Способ идентификации объектов радиолокационной системой с синтезированной апертурой
В радиолокационной системе (1) с синтезированной апертурой, контролирующей область, содержащую, по меньшей мере, один подлежащий идентификации движущийся объект (2), данный объект оснащен устройством (3) идентификации, который получает радиолокационный сигнал (PC (RS)), передаваемый радиолокационной системой (1), и передает обработанный радиолокационный сигнал (ЭС (ES)), полученный посредством модуляции входящего радиолокационного сигнала (PC (RS)) посредством модулирующего сигнала (МОДС (MODS)), содержащего информацию о (ИД, СБЩ (ID, MSG)) об объекте (2), например, идентификационную информацию (ИД (ID)) и статусную информацию (СБЩ (MSG)) посредством усиления модулированного радиолокационного сигнала (PC (RS)); радиолокационный эхосигнал (РЭС (RES)), отраженный контролируемой областью и содержащий обработанный радиолокационный сигнал (ЭС (ES)), принимает и обрабатывает управляющая станция (8) радиолокационной системы (1), с обеспечением определения местоположения объекта (2) на карте контролируемой области и извлечения информации (ИД, СБЩ (ID, MSG)) об объекте (2) для идентификации указанного объекта (2). 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к способу идентификации объектов радиолокационной системой с синтезированной апертурой.
Особое, хотя и не исключительное, преимущество имеет применение настоящего изобретения для идентификации движущихся объектов в области, контролируемой радиолокационной системой с синтетической апертурой, содержащей по меньшей мере одну передвижную платформу, соединенную посредством радиосвязи со станцией удаленной обработки данных, данное применение раскрывается в нижеследующем описании на примерах.
Уровень техники
Радиолокационная система с синтезированной апертурой (РСА) содержит передатчик радиолокационного сигнала и приемник, работающие на передвижной платформе, например, на самолете или спутнике; и станцию удаленной обработки данных, соединенную по радиоканалу с передвижной платформой. Передатчик посылает радиолокационный сигнал в контролируемую область земной или водной поверхности, а приемник принимает отраженный данной областью радиолокационный эхосигнал и передает его на станцию удаленной обработки данных, обрабатывающую радиолокационный эхосигнал для получения двухмерной карты контролируемой области.
Передаваемый радиолокационный сигнал содержит последовательность электромагнитных импульсов микроволнового диапазона, модулируемых посредством линейной частотной модуляции (так называемой CHIRP-модуляции), и переданных в постоянные интервалы времени. А станция обработки данных когерентно объединяет радиолокационные эхосигналы, соответствующие переданным импульсам, чтобы получить карты обширных областей с высоким азимутальном разрешением, используя относительно малые передающие антенны. Импульсная CHIRP-модуляция, с другой стороны, обеспечивает достижение высокого разрешения перпендикулярно азимутальному направлению.
Исключительно большие области могут перекрываться с применением группы, или так называемой констелляции, спутников.
Фиксированные опорные точки на карты наносят с применением транспондеров или так называемых «уголковых отражателей», которые расположены в фиксированных опорных точках для получения радиолокационного сигнала и его отчетливой ретрансляции после простого усиления. Ретранслированный радиолокационный сигнал обычно сильнее сигналов, отраженных окружающей средой и образующих радиолокационный эхосигнал, поэтому фиксированные опорные точки на построенной карте выглядят ярче.
Вышеописанный способ, однако, не очень эффективен для идентификации нескольких неподвижных и/или движущихся объектов, например кораблей, транспортных средств или людей, в контролируемой области. То есть хотя положение (более яркие точки) всегда может быть определено на карте, объекты, соответствующие выявленным местоположениям, не могут быть точно идентифицированы, особенно в случае быстродвижущихся объектов.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является обеспечение способа идентификации объектов для радиолокационных систем с синтезированной апертурой и использующей подобный способ радиолокационной системы с синтезированной апертурой, в которой отсутствуют вышеуказанные недостатки, и которая, в то же время, является более дешевой и простой в изготовлении.
Согласно настоящему изобретению обеспечен способ идентификации объектов радиолокационной системой с синтезированной апертурой, устройство идентификации объектов для радиолокационной системы с синтезированной апертурой и радиолокационная система с синтезированной апертурой, как заявлено в прилагаемой формуле изобретения.
Настоящее изобретение, по существу, обеспечивает оснащение движущихся объектов в области, контролируемой радиолокационной системой с синтезированной апертурой, устройством идентификации, которое принимает радиолокационный сигнал, переданный радиолокационной системой, обрабатывает радиолокационный сигнал, добавляя к радиолокационному сигналу информацию об объекте, и передает обработанный радиолокационный сигнал; прием радиолокационной системой радиолокационного эхосигнала, содержащего обработанный радиолокационный сигнал, переданный устройством идентификации; и обработку радиолокационного эхосигнала радиолокационной системой для определения местонахождения объекта в этой области и извлечения информации об объекте для идентификации этого объекта.
Краткое описание чертежей
Несколько предпочтительных, не ограничивающих настоящее изобретение вариантов его реализации, в которых радиолокационной системой с синтезированной апертурой используется спутник, будет раскрыто на примерах со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:
на фиг.1 представлена общая схема радиолокационной системы с синтезированной апертурой согласно настоящему изобретению;
на фиг.2 представлен предпочтительный вариант реализации устройства идентификации согласно настоящему изобретению для радиолокационной системы с синтезированной апертурой по фиг.1;
на фиг.3 представлена последовательность сообщений, подаваемых на устройство идентификации согласно фиг.2;
на фиг.4 представлен фрагмент радиолокационной системы с синтезированной апертурой согласно фиг.1;
на фиг.5 представлен другой предпочтительный вариант реализации устройства идентификации согласно настоящему изобретению для радиолокационной системы с синтезированной апертурой согласно фиг.1.
Предпочтительные варианты реализации изобретения
Позиция 1 на фиг.1 обозначает полностью всю радиолокационную систему с синтезированной апертурой, контролирующую область земной или водной поверхности, содержащую по меньшей мере один движущийся объект 2, например транспортное средство, человек или корабль. Объект 2 оборудован устройством 3 идентификации, которое позволяет радиолокационной системе 1 определить местонахождение и идентифицировать объект 2 в контролируемой области, и которым оснащены, например, транспортное средство, или корабль, или одежда человека.
Радиолокационная система 1 содержит передвижную платформу, образованную, например, спутником 4, несущим передатчик 5 для передачи известного радиолокационного сигнала PC (RS) в контролируемую область (не показана), приемник 6 для приема радиолокационного эхосигнала РЭС (RES), отраженного поверхностью контролируемой области, и модуль 7 радиосвязи, соединенный с приемником 6 для передачи радиолокационного эхосигнала по радиоканалу РК (RCH) на управляющую станцию 8 радиолокационной системы 1. Управляющая станция 8 содержит радиолинию 9 для приема радиолокационного эхосигнала РЭС (RES) от спутника 4 по радиоканалу РК (RCH); и соединенное с радиолинией 9 обрабатывающее устройство 10 для обработки радиолокационного эхосигнала РЭС (RES) в цифровой форме.
В частности, радиолокационный сигнал PC (RS) передатчика 5 содержит последовательность CHIRP-модулированных микроволновых импульсов (не показана), передаваемых в заданные интервалы времени с заданной длительностью ДРСА (DSAR) радиолокационных импульсов.
На фиг.2 показано, что устройство 3 идентификации содержит приемную антенну 11 для приема радиолокационного сигнала PC (RS); малошумящий усилитель (МШУ) 12, соединенный с приемной антенной 11 для усиления входящего радиолокационного сигнала PC (RS); модулятор 13, имеющий вход 14 для приема усиленного радиолокационного сигнала PC (RS) от малошумящего усилителя 12, вход 15 для приема модулирующего сигнала МОДС (MODS), содержащего информацию, относящуюся к объекту 2, и выход 16 для выдачи модулированного сигнала МС (MS), полученного путем модулирования радиолокационного сигнала PC (RS) модулирующим сигналом МОДС (MODS); присоединенный к выходу модулятора 13 усилитель 17 для выдачи обработанного радиолокационного сигнала ЭС (ES), полученного усилением модулированного сигнала МС (MS) на заданный коэффициент усиления G; и соединенную с усилителем 17 передающую антенну 18 для передачи обработанного радиолокационного сигнала ЭС (ES).
Устройство 3 идентификации также содержит соединенный с приемной антенной 11 блок 19 обнаружения, предназначенный для выявления наличия радиолокационного сигнала PC (RS) на приемной антенне 11 и создания временной ссылки, индицирующей начало импульсов в радиолокационном сигнале PC (RS); и блок 20 активизации, образованный, например, переключателем, который, получив команду от блока 19 обнаружения, выявившего наличие радиолокационного сигнала PC (RS), подсоединяет выход малошумящего усилителя 12 к входу 14 модулятора 13.
Наконец, устройство 3 идентификации содержит присоединенный к входу 15 блок 21 кодировки для кодирования информации в модулирующем сигнале МОДС (MODS) посредством программируемого ключа кодирования; и блок 22 памяти для хранения данного ключа.
На фиг.3 показано, что модулирующий сигнал МОДС (MODS) содержит последовательность сообщений, в свою очередь, содержащую идентификационное сообщение или идентификационный код ИД (ID), однозначно идентифицирующий объект 2 и, следовательно, устройство 3 идентификации объекта 2; а также одно или более статусных сообщений СБЩ (MSG), следующих за идентификационным сообщением ИД (ID) и содержащих информацию, например информацию о состоянии объекта 2, предназначенную для передачи от объекта 2 на управляющую станцию 8.
Идентификационный код ИД (ID) кодируют соответствующей последовательностью заданного числа ЧИД (NID) двоичных импульсов, каждый с заданной длительностью ДИД (DID) импульса; а каждое статусное сообщение СБЩ (MSG) кодируют соответствующей последовательностью заданного числа ЧСБЩ (NMSG) двоичных импульсов, каждый с заданной длительностью ДСБЩ (DMSG) импульса, обычно отличающейся от длительности ДИД (DID) импульса.
Длительности ДИД (DID) и ДСБЩ (DMSG) импульсов в абсолютном значении зависят от длительности ДРСА (DSAR) радионавигационного импульса, то есть общая длительность последовательности сообщений не превышает длительность ДРСА (DSAR) радионавигационного импульса. Соотношение длительностей ДИД (DID) и ДСБЩ (DMSG) импульсов зависит от требований к рабочим характеристикам идентификации, и обычно от числа ЧИД (NID) импульсов, необходимых для идентификации всех отслеживаемых объектов и числа ЧСБЩ (NMSG) двоичных импульсов, необходимых для кодирования статусных сообщений СБЩ (MSG). Чтобы максимально упростить выполнение при отсутствии особых технических требований, длительность ДСБЩ (DMSG) импульсов равна длительности ДИД (DID) импульсов.
На фиг.4, представлено обрабатывающее устройство 10 управляющей станции 8 содержащее соединенный с выходом радиолинии 9 известный обрабатывающий блок 23 системы РСА, который обрабатывает радиолокационный эхосигнал РЭС (RES) для обеспечения двухмерной карты контролируемой области и определения положения устройства 3 идентификации на карте, то есть для обеспечения информации МПЛ (POS) о местоположении; с выходом радиолинии 9 также соединен блок 24 демодуляции для демодулирования радиолокационного эхосигнала РЭС (RES) и извлечения идентификационного кода ИД (ID) и статусного сообщения СБЩ (MSG); с выходом демодулирующего блока 24 соединен дешифрующий блок 25, предназначенный для расшифровки идентификационного кода ИД (ID) и статусного сообщения СБЩ (MSG), который использует тот же ключ кодирования, что и устройство 3 идентификации.
Демодулирующий блок 24 содержит несколько согласованных фильтров (не показаны), работающих последовательно на соответствующих последовательных участках радиолокационного эхосигнала РЭС (RES), определенного длительностями ДИД (DID), ДСБЩ (DMSG) двоичных импульсов, образующих последовательность сообщений. Конкретнее, каждый фильтр согласован с соответствующим участком модулированного сигнала МС (MS), заданным соответствующим двоичным импульсом последовательности сообщений, так что количество согласованных фильтров равняется количеству двоичных импульсов, образующих последовательность сообщений.
На практике, когда приемная антенна 11 устройства 3 идентификации принимает импульс радиолокационного сигнала PC (RS), блок 19 обнаружения выдает команду блоку 20 активизации на соединение малошумного усилителя 12 с входом 14 модулятора 13, чтобы активизировать модулирование радиолокационного сигнала PC (RS) модулирующим сигналом МОДС (MODS), содержащим идентификационный код ИД (ID) и кодированные статусные сообщения СБЩ (MSG). Результирующий модулированный сигнал МС (MS) усиливают посредством усилителя 17, а результирующий обработанный радиолокационный сигнал ЭС (ES) передают посредством передающей антенны 18.
Спутник 4 принимает радиолокационный эхосигнал РЭС (RES), который соответствует переданному импульсу радиолокационного сигнала PC (RS) и содержит обработанный радиолокационный сигнал ЭС (ES), переданный устройством 3 идентификации, и передает радиолокационный эхосигнал РЭС (RES) на управляющую станцию 8 по радиоканалу РК (RCH). Получив радиолокационный эхосигнал РЭС (RES) по радиолинии 9, обрабатывающий блок 23 системы РСА обрабатывает радиолокационный эхосигнал РЭС (RES), чтобы определить положение объекта 2 на карте контролируемой области. Конкретнее, положение устройства 3 идентификации и, следовательно, объекта 2, показывают на карте более яркой точкой, благодаря более сильному радиолокационному эхосигналу РЭС (RES), создаваемому в этой точке устройством 3 идентификации, передающим обработанный радиолокационный сигнал.
Для идентификации объекта 2 последовательно включенные блок 24 демодуляции и дешифрующий блок 25 работают параллельно с обрабатывающим блоком 23 системы РСА. Конкретнее, согласованные фильтры демодулируют последовательные участки импульса радиолокационного эхосигнала РЭС (RES), чтобы извлечь информацию, содержащуюся в соответствующих двоичных импульсах идентификационного кода ИД (ID) и статусных сообщениях СБЩ (MSG), переданных объектом 2.
Следует отметить, что устанавливая количество фильтров равным количеству двоичных импульсов, составляющих последовательность сообщений, согласованные фильтры, в целом, действуют как субоптимальный фильтр, согласованный с модулирующим сигналом МОДС (MODS).
Во втором предпочтительном варианте реализации, не показанном здесь, модулирующий сигнал МОДС (MODS) содержит несколько последовательных повторений последовательности сообщений. А длительности ДИД (DID) и ДСБЩ (DMSG) импульсов таковы, что общая длительность повторений последовательности сообщений не превышает длительности ДРСА (DSAR) импульса радиолокационного сигнала.
В третьем предпочтительном варианте реализации радиолокационная система 1 содержит по меньшей мере одно устройство 3 идентификации, такое, как показано на фиг.5, которое отличается от устройства 3 идентификации с фиг.2 тем, что содержит одну антенну 26 в отличие от приемной антенны 11 и передающей антенны 18; и блок 27 выбора, предназначенный для избирательного соединения антенны 26 с входом малошумного усилителя 12 для приема радиолокационного сигнала РК (RCH), и с выходом усилителя 17 для передачи обработанного радиолокационного сигнала ЭС (ES).
Главное преимущество радиолокационной системы 1 согласно настоящему изобретению, заключается как в определении местоположения, так и в идентификации движущегося объекта 2 в пределах контролируемой области. Более того, также можно установить местоположения множества неподвижных и движущихся объектов 2 с различными идентификационными кодами ИД (ID). Наконец, описанная радиолокационная система 1 предохраняет от получения ложных данных при реконструкции карты или при размещении более одного объекта 2 в одной и той же клетке растра карты.
1. Способ идентификации объектов (2) радиолокационной системой с синтезированной апертурой, содержащий следующие действия:
a) оснащают объект (2) устройством (3) идентификации;
b) устройство (3) идентификации принимает радиолокационный сигнал (PC (RS)), переданный радиолокационной системой (1) с синтезированной апертурой;
c) устройство (3) идентификации обрабатывает принятый радиолокационный сигнал (PC (RS)) с получением обработанного радиолокационного сигнала (ЭС (ES)); причем обработка устройством (3) идентификации принятого радиолокационного сигнала (PC (RS)) содержит модулирование принятого радиолокационного сигнала (PC (RS)) модулирующим сигналом (МОДС (MODS)), включающим в себя информацию об объекте, содержащую идентификационный код (ИД, (ID)), однозначно идентифицирующий объект (2), и по меньшей мере одно статусное сообщение (СБЩ (MSG)), содержащее информацию, соответствующее состояние объекта (2);
d) устройство (3) идентификации передает обработанный радиолокационный сигнал (ЭС (ES));
e) радиолокационная система (1) с синтезированной апертурой принимает радиолокационный эхосигнал (РЭС (RES)), содержащий обработанный радиолокационный сигнал (ЭС (ES)); и
f) радиолокационная система (1) с синтезированной апертурой обрабатывает радиолокационный эхосигнал (РЭС (RES)), чтобы установить местоположение объекта (2); причем обработка радиолокационного эхосигнала (РЭС (RES)) радиолокационной системой (1) с синтезированной апертурой содержит извлечение из радиолокационного эхосигнала (РЭС (RES)) идентификационного кода (ИД, (ID)) для идентификации объекта и по меньшей мере одного статусного сообщения (СБЩ (MSG)), при этом указанное извлечение включает в себя демодулирование радиолокационного эхосигнала (РЭС (RES)).
2. Способ по п.1, в котором информация (ИД, СБЩ (ID, MSG)) об объекте содержит последовательность сообщений, содержащую идентификационный код (ИД, (ID)) и по меньшей мере одно статусное сообщение (СБЩ (MSG)), следующее за идентификационным кодом (ИД, (ID)).
3. Способ по п.2, в котором информация (ИД, СБЩ (ID, MSG)) об объекте содержит ряд последовательных повторений указанной последовательности сообщений.
4. Способ по любому из пп.1-3, в котором шаг с) содержит кодирование информации (ИД, СБЩ (ID, MSG)) об объекте посредством программируемого ключа, а шаг f) содержит дешифровку информации (ИД, СБЩ (ID, MSG)) об объекте посредством указанного программируемого ключа.
5. Способ по п.4, в котором информацию (ИД, СБЩ (ID, MSG)) об объекте кодируют перед модулированием принятого радиолокационного сигнала (PC (RS)), при этом указанную информацию (ИД, СБЩ (ID, MSG)) дешифруют после демодулирования радиолокационного эхосигнала (РЭС (RES)).
6. Способ по любому из пп.1-3 и 5, в котором шаг с) содержит выявление наличия радиолокационного сигнала (PC (RS)); и только активизацию модуляции принятого радиолокационного сигнала (PC (RS)) при наличии радиолокационного сигнала (PC (RS)).
7. Способ по любому из пп.1-3 и 5, в котором идентификационный код (ИД (ID)) кодируют соответствующей первой последовательностью заданного первого числа (ЧИД (NID)) двоичных импульсов, каждый с заданной первой длительностью (ДИД (DID)) импульса; при этом статусное сообщение (СБЩ (MSG)) кодируют соответствующей второй последовательностью заданного второго числа (ЧСБЩ (NMSG)) двоичных импульсов, каждый с заданной второй длительностью (ДСБЩ (DMSG)) импульса.
8. Способ по п.7, в котором вторая длительность (ДСБЩ (DMSG)) импульса равна первой длительности (ДИД (DID)) импульса.
9. Способ по п.7 или 8, в котором радиолокационный сигнал (PC (RS)) содержит по меньшей мере один радиолокационный импульс с заданной длительностью (ДРСА (DSAR)) импульса; причем указанная первая длительность (ДИД (DID)) импульса и указанная вторая длительность (ДСБЩ (DMSG)) импульса таковы, что общая длительность двоичных импульсов, кодирующих указанную информацию (ИД, СБЩ (ID, MSG)) не превышает длительность (ДРСА (DSAR)) импульса.
10. Способ по п.7 или 8, в котором демодулирование радиолокационного эхосигнала (РЭС (RES)) содержит выполнение последовательности демодуляций согласованными фильтрами соответствующих последовательных участков радиолокационного эхосигнала (РЭС (RES)), определяемого длительностями (ДИД, ДСБЩ (DID, DMSG)) импульсов всех двоичных импульсов, кодирующих информацию (ИД, СБЩ (ID, MSG)) об объекте.
11. Способ по п.10, в котором модулирование принятого радиолокационного сигнала (PC (RS)) включает в себя модулирование принятого радиолокационного сигнала (PC (RS)) модулирующим сигналом (МОДС (MODS)) с получением модулированного сигнала (МС (MS)); причем демодулирование согласованными фильтрами выполняют посредством фильтров, согласованных с соответствующим участком модулированного сигнала (МС (MS)), определенным соответствующим одним из указанных двоичных импульсов, кодирующих информацию (ИД, СБЩ (ID, MSG)) об объекте.
12. Устройство (3) идентификации, предназначенное для оснащения объекта (2) и выполненное с возможностью реализации шагов b), с) и d) способа по любому из пп.1-11.
13. Радиолокационная система (1) с синтетической апертурой, выполненная с возможностью передачи радиолокационного сигнала (PC (RS)) и реализации шагов е) и f) способа по любому из пп.1-11.
