Способ обнаружения и распознавания радиолокационных объектов

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Институт прикладной физики Академии наук Республики Беларусь(73) Патентообладатель Институт прикладной физики Академии наук Республики Беларусь(57) Способ обнаружения и распознавания радиолокационных объектов, заключающийся в облучении объекта кругополяризованной сверхвысокочастотной волной, приеме отраженной волны, обработке сигнала, определении поляризации каждого импульса для нахождения значения корреляционной функции, отличающиися тем, что на радиолокационный объект устанавливают трехгранный уголковый отражатель, на одну из граней которого нанесен слой вещества с зависящей от приложенного напряжения оптической толщиной, за счет управления которой кодируют по закону псевдослучайной последовательности направление вращения отраженной кругополяризованной волны путем изменения на 180 разности фаз между ее ортогонально поляризованными составляющими, а при определении значения корреляционной функции используют известную кодированную зависимость. 1742 1 4. Антенны эллиптической поляризации / Под ред. А. И. Шпунтова.-М, 1961. 5. Литвинов Д. Д., Киселев В. К. Устройство для автоматического измерения коэффициентов поляризационной матрицы отражения в квазиоптическом тракте. Препринт 221, ИРЭ АН УССР.-Харьков,1983. 6. Князьков Б. Н., Кулешов Е. М. и др. Квазиоптические делители пучка. Известия ВУЗов СССРРадиоэлектроника, т.21, 8, 1978.-С.19-24. 7. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. Изд. Зе.-М. Сов. радио, 1977.-С.440-472. Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано в военно-инженерном деле, на воздушных и морских судах для обнаружения покоящихся или находящихся в движении радиолокационных объектов и распознавания их в условиях замутненной окружающей среды и сильных осадков, а также на фоне стационарных мешающих отражений. Известен радиолокационный способ обнаружения и идентификации радиолокационных объектов в условиях сильных осадков и на фоне мешающих отражений 1, основанный на облучении кругополяризованным с внутриимпульсной кодированной поляризацией сигналом, кодирование которого осуществляется посредством переключения от одной круговой поляризации (правой или левой) к другой на каждом элементарном импульсе в соответствии с кодовой последовательностью Баркера, приеме отраженного сигнала, определении внутриимпульсной поляризации каждого принятого сигнала, корреляционной обработке сигнала, нахождении взаимнокорреляционной функции, по величине которой осуществляют идентификацию объекта и его обнаружение. Этот способ основан на том, что принятый сигнал изменяет поляризацию на ортогональную по сравнению с падающей при отражении от нечетного числа плоскостей, например, трехгранного уголкового отражателя, и тогда,как известно, взаимнокорреляционная функция будет иметь максимальное (для данного кода) отрицательное значение, а при четном числе - положительное значение. Целям других типов будут соответствовать некоторые промежуточные значения между этими максимальными амплитудами корреляционной функции сжатого сигнала. Однако осуществить поляризационное кодирование элементарных импульсов с высоким быстродействием при больших мощностях излучаемой сверхвысокочастотной волны, особенно в диапазоне миллиметровых длин волн,является довольно сложной технической задачей, также существует большая вероятность, что сигнал от мешающих объектов может иметь четное или нечетное количество отражений, и тогда взаимнокорреляционная функция будет равна соответствующему значению и в условиях сильных осадков за счет ограниченной излучаемой мощности может иметь место ошибочное обнаружение или же пропуск объекта идентификации, расположенного на большом расстоянии. Известен также способ обнаружения и распознавания радиолокационных объектов в условиях сильных мешающих отражений и осадков с помощью частотно-поляризационного радиолокатора 2, основанный на облучении кругополяризованной волной с изменяющейся от импульса к импульсу круговой поляризацией (от правой к левой и наоборот) и изменяющейся внутриимпульсной частотой, приеме отраженного сигнала, осуществлении его согласованной фильтрации и определении спектральных составляющих, расположение которых представляет собой относительное расположение отражателей, причем при отражении от четного и нечетного числа плоскостей,например, трехгранника или двухгранника происходит или не происходит изменение поляризации отраженного сигнала, по которому осуществляют идентификацию объекта или системы отражателей. К недостаткам данного способа следует отнести то, что необходимо знать поляризационную характеристику объекта обнаружения для его идентификации, при этом, если объект состоит из одного отражателя, то существует вероятность принять мешающее отражение за искомый объект, а при его сложной форме поляризационная характеристика зависит от большого числа факторов, что значительно усложняет распознавание объекта. Следует отметить, что при распознавании на больших расстояниях в условиях сильных осадков из-за большого ослабления волны может иметь место пропуск объекта, а за счет сильного отражения от осадков - ложное срабатывание (обнаружение). Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, реализованный в 3 и заключающийся в облучении кругополяризованной с внутриимпульсной кодированной поляризацией сигнала волной, кодирование которой осуществляется посредством переключения от одной круговой поляризации (правой или левой) к другой на каждом элементарном импульсе в соответствии с кодом псевдослучайной последовательности, приеме отраженного сигнала,определении внутриимпульсной поляризации каждого принятого сигнала, корреляционой обработке сигнала, нахождении взаимнокорреляционной функции, по величине которой осуществляют обнаружение и распознавание. К недостаткам этого метода следует отнести то, что распознавание происходит за счет поляризационной особенности радиолокационной цели, которую необходимо знать и за счет которой изменяется или нет поляризация отраженной волны по сравнению с падающей на взаимноортогональную, причем эту особенность (изменение на ортогональную) имеет большое число радиолокационных объектов и мешающих отражений, в том числе и искусственно образованных. Поэтому вероятность распознавания не может быть стопроцентной. Кроме того, за счет использования кодирования с высоким быстродействием поляризации каждого элементарного импульса, энергия которого на сверхвысоких частотах ограничена, ограничено и отношение сигнал-шум. 2 1742 1 Для повышения дальности и вероятности обнаружения и распознавания объектов в известном способе обнаружения и распознавания в условиях сильных осадков, замутненной окружающей среды и на фоне мешающих отражений, основанном на облучении кругополяризованной с внутриимпульсной кодированной поляризацией сверхвысокочастотной волной, приеме отраженного излучения, определении внутриимпульсной поляризации каждого принятого сигнала, корреляционной обработке сигнала и определении его взаимнокорреляционной функции, по величине которой производят обнаружение и распознавание объекта, дополнительно на объект устанавливают трехгранный уголковый отражатель, на одну из граней которого нанесен слой вещества с зависящей от приложенного напряжения оптической толщиной, за счет управления которой кодируют по закону псевдослучайной последовательности направление вращения отраженной кругополяризованной волны путем изменения на 180 разности фаз между ее ортогонально поляризованными составляющими, непрерывно определяют поляризацию отраженной волны и находят значение взаимнокорреляционной функции по известной кодированной зависимости. Сущность предложенного способа основывается на следующих положениях. Для повышения дальности и вероятности обнаружения и идентификации радиолокационных объектов,имеющих недостаточное радиолокационное отражение, на них устанавливают отражатели, например, трехгранные уголковые, для увеличения эффективной площади рассеивания. Обнаружение и идентификация в условиях сильных осадков (тумана, дождя, снега) осложнены тем, что существует сильное паразитное отражение от осадков, которое поступает в приемное устройство и может быть соизмеримо с сигналом от объекта, вследствие чего последний не будет различим. Поэтому для исключения хаотического отражения от дождя или сведения этого отражения до величины значительно меньшей, чем отражение от объекта, используют на практике кругополяризованное излучение 4. Таким образом, для увеличения дальности обнаружения на объектах устанавливают отражатели, для которых известны поляризационные зависимости отраженной волны, а также используют поляризационное кодирование сигнала для его оптимальной обработки и одновременно для исключения паразитного отражения от осадков - кругополяризованное излучение. Однако для увеличения дальности необходимо увеличивать мощность сигнала в импульсе, что на сверхвысоких частотах довольно сложно реализовать на практике, особенно в диапазоне миллиметровых длин волн. Для решения поставленной задачи в заявляемом способе применяют непрерывную кругополяризованную (с правым или же с левым вращением) волну. При этом нет ограничения в излучаемой непрерывной мощности и нет необходимости в осуществлении поляризационного кодирования на сверхвысоких частотах. Использование кругополяризованного излучения уменьшает паразитное влияние отражения от осадков. Если теперь на объекте установить отражатель, который может изменять поляризацию отраженной от него волны в соответствии с заданным кодом, например, по закону псевдослучайной последовательности при подаче на отражатель соответствующего импульсного кодирующего напряжения, то поляризационное кодирование отраженной волны можно осуществить с высоким быстродействием без использования специальных сверхвысокочастотных устройств при неограниченной непрерывной излучаемой мощности. Зная закон поляризационного кодирования на приемном устройстве и непрерывно определяя поляризацию принятой волны, можно, как и в прототипе, использовать оптимальную обработку сигнала, определяя взаимнокорреляционную функцию, на основании которой производят обнаружение и распознавание объекта. В качестве электрически управляемого (кодируемого) отражателя может быть использован трехгранный уголковый отражатель, одна из плоскостей (граней) которого изготавливается с изменяющейся проводимостью в зависимости от величины приложенного напряжения, причем быстродействие его переключения может достигать до 106 Гц. Также можно изготовить трехгранный уголковый отражатель, на одну из внутренних поверхностей которого устанавливается пластина сегнетоэлектрика и электрически изменяется ее диэлектрическая проницаемость по соответствующей кодовой последовательности. Частота изменения диэлектрической проницаемости пластины сегнетоэлектрика может достигать величины 1011 Гц и более, что в свою очередь,осуществляет изменение поляризации отраженной волны с таким же быстродействием, причем не происходит поглощения СВЧ энергии. При этом отражатели являются пассивными (только переотражая СВЧ волну) и, практически, не потребляя энергии для управления поляризацией. 1742 1 На фиг. показана блок-схема устройства, реализующего способ обнаружения и распознавания объектов. Устройство содержит СВЧ генератор 1, преобразователь поляризации 2, пере-дающую антенну 3, приемную антенну 4, делитель волны 5, первый смеситель 6, гетеродин 7, второй смеситель 8, первый усилитель промежуточной частоты 9, второй усилитель промежуточной частоты 10, фазовый детектор 11, согласованный фильтр 12, отражатель 13, устройство управления 14, генератор кода 15, генератор импульсов 16. Устройство работает следующим образом. СВЧ генератор 1 излучает линейно поляризованную волну, которая распространяется по квазиоптической линии передачи (лучеводу), поступает на преобразователь поляризации 2, выполненный на основе поляризационной проволочной решетки и металлического зеркала, как в 5, где преобразуется в волну, поляризованную по кругу. Далее волна поступает на передающую антенну 3. Отраженная от отражателя 13 волна поступает в приемную антенну 4. Отражатель 13 может быть установлен на объекте идентификации или же отдельно на местности (в море). Отражатель 13 может быть изготовлен в виде трехгранного уголкового отражателя, одна или несколько граней которого имеют внутренние поверхности с изменяющейся проводимостью при подаче импульсного кодирующего напряжения по закону, например,псевдослучайной последовательности. Эта кодирующая последовательность импульсов также известна на приемно-передающем устройстве. Генератор импульсов 16 задает начало и конец кодирующей последовательности импульсов 15, которая через устройство управления информацией 14 поступает на отражатель 13. При этом происходит изменение проводимости пластины отражателя 13, что в свою очередь изменяет поляризацию отраженной волны (с круговой правого вращения на левую и наоборот), и, таким образом, происходит внутриимпульсная перестройка поляризации отраженной волны. Приемная антенна 4, аналогичная передающей антенне 3, принимает сигнал с любой поляризацией. Сигнал приемной антенны 4 поступает на делитель волны 5, который делит волну на ортогонально поляризованные составляющие, состоящий из вращающейся поляризационной решетки 6, которая установлена под углом в 45 к направлению распространения волны, причем составляющая электромагнитной волны, электрический вектор которой параллелен проволочкам решетки делителя волны 5, отражается от нее и попадает во второй делитель 8, составляющая электромагнитной волны,перпендикулярная направлениям проволочек делителя волны 5, пойдет через решетку и попадет в первый смеситель 6. На вторые входы первого и второго смесителей 6 и 8 поступает сигнал с гетеродина 7. Сигналы промежуточной частоты с выходов первого смесителя 6 и второго смесителя 8 поступают соответственно на первый и второй усилители промежуточной частоты 9 и 10, при этом каждый сигнал имеет свою фазу. Эти сигналы поступают на первый и второй входы фазового детектора 11 , выходной сигнал которого имеет положительное или отрицательное значение, что соответствует круговой поляризации сигнала с правым или левым вращением соответственно. Далее сигнал поступает на согласованный фильтр 12, который оптимальным образом выделяет искомый сигнал данного вида из смеси сигнал-шум, аналогично 7. Таким образом, предлагаемый способ позволит-значительно повысить дальность обнаружения в условиях сильных осадков и замутненной окружающей среды-повысить вероятность обнаружения и идентификации покоящихся или быстро движущихся объектов на фоне стационарных мешающих отражений-применять более чувствительные приемные устройства за счет отсутствия паразитного проникновения импульсного сигнала большой мощности в приемный канал-увеличить быстродействие переключения поляризации электромагнитной волны. оставитель Е.В. Фудоров Редактор В.Н. Позняк Корректор Т.Н. Никитина Заказ 2045 Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.