Устройство радиолокационного распознавания воздушных объектов

Авторы патента:

G01S13/78 - распознавание различных видов целей, например распознавание типа "свой - чужой", (G01S 13/75,G01S 13/79 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2453863:

Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" (RU)

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для распознавания воздушных объектов (ВО) в "просветных" радиолокационных станциях. Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение вероятности правильного распознавания классов ВО «вертолет» и «легкомоторный самолет». Указанный результат достигается тем, что заявленное устройство содержит блок обработки радиолокационной информации, формирователь доплеровских портретов, классификаторы первого и второго уровня, вычислитель модуля трассовой скорости, пороговое устройство, формирователь эталонных данных, блок выделения спектральных составляющих вращающихся элементов и классификатор спектральных составляющих вращающихся элементов с соответствующими связями, определенным образом соединенные между собой. 2 ил.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для распознавания воздушных объектов (ВО) в "просветных" радиолокационных станциях (РЛС) [1].

Известны устройства, решающие задачу распознавания объектов по радиолокационным эхо-сигналам [2, 3]. Эти устройства требуют значительных временных затрат, что не позволяет использовать их при работе в реальном времени.

Устройство распознавания [4] не может быть использовано на РЛС, не измеряющей высоту ВО, что сильно ограничивает область его применения.

Наиболее близким по своей технической сущности и техническому исполнению является устройство распознавания [5], используемое в «просветной» РЛС и принятое за прототип. Это устройство содержит блок обработки радиолокационной информации, формирователь доплеровских портретов (ДП), классификаторы первого и второго уровней, вычислитель модуля трассовой скорости, пороговое устройство и формирователь эталонных данных. В основе работы устройства-прототипа лежит сопоставление информации о распознаваемом ВО с априорной информацией о классах ВО. В качестве такой информации используются огибающая доплеровского спектра сигнала, из которой формируется ДП ВО, а также трассовая скорость ВО.

Недостатком прототипа является низкая вероятность правильного распознавания классов ВО «вертолет» и «легкомоторный самолет» (0,72-0,8). Высокая вероятность перепутывания этих классов вызвана схожестью их трассовых скоростей, а также близостью их теневых профилей и, как следствие, доплеровских портретов.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение вероятности правильного распознавания классов ВО «вертолет» и «легкомоторный самолет».

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство-прототип, содержащее блок обработки радиолокационной информации, формирователь доплеровских портретов, классификаторы первого и второго уровней, вычислитель модуля трассовой скорости, пороговое устройство и формирователь эталонных данных, введены блок выделения спектральных составляющих вращающихся элементов и классификатор спектральных составляющих вращающихся элементов с соответствующими связями.

На фигурах 1 и 2 представлены структурные схемы соответственно прототипа и предлагаемого устройства со следующими обозначениями:

1 - блок обработки радиолокационной информации (БО);

2 - формирователь доплеровских портретов (ФДП);

3 - классификатор первого уровня (КПУ);

4 - классификатор второго уровня (КВУ);

5 - вычислитель модуля трассовой скорости (ВМТС);

6 - пороговое устройство (ПУ);

7 - формирователь эталонных данных (ФЭД);

8 - блок выделения спектральных составляющих вращающихся элементов (БВ ССВЭ);

9 - классификатор спектральных составляющих вращающихся элементов (КССВЭ).

Предлагаемое устройство состоит из последовательно соединенных блока обработки радиолокационной информации БО 1, формирователя доплеровских портретов ФДП 2, классификатора первого уровня и классификатора второго уровня КПУ 3 и КВУ 4, а также вычислителя модуля трассовой скорости ВМТС 5, порогового устройства ПУ 6, формирователя эталонных данных ФЭД 7, блока выделения спектральных составляющих вращающихся элементов БВ ССВЭ 8 и классификатора спектральных составляющих вращающихся элементов КССВЭ 9, причем второй выход БО 1 через ВМТС 5 и ПУ 6 соединен со вторым входом КПУ 3, третий выход БО 1 через БВ ССВЭ 8 соединен с первым входом КССВЭ 9, первый выход ФЭД 7 - с третьим входом КПУ 3, три выхода которого соединены с тремя входами КВУ 4, второй выход ФЭД 7 соединен со вторым входом КССВЭ 9, выход которого соединен с четвертым входом КВУ 4, а выход КВУ 4 является выходом устройства.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При обработке сигнала, полученного с приемника РЛС, БО 1 измеряет частоту Доплера и амплитуду сигнала, азимут ВО, его координаты и компоненты скорости (V_x и V_у), а также проводит обработку сигнала (фильтрацию помех и сигналов от других ВО).

На основании данных, полученных с БО 1 (частота Доплера и амплитуда сигнала), ФДП 2 формирует доплеровский портрет ВО, в котором с шагом по частоте 1 Гц определяется амплитуда ДП в заданном диапазоне частот.

Информация о ДП ВО поступает на первый вход КПУ 3. На второй вход КПУ 3 поступает информация о трассовой скорости ВО, которая вычисляется в ВМТС 5 на основании данных о скоростях V_x и V_y, полученных с выхода БО 1, по формуле:

Пороговое значение V_T, соответствующее различным классам ВО, определяется в ПУ 6 по заданной вероятности ложных тревог с использованием критерия Неймана - Пирсона [6].

На третий вход КПУ 3 с ФЭД 7 поступает информация об эталонных ДП. В КПУ 3 имеются 3 непараметрических классификатора, каждый из которых, сравнивая поступающую информацию, использует свой признак распознавания. В качестве признаков выбраны коэффициент взаимной корреляции между ДП ВО и эталонными ДП, геометрическая близость между ними и среднее значение нормированной амплитуды ДП ВО в заданном частотном диапазоне. Также в КПУ 3 используется полученная в ВМТС 5 информация о трассовой скорости ВО, благодаря чему исключается неопределенность классификации по трассовой скорости.

Обработанный радиолокационный сигнал с третьего выхода БО 1 поступает на вход БВ ССВЭ 8, где происходит выделение спектральных составляющих, возникающих из-за наличия на ВО вращающихся элементов конструкции, измерение их частот и амплитуд и формирование доплеровских портретов ССВЭ (ДП ССВЭ), в которых с заданным шагом по частоте определяется амплитуда ДП ССВЭ в заданном диапазоне частот. Эта информация поступает на первый вход КССВЭ 9.

КССВЭ 9 осуществляет классификацию ВО, сравнивая ДП ССВЭ с эталонной информацией, поступающей из ФЭД 7 на второй вход КССВЭ 9. При этом эталонными являются только классы ВО «вертолет» и «легкомоторный самолет».

Результаты, полученные в КПУ 3, поступают на КВУ 4, где применяется корректор по большинству, использующий алгоритм голосования, после чего принимается решение о принадлежности ВО к определенному классу. Если принято решение о принадлежности ВО к классам «вертолет» или «легкомоторный самолет», дополнительно учитывается результат, полученный в КССВЭ 9.

Как показал эксперимент, вероятность правильного распознавания классов ВО «вертолет» и «легкомоторный самолет» в предложенном устройстве составила 0,81-0,88. Вероятность правильного распознавания остальных классов ВО не изменилась.

Таким образом, введение в прототип БВ ССВЭ 8 и КССВЭ 9 с соответствующими связями позволило учесть модуляцию сигналов, возникающую из-за наличия на ВО вращающихся элементов, что приводит к повышению вероятности правильного распознавания классов ВО «вертолет» и «легкомоторный самолет».

Источники информации

1. Бляхман А.Б., Рунова И.А. Радиотехника и электроника, 2001, т.46, №4, с.424.

2. Матюгин С.Н., Односевцев В.А. Распознавание радиотелеграфных сигналов КВ-диапазона. Труды XX Всероссийской конференции по распространению радиоволн. Н. Новгород, 2-4 июля 2002, изд-во ТАЛАМ, Н.Новгород, 2002, с.169.

3. Саблин В.Н., Чапурский В.В., Шейко А.П. Нейросетевое распознавание спектральных портретов воздушных объектов при наблюдении методом теневого инверсного радиолокационного синтезирования апертуры. Радиотехника и электроника, 2004, том 49, №2, с.184-195.

4. Матюгин С.Н., Бляхман А.Б. Устройство радиолокационного распознавания воздушных объектов. Патент №2324201 по заявке №2006115013 от 02.05.2006.

5. Матюгин С.Н., Бляхман А.Б. Устройство радиолокационного распознавания воздушных объектов. Патент №2324202 по заявке №2005134737 от 09.11.2005.

6. Селекция и распознавание на основе локационной информации. Под ред. проф. А.Л.Горелика, М.: Радио и связь, 1990.

Устройство радиолокационного распознавания воздушных объектов (ВО), состоящее из последовательно соединенных блока обработки радиолокационной информации (РЛИ), полученной с приемника радиолокационной станции, формирователя доплеровских портретов (ДП) распознаваемых ВО, классификатора первого уровня и классификатора второго уровня, а также последовательно соединенных со вторым выходом блока обработки РЛИ вычислителя модуля трассовой скорости, порогового устройства, выход которого соединен со вторым входом классификатора первого уровня, и формирователя эталонных данных, выход которого соединен с третьим входом классификатора первого уровня, три выхода которого в соответствии с признаками распознавания ВО соединены с тремя входами классификатора второго уровня, выход которого является выходом всего устройства, при этом блок обработки РЛИ предназначен для фильтрации сигнала от ВО и измерения частоты Доплера, амплитуды сигнала, азимута и скорости распознаваемого ВО, классификатор второго уровня предназначен для коррекции полученной информации по большинству признаков распознаваемых ВО и принятия решения о принадлежности ВО к определенному классу, формирователь эталонных данных предназначен для имитации сигналов ВО и формирования эталонных ДП и трассовых скоростей для каждого класса ВО, отличающееся тем, что в него введены соединенный с третьим выходом блока обработки РЛИ блок выделения спектральных составляющих вращающихся элементов (БВ ССВЭ), предназначенный для выделения, измерения частот и амплитуд ССВЭ и формирования доплеровских портретов ССВЭ, и соединенный с выходом БВ ССВЭ и вторым выходом формирователя эталонных данных классификатор спектральных составляющих вращающихся элементов (КССВЭ), который осуществляет классификацию ВО, сравнивая информацию, поступающую из БВ ССВЭ, с эталонной информацией, поступающей из формирователя эталонных данных, при этом выход КССВЭ соединен с четвертым входом классификатора второго уровня.

Изобретение относится к радиолокационной технике и может использоваться для обеспечения безопасности полетов летательных аппаратов, для контроля за сближением и стыковкой космических аппаратов (КА).

Телеметрическая система идентификации объектов // 2426148

Способ декодирования запросных сигналов и радиолокационный ответчик для его осуществления // 2420759

Запросный способ измерения радиальной скорости и система для его осуществления // 2389040

Способ опознавания "свой-чужой" // 2386144

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к системам опознаваний «свой-чужой». .

Устройство радиолокационного распознавания воздушных объектов // 2324202

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для распознавания воздушных объектов (ВО) в комплексах радиолокации "на просвет" [1]. .

Устройство радиолокационного распознавания воздушных объектов // 2324201

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для распознавания воздушных объектов (ВО) в "просветных" РЛС наземно-космического базирования. .

Способ распознавания радиолокационных объектов и устройство для его реализации // 2312370

Запросный способ измерения радиальной скорости и система для его осуществления // 2309431

Цифровое устройство квантования видеосигнала на фоне комбинированной помехи // 2277715

Изобретение относится к обработке сигналов с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) и может быть использовано на этапе преобразования видеосигнала в цифровой логический сигнал на фоне комбинированной помехи.

Система идентификации объектов // 2454717

Изобретение относится к телеметрическим системам идентификации материальных объектов с использованием электромагнитных волн сверхвысокочастотного радиодиапазона и может использоваться для идентификации документов, оружия или других предметов

Способ координатно-связного опознавания с применением статистической оценки разности пространственных координат // 2461019

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при создании средств определения государственной принадлежности объекта (цели) по принципу «свой-чужой»

Способ группового опознавания объектов ("свой-чужой") и обеспечения целеуказания на основе беспроводной системы позиционирования в реальном масштабе времени и интеллектуальных радаров // 2507538

Предложенный способ ориентирован как на эффективное взаимодействие с оператором (визуальное графическое отображение целей), так и на непосредственную передачу данных в систему целеуказания и наведения поражающих средств современного оружия. Способ основан на компьютерном сравнении и выявлении различий между картой относительного расположения объектов, построенной методом триангуляции по данным о расстояниях между «своими» мобильными объектами, получаемым в реальном масштабе времени при помощи имитоскрытной RTLS-сети, размещенной на мобильных объектах, и картой реального расположения мобильных объектов («своих» и «чужих), формируемой боевыми радарами средств огневой поддержки, обеспечивает автоматическое масштабирование и автоматическую обработку («проецирование» плоских карт или картин пространственного расположения «своих» объектов на «плоскость экрана» боевого радара) информации, поступающей в реальном масштабе времени, обеспечивает наглядность, автоматическую «графическую привязку» целей к системе координат боевых радаров и к системам наведения поражающих средств, способ не требует полной замены вооружений, реализуется при помощи реально существующей технологии радиосвязи. Достигаемый технический результат - имитоскрытность, помехозащищенность, информационная безопасность (имитостойкость), невосприимчивость к эффекту Доплера и термостабильность. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Система вторичной радиолокации для управления воздушным движением // 2535604

Изобретение относится к системе вторичной радиолокации для управления воздушным движением. Достигаемый технический результат - уменьшение количества радиочастотных сигналов, необходимых для синхронизации вторичных радиолокационных станций и для обнаружения воздушного судна. Система (1) вторичной радиолокации содержит множество вторичных радиолокационных станций (2) и выполнена с возможностью определения местоположения воздушного транспортного средства в пределах дальности, по меньшей мере, некоторых из вторичных радиолокационных станций (2) посредством измерения времени распространения сигналов (8) данных, передаваемых между вторичными радиолокационными станциями (2) и транспондером (9) воздушного транспортного средства. Каждая из вторичных радиолокационных станций (2) работает с синхронизированной локальной временной базой. С целью обеспечения высокоточной синхронизации радиолокационных станций (2) системы (1) вторичной радиолокации без кластеров предлагается синхронизировать вторичную радиолокационную станцию (2) в зависимости от контента синхронизирующих сигналов (10), принимаемых вторичной радиолокационной станцией (2), подлежащей синхронизации, и транслируемых одной из других вторичных радиолокационных станций (2) системы (1) вторичной радиолокации. Указанный контент предпочтительно содержит время передачи синхронизирующего сигнала (10). 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ распознавания объекта по принципу "свой-чужой" и устройство для его реализации // 2536832

Группа изобретений относится к системам передачи данных и может быть использована при реализации запросчиков и ответчиков, работающих по принципу «свой-чужой» Достигаемый технический результат - расширение ассортимента устройств, используемых для распознавания объектов. Указанный результат достигается за счет облучения объекта со стороны радиолокационной станции (РЛС1) непрерывным сигналом с частотной модуляцией по одностороннему пилообразно линейному закону (НЛЧМ сигналом), который принимают на РЛС2 распознаваемого объекта, направляют по двум каналам и в одном из них задерживают НЛЧМ сигнал на время t3, а в другом пропускают через кодер, формирующий разные по длительности НЛЧМ радиоимпульсы, после чего НЛЧМ сигналы суммируют, усиливают по мощности и переизлучают в сторону РЛС 1, где их перемножают с излучаемым НЛЧМ сигналом с целью дальнейшего выделения на РЛС1 двух сигналов с частотами: Fpi=2DiFmdfm/C±2Vif/C и Fpj=2DiFmdfm/C±2Vif/C+B, где С и Vi - скорость света и скорость сближения или расхождения РЛС1 и РЛС2; f, Fm и dfm - частота, частота модуляции и девиация частоты НЛЧМ сигнала; В - часть частоты разностного сигнала, возникающая из-за задержки НЛЧМ сигнала; Di - расстояние между антеннами РЛС и выделения известной разности Δ=Fpi-Fpj=B, при обнаружении которой считают, что объект «свой». При этом устройство распознавания объекта по принципу «свой-чужой» содержит частотный радиодальномер и переизлучатель ЧМ сигнала с передатчиками и приемниками НЛЧМ сигнала, включающими приемо-передающие антенны, смесители, фильтры разностных частот, кодеры и декодеры, элемент задержки, сумматор и усилитель мощности. 2 н.п. ф-лы.

Устройство для декодирования запросных сигналов // 2550083

Изобретение относится ко вторичной радиолокации и может использоваться для радиолокационных систем с активным ответом в системах управления воздушным движением. Техническим результатом является повышение вероятности декодирования запросного сигнала в условиях сложной помеховой обстановки. Устройство для декодирования запросных сигналов, содержащее АЦП, дешифратор запросных сигналов, содержащий блок сдвиговых регистров, первый элемент И, второй элемент И и группу элементов И, узел сравнения амплитуд сигналов, отличающееся тем, что, с целью повышения вероятности декодирования запросного сигнала в условиях сложной помеховой обстановки, в него дополнительно введены счетчик, первое, второе, третье, четвертое и пятое ОЗУ, узел декодирования режима запроса и узел предварительной обработки сигнала с соответствующими связями. Узел предварительной обработки сигнала содержит первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой компараторы, первый, второй, третий и четвертый регистры, первый блок констант, вторую константу, первый и второй вычитатели, первый и второй сумматоры, первый и второй триггеры, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый синхронные триггеры, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой элементы И, первый, второй, третий, четвертый и пятый элементы ИЛИ, первый, второй, третий и четвертый формирователи импульса, счетчик, дешифратор. Узел декодирования режима запроса содержит узел констант, узел вычитателей, формирователь импульса, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой регистры, счетчик, первый, второй, третий и четвертый синхронные триггеры, элемент задержки, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой элементы И, первый, второй и третий элементы ИЛИ. 4 з.п. ф-лы, 11 ил.

Способ построения системы опознавания "свой-чужой" на основе протокола с нулевым разглашением // 2570700

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения государственной принадлежности подвижных объектов и их опознавания. Достигаемый технический результат изобретения - повышение имитостойкости за счет применения протокола аутентификации, основанного на доказательстве с нулевым разглашением. Указанный результат достигается за счет того, что в заявленном способе опознования «свой-чужой» используется протокол, в котором ответчик сначала вычисляет свой истинный и зашумленный статусы, а затем, получив от запросчика вопрос в виде случайного числа, определяет три ответа на этот вопрос, а после этого передает все вычисленные значения запросчику, который проверяет легитимность ответчика, проведя соответствующие вычисления и сравнив их результат с зашумленным статусом ответчика. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Способ опознавания объектов // 2574601

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах опознавания объектов, для линии «земля-земля». Достигаемый технический результат - исключение влияния внутрисистемных помех и повышение энергетической скрытности сигнала. Указанный результат достигается за счет того, что в способе опознавания объектов используют запросные и ответные сигналы, а также координаты опознаваемого объекта. В соответствии с координатной сеткой поле боя разбивают на непересекающиеся квадраты. Для каждого квадрата назначают один ответный и один запросный сигналы, которые выбираются из множества ортогональных или квазиортогональных сигналов. Для разных квадратов используют разные запросные и ответные сигналы, а количество запросных и ответных сигналов совпадает с количеством квадратов. На объектах по собственным координатам, полученным от навигационного приемника, определяют действующий на данном квадрате запросный и ответный сигналы. Для опознавания объекта по его координатам определяют запросный сигнал, который необходимо излучать, и ответный сигнал, который необходимо принять от объекта. При получении запросного сигнала объект излучает ответный сигнал, если принятый запросный сигнал совпадает с запросным сигналом, действующим на квадрате, на котором он расположен. Объект опознается как «Свой», если принятый ответный сигнал совпадает с ответным сигналом, назначенным для квадрата, на котором расположен объект опознавания. 2 з.п. ф-лы.

Способ опознавания "свой-чужой" // 2587474

Изобретение относится к области радиолокации, радиосвязи, радионавигации и радиоуправления и может найти применение в системах радиолокационного опознавания. Достигаемый технический результат - снижение вероятности захвата противником аппаратуры ответа. Указанный результат достигается за счет того, что в составе системы опознавания (информационно-управляющей системы) используют концентратор, оснащаемый ответчиком, который принимает информацию о координатах «своих» объектов, а также выполняет целый ряд функций, ранее выполняемых каждым из них, что позволяет обеспечить низкую вероятность захвата аппаратуры ответа противником.