Способ обработки информации в лазерном когерентном локаторе с матричным фотоприемником

Способ обработки информации в лазерном когерентном локаторе с матричным фотоприемником

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области измерительной техники и приборостроения и может быть использовано в лазерной доплеровской локации низколетящих над водными бассейнами «объектов-невидимок» (крылатых ракет, самолетов типа Stels и др.).

11.09.2007 по Центральному телевидению подробно сообщалось о разработках в США самолета-невидимки по проекту Stels, который был использован в военной компании в Ираке и появление которого не могли зафиксировать приграничные средства ПВО в связи с особой формой этого самолета. Эта форма в нарушение законов аэродинамики позволила существенно уменьшить эффективную поверхность отражения (ЭПО) зондирующего радиоизлучения радаров ПВО и представляла собой зеркально отражающие грани корпуса, расположенные под углами к падающему излучению, что приводило к отражению последнего в направлениях, существенно не совпадающих с направлением падающего на самолет излучения радара (в основном вниз и вверх относительно вектора движения самолета). Форма самолета-невидимки напоминала форму стрелы. Один из наших ученых - Ф.Уфимцев разработал теорию дифракции электромагнитных волн для такого рода объектов и сотрудничал в США в процессе создания проекта Stels, но также предложил и способ обнаружения самолетов-невидимок, сущность которого состояла в использовании нескольких радиолокационных приемных устройств, рассредоточенных в пространстве относительно радара ПВО, с помощью которых можно принимать излучения радара, рассеянно отраженные от самолета-невидимки. Однако данный способ выражен в виде идеи возможного обнаружения, без конкретного указания на технические средства реализации способа и состав оборудования.

При использовании такого гипотетического способа обнаружения движущихся объектов-невидимок с весьма малыми величинами ЭПО применительно к задачам ВМФ, то есть в условиях работы на море (в океане), возникают трудно преодолимые препятствия, связанные с необходимостью взаимной топографической привязки группы кораблей с указанными радиолокационными приемниками рассеянно отраженного излучения радара, также размещенного на одном из кораблей данной группы, находящейся в движении. Это обстоятельство крайне затрудняет реализацию идеи Ф.Уфимцева применительно к лазерной когерентной локации низколетящих над водными бассейнами крылатых ракет или самолетов-невидимок, обнаружение которых и измерение их координат и скорости необходимо осуществлять заблаговременно.

Известно построение лазерных доплеровских локаторов с многоканальной обработкой информации на основе дисперсионных линий задержки (ДЛЗ), работающих в режиме гетеродинного приема излучений [1-7]. Использование фактора высокой когерентности излучения одночастотных газовых лазеров [8, 9], например СО₂-лазеров, позволяет осуществить когерентный прием таких излучений методом фотосмешения сигнального и гетеродинного пучков, что находит применение в лазерных доплеровских локаторах. Полученные в результате фотосмешения радиосигналы разностной частоты обрабатываются в согласованных фильтрах на ДЛЗ, что позволяет повысить обнаружительную способность локаторов, то есть величину отношения сигнал/шум на входе решающего устройства [10-15]. Следует отметить, что в таких локаторах передающий тракт не включает модулирующих излучение устройств (например, электрооптических модуляторов), как это имеет место в лазерных импульсных локаторах, что обеспечивает более высокий энергетический потенциал доплеровских локаторов по сравнению с импульсными системами на единицу полезной энергии (или средней мощности) излучения лазеров.

Для обнаружения объектов в расширенной угломестной зоне Δε кругового обзора с узким мгновенным углом зрения по азимуту Δφ (то есть при «веерообразной» диаграмме излучения) в когерентных локаторах на CO₂-лазерах используют фотодиодные линейки из N фоточувствительных элементов КРТ (тройные соединения Kd Hg Tl, охлаждаемые жидким азотом) с N-канальной согласованной фильтрацией с использованием ДЛЗ. При этом предельная наклонная дальность d обнаружения диффузных дифракционно-ограниченных объектов находится из решения трансцендентного уравнения

где ζ - экстинкция среды, Р - мощность излучающего лазера, k_т - пропускание в излучающем и приемном трактах, у_ф - эффективность фотосмешения, S - эффективная поверхность отражения (ЭПО) лоцируемого объекта, D - диаметр входного зрачка (приемного объектива), µ - отношение сигнал/шум по напряжению на входе решающего устройства, γ - спектральная плотность мощности шума фотодетектора (фоточувствительного элемента КРТ), Т₀ - период кругового обзора, В=τΔF - база ДЛЗ, τ - длительность импульсной характеристики ДЛЗ, ΔF - рабочая полоса частот ДЛЗ, ΔF_Σ - полоса неопределенности доплеровских сдвигов частоты ΔF_Σ=2Δv/λ, где Δv - разница между наибольшей и наименьшей возможных радиальных скоростей движущегося объекта, λ - длина волны лазерного излучения (λ=10,6 мкм для СО₂-лазера), причем для гауссовских сигнала и шума имеем µ²=(InФ/InG)-1, где G и Ф - соответственно вероятности правильного обнаружения и ложных тревог, значениями которых обычно задаются при расчете локационной системы.

Выбор ДЛЗ существенно влияет на обнаружительные, точностные и динамические характеристики локатора, как это следует из (1). Пороговые свойства фотодетектора при когерентном приеме определяются параметрами γ и у_ф.

Разрешение противоречий между увеличением энергетического потенциала локатора (предельной дальности обнаружения малоразмерной цели) и упрощением процедуры измерения основных характеристик лоцируемых объектов - их высоты полета, наклонной дальности и вектора скорости (включая и параметр радиальной скорости) достигается на основе использования способа локации, известного из патента РФ №2296350 (опубл. в бюл. №9 от 27.03.2007) того же автора, который может быть использован в качестве прототипа заявляемому техническому решению.

Известный способ основан на использовании сочетания доплеровского принципа локации с триангуляционным методом местоопределения цели. Последнее достигается за счет использования бликов отраженного от цели под разными углами излучения от морской поверхности, излучение от которых поступает к локатору под разными измеряемыми углами и с доплеровскими сдвигами частоты в функции углов отражения падающего на цель зондирующего излучения от поверхности цели. По измерению углов прихода излучения от бликов морской поверхности фоточувствительной приемной матрицей и по измеренным значениям доплеровских сдвигов частоты в многоканальном блоке оптимальной фильтрации на основе гетеродинных методов приема с применением многоканальных дисперсионных линий задержки методами статистического усреднения удается реконструировать текущее местоположение цели и ее вектор скорости.

Указанный способ локации основан на зондировании дифракционно ограниченного объекта, движущегося над поверхностью моря (океана), немодулированными излучениями одночастотного лазера непрерывного действия и многоканальной когерентной обработке принимаемых излучений матричным фотоприемным устройством с определением доплеровских сдвигов частоты в переотраженном излучении и последующей многоканальной параллельной согласованной фильтрацией выделенных радиосигналов и отличается тем, что когерентному приему и обработке дополнительно и одновременно подвергают отраженные от нескольких бликов морской поверхности излучения, поступающие на фотоприемную матрицу с разных произвольно распределенных угловых направлений, определяют в соответствующих каналах, связанных с матричным фотоприемным устройством, доплеровские сдвиги частоты в принятых излучениях для переотраженных от бликов морской поверхности сигналов и соответствующие им угловые координаты на эти блики, вычисляют текущие координаты местоположения объекта и его истинную скорость, а также статистически усредняют полученные результаты вычислений всей совокупности совместных измерений указанных параметров.

Способ-прототип предполагает, что известно измеряемое доплеровское смещение частоты Δυ_доп0=2vυ₀/с=2v/λ зондирующего излучения в прямом отраженном от лоцируемого объекта сигнале и углы ε₀ и φ₀, под которыми радар «видит» напрямую данный объект (углы расположения линии наклонной дальности), где v - радиальная скорость объекта, υ₀ - частота зондирующего излучения лазера. Однако в случае локации движущихся объектов-невидимок измерение прямого отраженного сигнала считается невозможным, и локация осуществляется только по совокупности бликовых переотражений от поверхности моря при рассеянии зондирующего излучения вниз-вбок от объекта локации. При этом используется иная, чем заявлено в способе-прототипе, процедура обработки принимаемых бликовых излучений.

Оптимальным по энергетическому потенциалу решением в способе-прототипе является использование многоканального тракта обработки информации на основе ДЛЗ с числом каналов, равным числу элементов фоточувствительной матрицы N_Э. При этом недостаткам такого решения является увеличенный объем оборудования, поскольку требование повышения разрешающей способности по угловым координатам, определяющее точностные характеристики локатора по определению текущих координат и скорости объекта локации, приводит к использованию в локаторе фотоприемной матрицы с весьма большим числом элементов вдоль строк и столбцов, например, матриц размером 100×100 элементов и более.

Другим недостатком известного способа является необходимость обеспечения приема прямого отраженного от объекта локации излучения, то есть в направлении зондирования, что не всегда возможно, например, при локации объекта-невидимки.

Указанные недостатки известного технического решения по способу-прототипу устранены в заявляемом способе.

Целью изобретения является существенное упрощение реализующего заявляемый способ устройства, в частности конструкции блока обработки информации с ДЛЗ, путем уменьшения более чем на один-два порядка числа каналов обработки сигналов, образующихся в элементах матричного фотоприемного устройства.

Другой целью изобретения является обеспечение возможности локации объектов-невидимок, когда отсутствует прием излучения непосредственно от объекта локации в направлении его зондирования.

Заявляемый способ может быть охарактеризован одним основным и несколькими зависимыми пунктами формулы изобретения.

1. Способ обработки информации в лазерном когерентном локаторе с матричным фотоприемником, основанный на измерении доплеровских сдвигов частоты Δυ_ДОПi в излучениях от морских бликов и угловых координат последних - азимутов φ_i и углов места ε_i, вычислении координат объекта локации и его скорости с последующим статистическим усреднением вычисляемых параметров за несколько смежных циклов измерений, отличающийся тем, что в N_Э=р^kp элементах матричного фотоприемника образуют по два независимых выхода, которые формируют в двумерную (р=2) или трехмерную (р=3) группы, где k=1, 2, 3, … - целые числа, с n=2р^k(р-1) выходными шинами в группах, к каждой из выходных шин группы параллельно подключают по r=р^k соответствующих выходов строчных или столбцовых элементов матричного фотоприемника, а вычисление координат объекта локации по данным измеренных доплеровских сдвигов частоты Δυ_{ДОП i} с соответствующими им измеренными угловыми координатами - азимутом φ_i и углом места ε_i на соответствующие α_i блики морской поверхности, видимые локатором в данном цикле измерения, где i=1, 2, 3, … m - число действующих бликовых излучений, осуществляют путем последовательной итерации неизвестных параметров - радиальной скорости v объекта локации в априорно ожидаемом интервале ее допустимого изменения и угла места ε₀ линии наклонной дальности на объект локации, для чего в процессе указанного итеративного подбора этих параметров выбирают такие их значения v и ε₀, при которых минимизируются разности между любыми парами величин, определяющих наклонную дальность до объекта локации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что возникшую неопределенность выбора 2(р-1) выходных шин, соответствующих одному и тому же доплеровскому сдвигу частоты Δυ_{ДОП i} в сигнале на выходах элемента α_jk матричного фотоприемника, по положению которого в матрице судят об азимуте φ_i и угле места ε_i на видимый морской блик α_i, устраняют путем сравнения кодов, отображающих доплеровские сдвиги частоты, по их 2(р-1)-кратному совпадению для всех m морских бликов с заданной минимальной погрешностью.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что вычисление измеряемых параметров объекта локации при большом объеме вычислительных операций, связанном с процессом итерации при поиске значений v и ε₀, удовлетворяющих указанному условию, производят во временном интервале, превышающем заданный цикл измерения, а затем относят полученные результаты к моменту времени исходного цикла измерений.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что уменьшения объема вычислительных операций при итерационном поиске значений v и ε₀ в каждом последующем цикле измерений достигают путем сокращения интервала их итерационного поиска с учетом данных об этих значениях из предыдущих циклов измерений и с учетом статистического усреднения каждого из этих значений за несколько последовательных циклов измерений в предположении, что найденные значения v и ε₀ являются медленно изменяющимися функциями времени в сравнении с заданным темпом следования циклов измерения.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что уточнение координат лоцируемого объекта осуществляют при проведении итерационного поиска значений v и ε₀ совместным решением системы m уравнений х_i=f(h₀, ε₀, φ_i, ε_i, v) для всех видимых локатором m морских бликов, то есть для i=1, 2, 3, … m, где угол рассеяния объектом зондирующего излучения относительно направления последнего равен Θ_i=arccos(Δυ_{ДОП i}*λ/2v), λ - длина волны лазерного излучения, h₀ - известная высота над уровнем моря центральной точки приемного объектива локатора, так что координату x рассчитывают по формуле , и при этом минимизируется абсолютная величина разности любых двух значений х_i с разными индексами i из их числа m.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что обнаружение объекта локации и его автосопровождение осуществляют сканированием зондирующего излучения по азимуту, а диаграмму излучения выбирают веерообразной - предельно узкой по азимуту и широкой по углу места.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что при выполнении условия обнаружения объекта локации и его автосопровождения по азимуту, при котором линия наклонной дальности и оптическая ось приемно-передающего объектива локатора лежат в одной плоскости, местоопределение объекта локации и измерение его радиальной скорости находят вычислением, минимально по двум разным бликовым излучениям (Min m=2) в данном цикле измерения.

Достижение поставленных целей обусловлено применением триангуляционного способа местоопределения объекта, реализация которого одним локатором объясняется приемом рассредоточенных на поверхности моря бликовых излучений, образующихся при облучении морской поверхности, представляющей стохастически распределенную совокупность зеркальных отражателей, лазерным излучением, рассеянным под разными углами относительно направления зондирования корпусом объекта локации. В зависимости от угла такого рассеяния в принятых бликовых излучениях изменяются соответственно и доплеровские сдвиги частоты. Пространственное положение бликов однозначно измеряется азимутом φ_i и углом места ε_i на i-й блик при известной высоте h₀ и соответствующей топографической привязке локатора. По доплеровским смещениям частоты Δυ_{ДОП i} для соответствующих морских бликов и измеряемым угловым координатам линии наклонной дальности на объект φ₀ и ε₀ и радиальной скорости v последнего реконструируются соответствующие углы η_i, под которыми может приходить от объекта рассеянное им излучение. Эти углы образуют коническую поверхность. По двум бликовым излучениям строится две такие поверхности, пересечение между собой которых образует кривую, на которой располагается точка корпуса объекта, из которой исходит рассеянное излучение. Использование третьей конической поверхности при рассмотрении третьего морского блика образует соответственно три указанных кривых, образующих в точках пересечения вершины криволинейного треугольника, внутри которого располагается интересующая точка корпуса объекта. При правильном выборе методом последовательных итераций значений v и ε₀ площадь такого криволинейного треугольника минимизируется: в пределе такой треугольник стягивается в искомую точку. Указанная геометрическая интерпретация процедуры нахождения точек корпуса, от которых исходят рассеянные излучения и которые определяют координаты объекта локации, который, в свою очередь, рассматривается как дифракционно ограниченный, точечный по отношению к локатору, реализуется исследованием минимума разностей аналитически вычисленных отрезков х_i (i-я проекция на ось х линии наклонной дальности на объект локации) для разных индексов i для m бликов в каждом цикле измерений, поскольку такие минимумы отвечают минимальным расстояниям между вершинами указанных криволинейных треугольников, то есть минимуму площади последнего.

Двумерное или трехмерное подключение элементов матричного фотоприемника к каналам обработки информации с использованием преобразования полученного с того или иного элемента матрицы сигнала в линейно-частотно-модулированный (ЛЧМ) эквивалент с последующим его усилением, спектро-временным «сжатием» в канальных дисперсионных линиях задержки (ДЛЗ), детектированием и пороговым ограничением по минимуму с заданным порогом ограничения позволяет преобразовать сигнал с доплеровским смещением частоты в короткий импульс, временное положение которого относительно строб-импульса начала цикла измерений однозначно характеризует величину указанного доплеровского смещения частоты. Это временное положение кодируется в цифровом коде и запоминается в соответствующем буферном запоминающем устройстве (БЗУ), в коде которого содержатся также код номера цикла измерений и код номера канала, по которому проводилась указанная обработка сигнала с элемента матрицы фотоприемника. Это позволяет по совокупности таких кодовых записей в данном цикле измерения реконструировать однозначно два параметра - доплеровский сдвиг частоты Δυ_{ДОП i} для сигнала с выхода соответствующего элемента матрицы и его местоположение в ней. Последнее, в свою очередь, однозначно определяет азимут φ_i и угол места ε_i на блик морской поверхности α_i, видимый локатором в данном цикле измерения относительно оптической оси (оси зондирующего излучения) приемно-передающего объектива локатора (при этом считается, что центральный элемент матричного фотоприемника совмещен с указанной оптической осью).

Указанный способ подключения элементов матрицы фотоприемника к каналам обработки информации существенно уменьшает число таких каналов, то есть упрощает конструкцию реализующего заявляемый способ устройства, однако приводит к неоднозначности правильного вычисления данных об объекте локации, которая устраняется путем сравнения кодов, соответствующих измеренным доплеровским сдвигам частоты от разных бликов морской поверхности, полагая, что доплеровские сдвиги разные от разных бликов. При этом выбор двумерного р=2 или трехмерного р=3 представления групп определяется конъюнктурно. При двумерной организации группы значительно сокращается объем вычислительных операций, но растет потребное число каналов с ДЛЗ, а при трехмерной - сокращается число каналов с ДЛЗ, но несколько возрастает объем вычислительных операций из-за повышенной неопределенности, особенно при большом (более трех) числе m одновременно обрабатываемых излучений от бликов морской поверхности в данном цикле измерения.

На представленных чертежах рассматриваются отдельные положения, раскрывающие сущность заявляемого технического решения.

На фиг.1 дана схема организации двумерной группы (р=2) из N_Э=р^2k элементов матричного фотоприемника 1, элементы которого α_jk (для j-й строки и k-го столбца) организуются в квадратную матрицу со стороной в р^k элементов. Число выходных шин сборок 2 и 3 при этом составляет n=2р^k=2^k+1. При такой организации элементы фотоприемной матрицы имеют по два независимых выхода сигнала. При относительно небольшом числе элементов N_Э предпочтительно применение двумерной организации группы. Так, при матрице размерностью 32×32 элемента число каналов n=64 вместо 1024.

На фиг.2 дана схема организации трехмерной группы (р=3) из N_Э=р^3k элементов α_jk, которая составляет куб элементов 4 со стороной такого куба р=3 элементов. Каждая из двух взаимно ортогональных граней такого куба представляет двумерные структуры 5 и 6 с числом шин в каждой по р^2k=3^2k. Каждая такая двумерная структура определяет соответственно пару сборок 7 и 8, 9 и 10 выходных шин. При этом общее число выходных шин составляет n=2р^k (р-1)=4*3^k. При такой организации элементы 11 фотоприемной матрицы 12 (физически плоской конструкции) имеют по два независимых выхода сигнала, а 3^2k шин каждой из двумерных структур 5 и 6 соединяются с выходными шинами сборок 7-10 через промежуточные усилители 13 с двумя независимыми выходами каждый. При большом числе элементов N_Э более предпочтительной может оказаться трехмерная организация группы. Так, при матрице размерностью 729×243=19683=3⁹ элементов, то есть при k=3, число каналов обработки n=108 вместо 19683.

На фиг.3 представлен один типовой канал обработки сигнала с выходной шины для соответствующей двумерной или трехмерной группы. Канал содержит последовательно соединенные смеситель 14, первый широкополосный усилитель 15, дисперсионную линию задержки (ДЛЗ) 16, второй широкополосный усилитель 17, компенсирующий потери сигнала в ДЛЗ, амплитудный детектор 18, ограничитель по минимуму 19 с заданным порогом ограничения и компаратор 20. Для всех n каналов обработки используется общий для них генератор линейно-частотно-модулированных колебаний (ГЛЧМ) 21, вход которого запускается от генератора строб-импульсов (ГСИ) 22, а выход ГЛЧМ подключен ко вторым входам смесителей 14 каналов. Временная задержка между моментами возникновения строб-импульса, открывающего данный цикл измерения, и нормированным импульсом с выхода компаратора 20 однозначно характеризует величину доплеровского сдвига частоты Δυ_{ДОП i}. Указанная задержка - временной интервал τ_зад - кодируется в буферном запоминающем устройстве (БЗУ) 23, общем для всех n каналов, и БЗУ при этом имеет соответственно n канальных входов, а также управляющий вход, связанный со вторым выходом ГСИ 22.

На фиг.4 представлены диаграммы, поясняющие работу канала обработки информации с использованием ДЛЗ. На фиг.4а указана периодическая последовательность синхроимпульсов, вырабатываемых в ГСИ 22 (фиг.3) и определяющих период цикла измерений. На фиг.4б представлена частотно-временная характеристика вырабатываемых в ГЛЧМ 21 (фиг.3) сигналов гетеродинирования, подаваемых ко вторым входам канальных смесителей 14. На фиг.4в изображено взаимодействие образующегося на выходе смесителя 14 (фиг.3) ЛЧМ-эквивалента с ДЛЗ 16. На фиг.4г показаны формируемые на выходе ДЛЗ (фиг.3) «сжатые» импульсы длительностью t_имп и временная задержка τ_зад их появления относительно строб-импульса.

На фиг.5 изображена блок-схема БЗУ 23 (фиг.3), содержащая n многоразрядных запоминающих модулей (ЗМ) 24, 25, 26, … 27, к информационным входам которых параллельно подключен выход счетчика временных импульсов (СВИ) 28, пересчет в котором происходит от подачи на его счетный вход высокочастотных импульсов от генератора временных меток (ГВМ) 29. Запись временного кода с выхода СВИ 28 в соответствующие запоминающие модули 24, 25, 26, … 27 происходит при подаче на входы разрешения записи импульса с соответствующего канального компаратора 20 (фиг.3). Блок-схема БЗУ содержит также счетчик циклов измерения (СЦ) 30, входом соединенный со вторым выходом ГСИ 22 (фиг.3), и двухвходовые суммирующие регистры (ДСР) 31, 32, 33, … 34, перезапись кодовой информации в которые по их первым входам осуществляется в начале следующего цикла измерений от действия строб-импульса, поступающего со второго выхода ГСИ 22 (фиг.3), а вторые входы ДСР параллельно подключены к выходу СЦ 29, так что код номера цикла записывается в старшем байте регистра, а код временной задержки τ_зад - в младших байтах регистра. Импульс ГСИ 22 осуществляет сброс в СВИ 28 и через некоторый интервал времени задержки, организуемый элементом задержки (ЭЗ) 35, осуществляет также сброс ранее записанных кодов в соответствующих ЗМ 24, 25, 26, … 27 (для записи новых кодов времени в следующем цикле измерений). Импульсные сигналы ГСИ 22 также осуществляют фазовую синхронизацию работы ГВМ 29, частота следования импульсов в котором кратна частоте импульсов ГСИ 22 и определяет временной дискрет отсчета временной задержки τ_зад для каждого из действующих каналов обработки. Выход БЗУ 23 (фиг.3) образован сигналами с ГСИ 22, ДСР 31, 32, 33, … 34 и СЦ 30. Эти сигналы поступают в вычислитель измеряемых параметров объекта локации, рассмотрение конкретной структуры которого выходит за рамки рассматриваемого технического решения.

На фиг.6 дана геометрическая схема расчета местоопределения объекта локации с использованием одного (i-го) переотражающего блика на морской поверхности, положение которого задано измеряемыми на него угловыми координатами - азимутом φ_i и углом места ε_i при известной высоте h₀ реперной точки локатора относительно поверхности моря (реперная точка локатора находится в центре приемно-передающего объектива). В этой схеме плоскость OABD - вертикальная в координатах x, z, плоскость ОСЕ - горизонтальная, совпадающая с поверхностью моря, в координатах x, y. В вертикальной плоскости расположены реперная точка А локатора, дифракционно-ограниченный (точечный) объект локации (точка В), линия высоты реперной точки локатора ОА=h₀, объекта локации BD=Н и наклонной дальности АВ=d. В горизонтальной плоскости расположен рассматриваемый i-й блик (точка С) с измеряемыми углами φ_i и ε_i на него. Линия CG - суть перпендикуляр к линии пересечения вертикальной и горизонтальной плоскостей OD, совпадающей с осью х. По построению ОС=ОЕ, поэтому находятся углы γ_i и σ_i из соотношений tg γ_i=tg ε_i/cos φ_i, и σ_i=ε_i-γ_i. Угол при вершине В треугольника ABG, расположенного в вертикальной плоскости, обозначен как χ_i а угол при вершине В пространственно расположенного треугольника BCG обозначен как ψ_i. Поскольку треугольники ABG и BCG взаимно ортогональны, то несложным расчетом можно показать, что двугранный угол Θ_i между ними определяется из соотношения cos Θ_i=cos χ_i*cos ψ_i. При этом угол Θ_i является искомым углом между направлением зондирующего излучения локатора и направлением рассеянного отражения от лоцируемого объекта, определяемым по значению доплеровского смещения Δυ_ДОПi в принятом излучении от данного блика морской поверхности. Значение априори неизвестного угла места ε₀ на невидимый объект локации и высота последнего Н над поверхностью моря определяются уравнением связи с величиной наклонной дальности d вида Н=h₀+d sinε₀. Проекция х_i линии наклонной дальности d_i в i-м измерении на данной схеме отвечает отрезку OD. Число таких независимых измерений равно m, так что в результате усреднения имеем

Рассматривая прямоугольный треугольник BCD (угол при его вершине D прямой), отмечаем, что линия ВС есть направление, под которым объект локации виден от данного блика морской поверхности (от точки С). При этом угол η_i наблюдения объекта локации от рассматриваемого блика является функцией измеряемых углов ε_i и φ_i и доплеровского смещения Δυ_{ДОП i} при известном значении h₀ и варьируемых параметрах ε₀ и v. Причем φ₀=0, поскольку считается, что линия наклонной дальности на объект локации АВ лежит в вертикальной плоскости zOx, то есть при выполнении условия, что объект локации подсвечен зондирующим излучением локатора.

На фиг.7а и 7б представлена графическая интерпретация местоопределения лоцируемого объекта методом пересечения двух (и более) окружностей, расположенных в разных плоскостях. Линия пересечения этих плоскостей АВ - суть линия наклонной дальности. Точка А - реперная точка локатора с известными координатами. Точка В - точка местоположения лоцируемого объекта с априори неизвестными координатами. Точки C₁ и C₂ - точки расположения бликов на поверхности моря xOy, координаты которых легко вычисляются по известной высоте h₀ реперной точки локатора и измеряемым азимутам φ₁ и φ₂ и углам места ε₁ и ε₂. Это позволяет вычислить координаты точки В по вычисленным углам Θ₁ и Θ₂ при вершине В треугольников ABC₁ (фиг.7а) и АВС₂ (фиг.7б) методом пересечения окружностей.

Рассмотрим операционную сущность заявляемого способа.

Как видно из фиг.1 и 2, N_Э элементов матричного фотоприемника 1, матрица которого может быть, например, прямоугольной (не обязательно квадратной) с числом строк p₁ и числом столбцов р₂ с элементами а_jk, где j=1, 2, 3, … p₁ - номера строк матрицы, k=1, 2, 3, … р₂ - номера столбцов матрицы, могут быть сформированы в две различные группы - двумерную (фиг.1) или трехмерную (фиг.2), для которых соблюдается условие N_Э=р^pk, где р - размерность группы, соответственно равная двум или трем. Значение целого числа k определяется из условия k=Ent[log_р(р₁*р₂)]+δ, где δ=1 при log_р(p₁*р₂)>Ent[log_р(p₁*р₂)] и δ=0 при log_р(p₁*р₂)=Ent[log_p(p₁*р₂)]. Так, для матрицы размерностью 32×32 элементов для двумерной группы имеем k=5, а при образовании трехмерной группы k=Ent[log₃1024]+1=3. Однако в последнем случае имеет место значительная избыточность кубической структуры отображения элементов матрицы, поскольку 3^3*3=3⁹=19683>>1024, что означает, что при таком отображении элементов матрицы проще проигнорировать ее 1024-729=295 элементов, чтобы k=2, и тогда 3^2·3=3⁶=729, либо иметь размерность матрицы, например, как 27×27. В другом случае, когда матрица фотоприемника имеет размерность 100×200 элементов, для двумерной группы (р=2) имеем k=Ent[log₂(2*10⁴)]+1=15, и при этом 2¹⁵=32768>>20000, так что выгоднее взять k=14 и иметь матрицу размерностью 100×163=16300 элементов. В этом примере для трехмерной группы (р=3) целесообразно выбрать k=3, что позволяет отобразить кубической структурой 19683 элемента матрицы, размерность которой следует понизить до величины 100×196 элементов. Эти примеры показывают, что при определении размерности фотоприемной матрицы p₁*p₂ следует исходить из следующего условия k=Ent[log_p(p₁*p₂)], соответственно ограничивая числа p₁ и р₂ для получения целочисленного значения k, при котором разница р^pk-p₁*p₂>0 и минимальна. Отметим, что выбор квадратного представления матрицы в двумерной группе или кубического в трехмерной дает минимум числа каналов обработки информации, так как квадрат определяет минимальный его полупериметр для заданной площади, а куб - минимальную его поверхность для заданного объема по сравнению соответственно с прямоугольником и параллелепипедом. Так, матрица размерностью 100×163 элементов в прямоугольном представлении определяет 100+163=263 канала обработки, а в соответствующей двумерной группе потребуется только 256 каналов обработки. Если прямоугольная матрица имеет размерность 50×326 элементов (то есть ту же площадь, как предыдущая), то число потребных для нее каналов обработки составит 376 против тех же 256 каналов при преобразовании такой матрицы в двумерную группу. При образовании трехмерной группы для матрицы размерностью 100×196 элементов кубическая структура со стороной куба в 27 элементов определяет потребность в использовании 108 каналов обработки, а параллелепипедальная того же объема с размерами сторон 27×9×81 потребует применения 126 каналов обработки, а при размерах параллелепипеда 9×9×243 число каналов возрастает уже до 270.

Если число элементов в фотоприемной матрице выбрать из условия N_Э=р^kp, то общее число каналов обработки должно быть равным n=2р^k(р-1). На фиг.1 представлена схема двумерной группы 1 размерностью 6х6 фотоприемных элементов, каждый из которых имеет по два независимых выхода. Выходы этих элементов соединены к шести строчным и шести столбцовым шинам, которые образуют две сборки 2 и 3 с общим числом шин, равным двенадцати (n=12). На фиг.3 представлена блок-схема трехмерной группы 4, образующий куб со сторонами из р элементов. При этом фотоприемная матрица 12 содержит 3^3k элементов α_jk каждый из которых имеет два независимых выхода. Куб 4, образующий трехмерную группу, имеет всего 2р^2k шин по р^2k взаимно коллинеарных шин для каждой из его двух смежных граней. Выходы элементов матрицы соединены с взаимно ортогональными р^2k шинами каждого из р^k слоев куба. Каждый такой слой представляет собой двумерную группу, схема соединений которой показана на фиг.1. Поэтому к каждой из шин куба оказываются параллельно подключенными по р^k соответствующих элементов матрицы 12. При этом р^2k шин каждой из двух граней куба образуют две квадратные двумерные сборки 5 и 6. Каждая из этих двумерных сборок содержит р^2k усилителей 13 с двумя независимыми выходами. Входы этих усилителей соединены с р^2k шинами соответствующей грани куба 4, первые выходы усилителей в каждой из сборок 5 и 6 соединены с р^k шинами сборок 7 и 9, а вторые - с р^k шинами сборок 8 и 10, так что общее число выходных шин равно 2р^k. Так, для фотоприемной матрицы 12 из 729×243 элементов имеем р^k=27 и общее число шин n=4р^k=108. Это позволяет более чем на два порядка снизить количество оборудования для обработки информации с 19683 фотоприемных элементов матрицы 12. Выигрыш в сокращении количества каналов обработки информации при организации трехмерной группы составляет ψ₃=p^2k/4.

Однако такое существенное сокращение числа каналов n обработки информации приводит к неоднозначности определения группы двух (при р=2) или четырех (при р=3) шин с одинаковыми доплеровскими смещениями частоты Δυ_{ДОП i}. Действительно, для двумерной группы (р=2) одна и та же информация от одного блика содержится в двух шинах. Если бликов m, то число действующих информационных шин равно 2 m. Чтобы из этого числа выбрать только две шины с одинаковой информацией, необходимо осуществить (2m-1) переборов, а общее число вариантов выбора m пар шин с учетом последовательно выбываемых из перебора шин (для уже найденных пар) находят по следующей формуле:

Так, при m=3 максимальное число вариантов выбора q=9, при m=4 имеем q=16, а при m=5 получаем q=25, следовательно, q=m². Видно, что с ростом числа обрабатываемых в устройстве действующих бликов m существенно увеличивается число вычислительных операций, что следует учитывать при оценке быстродействия вычислительной среды.

В случае трехмерной группы (р=3) одна и та же информация содержится на четырех шинах из общего числа действующих шин 4m (для m бликов). Общее число вариантов m выбора m эквиинформационных четверок шин определяется по правилу

Так, при m=3 максимальное число вариантов выбора q=21, при m=4 имеем q=36, а при m=5 получаем q=55. Таким образом, при переходе от двумерно