Распознавание объектов наблюдения

Задача радиолокационного распознавания

Во многих случаях применения радиолокации желательно не только обнаружить цель и определить ее координаты, но и определить вид этой цели, т.е. произвести распознавание (опознавание) цели.

Задача радиолокационного распознавания целей встала остро прежде всего в радиолокационных системах противоракетной и противовоздушной обороны.

Для решения задач очередности и ответственности обстрела целей важно знать класс целей и в связи с этим выполняемые ими функции: стратегический бомбардировщик, истребитель-бомбардировщик, отвлекающая цель - ловушка, управляемая или неуправляемая ракета класса «воздух - земля», самонаводящийся на источник радиоизлучения снаряд, крылатая ракета, дрейфующий аэростат, вертолет и т.д.

Задача радиолокационного распознавания возникает также в РЛС разведки наземных и надводных целей когда нужно определить по отраженному сигналу тип цели: танк, бронетранспортер, автомобиль, группа людей, одиночный человек (бегущий, идущий, ползущий), танкер, эсминец, крейсер и т.д.

Следовательно, задача радиолокационнного распознавания сводится к установлению принадлежности разрешаемой цели к определенному классу.

Заметим, что установление государственной принадлежности целей составляет содержание самостоятельной задачи «опознавания ОН», решаемой путем кодирования и расшифровки запросного и ответного сигналов, содержащиго необходимую информацию об объекте. Эта задача является двухальтернативной. В системах управления воздушным движением кодированный сигнал ответчика может содержать не только информацию о государственной принадлежности самолета и его бортовом номере, но также и другие сведения, необходимые для эффективного управления воздушным движением.

Основные признаки ОН для радиолокационного распознавания

В основе классификации ОН могут лежать только те признаки или параметры целей, которые доступны радиолокационному наблюдению. Например, недоступны радиолокационному наблюдению такие параметры, как вес, цвет, температура цели. В то же время радиолокационному наблюдению доступны такие параметры, как дальность, скорость, угловые координаты целей, отражательная способность ее поверхности, пространственная ориентация, геометрические размеры и так называемые многомерные радиолокационные портреты (дальномерный, картинный и скоростной).

В зависимости от типа РЛС и обнаруживаемых целей различают случаи анализа одномерных и двухмерных изображений. РЛС с высокой разрешающей способностью и точностью по дальности позволяет воспроизвести профиль цели по дальности, что дает возможность осуществить распознавание ОН по их длине и контуру надстроек при определенных ракурсах относительно РЛС. При этом необходима разрешающая способность по дальности порядка единиц метров, наличие библиотеки образцов профилей различных целей для разных ракурсов, что требует большого объема памяти. Таким образом, одномерный анализ пригоден для распознавания ОН с небольшой скоростью маневрирования.

Координаты и параметры движения целей (дальность, скорость, азимут и угол места) играют второстепенную роль при распознавании, позволяя вынести лишь такие решения:

«цель ближняя» или «цель дальняя»;

«цель скоростная» или «цель малоскоростная»;

«цель маловысотная» или «цель высотная».

Определенной информативностью с точки зрения распознавания целей обладает мощность отраженного сигнала. Сравнение по интенсивности сигналов, отраженных от нескольких примерно равноудаленных от РЛС целей, позволяет вынести такие решения: «цель с малой эффективной отражающей поверхностью» или «цель с большой эффективной отражающей поверхностью».

Однако по интенсивности отраженного сигнала нельзя вынести решение о размерах цели, так как малоразмерная цель, например ловушка с уголковым отражателем на борту, может иметь большую ЭПР и, наоборот, крупноразмерная цель с противорадиолокационным покрытием может иметь малую ЭПР.

Большей информативностью распознавания обладают поляризационные параметры отраженного сигнала и прежде всего так называемая поляризационная матрица рассеяния. Последняя устанавливает соотношения мощностей ортогональных поляризационных компонентов отраженного сигнала в линейном или круговом базисе (горизонтально и вертикально поляризованных компонентов или компонентов с правой и левой круговой поляризацией) в зависимости от поляризационных характеристик зондирующего сигнала.

Поляризационная матрица рассеяния цели, полученная в процессе ее радиолокационного наблюдения, позволяет судить об ориентации цели в пространстве и о соотношении ее горизонтального и вертикального размеров в картинной плоскости.

Геометрические размеры цели в процессе ее радиолокационного наблюдения могут быть определены с использованием резонансных свойств цели, а также частотных свойств, связанных с понятием так называемого радиуса частотной корреляции цели. Резонансные свойства цели проявляются в заметном увеличении ее ЭПР, а значит, интенсивности отраженного сигнала, если размеры цели кратны половине длины облучающей волны.

Под радиусом частотной коррекции цели понимается такой разнос по частоте зондирующих сигналов, когда отраженные на этих частотах сигналы становятся практически независимыми. Радиус частотной корреляции обратно пропорционален радиальным размерам цели.

Перечисленные выше признаки или параметры относятся к простейшим категориям радиолокационного распознавания и могут быть определены при условии простого разрешения целей в пространстве радиолокационного наблюдения.

Более сложными категориями, обеспечивающими и более высокую информативность распознавания, являются так называемые радиолокационные портреты, отображающие образ цели. Получение радиолокационных портретов (двумерных изображений) возможно только при достижении такого разрешения, когда разрешаются элементы образа цели.

Под образом цели понимается распределение ее отражательных свойств по одной или нескольким координатам (дальности, азимуту, углу места, скорости). Образ цели является физической реальностью, не зависящей от свойств (временных, частотных, пространственных и поляризационных) зондирующего сигнала и зависящей только от цели с учетом ориентации ее в пространстве относительно РЛС. Следует различать дальномерный, картинный и скоростной образы.

Дальномерный и картинный образы соответствуют, по крайней мере, качественно представлениям о радиальном распределении и распределений в картинной плоскости отражательных свойств поверхности цели в оптическом диапазоне.

Скоростной образ учитывает распределение по радиальной скорости элементарных отражателей поверхности цели, которые совершают при ее движении как регулярное (поступательное или вращательное) перемещение, так и хаотическое перемещение, обусловленное различными случайными факторами.

Полной трансформацией скоростного образа цели в частотную область является спектр отраженного от цели сигнала при. монохроматическом зондирующем сигнале. В результате поступательного, вращательного и случайного перемещения элементов конструкции цели формируется сложный спектр отраженного сигнала от основной планерной спектральной составляющей и характерными для каждой цели боковыми составляющими, в совокупности представляющими частотный образ цели.

Создание четкого двухмерного изображения целей требует высокой разрешающей способности не только по дальности, но и по направлению, т.е. угловой разрешающей способности. Требуемое для распознавания целей разрешение на значительных расстояниях от РЛС достижимо только при синтезированных апертурах. Такое синтезирование возможно при относительном перемещении антенны РЛС и цели. Самолетные (спутниковые) РЛС бокового обзора с синтезированной апертурой позволяют получить четкое радиолокационное изображение местности по обе стороны линии пути (проекции траектории на подстилающую поверхность) носителя РЛС и распознать на этом изображении отдельные объекты. При неподвижной РЛС высокое разрешение по направлению можно получить при сканирующей ДНА РЛС инверсным синтезированием раскрыва. При этом необходимо достаточно большое время интегрирования принимаемых сигналов, что не является серьезным ограничением при наблюдении кораблей в отличие от быстро перемещающихся воздушных целей.

Радиолокационный портрет представляет собой распределение комплексных амплитуд отраженного сигнала по разрешаемым элементам цели. По мере улучшения разрешающей способности радиолокационный портрет стремится к образу цели.

Таким образом, радиолокационный портрет воспринимается как несколько огрубленный образ цели, причем степень огрубления или искажения зависит от того инструмента, с помощью которого выполняется портрет. Таким инструментом является зондирующий сигнал, его частотновременные и пространственные характеристики. Чем больше ширина спектра модуляции зондирующего сигнала, точнее дальномерный портрет будет походить на дальномерный образ. Чем ближе к монохроматическому будет зондирующий сигнал, тем точнее будет воспроизведен частотный (скоростной) образ.

Чем выше разрешающая способность радиолокационной системы по угловым координатам, тем точнее будет воспроизведен образ цели в картинной плоскости.

Таким образом, всякий радиолокационный портрет можно представить совокупностью N нормально распределенных статистически независимых

I |2

комплексных амплитуд z,-, распределение квадратов модулей которых |z(.| по искомой координате соответствует распределению мощности отраженного сигнала.

Мерность портрета определяется числом выделяемых элементов образа цели. Следует заметить, что по простейшим признакам целей (ЭПР, резонансные, частотно-корреляционные, флуктуационные, поляризационные свойства и характеристики) могут быть введены в рассмотрение соответствующие портреты.

Следовательно, задача радиолокационного распознавания сводится к распознаванию образов по радиолокационным портретам целей.

Кроме того для распознавания радиолокационных ОН могут использоваться различные изменения характеристик отраженных сигналов, обусловленные специфическими свойствами этих объектов. Периодические изменения амплитуды сигналов, появление дополнительных частотных составляющих в спектре отраженного сигнала, связанные с вращением винтов самолетов или вертолетов, позволяют отличить их друг от друга и от реактивных самолетов, перемещение гусениц танков относительно корпуса, позволяет отличить их от колесных объектов.

Траектория движения объектов, скорость их перемещения по траектории также могут служить признаком для распознавания целей при их сопровождении на достаточно большом интервале времени. Этот метод используется для распознавания баллистических ракет и ИСЗ среди других космических объектов. Особое значение имеет надежное распознавание баллистических ракет и особенно на восходящем участке траектории их полета. Для этого совместно с наземными РЛС ПРО используются и РЛС, размещенные на ИСЗ, которые позволяют обнаружить и сопровождать ракету от момента ее запуска.

Контрольные вопросы

  • 1. Назовите основные этапы обработки радиолокационной информации.
  • 2. Перечислите основные операции вторичной обработки РЛИ.
  • 3. Что такое «завязка» траектории?
  • 4. Назовите основные методы сопровождения ОН.
  • 5. Как строится строб первичного захвата?
  • 6. Отчего зависят размеры вторичного строба?
  • 7. Чем отличаются математический и физический стробы?
  • 8. Чем отличается фильтрация параметров траектории от экстраполяции?
  • 9. Нарисуйте структуру фильтра Калмана.
  • 10. Перечислите операции алгоритма синтеза фильтра Калмана.
  • 11. В чем заключается задача радиолокационного распознавания ОН?
  • 12. Что такое опознавание ОН?
  • 13. Перечислите основные признаки используемые при радиолокационном распознавании.
  • 14. Что такое радиолокационный портрет ОН?
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >