Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2453863

(19)

RU

(11)

2453863

(13)

C1

(51) МПК G01S13/78 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 27.08.2012 - действует Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011112422/07, 31.03.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

31.03.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 31.03.2011

(45) Опубликовано: 20.06.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2324202 С2, 10.05.2008. RU 2226166 C1, 27.03.2004. RU 2395782 C1, 27.07.2010. US 5689268 A, 18.11.1997. US 4389647 A, 22.12.1980. WO 2006133268 A2, 14.12.2006. EP 0443658 A, 28.08.1991. EP 211623 A, 25.02.2007. US 5557278 A, 17.09.1996.

Адрес для переписки:

603950, г.Нижний Новгород, ул. Шапошникова, 5, ОАО "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники"

(72) Автор(ы):

Колбин Антон Анатольевич (RU),

Бляхман Александр Борисович (RU),

Матюгин Сергей Никандрович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" (RU)

(54) УСТРОЙСТВО РАДИОЛОКАЦИОННОГО РАСПОЗНАВАНИЯ ВОЗДУШНЫХ ОБЪЕКТОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для распознавания воздушных объектов (ВО) в "просветных" радиолокационных станциях. Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение вероятности правильного распознавания классов ВО «вертолет» и «легкомоторный самолет». Указанный результат достигается тем, что заявленное устройство содержит блок обработки радиолокационной информации, формирователь доплеровских портретов, классификаторы первого и второго уровня, вычислитель модуля трассовой скорости, пороговое устройство, формирователь эталонных данных, блок выделения спектральных составляющих вращающихся элементов и классификатор спектральных составляющих вращающихся элементов с соответствующими связями, определенным образом соединенные между собой. 2 ил.

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.

Формула изобретения

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.

РИСУНКИ