Способ двухэтапного радиолокационного измерения частоты следования лопастей винтовых летательных аппаратов

Введение. Радиолокационные изображения винтов летательных аппаратов позволяют существенно улучшить качество решения задач распознавания и защиты от имитирующих помех. Эти изображения могут быть получены с использованием алгоритмов, основанных на обращенном синтезе апертуры антенны. Ключевым фактором, определяющим качество получения изображений, является точность измерения частоты следования лопастей винта. В 2019 г. предложен способ измерения частоты следования лопастей, основанный на свертке спектра "вторичной" модуляции сигнала с одновременным устранением влияния доплеровской частоты сигнала, отраженного от корпуса летательного аппарата. В основе способа лежит циклически повторяющаяся процедура свертки сигнала. При последовательном анализе количество циклов определяется отношением максимального значения частоты следования лопастей (сотни герц) к дискретному частотному сдвигу (тысячные доли герца). В этом случае для решения задачи измерения требуемое количество циклов составляет сотни тысяч, что приводит к дорогостоящей практической реализации.

Цель работы. Разработка способа двухэтапного измерения частоты следования лопастей, позволяющего сократить количество циклов свертки сигнала в сотни раз.

Материалы и методы. Предлагаемый способ направлен на реализацию цепей адаптации к априорно неизвестной частоте вращения винта летательного аппарата, которую можно определить исходя из частоты следования лопастей. Способ предполагает измерение частоты следования лопастей в 2 этапа: на первом этапе выполняется грубое измерение частоты следования лопастей, а на втором - точное измерение в пределах максимальных ошибок грубого измерения.

Результаты. Разработан способ двухэтапного измерения частоты следования лопастей в приложении к построению радиолокационных изображений винтов летательных аппаратов. Работоспособность способа иллюстрируется на примере сигнала, отраженного от вертолета Ми-8. Сформировано требование к ошибке измерения частоты следования лопастей и к шагу анализа по частоте на этапе точного измерения. Обосновано требование к частоте повторения зондирующих сигналов, при выполнении которого обеспечивается однозначное восстановление спектра "вторичной" модуляции сигнала, отраженного от лопастей винтовых летательных аппаратов.

Заключение. Разработанный способ двухэтапного измерения частоты следования лопастей обеспечивает адаптацию алгоритмов построения радиолокационных изображений винтов летательных аппаратов к частоте вращения этих винтов.

1. Radar Handbook. 3rd ed./ ed. by M. I. Skolnik. McGraw-Hill Education, 2008. 1328 p.

2. Tait P. Introduction to Radar Target Recognition. N. Y.: Institution of Electrical Engineers, 2005. 404 p.

3. Automatic Target Recognition in Synthetic Aperture Radar Imagery: A State-of-the-Art Review / K. El-Darymli, E. Gill, P. McGuire, D. Poewr, C. Moloney // IEEE Access. 2016. Vol. 4. P 6014-6058. doi: 10.1109/ACCESS.2016.2611492

4. Jacobs S. P., O'Sullivan J. A. Automatic target recognition using sequences of high resolution radar range-profiles // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2000. Vol. 36, № 2. P. 364-381. doi: 10.1109/7.845214

5. Nebabin V. G. Methods and Techniques of Radar Recognition. Artech House, 1995. 248 p.

6. Nathanson F. E. Radar design principles. 2nd ed. SciTech Publishing, 1999. 724 p.

7. Гейстер С. Р. Адаптивное обнаружение-распознавание с селекцией помех по спектральным портретам. Минск: Военная академия РБ, 2000. 172 с.

8. Shirman Y. D. Computer simulation of aerial target radar scattering: detection, recognition and tracking. Boston-London: Artech house, 2002. 296 p.

9. 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

10. Плотницкая Е. С., Гейстер С. Р., Веремьев В. И. Математическая модель сигнала, отраженного от винтов квадрокоптера, в приложении к обращенному синтезу апертуры антенны в бистатической РЛС // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2023. Т. 26, № 6. С. 41-53. doi: 10.32603/1993-8985-2023-26-6-41-53

11. Гейстер С. Р., Пархоменко Н. Г., Гейстер А. С. Спектрально-временная структура сигналов, отраженных от движущихся наземных объектов, в приложении к обращенному синтезу апертуры антенны // Электромагнитные волны и электронные системы. 2011. Т. 16, № 12. С. 27-33.

12. Гейстер С. Р., Пархоменко Н. Г., Гейстер А. С. Распознавание и измерение длины движущихся объектов в радиолокаторе с обращенным синтезом апертуры антенны // Электромагнитные волны и электронные системы. 2011. Т. 16, № 11. С. 66-70.

13. Гейстер С. Р., Нгуен Т. Т. Алгоритмы построения радиолокационного изображения винтов в горизонтальной и вертикальной плоскостях летательного аппарата в радиолокационном датчике с обращенным синтезом апертуры антенны // Докл. БГУИР. 2018. № 5 (115). С. 92-98.

14. Гейстер С. Р., Нгуен Т. Т. Экспериментальные исследования алгоритмов построения радиолокационных изображений винтов и способа измерения частоты следования лопастей // Докл. БГУИ Р. 2019. № 4 (122). С. 72-78.

15. Гейстер С. Р., Нгуен Т. Т. Способ измерения частот следования лопастей винтов летательного аппарата на основе свертки спектра "вторичной" модуляции // Докл. БГУИР. 2019. № 1 (119). С. 68-74.