СПОСОБ ДВУХПОЗИЦИОННОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ НАЗЕМНОЙ ЦЕЛИ Российский патент 2023 года по МПК G01S13/76 G01S13/78 G01S13/90 

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 (см., например, патент РФ №2659090 от 28.06.2018 г. «Способ идентификации наземных целей»), который заключается 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, формировании принятого частотно-временного кода (ЧВК), 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, - 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.

К недостаткам данного способа относится снижение достоверности идентификации НЦ в условиях многоцелевой обстановки (под идентификацией НЦ в данном случае понимается задача определения одного из двух ее идентификационных признаков: «НЦ оборудована ответчиком РСАО, правильно отвечающим на запросные сигналы» или «НЦ не оборудована ответчиком РСАО, правильно отвечающим на запросный сигналы»). Одной из причин этого является то, что в условиях многоцелевой обстановки в пределах сектора неопределенности местонахождения ответчика РСАО 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 что в известном способе после формирования РЛИ УЗП измеряют в относительной системе координат OXYZ пространственные координаты Х₁₀ первого воздушного судна, являющегося носителем бортовой РЛС, после обнаружения целей на РЛИ УЗП выбирают очередную наземную цель для идентификации в порядке их расположения на РЛИ УЗП при построчном просмотре слева направо сверху вниз, оценивают координаты Х_Ц1 выбранной для идентификации наземной цели в связанной с первым воздушным судном системе координат O₁X₁Y₁Z₁, с учетом координат Х₁₀ и Х_Ц1 оценивают координаты Х_Ц0 выбранной наземной цели в относительной системе координат OXYZ, после передачи запросчиком РСАО первого воздушного судна кодированного запросного сигнала в направлении центральной точки УЗП формируют информационное сообщение, содержащее момент времени t_изл. излучения запросного сигнала и координаты Х₁₀ и Х_Ц0, и передают его на второе воздушное судно, взаимодействующее с первым воздушным судном при двухпозиционной идентификации выбранной наземной цели, с учетом величин, Х₁₀ и Х_Ц0 оценивают начальный t_1H и конечный t_1K моменты времени ожидания ответного сигнала на первом воздушном судне, принимают на втором воздушном судне информационное сообщение, переданное с первого воздушного судна, и выделяют переданную информацию, измеряют пространственные координаты Х₂₀ второго воздушного судна в относительной системе координат OXYZ, с учетом величин Х_Ц0 и Х₂₀ ориентируют диаграмму направленности антенны запросчика РСАО второго воздушного судна в направлении наземной цели, с учетом величин t_изл., Х_Ц0, Х₁₀ и Х₂₀ оценивают начальный t_2H и конечный t_2K моменты времени ожидания ответного сигнала на втором воздушном судне, после передачи ответного сигнала ответчиком РСАО наземной цели принимают его на первом и втором воздушных судах и фиксируют соответствующие моменты времени его приема t_пр.1 и t_пp.2, на первом воздушном судне формируют оценку первого промежуточного идентификационного признака при этом, если t_1H≤t_пр.1≤t_1K, то формируют оценку в противном случае формируют оценку на втором воздушном судне формируют оценку второго промежуточного идентификационного признака при этом, если t_2H≤t_np.2≤t_2K, то формируют оценку в противном случае формируют оценку , на втором воздушном судне формируют информационное сообщение, содержащее оценку и передают его на первое воздушное судно, на первом воздушном судне принимают данное сообщение и выделяют переданную информацию, на первом воздушном судне формируют итоговую оценку идентификационного признака выбранной наземной цели q* путем перемножения промежуточных оценок

Сущность изобретения заключается в том, что итоговая оценка q* ИП НЦ формируется по результатам обработки кодированного ответного сигнала (сформированного и переданного ответчиком РСАО НЦ в ответ на кодированный запросный сигнал, сформированный и переданный запросчиком РСАО), прием которого осуществляется двумя разнесенными в пространстве запросчиками РСАО, установленными на двух взаимодействующих ВС. Это позволяет существенно уменьшить сектор неопределенности местонахождения ответчика РСАО и, как следствие, повысить достоверность идентификации наземной цели в условиях многоцелевой обстановки.

Уменьшение сектора ΔS (где ΔS - сектор неопределенности местонахождения ответчика РСАО при двухпозиционной идентификации наземной цели) объясняется тем, что его размеры определяются только областью пересечения секторов ΔS₁ и ΔS₂ (где ΔS₁ - сектор неопределенности местонахождения ответчика РСАО относительно первого воздушного судна, ΔS₂ - сектор неопределенности местонахождения ответчика РСАО относительно второго воздушного судна). При этом размеры сектора ΔS зависят от угла между взаимодействующими воздушными судами относительно наземной цели. Увеличение угла в пределах от 0° до 90° приводит к уменьшению сектора ΔS, а следовательно к повышению достоверности идентификации наземной цели при двухпозиционной идентификации в условиях многоцелевой обстановки.

Данный способ включает в себя следующие этапы:

1. На борту первого ВС, являющегося носителем бортовой РЛС:

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

1.2. Измерение пространственных координат X₁₀=[x₁₀,y₁₀,z₁₀] первого ВС в относительной системе координат OXYZ (OXYZ - правая прямоугольная система координат с началом в точке О, совмещенной с аэродромом базирования первого и второго воздушных судов, оси ОХ и OY лежат в плоскости, касательной к земной поверхности в точке О, при этом ось ОХ направлена на север, ось OZ перпендикулярно к плоскости OXY);

1.3. Обнаружение наземных целей на РЛИ УЗП;

1.4 Выбор очередной НЦ для идентификации в порядке их расположения на РЛИ УЗП при построчном просмотре слева направо сверху вниз;

1.5 Оценка координат X_Ц1=[x_Ц1,y_Ц1,z_Ц1] выбранной для идентификации наземной цели в связанной с первым ВС системе координат O₁X₁Y₁Z₁ (O₁X₁Y₁Z₁ - правая прямоугольная система координат с началом в точке О₁, совмещенной с центром масс первого воздушного судна, направление осей О₁Х₁, O₁Y₁ и O₁Z₁ совпадает с направлениями осей ОХ, OY и OZ соответственно);

1.6. Оценка координат выбранной для идентификации НЦ в относительной системе координат в соответствии с выражением

1.7. Формирование и передача запросчиком РСАО первого ВС кодированного запросного сигнала (совокупности импульсов, расположенных на определенных в соответствии с действующим кодом временных позициях) в направлении центральной точки УЗП РЛИ;

1.8. Формирование и передача с первого ВС на второе ВС по каналу обмена данными информационного сообщения, содержащего момент времени излучения запросного сигнала, координаты первого ВС Х₁₀ и НЦ Х_Ц0;

1.9. Оценка начального t_1H и конечного t_1K моментов времени ожидания ответного сигнала на первом ВС в соответствии с выражениями:

где ΔД₁ - ошибка оценки дальности до НЦ относительно первого ВС;

2. На борту второго ВС, взаимодействующего с первым ВС при двухпозиционной идентификации НЦ:

2.1. Прием и обработка информационного сообщения, переданного с борта первого ВС, с выделением информации о моменте времени t_изл. излучения запросного сигнала, координатах первого ВС Х₁₀ и НЦ Х_Ц0;

2.2. Измерение пространственных координат второго ВС в относительной системе координат OXYZ;

2.3. Ориентирование диаграммы направленности антенны запросчика РСАО второго ВС в направлении НЦ;

2.4. Оценка начального t_2H и конечного t_2K моментов времени ожидания ответного сигнала на втором ВС в соответствии с выражениями:

где ΔД₂ - ошибка оценки дальности до НЦ относительно второго ВС;

3. На НЦ, находящейся в зоне действия запросного сигнала и являющейся носителем ответчика РСАО:

3.1. Прием и обработка запросного сигнала ответчиком РСАО НЦ;

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

4. На борту первого ВС:

4.1. Прием и обработка кодированного ответного сигнала с фиксацией момента времени t_пр.1 его приема на первом ВС;

4.2. Формирование оценки промежуточного ИП НЦ относительно первого ВС (первого промежуточного ИП НЦ ) в соответствии с выражением

5. На борту второго ВС:

5.1. Прием и обработка ответного сигнала с фиксацией момента времени t_пр.2 его приема на втором ВС;

5.2. Формирование оценки промежуточного ИП НЦ относительно второго ВС (второго промежуточного ИП НЦ ) в соответствии с выражением

5.3. Формирование и передача информационного сообщения, содержащего оценку второго промежуточного ИП НЦ , с борта второго ВС на первое ВС;

6. На борту первого ВС:

6.1. Прием и обработка информационного сообщения, переданного с борта второго ВС, с выделением информации об оценке второго промежуточного ИП НЦ ;

6.2. Формирование итоговой оценки ИП НЦ q* в соответствии с выражением

Данный способ может быть реализован, например, с помощью комплекса устройств, структурная схема которого приведена на фигуре, где обозначено: 1 - первое ВС (носитель бортовой РЛС); 2 - блок обработки информации (БОИ); 3 - навигационная система (НС); 4 - блок обнаружения наземных целей (БОНЦ); 5 - блок управления и согласования (БУС); 6 - запросчик РСАО; 7 - терминал системы обмена данными (ТСОД); 8 - Бортовая РЛС с синтезированной апертурой антенны (РСА); 9 - блок управления диаграммой направленности антенны (БУ ДНА); 10 - наземная цель (НЦ), являющаяся носителем ответчика РСАО; 11 - наземный ответчик РСАО; 12 - второе воздушное судно; 13 - ТСОД; 14 - БУС; 15 - БУ ДНА; 16 - БОИ; 17 - НС; 18 -запросчик РСАО.

БОИ 2, НС 3, БОНЦ 4, БУС 5, запросчик РСАО 6, ТСОД 7, РСА 8 и БУ ДНА 9 размещаются на первом воздушном судне 1. Наземный ответчик РСАО 11 размещается на НЦ 10. ТСОД 13, БУС 14, БУ ДНА 15, БОИ 16, НС 17 и запросчик РСАО 18 размещаются на втором воздушном судне.

БОИ 2 предназначен для оценки координат выбранной для идентификации НЦ в относительной системе координат Х_Ц0, для оценки начального t_1H и конечного t_1K моментов времени ожидания ответного сигнала на первом ВС, для оценки первого ИП НЦ и для формирования итоговой оценки ИП НЦ q*. НС 3 предназначена для измерения пространственных координат Х₁₀ первого ВС в относительной системе координат OXYZ. БОНЦ 4 предназначен для обнаружения целей на РЛИ УЗП, выбора цели для идентификации и оценки ее координат Х_Ц1=[х_Ц1, y_Ц1, y_Ц1] в связанной с первым ВС системе координат O₁X₁Y₁Z₁. БУС 5 предназначен для управления устройствами комплекса и их согласования на первом ВС. Запросчик РСАО 6 предназначен для формирования и передачи кодированного запросного сигнала (совокупности импульсов расположенных на определенных в соответствии с действующим кодом временных позициях) в направлении центральной точки УЗП РЛИ, а также для приема и обработки кодированного ответного сигнала с фиксацией момента времени t_пр.1 его приема на первом ВС. ТСОД 7 предназначен для формирования и передачи с первого ВС на второе ВС по каналу обмена данными информационного сообщения, содержащего момент времени t_изл. излучения запросного сигнала, координаты первого ВС Х₁₀ и НЦ Х_Ц0, а также для приема и обработки информационного сообщения, переданного с борта второго ВС, с выделением информации об оценке второго промежуточного ИП НЦ . РСА 8 предназначена для формирования РЛИ УЗП на расстоянии, обеспечивающем покрытие запросным сигналом данного УЗП при однократном излучении. БУ ДНА 9 предназначен для управления диаграммой направленности запросчика РСАО 6. Наземный ответчик РСАО 11 предназначен для приема и обработка кодированного запросного сигнала, а также для формирования и передачи через ненаправленную антенну кодированного ответного сигнала (совокупности импульсов, излучаемых на несущих частотах и временных позициях, определяемых действующим кодом). ТСОД 13 предназначен для приема и обработки информационного сообщения, переданного с борта первого ВС, с выделением информации, содержащей момент времени t_изл. излучения запросного сигнала, координаты первого ВС Х₁₀ и НЦ Х_Ц0, а также для формирования и передачи информационного сообщения, содержащего оценку второго промежуточного ИП НЦ , с борта второго ВС на первое ВС.БУС 14 предназначен для управления устройствами комплекса и их согласования на втором ВС.БУ ДНА запросчика РСАО 15 предназначен для ориентирования ДНА запросчика второго ВС в направлении НЦ. БОИ 16 предназначен для оценки начального t_2H и конечного t_2K моментов времени ожидания ответного сигнала на втором ВС, а также для формирования оценки второго промежуточного ИП НЦ . НС 17 предназначена для измерения пространственных координат Х₂₀=[х_20,y_20,z₂₀] второго ВС в относительной системе координат OXYZ. Запросчик РСАО 18 предназначен для приема и обработки кодированного ответного сигнала с фиксацией момента времени t_пр2 его приема на втором ВС.

Комплекс устройств работает следующим образом.

На борту первого ВС.БУС 5 управляет устройствами комплекса и согласовывает их функционирование на первом ВС. РСА 8 формирует РЛИ УЗП на расстоянии, обеспечивающем покрытие запросным сигналом данного УЗП при однократном излучении. РЛИ УЗП через БУС 5 поступает на БОНЦ 4. НС 3 измеряет пространственные координаты Х₁₀ первого ВС в относительной системе координат OXYZ, которые через БУС 5 поступают в БОИ 2, БОНЦ 4 и ТСОД 7. БОНЦ 4 обнаруживает цели на РЛИ УЗП, выбирает цель для идентификации и оценивает ее координаты Х _Ц1=[х_Ц1, y_Ц1, z_Ц1] в связанной с первым ВС системе координат O₁X₁Y₁Z₁, которые через БУС 5 поступают на БОИ 2 и БУ ДНА 9. БОИ 2 оценивает координаты Х_Ц0 выбранной для идентификации НЦ в относительной системе координат OXYZ в соответствии с выражением (1), информация о которых поступает через БУС 5 в ТСОД 7. Запросчик РСАО 9 формирует кодированный запросный сигнал, который проходя через БУ ДНА 9 излучается в направлении центральной точки УЗП РЛИ. Информация о моменте времени t_изл. излучения запросного сигнала поступает через БУС 5 в ТСОД 7. ТСОД 7 формирует и передает с первого ВС на второе ВС информационное сообщение, содержащее момент времени t_изл. излучения запросного сигнала, координаты первого ВС Х₁₀ и НЦ Х_Ц0. БОИ 2 оценивает начальный t_1H и конечный t_1K моменты времени ожидания ответного сигнала на первом ВС в соответствии с выражениями (2) и (3).

На борту второго ВС. БУС 14 управляет устройствами комплекса и согласовывает их на втором ВС. ТСОД 13 принимает и обрабатывает информационное сообщение, переданное с борта первого ВС, с выделением информации о моменте времени t_изл. излучения запросного сигнала, координатах первого ВС Х₁₀ и НЦ Х_Ц0. Данная информация через БУС 14 поступает на БОИ 16, кроме этого информация о координатах НЦ Х_Ц0 через БУС 14 поступает на БУ ДНА 15. НС 17 измеряет пространственные координаты Х₂₀=[х_20, y_20, z₂₀] второго ВС в относительной системе координат OXYZ, информация о которых поступает через БУС 14 на БОИ 16 и БУ ДНА 15. БУ ДНА 15 ориентирует ДНА запросчика РСАО 18 второго ВС в направлении НЦ. БОИ 16 оценивает начальный t_2H и конечный t_2K моменты времени ожидания ответного сигнала на втором ВС в соответствии с выражениями (4) и (5).

На НЦ, являющейся носителем ответчика РСАО. Наземный ответчик РСАО 11 принимает и обрабатывает кодированный запросный сигнал, а также формирует и передает через ненаправленную антенну кодированный ответный сигнал (совокупность импульсов, излучаемых на несущих частотах и временных позициях, определяемых действующим кодом).

На борту первого ВС. Запросчик РСАО 6 принимает и обрабатывает кодированный ответный сигнал с фиксацией момента времени t_пр.1 его приема, информация о котором через БУС 5 поступает в БОИ 2. БОИ 2 формирует оценку первого промежуточного ИП НЦ в соответствии с выражением (6).

На борту второго ВС. Запросчик РСАО 18 принимает и обрабатывает кодированный ответный сигнал с фиксацией момента времени t_{пр. 2} его приема, информация о котором через БУС 14 поступает в БОИ 16. БОИ 16 формирует оценку второго промежуточного ИП НЦ в соответствии с выражением (7), информация о которой через БУС 14 поступает в ТСОД 13. ТСОД 13 формирует и передает информационное сообщение, содержащее оценку второго промежуточного ИП НЦ , с борта второго ВС на первое ВС.

На борту первого ВС.ТСОД 7 принимает и обрабатывает информационное сообщение, переданное с борта второго ВС, с выделением информации об оценке второго ИП НЦ , которая через БУС 5 поступает в БОИ 2. БОИ 2 формирует итоговую оценку ИП НЦ q* в соответствии с выражением (8).

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известен способ идентификации наземной цели, в котором итоговая оценка ее идентификационного признака формируется по результатам обработки ответного сигнала, прием которого осуществляется двумя разнесенными в пространстве запросчиками РСАО, установленными на двух взаимодействующих воздушных судах.

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что если итоговой оценку ИП НЦ формировать по результатам обработки ответного сигнала, прием которого осуществлять Х₂₀=[х_20,y_20,z₂₀] двумя разнесенными в пространстве запросчиками РСАО, установленными на двух взаимодействующих воздушных судах, то это приведет к повышению достоверности 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 наземных целей. Техническим результатом изобретения является повышение достоверности идентификации наземной цели в условиях многоцелевой обстановки. В заявленном способе итоговая оценка идентификационного признака наземной цели формируется по результатам обработки кодированного ответного сигнала, сформированного и переданного ответчиком радиолокационной системы с активным ответом (РСАО) наземной цели в ответ на кодированный запросный сигнал, сформированный и переданный запросчиком РСАО, прием которого осуществляется двумя разнесенными в пространстве запросчиками РСАО, установленными на двух взаимодействующих воздушных судах. Это позволяет существенно уменьшить сектор неопределенности местонахождения ответчика РСАО и, как следствие, повысить достоверность идентификации наземной цели в условиях многоцелевой обстановки. 1 ил.

Способ двухпозиционной идентификации наземной цели, 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 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 данного запросного сигнала ответчиками РСАО наземных целей, находящимися в зоне действия запросного сигнала, формировании и передаче кодированных ответных сигналов данными ответчиками РСАО, отличающийся тем, что после формирования РЛИ УЗП измеряют в относительной системе координат OXYZ пространственные координаты Х₁₀ первого воздушного судна, являющегося носителем бортовой РЛС, после обнаружения целей на РЛИ УЗП выбирают очередную наземную цель для идентификации в порядке их расположения на РЛИ УЗП при построчном просмотре слева направо сверху вниз, оценивают координаты Х_Ц1 выбранной для идентификации наземной цели в связанной с первым воздушным судном системе координат O₁X₁Y₁Z₁, с учетом координат Х₁₀ и Х_Ц1 оценивают координаты Х_Ц0 выбранной наземной цели в относительной системе координат OXYZ, после передачи запросчиком РСАО первого воздушного судна кодированного запросного сигнала в направлении центральной точки УЗП формируют информационное сообщение, содержащее момент времени t_изл. излучения запросного сигнала и координаты Х₁₀ и Х_Ц0, и передают его на второе воздушное судно, взаимодействующее с первым воздушным судном при двухпозиционной идентификации выбранной наземной цели, с учетом величин t_изл., Х₁₀ и Х_Ц0 оценивают начальный t_1H и конечный t_1K моменты времени ожидания ответного сигнала на первом воздушном судне, принимают на втором воздушном судне информационное сообщение, переданное с первого воздушного судна, и выделяют переданную информацию, измеряют пространственные координаты Х₂₀ второго воздушного судна в относительной системе координат OXYZ, с учетом величин Х_Ц0 и Х₂₀ ориентируют диаграмму направленности антенны запросчика РСАО второго воздушного судна в направлении наземной цели, с учетом величин t_изл., Х_Ц0, Х₁₀ и Х₂₀ оценивают начальный t_2H и конечный t_2K моменты времени ожидания ответного сигнала на втором воздушном судне, после передачи ответного сигнала ответчиком РСАО наземной цели принимают его на первом и втором воздушных судах и фиксируют соответствующие моменты времени его приема t_пр.1 и t_пр.2, на первом воздушном судне формируют оценку первого промежуточного идентификационного признака при этом, если t_lH≤t_пр.l≤t_1K, то формируют оценку в противном случае формируют оценку на втором воздушном судне формируют оценку второго промежуточного идентификационного признака при этом, если t_2H≤t_np2≤t_2K, то формируют оценку , в противном случае формируют оценку , на втором воздушном судне формируют информационное сообщение, содержащее оценку и передают его на первое воздушное судно, на первом воздушном судне принимают данное сообщение и выделяют переданную информацию, на первом воздушном судне формируют итоговую оценку идентификационного признака выбранной наземной цели q* путем перемножения промежуточных оценок где - наземная цель оборудована ответчиком РСАО, правильно отвечающим на запросные сигналы, q*=0 - наземная цель не оборудована ответчиком РСАО, правильно отвечающим на запросные сигналы.