CC BY
24
УДК 621.396
КЛАССИФИКАЦИЯ ВОЗДУШНЫХ ОБЪЕКТОВ ПО ВЕЛИЧИНЕ ЭФФЕКТИВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ РАССЕЯНИЯ
А. С. Притула, В. А. Тугарина, Ю. И. Рычкова, Р. П. Стецюк Научный руководитель - Т. Н. Бодикова
Красноярский филиал Санкт-Петербургского университета гражданской авиации Российская Федерация, 660022, г. Красноярск, ул. Аэровокзальная, 12
E-mail: filialguga@mail.ru
Рассматриваются вопросы классификации воздушных объектов по величине эффективной поверхности рассеяния в средствах радиолокации. Предложено устройство классификации и оценена эффективность его работы.
Ключевые слова: классификация сигналов, эффективная поверхность рассеяния, структура устройства классификации, результаты классификации.
AIR OBJECTS CLASSIFICATION ACCORDING TO THE SIZE OF EFFECTIVE DISPERSE SURFACE
A. S. Pritula, V. A. Tugarina, U. I. Rychkova, R. P. Stetsuyk Scientific Supervisor - T. N. Bodikova
Krasnoyarsk branch of St.Peterburg State University of Civil Aviation 12, Aerovokzalnaya Str., Krasnoyarsk, 660022, Russian Federation E-mail: filialguga@mail.ru
They consider the problems of air objects classification according to the size of effective disperse surface in aids of radiolocation. They suggest classification device and the efficiency of its operation is evaluated.
Keywords: signal classification. effective disperse surface. classification device structure. classification results.
Эффективная поверхность рассеяния (ЭПР) определяется рядом факторов, к которым можно отнести: линейные размеры объекта, геометрическую форму, угловое положение объекта относительно радиолокационных станций (РЛС), параметры зондирующих сигналов [1]. Для большинства воздушных объектов поле вторичного излучения носит интерференционный характер и проявляется он тем сильнее, чем больше отношение линейных размеров объекта к длине волны [1].
Определение величины ЭПР проводится в два этапа. На первом этапе необходимо провести усреднение энергии принятого сигнала. Второй этап предполагает оценку значения ЭПР.
Для РЛС с совмещенным приемо-передающим раскрывом антенны оценка ЭПР может быть получена по формуле
(4П3 )• r4 Э
6 = ^----пр (1)
G4(s>X2 •Эи F4(Р,е)' ^ '
где r, в, е - дальность, азимут и угол места цели в сферической системе координат; G(s) - коэффициент усиления антенны; X - длина волны излучаемых РЛС колебаний; Эи - энергия зондирующего сигнала, излученного к цели; Эпр - оценочное значение энергии принятого сигнала; F(P,s) - множитель направленности по полю, учитывающий влияние Земли (множитель Земли).
Секция «Электронная техника и технологии»
Сложность формы диаграммы обратного вторичного излучения приводит к флюктуациям амплитуды отраженных сигналов [2]. Распределение амплитудных флюктуаций описывается в общем случае т распределением Накагами и в активной радиолокации связаны с распределением ЭПР, которое соответствует гамма-распределению [3].
* И §)
^ ат-1 ^ та
V о у
(2)
где Кт =
2тт Г(т)
- нормирующий коэффициент; Г(т) - гамма-функция (для целых т > 2 Г(т) =
= (т - 1)!; Г(0) = Г(1) = 1); т - номер распределения; а - оценка ЭПР цели.
Относительные различия средних ЭПР классифицируемых объектов определяются выражением
Д = 101вдБ.
02
При двухальтернативной классификации для гипотез: Н1 - объект имеет величину а1, амплитуды имеют т1 распределение Накагами и Н2 - объект с ЭПР а2 и т2 распределением Накагами, логарифм отношения правдоподобия при классификации по N обзорам и независимым флюктуациям мгновенных значений ЭПР (<ог) от обзора к обзору, определяется следующим выражением
Ж2 (а) 1п I = = N 1п
(а)
Г(т2 )• т1
щ т2
г(т )•
т
т2 • а т1 ! °1
N
1
1 =1
(
(т1 -т2)11па1 + тг -а Ца.
N
Vе 2 а
(3)
1 у 1=1
Оптимальный алгоритм заключается в сравнении 1п/ с порогом [3].
На основании формулы (3) синтезируемое устройство для классификации радиолокационных объектов по различиям их ЭПР может быть выполнено в соответствии со структурами, представленными на рис. 1, 2.
При различных законах распределения амплитуд отраженных сигналов схема имеет вид, представленный на рис. 1. Весовые коэффициенты равны
а1т1 -а2 т
а, =•
2"'2 .
а - о.
а 2 = т1 - т
где 01, а2 - ЭПР распознаваемых объектов; т1 - распределение Накагами первого объекта; т2 - распределение Накагами второго объекта.
Рис. 1. Устройство классификации при различных законах распределения амплитуд
При т1 = т2 устройство упрощается, так как не требуются элементы, обеспечивающие нелинейное преобразование значений ог-.
На рис. 2 изображена структура классификатора при условии одинаковых законов распределения амплитуд (т1 = т2 = я).
е
ц 1 * ГТ2 Г
X Ъ1 ПУ
Рис. 2. Устройство классификации при равных законах распределения амплитуд
Весовой коэффициент определяется выражением
^ -©2) а1 = __ _ .
Проведена оценка погрешности измерения ЭПР в зависимости от отношения сигнал/шум и числа накапливаемых отсчетов.
«~5дЕ
1 3 10 30 п 100
Рис. 3. Зависимость относительной СКО измерения ЭПР цели от отношения сигнал/помеха д2 и числа накапливаемых некоррелированных отсчетов
Из приведенных на рис. 3 графиков следует, что погрешность в оценке ЭПР менее 20 % имеет место при отношении сигнал/шум д > 20 дБ и интегрировании не менее 7-10 некоррелированных отсчетов пачки принятого сигнала. При этом полагается, что погрешности тракта измерения малы и их компенсация может быть осуществлена.
Проведенные расчеты показывают, что за время одного-двух обзоров распознать объекты по величине ЭПР с вероятностью правильного распознавания В > 0,9 возможно только в случае, если объекты имеют относительные различия ЭПР более 12 дБ. Учет модели флюктуации ЭПР предполагает усложнение структуры устройства, однако обеспечивает выигрыш в числе обзоров для распознавания в 2-3 раза в зависимости от ситуаций.
Библиографические ссылки
1. Радиоэлектронные системы: основы построения и теория : справ. / под ред. Я. Д. Шир-мана. М. : Радиотехника, 2007. 512 с.
2. Справочник по радиолокации / под ред. М. И. Сколника ; пер. с англ. под общей ред. В. С. Вербы. В 2-х кн. М. : Техносфера, 2014. 672 с.
3. Обнаружение и распознавание объектов радиолокации : монография / под ред. А. В. Соколова. М. : Радиотехника, 2006. 176 с.
© Притула А. С., Тугарина В. А., Рычкова Ю. И., Стецюк Р. П., 2018
