4.4. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ПРИЗНАКИ

Исходной информацией для построения интегральных признаков служит поляризационная матрица рассеяния. Определим ее в некотором ортогональном поляризационном базисе так, чтобы ее элементы представлялись отношением спектральных функций падающего и рассеянного сигналов различных поляризаций, измеренных в окрестности цели и в точке приема соответственно:

где — индексы поляризации. Элементы поляризационной матрицы можно подвергнуть интегральным преобразованиям, приводящим к различным семействам интегральных признаков [39, 41, 5]. Получаемые с их помощью характеристики содержат две составляющие: вынужденную и свободную. Так, переходную характеристику можно (Представить в виде [39]

где — амплитуды членов разложения вынужденной и свободной составляющих; — временные задержки соответствующих членов разложения; комплексная свободная резонансная частота рассеяния цели; — число блестящих точек; — число собственных резонансных частот цели; — ступенчатая функция.

Вынужденная составляющая переходной характеристики позволяет представить цель совокупностью распределенных в направлении облучения блестящих точек , а собственная составляющая характеризует свойства радиолокационной цели в комплексной частотной плоскости набором комплексных вычетов и резонансных частот . Понятно, что элементы разложения можно использовать в качестве либо признаков целей, либо аргументов некоторых функций, описывающих признаки. Такие признаки особенно эффективны при сверхширокополосных сигналах.

В станциях сопровождения радиолокационных целей аналогичную обработку можно производить в области пространственных частот (см. п.4.2.1). В частности, эффективность интегральных признаков, получаемых после преобразования Фурье отраженного сигнала в области пространственных частот, исследовалась в три этапа:

измерение амплитудных и фазовых элементов матрицы рассеяния;

(Построение радиолокационных изображений моделей целей;

моделирование РРЦ.

Для моделей ряда объектов измерения проводились в интервале ракурсов 0...60° при фиксированных углах возвышения 0 и 3°. По результатам измерений строились радиолокационные изображения моделей. Для снижения уровня боковых лепестков при обработке использовалась весовая функция Хемминга [67].

Рис. 4.10 (см. скан)

На рис. 4.10 приведены типичные радиолокационные изображения моделей разных объектов, полученные при совпадающей горизонтальной, кроссовой и совпадающей вертикальной поляризациях для начального ракурса 30°. По оси абсцисс отложены линейные размеры радиолокационной цели относительно ее геометрического центра, по оси ординат — относительные значения амплитуд блестящих точек . Изображения соответствуют линейному разрешению, равному которое при моделировании локации целей на длине волны 4 см обеспечивалось разворотом моделей вокруг центра масс на угол 2,5°.

В качестве признаков использовались:

число зарегистрированных на совпадающей горизонтальной, кроссовой и совпадающей вертикальной поляризациях, где — индекс поляризации;

расстояния между наиболее «яркой» и последующими по «яркости»

расстояние между крайними в изображении отношение амплитуды наиболее «яркой» на кроссовой поляризации к ее амплитуде на совпадающей горизонтальной и вертикальной поляризациях — соответственно и

На рис. 4.11 показаны гистограммы некоторых признаков для моделей различных объектов. Результаты моделирования по различному числу указанных признаков приведены в табл. 4.11

Таблица 4.11 (см. скан)

Рис. 4.11 (см. скан)

для интервалов ракурсов соответственно. При распознавании по восьми признакам использовалось множество по пяти — множество и по двум — .

Анализ результатов показал, что для РРЦ целесообразно использовать множество признаков которые позволяют оценить как деполяризующие свойства, так и линейные размеры и форму моделей. В табл. 4.12 приведены результаты РРЦ по линейным комбинациям пяти признаков , определенным в соответствии с п. 4.2.2. И в этом случае применение принципа декорреляции привело к повышению РРЦ.

Помехоустойчивость рассмотренных признаков оценивалась путем физико-математического моделирования РРЦ при наличии аддитивного гауссовского шума. Результаты моделирования, представленные

Таблица 4.12 (см. скан)

на рис. 4.12, свидетельствуют о высокой помехоустойчивости, признаков. При отношении сигнал-шум 4 на входе приемника шумы практически не влияют на достоверность РРЦ, благодаря интегральному эффекту преобразования Фурье в области пространственных частот. Приведенные результаты получены при точно известном ракурсе радиолокационной цели. Погрешности измерения ракурса уменьшают достоверность распознавания. Зависимость вероятности ошибки РРЦ от относительной погрешности измерений изменения углового положения радиолокационной цели в течение времени интегрирования представлена на рис. 4.13.

Основные результаты исследования признаков распознавания сводятся к следующему:

полный поляризационный прием позволяет осуществить распознавание объектов, различающихся формой, и существенно повышает помехоустойчивость РЛС;

Рис. 4.12

Рис. 4.13

приведенная методика определения совместных распределений признаков, позволяющая учесть парные корреляции между параметрами сигналов (признаков), обеспечивает высокую достоверность РРЦ без существенного увеличения объема памяти распознающего автомата.

Анализ признаков РРЦ на основе поляризационных характеристик отраженных сигналов показал, что между формой радиолокационной цели и ее деполяризующими свойствами существует устойчивая связь. В самом деле, хотя распределения признаков строились при изменении ракурсов исследовавшихся моделей в пределах 0... 60°, моделирование РРЦ по этим признакам дало хорошие результаты, что позволяет рекомендовать их для РРЦ по сигналам РЛС обнаружения. Их применение позволит осуществлять РРЦ без определения ракурса радиолокационной цели. В РЛС сопровождения с успехом можно применять интегральные признаки, полученные на основе преобразования Фурье в области пространственных частот. Повысить эффективность РРЦ по поляризационным признакам позволяют многочастотные сигналы. Даже двухчастотный некогерентный сигнал обеспечивает повышение достоверности по сравнению с РРЦ на основе одночастотного узкополосного сигнала. Дальнейшее повышение достоверности РРЦ возможно, если учитывать ракурс объекта. Использование многочастотных когерентных сигналов, особенно при радиолокации в резонансной области [5, 39], обещает дополнительное повышение достоверности РРЦ. Перспективными кажутся исследования низкочастотных составляющих спектра отраженного узкололосного сигнала. Весьма информативны признаки, построенные на основе «турбинного» эффекта [3, 14]. Особое место, как уже отмечалось, занимают признаки, построенные на базе сверхширокополосных радиолокационных сигналов [39].