[go: up one dir, main page]

RU2525829C1 - Radar method of detecting law of variation of angular velocity of turning of tracked aerial object based on successively received signal reflections with carrier frequency adjustment - Google Patents

Radar method of detecting law of variation of angular velocity of turning of tracked aerial object based on successively received signal reflections with carrier frequency adjustment Download PDF

Info

Publication number
RU2525829C1
RU2525829C1 RU2013106145/07A RU2013106145A RU2525829C1 RU 2525829 C1 RU2525829 C1 RU 2525829C1 RU 2013106145/07 A RU2013106145/07 A RU 2013106145/07A RU 2013106145 A RU2013106145 A RU 2013106145A RU 2525829 C1 RU2525829 C1 RU 2525829C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
range
signals
matrix
carrier frequency
Prior art date
Application number
RU2013106145/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013106145A (en
Inventor
Дмитрий Геннадьевич Митрофанов
Александр Геннадьвич Прохоркин
Дмитрий Александрович Майоров
Виталий Валерьевич Бортовик
Original Assignee
Министерство обороны Российской Федерации
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации имени Маршала Советского Союза А.М. Василевского"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Министерство обороны Российской Федерации, Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации имени Маршала Советского Союза А.М. Василевского" filed Critical Министерство обороны Российской Федерации
Priority to RU2013106145/07A priority Critical patent/RU2525829C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2013106145A publication Critical patent/RU2013106145A/en
Publication of RU2525829C1 publication Critical patent/RU2525829C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: method comprises generating and using a trajectory characteristic which is a relationship indicating change in the sum of differences of complex amplitudes of adjacent range portraits from the portrait number, i.e. from the time of receiving the next fraction of signals with carrier frequency adjustment, wherein five-fold smoothing out of the initial characteristic via a moving average method is proposed to construct a higher-quality trajectory characteristic of the aerial object.
EFFECT: high noise-immunity of a prospective multi-frequency mode of radar tracking and creating radar images of objects.
3 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокационным методам и может быть использовано в системах классификации и идентификации воздушных объектов, использующих принцип усреднения признака принадлежности при изменении ракурса объекта, а также в системах построения радиолокационных изображений (РЛИ) объектов методом инверсного синтезирования апертуры.The invention relates to radar methods and can be used in systems for the classification and identification of airborne objects using the principle of averaging the attribute of belonging when changing the angle of the object, as well as in systems for constructing radar images of objects using the inverse aperture synthesis method.

В первых из указанных систем необходимо использовать интервал, в пределах которого сопровождаемый объект максимально изменяет свою ориентацию относительно линии визирования, а в системах построения РЛИ - интервал, на котором угловая скорость поворота объекта является следствием только (исключительно) перемещения центра масс по прямолинейной траектории и не связана с проявлением траекторных нестабильностей полета, т.е. рысканий, кренов и тангажных флюктуации планера.In the first of the indicated systems, it is necessary to use the interval within which the tracked object changes its orientation with respect to the line of sight to the maximum, and in the radar imaging systems, the interval at which the angular velocity of rotation of the object is the result of only (exclusively) moving the center of mass along a straight path and not associated with the manifestation of trajectory flight instabilities, i.e. yaw, roll and pitch fluctuations of the glider.

Известен радиолокационный способ выявления закона изменения угловой скорости поворота F ( γ ˙ )

Figure 00000001
сопровождаемого воздушного объекта (летательного аппарата) по последовательно принятым отражениям одночастотных сигналов, входящий в структуру способа формирования двумерного радиолокационного изображения [1]. Known radar method for detecting the law of change in the angular velocity of rotation F ( γ ˙ )
Figure 00000001
accompanied by an air object (aircraft) by sequentially received reflections of single-frequency signals, included in the structure of the method of forming a two-dimensional radar image [1].

Сущность этого способа выявления закона F ( γ ˙ )

Figure 00000002
заключается в том, что в направлении воздушного объекта излучают последовательности сигналов с перестройкой несущей частоты из 2N импульсов (N=8,9) каждая, частоту этих импульсов изменяют от импульса к импульсу в диапазоне от f0 до (f0+Fпер), где f0 - основная (начальная) несущая частота квазиоптической области отражения сантиметрового диапазона, Fпер - диапазон, в котором осуществляется перестройка частоты от импульса к импульсу с интервалом Δf=Fпер/(2N-1). Затем принимают отраженные от летательного аппарата (ЛА) сигналы. По принятым отраженным сигналам сопровождают ЛА по угловым координатам и дальности, записывают в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) амплитуды и фазы, а также номер и время приема отраженных сигналов с перестройкой несущей частоты (СПНЧ), причем регистрацию или запись этих данных проводят на интервале времени Т3, на порядок превышающем величину 22NTи, где Tи - период повторения импульсов, а излучение каждой последовательности с перестройкой частоты из 2N импульсов проводят в течение интервала времени Тпосл, не превышающего 5 мс, т.е. в течение времени, практически на порядок меньшего продолжительности интервала корреляции траекторных нестабильностей полета ЛА. При этом в целях обеспечения помехозащищенности частоту импульсов каждой последовательности из 2N импульсов изменяют по уникальному случайному закону, выполняя, однако, условие, чтобы в пределах каждой 2N-импульсной последовательности частота каждого импульса повторялась только один раз. The essence of this method of revealing the law F ( γ ˙ )
Figure 00000002
consists in the fact that in the direction of the airborne object they emit sequences of signals with a tuning of the carrier frequency of 2 N pulses (N = 8.9) each, the frequency of these pulses is changed from pulse to pulse in the range from f 0 to (f 0 + F per ) where f 0 is the main (initial) carrier frequency of the quasi-optical reflection region of the centimeter range, F per is the range in which the frequency is tuned from pulse to pulse with the interval Δf = F per / (2 N -1). Then receive the signals reflected from the aircraft (LA). According to the received reflected signals, the aircraft is accompanied by angular coordinates and range, recorded in the random access memory (RAM) of the amplitude and phase, as well as the number and time of reception of the reflected signals with the tuning of the carrier frequency (SPFC), and registration or recording of these data is carried out on a time interval T 3 , an order of magnitude greater than 2 2N T and , where T and is the pulse repetition period, and the radiation of each sequence with a frequency tuning of 2 N pulses is carried out during the time interval T last not exceeding 5 ms, i.e. . over time, almost an order of magnitude shorter duration of the correlation interval of trajectory flight instabilities of the aircraft. Moreover, in order to ensure noise immunity, the frequency of the pulses of each sequence of 2 N pulses is changed according to a unique random law, however, satisfying the condition that within each 2 N- pulse sequence the frequency of each pulse is repeated only once.

Первым импульсом в каждой последовательности с перестройкой частоты является импульс на частоте f0. После приема, перевода из аналоговой в цифровую форму и записи в ОЗУ параметров отраженных сигналов осуществляют формирование прямоугольного двумерного массива данных, именуемого матрицей многочастотно-синтезированного рассеяния (ММСР), для чего предварительно в пределах каждой последовательности СПНЧ осуществляют в ОЗУ перестановку зарегистрированных данных, обеспечивая их последовательное расположение в столбцах ММСР в порядке монотонного возрастания частоты от f0 до (f0+Fпер). В результате получают двумерный массив данных, столбцы которого расположены в соответствии с номерами излучаемых (и соответственно принимаемых) последовательностей СПНЧ, а данные в столбцах расположены не в порядке излучения по случайному закону, а в порядке монотонного изменения частоты излучения от f0 до (f0+Fпер). Таким образом, в каждой строке массива располагают амплитуды и фазы сигналов одинаковой частоты. The first pulse in each sequence with frequency tuning is the pulse at a frequency f 0 . After receiving, converting from analog to digital form and writing to the RAM the parameters of the reflected signals, a rectangular two-dimensional data array is formed, referred to as a multi-frequency synthesized scattering matrix (MSSR), for which, within each sequence of the SPNC, the registered data are rearranged in RAM, providing them sequential arrangement in the columns of the MMR in the order of a monotonic increase in frequency from f 0 to (f 0 + F per ). As a result, a two-dimensional data array is obtained, the columns of which are arranged in accordance with the numbers of the transmitted (and correspondingly received) TPS sequences, and the data in the columns are not arranged in random order of emission, but in the order of a monotonic change in the radiation frequency from f 0 to (f 0 + F per ). Thus, in each row of the array, the amplitudes and phases of the signals of the same frequency are arranged.

Данные об отраженных сигналах записывают в элементы ММСР в комплексном виде, а именно после приема каждой m-й пачки СПНЧ из амплитуды Δk и фазы φk k-го отраженного импульса формируют комплексное значение этого отраженного импульса в виде A ˙ k = A k e j ϕ k

Figure 00000003
. Далее в отдельный массив M12 записывают параметры отражений на первой частоте f0, формируя таким образом цифровую отражательную характеристику ЛА из M элементов M=Tз/Tи. Выборку эквидистантных значений отраженных сигналов на частоте f0 на интервале запоминания Tз называют генеральной, а любую выборку из взятых подряд по времени приема 2N значений в пределах генеральной выборки называют частной выборкой, при этом i-й частной выборкой (ЧВ) называют выборку, первый элемент которой соответствует i-му элементу массива M12, т.е. i-му элементу генеральной выборки (ГВ). Вычисляют коэффициенты корреляции между смежными по номерам ЧВ, т.е. между 1-й и 2-й, между 2-й и 3-й, между 3-й и 4-й и т.д. Каждому i-му коэффициенту корреляции ρi ставят в соответствие момент времени, соответствующий середине интервала, на котором получены отражения для i-й ЧВ. The data on the reflected signals are written into the elements of the MSSR in a complex form, namely, after receiving each m-th packet of the SPSF from the amplitude Δ k and phase φ k of the k-th reflected pulse, the complex value of this reflected pulse is formed in the form A ˙ k = A k e j ϕ k
Figure 00000003
. Next, in a separate array M 12 write the reflection parameters at the first frequency f 0 , thus forming a digital reflective characteristic of the aircraft from M elements M = T s / T and . A sample of equidistant values of the reflected signals at a frequency f 0 in the memory interval T s is called a general sample, and any sample of 2 N values taken consecutively at the reception time within the general sample is called a private sample, while the ith private sample (CV) is called a sample, the first element of which corresponds to the ith element of the array M 12 , i.e. i-th element of the general sample (GW). The correlation coefficients between adjacent by the numbers of the FW are calculated, i.e. between 1st and 2nd, between 2nd and 3rd, between 3rd and 4th, etc. Each i-th correlation coefficient ρ i is associated with a moment of time corresponding to the middle of the interval in which reflections for the i-th FW are obtained.

В результате получают (M-2N-1) коэффициентов корреляции (КК) ρ и соответствующих им моментов времени, которые запоминают в соответствующих элементах массива D1 ОЗУ. Анализируют информацию, записанную в массив D1, и находят в них момент времени, соответствующий минимальному КК или максимальному КК. В соответствии с физическим смыслом КК считают, что в момент времени, когда КК минимален, угловая скорость поворота ЛА γ ˙

Figure 00000004
максимальна, и наоборот. Зависимость КК от времени t считают косвенной (т.е. не имеющей строгой аналитической связи с γ ˙
Figure 00000005
) зависимостью угловой скорости γ ˙
Figure 00000005
от времени t, которую и воспринимают в качестве закона F [ γ ˙ ( t ) ]
Figure 00000006
изменения γ ˙
Figure 00000005
с течением времени.The result is (M-2 N -1) correlation coefficients (CC) ρ and their corresponding time points, which are stored in the corresponding elements of the array D 1 RAM. Analyze the information recorded in the array D 1 and find in them a point in time corresponding to the minimum QC or maximum QC. In accordance with the physical meaning of the spacecraft, it is believed that at the time when the spacecraft is minimal, the angular velocity of rotation of the aircraft γ ˙
Figure 00000004
maximum and vice versa. The dependence of QC on time t is considered indirect (i.e., it does not have a strict analytical relationship with γ ˙
Figure 00000005
) the dependence of the angular velocity γ ˙
Figure 00000005
from time t, which is taken as a law F [ γ ˙ ( t ) ]
Figure 00000006
changes γ ˙
Figure 00000005
over time.

Предложенный в [1] способ выявления закона F [ γ ˙ ( t ) ]

Figure 00000007
изменения угловой скорости γ ˙
Figure 00000005
не может быть признан эффективным и надежным, т.к. время между одночастотными излучаемыми сигналами имеет согласно способу жесткую зависимость от длительности Тпосл последовательности (пачки) СПНЧ. В работе [2] для получения правдоподобных значений оценочного КК (по которым в ходе обработки данных натурных экспериментов были получены пригодные для использования корреляционные характеристики P ( γ ˙ )
Figure 00000008
разных ЛА) рекомендовано использовать период повторения одночастотных сигналов, не превосходящий 1 мс. Это сильно усложняет способ формирования РЛИ, в интересах которого производится извлечение закона F [ γ ˙ ( t ) ]
Figure 00000007
. Причина в том, что последовательности СПНЧ, как правило, по длительности превосходят 1 мс. Например, для пачек из 128 сигналов при Tи=30 мкс периодичность повторения сигналов первой частоты f0 составляет 7,7 мс. А если применять перестройку частоты от пачки к пачке (вместо перестройки от импульса к импульсу) и использовать накопление в коротких одночастотных пачках, то длительность последовательности пачек с перестройкой частоты еще более возрастает. Значит, для реализации корреляционного алгоритма выявления закона F [ γ ˙ ( t ) ]
Figure 00000007
[1] придется дополнительно излучать сигналы основной частоты f0 внутри (в пределах) последовательности сигналов N частот. Это, во-первых, нарушит эквидистантность СПНЧ, а во-вторых, снизит помехоустойчивость режима сопровождения, т.к. сигналы с частотой f0 будут использоваться чаще и возникнет угроза постановки прицельной помехи на первой частоте f0.The method for revealing the law proposed in [1] F [ γ ˙ ( t ) ]
Figure 00000007
changes in angular velocity γ ˙
Figure 00000005
cannot be recognized as effective and reliable, because the time between single-frequency emitted signals according to the method has a strict dependence on the duration T of the last sequence (packet) of SPNCH. In [2], to obtain plausible values of the estimated CC (from which, in the course of processing data from field experiments, correlation characteristics suitable for use were obtained P ( γ ˙ )
Figure 00000008
different aircraft) it is recommended to use the repetition period of single-frequency signals, not exceeding 1 ms. This greatly complicates the method of forming radar images, in the interests of which the law is extracted. F [ γ ˙ ( t ) ]
Figure 00000007
. The reason is that HPS sequences tend to exceed 1 ms in duration. For example, for bursts of 128 signals at T and = 30 μs, the frequency of repetition of the signals of the first frequency f 0 is 7.7 ms. And if frequency tuning from burst to burst is used (instead of burst-to-burst trimming) and using accumulation in short single-frequency bursts, then the duration of the burst sequence with frequency tuning increases even more. So, for the implementation of the correlation algorithm for revealing the law F [ γ ˙ ( t ) ]
Figure 00000007
[1] will have to additionally emit signals of the fundamental frequency f 0 inside (within) the sequence of signals of N frequencies. This, firstly, will violate the equidistance of the SPNCH, and secondly, it will reduce the noise immunity of the tracking mode, as signals with a frequency f 0 will be used more often and there will be a threat of setting impact interference at the first frequency f 0 .

Другим существенным недостатком способа-прототипа [1] является невозможность повышения отношения сигнал/шум за счет когерентного сложения сигналов перед формированием одночастотной отражательной характеристики ЛА в виде массива M12. Использование же часто повторяющихся пачек сигналов на частоте f0 еще больше снизит помехоустойчивость и увеличит длительность последовательности СПНЧ Тпосл, чем существенно усложнит обработку сигналов. В помехах и шумах отражательная характеристика ЛА на частоте f0 не сможет с выразительностью показывать моменты максимизации и минимизации γ ˙

Figure 00000005
. Собственно говоря, известный способ выявления угловой скорости γ ˙
Figure 00000005
[1] и был предложен в виду отсутствия возможности получения закона F ( γ ˙ )
Figure 00000009
по отраженным СПНЧ. И наконец, эквидистантность сигналов на частоте f0 в [1], снижающая помехоустойчивость, также обусловлена необходимостью получения одночастотной отражательной характеристики. Отсутствие такой необходимости позволяет осуществлять перестройку частоты в пределах последовательности по случайному закону для всех без исключения сигналов, а не для (2N-1) сигналов, кроме сигналов на частоте f0, которые предложено всегда в каждой пачке СПНЧ использовать первыми.Another significant drawback of the prototype method [1] is the inability to increase the signal-to-noise ratio due to the coherent addition of signals before the formation of a single-frequency reflective characteristic of the aircraft in the form of an array of M 12 . The use of frequently repeating bursts of signals at a frequency f 0 will further reduce noise immunity and increase the duration of the TPS sequence T last , which will significantly complicate the processing of signals. In interference and noise, the reflective characteristic of an aircraft at a frequency f 0 cannot expressively maximize and minimize γ ˙
Figure 00000005
. In fact, a known method for detecting angular velocity γ ˙
Figure 00000005
[1] and was proposed in view of the lack of the possibility of obtaining a law F ( γ ˙ )
Figure 00000009
according to reflected SPS. And finally, the equidistance of signals at a frequency f 0 in [1], which reduces the noise immunity, is also due to the need to obtain a single-frequency reflective characteristic. The absence of such a need makes it possible to carry out frequency tuning within the sequence according to a random law for all signals without exception, and not for (2 N -1) signals, except for signals at a frequency f 0 , which are always proposed to be used first in each packet of SPNC.

Задачей изобретения является разработка способа выявления закона изменения угловой скорости поворота ЛА относительно линии визирования при последовательном излучении фракций СПНЧ без организации более частого излучения одночастотных сигналов, так как такое излучение снижает помехоустойчивость перспективного многочастотного режима радиолокационного сопровождения и формирования РЛИ ЛА.The objective of the invention is to develop a method for detecting the law of change in the angular velocity of rotation of an aircraft relative to the line of sight with sequential radiation of fractions of the SPNCH without organizing more frequent radiation of single-frequency signals, since such radiation reduces the noise immunity of a promising multi-frequency mode of radar tracking and the formation of radar information.

Для решения поставленной задачи предлагается использовать тот факт, что амплитудно-фазовые флюктуации сигналов, отраженных ЛА, становятся интенсивнее при увеличении угловой скорости поворота сопровождаемого ЛА. При этом другие факторы, влияющие на степень флюктуации радиолокационных отражений, должны быть нейтрализованы. К этим факторам относятся радиальное приближение (удаление) ЛА к радиолокационной станции (РЛС), турбовинтовая модуляция отраженных сигналов и наличие шумов (помех) произвольного происхождения. Следовательно, необходимо построить систему обработки отраженных сигналов так, чтобы максимально снизить влияние негативных факторов и эффективно выделить полезные флюктуации, связанные исключительно с поворотами ЛА относительно линии визирования РЛС.To solve this problem, it is proposed to use the fact that the amplitude-phase fluctuations of the signals reflected by the aircraft become more intense with an increase in the angular velocity of rotation of the accompanied aircraft. However, other factors affecting the degree of fluctuation of radar reflections should be neutralized. These factors include the radial approach (removal) of an aircraft to a radar station (radar), turboprop modulation of the reflected signals and the presence of noise (interference) of arbitrary origin. Therefore, it is necessary to build a system for processing the reflected signals in such a way as to minimize the influence of negative factors and effectively highlight useful fluctuations associated exclusively with the turns of the aircraft relative to the radar line of sight.

В первую очередь, рассмотрим порядок устранения негативных факторов, а затем проверим возможность выделения интенсивности поворотов ЛА по соответствующей интенсивности амплитудно-фазовых флюктуации отраженных сигналов.First of all, we consider the procedure for eliminating negative factors, and then check the possibility of distinguishing the intensity of aircraft turns by the corresponding intensity of the amplitude-phase fluctuations of the reflected signals.

Известно [3, 4], что приближение или удаление объектов отражения радиоволн не влияет на амплитуду отраженных сигналов, но вносит фазовые добавки, кратные дробной части волнового числа 2π/λ, где λ - длина волны (для совмещенной РЛС за счет двойного хода электромагнитной волны речь должна идти о дробной части числа 4π/λ). Следовательно, на первом шаге необходимо вычислить радиальную скорость ЛА и устранить изменения фаз в принимаемых сигналах, связанные с изменением расстояния до ЛА.It is known [3, 4] that the approximation or removal of objects of reflection of radio waves does not affect the amplitude of the reflected signals, but introduces phase additions that are multiples of the fractional part of the wave number 2π / λ, where λ is the wavelength (for a combined radar due to the double course of the electromagnetic wave it should be a fraction of the number 4π / λ). Therefore, in the first step, it is necessary to calculate the radial speed of the aircraft and eliminate the phase changes in the received signals associated with the change in the distance to the aircraft.

Негативное влияние шумов и распределенных заградительных помех традиционно устраняется в современных РЛС на основе когерентного сложения принимаемых сигналов [3, 4]. В данном случае когерентное сложение (накопление) полезных сигналов и сопутствующее автоматическое повышение разрешающей способности по дальности предлагается осуществить методом проведения обратного быстрого преобразования Фурье (БПФ) с фракцией принятых отраженных от ЛА реализаций в пределах каждой последовательности СПНЧ. Перестановка сигналов в порядке монотонного увеличения несущей частоты (в пределах пачки СПНЧ со случайным законом изменения несущей частоты) позволяет сформировать в ОЗУ частотную характеристику ЛА, т.е. зависимость величины амплитуды и фазы отраженных сигналов от изменения частоты. Если объект на интервале облучения его последовательностью СПНЧ сохраняет относительное постоянство пространственного положения, то методом обратного БПФ из вектора частотной характеристики можно получить импульсную характеристику ЛА, как зависимость его отражательных свойств от изменения времени контакта радиолокационного сигнала сверхкороткой длительности (порядка наносекунд) постоянной амплитуды с элементами поверхности ЛА [5]. Импульсная характеристика ЛА с учетом скорости распределения волн (скорости света с) может быть пересчитана в дальностный портрет объекта, т.е. в зависимость отражательных свойств объекта от координаты радиальной дальности (вдоль линии визирования). При неизменности положения ЛА в течение Тпосл в дальностном портрете (ДлП) обеспечивается когерентное сложение отражений на разных частотах и повышается результирующее отношение сигнал-шум. То есть для обеспечения помехоустойчивости целесообразно выделять информацию об угловой скорости поворота γ ˙

Figure 00000005
после получения ДлП ЛА.The negative effect of noise and distributed obstruction is traditionally eliminated in modern radars based on the coherent addition of received signals [3, 4]. In this case, coherent addition (accumulation) of useful signals and the accompanying automatic increase in range resolution in range are proposed to be carried out by the method of performing the inverse fast Fourier transform (FFT) with a fraction of the received realizations reflected from the aircraft within each sequence of the SPNC. Rearrangement of the signals in the order of a monotonic increase in the carrier frequency (within the SPNCH stack with a random law of variation of the carrier frequency) makes it possible to form in the RAM the frequency response of the aircraft, i.e. the dependence of the magnitude of the amplitude and phase of the reflected signals from changes in frequency. If an object maintains a relative spatial position in the interval of irradiation with its sequence of VLF, then using the inverse FFT method the impulse response of the aircraft can be obtained from the vector of the frequency response as the dependence of its reflective properties on the change in the contact time of a radar signal of ultrashort duration (of the order of nanoseconds) of constant amplitude with surface elements LA [5]. The impulse response of the aircraft, taking into account the speed of wave distribution (speed of light s), can be converted into a long-range portrait of the object, i.e. the dependence of the reflective properties of the object on the coordinate of the radial range (along the line of sight). If the position of the aircraft remains unchanged during the T last in the long-range portrait (DL), coherent summation of the reflections at different frequencies is ensured and the resulting signal-to-noise ratio increases. That is, to ensure noise immunity, it is advisable to extract information about the angular velocity of rotation γ ˙
Figure 00000005
after receiving DLP LA.

Для устранения фазовых сдвигов, связанных с радиальным движением ЛА, может использоваться рекуррентный алгоритм вычитания из фазы принятого сигнала фазового компонента, обусловленного исключительно изменением расстояния до ЛА. Рекуррентность нужна в случае использования вобуляции частоты повторения импульсов. Если же период повторения постоянен, то компенсацию можно проводить по универсальной формуле, приведенной в [6-8]. Однако оба эти подхода предполагают знание радиальной скорости движения ЛА, вычисляемой на предварительном этапе стандартным методом в режиме одночастотного зондирования [7].To eliminate the phase shifts associated with the radial movement of the aircraft, a recursive algorithm can be used to subtract the phase component from the phase of the received signal, caused solely by a change in the distance to the aircraft. Recurrence is needed when using the wobble pulse repetition rate. If the repetition period is constant, then compensation can be carried out according to the universal formula given in [6-8]. However, both of these approaches require knowledge of the radial speed of the aircraft, calculated at the preliminary stage by the standard method in the single-frequency sounding mode [7].

В данном же случае применение излучения одночастотных сигналов предложено исключить из соображений повышения помехоустойчивости режима сопровождения. Поэтому для устранения фазовых набегов радиального характера в данном случае уместно использование способа, описанного в [8, 9]. Этот способ построения информативного дальностного портрета и оценки радиальной скорости ЛА сам основан на компенсации рассматриваемых фазовых сдвигов, обусловленных его радиальным движением. Поскольку данный способ достаточно подробно описан в [9], то нет необходимости подробно излагать его сущность. Предлагается в рамках данного изобретения считать применение способа [9] целесообразным, эффективным, доказанным и называть его способом компенсации «дальностных» фазовых набегов (т.е. связанных с изменением дальности до ЛА) методом минимума энтропии.In this case, the use of radiation of single-frequency signals is proposed to be excluded from considerations of increasing the noise immunity of the tracking mode. Therefore, to eliminate phase raids of a radial nature, in this case, it is appropriate to use the method described in [8, 9]. This method of constructing an informative long-range portrait and estimating the radial speed of the aircraft itself is based on the compensation of the considered phase shifts due to its radial movement. Since this method is described in sufficient detail in [9], there is no need to expound its essence in detail. It is proposed in the framework of this invention to consider the application of the method [9] appropriate, effective, proven and call it a method of compensating for "range" phase incursions (that is, associated with a change in range to the aircraft) by the minimum entropy method.

Третий негативный фактор, связанный с проявлением турбовинтового эффекта (ТВЭ), устраняется за счет использования предлагаемого способа изменения частоты зондирования в пределах каждой последовательности СПНЧ по случайному закону. Случайное изменение частоты зондирующих сигналов в пачках нарушает закономерный характер проявления в параметрах отражений турбовинтовой модуляции и как следствие ведет к «размазыванию» потенциально возможных ложных турбовинтовых составляющих в структуре формируемых дальностных портретов.The third negative factor associated with the manifestation of the turboprop effect (TVE) is eliminated through the use of the proposed method for changing the sounding frequency within each sequence of the SPS according to a random law. A random change in the frequency of the probing signals in packs violates the regular nature of the manifestation of turboprop modulation in the reflection parameters and, as a result, leads to the “smearing” of potential false turboprop components in the structure of the formed long-range portraits.

Таким образом, устранение негативных для выявления закона F [ γ ˙ ( t ) ]

Figure 00000010
факторов предлагается осуществлять на основе:Thus, eliminating the negative to identify the law F [ γ ˙ ( t ) ]
Figure 00000010
factors it is proposed to implement on the basis of:

1) применения в пачках СПНЧ случайного закона перестройки;1) the application of the random law of adjustment in the SPCH packets;

2) когерентного сложения отражений от элементов конструкции ЛА методом обратного БПФ с его частотной характеристикой;2) coherent addition of reflections from aircraft structural elements by the inverse FFT method with its frequency response;

3) устранения дальностных фазовых набегов в процессе формирования ДлП объекта методом минимума энтропии в соответствии со способом [9].3) the elimination of long-range phase incursions during the formation of the object's DLP by the minimum entropy method in accordance with the method [9].

Для выявления (выделения) закона изменения угловой скорости γ ˙

Figure 00000005
предлагается формировать и использовать траекторную характеристику ЛА. Траекторная характеристика (ТХ) - это зависимость, показывающая изменение суммы разностей комплексных амплитуд смежных дальностных портретов от номера портрета, т.е. от времени приема очередной пачки СПНЧ.To identify (highlight) the law of change in angular velocity γ ˙
Figure 00000005
It is proposed to form and use the trajectory characteristic of the aircraft. The trajectory characteristic (TX) is a dependence showing the change in the sum of the differences in the complex amplitudes of adjacent range portraits from the portrait number, i.e. from the time of receiving the next pack of SPCh.

Предшествующее построению траекторной характеристики формирование ДлП ЛА предлагается осуществить после излучения и приема отраженных от ЛА пачек СПНЧ. В излучаемых пачках используемые частоты зондирующих сигналов должны подчиняться случайному закону, не повторяющемуся от пачки к пачке. Причем в данном случае сигналы на частоте f0 не являются исключением.It is proposed that the formation of the aircraft DLP preceding the construction of the trajectory characteristic be performed after radiation and reception of SPCH packets reflected from the aircraft. In emitted bursts, the used frequencies of the probing signals must obey a random law that does not repeat from burst to burst. Moreover, in this case, the signals at a frequency f 0 are no exception.

При линейном изменении несущей частоты в пачке СПНЧ частота первого импульса (первая частота) равна f1=f0, частота второго импульса (вторая частота) равна f2=f0+Δf, частота третьего импульса (третья частота) равна f3=f0+2Δf и так далее, так что частота K-го импульса (K-я частота) равна fK=f0+(K-1)Δf, где Δf - щаг перестройки (интервал изменения) частоты между смежными по номеру импульсами. Если все К частот являются априори известными, то можно расположить импульсы разных частот в пачке хаотично, по случайному закону, причем закон должен обязательно изменяться от пачки к пачке [1].With a linear change in the carrier frequency in the SPSF packet, the frequency of the first pulse (first frequency) is f 1 = f 0 , the frequency of the second pulse (second frequency) is f 2 = f 0 + Δf, the frequency of the third pulse (third frequency) is f 3 = f 0 + 2Δf and so on, so that the frequency of the Kth pulse (Kth frequency) is f K = f 0 + (K-1) Δf, where Δf is the tuning step (interval of change) of the frequency between pulses adjacent by number. If all K frequencies are a priori known, then it is possible to arrange the pulses of different frequencies in a packet randomly, according to a random law, and the law must necessarily change from packet to packet [1].

Длительность пачек Тпосл не должна превышать 5 мс. В этом случае перемещением ЛА на интервале излучения всех импульсов пачки можно пренебречь. Величину 5 мс принято называть интервалом истинной когерентности, т.е. интервалом, на котором полученные от объекта отраженные сигналы являются когерентными вследствие неподвижности объекта.The duration of the packets T last should not exceed 5 ms. In this case, the movement of the aircraft in the emission interval of all burst pulses can be neglected. The value of 5 ms is usually called the interval of true coherence, i.e. the interval at which the reflected signals received from the object are coherent due to the immobility of the object.

После приема каждой m-й пачки СПНЧ из амплитуды Ak и фазы φk k-го отраженного импульса формируют комплексное значение этого отраженного сигнала A ˙ k = A k e j ϕ k

Figure 00000011
аналогично [1], а затем формируют в ОЗУ РЛС вектор-столбец зарегистрированных данных, обеспечивая их последовательное расположение в этом m-м векторе-столбце в порядке монотонного возрастания частоты от f0 до (f0+Fпер). Из M столбцов (M>>22N) формируют избыточную ММСР (ИММСР), располагая столбцы в порядке приема отражений по времени. В результате получают ИММСР, изображенную на фиг.1.After receiving each m-th packet of the LPS from the amplitude A k and phase φ k of the k-th reflected pulse, the complex value of this reflected signal is formed A ˙ k = A k e j ϕ k
Figure 00000011
similar to [1], and then form in the radar RAM a vector column of recorded data, ensuring their sequential location in this m-th vector column in the order of a monotonic increase in frequency from f 0 to (f 0 + F per ). From M columns (M >> 2 2N ) form the excess MSSR (IMMSR), arranging the columns in the order of receiving reflections in time. The result is IMMSR, depicted in figure 1.

В целях снижения степени влияния вредных шумов и устранения фазовых искажений, связанных с радиальным движением ЛА, с каждым вектором-столбцом ИММСР проводят операцию обратного БПФ в сочетании с компенсацией «дальностных» фазовых набегов методом минимума энтропии [9]. За счет когерентного сложения отражений на разных частотах повышается результирующее отношение сигнал-шум и формируется ДлП ЛА, соответствующий варианту гипотетической остановки ЛА в пространстве, иначе говоря, - варианту отсутствия радиального перемещения ЛА. Сформированный в m-м столбце ДлП H ˙ m

Figure 00000012
объекта можно представить массивом (матрицей) комплексных данных H ˙ m = H ˙ 1 m H ˙ 2 m H ˙ 3 m H ˙ K m
Figure 00000013
.In order to reduce the influence of harmful noise and eliminate phase distortions associated with the radial motion of the aircraft, an inverse FFT operation is performed with each column vector of the IMMSR in combination with the compensation of "long-range" phase incursions by the entropy minimum method [9]. Due to the coherent summation of the reflections at different frequencies, the resulting signal-to-noise ratio is increased and the aircraft DLP is formed, corresponding to the variant of a hypothetical stopping of the aircraft in space, in other words, the variant of the absence of radial movement of the aircraft. Formed in the mth column of DLP H ˙ m
Figure 00000012
an object can be represented as an array (matrix) of complex data H ˙ m = H ˙ one m H ˙ 2 m H ˙ 3 m ... H ˙ K m
Figure 00000013
.

Из векторов дальностных портретов ЛА в ОЗУ РЛС формируют двумерную избыточную дальностно-временную матрицу рассеяния (ИДВМР), заменяя в ИММСР каждый m-й столбец отражений на разных частотах на соответствующий m-й вектор дальностного портрета. Аналитически ИДВМР H ˙ и

Figure 00000014
можно представить в виде объединения комплексных данных отражений от ЛА по K строкам и M столбцамFrom the vectors of the long-range portraits of the aircraft in the radar RAM, a two-dimensional excess long-range time-scattering matrix (IDMR) is formed, replacing in the IMMSR each m-th column of reflections at different frequencies with the corresponding m-th vector of the long-range portrait. Analytically IDMR H ˙ and
Figure 00000014
can be represented as a combination of complex data of reflections from aircraft along K rows and M columns

H ˙ и = m = 1 M k = 1 K H ˙ k m = m = 1 M k = 1 K H k m exp ( j ξ k m ) ,                                      ( 1 )

Figure 00000015
H ˙ and = m = one M k = one K H ˙ k m = m = one M k = one K H k m exp ( j ξ k m ) , ( one )
Figure 00000015

где Hm - амплитуда импульсного отклика в m-м дальностном портрете в k-м элементе разрешения по дальности [5-7], ξkm - фаза импульсного отклика в m-м дальностном портрете в k-м элементе разрешения по дальности, полученная после проведения обратного БПФ с вектором отражений от воздушного объекта m-й пачки СПНЧ.where H m is the amplitude of the impulse response in the m-th range portrait in the k-th range resolution element [5-7], ξ km is the phase of the impulse response in the m-th range portrait in the k-th range resolution element obtained after conducting an inverse FFT with a vector of reflections from the airborne object of the m-th packet of SPCH.

В k-й строке ИДВМР H ˙ и

Figure 00000016
амплитуды реальных отражений будут присутствовать лишь в том случае, если в k-м элементе дальности просматриваемого по радиальной координате окна будет расположен рассеивающий центр (РЦ) поверхности ЛА. Таких РЦ на планере ЛА конечное число. Поэтому многие элементы ИДВМР будут содержать только шумовые составляющие, не несущие полезной информации. Для исключения этих строк из дальнейших операций определяется пороговый уровень Нп, рассчитываемый по формулеIn the k-th line of IDMR H ˙ and
Figure 00000016
the amplitudes of real reflections will be present only if the scattering center (RC) of the aircraft’s surface is located in the kth element of the range viewed along the radial coordinate of the window. There are a finite number of such RCs on an airframe. Therefore, many elements of IDMR will contain only noise components that do not carry useful information. To exclude these lines from further operations, a threshold level H p is calculated, calculated by the formula

H п = 1 K M m = 1 M k = 1 K | H ˙ k m | .                                                        ( 2 )

Figure 00000017
H P = one K M m = one M k = one K | H ˙ k m | . ( 2 )
Figure 00000017

В первом по счету дальностном портрете ЛА путем сравнения модулей его элементов | H ˙ 11 |

Figure 00000018
, | H ˙ 21 |
Figure 00000019
, | H ˙ 31 |
Figure 00000020
, …, | H ˙ K 1 |
Figure 00000021
с порогом Hп определяются номера строк ИДВМР, которые (строки) впоследствии будут использованы в способе выявления закона F [ γ ˙ ( t ) ]
Figure 00000022
. Критерием использования k-й строки в дальнейших операциях является выполнение условияIn the first long-range portrait of the aircraft by comparing the modules of its elements | H ˙ eleven |
Figure 00000018
, | H ˙ 21 |
Figure 00000019
, | H ˙ 31 |
Figure 00000020
, ..., | H ˙ K one |
Figure 00000021
with a threshold H p , the IDMR line numbers are determined, which (lines) will subsequently be used in the method of revealing the law F [ γ ˙ ( t ) ]
Figure 00000022
. The criterion for using the kth row in further operations is the fulfillment of the condition

| H ˙ k 1 | > H п .                                                                    ( 3 )

Figure 00000023
| H ˙ k one | > H P . ( 3 )
Figure 00000023

В ИДВМР H ˙ и

Figure 00000016
все k-е строки, не соответствующие критерию (3), обнуляются, что аналогично исключению их из дальнейшего рассмотрения.In IDMR H ˙ and
Figure 00000016
all kth rows that do not meet criterion (3) are reset to zero, which is similar to excluding them from further consideration.

Следующим (основным) этапом выявления закона F [ γ ˙ ( t ) ]

Figure 00000024
является построение ТХ объекта. Для получения величины m-го значения ТХ предлагается использовать выражениеThe next (main) step in identifying the law F [ γ ˙ ( t ) ]
Figure 00000024
is the construction of the TX object. To obtain the value of the m-th value of TX, it is proposed to use the expression

u m = 1 K k = 1 K { [ | H ˙ k m | cos ξ k m | H ˙ k ( m + 1 ) | cos ξ k ( m + 1 ) ] +          + [ | H ˙ k m | sin ξ k m | H ˙ k ( m + 1 ) | sin ξ k ( m + 1 ) ] } ,                                           ( 4 )

Figure 00000025
u m = one K k = one K { [ | H ˙ k m | cos ξ k m - | H ˙ k ( m + one ) | cos ξ k ( m + one ) ] + + [ | H ˙ k m | sin ξ k m - | H ˙ k ( m + one ) | sin ξ k ( m + one ) ] } , ( four )
Figure 00000025

где | H ˙ k m | cos ξ k m

Figure 00000026
и | H ˙ k m | sin ξ k m
Figure 00000027
- соответственно косинусная ( R k m cos )
Figure 00000028
и синусная ( I k m sin )
Figure 00000029
квадратурные составляющие k-го элемента разрешения по дальности в m-м ДлП; m = 1, ( M 1 ) ¯
Figure 00000030
- порядковый номер ДлП или вектора-столбца в ИДВМР.Where | H ˙ k m | cos ξ k m
Figure 00000026
and | H ˙ k m | sin ξ k m
Figure 00000027
- respectively cosine ( R k m cos )
Figure 00000028
and sinus ( I k m sin )
Figure 00000029
quadrature components of the k-th element of range resolution in m-m DlP; m = one, ( M - one ) ¯
Figure 00000030
- serial number of DlP or column vector in IDMR.

Тем самым вычисляется усредненное по всем значащим информативным элементам дальности значение разности между косинусными составляющими смежных дальностных портретов и синусными составляющими смежных ДлП, в данном случае смежными считаются m-й и (m+1)-й ДлП.Thus, the difference value between the cosine components of adjacent range portraits and the sine components of adjacent DLPs, averaged over all significant informative range elements, is calculated, in this case the mth and (m + 1) -th DLPs are considered adjacent.

Из m-х значений, вычисленных но формуле (4), формируется полная ТХ ЛА, включающая (M-1) элементов.Of the m-x values calculated using formula (4), the full TX aircraft is formed, including (M-1) elements.

Графическая интерпретация траекторной характеристики ЛА, полученной методом математического моделирования, представлена на фиг.2. Пунктиром на фиг.2 обозначен истинный закон изменения угловой скорости (ЗИУС) ЛА, находящегося на дальности 30 км, высоте 1 км, движущегося со скоростью 100 м/с под курсовым углом 30° с рысканиями планера амплитудой 2° и средней угловой скоростью рыскания γ ˙ = 1,5 ° / c

Figure 00000031
.A graphical interpretation of the trajectory characteristics of the aircraft, obtained by mathematical modeling, is presented in figure 2. The dotted line in figure 2 denotes the true law of change in the angular velocity (ZIUS) of an aircraft located at a distance of 30 km, an altitude of 1 km, moving at a speed of 100 m / s at a heading angle of 30 ° with yaw of a glider with an amplitude of 2 ° and an average angular velocity of yaw γ ˙ = 1,5 ° / c
Figure 00000031
.

Как видно из фиг.2, изрезанность сформированной изначально ТХ слишком сильна, что не позволяет проводить ее автоматизированный анализ. Для сглаживания ТХ предлагается использовать метод скользящего среднего на основе расчетов каждого m-го сглаженного значения ТХ по формулеAs can be seen from figure 2, the ruggedness of the originally formed TX is too strong, which does not allow for its automated analysis. To smooth TX, it is proposed to use the moving average method based on calculations of each m-th smoothed TX value according to the formula

u с г л m = 1 M ч в s = 1 M ч в u m + s M ч в / 2 ,                                                    ( 5 )

Figure 00000032
u from g l m = one M h at s = one M h at u m + s - M h at / 2 , ( 5 )
Figure 00000032

где число отсчетов Mчв частной выборки, выделенной из генеральной выборки, определяется по формулеwhere the number of samples M hv of the private sample extracted from the general sample is determined by the formula

M ч в = T T H min 5 T п о с л ,                                                                      ( 6 )

Figure 00000033
M h at = T T H min 5 T P about from l , ( 6 )
Figure 00000033

исходя из того, что время набора отсчетов в частную выборку не должно превышать четверти минимального периода TTH min рысканий при траекторных нестабильностях полета ЛА в турбулентной атмосфере, а также из того, что отсчеты в ТХ следуют через период времени, равный длительности пачки СПНС Tпосл. В данном случае предлагается использовать пятую часть минимального периода рысканий планера TTH min, составляющего величину порядка 1 с.based on the fact that the time of sampling in a private sample should not exceed a quarter of the minimum period T TH min of yaw during trajectory instabilities of the flight of an aircraft in a turbulent atmosphere, and also because the readings in the TX follow after a period of time equal to the duration of the SPS packet T last . In this case, it is proposed to use a fifth of the minimum glider yaw period T TH min , which is about 1 s.

Для формирования более качественной, ровной, пригодной для автоматизированного анализа сглаженной ТХ предлагается повторять процесс сглаживания исходной ТХ воздушного объекта 5 раз.To create a better, smoother, smoother TX more smooth, suitable for automated analysis, it is proposed to repeat the process of smoothing the original TX of an air object 5 times.

Графический вид сглаженной траекторной характеристики, соответствующей исходной ТХ (фиг.2), показан на фиг.3. Как видно, эта ТХ вполне пригодна для определения интервалов с максимальной, минимальной и средней угловой скоростью поворота ЛА относительно линии визирования. Аналитически сглаженную ТХ можно выразить объединением ее элементов Z ( m ) = m = 1 M p u с г л m

Figure 00000034
, Mp=M-Mчв/2-1 - рабочая длина сглаженной ТХ в пикселях (элементах, точках).A graphical view of the smoothed path characteristic corresponding to the original TX (Fig. 2) is shown in Fig. 3. As you can see, this TX is quite suitable for determining intervals with maximum, minimum and average angular velocity of rotation of the aircraft relative to the line of sight. Analytically smoothed TX can be expressed by combining its elements Z ( m ) = m = one M p u from g l m
Figure 00000034
, M p = MM CV / 2-1 - the working length of the smoothed TX in pixels (elements, points).

Для выявления закона F [ γ ˙ ( t ) ]

Figure 00000024
изменения угловой скорости поворота ЛА во времени предлагается использовать правило: более высокому значению ТХ соответствует более высокая угловая скорость поворота ЛА при ТН, и наоборот. Таким образом, поведение сформированной ТХ предлагается (что целесообразно) считать косвенным законом изменения угловой скорости γ ˙
Figure 00000035
поворота ЛА с течением времени F [ γ ˙ ( t ) ]
Figure 00000024
, выявление которого и является задачей изобретения. Иными словами сформированную сглаженную ТХ воздушного объекта Z(m) предлагается использовать в качестве закона F [ γ ˙ ( t ) ]
Figure 00000024
его поворота относительно линии визирования (относительно РЛС). При этом следует учитывать тот факт, что время излучения Tизл m m-й последовательности сигналов с перестройкой несущей частоты связано с соответствующим номером uсгл m сглаженной траекторной характеристики воздушного объекта следующим выражением Tизл m≈Tпосл(m+Мчв/2).To identify the law F [ γ ˙ ( t ) ]
Figure 00000024
It is proposed to use the rule of changing the angular velocity of rotation of an aircraft in time: a higher value of TX corresponds to a higher angular velocity of rotation of an aircraft at VT, and vice versa. Thus, the behavior of the formed TX is proposed (which is advisable) to be considered an indirect law of change in angular velocity γ ˙
Figure 00000035
turning aircraft over time F [ γ ˙ ( t ) ]
Figure 00000024
, the identification of which is the object of the invention. In other words, it is proposed to use the generated smoothed TX of the airborne object Z (m) as a law F [ γ ˙ ( t ) ]
Figure 00000024
its rotation relative to the line of sight (relative to the radar). In this case, one should take into account the fact that the radiation time T rad m of the mth sequence of signals with tuning of the carrier frequency is associated with the corresponding number u sm m of the smoothed path characteristic of an air object by the following expression T rad m ≈T last (m + M FW / 2) .

Предложенный способ является более эффективным по сравнению с прототипом [1], так как он не требует более частого излучения сигналов на основной частоте f0, а также анализирует информацию о сопровождаемом ВО лишь после когерентного суммирования сигналов в ДлП, т.е. менее чувствителен к помехам и шумам приемника. Способ рекомендуется к использованию в радиолокационных системах классификации ВО, требующих усреднения признаков классификации по ракурсу, а также в системах формирования РЛИ ВО для определения наиболее информативных интервалов инверсного синтезирования.The proposed method is more efficient compared to the prototype [1], since it does not require more frequent emission of signals at the fundamental frequency f 0 , and also analyzes information about the accompanied HE only after coherent summation of the signals in the DL, i.e. less sensitive to interference and noise of the receiver. The method is recommended for use in radar classification systems VO, requiring averaging of the signs of classification by angle, as well as in the formation of radar data in order to determine the most informative intervals of inverse synthesis.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2234110. Способ построения двумерного радиолокационного изображения воздушной цели. Митрофанов Д.Г., Бортовик В.В. и др. Заявка №2003100255. БИПМ №22 от 10.08.2004. С.546-548 (прототип).1. RF patent No. 2234110. A method of constructing a two-dimensional radar image of an air target. Mitrofanov D.G., Bortovik V.V. and other Application No. 2003100255. BIPM No. 22 dated 08/10/2004. S.546-548 (prototype).

2. Митрофанов Д.Г., Прохоркин А.Г., Нефедов С.И. Измерение поперечных размеров летательных аппаратов по частотной протяженности доплеровского портрета // Радиотехника. 2008 №1. С.84-90.2. Mitrofanov D.G., Prokhorkin A.G., Nefedov S.I. Measurement of the transverse dimensions of aircraft by the frequency extent of the Doppler portrait // Radio Engineering. 2008 No. 1. S.84-90.

3. Теоретические основы радиолокации / Под ред. Я.Д. Ширмана. - М.: Сов. радио, 1970. - 560 с.3. Theoretical Foundations of Radar / Ed. POISON. Shirman. - M .: Owls. Radio, 1970 .-- 560 p.

4. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. Учебник для вузов. - М.: Сов. радио, 1973. - 496 с.4. Finkelstein M.I. Basics of radar. Textbook for high schools. - M .: Owls. Radio, 1973.- 496 p.

5. Митрофанов Д.Г. Формирование двумерного радиолокационного изображения цели с траекторными нестабильностями полета // Радиотехника и электроника. РАН, 2002. №7. С.852-859.5. Mitrofanov D.G. Formation of a two-dimensional radar image of a target with trajectory flight instabilities // Radio engineering and electronics. RAS, 2002. No. 7. S.852-859.

6. Митрофанов Д.Г. Комплексный адаптивный метод построения радиолокационных изображений в системах управления двойного назначения // Теория и системы управления. Известия РАН. 2006. №1-2. С.101-118.6. Mitrofanov D.G. A complex adaptive method for constructing radar images in dual-purpose control systems // Theory and Control Systems. Proceedings of the RAS. 2006. No. 1-2. S.101-118.

7. Митрофанов Д.Г. Метод построения радиолокационных изображений аэродинамических летательных аппаратов // Полет. 2006. №11. С 52-60.7. Mitrofanov D.G. The method of constructing radar images of aerodynamic aircraft // Flight. 2006. No. 11. S 52-60.

8. Майоров Д.А., Савостьянов В.Ю., Митрофанов Д.Г. Измерение радиальной скорости воздушных объектов в режиме перестройки частоты // Измерительная техника. 2008. №2. С 43-47.8. Mayorov D.A., Savostyanov V.Yu., Mitrofanov D.G. Measurement of the radial speed of airborne objects in the frequency tuning mode // Measuring technique. 2008. No2. C 43-47.

9. Патент №2326402 от 10.06.2008. Способ измерения радиальной скорости воздушной цели в режиме перестройки частоты от импульса к импульсу. Савостьянов В.Ю., Майоров Д.А., Прохоркин А.Г., Митрофанов Д.Г. Опубл. 10.06.2008. БИПМ №16. Часть III. С.752.9. Patent No. 2226402 dated 06/10/2008. A method of measuring the radial speed of an air target in the frequency tuning mode from pulse to pulse. Savostyanov V.Yu., Mayorov D.A., Prokhorkin A.G., Mitrofanov D.G. Publ. 06/10/2008. BIPM No. 16. Part III. S.752.

Claims (1)

Радиолокационный способ выявления закона изменения угловой скорости поворота сопровождаемого воздушного объекта по последовательно принятым отражениям сигналов с перестройкой несущей частоты, заключающийся в том, что в направлении воздушного объекта излучают последовательности сигналов с перестройкой несущей частоты из 2N импульсов (N=8,9) каждая, частоту этих импульсов изменяют от импульса к импульсу в диапазоне от f0 до (f0+Fпер), где f0 - начальная несущая частота квазиоптической области отражения сантиметрового диапазона, Fпер - диапазон, в котором осуществляется перестройка частоты от импульса к импульсу с интервалом Δf=Fпер/(2N-1), принимают отраженные от воздушного объекта сигналы, по принятым отраженным сигналам сопровождают воздушный объект по угловым координатам и дальности, записывают в оперативное запоминающее устройство амплитуды и фазы, а также номер и время приема отраженных сигналов с перестройкой несущей частоты, причем запись этих данных проводят на интервале времени Т3, на порядок превышающем величину 22NTи, где Ти - период повторения импульсов, а излучение каждой последовательности сигналов с перестройкой несущей частоты из 2N импульсов проводят в течение интервала времени Тпосл, не превышающего 5 мс, т.е. в течение времени, на порядок меньшего продолжительности интервала корреляции траекторных нестабильностей полета воздушного объекта, при этом частоту импульсов каждой последовательности сигналов с перестройкой несущей частоты из 2N импульсов изменяют исходя из условия, чтобы в пределах каждой 2N-импульсной последовательности частота каждого импульса повторялась только один раз, после приема, перевода из аналоговой в цифровую форму и записи в оперативное запоминающее устройство параметров отраженных сигналов осуществляют формирование прямоугольного двумерного массива данных, именуемого матрицей многочастотно-синтезированного рассеяния, для чего предварительно в пределах каждой последовательности сигналов с перестройкой несущей частоты осуществляют в оперативном запоминающем устройстве перестановку зарегистрированных данных, обеспечивая их последовательное расположение в столбцах матрицы многочастотно-синтезированного рассеяния в порядке монотонного возрастания частоты от f0 до (f0+Fпер), в результате получают двумерный массив данных, столбцы которого расположены в соответствии с номерами излучаемых и соответственно принимаемых последовательностей сигналов с перестройкой несущей частоты, а данные в столбцах расположены в порядке монотонного изменения частоты излучения от f0 до (f0+Fпер), таким образом, в каждой строке массива располагают амплитуды и фазы отраженных сигналов одинаковой частоты, данные о параметрах отраженных сигналов записывают в элементы матрицы многочастотно-синтезированного рассеяния в комплексном виде, а именно после приема каждой m-й пачки сигналов с перестройкой несущей частоты из амплитуды Аk и фазы φk k-го отраженного импульса формируют для записи комплексное значение этого отраженного импульса в виде
Figure 00000036
,
отличающийся тем, что при формировании матрицы многочастотно-синтезированного рассеяния используют число М столбцов в ней, подчиненное неравенству M>>22N, а число строк К оставляют равным K=2N, сформированную при таких условиях матрицу многочастотно-синтезированного рассеяния именуют избыточной матрицей многочастотно-синтезированного рассеяния, каждому элементу сформированной избыточной матрицы многочастотно-синтезированного рассеяния присваивают индексы k и m, где k - номер строки, a m - номер столбца избыточной матрицы многочастотно-синтезированного рассеяния, таким образом комплексное значение отраженного сигнала в m-м столбце k-й строки избыточной матрицы многочастотно-синтезированного рассеяния получает обозначение
Figure 00000037
, где Аkm и φkm - соответственно амплитуда и фаза отраженного сигнала, принятого в m-й последовательности сигналов с перестройкой несущей частоты на k-й частоте, после перестановки данных в каждом m-м столбце в порядке монотонного возрастания несущей частоты проводят с вектором комплексных данных этого столбца избыточной матрицы многочастотно-синтезированного рассеяния операцию обратного быстрого преобразования Фурье в сочетании с компенсацией дальностных фазовых набегов методом минимума энтропии, в результате из каждого m-го столбца избыточной матрицы многочастотно-синтезированного рассеяния получают m-й вектор комплексных чисел
Figure 00000038
, называемый иными словами m-м дальностным портретом воздушного объекта или вектором m-го дальностного портрета, из векторов полученных дальностных портретов в порядке возрастания их номеров формируют избыточную дальностно-временную матрицу рассеяния с М столбцами и К строками, имеющую аналитическую запись вида
Figure 00000039
,
где Нkm - амплитуда импульсного отклика в m-м дальностном портрете в k-м элементе разрешения по дальности, ξkm - фаза импульсного отклика в m-м дальностном портрете в k-м элементе разрешения по дальности, полученная после проведения обратного быстрого преобразования Фурье с вектором отражений от воздушного объекта m-й пачки сигналов с перестройкой несущей частоты, определяют величину порогового уровня Нп путем нахождения среднего, по всей избыточной дальностно-временной матрице рассеяния, значения модуля элемента матрицы по формуле
Figure 00000040
,
сравнивают величины модулей элементов первого столбца избыточной дальностно-временной матрицы рассеяния с величиной Нп и в случае выполнения условия
Figure 00000041
элементы k-й строки избыточной дальностно-временной матрицы рассеяния оставляют без изменения, в противном же случае обнуляют все элементы k-й строки этой матрицы, формируют траекторную характеристику воздушного объекта как зависимость, показывающую изменение суммы разностей комплексных амплитуд смежных дальностных портретов в соответствии с изменением номера дальностного портрета, для этого рассчитывают m-е значение траекторной характеристики воздушного объекта по формуле
Figure 00000042
где
Figure 00000043
и
Figure 00000044
- соответственно косинусная
Figure 00000045
и синусная
Figure 00000046
квадратурные составляющие k-го элемента разрешения по дальности в m-м дальностном портрете,
Figure 00000047
- порядковый номер дальностного портрета или вектора-столбца в избыточной дальностно-временной матрице рассеяния, пять раз подряд проводят процедуру сглаживания траекторной характеристики воздушного объекта, для чего предварительно определяют число элементов Мчв частной выборки, представляющей собой взятые подряд элементы траекторной характеристики воздушного объекта, по формуле
Figure 00000048
, где TTHmin - минимальный период рысканий планера воздушного объекта при траекторных нестабильностях полета в турбулентной атмосфере, составляющий величину порядка 1 с, а затем определяют m-е значение сглаженной траекторной характеристики воздушного объекта по формуле
Figure 00000049
,
пятикратно сглаженную траекторную характеристику воздушного объекта используют в качестве закона изменения угловой скорости поворота сопровождаемого воздушного объекта с течением времени с учетом того, что время излучения Тизл m m-й последовательности сигналов с перестройкой несущей частоты связано с соответствующим номером uсгл m сглаженной траекторной характеристики воздушного объекта выражением Тизл m≈Тпосл(m+Мчв/2).
A radar method for detecting the law of change in the angular velocity of rotation of an airborne vehicle being followed by successively received signal reflections with carrier frequency tuning, which means that sequences of signals with carrier frequency tuning of 2 N pulses (N = 8.9) each are emitted in the direction of the airborne object the frequency of these pulses varies from pulse to pulse in the range from f 0 to (f 0 + F per ), where f 0 is the initial carrier frequency of the quasi-optical reflection region of the centimeter range, F per is the range the azone, in which the frequency is tuned from pulse to pulse with an interval Δf = F lane / (2 N -1), receive signals reflected from the airborne object, along the received reflected signals they accompany the airborne object in angular coordinates and range, are recorded in random access memory amplitudes and phases, as well as the number and time of reception of reflected signals with tuning of the carrier frequency, and these data are recorded on a time interval T 3 , an order of magnitude greater than 2 2N T and , where T and is the pulse repetition period, and the teaching of each sequence of signals with the tuning of the carrier frequency of 2 N pulses is carried out during the time interval T last not exceeding 5 ms, i.e. over a period of time, an order of magnitude shorter than the correlation interval of the trajectory instabilities of the flight of an air object, while the pulse frequency of each signal sequence with the tuning of the carrier frequency of 2 N pulses is changed based on the condition that within each 2 N- pulse sequence the frequency of each pulse is repeated only once, after receiving, converting from analog to digital and writing to the random-access memory, the parameters of the reflected signals are formed a rectangular two-dimensional data array called a multi-frequency synthesized scattering matrix, for which, within each sequence of signals with carrier frequency tuning, the registered data are rearranged in the random access memory, providing their sequential arrangement in the columns of the multi-frequency synthesized scattering matrix in the order of a monotonic increase in frequency from f 0 to (f 0 + F lane) to yield a two-dimensional array of data columns whose p found on the rear according to the numbers of emitted and correspondingly received sequences with the rearrangement of carrier signals, and the data in the columns are arranged in the order of monotonous change the emission frequency of f 0 to (f 0 + F lane) thus in each row of the array have phase and amplitude the reflected signals of the same frequency, the data on the parameters of the reflected signals are recorded in the matrix elements of the multi-frequency synthesized scattering in a complex form, namely, after receiving each m-th packet of signals from tuning th carrier frequency from the amplitude A k and phase φ k k-th echo pulse is formed for recording a complex value of the reflected pulse as
Figure 00000036
,
characterized in that when forming a multi-frequency synthesized scattering matrix, the number M of columns in it is used, subject to the inequality M >> 2 2N , and the number of rows K is left equal to K = 2 N , the multi-frequency synthesized scattering matrix formed under such conditions is called the excess multi-frequency matrix synthesized scattering, each element of the formed excess matrix of multi-frequency synthesized scattering is assigned indices k and m, where k is the row number, am is the column number of the excess matrix of the multi-frequency synthesized scattering, so the complex value of the reflected signal in the mth column of the kth row of the excess matrix of multi-frequency synthesized scattering is denoted
Figure 00000037
, where A km and φ km are, respectively, the amplitude and phase of the reflected signal received in the mth sequence of signals with tuning of the carrier frequency at the kth frequency, after rearranging the data in each mth column in the order of a monotonous increase in the carrier frequency is carried out with a vector the complex data of this column of the excess matrix of multi-frequency synthesized scattering the inverse fast Fourier transform operation in combination with the compensation of long-range phase incursions by the minimum entropy method, as a result of each m-th column from ytochnoy matrix of multi-frequency-synthesized dispersion obtained m-th vector of complex numbers
Figure 00000038
, called in other words the m-th range portrait of an air object or the vector of the m-th range portrait, from the vectors of the obtained range portraits, in order of increasing numbers, an excess long-range scattering matrix with M columns and K rows is formed, having an analytical record of the form
Figure 00000039
,
where H km is the amplitude of the impulse response in the m-th range portrait in the k-th range resolution element, ξ km is the phase of the impulse response in the m-th range portrait in the k-th range resolution element obtained after performing the inverse fast Fourier transform with the vector of reflections from the airborne object of the mth packet of signals with tuning of the carrier frequency, the threshold level value H p is determined by finding the average, over the entire excess distance-time scattering matrix, the module element matrix values by the formula
Figure 00000040
,
comparing the magnitudes of the elements of the first column of the excess long-range time-scattering matrix with the value of H p and if the condition
Figure 00000041
the elements of the kth row of the excess long-range time-scattering matrix are left unchanged; otherwise, all the elements of the kth row of this matrix are reset to zero, form the trajectory characteristic of the air object as a dependence showing the change in the sum of the differences of the complex amplitudes of adjacent range portraits in accordance with the change range portrait numbers, for this, the mth value of the trajectory characteristic of the air object is calculated according to the formula
Figure 00000042
Where
Figure 00000043
and
Figure 00000044
- respectively cosine
Figure 00000045
and sinus
Figure 00000046
quadrature components of the k-th range resolution element in the m-th range portrait,
Figure 00000047
- the serial number of the range portrait or column vector in the excess long-range time-scattering matrix, five times in a row carry out the procedure of smoothing the trajectory characteristics of an air object, for which the number of elements Mf of a private sample representing consecutive elements of the trajectory characteristics of an air object is preliminarily determined by the formula
Figure 00000048
, where T THmin is the minimum period of yaw of the airborne glider during trajectory flight instabilities in a turbulent atmosphere, amounting to about 1 s, and then the mth value of the smoothed trajectory characteristic of the airborne object is determined by the formula
Figure 00000049
,
the fivefold smoothed trajectory characteristic of an air object is used as a law of change in the angular velocity of rotation of the followed air object over time, taking into account the fact that the radiation time T rad m mth sequence of signals with tuning of the carrier frequency is associated with the corresponding number u sm m smoothed path characteristic of the air object expression T rad m ≈ T last (m + M FF / 2).
RU2013106145/07A 2013-02-13 2013-02-13 Radar method of detecting law of variation of angular velocity of turning of tracked aerial object based on successively received signal reflections with carrier frequency adjustment RU2525829C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013106145/07A RU2525829C1 (en) 2013-02-13 2013-02-13 Radar method of detecting law of variation of angular velocity of turning of tracked aerial object based on successively received signal reflections with carrier frequency adjustment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013106145/07A RU2525829C1 (en) 2013-02-13 2013-02-13 Radar method of detecting law of variation of angular velocity of turning of tracked aerial object based on successively received signal reflections with carrier frequency adjustment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013106145A RU2013106145A (en) 2014-08-20
RU2525829C1 true RU2525829C1 (en) 2014-08-20

Family

ID=51384283

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013106145/07A RU2525829C1 (en) 2013-02-13 2013-02-13 Radar method of detecting law of variation of angular velocity of turning of tracked aerial object based on successively received signal reflections with carrier frequency adjustment

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2525829C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2738041C1 (en) * 2019-11-05 2020-12-07 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Правдинский радиозавод" (АО "НПО "ПРЗ") Method of identifying aerial objects as per structure of range portrait and device for implementation thereof
CN114816750A (en) * 2022-04-24 2022-07-29 江苏鼎集智能科技股份有限公司 Big data management task operation method

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4751511A (en) * 1984-05-24 1988-06-14 Fujitsu Limited Method and apparatus for estimating trajectory
WO1989007744A1 (en) * 1988-02-17 1989-08-24 Thomson-Csf System for correcting the trajectory of a missile
RU2231082C2 (en) * 2001-09-04 2004-06-20 Закрытое акционерное общество "Гефест и Т" Method and system for enhancing the reliability of target identification
RU2234110C1 (en) * 2003-01-04 2004-08-10 Митрофанов Дмитрий Геннадьевич Method for construction of two-dimensional radar image of air target
WO2005069197A1 (en) * 2003-12-31 2005-07-28 Lockheed Martin Missiles & Fire Control A method and system for adaptive target detection
WO2006133268A2 (en) * 2005-06-06 2006-12-14 Signal Labs, Inc. System and method for detection and discrimination of targets in the presence of interference
RU95861U1 (en) * 2010-02-15 2010-07-10 Открытое акционерное общество "НПК "ТРИСТАН" DEVICE FOR IDENTIFICATION OF THE ACCOMPANIED AIR FACILITY WITH ADAPTIVE SELECTION OF THE MAXIMUM ANGULAR SPEED OF ITS TURN DURING UNSTABLE FLIGHT IN TURBULENT LAYERS OF THE ATMOSPHERE
RU2419150C1 (en) * 2010-03-10 2011-05-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Рязанский Приборный Завод" Method to process sequence of images to detect and follow air objects
RU2427001C1 (en) * 2010-04-09 2011-08-20 Дмитрий Геннадьевич Митрофанов Device to identify air radar observation object with selection of interval for maximisation interval of its turn at trajectory instability of motion

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4751511A (en) * 1984-05-24 1988-06-14 Fujitsu Limited Method and apparatus for estimating trajectory
WO1989007744A1 (en) * 1988-02-17 1989-08-24 Thomson-Csf System for correcting the trajectory of a missile
RU2231082C2 (en) * 2001-09-04 2004-06-20 Закрытое акционерное общество "Гефест и Т" Method and system for enhancing the reliability of target identification
RU2234110C1 (en) * 2003-01-04 2004-08-10 Митрофанов Дмитрий Геннадьевич Method for construction of two-dimensional radar image of air target
WO2005069197A1 (en) * 2003-12-31 2005-07-28 Lockheed Martin Missiles & Fire Control A method and system for adaptive target detection
WO2006133268A2 (en) * 2005-06-06 2006-12-14 Signal Labs, Inc. System and method for detection and discrimination of targets in the presence of interference
RU95861U1 (en) * 2010-02-15 2010-07-10 Открытое акционерное общество "НПК "ТРИСТАН" DEVICE FOR IDENTIFICATION OF THE ACCOMPANIED AIR FACILITY WITH ADAPTIVE SELECTION OF THE MAXIMUM ANGULAR SPEED OF ITS TURN DURING UNSTABLE FLIGHT IN TURBULENT LAYERS OF THE ATMOSPHERE
RU2419150C1 (en) * 2010-03-10 2011-05-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Рязанский Приборный Завод" Method to process sequence of images to detect and follow air objects
RU2427001C1 (en) * 2010-04-09 2011-08-20 Дмитрий Геннадьевич Митрофанов Device to identify air radar observation object with selection of interval for maximisation interval of its turn at trajectory instability of motion

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
). *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2738041C1 (en) * 2019-11-05 2020-12-07 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Правдинский радиозавод" (АО "НПО "ПРЗ") Method of identifying aerial objects as per structure of range portrait and device for implementation thereof
CN114816750A (en) * 2022-04-24 2022-07-29 江苏鼎集智能科技股份有限公司 Big data management task operation method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013106145A (en) 2014-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Guo et al. Ground moving target indication via multichannel airborne SAR
Rabaste et al. Detection–localization algorithms in the around-the-corner radar problem
US20140111372A1 (en) Sensor system and method for determining target location using sparsity-based processing
Zhou et al. Deception against near-field synthetic aperture radar using networked jammers
Chen et al. Synthetic impulse and aperture radar (SIAR): a novel multi-frequency MIMO radar
Brisken et al. Motion estimation and imaging with a multistatic ISAR system
RU2416105C1 (en) Method of determining motion parametres of aerial objects in surveillance radar by using coherent properties of reflected signals
Ahmed et al. Joint target and ionosphere parameter estimation in over-the-horizon radar
Garry et al. Passive ISAR part I: framework and considerations
Page et al. Detection and tracking of moving vehicles with Gotcha radar systems
RU2419107C1 (en) Method of selecting moving targets in pulse-wise carrier frequency tuning
RU2525829C1 (en) Radar method of detecting law of variation of angular velocity of turning of tracked aerial object based on successively received signal reflections with carrier frequency adjustment
Lu et al. Robust direction of arrival estimation approach for unmanned aerial vehicles at low signal‐to‐noise ratios
Barbary et al. Novel anti-stealth on sub-nyquist scattering wave deception jammer with stratospheric balloon-borne bistatic radar using KA-STAP-FTRAB algorithm
Qiao et al. Clutter characteristic analysis and grating lobe suppression for distributed small satellite space-based early warning radar
CN105044721A (en) Airborne positive fore sight scanning radar angle super-resolution method
Wang et al. Joint Range Angle and Velocity Estimation Method for FDA-MIMO Radar Under Clutter Background
RU2392640C1 (en) Method for identification of parametres of trajectory instabilities of small-sized flying object in form of radial acceleration of motion for accompaniment mode with help of signals with per pulse carrier frequency tuning
Feng et al. Direct path interference suppression for short‐range passive bistatic synthetic aperture radar imaging based on atomic norm minimisation and Vandermonde decomposition
Sanjuan-Ferrer Detection of coherent scatterers in SAR data: Algorithms and applications
Lin et al. Novel data acquisition method for interference suppression in dual-channel SAR
Wang et al. Short-range clutter suppression based on subspace projection preprocessing for airborne radar
Sun et al. Airborne radar STAP using sparse recovery of clutter spectrum
Mu et al. STAP-based GMTI for multichannel SAR with sparse sampling
Chen et al. Modified multiple-measurement vector model for SAR imaging

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170214