Математическая модель сигнала, отраженного от винтов квадрокоптера, в приложении к обращенному синтезу апертуры антенны в бистатической РЛС

Введение. Различение целей, находящихся в одном элементе пространственного разрешения РЛС, включает в себя определение числа целей и их распознавание. Распознавание и различение напрямую связаны с анализом радиолокационных портретов (спектральных, дальностных, азимутальных и др.). Отдельный интерес представляют радиолокационные портреты (РЛП) вращающихся элементов летательных аппаратов (ЛА), полученные путем обращенного синтеза апертуры антенны (ОСАА). Такие портреты обладают высокой степенью информативности и позволяют сделать вывод о конструктивных особенностях ЛА. Для разработки алгоритмов построения РЛП винтов ЛА на основе ОСАА необходимо иметь ясное представление о перемещениях различных точек на поверхностях лопастей винтов. Такое представление дает математическая модель сигнала, отраженного от винтов ЛА.

Цель работы. Разработка математической модели сигнала, отраженного от винтов квадрокоптера, в приложении к обращенному синтезу апертуры антенны в бистатической РЛС.

Материалы и методы. Лопасть винта в рассматриваемой модели представляется в виде совокупности точечных отражателей, расположенных вдоль двух линий, проходящих по передней и задней кромкам лопасти. При разработке модели отраженного сигнала учитываются изменения фазовой структуры отраженного сигнала, обусловленные поступательным движением квадрокоптера и вращением лопастей винтов, а также разносом винтов в пространстве.

Результаты. Разработана математическая модель сигнала, отраженного от винтов квадрокоптера, в приложении к ОСАА в бистатической РЛС. Путем моделирования получены реализации сигналов, отраженных от одной лопасти винта, от одного винта и от совокупности винтов квадрокоптера. Выполнен анализ временных и спектральных структур отраженных сигналов для двух вариантов представления лопасти.

Заключение. Разработанная математическая модель отраженного сигнала является основой для создания алгоритма построения изображений винтов ЛА путем обращенного синтеза апертуры антенны в бистатической РЛС.

1. Improvıng of thedrones group control system / T. Y. Morozova, I. A. Ivanova, V. V. Nikonov, A. A. Grishin // Intern. J. of Advanced Studies. 2015. Vol. 5, № 1. P. 14–18. doi: 10.12731/2227-930X-2015-1-4

2. Дьяченко А. А. Задача формирования строя в группе БПЛА // Изв. ЮФУ. Технические науки. 2012. № 3. C. 22–30.

3. Sabziev E. A control algorithm for joint flight of a group of drones // Scientific J. of Silesian University of Technology. Ser. Transport. 2021. Vol. 110. P. 157– 167. doi: 10.20858/sjsutst.2021.110.13.

4. Chen V. C., Martorella M. Inverse Synthetic Aperture Radar Imaging: Principles, Algorithms and Applications. Raleigh, USA: SciTech Publishing, 2014. 303 p. doi: 10.1049/SBRA504E

5. Ozdemir C. Inverse Synthetic Aperture Radar Imaging with MATLAB Algorithms. 2nd ed. Hoboken, USA: John Wiley and Sons, 2021. 672 p.

6. Unblurring ISAR Imaging for Maneuvering Target Based on UFGAN / W. Li, Y. Yuan, Y. Zhang, Y. Luo // Remote Sens. 2022. Vol. 14, iss. 20. P. 5270. doi: 10.3390/rs14205270

7. Research on Bi–ISAR Sparse Aperture High Resolution Imaging Algorithm under Low SNR / H. Zhu, W. Hu, B. Guo, L. Jiao, X. Zhu, C. Zhu // Electronics. 2022. Vol. 11, iss. 18. Art. 2856. doi: 10.3390/electronics11182856

8. Rong J. J., Wang Y., Han T. Iterative Optimization-based ISAR Imaging with Sparse Aperture and Its Application in Interferometric ISAR Imaging // IEEE Sens. J. 2019. Vol. 19, iss. 19. P. 8681–8693. doi: 10.1109/JSEN.2019.2923447

9. Bullard B. D., Dowdy P. C. Pulse Doppler signature of a rotary-wing aircraft // IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine. 1991. Vol. 6, iss. 5. P. 28–30. doi: 10.1109/62.79675

10. Tikkinen J. M., Helander E. E., Visa A. J. E. Joint utilization of incoherently and coherently integrated radar signal in helicopter categorization // IEEE Intern. Radar Conf. Arlington, VA, USA. 9–12 May 2005. Piscataway: IEEE, 2005. P. 540–545. doi: 10.1109/RADAR.2005.1435885

11. Радиолокационные характеристики летательных аппаратов / М. Е. Варганов, Ю. С. Зиновьев, Л. Ю. Астанин, А. А. Костылев; под ред. Л. Т. Тучкова. М.: Радио и связь, 1985. 234 с.

12. Plotnitskaya E., Vorobev E., Veremyev V. I. Simulation of Bistatic Signatures from Rotating Blades of Aerial Targets // 2021 IEEE Conf. of Russ. Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus). St. Petersburg, Moscow, Russia, 26–29 Jan. 2021. IEEE, 2021. P. 1663–1667. doi: 10.1109/ElConRus51938.2021.9396233

13. Гейстер С. Р., Нгуен Т. Т. Математические модели радиолокационного сигнала, отраженного от несущего винта вертолета, в приложении к обращенному синтезу апертуры // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2019. Т. 22, № 3. С. 74–87. doi: 10.32603/1993-8985-2019-22-3-74-87

14. Бартон Д. Радиолокационные системы / пер. с англ. П. Горохова, О. Казакова, А. Тупицына. М.: Воениздат, 1967. 480 с.

15. Бакулев П. А. Радиолокация движущихся целей. М.: Сов. радио, 1964. 336 с.