Устройство радиолокационного распознавания воздушных объектов

Устройство радиолокационного распознавания воздушных объектов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для распознавания воздушных объектов (ВО) в "просветных" радиолокационных станциях (РЛС) [1].

Известны устройства, решающие задачу распознавания объектов по радиолокационным эхо-сигналам [2, 3]. Эти устройства требуют значительных временных затрат, что не позволяет использовать их при работе в реальном времени.

Устройство распознавания [4] не может быть использовано на РЛС, не измеряющей высоту ВО, что сильно ограничивает область его применения.

Наиболее близким по своей технической сущности и техническому исполнению является устройство распознавания [5], используемое в «просветной» РЛС и принятое за прототип. Это устройство содержит блок обработки радиолокационной информации, формирователь доплеровских портретов (ДП), классификаторы первого и второго уровней, вычислитель модуля трассовой скорости, пороговое устройство и формирователь эталонных данных. В основе работы устройства-прототипа лежит сопоставление информации о распознаваемом ВО с априорной информацией о классах ВО. В качестве такой информации используются огибающая доплеровского спектра сигнала, из которой формируется ДП ВО, а также трассовая скорость ВО.

Недостатком прототипа является низкая вероятность правильного распознавания классов ВО «вертолет» и «легкомоторный самолет» (0,72-0,8). Высокая вероятность перепутывания этих классов вызвана схожестью их трассовых скоростей, а также близостью их теневых профилей и, как следствие, доплеровских портретов.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение вероятности правильного распознавания классов ВО «вертолет» и «легкомоторный самолет».

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство-прототип, содержащее блок обработки радиолокационной информации, формирователь доплеровских портретов, классификаторы первого и второго уровней, вычислитель модуля трассовой скорости, пороговое устройство и формирователь эталонных данных, введены блок выделения спектральных составляющих вращающихся элементов и классификатор спектральных составляющих вращающихся элементов с соответствующими связями.

На фигурах 1 и 2 представлены структурные схемы соответственно прототипа и предлагаемого устройства со следующими обозначениями:

1 - блок обработки радиолокационной информации (БО);

2 - формирователь доплеровских портретов (ФДП);

3 - классификатор первого уровня (КПУ);

4 - классификатор второго уровня (КВУ);

5 - вычислитель модуля трассовой скорости (ВМТС);

6 - пороговое устройство (ПУ);

7 - формирователь эталонных данных (ФЭД);

8 - блок выделения спектральных составляющих вращающихся элементов (БВ ССВЭ);

9 - классификатор спектральных составляющих вращающихся элементов (КССВЭ).

Предлагаемое устройство состоит из последовательно соединенных блока обработки радиолокационной информации БО 1, формирователя доплеровских портретов ФДП 2, классификатора первого уровня и классификатора второго уровня КПУ 3 и КВУ 4, а также вычислителя модуля трассовой скорости ВМТС 5, порогового устройства ПУ 6, формирователя эталонных данных ФЭД 7, блока выделения спектральных составляющих вращающихся элементов БВ ССВЭ 8 и классификатора спектральных составляющих вращающихся элементов КССВЭ 9, причем второй выход БО 1 через ВМТС 5 и ПУ 6 соединен со вторым входом КПУ 3, третий выход БО 1 через БВ ССВЭ 8 соединен с первым входом КССВЭ 9, первый выход ФЭД 7 - с третьим входом КПУ 3, три выхода которого соединены с тремя входами КВУ 4, второй выход ФЭД 7 соединен со вторым входом КССВЭ 9, выход которого соединен с четвертым входом КВУ 4, а выход КВУ 4 является выходом устройства.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При обработке сигнала, полученного с приемника РЛС, БО 1 измеряет частоту Доплера и амплитуду сигнала, азимут ВО, его координаты и компоненты скорости (V_x и V_у), а также проводит обработку сигнала (фильтрацию помех и сигналов от других ВО).

На основании данных, полученных с БО 1 (частота Доплера и амплитуда сигнала), ФДП 2 формирует доплеровский портрет ВО, в котором с шагом по частоте 1 Гц определяется амплитуда ДП в заданном диапазоне частот.

Информация о ДП ВО поступает на первый вход КПУ 3. На второй вход КПУ 3 поступает информация о трассовой скорости ВО, которая вычисляется в ВМТС 5 на основании данных о скоростях V_x и V_y, полученных с выхода БО 1, по формуле:

Пороговое значение V_T, соответствующее различным классам ВО, определяется в ПУ 6 по заданной вероятности ложных тревог с использованием критерия Неймана - Пирсона [6].

На третий вход КПУ 3 с ФЭД 7 поступает информация об эталонных ДП. В КПУ 3 имеются 3 непараметрических классификатора, каждый из которых, сравнивая поступающую информацию, использует свой признак распознавания. В качестве признаков выбраны коэффициент взаимной корреляции между ДП ВО и эталонными ДП, геометрическая близость между ними и среднее значение нормированной амплитуды ДП ВО в заданном частотном диапазоне. Также в КПУ 3 используется полученная в ВМТС 5 информация о трассовой скорости ВО, благодаря чему исключается неопределенность классификации по трассовой скорости.

Обработанный радиолокационный сигнал с третьего выхода БО 1 поступает на вход БВ ССВЭ 8, где происходит выделение спектральных составляющих, возникающих из-за наличия на ВО вращающихся элементов конструкции, измерение их частот и амплитуд и формирование доплеровских портретов ССВЭ (ДП ССВЭ), в которых с заданным шагом по частоте определяется амплитуда ДП ССВЭ в заданном диапазоне частот. Эта информация поступает на первый вход КССВЭ 9.

КССВЭ 9 осуществляет классификацию ВО, сравнивая ДП ССВЭ с эталонной информацией, поступающей из ФЭД 7 на второй вход КССВЭ 9. При этом эталонными являются только классы ВО «вертолет» и «легкомоторный самолет».

Результаты, полученные в КПУ 3, поступают на КВУ 4, где применяется корректор по большинству, использующий алгоритм голосования, после чего принимается решение о принадлежности ВО к определенному классу. Если принято решение о принадлежности ВО к классам «вертолет» или «легкомоторный самолет», дополнительно учитывается результат, полученный в КССВЭ 9.

Как показал эксперимент, вероятность правильного распознавания классов ВО «вертолет» и «легкомоторный самолет» в предложенном устройстве составила 0,81-0,88. Вероятность правильного распознавания остальных классов ВО не изменилась.

Таким образом, введение в прототип БВ ССВЭ 8 и КССВЭ 9 с соответствующими связями позволило учесть модуляцию сигналов, возникающую из-за наличия на ВО вращающихся элементов, что приводит к повышению вероятности правильного распознавания классов ВО «вертолет» и «легкомоторный самолет».

Источники информации

1. Бляхман А.Б., Рунова И.А. Радиотехника и электроника, 2001, т.46, №4, с.424.

2. Матюгин С.Н., Односевцев В.А. Распознавание радиотелеграфных сигналов КВ-диапазона. Труды XX Всероссийской конференции по распространению радиоволн. Н. Новгород, 2-4 июля 2002, изд-во ТАЛАМ, Н.Новгород, 2002, с.169.

3. Саблин В.Н., Чапурский В.В., Шейко А.П. Нейросетевое распознавание спектральных портретов воздушных объектов при наблюдении методом теневого инверсного радиолокационного синтезирования апертуры. Радиотехника и электроника, 2004, том 49, №2, с.184-195.

4. Матюгин С.Н., Бляхман А.Б. Устройство радиолокационного распознавания воздушных объектов. Патент №2324201 по заявке №2006115013 от 02.05.2006.

5. Матюгин С.Н., Бляхман А.Б. Устройство радиолокационного распознавания воздушных объектов. Патент №2324202 по заявке №2005134737 от 09.11.2005.

6. Селекция и распознавание на основе локационной информации. Под ред. проф. А.Л.Горелика, М.: Радио и связь, 1990.

Устройство радиолокационного распознавания воздушных объектов (ВО), состоящее из последовательно соединенных блока обработки радиолокационной информации (РЛИ), полученной с приемника радиолокационной станции, формирователя доплеровских портретов (ДП) распознаваемых ВО, классификатора первого уровня и классификатора второго уровня, а также последовательно соединенных со вторым выходом блока обработки РЛИ вычислителя модуля трассовой скорости, порогового устройства, выход которого соединен со вторым входом классификатора первого уровня, и формирователя эталонных данных, выход которого соединен с третьим входом классификатора первого уровня, три выхода которого в соответствии с признаками распознавания ВО соединены с тремя входами классификатора второго уровня, выход которого является выходом всего устройства, при этом блок обработки РЛИ предназначен для фильтрации сигнала от ВО и измерения частоты Доплера, амплитуды сигнала, азимута и скорости распознаваемого ВО, классификатор второго уровня предназначен для коррекции полученной информации по большинству признаков распознаваемых ВО и принятия решения о принадлежности ВО к определенному классу, формирователь эталонных данных предназначен для имитации сигналов ВО и формирования эталонных ДП и трассовых скоростей для каждого класса ВО, отличающееся тем, что в него введены соединенный с третьим выходом блока обработки РЛИ блок выделения спектральных составляющих вращающихся элементов (БВ ССВЭ), предназначенный для выделения, измерения частот и амплитуд ССВЭ и формирования доплеровских портретов ССВЭ, и соединенный с выходом БВ ССВЭ и вторым выходом формирователя эталонных данных классификатор спектральных составляющих вращающихся элементов (КССВЭ), который осуществляет классификацию ВО, сравнивая информацию, поступающую из БВ ССВЭ, с эталонной информацией, поступающей из формирователя эталонных данных, при этом выход КССВЭ соединен с четвертым входом классификатора второго уровня.