Радіолокатор

01 S 13/34 РАДІОЛОКАТОР Винахід ,пр пропонується, відноситься до галузі радіотехніки і може бути використай у радіолокації дня вирішення завдань ров ~ пізнавання класів повітряних об'єктів (ПО ) г високим ступенем вірогідності. Відома РЛС Б автоматичним фільтром роапіенавання яка міс, тить в собі пристрій для передачі в бік об'єкту ЯМ ХВИЛЬОВИХ сигналів, прийомний пристрій у окладі підсилювача високої часто ти, змішувача, гетеродина, ППЧ, а також цифровий керуючий пристрій, автоматичний фільтр розпізнавання цілі, детектор та індикатор Clh В такій ЯЛС параметри айтоыатичного фільтра розпізнавання визначаються очікуваемою длиною цілі роврізнювальнш спромож , ністю РЛС та несучою частотою випромінювання Необхідне число . каналів часової затримки, в автоматичному фільтрі розпізнавання, визначається числом очікуваних блискучих точок від цілі яке ап» ріорно невідомо. Таким чиноы, недоліками такої РЛС в невисока ефективність розпізнавання радіолокаціонних портретів цілей і як наслідок ць ого невисока імовірність правильного розпізнавання (ІПР) кланів цілей. Відомий також радіолокатор для вимірювання відстані до по верхні, який має передаючу антену для відсилки Б напрямі поверхні ЧМ сигнала виробляемого керуючим по частоті генератором , приймальну антену з'єднану з другим входом змішувачаперший , вкід якого підключен до виходу квруємого по частоті генератора , а вихід змішувача, крїаь підсилювач з'єднай £ входом блока обробки, який містить послідовно сполучені ланцюг оцифровки сигна лів бівння, блок автокоредяційної обробки, перетворювач час-частота, блюк спектральної обробки та індикатор С23. Нестачею такого радіолокатора s неможливість вирішення за дачі розпізнавання кяаоів ділі з високою ІПР без додаткових пристроїв. Найбільш близьким к запропонованому технічному рішений , вибраному в якості прототипа є радіолокатор ддл вимірювання дальності до цілі та вирішення задачі розпізнавання кяасів по вітряних цілей. Еін містить передаючу антену, епадутаїу з вихо дом пркстроя формування лінійко частотно-модульованих сигналів (ІйС) та першим входом першого змішувача формувач керуючих сиг, налів (ФКС ), сполучений в ШС та синтезатором частот ( СЧ ), приймальну антену, вихід якої а'вднан в другим входоы першого змішувача, підсилювач, на вхід якого надходить сигнал з другого змішувача, входи другого змішувача підключені до виходу першого змішувача та виходу СЧ, індикатор, керований сигналом а ФКС, блок обробки у складі послідовно сполучених аналоге-цифрового перетворювача (АЦП), багатоканального корелятора, блока обернення матриці» першого перемножувача комплексних чисел другого пе, ремножувача кошілекснкх чисел, дільника, а також інвертора/ першого постійного запам'ятовуючого щшетроя (ШІР, та канала розпізнавання у с&даді послідовно сполучених оперативного - за пам'ятовуючого пристроя СОВИ блока керування порогового ), , пристрой, а також корєлятора та другого ІБП [43. Радіолокатор працює таким чином. Пристрій формування лінійно частотно-модульованих (ЛЧМ) сигналів формує непреривний SGHдуичий ЛЧМ сигнал який випромінюється у простір за допомогою пе редаючої антени. Перший гетеродинний сигнал відрізняєш^ від , зондуючого меншим рівнем потужності надходить до першого входу , першого змішувача. Девіація частоти в ваяежнасті від режима ро боти радіолокатора змікштьея при надходженні &к керуючий вхід HDC відповідного кода а першого виходу ФКС , Еідбиткй від цілі сигнал надходить до прийомної антени а з неї на другій вхід , першого змішувача. Бидідеаий таким чином сигнал разносної часто ти надходить до другого змішувача» ПІДСИЛЮЄТЬСЯ підсилювачем і надходить на вхід блока обробки У цьому блоці відбувається пе . ретворення аналогового сигнала у цифрову форму одержання радіо, локаційного дадьніотного портрета (РДП) у спектральній області та визначення дальності до обпраміншягтного об'єкта за допомо гою індикатора. Далі інформація о РДП надходить на вхід канала розпізнавання, де оброблюється згідно з кореляційним алгоритмом розпізнавання . Таким чшш внаначавться клас цілі. Інформація про це такш відбивається на індикаторі . Таким чином, нестачею прототипа радіолокатора є незишка імовірність правильного розпізнавання (ІПР) класів Ш при вико ристанні у каналі розпізнавання корелятора, В основу винаходу поставлено завдання створити такий радіо -злокатор в якому за=рахунок заміни корелятара блоком обробки ць ого ж радіолокатора, що працює згідно з алгоритмом Кбйпона шля, хом втілення у блок обробки додатково трьох мультиплексорів та одного демультшдаксора вирішувалася б задача підвищення ХЙР , класів ПО при фіксованій кількості виборок та обмеженій кїт-^ , кості оанак розпізнавання. Технічний результат, що спромагається і може бути одержаний при здійсненні винаходу, складав підвищення імовірності правиль ного розпізнавання класів ПО при фіксованій кількості виборок , та обмеженій кількості ознак розпізнавання. Поставлене завдання вирішується шляхом заміни у відомому радіолокаторі який містить в собі передаючу антену ПФЄ, ФКС, , синтезатор частот, приймальну антену, перший змішувач, підошвовач, другий змішувач, індикатор, блок обробки у складі АЩІ ба, гатоканального корелятора, блока обернення матриці першого пе, ремножувача, другого перемножувачаt дільника» інвертора, першого ПЗП, канал розпізнавання у складі блока керування порогового , пристрой, корелятора, ОЗП та другого ШІ, корелятора на блок об робки цього ж радіолокатора а також додаткового введення до , складу блока обробки трьох мультиплексорів та одного демультип лексора які керуються сигналом э третього вихода блока керування канала розпізнавання . При їфому ФКС, ЇІФС перший змішувач, другий змішувач, підсилювач з'єднані послідовно. Передаюча антена підключена до виходу ПФС, а приймальна антена підключена до другого входу першого змішувача. Вихід синтезатора частот а'вднан з другим входом дру гого змішувача, вхід СЧ з'єднай з третім виходом ФКС другий ви, хід ФКС з'єднай з третім входом індикатора та з входом першого ШП блока обробки. У блоці обробки послідовно з'єднані АЦП пер, ший мультиплексор багатоканальний корелятор блок обернення , , матриці, перший перемножувач комплексних чисел другий перемно» жувач комплексних чисел та дільник Вихід дільника в'бднан з . першим входом індикатора та з першим входом демультиплексора . Перший вихід демультиплексора поєднай в входом ОЗП а другий ви, хід з'єднай з входом порогового пристроя канала розпізнавання . Керуючі входи усіх мультиплексорів та демультиплексора підклю, чені до третього виходу блока керування канала розпізнавання . Вхід АЦП є входом блока обробки і з'єднай з виходом підсилювача. Перший вихід першого ШП крізь другий мультиплексор з'єднай а другш входом першого перемножувача та другим входом другого не ремножуваиа , в другш вихід ПЗП кріш мультиплексор в'єднан з > третім входом першого перемножувача та s входом інвертора, вихід останнього з'єднаний s третім входом другого перемножувача. Перший вихід Шїї крізь перший мультиплексор підключен до багатока нального корелятора , а другий вихід Шїї ь'єднується з входом блока керування. Структурна схема такого радіолокатора приведена на Фіг » .1. а графіки, пояснюючи необхідність заміни кореляційного алгорит ма, в блоці обробки на алгоритм Кейпона* приведені на Фіг.В. Запропонований до розгляду радіолокатор (Фіг.1) МІСТИТЬ передаючу антену 1, ПФС 2, Ш2 3, синтезатор частот 4 , приймальну антену 5, перший амішуваи б, підсилювач 7, другш вмішувач З, індикатор 9, блок обробки 10 у складі АЦІ2 11, багатоканадьного коредятора 12, блоку обернення матриці 13, першого перемножувача 14, другого перешгажувача 15, дільника 16, інвертора 17, першого ШЇІ 18, трьох мультиплексорів 19, 20, 21 та одного демультиплекоора 22, канал розпізнавання 23 у складі блока надування 24, порогового пристроя 25, ШП 26 та другого ПЗП 27. При цьому ФКС З ПФС 2, перший змішувач 6» другий змішувач , 8, підсилював 7 з'єднані послідовна. Передаюча антена 1 аідкшочека до виходу ШС 2, а приймальна антена 5 підключена до другого входу першого эм!шуБача 5. Вихід синтезатора частот 4 з'єднай в другим входом другого змішувача8» вхід СЧ з'єднай г третім виходом ФКС 3, другий вихід ФКС- 3 в'єднан є третім входом індикатора 9 та з входш першого ПЗП 18 блока обробки 10. У блоці обробки Ю послідовно в'єднані АЩІ 11, мультиплексор 19, багатоканальний корелятор 12, блок обернення матриці 13» перший перемножувач кошілексних чисел 14, другий перемножувач комплексних чисел 15 та дільник 16. Вшид дільника в'єднак в перший входом індикатора S та є першим входом демультиплекоора 22. Перший вихід деыультиплексора ££ поєднай в входом 08П £6, а другий вихід 22 з'єднай в входш порогового пристрой25 какала розпізнавання 23. Керуючі входи усіх мультиплексорів 19, 20» 21, та демультяплекшра 2£ підключені до третього виходу блока керування24 канала роапівнаваякя 23. Бкід АЦП 11 б входам блока обробки і з'єднай з виходом підсилювача 7. Перший викід першого ШП і ? -б* кріаь мультиплексор 20 з'єднав з другим вкодом першого перемно жувача 14 та Б другим входом другого перемножувача 15, а другий вихід ШП 18 їфізь мультиплексор 21 з'єднай Б третій входом першого перемножувала 14 та s входом інвертора 17, вихід останнього а'бднан а третім входом другого перемножувача15. Перший вихід 08П 26 крізь мультиплексор 19 підключен до багатоканального ка релятора 12, а другий вихід ШП 26 з'єднується а входом блока керування £4. Запропонований радіолокатор працює таким чином Пристрій . формування лінійш-частотномодульованих сигналів(ЛЧМ) 2 форму© зондуючи та перший гетеродинний сигнал . Зондуючий ЛШ сигнал в початковою частотою Fn та девіацією частоти UFc випромінюється у простір за допомогою передаючої антени1. Перший гетеродинний сигнал, що відрізняється від вондуючого меншим рівнем потуж ності, подається на перший вхід першого змішувача6 . Девіація частоти зондуючого сигнала та першого гетеродинного сигкааа визначається вирааоы .СІ] &Fa*C*T f 1 \ \ + } де ДГа - ширина шуги спектрального аналізу блока обробки; С - швидкість світла ; І - період модуляції ЛЧМ сигналу; Гщ - необхідна відстань однозначного виявлення цілі . Девіація частоти йалежно від режиму роботи радіолокатора зміню ється при надходженні ка керуючий вхід ШЮ 2 відповідного коду з перлого виходу ФКС 3. Відповідно до (1) при фіксованих смузі спектрального анаяіву та розрізняючої спроможності блока обробки 10 вміненяя розрізняючої спроможності радіолокатора по дааьності може бути досягнуто шляхом зміни девіації частоти AFc . Для перегляду обраної діль ниці дальності в підвищеним розрізненням використовується другий гетеродинний сигнал, що виробляється синтезатором частот 4, відповідно до кодового сигнала, до надходить на його керуючий вхід s третього виходу ФКС 3. При цьому забезпечується частотне змі щення смуги аналізу блока обробки та розпізнавання на величину ; 6 Рб = — -- — , ОТ де гі - відстань до (23 обрацо? дільнщі дальності. Одночасно змінюється і керуючий сигнал що надходить s дру, гого ВИХОДУ ФКС S на третій вхід індикатора 9. Під дією цього сигнала змінюється масштаб розгорнення індикатора 9 по дадьнооті. Відбитий від ІЮ сигнал надходить на приймальну антену 5, а а не! на другий вхід першого змішувача 6. З виходу першого змішувача б сигнал різницевої частоти надходить до першого входу другого змішувача 8, на другий вхід якого надходить сигнал з синтезатора частот 4. Таким чином забезпечується перетворення сигнада різницевої частоти на частоту спектрального аналізу і після цього перетворений сигнал F6 крізь яідошаовзч 7 надходить до блока обробки 10. tr г^ому блоці відбувається перетворення аналогового сигнала у цифрову форму одержання РДП у спектраль , ній області та визначення дальності до обпромікюеаного об'єкта sa допомогою індикатора 3 . Внаслідок радіолокатор вимірює відстань до об'єкта »що спостерігає, а його розрізнювдька спромож ність по дальності вивначаєтьоя формулою (3) де UF6 - роврізнюважьна здібність блока обробки. Спектральна оцінка здійснюється у відповідності в алгоритмом Кейиона, докладно описаному у С4,5], а також у [63. Справді у праці [5] авторами був зроблен порівняльний аналіз алгоритмів ровпіенаванкя: кореляційного алгоритма та алгоритма Кейнона . Внаслідок математичного модшшвшня були отримані залежності оціночних значень ІПР від кількості ознак (М), викориотаваних при розпівкаванні Фіг 2(а), ступеня перекриття (накладення) . функцій ЕЛОТНОСТІ імовірності ВІДПОВІДНИХ ознак (to/б) у різноманітних об'єктів ровпіенавакня Фіг.2 (б), а також від кількості виборок (L) ознак, використованих для обчислення одного т&четя ІПР Фіг.2 (в). На малюнках пунктирною лінією позначені графіки ІПР для кореляційного алгоритма, а суцільною лінією-для алгоритма Кейпона. S графіків, приведених на Фіг (а) видно, шр при малій ,2 кількості ознак (2...5) алгоритм Кекпона 'забезпечує суттєво 5ільш& значення ІПР у порівнянні з кореляційним алгоритмом,, sac гоеовувшш у прохйхші. Графіки, представлені на Фіг.2 (б) «вдяють, шр водив величини Дт/б, шр харакгериеув інформативність ознак для алгоритма Кейпона перевищує ІПР для кореляційного алгоритма при будь-яких значеннях Дт/б. З графіків» показаних на Фіг.2(в), виходить, що а зростай ним числа виборок вии&риотованих для розпізнавання» ІПР при аасадеуванні алгоритма Кейггзка зростає є вростаннямІ і пря цьому перевищує ІПР для кореляційного asroproia при будь-яких значенНЯК L. Таким чинш, особливо вадливим наллється підвищення ІПР класів ІЮ при використанні алгоритма розпізнавання Кейпона по рівняно з кореляційним алгоритмом прк фіксованій кількості вибо рок, та обмеженій кількості оанак ровпіакаванйя* Такїш метод одержання спектрально оцішш забевпвчув високу ! розв'язуючу спроможність виміру частоти і дальності j» та Би^начається вираеом С 5 ] О (f\ ~*_ ___ «_™^-, _____ (А \ XTff)*flS а*Х(П де Р (f)сшктральксі ЕЛОТКІСТЬ потулності; Ф - кор&дяційа ыатридя роаміром (р+1)*(р+1) тимчасових відліків прйшаєьіого оигнаду; К (f) = 1 «xp вектор комплексних синусоїд; (5 ) exp То - інтерв&я тимчасових ЕІДЛІКІЕ » т - символ иомплбкскоі'о сдряжеккя та транспонування. Виходячи в (4, б } блок обробки 10 та канал розпізнавання 23 функціонують таким чином 3 виходу АЩІ 11 оцифрований сигнал , крівь мультиплексор 19 подається на багатоканальний кореллтор 12, у якому формується оцінювальна автокореляційна матрицяs, У 5лсці обернення матриці 13 відбувається формування обернено ! 1 матриці Ф" , і після ц^ого відповідні значення подаються на пер ^ ший вхід первого перешжувача 14. На адресний вхід першого ПСИ 18 подається керуючий сигнал а другого виходу ФКС з який вявна, чає вибір з першого ШП 18 необхідних значень вектора огдяда X (f) при аміні обраної дільниці огдвду по дальності Ка другий та . третій входи першого перемножувача 14 крізь мультиплексори 2С та 21 подаються реальні та уявні частини векторів комплексних сину соїд в першого Шїї 18 відповідно до формули (5 ). Результат перемноження надходить на перший вхід другого перемножувача 15, на другий вхід якого крізь мультиплексорZQ подаються реальні час тини вектору X (f), а на третій вхід 15 крізь мультиплексор 21 та іньертор 17 подасться уявні значення цього ж вектору а зво T i ротним знаком. Результат перемноження H~X (f)*$~ *X(f) подається на .дільник іб, на виході якого міститься спектральна оцінка Р(Г)=ТО /П { 4 ), щ> дозволяє обмірювати не тільки дальність до об'єкту» але й його РДЇЇ . З виходу дільника 16 інформація про дальність надходить ка перший вхід індикатора9, а також крізь демультиплексор 22 на вхід канала розпізнавання 23 зокрема ка СВП 25. В ОЗП 26 запам'ятовуються значення F (f) одержаного РДП і а другого виходу ОЗП 26 подається сигналі дозволу на блок керування 24, який виробляє ка своєму першшу виході пропорційний дальності до цілі пороговий рівень який надходить на пороговий , пристрій 25* На другому виході блока керування24 виробляється сигнал дозволу на видачу в другого Шїї 27 значень егааонних РДП різноманітних класів ПО» а на третьому виході £4 сигнал перакомутації мультиплексорів IS, 20, 21 та демультиплекдора 22. 5 першого виходу ШП 26 вначешш Р (f) крізь перешмутоваяий муль типлексор 19 подаються на багатоканальний корелятор 12, у якому відбувається формування кореляційної матриці відліків РДП .Фр Крівь блок обернений иатрйці ІЗ зкач&ння кореляційної матриці Фр"1 надходять до входу першого перемножувача14, на другий та третій входи якого кріаь гіерешмутавані мультиплексори20 та П1 поступає інфорїдація s другого ШП еталонів 27, Результат перемноження надходить на перший вхід другого перемножувача15, а на його другий та третій входи кріаь мультиплексори20, 21 та інвертор 17 поступає інформація з другого ПЗП еталонів 27. S вкхоДУ другого перемножувача 15 інформація надходить на дільник 16 звідки крізь перекалутований двиультиплекоор 22 поступає на другий вхід порогового пристрой 25', на перший вхід якого надходить порог.овий рівень з першого виходу блока керування 24. При перевищенні заданого порога а порогового пристрою 25 видается сигнал про клаз ПО, який надходить до другого входу індикатора 9. 7 вигляді мультиплексорів та демультиплексора бажано вико ристати універсальні мультиплексори-демультиплектори 564 серії, наприклад 564КП1 С 7 З, Таким чином, у запропонованому радіолокаторі отало можливим шляхом мінімальної зміни прототипа а також використання для об, робки РДП цілей адаптивного алгоритма Кейпона, підвищити ІПР класів ПО. Джерела інформації І.Небабин Р.Г , Сергеев Е.В . Методы и техника радиолокационного ра с п оз н ав а н ия , - М . : Р ад и о и с в яз ь , 1 98 4 г . с 1 21 . 2.Пат.2.600.778 (Франция).Радиолокационное устройство для измерения расстояния до поверхности Опубликовано 87.12.31. . 3.Патент України на винахід N12453A від £8.02.97р. Радіолокатор. Заявник Харківський військовий університет , 4.Джонсон Д,Х„ Применение методов спектрального оценивания к за дачам определения угловых координат источников излучения ,ТИИЭР« т.70, N90 сентябрь 1982 г, с. 129. 5 Марпл-мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения ,М.: Мир, 1990 г, 0.418. 6,Оцінка можливості застосування адаптивних алгоритмів радіоло каційного розпізнавання / В.в- Кудряшов , Р.С. Наконечний , О.А. По^ережний //Радіотехніка.Всеукр.міжвід.наук ,-техн.вб , 199Є.ВИП.105.С.93. 7.Шило В. JL Поп улярн ые циф ровые микр осхемы: Спр авочн ик. М.:Металургия , 1988.-22Уо.:ид.-(Массовая радиобиблиотека . Вып.1111). ЗАСТУПНИК НАЧАЛЬНИК Карпенко В.I