОХ и OZ относительной системы координат OXYZ, то формируют решение об отождествлении координат данной наземной цели с координатами данного носителя ответчика, в противном случае формируют решение о неотождествлении координат данной наземной цели с координатами данного носителя ответчика, если в отношении n-й наземной цели сформировано хотя бы одно решение об отождествлении ее координат с координатами носителя ответчика РСАО, то формируют решение о том, что данная n-я наземная цель оборудована ответчиком РСАО, правильно отвечающим на запросные сигналы запросчика РСАО, в противном случае формируют решение о том, что n-я наземная цель не оборудована ответчиком РСАО, правильно отвечающим на запросные сигналы запросчика РСАО.