КООРДИНАТ И СКОРОСТИ ОБЪЕКТОВ

ОПИСАНИЕ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Техническое решение относится к области радиолокации и может использоваться в бортовых радиолокационных системах (РЛС) для определения координат и скорости подвижных и неподвижных объектов с повышенной точностью.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен способ параллельного кругового радиолокационного обзора пространства, реализованный в радиолокаторе RIAS - четырехкоординатном радиолокаторе (определяет дальность, азимут, угол места и радиальную скорость.СМ.: D. Thibaud, J.P.Eglizeaud. 4D tracking processor for synthetic pulse and antenna radar (RIAS), RADAR-89, 1989, p. 370-374), работающий в метровом диапазоне волн. В RIAS применены круговые передающая и приемная антенные решетки, расположенные концентрически. Этот способ характеризуется ускоренным обзором пространства (одновременный обзор без формирования сканирующего луча), излучение и прием являются всенаправленными. Особенностью формирования излучаемого суммарного сигнала является всенаправленное излучение когерентных парциальных сигналов на разных частотах пространственно разнесенными антенными элементами (излучателями). /Далее под элементарным излучателем (излучателем) имеется в виду элементарная антенна (вибратор, щелевая антенна и т.п.), которая может работать как на излучение, так и на прием, и входящая как составной элемент в передающую или приемную антенну РЛС/. Таким образом, RIAS позволяет осуществлять кодирование облучаемого пространства: излучаемые в каждом направлении сигналы обладают свойствами индивидуального кода. Цель переотражает сигнал с тем же кодом, что является признаком зоны, в которой она находится. При этом местоположение цели определяется системой из простых приемников (RIAS, RADAR A IMPULSION ЕТ ANTENNE SYNTHETIQUE / J.Dorey, G. Gamier, G. Auvray // International Conference on Radar.- Paris., 1989, April 24-28.- P.556-562; Le radar qui de"tecte les avions "invisibles"/ M.Chabreuil // U'Usine Nouvelle Technologies, 1989, v.64, mai, p.64-68). В данном способе кодирование предполагает использование ортогональных кодов излучаемого сигнала (например, использование сигналов на разных частотах), что необходимо, в частности, для равномерного облучения контролируемого пространства (RIAS, RADAR A IMPULSION ЕТ ANTENNE SYNTHETIQUE / J.Dorey, G.Garnier // L'Onde Electrique, Nov.- Dec. 1989, V.69, N 6, P. 36-44). Особенностью приема являются цифровая обработка сигнала и цифровое формирование диаграммы направленности в неявном виде. Положение каждой цели определяется путем учета запаздываний ортогональных (парциальных) составляющих зондирующего сигнала от каждого отдельного излучателя передающей антенны до цели и от цели до каждого отдельного элемента приемной антенны. При этом при приеме реализуется пространственное сжатие излученного сигнала и временное сжатие совокупности излученных парциальных сигналов. Цифровая обработка включает когерентную обработку сигнала, которая реализует, в частности, преобразование дискретных частот принимаемых парциальных сигналов; функции фильтрации, назначение которых - селекция целей по доплеровской частоте, дальности, азимуту и углу. Непрерывное или квазинепрерывное излучение позволяет повысить разрешение по дальности и скорости.

Недостаток этого способа - зависимость точности определения координат цели от размеров антенны. Большие размеры горизонтальной апертуры обусловлены методом обработки принятых сигналов. Бортовые РЛС имеют ограничения на габариты и вес антенн, поэтому способ не позволяет обеспечить требуемую точность определения координат цели. К недостаткам данного способа относится также сложность цифровой обработки, требующая выполнения большого количества вычислительных операций.

Известен также способ радиолокационного определения координат целей при одновременном круговом обзоре пространства (Заявка FR 2709835 А1 , G 01 S 13/52), заключающийся в одновременном всенаправленном или локально направленном пространственно разнесенном излучении когерентных сигналов на одной частоте (в прототипе предусмотрен вариант реализации способа, когда сигнал излучается в узком диапазоне длин волн, см. заявку FR 2709835 А1 , С. 6); одновременном, всенаправленном или локально направленном, пространственно разнесенном приеме отраженных от целей сигналов, селекции принятых сигналов по скорости и дальности, совместной обработке отселектированных по скорости и дальности сигналов с последующим выделением из помех. Совместная обработка отселектированных по скорости и дальности сигналов состоит в формировании диаграмм направленности и исключении ложных сигналов, принимаемых боковыми лепестками, с использованием статистической обработки. В данном способе предполагается излучение отдельных сигналов с такими характеристиками, чтобы при приеме они (сигналы) были идентифицированы.

Недостаток этого способа - необходимость использования антенн с большой горизонтальной апертурой, при ограничениях на размеры антенны точность определения координат цели невысокая.

Наиболее близким по сущности к заявляемому изобретению является способ радиолокационного определения координат целей (патент РФ 2127437).

Сущность способа заключается в одновременном всенаправленном или локально направленном излучении (отдельными излучателями) М первых когерентных сигналов на одной частоте; одновременном, всенаправленном или локально направленном когерентном приеме N первых отраженных от целей сигналов и их селекции по скорости и дальности и последующем раздельном суммировании по каждому из дальностно-скоростных каналов с запоминанием результатов суммирования; дополнительном излучении с разнесением во времени по отношению к М первым излученным когерентным сигналам, одновременном, всенаправленном или локально направленном (отдельными излучателями), на той же частоте, что и М первых когерентных сигналов, вторых когерентных сигналов с взаимным сдвигом фаз, обеспечивающим формирование вращающегося поля; одновременном, всенаправленном или локально направленном когерентном приеме N вторых отраженных от целей сигналов со сдвигами фаз, соответствующими сдвигам фаз излучаемых М вторых когерентных сигналов; селектировании N вторых принятых сигналов по скорости и дальности; суммировании N вторых отселектированных по скорости и дальности сигналов раздельно по каждому из дальностно-скоростных каналов; определении разностей фаз сигналов, просуммированных по дальностно-скоростным каналам и соответствующих N первым принятым сигналам, и сигналов, просуммированных по дальностно-скоростным каналам и соответствующих N вторым принятым сигналам; при этом разности фаз сигналов определяют для соответствующих друг другу дальностно-скоростных каналов; отселектированные по скорости и дальности сигналы выделяют из помех. Таким образом, после выполнения вышеперечисленных действий каждому из выделенных из помех сигналов поставлены в соответствие дальность (канал дальности), скорость (номер доплеровского фильтра) и азимут (значение разности фаз). В общем случае число элементов приемной и передающей антенн может быть различно т.е. не равно N, поэтому и сдвиги фаз сигналов отдельных излучателей для формирования и приема вращающегося поля в общем случае различны. Предполагается, что перед измерением разностей фаз и перед выделением сигналов из помех может производиться когерентное накопление принятых сигналов вращающегося поля и когерентное накопление принятых сигналов синфазного поля за несколько циклов приема и передачи. Учитывая когерентность излучения и приема сигналов вращающегося поля и сигналов синфазного поля, упомянутые когерентные накопления могут осуществляться при излучении "вложенных" пачек импульсов синфазного и вращающегося полей. Выделение сигналов из помех может производиться после измерения разностей фаз принятых сигналов синфазного и вращающегося полей, либо после выделения сигналов из помех измерение разностей фаз производится только для тех дальностно-скоростных каналов, в которых сигнал цели обнаружен, при этом измеренные фазы принятых сигналов синфазного и вращающегося полей должны предварительно запоминаться. Чтобы не терялась полезная информация, выделение сигналов из помех целесообразно производить после суммирования принятых сигналов синфазного и вращающегося полей в одинаковых дальностно- скоростных каналах.

Недостатком способа-прототипа является невысокая точность определения координат и скорости цели с малым уровнем эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) на фоне местных предметов или помех, как естественных, так и искусственно созданных.

СУЩНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ Технический результат заявляемого технического решения состоит в улучшении точности определения координат и скорости объектов и целей с малым уровнем эффективной площади рассеивания (ЭПР).

Заявленный технический результат достигается следующим образом.

Сущность способа в заявленном техническом решении заключается в оценке скорости изменения частоты дополнительной линейной частотной модуляции (ЛЧМ) отраженного от объекта сигнала, обусловленной их движением, с последующим вычислением дальности до объекта по значению начальной частоты принятого ЛЧМ колебания. Способ радиолокационного определения координат и скорости объектов, содержит этапы, на которых:

зондируют радиолокационные объекты и цели в верхней, нижней полусфере, либо в заданном секторе пространства относительно носителя 5 бортовой РЛС непрерывным ЛЧМ сигналом с помощью М-канальной по частоте и поляризации РЛС;

- принимают отраженные от неподвижных местных предметов и от движущихся целей сигналы с помощью N- канального приемного устройства;

- определяют азимут и угол места радиолокационных объектов и целей ю методом максимума парциальной диаграммы направленности, методом минимума диаграмм направленности, либо моноимпульсным методом оценки направления на цель или объект;

- выполняют совместную оценку по принятой реализации эхо-сигнала параметров μ _ρ и f ^ ,

15 - вычисляют радиальную скорость цели V _r = μ _ρ ο/(4μ)

- вычисляют доплеровскую частоту цели f _R = 2f ₀ V _r /c

- вычисляют «дальностную» частоту f _R = f кд f _д — f _A0 .

- вычисляют дальность до цели R ₀ = ί _κ ο/(2μ) .

Устройство для радиолокационного определения координат и скорости 20 объектов, содержит М каналов излучения непрерывного ЛЧМ сигнала на различных частотах и поляризациях и Ν каналов приема эхо-сигналов на различных частотах и поляризациях, отличающееся тем, что в состав приемного устройства дополнительно введено Ν-канальное устройство оценивателя параметров μ _ρ и f _j ^ содержащее Ν-канальное устройство формирования

25 опорных функций (УФОФ), выходы которого соединены со входами перемножителей принятого сигнала с опорными функциями, выходы которых соединены со входами блоков быстрого преобразования Фурье, выходы которых соединены с устройством поиска максимума функции взаимной корреляции, вход устройства поиска максимума функции взаимной корреляции соединен с выходом зо датчика собственной скорости носителя РЛС. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фигура иллюстрирует работу блока оценивателя дальности и радиальной скорости цели.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ

Заявленное техническое решение работает следующим образом.

Порядок получения оценок азимута А, угла места В, дальности R ₀ и радиальной скорости V _r цели заключается в последовательном выполнении следующих операций.

1 . Зондирование радиолокационных объектов и целей в верхней, нижней полусфере, либо в заданном секторе пространства относительно носителя бортовой РЛС непрерывным ЛЧМ сигналом с помощью М-канальной по частоте и поляризации РЛС.

2. Прием отраженных от неподвижных местных предметов и движущихся объектов сигналов с помощью N- канального приемного устройства.

3. Определение азимута и угла места радиолокационных объектов и целей методами максимума парциальной диаграммы направленности, метода минимума либо моноимпульсного метода оценки направления на цель или объект.

4. Совместная оценка по принятой реализации эхо-сигнала параметров - _р ^и _д - входящих в выражение (1). Излучаемый РЛС сигнал единичной амплитуды в каждом периоде зондирования длительностью Т _м представляет собой линейно частот -модулированное (ЛЧМ) колебание

ия частоты и начальная фаза ЛЧМ сигнала, соответственно; AF и Т _м - ширина спектра и период модуляции зондирующего сигнала, соответственно/.

5. Определение в соответствии с (2) оценки радиальной скорости цели

Υ _Γ = μ _ρ ο/(4μ) . (2) 6. Вычисление в соответствии с (3) оценки доплеровской частоты

7. Получение информации о собственной скорости носителя РЛС,

f

расчет соответствующей ей доплеровской частоты ^д0 и определение оценки «дальностной» частоты f _R

8. Определение в соответствии с (5) оценки дальности до цели

Получение оценок неэнергетических параметров μ _ρ и f _j ^ может быть осуществлено с использованием метода максимального правдоподобия [Гришин Ю.П., Ипатов В. П., Казаринов Ю М. Радиотехнические системы / под ред. Ю.М. Казаринова. М.: Высшая школа, 1992. 496 с]. В этом случае оценки параметров соответствуют положению максимума двумерной корреляционной функции для различных значений f и μ _οπ

S(f _n ) = F S _p (t)s; _n (t,n _on )} , (6)

где f - частота; F - оператор преобразования Фурье; μ _οπ е [μ _ρπώ1 , μ _ριηίχ ] ; μ _ρπιίη и μ _ρπΐ3Χ - границы априорного интервала значений параметра μ _ρ , определяемые минимальной и максимальной радиальными скоростями целей в соответствии с выражением (2).

То есть

£ _p = argmax(|s(f _n )|) (8)

Следует отметить, что задавая значение μ _ρηώ1 больше некоторого порога, можно реализовать селекцию движущихся целей относительно местных предметов. Новыми в предложенном способе радиолокационного определения координат и скорости подвижной цели по сравнению со способом-прототипом являются операции 4 - 8, которые позволяют повысить точность определения дальности до объекта и их радиальной скорости.

5 Заявленный технический результат достигается также тем, что в устройство обработки отраженных от объектов сигналов дополнительно введены блок оценивателя параметров радиальной скорости и дальности и датчик собственной скорости носителя РЛС.

Структурная схема оценивателя параметров μ _ρ и приведена на фигуре. ю Она содержит N каналов (по числу опорных функций), вычисляющих N корреляций наблюдаемой реализации сигнала S _p (t) со всеми опорными функциями, формируемыми устройством формирования опорных функций (УФОФ), с последующим нахождением спектра путем выполнения операции быстрого преобразования Фурье (БПФ). Число каналов в системе выбирают из 15 условия требуемой точности Δμ _{ρ ιρ} аппроксимации функции

Ошибка! Источник ссылки не найден, по параметру μ _οπ и диапазоном

[ _ρι ™ _{> ρηΐ3χ} ] . ^{то есть} Ν = |μ _{ρ χ} - μ _ριηίη |/Δμ _{ρ τρ} . Устройство поиска максимума

(УПМ) осуществляет поиск максимума функции S(f^ _on ) и вычисление по его координатам

20 оценок μ _ρ и f _j ^ .

При наличии в составе сигнала S _p (t) сигналов нескольких целей функция

(6) имеет несколько максимумов, по положению которых определяются параметры движения каждой из целей.

Предложенные способ радиолокационного определения координат и

25 скорости подвижной цели и устройство для его реализации позволяют осуществлять когерентное накопление эхо-сигналов в течение отдельного периода зондирования в условиях, когда изменение расстояния до цели за период зондирования превышает разрешающую способность РЛС по дальности. Они позволяют также реализовать селекцию движущихся целей на фоне отражений от зо местных предметов за счет анализа величины дополнительной ЛЧМ сигнала, обусловленной движением цели. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования точности выдаваемых оценок показывают возможность их о применения для определения радиальной скорости и дальности целей. При этом установлено, что среднеквадратичное отклонение (СКО) оценки скорости уменьшается пропорционально увеличению периода модуляции и ширины спектра зондирующего сигнала, а СКО оценки дальности - пропорционально квадрату ширины спектра зондирующего сигнала.

Заявленное техническое решение является промышленно применимым, поскольку для его реализации используют промышленно изготовленные и промышленно применимые ресурсы.

Хотя заявленное техническое решение описано конкретным примером его реализации, это описание не является ограничивающим, но приведено лишь для иллюстрации и лучшего понимания существа технического решения, объем которого определяется прилагаемой формулой.