Способ оценки энергетического потенциала радиолокационной станции

(51) 01 7/40 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ рассчитывают двумерные матрицы взаимокорреляционной функции (ВКФ) рабочего и эталонного РЛИ,после чего определяют относительную дальность действия эталонной и рабочей РЛС при заданном уровне корреляции, а затем проводят оценку энергетического потенциала испытуемой РЛС относительно эталонной РЛС по 4 исписписпгде,формулеэтэт - отношениеэтэнергетических потенциалов испытуемой иисп эталонной РЛС- отношение дистанций для эт испытуемой и эталонной РЛС. на которых ВКФ равняется эталонному значению. Применение предлагаемого способа,для которого требуется относительно простые и непродолжительные во времени математические расчты, приводит к заметному снижению материальных и временных затрат благодаря использованию наземных устройств без использования ЛА и относительно простой математической обработке РЛИ.(72) Батурина Елена Борисовна Васильев Иван Вениаминович(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Специальное конструкторскотехнологическое бюро Гранит(54) СПОСОБ ОЦЕНКИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ(57) Настоящее изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано при испытаниях радиолокационных станций (Л). Заявленный способ заключается в том, что по двум имеющимся радиолокационным изображениям(эталонной и испытуемой), производится расчет значения функции корреляции от расстояния. Изобретение обеспечивает возможность сравнения энергетического потенциала различных РЛС. В предлагаемом способе получают рабочее и эталонное радиолокационное изображение (РЛИ) Настоящее изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано при испытаниях радиолокационных станций (РЛС). Заявленный способ заключается в том, что по двум имеющимся радиолокационным изображениям(эталонной и испытуемой), производится расчт значения функции корреляции от расстояния. Изобретение обеспечивает возможность сравнения энергетического потенциала различных РЛС. Способность РЛС обнаруживать цели определяется е энергетическим потенциалом,который, в общем случае, зависит от многих факторов, важнейшими из которых являются мощность передающего устройства,чувствительность примного устройства и коэффициенты усиления примной и передающей антенн. Энергетический потенциал является комплексным параметром, измерение и контроль которого представляет сложную техническую задачу, так как для его точного измерения необходимо наличие объекта с фиксированной эффективной площадью рассеивания (ЭПР),расположенного на значительном удалении от РЛС. Для измерения энергетического потенциала РЛС чаще всего используются объекты с эталонной ЭПР(уголковые или сферические отражатели). В других способах измеряется ЭПР реальных целей одновременно испытуемой и эталонной РЛС. Основной недостаток этих способов заключается в значительных материальных затратах, связанных с использованием специального оборудования(летательных средств, уголковых отражателей поднимаемых на высокие мачты), а также в больших ошибках измерений, вызванных сферичностью фронта волны, кривизной земной поверхности,переотражением радиолокационных сигналов от земной поверхности и помехами. Вс это делает актуальным разработку новых недорогих и более точных способов оценки энергетического потенциала РЛС. В известном способе измерения эффективной площади рассеяния наземных объектов радиолокатором с синтезированной апертурой антенны (Патент РФ 2308050, кл. 01 13/00,2006 г.) задача оценки энергетического потенциала РЛС решается на основе абсолютной амплитудной калибровки тракта синтезированной апертурой антенны (А), включающий использование системы внешней (наземной) калибровки (СВК) в виде наборов эталонных уголковых отражателей(УО), размещенных на однородном участке земной поверхности аэросъемку с использованием РСА этого участка земной поверхности при заданных значениях высоты и курса полета носителя получение РЛИ участка земной поверхности с эталонными УО измерение на полученном РЛИ параметров изображения каждого эталонного отражателя, обработку результатов измерений и оценку параметров калибровки сквозного тракта РСА и ЭПР наземных объектов. Указанный способ используется для измерения ЭПР наземных объектов авиационными РЛС бокового обзора с синтезированной апертурой антенны, а так же для повышения эффективности мониторинга земной поверхности на основе решения задачи абсолютной калибровки тракта РСА и формируемых ими радиолокационных изображений (РЛИ) с использованием эталонных наземных пассивных отражателей. Использование в данном способе системы уголковых отражателей с эталонными ЭПР позволяет снизить среднеквадратическую ошибку измерения энергетического потенциала. Однако, к недостаткам указанного способа определения ЭПР можно отнести значительные материальные и временные затраты, связанные с необходимостью установки многих уголковых отражателей и организации полтов, а так же сложность математической обработки определяемых величин, так как расстояния между РЛС и уголковыми отражателями постоянно изменяются во времени. Кроме того, количество уголковых отражателей не может быть большим изза их большой стоимости, а измерения могут проводиться только в условиях специально оборудованного полигона. В другом широко используемом способе определения дальности действия самолтного ответчика по линии Земля самолт в лтных испытаниях (Патент РФ 2087003, кл. 01 7/40,1995 г.) оценка энергетического потенциала РЛС основана на том, что при радиальном полете самолта в направлении на наземный запросчик(или от запросчика), определяют по экрану наземной РЛС обнаружения, сопряженной с запросчиком, дальность, при которой появляется(или исчезает в случае полета от запросчика) метка опознавания и сравнивают эту дальность с минимально допустимым значением дальности опознавания, заданным техническими условиями,при этом полт осуществляют при искусственно сниженном энергетическом потенциале наземного запросчика, а полученную при испытаниях дальность опознавания сравнивают с новым значением минимально допустимой дальности опознавания. Данное изобретение используют при серийных испытаниях бортовой аппаратуры опознавания на авиазаводах,а также при периодических испытаниях в эксплуатирующих организациях. В данном способе используется не система эталонных отражателей, а всего один радиозапросчик и наземная РЛС, а точность измерения повышается за счт существенного превышения сигналов РЛС на входе бортового запросчика над шумами. Однако данный способ определения дальности действия самолтного ответчика имеет существенные недостатки. Достоверность измерений и расчтов зависит от точности полта самолта но радиальному направлению, а также сложно учитывать ошибки связанные с отражением сигнала от Земли и влияния диаграммы направленности антенны бортового ответчика,связанные с постоянным изменением угла видимости самолта над горизонтом при радиальном движении. Дополнительную ошибку вносит и калибровка РЛС бортового ответчика. Известен способ оценки энергетического потенциала РЛС по местным предметам(Правила проведения аэрологических наблюдений и работ ТКП 17.10-ХХ-2010, с.с.8-9). Согласно этому способу,перед проведением радиолокационных наблюдений с помощью РЛС необходимо провести проверку работоспособности радиолокатора. Для этого выбирается наиболее удаленный от радиолокатора местный предмет,для которого оценивается коэффициент усиления излучения. По данной величине можно судить об энергетическом потенциале РЛС. В дальнейшем,при работе РЛС данный способ используется, время от времени,для экспресс-анализа работоспособности РЛС в сравнении с первоначальным значением. Местный предмет для выставления нуля дальности по отраженному от него сигналу должен находиться на таком расстоянии от РЛС, чтобы отражнный сигнал имел амплитуду (при полном усилении), не доходящую до насыщения, но достаточную для автозахвата. Справа и слева в пределах в пределах ширины луча не должны наблюдаться другие сигналы. Этот способ является достаточно простым и эффективным для экспресс-анализа энергетического потенциала РЛС, однако его точность невысока, так как для оценки потенциала используется только один местный предмет, отражение от которого может существенно меняться из-за климатических и иных факторов (дождь, снег, растительность и т.п.). Наиболее близким является техническое решение,описанное в способе навигации летательного аппарата по радиолокационным изображениям земной поверхности с использованием цифровых моделей местности(Патент РФ 2364887, кл. 01 13/90, 2009 г). В данном способе оценку навигационных ошибок инерциальной системы управления получают путем оценки данных максимума двумерной взаимокорреляционной функции (ВКФ) эталонного и рабочего РЛИ, подвергнутых обработки по выделению локальных перепадов градиента яркости, причем рабочее РЛИ подготавливают в процессе движения летательного аппарата (ЛА) с помощью РЛС с синтезированием апертуры,эталонное РЛИ рассчитывают в процессе движения ЛА в виде матрицы значений ЭПР в полярной системе координат дальность-азимут на основе цифровых моделей местности, подготовленных заранее на основе цифровых карт местности, а именно трх матриц данных одинакового размера высоты местности с учтом искусственных объектов, удельной ЭПР и углов ориентации искусственных объектов матрицы задают в декартовой системе координат выделяют путм пороговой обработки эталонного и рабочего РЛИ два множества объектов множества ярких точек определяют по превышению значения глобального порога всех парциальных кадров эталонного РЛИ,рассчитываемого на основании задаваемого коэффициента порога для выделения теней множество теней определяют как участки прямоугольной формы фиксированного размера, в каждой точке которых значение адаптивного порога,рассчитываемого для каждого парциального кадра,соответствующего РЛИ местности, с помощью скользящего окна но дальности, находится ниже величины глобального порога каждый объект описывают парой декартовых координат рассчитывают для каждого множества объектов двумерную матрицу ВКФ рабочего и эталонного РЛИ, для чего для каждой пары объектов рассчитывают разности их координат, после их округления определяют индексы элемента матрицы ВКФ, в который прибавляют единицу двумерную ВКФ эталонного и рабочего РЛИ рассчитывают как произведение ВКФ ярких точек и ВКФ теней проводят процедуру расчта матрицы ВКФ для заранее заданного набора курсовых углов ЛА, для чего систему координат эталонного РЛИ поворачивают на заданный угол при этом находят угол поворота, при котором оценка максимального значения в матрице ВКФ будет наибольшей для найденного максимума ВКФ рассчитывают оценки навигационных ошибок интегральной системы управления через индексы положения максимума в матрице ВКФ. Изобретение может использоваться при проектировании и испытаниях РЛС для оценки энергетического потенциала, при этом достигается увеличение достоверности определения энергетического потенциала, связанных с оценками ЭПР отдельных ярких точек, за счт усреднения при обработке большого множества данных точек,так как среднеквадратичная ошибка измерений уменьшается обратно пропорционально корню квадратному от числа измерений. Описанный способ имеет следующие недостатки большие временные затраты по предварительной подготовке цифровых карт местности существенные материальные затраты связанные с использованием летательного аппарата сложные алгоритмы расчта и значительные временные и материальные затраты по обработке РЛИ для расчта ВКФ, так как летательный аппарат постоянно находится в движении и для каждого периода обзора требуется новый расчт углов поворота систем координат. Таким образом, все известные способы оценки энергетического потенциала РЛС имеют недостатки,ограничивающие либо точность оценки энергетического потенциала РЛС, либо имеют относительно высокую стоимость реализации. Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата,заключающегося в определении энергетического потенциала РЛС при минимальных материальных и временных затратах. Технической задачей настоящего изобретения является создание способа для числовой оценки энергетического потенциала рабочей РЛС при помощи вычисления взаимокорреляционной функции (ВКФ), который обеспечивает также возможность сравнения с энергетическим потенциалом эталонной РЛС. При получении радиолокационной информации на вход РЛС поступает смесь сигналов, отражнных от местных предметов и шумовых сигналов. При этом на каждом обороте радиолокатора уровень сигналов от местных предметов можно считать условно постоянным, что и используется для грубой оценки энергетического потенциала в одном из аналогов изобретения. В реальности, уровень сигнала отражнного от любого местного предмета можно характеризовать его математическим ожиданием с. и среднеквадратичным отклонением с, зависящим от многих факторов. Уровень шумовых сигналов определяется лишь их среднеквадратичным значением ш. При усреднении сигналов РЛИ но всем угловым координатам и дальностям среднеквадратичные значения ошибки измерения уровней сигналов и шумов будут уменьшаться пропорционально квадратному корню от числа измерений. Таким образом, можно резко уменьшить ошибку при оценке уровней отражнного сигнала и повысить точность измерения энергетического потенциала РЛС. Способ оценки энергетического потенциала РЛС включает получение рабочего и эталонного РЛИ расчт взаимокорреляционной функции(ВКФ) рабочего и эталонного РЛИ для каждой дистанции определение относительной дальности действия эталонной и рабочей РЛС при заданном уровне корреляции оценку энергетического потенциала рабочей РЛС относительно эталонной РЛС. Отличительными особенностями предлагаемого способа от ближайшего аналога является возможность оценки энергетического потенциала РЛС, при минимальных временных и материальных затратах без использования ЛА и относительно простой математической обработке РЛИ. Пример применения предложенного способа проиллюстрирован графическими материалами, на которых На фиг. 1 представлен график зависимости(ВКФ РЛИ эталонной РЛС) и значения рассчитанных величин для оценки энергетического потенциала На фиг. 2 - график зависимости(ВКФ РЛИ испытуемой РЛС) и значения рассчитанных величин для оценки энергетического потенциала РЛС. Согласно настоящему изобретению оценка энергетического потенциала РЛС достигается в соответствии со способом, описываемым ниже. В начальный момент времени получают радиолокационное изображение местности с помощью эталонной РЛСПолучают радиолокационное изображение той же местности с помощью испытуемой РЛСПо двум РЛИ производится расчт значения функции корреляции для каждого расстояния. При этом значение функции корреляциидля конкретного расстояния находится по формуле средняя величина эталонного РЛИ для дальности средняя величина исследуемого РЛИ для дальности- уровень сигнала относящееся к РЛИ эталонной РЛС- уровень сигнала относящееся к РЛИ испытуемой РЛС- число угловых отсчтов РЛИ. После расчта и формирования таблицы значений зависимостиот расстояния , строится график. По результатам расчтов (из графика) находятся расстояния, на которых уровень ВКФ равняется эталонному значению, например 0,6. Так как дальность обнаружения РЛС пропорциональна корню четвртой степени е энергетического потенциала,то снижение(увеличение) энергетического потенциала испытуемой РЛС относительно эталонной можно рассчитать по формуле отношение энергетических потенциаловисп испытуемой и эталонной РЛС- отношение эт дистанций для испытуемой и эталонной РЛС, на которых ВКФ равняется эталонному значению. Приведем пример использования предлагаемого способа оценки энергетического потенциала РЛС. Имея ряд РЛИ местности полученных при помощи эталонной и рабочей РЛС, используя формулу (1), были рассчитаны и получены таблицы значений зависимостии построены графики полученных зависимостей. На фиг. 1 представлен график ВКФ двух РЛИ эталонной РЛС. При заданном уровне корреляции(0.6) максимальная дальность обнаружения цели для эталонной РЛС будет равна 175 км. На фиг.2 представлен график ВКФ двух РЛИ испытуемой РЛС. При заданном уровне корреляции(0.6) максимальная дальность обнаружения цели для эталонной РЛС будет равна 155 км. испытуемой РЛС ниже эталонной в 0,615 раз, или на 2,1 дБ. Применение предлагаемого способа,для которого требуется относительно простые математические расчты, приводит к заметному снижению материальных и временных затрат благодаря использованию наземных устройств без использования дорогостоящего специального оборудования(бортовых РЛС,уголковых отражателей и т.п.). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ оценки энергетического потенциала радилокационной станции, заключающийся в том,что получают рабочее и эталонное(РЛИ),рассчитывают двумерные матрицы взаимокорреляционной функции (ВКФ) рабочего и эталонного РЛИ, отличающийся тем, что определяют относительную дальность действия эталонной и рабочей радиолокационной системы(РЛС) при заданном уровне корреляции, а затем проводят оценку энергетического потенциала испытуемой РЛС относительно эталонной РЛС по формуле потенциалов испытуемой иисп эталонной РЛС- отношение дистанций для эт испытуемой и эталонной РЛС, на которых ВКФ равняется эталонному значению.