4 -9 (Электронные лекции для РЛ), страница 3

Однако возможности МЧЗС по выявлению геометрических особенностей ВЦ этим не ограничиваются. Использование многочастотных зондирующих сигналов (МЧЗС) совместно с методом инверсного радиолокационного синтезирования апертуры (ИРСА) позволяет формировать ДРЛИ ВО, в которых координаты рассеивающих центров (РЦ) распределены в двух взаимно перпендикулярных направлениях: продольная–поперечная дальность (радиальное направление–азимут).

Известно, что пространственный размер объекта обладает не меньшей информативностью, чем два его взаимноперпендикулярных размера. А выявление пространственной структуры объекта позволяет по этому признаку отличать его от других с высокой вероятностью.

На рис. 5 приведены исходные и соответствующие выбранному ракурсу расположения рассеивающих центров (РЦ) поверхности цели типа В-52 на ракурсах 15˚, 45˚, 75˚ (рис. 5, а, д, и), ДП и АП (рис. 5, б, в, е, ж, к, л), а также полученные ДРЛИ. Из рис. 5, г, з, м видно, что все полученные на разных ракурсах ДРЛИ соответствуют реальным положениям РЦ (рис. 5, а, д, и). Также видно, что ДП и АП (рис. 5, б, в, е, ж, к, л) достоверно отражают радиальные (порядка 45 м) и поперечные (около 57 м) размеры цели.

Цели находились на разных ракурсах q. Координаты РЦ и ЭПР каждого РЦ рассчитывались методом аппроксимации поверхности цели телами простой формы. При моделировании диапазон перестройки был равен 150 МГц, количество частот J = 128, дальность R = 30 км, высота Н = 1 км. Полученные при этих условиях ДП правильно и однозначно отражают радиальные размеры целей.

Рис. 5. Результаты построения ДРЛИ цели типа В-52 на различных ракурсах с одинаковыми значениями ЭПР всех РЦ

Метод распознавания по "корреляционному" признаку. Метод основан на использовании отличий коэффициентов корреляции амплитуд сигналов при многочастотном зондирующем сигнале. Экспериментальные исследования для разных участков рабочего диапазона частот РЛС показали, что имеет место явная зависимость величины ЭОП от частоты _ц(f) .

При фиксированном значении ракурса q_ц величины _ц на разных несущих частотах f_i , i = 1, 2, ... можно считать независимыми, если разность частот f_ik = f_i – f_k достаточно велика f_iк  С / 2L_ц , где L_ц – радиальный размер ЛА.

Это обстоятельство можно использовать в многочастотных РЛС для уменьшения вредного влияния флюктуаций _ц, а также в РЛС с режимом распознавания, основанного на измерении корреляционного признака. Коэффициенты взаимной корреляции амплитуд сигналов, отраженных от различных ВО, при многочастотном зондирующем сигнале отличаются.

В алгоритме распознавания по корреляционному признаку, например, при двухчастотном сигнале вначале используется обработка модуля относительной разности сигналов  = ( U₁ – U₂  ) / (U₁ +U₂), где U₁ , U₂ – амплитуды сигналов на частотах f₁ и f₂. Затем величина  сравнивается с соответствующим порогом.

Исследования показали, что для самолетов стратегической и тактической авиации коэффициент взаимной корреляции сигналов при разносе несущих частот зондирующих сигналов f = 6 МГц составляет не более 0,6, а для малоразмерных воздушных объектов, таких как ракета, ракета-ловушка, в тех же условиях – не менее 0,9.

При условии достаточно большого времени наблюдения корреляционный признак может применяться для распознавания классов: самолет СА ( < 0,2) – самолет ТА (0,5 <  < 0,75).

Расчеты показали, что за 5...6 независимых обзоров можно получить вероятность правильного распознавания ВО типа самолет ТА – ракета-ловушка не ниже 0,5...0,8, а для случая распознавания ВО: самолет СА – ракета-ловушка, такое же качество распознавания может быть достигнуто за 3...4 независимых обращения.

Корреляционный признак  позволяет распознавать ВО класса: самолет ТА – самолет СА (как указано выше), однако для получения вероятности правильного распознавания не менее 0,8 потребуется более 12 независимых обращений к ВО.

Применение многочастотных сигналов позволяет "разменять" количество излучаемых частот на время принятия решения при сохранении заданной вероятности правильного распознавания.

Если число обзоров М и используется 4-частотный сигнал, то

,

где U_ij – амплитуда сигнала на частоте f_i в j-м обзоре.

Использование узкополосных сигналов. Более привлекательны с точки зрения практической реализации методы распознавания ВО с помощью узкополосных сигналов. Одним из таких методов является метод распознавания ВО по интенсивности радиолокационных сигналов (по величине средней ЭОП) – -признак. Анализ ЭОП различных аэродинамических целей показывает, что контраст в ЭОП самолетов и ракет в совпадающих секторах наблюдения составляет 15...25 дБ, а самолетов СА и самолетов ТА – 0…10 дБ (табл. 1 – указана ЭОП различных типов СВН в м²).

Таблица 1

В целом наблюдается явная корреляция величины _ц и видимого геометрического сечения ВО.

Из анализа таблицы следует, что -признак целесообразно использовать только для распознавания двух классов ВО – ракет от самолетов (или ложных целей): _c/_р = 10 (контраст в ЭОП).

Алгоритм принятия решения по -признаку заключается в сравнении с порогом x_о накопленной по обзорам суммы амплитуд (или мощностей) сигналов, нормированных к уровню шума и приведенных к фиксированным усилению и дальности с учетом формы ДНА, угла места цели и длительности зондирующих сигналов. В случае превышения порога принимается решение в пользу класса "самолет", в противном случае – в пользу класса "ракета". Величину порога выбирают исходя из заданных вероятностей правильного принятия решения на основе априорных данных.

Хотя метод распознавания, основанный на использовании названного параметра, по своим информативным возможностям и уступает методам, основанным на применении широкополосных и многочастотных сигналов, однако он достаточно прост при технической реализации. Расчеты показывают, что для распознавания двух названных выше типов ВО по -признаку с вероятностью правильного распознавания 0,85...0,9 достаточно трех-четырех "обращений" к ВО.

В алгоритме распознавания может использоваться и совокупность признаков, например, интенсивность сигнала (-признак) и корреляционный признак (-признак). Процедура распознавания осуществляется поэтапно. На первом этапе по -признаку распознается класс ВО: ракета – не ракета (самолет, ложная цель). Если принято решение "ракета", то распознавание заканчивается, если принято решение "не ракета", то распознавание продолжается и для различения классов ВО: самолет – ракета – ловушка используется -признак. Для расчета  используется информация как из предыдущих, так и последующих обращений к цели. Комплексный алгоритм распознавания по сигнальным признакам (по -признаку и -признаку) достаточно прост при технической реализации и позволяет получить приемлемое качество распознавания за короткое время (6 "обращений" при двухчастотном сигнале).

Метод распознавания ВО по поляризационным отличиям отраженных сигналов. Метод основан на анализе поляризационных структур принимаемых эхо-сигналов. При облучении объекта сложной формы сигналом с линейной поляризацией принимается два отраженных сигнала. Один из них имеет поляризацию, совпадающую с поляризацией зондирующего сигнала (т.е. коллинеарную поляризацию), а поляризация второго отраженного сигнала ортогональна поляризации зондирующего сигнала (перекрестная поляризация или кросс-модуляция). Для получения информации о классе ВО необходимо предусмотреть в РТС возможность для излучения и приема сигналов раздельно с двумя разными поляризациями (например, с вертикальной и горизонтальной) одновременно.

Количественной характеристикой зависимости ЭОП ВО от поляризации облучающей волны служит поляризационная матрица, которую иногда называют матрицей рассеяния. Принцип распознавания основан на том, чтобы исследовать члены матрицы в той последовательности, которая реализуется при наблюдении за объектом. Матрицу рассеяния получают следующим образом. Электрическое поле E_отр, отраженное от ВО, представляется в виде:

E_{отр. в} = S_ввE_{пад. в} + S_гвE_{пад. г} ; E_{отр. г} = S_вгE_{пад. в} + S_ггE_{пад. г} ,

где E_{отр. г} и E_{отр. в} – векторы, характеризующие электрическое поле отражен- ных волн с горизонтальной и вертикальной поляризациями; E_{пад. г} и E_{пад. в} – векторы падающих волн с горизонтальной и вертикальной поляризациями; – коэффициент отражения при вертикальной поляризации падающей волны и вертикальной поляризации отраженной волны; – коэффициент отражения при горизонтальной поляризации падающей волны и вертикальной поляризации отраженной волны; – коэффициент отражения при вертикальной поляризации падающей волны и горизонтальной поляризации отраженной волны; – коэффициент отражения при горизонтальной поляризации падающей волны и горизонтальной поляризации отраженной волны;

,  – фаза и ЭОП цели для соответствующих поляризаций.

В матричной форме электрическое поле E_отр можно записать в виде:

.

Матрица вида

называется поляризационной матрицей.

Излучение двух сигналов с разными поляризациями (вертикальной и горизонтальной) и последующий анализ отраженных сигналов на четырех поляризациях (двух коллинеарных и двух перекрестных) позволяет произвести анализ соотношения амплитуд сигналов с коллинеарной и перекрестной поляризациями. По результатам анализа этого соотношения производится идентификация и распознавание классов воздушных объектов.

Для получения приемлемых результатов при решении задачи распознавания требуется высокая идентичность комплексных коэффициентов передачи трактов канализации и излучения зондирующих сигналов, а также трактов приема и когерентной обработки эхо-сигналов. Точность оценки элементов поляризационной матрицы зависит от количества "обращений" к ВО.

Метод распознавания целей по модуляционным эффектам турбин и шумовой модуляции отраженного сигнала. Исследования доплеровского изменения частот сигналов, отраженных воздушным объектом, показывают, что спектры таких сигналов содержат доплеровские спектральные составляющие от вращающихся частей самолета (лопаток реактивных турбин или винтов) и непрерывный спектр, обусловленный движением самолета с радиальной скоростью V_r .

На рис. 6 показаны спектры доплеровских частот, обусловленные: рис. 6, а – отражениями от самолета (1) и коническим сканированием антенны (2); рис. 6, б – отражениями от лопаток реактивного двигателя (1) и от корпуса самолета, т.е. планерная составляющая; рис. 6, в – спектр, вызванный пропеллерной модуляцией (1) и отражениями от корпуса самолета (2). Кроме того, имеет место расширение спектра, вызванное случайными перемещениями цели, включающими рыскания по курсу, изменения углов крена и тангажа. "Турбинная" модуляция наблюдается на дальностях не превышающих 0,6...0,7R_макс (R_макс – дальность обнаружения воздушного объекта).