СПОСОБ ПРЯМОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ВОЗДУШНЫХ ЦЕЛЕЙ Российский патент 2023 года по МПК G01S13/78 G01S7/288 

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 воздушных целей, реализуемый в радиолокационной системе с активным ответом (автономной системе опознавания с активным ответом), основанный на последовательном обнаружении с использованием бортовой РЛС N целей, измерении их угловых координат и дальностей до них, формировании запросчиком радиолокационной системы с активным ответом (РСАО) кодированного запросного сигнала (совокупности импульсов расположенных на определенных в соответствии с действующим кодом временных позициях) и последовательной его передаче в направлении каждой n-й обнаруженной воздушной цели, где приеме и обработке каждого n-го запросного сигнала р(n)-ми ответчиками РСАО, где Р(n) - число оборудованных ответчиком РСАО объектов из числа находящихся в зоне действия n-го запросного сигнала воздушных целей, формировании и передаче р(n)-ми ответчиками РСАО кодированных ответных сигналов (совокупности импульсов расположенных на определенных в соответствии с действующим кодом временных позициях и несущих частотах) на каждый n-й запросный сигнал, приеме запросчиком РСАО импульсов на несущих частотах ответного сигнала, последовательном формировании запросчиком РСАО оценок идентификационных признаков обнаруженных воздушных целей по результатам обработки ответных сигналов, где - оценка идентификационного признака n-й воздушной цели, оборудованной ответчиком РСАО, который формирует соответствующий действующему коду ответный сигнал, - оценка идентификационного признака n-й воздушной цели, не оборудованной ответчиком РСАО, который формирует соответствующий действующему коду ответный сигнал (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 воздушных целей в условиях многоцелевой обстановки (под идентификацией воздушной цели в данном случае понимается задача определения одного из двух ее идентификационных признаков: «воздушная цель оборудована ответчиком РСАО, который формирует соответствующий действующему коду ответный сигнал» или «воздушная цель не оборудована ответчиком РСАО, который формирует соответствующий действующему коду ответный сигнал»). Основной причиной этого является возникновение ошибочных оценок идентификационных признаков воздушных целей при условии пространственно-временного пересечения их ответных сигналов.

Техническим результатом изобретения является повышение вероятности правильной идентификации воздушных целей в условиях многоцелевой обстановки.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе идентификации в процессе приема запросчиком РСАО импульсов на частотах ответного сигнала фиксируют моменты их обнаружения, формируют для каждого n действительное множество T_n моментов обнаружения импульсов на несущих частотах ответного сигнала в зоне действия n-го запросного сигнала, формируют вектор признаков w„ наличия или отсутствия воздушных целей в зоне действия n-го запросного сигнала, с использованием вектора признаков w_n определяют число S(n) воздушных целей, обнаруженных в зоне действия n-го запросного сигнала, с использованием числа S(n) формируют множество всех возможных комбинаций идентификационных признаков воздушных целей, обнаруженных в зоне действия n-го запросного сигнала, где K(n) - число возможных комбинаций идентификационных признаков воздушных целей, обнаруженных зоне действия n-го запросного сигнала, формируют для каждой комбинации характерное множество моментов обнаружения импульсов на несущих частотах ответного сигнала в зоне действия n-го запросного сигнала, определяют для каждых k(n) и n меру идентичности n-го действительного множества T_n с k(n)-м характерным множеством в качестве оценки идентификационного признака n-й воздушной цели принимают соответствующий (ей) элемент комбинации для которой мера идентичности является максимальной из множества комбинаций где

Сущность изобретения заключается в том, что в качестве оценки идентификационного признака каждой отдельной воздушной цели принимается соответствующий ей элемент комбинации идентификационных признаков всех обнаруженных в зоне действия запросного сигнала воздушных целей, в том случае, если мера идентичности действительного и характерного множеств моментов обнаружения импульсов на несущих частотах ответного сигнала для данной комбинации является максимальной из множества возможных комбинаций. Это позволяет учесть возможные случаи пространственно-временного пересечения ответных сигналов обнаруженных воздушных целей и, как следствие, повысить вероятность их правильной идентификации в условиях многоцелевой обстановки.

Данный способ включает в себя следующие этапы:

1. Последовательное обнаружение с использованием бортовой РЛС N целей и измерение их угловых координат в горизонтальной и вертикальной плоскостях и дальностей до них;

2. Формирование запросчиком РСАО кодированного запросного сигнала (совокупности импульсов, расположенных на определенных в соответствии с действующим кодом временных позициях) и последовательная передача (излучение) его в направлении каждой n-й обнаруженной воздушной цели;

3. Прием и обработка каждого n-то запросного сигнала р([n)-ми ответчиками РСАО;

4. Формирование и передача p(n)-ми ответчиками РСАО кодированных ответных сигналов (совокупности импульсов, расположенных на определенных в соответствии с действующим кодом временных позициях и несущих частотах) на каждый n-й запросный сигнал;

5. Прием запросчиком РСАО импульсов на частотах ответного сигнала;

6. Фиксация моментов обнаружения принятых импульсов на частотах ответного сигнала, где - число принятых импульсов ответного сигнала на n-й частоте в ответ на n-й запросный сигнал;

7. Формирование для каждого n действительного множества моментов обнаружения импульсов на несущих частотах ответного сигнала в зоне действия n-то запросного сигнала в соответствии с выражением

где I(ƒ, n) - число моментов обнаружения импульсов на ƒ-й частоте ответного сигнала в зоне действия n-го запросного сигнала, с - скорость распространения радиоволны в свободном пространстве.

В соответствии с выражением (1), действительное множество формируется из множества моментов , при этом в качестве моментов определяются только такие моменты , для которых справедливо условие нахождения принятого в данный момент импульса, в зоне действия n-го запросного сигнала по дальности. Условие нахождения принятого в момент импульса, в зоне действия n-го запросного сигнала по угловым координатам выполняется по умолчанию, так как на n-й запросный сигнал могут формировать ответные сигналы, только ответчики РСАО тех воздушных целей, которые находятся в пределах разрешающей способности запросчика РСАО по угловым координатам;

8. Формирование вектора признаков наличия или отсутствия обнаруженных воздушных целей в зоне действия n-го запросного сигнала в соответствии с выражением

где - признак, соответствующий наличию цели в зоне действия n-го запросного сигнала, - признак, соответствующий отсутствию цели в зоне действия n-го запросного сигнала,

где

где - дальность до n-й воздушной цели; - дальность до воздушной цели; - угловая координата n-й воздушной цели в горизонтальной плоскости; - угловая координата воздушной цели в горизонтальной плоскости; - угловая координата n-й воздушной цели в вертикальной плоскости; - угловая координата воздушной цели в вертикальной плоскости; δD₂ - разрешающая способность запросчика РСАО по дальности; δθ₂ - разрешающая способность запросчика РСАО по угловым координатам;

9. Определение числа S(n) воздушных целей, обнаруженных бортовой РЛС, в зоне действия n-го запросного сигнала в соответствии с выражением

10. Формирование для каждого n множества всех возможных комбинаций идентификационных признаков воздушных целей, обнаруженных в зоне действия n-го запросного сигнала, в соответствии с выражением

где - число возможных комбинаций идентификационных признаков воздушных целей, обнаруженных в зоне действия n-го запросного сигнала; - функция отображения числа k(n) - 1 в двоичной форме с S(n) разрядами; - идентификационный признак s(n)-й воздушной цели в k(n) - й комбинации идентификационных признаков воздушных целей;

11. Формирование для каждой комбинации характерного множества моментов обнаружения импульсов на несущих частотах ответного сигнала в зоне действия n-то запросного сигнала в соответствии с выражением

где τ - длительность импульса ответного сигнала, - номер временной позиции (временного интервала), на которой должен быть импульс ответного сигнала на ƒ-й частоте в соответствии с действующим кодом, J - число временных позиций, на которых может быть импульс ответного сигнала; - дальность до воздушной цели, соответствующей номеру - число элементов q-l в комбинации q_k(n)n, - дальность до ближайшей воздушной цели, обнаруженной в зоне действия n-го запросного сигнала.

В соответствии с выражением (7), характерное множество для комбинации представляет собой совокупность моментов времени, в которые должны быть обнаружены импульсы на несущих частотах ответного сигнала в зоне действия n-го запросного сигнала, при условии соответствия комбинации идентификационным признакам воздушных целей, обнаруженных в зоне действия n-го запросного сигнала;

12. Определение для каждых k(n) и n меры идентичности n-то действительного множества T_n с k(n)-м характерным множеством в соответствии с выражением

где

здесь - величина, характеризующая совпадение или несовпадение момента с интервалами , входящими в совокупность - величина, характеризующая несовпадение момента ни с одним из интервалов , входящих в совокупность - величина, характеризующая совпадение момента с интервалом , входящим в совокупность - интервал времени с началом в точке и окончанием в точке ΔD₁ - ошибка определения дальности до цели.

В соответствии с выражением (9), величина принимает значение в том, случае, если выполняется условие принадлежности момента любому из интервалов , входящих в совокупность в противном случае величина принимает значение

13. Формирование решения об оценке идентификационного признака n-й обнаруженной воздушной цели в соответствии с выражением

где - элемент комбинации , соответствующий n-й цели,

В соответствии с выражением (10), в качестве оценки идентификационного признака n-й воздушной цели принимается соответствующий ей элемент q₀ комбинации , для которой мера идентичности является максимальной из множества комбинаций .

Данный способ может быть реализован, например, с помощью комплекса устройств, структурная схема которого приведена на фигуре, где обозначено: 1 - идентифицирующий объект, 2 - блок управления (БУ); 3 - блок обработки информации (БОИ); 4 - бортовая РЛС; 5 - запросчик РСАО; 6 - блок фиксации моментов обнаружения импульсов (БФМОИ); 7.1(n),…, 7.р(n),…7.Р(n) - объекты с идентификационным признаком q=1; 8.1(n),…,8.р(n),…8.Р(n) - ответчики РСАО, располагаемые на объектах 7.1(n),…,7.р(n),…7.Р(n) соответственно.

БУ 2 предназначен для управления совместной работой бортовой РЛС 4, запросчика РСАО 5, БОИ 3, и БФМОИ 6 на борту идентифицирующего объекта 1. БОИ 3 предназначен для обработки информации, поступающей от бортовой РЛС 4, запросчика РСАО 5 и БФМОИ 6 в соответствии с выражениями (1) - (9), а так же для формирования решения об оценке идентификационного признака каждой n-й обнаруженной воздушной цели в соответствии с выражением (10). Бортовая РЛС 4 предназначена для последовательного обнаружения N целей, измерения их угловых координат в горизонтальной и вертикальной плоскостях и дальностей до них. Запросчик РСАО 5 предназначен для формирования и передачи кодированного запросного сигнала в направлении обнаруженных целей и для приема импульсов на частотах ответного сигнала, переданных с ответчиков РСАО 8.1(n),…8.p(n),…8.Р(n). БФМОИ 6 предназначен для фиксации моментов обнаружения принятых импульсов на частотах ответного сигнала. Ответчики РСАО 8.1(n),…8.р(n),…8.Р(n) предназначены для приема и обработки кодированного запросного сигнала на борту объектов 7.1(n),…7.p(n),…7.P(n), а так же для формирования и передачи кодированных ответных сигналов.

Комплекс устройств работает следующим образом. БУ 2 управляет совместной работой бортовой РЛС 4, запросчика РСАО 5, БОИ 3, и БФМОИ 6 на борту идентифицирующего объекта 1. Бортовая РЛС 4 последовательно обнаруживает ТУ целей, измеряет их угловые координаты в горизонтальной и вертикальной плоскостях и дальности до них.

После обнаружения очередной цели запросчик РСАО 5 формирует и передает (излучает) в ее направлении кодированный запросный сигнал. Ответчики РСАО 8.1(n),…8.p(n),…8.Р(n) принимают и обрабатывают данный запросный сигнал по мере его поступления, затем формируют и передают кодированные ответные сигналы. Запросчик РСАО принимает импульсы на частотах ответного сигнала, переданных с ответчиков РСАО 8.1(n),…8.p(n),…8.Р(n). БФМОИ 6 фиксирует моменты обнаружения принятых импульсов на частотах ответного сигнала. БОИ 3 обрабатывает информацию, поступающую от бортовой РЛС 4, запросчика РСАО 5 и БФМОИ 6 в соответствии с выражениями (1) - (9), а так же формирует решение об оценке идентификационного признака каждой n-й обнаруженной воздушной цели в соответствии с выражением (10).

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

где Р₁ - вероятность правильной идентификации воздушных целей с применением предлагаемого способа, Р₀ - вероятность правильной идентификации воздушных целей с применением прототипа. Величины Р₀ и Р₁ оценивались методом статистических испытаний с использованием имитационной модели РСАО, функционирующей в соответствии с прототипом и имитационной модели подсистемы прямой идентификации воздушных целей, функционирующей в соответствии с предлагаемым способом.

В зависимости от условий проводимых испытаний диапазон прироста вероятности правильной идентификации за счет применения предлагаемого способа составил 0≤АР≤15%.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известен способ прямой идентификации воздушных целей, в котором в качестве оценки идентификационного признака каждой отдельной воздушной цели принимается соответствующий ей элемент комбинации идентификационных признаков всех обнаруженных в зоне действия запросного сигнала воздушных целей, в том случае, если мера идентичности действительного и характерного множеств моментов обнаружения импульсов на несущих частотах ответного сигнала для данной комбинации является максимальной из множества возможных комбинаций.

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что, если в качестве оценки идентификационного признака каждой отдельной воздушной цели принимать соответствующий ей элемент комбинации идентификационных признаков всех обнаруженных в зоне действия запросного сигнала воздушных целей, в том случае, если мера идентичности действительного и характерного множеств моментов обнаружения импульсов на несущих частотах ответного сигнала для данной комбинации является максимальной из множества возможных комбинаций, то это приведет к повышению вероятности правильной идентификации воздушных целей 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 воздушных целей в условиях многоцелевой обстановки. В заявленном способе в качестве оценки идентификационного признака каждой отдельной воздушной цели принимается соответствующий ей элемент комбинации идентификационных признаков всех обнаруженных в зоне действия запросного сигнала воздушных целей, в том случае если мера идентичности действительного и характерного множеств моментов обнаружения импульсов на несущих частотах ответного сигнала для данной комбинации является максимальной из множества возможных комбинаций. Это позволяет учесть возможные случаи пространственно-временного пересечения ответных сигналов обнаруженных воздушных целей и, как следствие, повысить вероятность их правильной идентификации в условиях многоцелевой обстановки. 1 ил.

Способ прямой идентификации воздушных целей, основанный на последовательном обнаружении с использованием бортовой РЛС N целей, измерении их угловых координат и дальностей до них, формировании запросчиком радиолокационной системы с активным ответом (РСАО) кодированного запросного сигнала и последовательной его передаче в направлении каждой n-й обнаруженной воздушной цели, где приеме и обработке каждого n-го запросного сигнала р(n)-ми ответчиками РСАО, где Р(n) - число оборудованных ответчиком РСАО объектов из числа находящихся в зоне действия n-го запросного сигнала воздушных целей, формировании и передаче р(n)-ми ответчиками РСАО на каждый n-й запросный сигнал кодированных ответных сигналов, представляющих собой совокупность импульсов, расположенных на определенных в соответствии с действующим кодом временных позициях и несущих частотах, приеме запросчиком РСАО импульсов на несущих частотах ответного сигнала, отличающийся тем, что в процессе приема запросчиком РСАО импульсов на несущих частотах ответного сигнала фиксируют моменты их обнаружения, формируют для каждого n действительное множество T_n моментов обнаружения импульсов на несущих частотах ответного сигнала в зоне действия n-го запросного сигнала, формируют вектор признаков w_n наличия или отсутствия воздушных целей в зоне действия n-го запросного сигнала, с использованием вектора признаков w_n определяют число S(n) воздушных целей, обнаруженных в зоне действия n-го запросного сигнала, с использованием числа S(n) формируют множество всех возможных комбинаций q_k(n) идентификационных признаков воздушных целей, обнаруженных в зоне действия n-го запросного сигнала, где K(n) - число возможных комбинаций идентификационных признаков воздушных целей, обнаруженных зоне действия n-го запросного сигнала, формируют для каждой комбинации q_k(n)n характерное множество T_k(n)n моментов обнаружения импульсов на несущих частотах ответного сигнала в зоне действия n-го запросного сигнала, определяют для каждых k(n) и n меру идентичности G_k(_n)_n n-го действительного множества T_n с k(n)-м характерным множеством T_k(n)n, в качестве оценки идентификационного признака n-й воздушной цели принимают соответствующий ей элемент комбинации q_m(n)n, для которой мера идентичности G_m(n)n является максимальной из множества комбинаций , где - оценка идентификационного признака n-й воздушной цели, оборудованной ответчиком РСАО, формирующим соответствующий действующему коду ответный сигнал, - оценка идентификационного признака n-й воздушной цели, не оборудованной ответчиком РСАО, формирующим соответствующий действующему коду ответный сигнал.