4 -9 (Электронные лекции для РЛ)

1. Методы радиолокационного распознавания

Радиолокационное распознавание воздушного объекта – процесс установления принадлежности воздушного объекта, наблюдаемого средствами радиолокации, к одному из заранее определенных классов (типов, состояний), входящих в заданный алфавит.

Класс воздушного объекта – совокупность (группа) воздушных объектов, объединенных по какому-либо одному или нескольким свойствам (тактическим, летно-техническим, конструктивным, геометрическим, отражательным, излучательным или иным).

Алфавит распознаваемых классов (типов) воздушных объектов – априорно заданный, исходя из дальнейшего использования результатов распознавания, перечень взаимоисключающих классов (типов) воздушных объектов, о принадлежности к одному из которых должно быть принято решение относительно наблюдаемого объекта.

Информация о радиолокационных характеристиках объектов может быть получена методами как активной, так и пассивной радиолокации.

В методах активной радиолокации определение радиолокационных характеристик объектов основано на отражении радиоволн от объектов (так называемом вторичном излучении объектов).

В методах пассивной радиолокации может использоваться естественное радиоизлучение воздушных объектов (например, в инфракрасном диапазоне волн – радиотеплолокация) либо радиоизлучение бортовых источников радиосигналов и помех.

Широко используемый в литературе подход предполагает классификацию методов распознавания в зависимости от вида используемой радиолокационной информации. Это позволяет систематизировать методы и устройства распознавания, применяемые как при активной, так и пассивной радиолокации.

Различают методы распознавания ВО: по тактическим признакам; по сигнальным признакам; по радиоизлучению ВО; по траекторным признакам; по комплексным характеристикам ВО (рис. 1).

Рис. 1. Методы распознавания радиолокационных целей

В качестве тактических признаков используются: тактическая дальность; курс цели относительно линии боевого соприкосновения (ЛБС); курсовой параметр цели относительно разведанных аэродромов противника и стартовых площадок ракет; курсовой параметр цели относительно стыка зон ответственности (обнаружения) разных средств ВКО.

Тактические признаки характеризуют решаемые СВН задачи, возможный количественный состав групп целей, способы постановки помех, боевые порядки СВН, способы применения бортового оружия с воздушных носителей, наиболее вероятные маршруты полета и т.д.

К сигнальным признакам относятся: интенсивность принимаемых сигналов на одной или разных частотах, т.е. величина ЭОП ВО; флюктуация ЭОП ВО, а также спектр флюктуаций ЭОП; импульсная характеристика ВО, а также его передаточная характеристика, полученная путем Фурье-преобразования импульсной характеристики, либо излучения серии дискретных сигналов со спектром частот от 0 до  (на практике число дискретных частот выбирают порядка 10); собственные резонансы ВО (измеряют фазовые сдвиги, вносимые ВО при его облучении двумя когерентными гармоническими сигналами кратных частот); поляризационные характеристики отраженных одночастотных и многочастотных сигналов; структуры сжатого широкополосного сигнала, представляющие собой одномерное радиолокационное изображение ВО (радиолокационный дальностный портрет); характеристики "турбинной" модуляции.

В качестве сигнальных признаков используются: амплитуда отраженного сигнала; косвенная оценка ЭПР; сглаженная величина углового радиолокационного пакета; турбинная модуляция; ширина спектра сигнала, параметр рассеяния приема. Признаки распознавания "амплитуда отраженного сигнала", "косвенная оценка ЭПР" и "сглаженная величина углового радиолокационного пакета" в существующем и перспективном вооружении используются для оценки ЭПР наблюдаемой воздушной цели.

К траекторным признакам относятся: скорость, курс и высота полета воздушных объектов, развиваемые максимальные ускорения; маневренные характеристики сопровождаемых объектов; энергетическая высота, которая определяется по формуле Н_э = V²/2g + H , где V – скорость движения ВО, g – ускорение свободного падения, Н – высота полета ВО и скорость изменения энергетической высоты (Vн_э); уровень отраженного от цели сигнала, радиолокационный портрет цели (форма отраженного сигнала), особенности поведения цели и другие признаки.

Перечисленные траекторные признаки при их использовании в качестве признаков распознавания позволяют выделить в составе удара следующие классы: баллистические цели, авиационные ракеты, самолеты стратегической и тактической авиации, малоскоростные цели, дрейфующие аэростаты.

Алгоритм траекторного распознания представляет собой многошаговую последовательную процедуру принятия решения, в основу которой положен критерий Неймана – Пирсона. При каждом обновлении информации по траектории принимаются частные решения о классе ВО. Суть процедур классификации состоит в сравнении траекторных признаков с пороговыми значениями. По частным решениям принимается окончательное решение с использованием критерийной обработки.

К радиоизлучению ВО относятся излучения РЛС управления оружием, РЛС обеспечения безопасности полетов, станций помех, тепловое излучение двигателей и др. Распознавание по помеховым излучениям возможно в связи с тем, что форма помеховых сигналов является устойчивой и зависит от типа генераторных и усилительных приборов, элементов антенно-фидерного тракта.

Алгоритмы (процедуры) распознавания могут использовать в качестве исходных данных либо один из типов названных признаков, либо одновременно два или три из них (комплексные характеристики целей). В настоящее время в радиолокационной системе основными источниками сигнальных признаков (как наиболее информативных) для последующей обработки являются средства активной радиолокации, которые используют для радиолокационного наблюдения различные типы зондирующих сигналов. Поэтому в литературе широко используется классификация методов распознавания по сигнальным признакам в зависимости от типа зондирующего сигнала, используемого в РЛС: по узкополосным сигналам; по многочастотным сигналам; по широкополосным сигналам; по сверхширокополосным сигналам (рис. 2).

Рис. 2. Классификация методов распознавания в зависимости от типа
зондирующих сигналов, используемых в РТС

Такая классификация позволяет систематизировать методы и устройства радиолокационного распознавания, применяемые при активной радиолокации.

1. Показатели качества распознавания

Показатели качества распознавания – совокупность показателей, характеризующих возможности РТС по решению задачи распознавания ВО.

К показателям качества распознавания воздушных объектов относятся:

виды и количество классов распознаваемых воздушных объектов (библиотека классов);

• вероятность правильного распознавания класса воздушного объекта;

• вероятность ошибочного распознавания класса воздушного объекта;

• матрица вероятностей распознавания воздушных объектов;

• дальность распознавания воздушных объектов;

• зона распознавания воздушных объектов;

• время распознавания воздушных объектов;

• помехоустойчивость распознавания воздушных объектов;

• имитоустойчивость распознавания воздушных объектов;

• разрешающая способность средства распознавания по дальности и (или) угловым координатам;

• пропускная способность средства распознавания воздушных объектов.

Дадим определения перечисленным показателям.

Вероятность правильного распознавания класса воздушного объекта – вероятность принятия решения о принадлежности наблюдаемого объекта к одному из входящих в заданный алфавит классов при условии, что данный объект действительно относится к этому классу.

Вероятность ошибочного распознавания класса воздушного объекта – вероятность принятия решения о принадлежности наблюдаемого объекта к одному из входящих в заданный алфавит классов при условии, что данный объект в действительности относится к другому классу.

Матрица вероятностей распознавания воздушных объектов – квадратная матрица, размерность которой совпадает с числом классов воздушных объектов, определенных заданным алфавитом. По диагонали матрицы расположены вероятности правильного распознавания классов объектов, остальные элементы являются вероятностями ошибочных решений распознавания относительно классов воздушных объектов, их численные значения находятся на пересечении столбцов и строк матрицы.

Дальность распознавания воздушных объектов – дальность до обнаруженного объекта, на которой обеспечивается его правильное распознавание с заданной вероятностью.

Зона распознавания воздушных объектов – область пространства наблюдения воздушного объекта, в пределах которой обеспечивается его правильное распознавание с заданной вероятностью.

Время распознавания воздушных объектов – временной интервал, за который обнаруженный воздушный объект правильно распознается с заданной вероятностью.

Помехоустойчивость распознавания воздушного объекта – способность средства и (или) системы распознавания обеспечивать правильное распознавание обнаруженного воздушного объекта с заданными характеристиками в условиях воздействия преднамеренных и естественных помех.

Имитоустойчивость распознавания воздушных объектов – способность средства и (или) системы распознавания обеспечивать правильное распознавание обнаруженного воздушного объекта с заданными характеристиками в условиях использования (имитации) противником признаков распознавания.

Разрешающая способность средства распознавания по дальности и (или) угловым координатам – минимальное расстояние по дальности и (или) угловым координатам между воздушными объектами, при которых средство распознавания обеспечивает их правильное распознавание раздельно с заданными характеристиками.

Пропускная способность средства распознавания воздушных объектов – количество воздушных объектов, правильно распознаваемых в единицу времени с заданными характеристиками.

Рассмотрим факторы, влияющие на основной показатель качества распознавания – вероятность правильного распознавания класса ВО.

Предположим, что осуществляется решение задачи распознавания классов ВО по одному признаку x (например, _ц), когда объект может быть отнесен к одному из двух возможных классов: класс 1 – самолеты СА, класс 2 – ракета. Пусть признак класса 1 имеет плотность распределения вероятностей f₁(x), а класса 2 – f₂(x) (рис. 3). Выберем правило, согласно которому можно отнести ВО к одному из классов по результатам измерения признака.

Рис. 3. Вид плотностей распределения вероятностей

По аналогии со случаем обнаружения одномерного сигнала таким правилом может быть сравнение измеренного значения x с выбранным порогом x₀. Если x < x₀ – ВО относится к классу 2, а если x > x₀ – к классу 1. Если x = x₀, то необходимо продолжать измерение признака x до тех пор, пока не будет принято решение о принадлежности ВО к тому или иному классу.

При распознавании возможны ошибки первого рода – ВО класса 2 принят за ВО класса 1 и второго рода – ВО класса 1 принят за ВО класса 2 .

Условные вероятности этих ошибок определяются по следующим формулам (см. рис. 3).

; .