Технические науки/6. Электротехника и радиоэлектроника

Д.т.н. Митрофанов Д.Г.

Общество с ограниченной ответственностью "Смоленский

научно-инновационный центр радиоэлектронных систем "ЗАВАНТ", Россия

Результаты натурных экспериментов по исследованию признаков идентификации летательных аппаратов

В соответствии с содержанием проекта, поддержанного грантом РФФИ № 13-07-97505, в октябре 2013 года с привлечением радиолокационной техники ВА ВПВО ВС РФ было проведено несколько этапов экспериментальных работ по регистрации отражений от различных летательных аппаратов (ЛА) в интересах проверки информативности признаков идентификации. Экспериментальные исследования проводились по методике, разработанной в ходе экспериментов 2007-2012 годов и усовершенствованной в 2013 году [1]. Подготовка к контрольным записям отраженных сигналов потребовала оперативного решения нескольких дополнительных задач, которые могут быть квалифицированы как дополнительные пункты методики проводимых экспериментов. К ним, в частности, следует отнести

выбор пар радиолокационных станций (РЛС), имеющих требуемый разнос несущих частот, и проверка их на электромагнитную совместимость;

проверка приемной системы каждой РЛС по основному и дополнительному каналам приема сигналов и выбор каналов с наилучшим коэффициентом шума и наивысшим коэффициентом усиления;

проверка коэффициентов затухания каналов передачи отраженных сигналов в устройство регистрации и выравнивание уровней фиксируемых РЛС сигналов;

проверка возможности использования незадействованного для записи отраженных сигналов канала приема для автоматического сопровождения ЛА и др.

Пробная серия экспериментов была проведена по ЛА гражданского назначения в дневное время 12 октября 2013 года. К экспериментам привлекались две типовые импульсно-доплеровские РЛС 9С35М1 с разносом несущих частот порядка 110 МГц. Сопровождаемые ЛА двигались по центральному коридору пролета г. Смоленска с запада на восток. Сопровождение велось в задней полусфере, т. е. со стороны хвостового оперения ЛА. Надежное сопровождение обеспечивалось в диапазоне дальностей от 20 до 70 км. Курсовые углы движения ЛА с удалением от РЛС стремились к 180^о. Разность ракурсов локации не превышала угловых минут. На рис. 1 показаны отражательные характеристики (ОХ) трассового ЛА, зарегистрированные с помощью 1-й и 2-й РЛС. Заметно, что характер эволюции ОХ идентичен и существенно отличается от ОХ другого трассового ЛА, полученных теми же РЛС (рис. 2).

Рис. 1

Определить принадлежность ОХ к определенному типу ЛА по ОХ можно даже визуально по количеству лепестков и по изрезанности турбовинтовым эффектом. Истинные планерные (сглаженные, низкочастотные) ОХ 1-го трассового ЛА представлены на рис. 3. По оси абсцисс отложены номера периодов излучения зондирующих радиоимпульсов, а по оси ординат - нормированные амплитуды отраженных от ЛА сигналов.

Рис. 2

Однако непосредственное использование ОХ для идентификации ЛА связано с множеством проблем, к числу которых, в первую очередь, следует отнести низкое отношение сигнал/шум. Для преодоления этого недостатка целесообразно воспользоваться процедурой когерентного накопления отраженных сигналов, которая при одночастотном зондировании реализуется алгоритмами инверсного синтезирования апертуры и основана на вторичном эффекте Доплера.

Рис. 3

Анализ ОХ проводился спектральным методом, т.е. путем построения доплеровских портретов (ДП) объектов с помощью преобразования Фурье выборки ОХ [2]. Было разработано специальное программное обеспечение. На предварительных этапах обработки скрупулезно подбирались компенсационные величины радиальных скоростей и ускорений ЛА для обеспечения постоянства расположения планерной составляющей ДП в нуле частотной оси. Анализ показал, что трассовый ЛА на десятисекундном интервале имеет в формируемом ДП, как правило, один спектральный выброс и лишь в 3-х местах ОХ на интервалах интенсификации рысканий планера – две гармоники (рис. 3, эпюры 1-3). Вид всего частотного спектра отраженного от ЛА сигнала с турбовинтовыми составляющими по бокам от планерной показан на эпюре 4 рис. 3.

1

2

43

3

Рис. 3

Моменты расширения ДП не подчинены периодическому закону. Первые 3 ДП рис. 3 получены обработкой частных выборок длительностью 0,5 с, извлеченных из генеральной выборки протяженностью 10 с на отступах от ее начала 1270, 2444 и 3027 мс соответственно. Отсутствие периодичности обусловлено непредсказуемостью поведения планера ЛА в полете. На остальных интервалах инверсного синтезирования, используемых в качестве частных выборок ОХ, формируемые ДП имеют по одному спектральному выбросу. Это объясняется тем, что на ракурсах, близких к 180^о, ЛА имеет в плоскости плана один доминирующий отражатель (хвостовая часть фюзеляжа), а рост интенсивности отражений от других отражателей происходит крайне редко при резких поворотах планера, сдвигах бокового ветра и т. п. Увеличение интервала инверсного синтезирования до 1 с приводит к тому, что число экстремумов, характеризуемых двумя гармониками в составе ДП, увеличивается до 5. Последние два ДП ЛА с двумя спектральными выбросами (рис. 4) соответствовали сдвигу от начала генеральной выборки на 7137 и 8567 мс. Таким образом, интервалы между наиболее протяженными ДП составили 1175, 751, 3942 и 1430 мс, что противоречит принципам периодичности.

Рис. 4

Вполне объяснимым является появление дополнительных интервалов, на которых ДП имеют по 2 гармоники. Это является следствием повышения разрешающей способности по частоте df , которая находится в прямой пропорциональной зависимости от длительности Т_с интервала инверсного синтезирования. При использовании интервалов синтезирования (накопления) 0,5 с ДП на участках угловой активности ЛА только расширялись, а при повышении разрешения стало возможным отдельное наблюдение спектральных составляющих, принадлежащих различным отражателям конструкции ЛА.

Выявленное число гармоник в ДП является крайне низким и не подходящим для решения задач идентификации ЛА. Поэтому в дальнейшем целесообразным видится применение при обработке и анализе методов сверхрэлеевского разрешения и преимущественное использование боковых ракурсов локации, на которых вторичный доплеровский эффект проявляется ярче.

Литература

1. Митрофанов Д.Г. Методика проверки информативности доплеровских портретов. Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции. Часть 1. Тамбов, 2013. С. 96-99.

2. Комплексный адаптивный метод построения радиолокационных изображений в системах управления двойного назначения // Теория и системы управления. Известия РАН. 2006. № 1. С. 101–118.