Угломерно-доплеровский алгоритм селекции медленно движущихся объектов в РЛС Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Секция теоретических основ радиотехники

УДК 621.396.984/985

В.П. Федосов, К.Э. Цокур

УГЛОМЕРНО-ДОПЛЕРОВСКИЙ АЛГОРИТМ СЕЛЕКЦИИ МЕДЛЕННО ДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ В РЛС

Оценка углового положения объекта локации в РЛС при движущемся носителе может производиться в режиме синтезированной апертуры (РСА) или более просто с помощью режима доплеровского заострения луча (ДЗЛ), в котором используется зависимость доплеровского приращения частоты от направления в переднем секторе наблюдения [1]. Если объект движется, то его движение может вызывать ошибку (смещение по азимуту) в оценке направления по данньм канала РСА и ДЗЛ. С помощью частотных методов определить движение объектов локации при малых скоростях их перемещения невозможно из-за малых доплеровских приращений частоты.

В настоящей статье описаны методы селекции медленно движущихся объектов (СМДО), основанные на сравнении оценок направления на движущийся объект, выполненных двумя способами. В качестве второго способа определения направления на объект применяется случай, когда носителем пространственных (по азимутальному направлению) признаков отраженных от поверхностей и объектов сигналов могут служить процессы на выходах моноимпульсных РЛС (МРЛС), позволяющих без сканирования ДН определять направление на объект относительно равносигнального направления. Угломерная оценка в РЛС не подвержена действию доплеровского приращения частоты [2].

При известной скорости Уг обнаруживаемого объекта и его углового положения относительно равносигнального направления (РСН) Оц синтезируемый селектор основан на формировании отношений правдоподобия в канале обнаружения движущегося и неподвижного объектов на фоне шумов и в канале различения объектов. При обнаружении точечных объектов на фоне изотропных помех пространственно-временная обработка распадается на независимые пространственную и временную.

Это позволяет разделить доплеровскую и угломерную обработки на выходах РЛС, а затем принимать решение по результатам этих обработок.

Для объектов, обладающих существенным контрастом по интенсивности отражений на фоне эхо-сигналов от поверхности (фоновые отражения) и внутриприемного шума, распределение на выходе угломерного канала МРЛС можно считать нормальным, а закон изменения среднего значения за время наблюдения Тс угломерных отсчетов У(^, Оа), обусловленных движением носителя РЛС, - известным. Тогда оптимальная обработка сводится к независимой корреляционной обработке на вы-

ходах РЛС, сравнению корреляционных интегралов с пороговыми значениями и совмещении принятых решений в схеме совпадения.

Опорный сигнал в корреляторе доплеровского канала ron(t, Y0) соответствует траекторному сигналу, представленному в виде

Si(t) = X yfzcfainТ), в^п7)^(0ехр{;{^ + <°d(nT)(t - /2 7)]},

/»=0

где Е имеет смысл энергии на раскрыве АД [3];

G - вектор, характеризующий свойства антенного датчика (АД);

(X, 0,1 _ координаты элементарных отражателей;

СС2(пТ), 0~,(пТ) - угловые координаты источника г-го сигнала движущегося объекта для момента времени пТ, n—l,2,...,N на выходе суммарного канала, а его комплексная огибающая может быть описана в виде

ад, К) = zG\a{t)A{t - г2)]е'Ч(,-Ч (1)

где, в свою очередь, г - коэффициент отражения объектом зондирующего сигнала; к = 1; 2 (при к—1 обнаруживается неподвижный объект,

при к—2 - движущийся); А(() - комплексная огибающая зондирующего сигнала.

Доплеровское приращение щ (при к=2) можно рассчитать по формуле

AkV

ык - —у-(cos ва cos аа - Да sin аа cos 9а), k=\ ; 2,

где еХа, ва ~ углы ориентации антенной системы относительно линии движения носителя; Аа, Ав - отклонения направления на точку отражающей поверхности относительно оси остронаправленной антенной системы; V - скорость носителя РЛС.

Для этого же объекта напряжение сигнала на выходе углового дискриминатора имеет вид пачки импульсов числом 2М в предположении линейности его пеленгационной характеристики:

м

Ylc(t)= L

п = -М

где fJ - крутизна пеленгационной характеристики (ПХ) углового дискриминатора, Onfn)- закон изменения азимута цели, вызванного движением

носителя: ak(n)!=ai< +VnT/Rj.

Из формулы (1) следует, что сигнал, отраженный от неподвижного объекта на азимуте а\, имеет то же смещение частоты, что и сигнал, отраженный от движущегося объекта с радиальной скоростью Vr, на азимуте: а2 = arcsin(aj + \^ / I )

Однако при этом Yn(t) для неподвижного и движущегося объектов изменяется по различным законам, что и может быть использовано для

обнаружения медленно движущихся объектов в угломерно-доплеровском селекторе. Параметром обнаружения является отношение сигнал/шум, а параметром различения - угловое рассогласование между движущимся и неподвижным объектами.

Для СМДО с априорно неизвестной скоростью объекта необходимо организовать зону минимальной чувствительности для неподвижных объектов в заданном направлении. При перемещении РЛС с помощью такой зоны можно уменьшить мощность сигналов, отражённых от неподвижных объектов и от поверхности, вдоль линии перемещения. Для этого возможно функциональным преобразованием исходных выборок на выходах РЛС в суммарном и угломерном каналах сопоставить в одном базисе, а затем, вычитанием полученной статистики, исключить выходной сигнал от неподвижного объекта на произвольном направлении а\. Таким базисом может быть оценка направления а*, полученная одновременно с помощью моноимпульсного угломера и ДЗЛ. Этот принцип реализован в селекторе (рис. 1), в состав которого входят: согласованные фильтры СФ1 и СФ2; угловой дискриминатор (УД); параллельный анализатор спектра (ПАС) с 2М каналами, квантователь (КВ) на столько же уровней квантования, наборы детекторов и пороговых устройств ПУ1, логический сумматор “ИЛИ" на 2М входов, позиционно-уровневый преобразователь ПУП, сумматор (£), вычитатель (ВЫЧ) и пороговое устройство ПУ2. Спектральные коэффициенты Фурье, преобразованные в модульные значения, сравниваются с пороговыми уровнями в ПУ1. Модули, превышающие пороговый уровень и нормированные до значения Vо, умножаются в ПУП на коэффициенты /с,-, ге(-М, М), затем преобразованные уровни складываются в сумматоре £. Квантованные угломерные отсчеты на выходе угломерного канала МРЛС стробируются по времени сигналами, обнаруженными на фоне шума в ПУ1, и вычитаются из сигналов на выходе сумматора Е, а затем разности сравниваются с пороговыми значениями С20 в ПУ2. Превысившие С20 значения разностей относятся к движущимся объектам.

Рис. 1

Для оценки степени рассогласования угломерной и доплеровской оценок на объект, вызбанных его движением, и расчета весовых коэффициентов /с, введём угломерно-частотную функцию рассогласования

Х4Ут), характеризующую результат вычитания в вычитателе (см. рис.1):

ху<Уг) =х2(Уг) = хш(Уг) - ху(Уг)

где *„(»'.>- £* х.(К)=1.К14ШК,а,йх/Уг) =

1 = -М 1=-м

-У2

и с\1х — ^10*

с • 10’

• ( /

и.(х) = 1

1 \о,:

•х{, У(х) е [х. - Д Г / 2, х. + А У / 2]; ,Г(х) <г[х. -ДУ/2,*. + ДГ/2];

дг - интервал квантования угломерной оценки, равный линейному участку пеленгационной характеристики (ПХ) вблизи РСН (2Да^ 5),

деленному на 2М.

Весовые коэффициенты можно определить, приравняв нулю функцию рассогласования (2), при = 0, = а,.

Линейному участку на ПХ соответствует диапазон доплеровских частот: <

Асо% = —— 2Дог0 зтаА со$0л

А

»

тогда К. = -Я^ 5Ш а -------е(-М,М).

‘ АУг 0 2 М

Таким образом описан алгоритм СМДО, основанный на сравнении оценок направления на движущийся объект. Получена функциональная схема алгоритма и выражения для оценки рассогласования в каналах диапазона доплеровских приращений частот в канале ДЗЛ (РСА), определены коэффициенты, используемые при обработке сигналов по разработанному алгоритму.

ЛИТЕРАТУРА

1. Справочник по радиолокации / Под ред. М. С кол ника. М.: Сов. радио, 1979. Т.З. 528 с.

2. Леонов А.И., Фомичёв К.И. Моноимпульсная радиолокация. М.: Радио и связь, 1984. 312 с.

3. Справочник по радиолокации / Под ред. М. Сколника. М.: Сов. радио, 1977. Т2. 408 с.