14.8. Реконструкция формы объектов

Распознавание объектов по их форме является эффективным способом. Поэтому решение задачи реконструкции формы по результатам зондирования СШП-импульсами привлекает исследователей давно [3] При постановке данных исследований [42] выбиралось в отличие от [41] условие, что размеры объектов существенно превышают пространственную

длительность зондирующих импульсов. Это позволило при моделировании пренебречь поздневременной частью отраженного сигнала, при этом было стремление уменьшить угловую базу локатора, чтобы при больших расстояниях до объекта расстояние между приемниками стало приемлемым.

В рамках этого направления исследований развиты подходы для реконструкции формы зондируемых объектов на основе томографического метода [43], метода блестящих точек [44], а также метода генетических функций [45] Точность восстановления объектов при томографическом подходе сравнительно низка при угловой базе 10° и резко падает уже при уровне шума Наиболее простым для практической реализации является метод блестящих точек, наиболее продвинутым в плане реконструкции формы РЛО - метод генетических функций

Рассмотрим результаты теоретических исследований распознавания объектов на основе сравнения формы модельных объектов или их проекций с реконструированной формой зондируемого объекта или его проекцией при использовании метода Схема локатора для реализации восстановления формы объектов по методу приведена на рис 14.21. В центре прямоугольной системы координат расположен излучатель СШП-импульсов и приемник. Три приемника расположены по осям координат на одинаковых расстояниях от центра системы. В численных экспериментах использовалась стилизованная модель самолета с идеально проводящей поверхностью. Для расчета отраженных импульсов использовался метод Кирхгофа для решения нестационарных задач дифракции [46] в приближении однократного рассеяния. Кратко метод заключается в следующем.

1. Сложный объект представляется как сумма фрагментов, т.е. простых геометрических тел.

2. Для каждого отдельного фрагмента рассчитываются рассеянные (отраженные) сигналы при различных вариациях размеров и для различных углов это и есть генетические функции

3. Создается банк генетических функций с выбранным шагом дискретизации по углам.

Рис. 14.21. Схема приемопередающей системы локатора

4. Сигнал отраженный от сложного объекта при известных углах в и представляется как сумма генетических функций со своим весом и временем задержки

Решение задачи реконструкции формы сложного объекта выполняется в следующей последовательности.

1. Определяется набор генетических функций из решения задачи (14.4).

2. Вычисляются координаты фрагментов, которые соответствуют найденным генетическим функциям, по формуле

где задержка сигнала, соответствующего приемнике относительно центрального приемника, расстояние до фрагмента зондируемого объекта, с — скорость света.

3. Объединение фрагментов, соответствующих найденным в соответствии с координатами, рассчитанными при помощи (14.5), и есть восстановление формы зондируемого объекта.

Точность реконструкции формы объектов оценивалась с помощью соотношения

где площадь проекции объекта, площадь проекции восстановленного объекта.

Проведенные исследования в режиме моноимпульсной радиолокации показали, что точность восстановления формы объектов существенно зависит от шумов измерений, отношения размера объекта к пространственной длительности электромагнитного импульса углового разноса приемников измерительной системы Точность восстановления объекта длиной при длительности зондирующего биполярного импульса не, угловом разносе приемников и уровне шумов составила

На рис. 14.22 приведены зависимости точности реконструкции от отношения Приемлемая точность достигается при .

Рис. 14.22. Графические зависимости точности восстановления формы объекта от отношения его размеров к пространственной длине зондирующего импульса при уровне шума.

Рис. 14.23. Проекции восстановленной формы полученных усреднением по реализациям, при уровне шумов

Проекции восстановленной формы РЛО приведены на рис. 14.23.

При размерах объекта и использовании не зондирующего импульса, уровня шумов 10%, шага по углу между двумя ближайшими ракурсами в банке данных 1 размеров приемной системы расстояние до объекта, при котором точность восстановления превышает 60%, составляет При увеличении расстояния до 100 км точность восстановления уменьшается до 17%, этого недостаточно для распознавания объекта на основе его восстановленной формы. В этом случае предложенный подход может быть применен для определения состава описывающих отраженный сигнал от зондируемого объекта. Информация о составе может быть использована в задаче распознавания РЛО.

Метод блестящих точек является частным случаем метода ГФ. В качестве в методе блестящих точек использовался зеркальный отклик от рассеивателя в виде прямоугольной пластины. В ходе численного моделирования аппроксимация рассеянного от сигнала проводилась набором из шести таких . В расчетах использовалась трехмерная модель самолета длиной Для реализации угловой базы обзора проводилось синтезирование апертуры в течение 10 с с частотой повторения импульсов 2 Гц при движении на постоянной высоте и скоростью 200 м/с, был реализован 21 ракурс наблюдения. Определение координат каждого рассеивателя проводилось по схеме, описанной выше В ходе численного моделирования исследовалось влияние длительности зондирующих импульсов расстояния между приемниками и уровня шумов на точность аппроксимации Один из результатов

Рис. 14.24. Аппроксимации набором блестящих точек с параметрами при уровне шума

численного моделирования приведен на рис. 14.24. Размеры точек на рисунках пропорциональны размерам рассеивателей. Данный метод позволяет оценить характерные размеры объекта, что может использоваться при его распознавании.

Выполненные к настоящему времени исследования по разработке антенн, мощных источников СПШ-излучения, а также методов оценивания и реконструкции формы объектов для решения задачи распознавания воздушных объектов позволяют сделать следующие основные выводы

С использованием разработанного подхода на основе комбинации излучателей разного типа созданы компактные СШП антенны с расширенной полосой пропускания. При возбуждении антенн биполярными импульсами амплитудой 100 кВ получены импульсы излучения с пиковой мощностью При длительности биполярного импульса поперечные размеры комбинированной антенны составляют 15 см. Это позволяет создавать комнатные решетки для получения импульсов с пиковой мощностью до что необходимо для зондирования объектов на расстоянии до 100 км Однако, создание генераторов импульсов напряжения для обеспечения электронного сканирования волновым пучком с таким уровнем мощности является проблематичным в ближайшее время. Поэтому источники СШП-излучения гигаваттного уровня мощности разрабатываются по схеме: один генератор - делитель мощности (трансформатор) - антенная решетка. Для таких источников возможна реализация механического сканирования волновым пучком. Предпочтительно для возбуждения антенн использовать биполярные импульсы. Для монополярных импульсов необходима большая (примерно в два раза) амплитуда напряжения, что снижае надежность системы и, кроме того, резко уменьшается энергетическая эффективность многоэлементных антенных систем.

При разработке СШП локаторов важным требованием является простота реализации метода распознавания объектов. Этому требованию в наибольшей степени отвечает метод для реализации которого нужен один приемник при известном ракурсе объекта, а не система разнесеннных в пространстве приемников как в случае метода блестящих точек и генетических функций. Применение векторных приемных антенн для получения информации о поляризационной структуре рассеянного импульса позволяет также оценить ракурс объекта, а последующее восстановление по результатам измерений в трех каналах может способствовать более эффективному решению задачи распознавания. В общем случае выбор метода распознавания определяется задачей, решаемой при радиолокационном наблюдении Для реконструкции формы зондируемого объекта наиболее эффективным является метод генетических функций.

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)