Устройство автоматического распознавания воздушных объектов

 

Изобретение относится к радиолокационным устройствам и может быть использовано для автоматического распознавания сопровождаемого воздушного объекта. Целью изобретения является повышение вероятности правильного распознавания воздушных объектов различных классов, совершающих полет на различных дальностях до радиолокатора и в различных условиях распространения электромагнитных волн в пространстве. Сущность изобретения - в состав ранее известного устройства радиолокационного распознавания объектов предлагается ввести 1-й и 2-й выпрямитель, потенциометрический датчик опорного напряжения, пороговый блок, генератор пилообразного напряжения, управляемый напряжением генератор, 3-й смеситель, фильтр опорной частоты, М фильтров, М амплитудных детекторов, М-1 делителей, сумматор и блок идентификации, чем обеспечить использование нового информативного признака распознавания (представляющего собой сумму отношений уровней спектральных составляющих на выходах смежных узкополосных фильтров), характеризующего степень изрезанности огибающей вторичного доплеровского спектра отраженного сигнала. Дополнительный положительный эффект нового построения схемы устройства заключается в независимости признака распознавания от дальности до объекта и условий распространения радиоволн (различного уровня затухания радиоволн в атмосфере). 1 ил.

Изобретение относится к радиолокационным устройствам и может быть использовано для автоматического распознавания класса сопровождаемого воздушного объекта (ВО).

Известно радиолокационное устройство распознавания целей, содержащее задающий генератор, последовательно соединенные импульсный модулятор, усилитель мощности, антенный переключатель и антенну, последовательно соединенные гетеродин, 1-й смеситель, 2-й смеситель, усилитель промежуточной частоты (УПЧ) и фазовый детектор, причем выход задающего генератора соединен со 2-ми входами усилителя мощности и 1-го смесителя, выход антенного переключателя соединен со 2-м входом 2-го смесителя, а выход гетеродина также соединен со 2-м входом фазового детектора.

Это устройство позволяет различать подвижные объекты от неподвижных, а подвижные различать по их скорости на основе эффекта Доплера. Однако оно не позволяет классифицировать объекты с достаточной надежностью (достоверностью), так как скорость объектов является неустойчивым различительным признаком.

Целью изобретения является повышение вероятности правильного радиолокационного распознавания (РЛР) воздушных объектов, совершающих полеты на различных дальностях до радиолокатора и в различных условиях распространения электромагнитных волн в пространстве.

Для обеспечения этого в предлагаемом устройстве в качестве признака РЛР объектов используется сигнал, характеризующий изрезанность огибающей вторичного доплеровского спектра и формируемый в виде суммы отношений уровней гармонических составляющих вторичного доплеровского спектра на выходах смежных (по полосам пропускания) узкополосных доплеровских фильтров при стабилизации частоты максимума спектральной плотности отраженного сигнала. При этом обеспечивается индифферентность признака РЛР к у ровню обрабатываемого отраженного сигнала и устойчивость используемого различительного признака классификации ВО.

Практически это достигается введением в состав известного устройства 1-го и 2-го выпрямителей, потенциометрического датчика опорного напряжения (ПДОП), порогового блока, генератора пилообразного напряжения (ГПН), управляемого напряжением генератора (УНГ), 3-го смесителя, фильтра опорной частоты (ФОЧ), М фильтров, М амплитудных детекторов (АД), М-1 делителей, сумматора и блока идентификации. При этом 1-й выпрямитель, ПДОН, пороговый блок, ГПН, УГН, 3-й смеситель, ФОЧ и 2-й выпрямитель соединяются последовательно, выход УПЧ соединяется со входом 1-го выпрямителя и 2-м входом 3-го смесителя, а выход 2-го выпрямителя подключается ко 2-му входу порогового блока. Выход 3-го смесителя соединяется со входами М узкополосных фильтров, каждый из которых подключается ко входу соответствующего из М амплитудных детекторов, выходы которых подключены ко входам М-1 делителей так, что на 1-й вход каждого m-го из М-1 делителей поступает сигнал с выхода соответствующего m-го АД, а на 2-й вход каждого m-го делителя сигнал с выхода соответствующего m+1-го АД, при этом выходы М-1 делителей соединяются с соответствующими входами сумматора, выход которого подключается ко входу блока идентификации.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства, в состав которого входят ИМ 1, УМ 2, АП 3, антенна 4, задающий генератор 5, УПЧ 6, 2-й смеситель 7, 1-й смеситель 8, гетеродин 9, 1-й выпрямитель 10, ПДОН 11, пороговый блок 12, ГПН 13, УНГ 14, 2-й выпрямитель 15, ФОЧ 16, 3-й смеситель 17, М фильтров 18, М амплитудных детекторов 19, М-1 делителей 20, сумматор 21 и блок идентификации 22.

Устройство автоматического распознавания ВО работает следующим образом.

Задающий генератор 5 вырабатывает электромагнитные колебания высокой частоты f_o, которые поступают на 2-й вход УМ 2, на 1-й вход которого подаются модулирующие импульсы с выхода ИМ 1.

С выхода УМ 2 импульсы, заполненные высокой частотой задающего генератора 5 и усиленные по мощности, проходят через АП 3 к антенне 4 и излучаются ею в направлении ВО, выбранного для распознавания. Сигнал, отраженный ВО, принимается антенной 4 и проходит через АП 3, служащий для обеспечения коммутации на передачу и прием, на 2-й вход 2-го смесителя 7, на 1-й вход которого поступает сигнал на частоте f_o+f_пр с выхода 1-го смесителя 8. Первый смеситель 8 предназначен для выработки сигнала на частоте f_o+f_пр, для чего на его 1-й вход поступает сигнал на промежуточной частоте f_пр с выхода гетеродина 9, а на 2-й вход сигнал на высокой частоте f_o с выхода задающего генератора 5.

На выходе 2-го смесителя 7 формируется сигнал на частоте f_пр+f_д, где f_д доплеровская частота ВО, обусловленная его движением относительно РЛС. Выходной сигнал 2-го смесителя усиливается в УПЧ 6 и поступает на вход 1-го выпрямителя 10 и 2-й вход 3-го смесителя 17. Выпрямитель 10 вырабатывает огибающую отраженного сигнала, которая проходит на вход ПДОН 11, вырабатывающего по уровню входного сигнала напряжение порога U_пор, поступающее на вход порогового блока 12, на 2-й вход которого подается сигнал с выхода 2-го выпрямителя 15.

ГПН 13, до прихода на его 1-й вход напряжения запирания с выхода порогового блока 12, вырабатывает пилообразное напряжение, управляющее частотой УНГ 14, сигнал с выхода которого поступает на 1-й вход 3-го смесителя 17, который осуществляет преобразование частот сигналов, поступающих на 1-й и 2-й входы. На выходе 3-го смесителя 17 стоит ФОЧ 16, точно настроенный на сигналы промежуточной частоты f_пр. Третий смеситель 17 вырабатывает сигналы комбинационных частот на основе смешения частот сигналов, поступающих на его входы, и, следовательно, может иметь на выходе существенный сигнал на частоте f_пр в момент равенства частоты сигнала УНГ 14 максимальной частоте вторичного доплеровского спектра, входящей в состав частот сигналов на выходе УПЧ 6. Именно в этот момент ФОЧ 16 пропускает на свой сигнал с выхода 3-го смесителя. Этот сигнал детектируется в 2-м выпрямителе 15 и поступает с его выхода на 2-й вход порогового блока, где сравнивается с установленным уровнем порога. При превышении сигналом порогового уровня пороговый блок 12 вырабатывает сигнал запрета работы ГПН 13, который прекращает изменять напряжение пилы и фиксирует тем самым частоту генератора 14.

С выхода 3-го смесителя 17 сигнал поступает одновременно на входы М узкополосных доплеровских фильтров 18, совместная полоса пропускания которых составляет величину, перекрывающую диапазон вторичных доплеровских гармоник для ВО любых размеров, движущегося под всевозможными ракурсами. Каждый из М фильтров 18 настроен на свою частоту, что обеспечивает различие уровней отраженного сигнала на их выходах. Поступая с выхода m-го фильтра 18 на вход соответствующего m-го АД 19, сигнал детектируется и подается для сравнения на входы соответствующего делителя 20. Первый вход каждого m-го делителя подключен к выходу соответствующего m-го АД 19, а 2-й вход к выходу соответствующего m+1-го АД 19. На выходе каждого m-го делителя 20 формируется сигнал, пропорциональный кратному от деления амплитуды сигнала в m-м канале вторичной доплеровской фильтрации на амплитуду сигнала в m+1-м канале. Выходные сигналы делителей 20 подаются на соответствующие М-1 входов сумматора 21, где производится аддитивное сложение уровней сигналов, поступающих на его входы. Таким образом, с выхода сумматора 21 на вход блока идентификации 22 поступает сигнал, характеризующий степень изрезанности огибающей вторичного доплеровского спектра (доплеровского портрета), отражающего индивидуальные особенности объекта определенного класса. В блоке идентификации 22 производится сравнение входного сигнала с набором пороговых уровней по числу разпознаваемых классов, а по результатам сравнения принимается решение в пользу того или иного класса объекта в соответствии с заранее установленным алфавитом.

Предложенное построение схемы реализует идею РЛР объектов с использованием признака, инвариантного к дальности до цели и условиям распространения радиоволн в атмосфере. В роли признака распознавания в данном устройстве выступает сумма вычисленных в делителях 20 уровней гармонических составляющих доплеровского портрета объекта на выходах смежных узкополосных доплеровских фильтров при стабилизации частоты максимума спектральной плотности отраженного сигнала. Таким образом, при РЛР с помощью предложенного устройства может быть получен существенный прирост вероятности правильного распознавания ВО, летящих на различных дальностях до РЛС при возможных условиях распространения радиоволн в свободном пространстве.

Формула изобретения

Устройство автоматического распознавания воздушных объектов, содержащее задающий генератор, последовательно соединенные импульсный модулятор, усилитель мощности, антенный переключатель и антенну, последовательно включенные гетеродин, первый смеситель, второй смеситель и усилитель промежуточной частоты, причем выход задающего генератора соединен с вторым входом усилителя мощности и вторым входом первого смесителя, а выход антенного переключателя подключен к второму входу второго смесителя, отличающееся тем, что дополнительно вводят М фильтров, М амплитудных детекторов, М-1 делителей, последовательно включенные сумматор и блок идентификации, последовательно соединенные первый выпрямитель, потенциометрический датчик опорного напряжения, пороговый блок, генератор пилообразного напряжения, управляемый напряжением генератор, третий смеситель, фильтр опорной частоты и второй выпрямитель, причем выход усилителя промежуточной частоты подключен к входу первого выпрямителя и второму входу третьего смесителя, выход которого также соединен с входами М фильтров, выходы которых подключены к входам соответствующих из М амплитудных детекторов, выход каждого m-го и (m + 1)-го из которых подключен соответственно к первому и второму входам соответствующего m-го делителя, выходы М 1 делителей связаны с соответствующими из М 1 входов сумматора, а выход второго выпрямителя подключен к второму входу порогового блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1