К.т.н. Бортовик В.В., д.т.н. Митрофанов Д.Г.

Общество с ограниченной ответственностью "Смоленский

научно-инновационный центр радиоэлектронных систем "ЗАВАНТ", Россия

 

Моделирование синхронного формирования

доплеровских портретов летательных аппаратов

двумя разнесенными по частоте локаторами

 

Для исследования и изучения путей повышения информативности спектральных признаков идентификации летательных аппаратов, формируемых методом инверсного радиолокационного синтезирования апертуры (ИРСА), а также проверки степени их инвариантности и устойчивости необходимо проведение натурных экспериментов с использованием реальных летательных аппаратов (ЛА) различных типов. Это является довольно сложной и дорогостоящей задачей. Более доступным методом проведения подобных исследований является имитационное математическое моделирование.

Одним из признаков идентификации ЛА является его доплеровский портрет, характеризующий распределение рассеивающих свойств планера ЛА в направлении, перпендикулярном линии визирования. Для проверки гипотезы о зависимости структуры доплеровского портрета (ДП) и исходных амплитудно-фазовых отражательных характеристик (ОХ) от геометрической архитектуры объекта, а также о возможности извлечения этой информации в условиях влияния негативных факторов (турбовинтовая модуляция, траекторные нестабильности полета, наличие затенений, изменение начальной фазы и амплитуды зондирующих сигналов со временем и др.) была разработана имитационная математическая модель (ММ) [1,2].

Отражательная характеристика объекта в ММ создается методом суперпозиции отражений волн от расположенных определенным образом в пространстве тел простой формы [3,4]. Основу ММ составляют алгоритмы формирования  радиолокационных изображений (РЛИ) летательных аппаратов [5-7].

В доплеровских портретах ЛА признаки идентификации заключены во взаимном расположении спектральных откликов от рассеивающих центров (РЦ) на оси частот (поперечной дальности) и в их амплитудах. Параметры полученных методом когерентного накопления спектральных составляющих в ДП зависят от закона изменения амплитуд и фаз в комплексной ОХ ЛА. Поэтому при моделировании изучались эволюции фазовых и амплитудных характеристик, а также параметры спектральных откликов в порождаемых ими ДП.  

Исследовались и анализировались изменения параметров ДП моделей различных ЛА. При неизменности исходных параметров движения ЛА (высота Н=5 км, скорость V=200 м/с, курсовой угол g=15о) изменяли несущую частоту всех зондирующих сигналов в пачке из 128 импульсов, следующих с периодом повторения Ти=30 мкс, при отношении сигнал/шум не менее 34 дБ. То есть моделировалось излучение каждой пачки импульсов на своей неизменной частоте. Сравнение фазовых и амплитудных ОХ, а также результирующих ДП показало, что эти характеристики остаются неизменными при изменении частоты на величину порядка 50 кГц. Небольшие расхождения появляются для отражений от крупноразмерных ЛА уже при разносе частот в 70 кГц. Зрительно они становятся различимыми при изменении частоты на величину 150 кГц. Это подтверждается рис. 1 а,б,в, на которых представлены соответственно амплитудные, фазовые характеристики и ДП ЛА типа Ил-76, полученные в двух локаторах, разнесенных по частоте на 150 кГц. Если исходные характеристики имеют расхождения, то формируемые из них ДП идеально совпадают, что объясняется результатом когерентного накопления отражений при переходе из временной в спектральную область методом преобразования Фурье. Аналогичные выводы сделаны при исследованиях портретов моделей Ан-124 и С-5. Для моделей среднеразмерных ЛА сформулированные относительно ДП выводы тем более справедливы, так как их ОХ являются менее изрезанными. Следовательно, при проведении натурных экспериментов с реальными ЛА, при которых разнос несущих частот локаторов превышает 50 кГц, сравнению могут подлежать только формируемые ДП.

а
 

б
 

в
 

Рис. 1

 

Следующим этапом исследований являлась нахождение величины разноса Df несущих частот, при котором трансформируются признаки идентификации в ДП, т.е. спектральное положение и амплитуда составляющих портрета. Для этого формировали ДП различных ЛА при параметрах зондирования, отличающихся только несущей частотой и сравнивали вторичные признаки идентификации. Как показали результаты моделирования, частотное положение и амплитуда спектральных откликов в ДП для крупноразмерных объектов перестают совпадать при изменении частоты на 130-150 МГц. Хотя смещение по доплеровской частоте происходит всего на 1-2 Гц, а амплитуда в среднем изменяется на 5-10 %, что вполне допустимо для проведения идентификации (так как у разных ЛА спектральные отклики абсолютно не совпадают по частоте и амплитуде). Число же откликов в ДП остается неизменным даже при частотном разносе в 800-1000 МГц. Ниже для подтверждения сказанного приводятся ДП моделей ЛА типа Ил-76, Ан-124 и С-5 соответственно. Разность центральных частот в смежных точках (фильтрах) на оси абсцисс составляет 1 Гц. Портреты формировались методом ИРСА при рысканиях планеров ЛА с угловой скоростью 1,5о/с и амплитудой рысканий А=2о.

Ил-76
 

а
 

Ан-124
 

б
 

С-5
 

в
 

Рис. 2

Для среднеразмерных ЛА фазовые характеристики расходятся при разносе частот порядка 100 кГц, а несовпадение признаков ДП обнаруживается при Df=200 МГц. Это видно из рис. 3, на который выведены ДП ЛА типа А-10А на ракурсе 15о . Проявились как амплитудные, так и частотные несовпадения ДП.   

А-10А
 

Рис. 3

Проверка влияния изменения ракурса локации объектов на структуру ДП показала, что признаки идентификации трансформируются уже при угловом несоответствии в единицы градусов. Следовательно, при благоприятных условиях для проведения ИРСА результаты идентификации ЛА по ДП в большей степени зависят от ракурса и в меньшей - от частоты излучения локатора. Однако устойчивость признаков ДП к изменению частоты требует экспериментального подтверждения.

Литература

1. Бортовик В.В., Митрофанов Д.Г. Модель построения двумерных радиолокационных изображений летательных аппаратов. Материалы докладов межрегиональной НТК студентов и аспирантов. Т. 2. Смоленск, ГОУ ВПО СФМЭИ (ТУ), 2004. С. 18-21.

2. Бортовик В.В. Исследование математической модели оценки радиолокационных характеристик воздушных целей при разработке методов распознавания.  Сборник материалов конференции  ИНФОРМ-ВВУЗ – 2004.  Тамбов, ТВАИИ, 2004. С. 158-159.

3. Ширман Я.Д., Горшков С.А. и др. Методы радиолокационного распознавания и их моделирование // Радиолокация и радиометрия, 2000. № 2. С. 5-64.

4. Ширман Я.Д., Лещенко С.П., Орленко В.М. О моделировании вторичного излучения воздушных целей и его использования в технике радиолокационного распознавания. – Вестник МГТУ. Сер. Приборостроение, 1998, № 4. С. 14-24.

5. Патент РФ № 2180445, МПК6 G 01 S 13/89. Способ построения двумерного радиолокационного изображения воздушной цели по траекторным нестабильностям ее полета. Митрофанов Д.Г., Бортовик В.В и др. Опубл. 10.03.2002.

6. Митрофанов Д.Г. Комплексный адаптивный метод построения радиолокационных  изображений в системах управления двойного назначения // Теория и системы управления. Известия РАН. № 1. 2006. с. 101-118.

7. Митрофанов Д.Г. Формирование двумерного радиолокационного изображения цели с траекторными нестабильностями полета // Радиотехника и электроника. РАН,  2002.  Т. 47.  № 7.  С. 852-859.