Радиолокационная станция с поимпульсной перестройкой несущей частоты, нейросетевым распознаванием объектов и инверсным синтезированием апертуры антенны

Радиолокационная станция с поимпульсной перестройкой несущей частоты, нейросетевым распознаванием объектов и инверсным синтезированием апертуры антенны

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к радиолокационной технике и устройствам распознавания объектов и предназначено для определения классов и типов воздушных объектов по дальностным портретам и двумерным радиолокационным изображениям с помощью нейросетевого подхода.

Известна радиолокационная станция (РЛС) с инверсным радиолокационным синтезированием апертуры (ИРСА), используемая в Тихоокеанском ракетном испытательном центре США, алгоритм обработки сигналов в которой разработан специально для получения двумерных радиолокационных изображений (РЛИ) объектов [1]. В состав указанной РЛС входят задающий генератор (на диоде Ганна), делитель мощности (четырехплечий), генератор пилообразного напряжения, линия задержки, передающая антенна, первый и второй смесители, усилитель высокой (зондирующей) частоты, приемная антенна, фильтр высоких частот, частотный дискриминатор, усилитель промежуточной частоты, фильтр подавления неоднозначности, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифровой магнитофон, анализатор быстрого преобразования Фурье (реального масштаба времени), вычислитель, пульт управления магнитофоном, графопостроитель, декодирующее устройство углового положения, установка для вращения цели. При этом задающий генератор соединен своим входом с выходом генератора пилообразного напряжения, а выходом - со входом делителя мощности, первый выход которого подключен к передающей антенне, второй - к первому входу первого смесителя, третий - ко входу линии задержки, четвертый - ко второму входу второго смесителя, первый вход которого соединен с выходом линии задержки, а выход - со входом частотного дискриминатора, выход которого соединен со входом генератора пилообразного напряжения. Выход приемной антенны подключен ко входу усилителя высокой частоты, выход которого соединен со вторым входом первого смесителя, выход которого подключен ко входу фильтра высоких частот, выход которого соединен со входом усилителя промежуточной частоты, выход которого соединен одновременно со входом фильтра подавления неоднозначности и входом анализатора быстрого преобразования Фурье (БПФ), выход которого подключен ко входу вычислителя, выход которого соединен со входом графопостроителя. Кроме того, выход фильтра подавления неоднозначности соединен со входом АЦП, выход которого соединен со входом цифрового магнитофона, а установка для вращения объекта механически связана с декодирующим устройством углового положения, электрический сигнал с выхода которого подается на первый вход пульта управления магнитофоном, на второй и третий входы которого подаются соответственно сигналы установки длительности записи и установки интервалов углов.

Недостатком указанной РЛС с ИРСА является то, что в ней используются сложные частотно-модулированные (с полосой до 3 ГГц) импульсные сигналы (позволяющие достичь разрешающей способности по дальности до 5 см), что приводит к усложнению электронной аппаратуры обработки радиолокационной информации, росту ее стоимости, габаритов и т.д. Использование формируемых данной РЛС с ИРСА радиолокационных изображений в алгоритмах автоматического радиолокационного распознавания (РЛР) объектов на средних и малых дальностях невозможно, так как двумерное РЛИ воздушного объекта (ВО) в данной РЛС можно получить на графопостроителе только через 15 с, что недопустимо в условиях динамически меняющейся радиолокационной обстановки. А распознавание ВО по дальностным портретам [2, 3], что могло бы сократить время принятия решения, в данной РЛС не предусмотрено.

Известна радиолокационная станция с инверсным синтезированием апертуры и перестройкой частоты, включающая первый потенциометрический датчик (ИД), соединенный своим выходом со входом 1-го АЦП, соединенного своим выходом с третьим входом блока расчета параметров движения цели (БРПДЦ), второй вход которого соединен с выходом второго АЦП, соединенного своим входом с выходом второго ПД, вход которого связан с выходом азимутального привода и вторым входом антенны, первый вход которой связан со входом первого ПД и выходом угломестного привода, вход которого соединен с выходом первого усилителя мощности (УМ), соединенного своим входом с выходом первого фазового детектора (ФД), первый вход которого соединен с выходом блока элементов линейной части приемника разностного угломестного канала (БЭЛЧПРУК), первый вход которого соединен с первым выходом моноимпульсного облучателя (МИО), первый вход-выход которого соединен с вход-выходом антенны, второй выход - с первым входом блока элементов линейной части приемника разностного азимутального канала (БЭЛЧПРАК), а второй вход-выход - с вход-выходом антенного переключателя (АП), соединенного своим выходом со вторым входом блока элементов линейной части приемника суммарного канала (БЭЛЧПСК), первый вход которого соединен со вторым входом БЭЛЧПРУК, вторым входом БЭЛЧПРАК и первым выходом первого ключа, соединенного первым входом с выходом задающего генератора (ЗГ), вторым выходом - с первым входом смесителя, а вторым входом - со вторым выходом схемы управления (СУ), первый выход которой соединен со входом синтезатора частоты на поверхностных акустических волнах (СЧПАВ), четвертый выход - с первым входом системы измерения дальности (СИД), а третий выход - с третьим входом цифрового устройства получения регулируемой задержки (ЦУПРЗ), второй вход которого связан с выходом пульта управления оператора, первый вход - с первым выходом БРПДЦ, а выход - со вторым входом второго ключа и вторым входом третьего ключа, первый вход которого соединен с выходом третьего ФД, а выход - со входом пятого АЦП, соединенного своим выходом с первым входом блока компенсации поступательного движения (БКПД), второй вход которого связан со вторым выходом БРПДЦ, а выход - со вторым входом блока двумерного быстрого преобразования Фурье (БДБПФ), выход которого соединен со входом блока радиолокационного распознавания (БРЛР) и вторым входом блока отображения радиолокационного изображения (БОРЛИ), а первый вход - с выходом четвертого АЦП, вход которого связан с выходом второго ключа, первый вход которого соединен со вторым входом СИД, выход которой соединен со входом третьего АЦП, выход которого связан с первым входом БРПДЦ, первый вход второго ключа соединен также с выходом амплитудного детектора (АД), вход которого связан с первым входом третьего ФД, с выходом БЭЛЧПСК, вторым входом первого ФД и вторым входом второго ФД, первый вход которого соединен с выходом БЭЛЧПРАК, а выход - со входом второго УМ, соединенного своим выходом со входом азимутального привода, выход СЧПАВ связан со вторым входом третьего ФД и вторым входом смесителя, первый вход которого связан со вторым выходом первого ключа, а выход - со входом когерентного передатчика, соединенного своим выходом с входом АП, причем выход БРЛР соединен с первым входом БОРЛИ [4].

Данная РЛС способна формировать двумерные РЛИ воздушных объектов и классифицировать их по правилу сравнения с эталонами [5, 6] в блоке РЛР. Воздушный объект относится к одному из определенных классов в соответствии с заранее установленным алфавитом путем сравнения полученной матрицы на выходе БДБПФ с набором эталонов. Один из возможных вариантов построения данного блока показан в [6].

Однако для проведения такого радиолокационного распознавания (иными словами классификации) необходимо иметь очень большое число эталонов матриц по числу возможных ракурсов локации и типов ВО. При числе типов в алфавите более 10 вероятность распознавания воздушных объектов существенно снижается, а использование правила обобщенного голосования с использованием гистограмм признаков позволяет разделить ВО только на классы, отличающиеся, к примеру, размерами или поведением. Если в интересах экономии времени на формирование признака проводить построение дальностного портрета объекта (как одномерного РЛИ), то вероятность распознавания ВО становится еще ниже. А число распознаваемых типов ВО может быть любым, в т.ч. более 10. С учетом этого перспективные системы радиолокационного распознавания ориентируют в настоящее время на нейросетевые методы. Однако традиционное построение нейросетевых идентификаторов при достижении алфавитом объектов даже 20 единиц требует значительного увеличения числа слоев или количества нейронов в слоях искусственной нейронной сети (ИНС). Это, в свою очередь, предъявляет трудновыполнимые в настоящее время требования к нейрочипам и вызывает увеличение времени на обучение ИНС. Математическое моделирование показывает, что вероятность нейросетевой идентификации ВО при расширении алфавита также снижается.

Кроме того, РЛС [4] не может правильно обрабатывать сигналы с поимпульсной перестройкой несущей частоты, отраженные от ВО, если дальность до ВО превышает однозначно измеряемую дальность, определяемую периодом повторения РЛС. Для формирования дальностных портретов или двумерных РЛИ импульсные сигналы с поимпульсной перестройкой несущей частоты должны быть квазинепрерывными, т.е. иметь период повторения Т_и не более десятков микросекунд. Поскольку однозначно измеряемая дальность не превышает величины сТ_и/2, где с - скорость распространения радиоволн, то при малом периоде Т_и сигналы от ВО, удаленных на десятки километров, будут приниматься в других периодах повторения, где несущая частота заполнения зондирующего импульса иная. В этом случае опорный сигнал смесителя будет поступать в третий ФД на отличающейся от принятого сигнала частоте, что приведет к нарушению логики работы РЛС. Этот недостаток следует устранить. Для этого необходимо предусмотреть задержку опорного сигнала n-й частоты, соответствующую задержке отраженного ВО и принятого локатором сигнала.

Задачей изобретения является обеспечение возможности радиолокационного распознавания как классов, так и типов воздушных объектов в пределах одного из классов при любой дальности до объекта за счет использования искусственных нейронных сетей и двухуровневого построения схемы распознавания по дальностным портретам и двумерным радиолокационным изображениям.

Обозначенная задача решается тем, что в состав известной, описанной выше РЛС [4], включающей два УМ, угломестный и азимутальный приводы, антенну, три ФД, МИО, БЭЛЧПРУК, БЭЛЧПРАК, БЭЛЧПСК, АП, когерентный передатчик, ЗГ, три ключа, четыре АЦП, АД, СИД, ПУО, схему управления, СЧПАВ, смеситель и БКПД, в которой первый вход антенны связан с выходом угломестного привода, соединенного своим входом с выходом первого УМ, связанного своим входом с выходом первого ФД, соединенного первым входом с выходом БЭЛЧПРУК, первый вход которого связан с первым выходом МИО, а второй вход - со вторым входом БЭЛЧПРАК, первым выходом первого ключа и первым входом БЭЛЧПСК, связанного вторым входом с выходом АП, связанного вход-выходом со вторым вход-выходом МИО, а входом - с выходом когерентного передатчика, связанного входом с выходом смесителя, первый вход которого соединен со вторым выходом первого ключа, а второй - с выходом СЧПАВ, вход которого соединен с первым выходом СУ, связанной вторым выходом со вторым входом первого ключа, связанного первым входом с выходом ЗГ, причем первый ФД связан вторым входом со вторым входом второго ФД, первым входом третьего ФД, выходом БЭЛЧПСК и входом АД, связанного выходом со вторым входом СИД и первым входом второго ключа, связанного выходом со входом второго АЦП, второй вход БКПД соединен с выходом третьего АЦП, соединенного входом с выходом третьего ключа, связанного первым входом с выходом третьего ФД, выход СИД связан со входом первого АЦП, выход второго ФД соединен со входом второго УМ, соединенного выходом со входом азимутального привода, связанного выходом со вторым входом антенны, вход-выход которой соединен с первым вход-выходом МИО, второй выход которого связан с первым входом БЭЛЧПРАК, соединенного выходом с первым входом второго ФД, дополнительно включают табло вывода результатов распознавания (ТВРР), два АЦП, угломестный датчик, азимутальный датчик, третий цифровой коммутатор, схему электронной задержки (СЭЗ), систему измерения скорости (СИС), устройство двухуровневого нейросетевого распознавания по дальностным портретам, состоящее из накопительного буфера (НБ), блока обратного БПФ, блока нормирования (БН), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), первого нейросетевого классификатора (являющегося классификатором первого уровня при распознавании воздушных объектов как по дальностным портретам, так и по двумерным изображениям), L вторых нейросетевых классификаторов (являющихся классификаторами второго уровня при распознавании по дальностным портретам) и первого цифрового коммутатора, а также устройство нейросетевого распознавания по двумерным радиолокационным изображениям, состоящее из блока формирования избыточной матрицы данных (БФИМД), блока корреляционного анализа (БКА), блока формирования многочастотной синтезированной матрицы рассеяния (БФМСМР), блока обратного преобразования Фурье (БОБПФ), блока компенсации фазовых искажений (БКФИ), блока дополнения нулями (БДН), блока прямого быстрого преобразования Фурье (БПБПФ), блока формирования изображения (БФИ), блока формирования признака (БФП), L третьих нейросетевых классификаторов и второго цифрового коммутатора.

При этом третий выход СУ соединяют с первым входом СИД, выход первого АЦП соединяют с третьим входом БКПД, вторым входом блока корреляционного анализа и первым входом СЭЗ, второй вход которой связывают с выходом СЧПАВ, а выход - со вторым входом третьего ФД и со вторым входом СИС, первый вход которой соединяют с выходом БЭЛЧПСК, а выход - со входом четвертого АЦП, связанного своим выходом с четвертым входом БКПД и пятым входом БКА устройства нейросетевого распознавания по двумерным радиолокационным изображениям (ДРЛИ), первый вход БКПД соединяют с выходом второго АЦП, а выход - со входом БФИМД и входом накопительного буфера, выход которого соединяют со входом блока обратного БПФ, выход которого связывают со входом блока нормирования, выход которого связывают со входом ОЗУ и входом первого нейросетевого классификатора (НСК), каждый l-й из L выходов которого соединяют с соответствующим l-м из L входов первого цифрового коммутатора, соответствующим l-м из L входов второго цифрового коммутатора и соответствующим (Z+l)-м входом ТВРР, (L+1)-й вход первого цифрового коммутатора связывают с выходом ОЗУ, а каждый l-й из L выходов связывают со входом соответствующего l-го второго нейросетевого классификатора, каждый из L вторых НСК имеет Z выходов по числу типов идентифицируемых объектов в классе, z-й выход каждого второго нейросетевого классификатора связывают с соответствующим z-м входом третьего цифрового коммутатора, второй выход ПУО соединяют со вторым входом второго ключа и вторым входом третьего ключа, первый выход - со входом схемы управления, а третий выход - с (2Z+1)-м входом третьего цифрового коммутатора, выход угломестного привода соединяют со входом угломестного датчика, связанного своим выходом со входом пятого АЦП, выход которого соединяют с третьим входом БКА, выход азимутального привода соединяют со входом азимутального датчика, связанного своим выходом со входом шестого АЦП, выход которого соединяют с четвертым входом БКА, связанного своим первым входом с выходом БФИМД, а первым выходом - со входом БФМСМР, выход которого связывают со входом БОБПФ, выход которого соединяют со входом блока БКФИ, выход которого связывают со входом БДН, выход которого связывают со входом блока БПБПФ, связанного своим выходом с первым входом БФИ, второй вход которого связывают со вторым выходом БКА, а выход - со входом БФП, выход которого связывают с (L+1)-м входом второго цифрового коммутатора, каждый l-й из L выходов которого соединяют с входом соответствующего l-го третьего НСК, z-й выход каждого третьего НСК связывают с (Z+z)-м входом третьего цифрового коммутатора, каждый z-й выход которого связывают с соответствующим z-м входом ТВРР.

Такое построение структурной схемы многочастотной радиолокационной станции придает ей способность правильно обрабатывать сигналы от удаленных воздушных объектов в режиме квазинепрерывного излучения с поимпульсной перестройкой несущей частоты, а также проводить нейросетевое распознавание ВО до типов внутри соответствующих классов.

Структурная схема предлагаемой радиолокационной станции с поимпульсной перестройкой несущей частоты, нейросетевым распознаванием объектов и инверсным синтезированием апертуры антенны представлена на фиг.1.

Согласно данной схеме радиолокационная станция с поимпульсной перестройкой несущей частоты, нейросетевым распознаванием объектов и инверсным синтезированием апертуры антенны содержит пятый АЦП 1, угломестный датчик 2, азимутальный датчик 3, шестой АЦП 4, первый УМ 5, привод угломестный 6, антенну 7, привод азимутальный 8, второй УМ 9, задающий генератор 10, первый ФД 11, БЭЛЧПРУК 12, МИО 13, БЭЛЧПРАК 14, второй ФД 15, первый ключ 16, БЭЛЧПСК 17, АП 18, когерентный передатчик 19, смеситель 20, систему измерения дальности 21, АД 22, третий ФД 23, СЭЗ 24, СЧПАВ 25, первый АЦП 26, второй ключ 27, третий ключ 28, СИС 29, второй АЦП 30, третий АЦП 31, ПУО 32, СУ 33, БКПД 34, четвертый АЦП 35, третий цифровой коммутатор 51, табло вывода результатов распознавания 52, устройство двухуровневого распознавания по дальностным портретам 48, в состав которого входят: НБ 36, блок обратного быстрого преобразования Фурье 37, блок нормирования 38, ОЗУ 39, первый НСК 40, первый цифровой коммутатор 43, L вторых НСК 45; устройство нейросетевого распознавания по двумерным радиолокационным изображениям 56, в состав которого входят: БФИМД 41, БКА 42, блок формирования многочастотно-синтезированной матрицы рассеяния (МСМР) 44, блок обратного быстрого преобразования Фурье 46, БКФИ 47, блок дополнения нулями 49, блок прямого быстрого преобразования Фурье 50, блок формирования изображения 53, блок формирования признака 54, второй цифровой коммутатор 55 и L третьих НСК 57 (фиг.1).

Радиолокационная станция с поимпульсной перестройкой несущей частоты, нейросетевым распознаванием объектов и инверсным синтезированием апертуры антенны работает следующим образом.

Задающий генератор 10 формирует высокостабильные высокочастотные электромагнитные колебания на несущей частоте f_o и через 1-й ключ 16 попеременно подает их то через второй выход на первый вход смесителя 20, то через первый выход на вторые входы БЭЛЧПРАК 14, БЭЛЧПРУК 12 и первый вход БЭЛЧПРСК 17. Схема управления 33 формирует импульсные сигналы (видеоимпульсы) длительностью τ_и и периодом повторения Т_и. Эти сигналы определяют период повторения зондирующих сигналов радиолокационной станции, а также управляют через свой второй выход первым ключом 16, когерентным передатчиком 19 (через СЧПАВ 25 и смеситель 20) и работой СИД 21, поступая с третьего выхода СУ 33 на первый вход СИД 21. Видеоимпульсы длительностью τ_и со второго выхода СУ 33 поступают на управляющий второй вход первого ключа 16, который на время их действия коммутирует выход ЗГ 10 с первым входом смесителя 20. В остальное время (когда нет управляющего сигнала из схемы управления 33) сигнал ЗГ 10 проходит на вторые входы БЭЛЧПРУК 12, БЭЛЧПРАК 14 и первый вход БЭЛЧПСК 17.

Сигналы с выхода блока синтезатора частоты на поверхностных акустических волнах 25 с частотами f_пр+n·Δf (где f_пр - промежуточная частота, Δf - величина шага перестройки частоты от импульса к импульсу, n - номер излучаемого импульса в соответствующей последовательности импульсов с перестройкой частоты) в соответствии с управляющими импульсами с первого выхода схемы управления 33 подаются на второй вход СЭЗ 24. В СЧПАВ 25 постоянно генерируются высокочастотные колебания на каждой из N частот, что исключает необходимость тратить время на исключение влияния переходных процессов и дожидаться установления стабильного режима генерации колебаний на n-й частоте. После перехода к n-й частоте следует только своевременно коммутировать выход n-го генератора с выходом СЧПАВ 25. На второй вход СЭЗ 24 в зависимости от управляющих импульсов с первого выхода СУ 33 поступает сигнал на n-й частоте. Управляющие импульсы представляют собой двоичный код, определяющий номер соответствующей n-й частоты. Причем период следования управляющих импульсов с первого выхода СУ 33 совпадает с Т_и. Вариант построения СЧПАВ 25 показан в [7, с.108-109 рис.5.35].

Назначение СЭЗ 24 заключается в осуществлении задержки сигналов СЧПАВ 25 для их дальнейшего прохождения на второй вход третьего ФД 23 в момент присутствия на его первом входе отраженных сигналов, задержанных на величину t_з=2R₀/c, где R₀ - дальность до ВО. Задержанные на t_з сигналы поступают на третий ФД 23 с выхода блока 17. СЭЗ 24 в своем составе содержит электронный коммутатор 58 и совокупность линий задержки 59 (фиг.2). Первый и второй входы электронного коммутатора 58 являются соответственно первым и вторым входами СЭЗ 24. Назначение электронного коммутатора 58 заключается в коммутации выхода СЧПАВ 25 с соответствующей линией задержки 59 в зависимости от информации о дальности до ВО (времени задержки отраженных сигналов t_з), которая в виде цифрового кода поступает с выхода первого АЦП 26. Таким образом, СЭЗ 24 обеспечивает третий ФД 23 опорными колебаниями той же частоты, на которой был излучен принятый через t_з сигнал. Количество Y линий задержки 59 определяется разрешающей способностью δR_|| РЛС в радиальном направлении и предельной дальностью действия R_maxРЛС:Y=R_max/δR_||.

В режиме квазинепрерывного излучения сигналы с выхода СЧПАВ 25 в соответствии с управляющими сигналами с первого выхода СУ 33 подаются на второй вход смесителя 20 и через СЭЗ 24 - на второй вход третьего ФД 23. Полоса пропускания выходного фильтра смесителя 20 выбирается от f₀+f_пр до f₀+f_пр+N·Δf (где N - количество используемых частот зондирования). При этом должно выполняться условие f_пр>N·Δf. В этом случае на выходе смесителя 20 будет присутствовать только узкополосный сигнал на одной из частот зондирования, а кратные гармоники будут подавляться. Сигнал с выхода смесителя 20 поступает на когерентный передатчик 19, который формирует сверхвысокочастотные импульсные сигналы заданной длительности и через АП 18 и МИО 13 передает их в антенну 7, которая излучает электромагнитные волны в направлении ВО. Вариант построения когерентного передатчика показан в [8, с.61 рис.4.3]. Отразившись от ВО, излученные сигналы с измененной структурой возвращаются к антенне 7, улавливаются ею и проходят на МИО 13, устройство которого также широко известно в радиолокации [9, с.387 рис.13.13]. МИО 13 имеет второй вход-выход суммарного канала, первый выход разностного угломестного канала и второй выход разностного азимутального канала. Уровень сигналов в данных каналах зависит от положения ВО относительно равносигнального направления. В разностных каналах сигнал появляется только тогда, когда имеет место отклонение объекта от равносигнального направления в соответствующей плоскости. Таким образом, МИО 13 является главным элементом, обеспечивающим слежение антенной системы за ВО. Со второго вход-выхода МИО 13 (представляющего суммарный канал) сигнал через АП 18 подается на второй вход БЭЛЧПСК 17. Первый выход угломестного разностного канала МИО 13 подключен к первому входу БЭЛЧПРУК 12, а второй выход разностного азимутального канала МИО - к первому входу БЭЛЧПРАК 14. Как видно из фиг.1, начальная часть структурной схемы РЛС построена по классической схеме амплитудной суммарно-разностной моноимпульсной (без схемы автоматической регулировки усиления) системы сопровождения объекта по направлению [10, с.424; 11, с.450]. Однако в ней в качестве суммарно-разностного преобразователя используется МИО 13, а элементы приемных трактов (смесители, фильтры, усилители промежуточной частоты) объединены в блоки элементов линейных частей приемников. Поступившие в блоки элементов линейной части приемников сигналы фильтруются (освобождаются от сигналов посторонних частот), их частота понижается в смесителях до промежуточной, после чего они усиливаются до величин, необходимых для работы последующих устройств. С выходов БЭЛЧПРУК 12 и БЭЛЧПРАК 14 усиленные сигналы поступают соответственно на первые входы первого ФД 11 и второго ФД 15.

Информация о величине рассогласования объекта относительно линии визирования (равносигнального направления) по угловым координатам заложена в амплитуде сигналов разностных каналов, а о направлении рассогласования - в их фазах. Поэтому для выделения напряжений, пропорциональных угловым рассогласованиям, применяются фазовые детекторы 11 и 15, преобразующие разностные сигналы в видеосигналы. В качестве опорного напряжения фазовых детекторов 11 и 15, подаваемого на их вторые входы, используется выходной сигнал БЭЛЧПСК 17. С выхода ФД 11 и 15 видеосигнал, пропорциональный угловому рассогласованию объекта относительно линии визирования соответственно в угломестной и в азимутальной плоскостях, поступает соответственно на вход первого и второго усилителей мощности 5 и 9, где происходит его увеличение до значений, достаточных для работы приводов 6 и 8, в состав которых могут входить электродвигатели, редукторы и т.п. Принцип работы и параметры указанных выше элементов раскрыты в [12]. Наиболее простым для понимания составом приводов является двигатель и редуктор, механически связывающий двигатель с антенной. Примерами подобного построения моноимпульсной системы сопровождения объекта являются [13, с.17 рис.1.12,а; 14, с.154 рис.4.23, 4.25; 15, с.448 рис.10.15]. Выходные сигналы фазовых детекторов 11 и 15, усиленные в соответствующих УМ 5 и 9, поступают на входы угломестного привода 6 и азимутального привода 8, которые механически связаны с антенной 7 и угломестным 2 и азимутальным 3 датчиками. Редукторы приводов воздействуют на антенну таким образом, чтобы развернуть ее в направлении ВО.

С выхода БЭЛЧПСК 17 через АД 22 сигнал поступает на СИД 21. Система измерения дальности построена по классической схеме [11, с.323 рис.7.23] и состоит из регулируемой цепи задержки (РЦЗ), генератора двух следящих полустробов, временного различителя и управляющего устройства. СИД представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования. В начале сопровождения используется импульсный режим работы с большим периодом повторения (Т_и>1 мс) для верного и однозначного измерения дальности R₀. Затем по команде с ПУО 32 с первого выхода блока 32 на вход блока 33 РЛС переходит в режим квазинепрерывного излучения с малой скважностью и малым периодом. С третьего выхода СУ 33 на вход СИД 21 должна поступать последовательность импульсов, соответствующая периоду. При уменьшении периода измеренная дальность до ВО может быть ошибочной при задержке отраженного сигнала более чем на Т_и. Поэтому при переходе в режим квазинепрерывного излучения сигналы с третьего выхода СУ 33 на вход СИД не поступают и СИД прекращает свою работу на время излучения и приема М пачек сигналов с перестройкой частоты (с малой скважностью). В этом случае на выходе первого АЦП 26 сигнал о дальности до ВО пропадает. За время излучения М пачек сигналов воздушный объект перемещается на некоторое расстояние, зависящее от его скорости. В этом случае ошибка несовпадения по времени опорного сигнала и сигнала, отраженного от ВО, будет постепенно возрастать и возможна ситуация, при которой отраженный от ВО сигнал на n-й частоте из состава некоторой n-ой пачки, приходя на первый вход третьего ФД 23, не будет совпадать по времени с опорным сигналом, подаваемым на второй вход третьего ФД 23 с выхода СЭЗ 24. Для исключения этого необходимо осуществлять сдвиг опорного сигнала для n-го импульса n-й пачки по дальности на величину ΔR=V_rT_и[N(m-1)+n]. Рассчитанная поправка должна вычитаться из начальной дальности до ВО, определенной в импульсном режиме. Таким образом будет осуществляться аппроксимация наклонной дальности до ВО с учетом ее скорости и времени, прошедшим с момента начала излучения квазинепрерывной последовательности импульсов до момента прихода n-го импульса n-й пачки. Для этого рассчитанное в СИС 29 значение V_r с выхода четвертого АЦП 35 подается на третий вход схемы электронной задержки.

Сигнал с выхода АД 22 поступает на первый вход временного различителя, второй и третий входы которого связаны с соответствующими выходами генератора двух следящих полустробов, вход которого связан с выходом регулируемой цепи задержки, первый вход которой связан с выходом управляющего устройства, вход которого связан с выходом временного различителя. РЦЗ запускается импульсами схемы управления длительностью Т_и, поступающими на первый вход СИД. Первый вход СИД является входом РЦЗ, которая вырабатывает импульсы задержки. Длительность этих импульсов пропорциональна управляющему напряжению дальности, приходящему с выхода управляющего устройства. Задний срез импульса задержки дифференцируется, и сформированный при этом сигнал запускает генератор двух следящих полустробов. Полученные в нем полустробы поступают на временной различитель, состоящий из двух каскадов совпадения и схемы сравнения. Полустробы поочередно открывают каскады совпадения, вследствие чего часть отраженного сигнала с выхода АД 22 проходит через первый, а часть - через второй каскады совпадений. На выходе временного различителя стоит схема сравнения, вырабатывающая напряжение сигнала ошибки, пропорциональное отклонению отраженного сигнала от стыка полустробов. Полярность сигнала ошибки определяется направлением отклонения.

При полете ВО положение отраженного им сигнала на выходе АД 22 будет изменяться, вызывая рассогласование между импульсом от ВО и стыком полустробов. Это приводит к изменению сигнала ошибки, который после преобразования и усиления в управляющем устройстве изменяет напряжение на его выходе (это и есть сигнал, пропорциональный дальности до ВО), которое заставляет регулируемую цепь задержки сместить полустробы в положение, при котором сигнал ошибки будет равен нулю. Выходом СИД 21 является выход управляющего устройства. С выхода СИД 21 сигнал, пропорциональный дальности до ВО, поступает на вход первого АЦП 26, который переводит аналоговый сигнал дальности в цифровой вид и подает его для дальнейшего использования на третий вход БКПД 34 и на первый вход СЭЗ 24.

Сигналы с выхода БЭЛЧПСК 17 поступают на входы АД 22 и третьего ФД 23, а затем на входы ключей 27 и 28, которые пропускают сигнал на входы второго и третьего АЦП 30 и 31 соответственно при наличии на вторых входах ключей импульсного сигнала, соответствующего логической единице со второго выхода ПУО 32. Сигнал логической единицы может формироваться автоматически при переходе на автосопровождение ВО или же после перехода РЛС в режим сопровождения, принятия решения оператором на радиолокационное распознавание ВО и нажатия соответствующей кнопки на ПУО 32. После поступления на вторые входы ключей 27 и 28 разрешающего импульсного сигнала на входы второго АЦП 30 и третьего АЦП 31 поступает информация, необходимая для формирования избыточной матрицы данных, состоящей из множества последовательностей отраженных сигналов на N частотах. После запоминания амплитуд и фаз М-го числа последовательностей из N сигналов во входном буфере процессор БКПД 34 осуществляет преобразование их параметров.

Пульт управления оператора представляет собой блок, в котором может находиться некоторое количество кнопок, тумблеров и реле, коммутирующих различные режимы работы РЛС. В данном конкретном случае пульт управления оператора кроме всего прочего содержит кнопку, реле времени и источник питания, принципиально необходимые для записи параметров последовательностей из N отраженных сигналов. С помощью этих элементов включается режим накопления и записи отраженных сигналов. Время накопления М-го числа последовательностей определятся наличием времени на принятие решения. В случае распознавания ВО на больших дальностях РЛС располагает достаточно большим запасом времени, и в этом случае возможно формирование ИМД на протяжении нескольких секунд с целью выбора наиболее информативного интервала для формирования многочастотной синтезированной матрицы рассеяния (МСМР) и последующего качественного построения изображения [16]. При отсутствии требуемого времени на накопление сигналов (малая дальность до объекта) или невозможности формирования ИМД по причине сложной помехой обстановки осуществляется обработка только пачки из N сигналов для построения дальностного портрета (ДлП). Таким образом, после нажатия кнопки на ПУО срабатывает и встает на самоблокировку реле времени, обеспечивающее подачу на второй выход ПУО 32 постоянного положительного сигнала управления, коммутирующего первые входы ключей с их выходами на время приема М последовательностей, каждая из которых включает N сигналов с перестройкой частоты. Данные сигналы поступают затем в БКПД 34, устройство двухуровневого распознавания по дальностным портретам 48 и устройство нейросетевого распознавания по ДРЛИ 56. Ключи 27 и 28 исключают проникновение в БКПД 34 и далее в устройства нейросетевого распознавания 48 и 56 сигналов в моменты времени, не участвующие в классификации (распознавании).

С выхода второго АЦП 30 сигнал, характеризующий амплитуду отраженного сигнала в цифровом виде, поступает на первый вход БКПД 34, а сигнал, несущий информацию о фазе отраженного сигнала, с выхода третьего АЦП 31 в цифровой форме поступает на второй вход БКПД 34.

С выхода БЭЛЧПСК 17 отраженные сигналы поступают на первый вход системы измерения скорости СИС 29, на второй вход которой поступают опорные сигналы на той же частоте (не принимая во внимание несущую частоту f₀), на которой был излучен сигнал в направлении ВО. За правильную подачу сигнала соответствующей частоты отвечает СЭЗ 24. Система измерения скорости 29 включает в себя схему частотного дискриминатора, которая в качестве опорного напряжения использует сигнал с выхода СЭЗ 24. Амплитуда напряжения с выхода дискриминатора, пропорциональная доплеровскому сдвигу частоты, поступает на четвертый АЦП 35 и далее в цифровом виде - на четвертый вход БКПД 34, третий вход СЭЗ 24 и пятый вход БКА 42. Блок 34 представляет собой электронно-вычислительную машину, то есть вычислительный комплекс, пример реализации и применения которого приведен в [17, с.255 рис.7.1, с.287 рис.7.10, с.291 рис.7.11; 18, с.77 рис.3.20, с.79 рис.3.21, с.133 рис.4.22].

БКПД 34 рассчитывает изменение фазы Δφ_nm, обусловленное поступательным движением объекта [19], по формуле Δφ_nm=2k_nV_rТ_и[N(m-1)+n], где k_n=2π/λ_n - волновое число, λ_n - длина волны на n-й частоте; n - номер запоминаемого импульса, m - номер текущей многочастотной последовательности; V_r - радиальная скорость ВО. Данные о V_r поступают на четвертый вход БКПД 34 с выхода четвертого АЦП 35. Кроме того, блок 34 рассчитывает значение фазы, связанное с начальной дальностью до ВО Δφ_Rn=4πR₀/λ_n. Физический смысл операции компенсации дальности и поступательного движения приведен в [19]. В блоке 34 рассчитывается результирующее значение фазы φ_{вз n}, связанное только с взаимным расположением рассеивающих центров на планере ВО в радиальном направлении и не связанное с дальностью до ВО и ее изменением. Для расчета используется формула

φ_{вз n}=φ_∑nm-Δφ_nm-Δφ_Rn,

где φ_{вз n} - значение фазы принятого сигнала в n-й момент времени, связанное только с радиальным взаимным расположением рассеивающих центров на планере объекта;

φ_∑nm - входное (суммарное) значение фазы сигнала n-го отраженного сигнала в m-й последовательности на втором входе блока 34;

Δφ_nm - компенсируемое значение фазы сигнала в n-м периоде зондирования m-й последовательности, рассчитываемое по формуле Δφ_nm=2k_nV_r[Т_и(m-1)+n] и связанное с перемещением ВО;

Δφ_Rn - компенсируемое значение фазы, связанной с начальной дальностью до ВО R₀, вычисленной по времени задержки первого принятого импульса, участвующего в распознавании. После вычитания вредных фазовых сдвигов на выходе БКПД 34 формируется последовательность комплексных сигналов вида