Способ опознавания объектов
Владельцы патента RU 2772973:
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт современных телекоммуникационных технологий" (RU)
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для опознавания объектов, таких как беспилотные летательные аппараты, и других робототехнических комплексов. Техническим результатом является повышение скрытности сигналов опознавания при одновременном сохранении вероятности их обнаружения в запросчике и в ответчике, и устранение негативного влияния эффекта Доплера на вероятность опознавания объектов. В заявленном способе осуществляют формирование кодированных запросных сигналов и их излучение в направлении опознаваемого объекта, прием и декодирование запросных сигналов опознаваемым объектом, выявление соответствия установленному коду, формирование кодированных ответных сигналов и их излучение в направлении объекта запроса, прием и декодирование ответных сигналов объектом запроса и принятие решения об опознавании объекта. Дополнительно кодирование запросных сигналов осуществляется линейно-частотной модуляцией, по меньшей мере, на двух различных скоростях изменения внутриимпульсной частоты. При этом сигналы запроса в ответчике принимают автокорреляционным приемником, фильтруют, задерживают на заданное время из предустановленного дискретного набора временных задержек, перемножают на собственные задержанные копии, получают амплитудно-частотные спектры сигналов на разностных частотах, по значению которых определяют кодовую последовательность запросного сигнала, кодирование, формирование, излучение и прием которого осуществляется по такому же принципу. 1 ил.
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для опознавания объектов, таких как беспилотные летательные аппараты и другие робототехнические комплексы.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу (прототипом) является способ опознавания объектов в импульсной автономной радиолокационной системе с активным ответом, описанный в учебном пособии: Теоретические основы радиолокации. Под ред. Ширмана Я.Д. Учебное пособие для вузов. М., изд-во «Советское радио», 1970, стр. 560, стр. 315-321, основанный на формировании кодированных запросных сигналов и их излучении в направлении опознаваемого объекта, приеме и декодировании запросных сигналов опознаваемым объектом, выявлении соответствия установленному коду, формировании кодированных ответных сигналов и их излучении в направлении объекта запроса, приеме и декодировании ответных сигналов объектом запроса и принятии решения об опознавании объекта.
Основными недостатками прототипа являются низкая скрытность сигналов опознавания и снижение вероятности обнаружения запросных и ответных сигналов и, как следствие, вероятности опознавания, обусловленные влиянием эффекта Доплера при взаимном сближении или удалении запросчика и ответчика.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение скрытности сигналов опознавания при одновременном сохранении вероятности их обнаружения в запросчике и в ответчике, и устранение негативного влияния эффекта Доплера на вероятность опознавания объектов, за счет автокорреляционной обработки кодированных широкополосных линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе опознавания объектов в импульсной автономной радиолокационной системе с активным ответом, заключающемся в формировании кодированных запросных сигналов и их излучении в направлении опознаваемого объекта, приеме и декодировании запросных сигналов опознаваемым объектом, выявлении соответствия установленному коду, формировании кодированных ответных сигналов и их излучении в направлении объекта запроса, приеме и декодировании ответных сигналов объектом запроса и принятии решения об опознавании объекта, согласно предлагаемому изобретению дополнительно кодирование запросных сигналов осуществляется линейно-частотной модуляцией, по меньшей мере, на двух различных скоростях изменения внутриимпульсной частоты, сигналы запроса в ответчике принимают автокорреляционным приемником, фильтруют, задерживают на заданное время из предустановленного дискретного набора временных задержек, перемножают на собственные задержанные копии, получают амплитудно-частотные спектры (АЧС) сигналов на разностных частотах, по значению которых определяют кодовую последовательность запросного сигнала, кодирование, формирование, излучение и прием которого осуществляется по такому же принципу.
За счет широкополосной линейно-частотной модуляции происходит снижение радиотехнической заметности запросных и ответных сигналов, и повышение скрытности работы системы в целом, а за счет автокорреляционной обработки принятых сигналов происходит устранение негативного влияния эффекта Доплера на вероятность опознавания объектов.
Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно генератором ЛЧМ импульсов формируется импульсная последовательность запросного сигнала, в которой для различных передаваемых символов кода запроса используется различная скорость изменения внутриимпульсной частоты μi, 
где I≥2 - количество различных значений, принимаемых символами кодовой последовательности.
Формируемые импульсы можно описать формулой
где U0i - амплитуда i-го сигнала, τиi - длительность i-го импульса, w0 - начальная циклическая частота ЛЧМ сигнала.
Объектом ответа осуществляется автокорреляционный прием последовательности ЛЧМ импульсов с предустановленным дискретным набором временных задержек. Принятый сигнал поступает на вход полосового фильтра высоких частот (ФВЧ) с полосой пропускания ΔƒВЧ, которая может быть задана, например, предельной шириной спектра сигнала в заданном частотном диапазоне мониторинга [Радиоэлектронные системы: Основы построения и теория. Справочник / под ред. Я.Д. Ширмана. - М.: Радиотехника, 2007. - с. 297].
Задержанная в автокорреляционном приемнике копия сигнала будет иметь вид:
где Uпрi - амплитуда i-го принятого сигнала, τзk≥1/Δƒвч - время задержки автокорреляционного приемника, 
K - количество различных временных задержек автокорреляционных приемников (АКП), для запросчика и ответчика число K может различаться, Δƒвч - полоса пропускания ФВЧ на входе АКП, согласованная с шириной спектра ЛЧМ сигналов опознавания, ƒД - изменение частоты за счет эффекта Доплера, nш - внутренний шум приемника.
На выходе смесителя автокорреляционного приемника с помощью фильтра низких частот и N=I×K полосовых фильтров нижних частот (ФНЧ) с шириной полосы пропускания 
выделяется разностная составляющая АЧС сигнала:
где wpik=2πμiτзk - разностные частоты, ϕk = (w0+2πƒД)τзk - начальная фаза разностных частот, nшс - шум на выходе смесителя.
Для сигналов на выходе ФНЧ получают амплитудно-частотные спектры, по максимальным значениям которых и последовательности их поступления блок принятия решения определяет кодовую последовательность запросного сигнала.
Декодирующее устройство ответчика извлекает информационное сообщение из полученной кодовой последовательности и передает его на блок управления объекта, в котором формируется ответное сообщение, которое с помощью кодирующего устройства преобразуется в кодовую последовательность. Формирование, прием и обработка ответного сигнала осуществляется аналогичным образом.
Далее информация о принадлежности объекта от декодирующего устройства передается на устройство отображения информации.
При поступлении на вход автокорреляционного приемника ЛЧМ сигналов с шириной спектра Δƒвч отношение сигнал/шум на его выходе [Бакут П.А. Вопросы статистической теории радиолокации. - М.: «Советское радио», 1963. - с. 230-233]:
где qвх - отношение сигнал/шум на входе автокорреляционного приемника.
Таким образом, использование ЛЧМ сигналов с длительностью τиi для передачи запроса и ответа, и их автокорреляционного приема, позволяет снизить требуемую импульсную мощность передаваемых сигналов 
при сохранении постоянной их энергии Эи=Pиiτиi=const, за счет чего происходит снижение их радиотехнической заметности (вероятность их правильного обнаружения средствами радиотехнической разведки) и повышение скрытности системы опознавания в целом, при одновременном сохранении постоянной вероятность обнаружения сигналов опознавания в запросчике и в ответчике Эи=const.
Так как частота разностного сигнала Spik (t) зависит только от скорости изменения внутриимпульсной частоты μi и времени задержки τзk в автокорреляционном приемнике, исключается влияние эффекта Доплера на вероятность обнаружения сигналов опознавания в запросчике и в ответчике.
Этим достигается указанный в изобретении результат.
Структурная схема системы опознавания приведена на фиг. 1, где обозначено: 1 - синхронизатор; 2.1, 2.2 - кодирующие устройства; 3.1, 3.2 - генераторы ЛЧМ импульсов; 4.1, 4.2 - усилители мощности; 5.1, 5.2 - антенные переключатели; 6.1, 6.2 - полосовые ФВЧ; 7.1, 7.2 - линии задержки; 8.1, 8.2 - смесители; 9.1, 9.2 - ФНЧ; 10.1.1-10.1.N 10.2.1-10.2.N, - полосовые фильтры разностных частот, 11.1, 11.2 - блоки принятия решения, 12.1, 12.2 - декодирующие устройства, 13 - устройства отображения информации, 14 - блок управления объекта опознавания.
Синхронизатор 1 предназначен для сопряжения запросчика с радиолокационной станцией, кодирующие устройства 2.1, 2.2 предназначены для формирования I-ичной (I≥2) кодовой последовательности, генераторы ЛЧМ импульсов 3.1, 3.2 формируют последовательность ЛЧМ импульсов, в которой у n-го импульса скорость перестройки внутриимпульсной частоты μi соответствует значению n-го символа входящей I-ичной (I≥2) кодовой последовательности. Полосовые фильтры 10.1.1-10.1.N, 10.2.1-10.2.N настроены на значения разностных частот, соответствующих комбинациям разных скоростей перестройки внутриимпульсной частоты ЛЧМ сигналов и времени их задержки. Блоки принятия решения 11.1, 11.2 предназначены для сравнения АЧС на выходах полосовых фильтров 10.1.1-10.1.N, 10.2.1-10.2.N и принятия решения о наличии ЛЧМ импульса с заданной скоростью перестройки внутриимпульсной частоты и определения символов принимаемой кодовой последовательности. Декодирующие устройства 12.1, 12.2 предназначены для извлечения информационного сообщения из принятой кодовой последовательности. Устройство отображения информации 13 предназначено для отображения полученного информационного сообщения о принадлежности объекта в удобном для оператора виде. Блок управления объекта 14 предназначен для формирования сообщений, содержащих информацию о принадлежности объекта опознавания.
Предлагаемый способ практически применим, так как для его реализации могут быть использованы стандартные радиоэлектронные устройства и средства. Например, полосовые фильтры 6.1, 6.2 могут быть реализованы как волновые аналоговые фильтры; полосовые фильтры 10.1.1-10.1.N, 10.2.1-10.2.N могут быть реализованы как фильтры на поверхностных акустических волнах или фильтры на резонаторах [Улахович Д.А. Основы теории линейных электрических цепей: Учеб. пособие. - СПб.: БХВ-Петербург, 2009. - с. 586-603, 746-780]. Блоки принятия решения 11.1, 11.2 можно реализовать в аналоговом виде на основе набора логических элементов И, НЕ, или в цифровом виде с использованием микроконтроллера.
Способ опознавания объектов на основе кодированных сигналов, заключающийся в формировании кодированных запросных сигналов и их излучении в направлении опознаваемого объекта, приеме и декодировании запросных сигналов опознаваемым объектом, выявлении соответствия установленному коду, формировании кодированных ответных сигналов и их излучении в направлении объекта запроса, приеме и декодировании ответных сигналов объектом запроса и принятии решения об опознавании объекта, отличающийся тем, что кодирование запросных сигналов осуществляется линейно-частотной модуляцией, по меньшей мере, на двух различных скоростях изменения внутриимпульсной частоты, сигналы запроса в ответчике принимают автокорреляционным приемником, фильтруют, задерживают на заданное время из предустановленного дискретного набора временных задержек, перемножают на собственные задержанные копии, получают амплитудно-частотные спектры сигналов на разностных частотах, по значению которых определяют кодовую последовательность запросного сигнала, кодирование, формирование, излучение и прием ответного сигнала осуществляется по такому же принципу.
