Алгоритм распознавания типа воздушной цели

В настоящее время одной из актуальных задач в радиолокации является задача распознавания типа воздушной цели (ВЦ). Современный воздушный бой характеризуется динамичностью и скоротечностью, поэтому знание типа атакуемой ВЦ. Радиолокационное распознавание (РЛР) ВЦ в сложной фоноцелевой обстановке позволяет повысить адекватность оценки обстановки и оптимизировать принимаемые управленческие решения [1].

Входной информацией для алгоритма распознавания является спектрально доплеровский портрет ВЦ, получаемый из амплитудного спектра наблюдаемого сигнала путём обнаружения разрешаемых по частоте гармонических составляющих в смеси отраженного сигнала и шума [2]

P = [ F , A ] , (1)

где векторы F = [ f 1 ,f 2 ,...,fl ]^Т и А = [ A,A ₂,..., A_j ]^Т - положение на частотной оси и амплитуда обнаруженных спектральных составляющих отраженного сигнала.

Входной информацией для данного алгоритма являются доплеровские частоты спектральных составляющих СДП, превысившие заданный порог обнаружения, причем число таких спектральных составляющих должно быть не менее 3 ( J >  3 ):

Y = | Y 1 , ¥ 2 ,^, Y | . (2)

При этом распознавание возможно, если СДП состоит из планерной и минимума двух не кратных и не симметричных относительно планера составляющих.

Положение спектральных составляющих доплеровского портрета на частотной оси определяется радиальной скоростью сближения с планером (Vr), количеством лопаток на соответствующей ступени компрессора (турбины) двигателя и частотой вращения его ротора:

Y = 4 Vr ±Р1 N1 kFвр ± Р2 N2kFвр ±Р3 N3к Fвр ±- + ni, (3) Л где X=c/f0- длина волны облучающей РЛС, ni - ошибки формирования СДП с нулевым средним и дисперсией о2; pl, p2, p3 - кратность гармоник соответствующих ступеней КНД. За планерную составляющую в СДП принимается гармоника с максимальной амплитудой, либо гармоника, назначенная по целеуказанию в режиме сопровождения.

Алгоритм распознавания типа цели основан на вычислении функционала правдоподобия для каждой из гипотез о типе ВЦ (k) и скорости вращения ротора КНД ( F _Bp ): -

W( Y | M k ) = (2 п ) ² D ¹² exp J- 1( Y - M _k )^T D ¹ ( Y - M _k ) I ,       (4)

где D - матрица дисперсий ошибок, обусловленных шумами наблюдения и ошибками формирования эталонного СДП. В качестве критерия принятия решения о типе цели можно использовать минимум показателя экспоненты. Значение элементов вектора средних M к , определяющих положение на частотной оси спектральных составляющих эталонного СДП, вычисляется по формуле:

М kj = л V r ± Р¹ N ¹ к ^F вр ± Р² N ² к F p ± Р3 N ³ к ^F вр ± .-.,             ⁽⁵⁾

Л

Ковариационная матрица ошибок D , входящая в отношение правдоподобия (4) является недиагональной, поскольку ошибки измерения скорости вращения турбины являются общими для всех её элементов. Диагональные элементы матрицы определяются дисперсиями ошибок измерения частоты планера ( ст П_л ), частоты анализируемой гармоники ( ст Т _р ) и частоты опорной турбины ( ст Т_оп ), которые являются независимыми друг от друга, то они рассчитываются по формуле:

D pp = M ^{( А} p ^ p ) = ⁽ B p ^{- 1)2 ст} Пл + ^CT Tp + B p ^Cт 'Гоп ,                     ⁽⁶⁾

а недиагональные -

D pq = M ^{( А} p ^ q ) = ⁽ B p ^{- 1)(} B q ^{- 1) ст} Пл + ^В р ^ст Топ B q •                   ⁽⁷⁾

Поскольку «невязка» является нормальной случайной величиной с нулевым средним, то квадратичная сумма нормированных «невязок» в числителе (4) описывается распределением ХИ – квадрат с I-2 степенями свободы χI -2 .

Тогда задаваясь допустимой вероятностью распознавания типа цели можно определить порог, при превышении которого квадратичной суммой нормированных «невязок» принимается решение «не знаю» (наблюдение цели неизвестного типа).

Если квадратичные суммы нормированных «невязок» для нескольких типов ВЦ оказались ниже порога, то с использованием соответствующих им функционалов правдоподобия (4) вычисляются вероятности того, что наблюдаемый СДП принадлежит этим типам ВЦ.

Таким образом, разработан алгоритм распознавания типа ВЦ, основанный на учете модуляции вращающихся элементов конструкции силовых установок ВЦ и оценок «невязок» частот планерной и компрессорных составляющих при сопоставлении наблюдаемого СДП цели и эталонного СДП.