Радиолокационное распознавание навигационных объектов на пути судна по поляризационным параметрам электромагнитной волны

В статье рассмотрена радиофизическая модель отражающих свойств навигационного объекта и метеообразования, позволяющая производить радиолокационное распознавание навигационного объекта при наличии метеообразований по поляризационным различиям отраженных сигналов навигационного объекта и метеообразова...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Математичні машини і системи
Datum:	2017
Hauptverfasser:	Путятин, В.Г., Гуденко, С.Ю., Заичко, С.И., Корбан, Д.В., Князь, А.И.
Format:	Artikel
Sprache:	Russisch
Veröffentlicht:	Інститут проблем математичних машин і систем НАН України 2017
Schlagworte:	Моделювання і управління
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/131992
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Радиолокационное распознавание навигационных объектов на пути судна по поляризационным параметрам электромагнитной волны / В.Г. Путятин, С.Ю. Гуденко, С.И. Заичко, Д.В. Корбан, А.И. Князь // Математичні машини і системи. — 2017. — № 4. — С. 120-128. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860027879417446400
author	Путятин, В.Г. Гуденко, С.Ю. Заичко, С.И. Корбан, Д.В. Князь, А.И.
author_facet	Путятин, В.Г. Гуденко, С.Ю. Заичко, С.И. Корбан, Д.В. Князь, А.И.
citation_txt	Радиолокационное распознавание навигационных объектов на пути судна по поляризационным параметрам электромагнитной волны / В.Г. Путятин, С.Ю. Гуденко, С.И. Заичко, Д.В. Корбан, А.И. Князь // Математичні машини і системи. — 2017. — № 4. — С. 120-128. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Математичні машини і системи
description	В статье рассмотрена радиофизическая модель отражающих свойств навигационного объекта и метеообразования, позволяющая производить радиолокационное распознавание навигационного объекта при наличии метеообразований по поляризационным различиям отраженных сигналов навигационного объекта и метеообразования. Представлена функциональная схема радиолокационного макета, реализующего процесс радиолокационного распознавания путем выделения из принятого сигнала электромагнитной волны круговой поляризации, отраженной от навигационного объекта, и электромагнитной волны эллиптической поляризации, отраженной от метеообъекта. Радиолокационные сигналы, отраженные от навигационного и метеообъектов, параметризированы с помощью действительных энергетических параметров Стокса, что позволило упростить систему обработки. Представленная радиолокационная модель и функциональная схема радиолокатора позволили в полной мере учесть влияние факторов окружающей среды на процесс радиолокационного распознавания навигационных объектов. У статті розглянута радіофізична модель відбиваючих властивостей навігаційного об'єкта і метеоутворень, що дозволяє робити радіолокаційне розпізнавання навігаційного об'єкта за наявності метеоутворень за поляризаційними відмінностями відбитих сигналів навігаційного об'єкта і метеоутворення. Надана функціональна схема радіолокаційного макета, що реалізовує процес радіолокаційного розпізнавання шляхом виділення з прийнятого сигналу електромагнітної хвилі колової поляризації, відбитої від навігаційного об'єкта, і електромагнітної хвилі еліптичної поляризації, відбитої від метеооб'єкта. Радіолокаційні сигнали, відбиті від навігаційного і метеооб'єктів, параметризовані за допомогою дійсних енергетичних параметрів Стокса, що дозволило спростити систему обробки. Надані радіолокаційна модель і функціональна схема радіолокатора дозволили повною мірою врахувати вплив факторів навколишнього середовища на процес радіолокаційного розпізнавання навігаційних об'єктів. The article considers the radio physical model of the reflective properties of the object navigation and meteorological formations, allowing navigation radar detection of an object in the presence of airborne moisture targets on the polarization differences of the reflected signals from a navigation object and meteorological formations. It is given a functional scheme of the radar layout that implements the process of radar recognition by separating from a received signal of an electromagnetic wave of circular polarization reflected from the navigation object and the electromagnetic wave of elliptic polarization of the reflected from meteorological object. Radar signals reflected from navigation and meteorological objects parameterized with a valid energy of the Stokes parameters, which allowed simplifying the processing system. The presented radar model and functional scheme of the radar allowed fully taking into account the influence of environmental factors on the process of radar detection of navigational objects.
first_indexed	2025-12-07T16:50:45Z
format	Article
fulltext	120 © Путятин В.Г., Гуденко С.Ю., Заичко С.И., Корбан Д.В., Князь А.И., 2017 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2017, № 4 УДК 551.508.85 (551.576+551.577) В.Г. ПУТЯТИН * , С.Ю. ГУДЕНКО , С.И. ЗАИЧКО , Д.В. КОРБАН , А.И. КНЯЗЬ РАДИОЛОКАЦИОННОЕ РАСПОЗНАВАНИЕ НАВИГАЦИОННЫХ ОБЪЕКТОВ НА ПУТИ СУДНА ПО ПОЛЯРИЗАЦИОННЫМ ПАРАМЕТРАМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ * Институт проблем регистрации информации НАН Украины, г. Киев, Украина ** Национальный университет «Одесская Национальная Морская Академия», г. Одесса, Украина Анотація. У статті розглянута радіофізична модель відбиваючих властивостей навігаційного об'єкта і метеоутворень, що дозволяє робити радіолокаційне розпізнавання навігаційного об'єкта за наявності метеоутворень за поляризаційними відмінностями відбитих сигналів навігаційного об'єкта і метеоутворення. Надана функціональна схема радіолокаційного макета, що реалізовує процес радіолокаційного розпізнавання шляхом виділення з прийнятого сигналу електромагнітної хвилі колової поляризації, відбитої від навігаційного об'єкта, і електромагнітної хвилі еліптичної поляризації, відбитої від метеооб'єкта. Радіолокаційні сигнали, відбиті від навігаційного і метео- об'єктів, параметризовані за допомогою дійсних енергетичних параметрів Стокса, що дозволило спростити систему обробки. Надані радіолокаційна модель і функціональна схема радіолокатора дозволили повною мірою врахувати вплив факторів навколишнього середовища на процес радіоло- каційного розпізнавання навігаційних об'єктів. Ключові слова: радіофізична модель, параметри Стокса, морська поверхня, еліптична і кругова поляризації, матриця розсіювання, функціональна схема. Аннотация. В статье рассмотрена радиофизическая модель отражающих свойств навигацион- ного объекта и метеообразования, позволяющая производить радиолокационное распознавание навигационного объекта при наличии метеообразований по поляризационным различиям отра- женных сигналов навигационного объекта и метеообразования. Представлена функциональная схема радиолокационного макета, реализующего процесс радиолокационного распознавания путем выделения из принятого сигнала электромагнитной волны круговой поляризации, отраженной от навигационного объекта, и электромагнитной волны эллиптической поляризации, отраженной от метеообъекта. Радиолокационные сигналы, отраженные от навигационного и метеообъектов, параметризированы с помощью действительных энергетических параметров Стокса, что позво- лило упростить систему обработки. Представленная радиолокационная модель и функциональная схема радиолокатора позволили в полной мере учесть влияние факторов окружающей среды на процесс радиолокационного распознавания навигационных объектов. Ключевые слова: радиофизическая модель, параметры Стокса, морская поверхность, эллиптиче- ская и круговая поляризации, матрица рассеяния, функциональная схема. Abstract. The article considers the radio physical model of the reflective properties of the object naviga- tion and meteorological formations, allowing navigation radar detection of an object in the presence of airborne moisture targets on the polarization differences of the reflected signals from a navigation object and meteorological formations. It is given a functional scheme of the radar layout that implements the process of radar recognition by separating from a received signal of an electromagnetic wave of circular polarization reflected from the navigation object and the electromagnetic wave of elliptic polarization of the reflected from meteorological object. Radar signals reflected from navigation and meteorological ob- jects parameterized with a valid energy of the Stokes parameters, which allowed simplifying the pro- cessing system. The presented radar model and functional scheme of the radar allowed fully taking into account the influence of environmental factors on the process of radar detection of navigational objects. Keywords: radio physical model, Stokes parameters, sea surface, elliptical and circular polarization, scat- tering matrix, functional scheme. ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2017, № 4 121 1. Введение Судовая радиолокационная станция (РЛС) должна обладать возможностью выделения эхо- сигнала навигационного объекта (встречные суда) из эхо-сигнала морской поверхности и эхо-сигналов метеообъектов (туман, дождь, снегопад). Сложность выделения эхо-сигнала навигационного объекта состоит в различии уровней эхо-сигналов при малых углах скольжения (угла между отраженным радиолучом и морской поверхностью в точке отра- жения). На индикаторах судовых РЛС отражѐнные сигналы дают засветки в виде ложных объектов, что снижает безопасность судовождения при использовании радиолокационной информации. Существующие методы использования формы сигнала со сжатием импульсов (уменьшением величины элемента разрешения), повышения разрешающей способности судовой РЛС, плотности вероятности отражения объектов, интегрирования декоррелиро- ванных (нарушения корреляционных связей помех от моря) радиолокационных отражений (переотражение энергий радиоволны в направлении судовой РЛС) от морской поверхности за счет вращения антенны судовой РЛС со скоростью 600 об/мин и повышения частоты следования излучаемых импульсов до 5000 Гц, селекции по допплеровской частоте, разби- ения спектра сигнала на ряд узких интервалов с последующей их декорреляцией, широко- полосной некогерентной обработкой сигнала не позволяют пока решить существующую проблему в окончательном виде. В то же время существующие данные по отражению ра- диолокационного сигнала, излучаемого судовой РЛС от морской поверхности, не облада- ют большой точностью [1]. К настоящему времени разработаны различные модели отражающих свойств мор- ской поверхности, рассмотренные в [2], к которым относятся: – фацетная модель, основанная на действительной диаграмме переизлучения радио- волн конечной длины фацетами конечных размеров с учетом влияния длины волны на эф- фективное число фацетов, формирующих эхо-сигнал; – модель Кирхгофа-Гюйгенса, основанная на равенстве токов, текущих в каждой точке искривленной поверхности и текущих на плоской поверхности; – сферическая модель неровной поверхности и модель зеркально отражающих эле- ментов поверхности, основанные на отражении сигнала совокупностью почти изотропных рассеивающих элементов, между которыми расположено множество небольших плоских площадок, ориентированных под различными углами. Несмотря на использование различных моделей отражающей морской поверхности и разнообразных методов расчета рассеянного поля, теоретические исследования позволя- ют только в какой-то степени понять явления, происходящие при рассеянии радиоволн ре- альными морскими поверхностями. Кроме того, не поддается оценке влияние рассеяния радиоволн под поверхностными слоями, которых достигает падающее радиолокационное излучение. Целью статьи является разработка радиофизической модели отражения радиолока- ционного сигнала, излучаемого судовой РЛС при наблюдении навигационных объектов с учетом отражения от морской поверхности и метеообъектов. 2. Радиолокационное распознавание навигационных объектов при наличии отраже- ний от водной поверхности и гидрометеоров Будем исходить из того факта, что молекулы воды обладают постоянным дипольным мо- ментом и оказывают влияние на процесс взаимодействия электромагнитного излучения с морской поверхностью [3]. Морская поверхность характеризуется таким радиофизическим параметром, как ди- электрическая проницаемость ε. В связи с тем, что процесс рассеяния электромагнитных 122 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2017, № 4 волн, излучаемых антенной судовой РЛС, определяется многими факторами и одновре- менный учет которых практически невозможен, поэтому особо важная роль в процессе от- ражения электромагнитных волн от морской поверхности отводится ее радиофизическим параметрам и поляризационным характеристикам электромагнитной волны. С целью по- лучения радиолокационной информации о морской поверхности как рассеивателе элек- тромагнитной волны с изменяющимися диэлектрическими свойствами (наличие объекта на ее поверхности с другими диэлектрическими параметрами) возникает необходимость в разработке радиофизической модели отражающих свойств морской поверхности, которая до настоящего времени не рассматривалась. Радиофизическая модель отражающих свойств морской поверхности основывается на взаимосвязи поляризационных параметров облучаемой и отраженной от морской поверхности электромагнитной волны с ее радиофи- зическими параметрами. Так как все измерения проводятся на фоне мешающих отраже- ний, то очень важной задачей является выбор таких поляризационных параметров элек- тромагнитной волны, которые в заданном направлении позволят получать необходимую информацию о рассеивающих свойствах морской поверхности при отсутствии и наличии на ней навигационных объектов. Рассмотрим гладкую морскую поверхность, которая имеет зеркальное отражение падающей на нее электромагнитной волны. Антенна РЛС излучает электромагнитную волну круговой поляризации правого или левого направления вращения электрического вектора. Считаем, что тропосфера чистая, без облаков и осадков, относительная диэлектрическая проницаемость которой 1Т  . Морская поверхность изотропная и имеет действительное значение диэлектрической про- ницаемости МП . Будем представлять электромагнитную волну на излучение и прием поляризацион- ными параметрами Стокса. Отражающие свойства морской поверхности представим мат- рицей рассеяния, состоящей из 16-ти вещественных коэффициентов. Тогда взаимодействие параметров излученной и отраженной от морской поверхно- сти электромагнитной волны с радиофизическими параметрами отражающей морской по- верхности запишется в виде следующего матричного уравнения [3]: 11 12 13 14 21 22 23 24 31 32 33 34 41 42 43 44 0 0 МП МП МП МП отр изл МП МП МП МП отр МП МП МП МП отр МП МП МП МП отр изл I I Q U V V                                                    , (1) где отр отр отр отр изд изд, , , , ,I Q U V I V – параметры Стокса отражаемой и излучаемой электро- магнитной волны соответственно. Так как гладкая морская поверхность не изменяет поляризацию отраженной элек- тромагнитной волны, тогда уравнение (1) запишется в виде 11 12 13 14 21 22 23 24 31 32 33 34 41 42 43 44 0 0 0 0 МП МП МП МП отр изл МП МП МП МП МП МП МП МП МП МП МП МП отр изл I I V V                                                    . (2) После перемножения матриц правой части получим следующие два линейных уравнения: ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2017, № 4 123 11 140 0МП МП отр изл излI I V     , (3) 41 440 0МП МП отр изл излV I V     . (4) С учетом того, что изл излI V , уравнения (3) и (4) запишутся в виде  11 14 МП МП отр излI I    , (5)  41 44 МП МП отр излV I    . (6) Но так как 11 14 41 44 МП МП МП МП      , тогда МП отр излI I , (7) МП отр излV I . (8) Так как морская поверхность не изменяет поляризацию падающей на нее электро- магнитной волны, тогда уравнения (7) и (8) отраженной волны в окончательном виде за- пишутся в виде одного линейного уравнения: МП отр излI I . (9) Измерив отрI с помощью судовой РЛС, делаем вывод о том, что в зоне действия су- довой РЛС отсутствуют навигационные объекты, так как МП известна. При условии, что морская поверхность гладкая и имеет зеркальное отражение, а в зоне обнаружения на ней присутствуют навигационные объекты, имеющие ОБ МП  , то- гда для данной ситуации уравнение (1) запишется следующим образом: 12 13 13 1411 11 12 14 22 23 23 2421 21 22 24 32 33 33 3431 31 32 34 42 43 43 4441 41 42 ОБ МП ОБ МПМП ОБ МП ОБ отр ОБ МП ОБ МПМП ОБ МП ОБ отр ОБ МП ОБ МПМП ОБ МП отр ОБ МП ОБ МПМП ОБ МП отр I Q U V                                                       44 0 0 изл ОБ ОБ изл I V                          , (10) или после перемножения правой части получим    11 11 14 14 МП ОБ МП ОБ отр изл излI I V       , (11)    21 21 24 24 МП ОБ МП ОБ отр изл излQ I V       , (12)    31 31 34 34 МП ОБ МП ОБ отр изл излU I V       , (13)    41 41 44 44 МП ОБ МП ОБ отр изл излV I V       . (14) С учетом того, что изл излI V , уравнения (11–14) перепишутся в виде    11 11 14 14 МП ОБ МП ОБ отр излI I           , (15)    21 21 24 24 МП ОБ МП ОБ отр излQ I           , (16)    31 31 34 34 МП ОБ МП ОБ отр излU I           , (17) 124 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2017, № 4    41 41 44 44 МП ОБ МП ОБ отр излV I           . (18) Измерив судовой РЛС отр отр отр отр, , ,I Q U V , получим поляризацию отраженной вол- ны, которая отличается от поляризации излучаемой антенной судовой РЛС электромаг- нитной волны. Вид поляризации отраженной волны по измеренным параметрам Стокса определяется с помощью геометрических характеристик поляризационного эллипса [4]: 10,5sin отр отр V I   , (19) 10,5 tan отр отр U Q   , (20) где  – угол эллиптичности поляризационного эллипса отраженной волны;  – угол ориентации поляризационного эллипса. По измеренным параметрам Стокса вид поляризации отраженной волны легко определяется также по двум ортогональным амплитудам отраженной волны и разнице фаз между ними: 2отр отр отр x I Q E   , (21) 2отр отр отр y I Q E   , (22) 1tan отр отр ху отр V Ф U  . (23) где отрxE , отрyE – ортогональные амплитуды отраженной волны; отрхуФ – разность фаз между ортогональными амплитудами отраженной волны; отр отр отр отр, , ,I Q U V – измеренные параметры Стокса отраженной волны. Если отр отрx уE E и 90 отрхуФ   – поляризация отраженной волны круговая. Если отр отрx уE E , а 90 отрхуФ   – поляризация отраженной волны эллиптическая. При наличии навигационного объекта в зоне обнаружения судовой РЛС, диэлек- трическая проницаемость которого отлична от диэлектрической проницаемости морской поверхности, поляризация отраженной электромагнитной волны от области морской по- верхности с объектом будет эллиптической, с определенными значениями геометрических параметров поляризационного эллипса  и  , что указывает на присутствие объекта на гладкой морской поверхности. Наиболее перспективным видом поляризации для использования в судовых РЛС является круговая поляризация на излучение, позволяющая реализовать одновременно преимущества обоих видов и получить возможность распознать на индикаторе эхо-сигнал объекта, так как отраженная волна будет иметь эллиптическую поляризацию, соответ- ствующую эхо-сигналу объекта и морской поверхности, но с другими значениями  и  . При наличии на пути распространения радиолуча от антенны судовой РЛС до мор- ской поверхности тумана, облаков и осадков (гидрометеоров) уравнение (10) запишется в виде ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2017, № 4 125 12 13 1311 11 11 12 12 22 23 2321 21 21 22 22 32 3331 31 31 32 32 42 4341 41 41 42 42 ГМ МП ОБМП ОБ ГМ МП ОБ отр ГМ МП ОМП ОБ ГМ МП ОБ отр ГМ МПМП ОБ ГМ МП ОБ отр ГМ МПМП ОБ ГМ МП ОБ отр I Q U V                                                          13 14 14 14 23 24 24 24 33 33 34 34 34 43 43 44 44 44 0 0 ГМ МП ОБ ГМ изл Б ГМ МП ОБ ГМ ОБ ГМ МП ОБ ГМ ОБ ГМ МП ОБ ГМ изл I V                                                     , (24) где МП – диэлектрическая проницаемость морской поверхности; ОБ – диэлектрическая проницаемость навигационного объекта; ГМ – диэлектрическая проницаемость частиц облаков и осадков. После перемножения правой части уравнения (24) получаем четыре линейных уравнения в виде    11 11 11 14 14 14 МП ОБ ГМ МП ОБ ГМ отр изл излI I V           , (25)    21 21 21 24 24 24 МП ОБ ГМ МП ОБ ГМ отр изл излQ I V           , (26)    31 31 31 34 34 34 МП ОБ ГМ МП ОБ ГМ отр изл излU I V           , (27)    41 41 41 44 44 44 МП ОБ ГМ МП ОБ ГМ отр изл излV I V           (28) или с учетом того, что изл излV I , получим    11 11 11 14 14 14 МП ОБ ГМ МП ОБ ГМ отр излI I               , (29)    21 21 21 24 24 24 МП ОБ ГМ МП ОБ ГМ отр излQ I               , (30)    31 31 31 34 34 34 МП ОБ ГМ МП ОБ ГМ отр излU I               , (31)    41 41 41 44 44 44 МП ОБ ГМ МП ОБ Гм отр излV I               . (32) При положительном значении угла места (в градусах) антенна (одна на излучение и прием) судовой РЛС наблюдает [5] навигационные объекты и гидрометеоры и не наблю- дает морскую поверхность. Тогда уравнение (24) запишется следующим образом: 12 13 13 1411 11 12 14 22 23 23 2421 21 22 24 32 33 33 3431 31 32 34 42 43 43 4441 41 42 ГМ ОБ ГМ ОБОБ ГМ ОБ ГМ отр ГМ ОБ ГМ ОБОБ ГМ ОБ ГМ отр ГМ ОБ ГМ ОБОБ ГМ ОБ отр ГМ ОБ ГМ ОБОБ ГМ ОБ отр I Q U V                                                       44 0 0 изл ГМ ГМ изл I V                          . (33) После перемножения правой части уравнения (33) получим    11 11 14 14 ОБ ГМ ОБ ГМ отр изл излI I V       , (34)    21 21 24 24 ОБ ГМ ОБ ГМ отр изл излQ I V       , (35)    31 31 34 34 ОБ ГМ ОБ ГМ отр изл излU I V       , (36)    41 41 44 44 ОБ ГМ ОБ ГМ отр изл излV I V       (37) 126 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2017, № 4 или с учетом того, что изл излV I , получим    11 11 14 14 ОБ ГМ ОБ ГМ отр излI I           , (38)    21 21 24 24 ОБ ГМ ОБ ГМ отр излQ I           , (39)    31 31 34 34 ОБ ГМ ОБ ГМ отр излU I           , (40)    41 41 44 44 ОБ ГМ ОБ ГМ отр излV I           . (41) Гидрометеоры являются объемно-распределенным объектом, состоящим из боль- шого количества частиц различного размера, ориентации, числа частиц в радиолокацион- ном объеме и фазового состояния. Поэтому эхо-сигнал от такого объекта будет иметь эл- липтическую поляризацию. Определение. Навигационные объекты – естественные (морской берег, горы), ис- кусственные (морские и речные суда, буи, бакены, береговые постройки, маяки). Навигационный объект представляет собой сосредоточенную цель, которая имеет на своей поверхности выпуклые и вогнутые поверхности. Участки этих поверхностей, ориентированные перпендикулярно к радиолучу, действуют как плоские пластины разме- ром порядка зоны Френеля. На двух различных выпуклых или вогнутых поверхностях навигационного объекта выделяются пары плоских участков, перпендикулярных друг дру- гу, образующих двухгранный уголковый отражатель, создающий эхо-сигнал круговой по- ляризации. При наличии гидрометеоров на пути распространения радиолокационного сигнала эхо-сигнал будет состоять из двух поляризаций: эллиптической и круговой, которые необ- ходимо выделить из суммарного эхо-сигнала. После выделения эхо-сигнала круговой и эллиптической поляризации при радиолокационном наблюдении навигационного объекта эхо-сигнал круговой поляризации используется для наблюдения навигационного объекта, а эхо-сигнал эллиптической поляризации для наблюдения опасных явлений погоды, свя- занных с кучево-дождевыми облаками. Эти два эхо-сигнала подаются на два индикатора судовой РЛС или один на индикатор для наблюдения навигационного объекта, а другой на дисплей компьютера для наблюдения зоны выпадающих осадков или кучево-дождевых облаков. Реализация физико-математической модели, связывающей радиофизические пара- метры объектов наблюдения судовой РЛС на пути судна с параметрами электромагнитной волны, излучаемой антенной, производится с помощью разработанного экспериментально- го макета, функциональная схема которого представлена на рис. 1. При создании макета судовой РЛС требовалось учесть ряд важных особенностей, оказывающих существенное влияние на ее функционирование: • создается электромагнитная волна круговой поляризации на излучение; • применяется всеполяризованная антенна, позволяющая излучать и принимать электромагнитную волну любой поляризации; • синхронизируется работа всех узлов в режиме излучения и приема электромаг- нитной волны; • передача и обработка радиолокационных сигналов производятся в реальном вре- мени; • выдача результатов обработки радиолокационных сигналов потребителям произ- водится в моменты времени, совпадающие с моментом получения данных измерения и их обработки; ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2017, № 4 127 • радиолокационная информация представляется на дисплее компьютера и на экране индикатора радиолокатора в определенном цвете. Рис. 1. Функциональная схема экспериментального макета судовой РЛС, реализующая ди- станционное распознавание объекта по геометрическим параметрам поляризации: 1, 2 – устрой- ства измерения амплитуд составляющих эхо-сигнала круговой поляризации; 3,10,11 – устройства измерения параметров Стокса эхо-сигнала ортогональных компонент в линейном, круговом и эл- липтическом базисах; 4, 9 – индикаторы судовой РЛС; 5,8 – устройства измерения разности фаз эхо-сигналов эллиптической и круговой поляризации; 6,7 – устройства измерения амплитуд со- ставляющих эхо-сигнала эллиптической поляризации; 12, 13, 14, 15, 16, 17 – приемные устройства; 18, 20 – волноводные Т-мосты; 19, 21, 24, 30, 34 – волноводные делители мощности; 22, 27, 28, 29 – фазовращатели; 23 – передающее устройство; 25, 26 – аттенюаторы; 31, 34 – антенные переключатели; 32 – поляризационный селектор; 35 – всеполяризованная антенна Указанные особенности судовой РЛС делают задачу создания ее макета задачей не- тривиальной и требуют применения специфического подхода и средств. При этом решена задача выделения из суммарного эхо-сигнала эллиптической по- ляризации метеорологического объекта и эхо-сигнала круговой поляризации навигацион- ного объекта при их облучении электромагнитной волной круговой поляризации. Созда- ние электромагнитной волны на излучение заданной поляризации сводится к управлению оператором, создающим необходимые поляризационные характеристики у излучаемого сигнала. Поляризационные свойства антенны определяются разделителем мощности, созда- ющим заданные амплитудные соотношения между ортогональными компонентами элек- тромагнитной волны в двух ортогональных каналах, в каждом из которых включены атте- нюаторы и фазовращатели. Всеполяризованная антенна соединяется с двумя ортогональ- ными каналами через поляризационный селектор, выполняющий функцию разделителя и сумматора ортогональных компонент волны при приеме и излучении. В совокупности все эти устройства образуют антенну эллиптической поляризации. Отраженный суммарный сигнал от метео- и навигационного объектов разделяется по двум приемным каналам. Один из которых выделяет эхо-сигнал круговой поляризации, поступающий от метеообъекта, а другой канал выделяет из суммарного эхо-сигнала, при- нятого антенной, сигнал эллиптической поляризации. После усиления и преобразования сигналы круговой и эллиптической поляризации подаются на соответствующие индикато- 128 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2017, № 4 ры для наблюдения (параметр I), а для контроля параметров поляризации отраженной вол- ны от навигационного и метеообъектов – на схемы измерения амплитуд ортогональных компонент и разности фаз между ними. Круговой поляризации от навигационного объекта будут соответствовать 1 2кр крЕ Е и 90кФ  , а эллиптической поляризации от метеообъекта 1 2эл элЕ Е и 90элФ  или 1 2эл элЕ Е и 90элФ  . Третий приемный канал позволяет проводить радиолокационное наблюдение в стандартном режиме, но с приемом полной отраженной мощности от гидро- метеоров и навигационного объектов. Рассмотренные в статье материалы были апробированы при проведении исследова- ний в рамках госбюджетной НИР «Теоретические основы гарантированной безопасности судоходства в территориальном море, внутренних водах и портах Украины» (2010–2012 гг.) № ДР 0110U00280, а также 7-ой рамочной транспортной программой Европейского союза проект MOWE – IT «Управление погодными явлениями в транспортной сфере» № ДР 0114U000343 (2012–2014 гг.), грант № 314506. 3. Выводы В результате проделанной работы предложена радиофизическая модель отражающих свойств морской поверхности, гидрометеоров и навигационного объекта, которая дает возможность выделять из суммарного отраженного сигнала сигнал круговой поляризации, принадлежащий навигационному объекту, и сигнал эллиптической поляризации, принад- лежащий гидрометеорам, что позволяет произвести радиолокационное распознавание навигационного объекта при наличии метеообразований. Предложенная функциональная схема судовой РЛС реализует процесс радиолока- ционного распознавания навигационных объектов при наличии метеообразований (тумана, дождя, снега) на пути судна. Реализация физико-математической модели, связывающей радиофизические параметры объектов наблюдения судовой РЛС на пути судна с парамет- рами электромагнитной волны, излучаемой антенной, производится с помощью разрабо- танного экспериментального макета, подтверждает ее адекватность, что позволяет исполь- зовать данную модель для исследования, разработки и усовершенствования алгоритмов работы РЛС. Алгоритмы обработки данных, реализуемые в рамках данной модели, могут быть достаточно легко преобразованы в программный код для реального процессора обра- ботки данных и управления, что является дополнительным положительным качеством данной модели. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Особенности распространения радиоволн над морской поверхностью / [Ерѐмка В.Д., Кабанов В.А., Логвинов Ю.Ф. и др.]; под ред. В.Б. Разсказовского. – Севастополь: Вебер, 2013. – 217 с. 2. Справочник по радиолокации [под общей ред. К.Н. Трофимова]. – М.: Советское радио, 1976. – Т. 1: Основы радиолокации. – 456 с. 3. Розенберг В.И. Рассеяние и ослабление электромагнитного излучения атмосферными частицами / Розенберг В.И. – Л.: Гидрометеоиздат, 1972. – 348 с. 4. Павлов Н.Ф. Аэрология, радиометеорология и техника безопасности / Павлов Н.Ф. – Л.: Гидро- метеоиздат, 1980. – 431 с. 5. Князь А.И. Совершенствование методов и средств дистанционного наблюдения навигационных объектов на пути судна: дис. … канд. техн. наук. – Одесса, 2015. – 196 с. Стаття надійшла до редакції 18.09.2017
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-131992
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1028-9763
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T16:50:45Z
publishDate	2017
publisher	Інститут проблем математичних машин і систем НАН України
record_format	dspace
spelling	Путятин, В.Г. Гуденко, С.Ю. Заичко, С.И. Корбан, Д.В. Князь, А.И. 2018-04-08T14:14:15Z 2018-04-08T14:14:15Z 2017 Радиолокационное распознавание навигационных объектов на пути судна по поляризационным параметрам электромагнитной волны / В.Г. Путятин, С.Ю. Гуденко, С.И. Заичко, Д.В. Корбан, А.И. Князь // Математичні машини і системи. — 2017. — № 4. — С. 120-128. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1028-9763 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/131992 551.508.85 (551.576 +551.577) В статье рассмотрена радиофизическая модель отражающих свойств навигационного объекта и метеообразования, позволяющая производить радиолокационное распознавание навигационного объекта при наличии метеообразований по поляризационным различиям отраженных сигналов навигационного объекта и метеообразования. Представлена функциональная схема радиолокационного макета, реализующего процесс радиолокационного распознавания путем выделения из принятого сигнала электромагнитной волны круговой поляризации, отраженной от навигационного объекта, и электромагнитной волны эллиптической поляризации, отраженной от метеообъекта. Радиолокационные сигналы, отраженные от навигационного и метеообъектов, параметризированы с помощью действительных энергетических параметров Стокса, что позволило упростить систему обработки. Представленная радиолокационная модель и функциональная схема радиолокатора позволили в полной мере учесть влияние факторов окружающей среды на процесс радиолокационного распознавания навигационных объектов. У статті розглянута радіофізична модель відбиваючих властивостей навігаційного об'єкта і метеоутворень, що дозволяє робити радіолокаційне розпізнавання навігаційного об'єкта за наявності метеоутворень за поляризаційними відмінностями відбитих сигналів навігаційного об'єкта і метеоутворення. Надана функціональна схема радіолокаційного макета, що реалізовує процес радіолокаційного розпізнавання шляхом виділення з прийнятого сигналу електромагнітної хвилі колової поляризації, відбитої від навігаційного об'єкта, і електромагнітної хвилі еліптичної поляризації, відбитої від метеооб'єкта. Радіолокаційні сигнали, відбиті від навігаційного і метеооб'єктів, параметризовані за допомогою дійсних енергетичних параметрів Стокса, що дозволило спростити систему обробки. Надані радіолокаційна модель і функціональна схема радіолокатора дозволили повною мірою врахувати вплив факторів навколишнього середовища на процес радіолокаційного розпізнавання навігаційних об'єктів. The article considers the radio physical model of the reflective properties of the object navigation and meteorological formations, allowing navigation radar detection of an object in the presence of airborne moisture targets on the polarization differences of the reflected signals from a navigation object and meteorological formations. It is given a functional scheme of the radar layout that implements the process of radar recognition by separating from a received signal of an electromagnetic wave of circular polarization reflected from the navigation object and the electromagnetic wave of elliptic polarization of the reflected from meteorological object. Radar signals reflected from navigation and meteorological objects parameterized with a valid energy of the Stokes parameters, which allowed simplifying the processing system. The presented radar model and functional scheme of the radar allowed fully taking into account the influence of environmental factors on the process of radar detection of navigational objects. ru Інститут проблем математичних машин і систем НАН України Математичні машини і системи Моделювання і управління Радиолокационное распознавание навигационных объектов на пути судна по поляризационным параметрам электромагнитной волны Радіолокаційне розпізнавання навігаційних об'єктів на шляху судна за поляризаційними параметрами електромагнітної хвилі Radar detection of navigational objects along the vessel's path through the polarization parameters of an electromagnetic wave Article published earlier
spellingShingle	Радиолокационное распознавание навигационных объектов на пути судна по поляризационным параметрам электромагнитной волны Путятин, В.Г. Гуденко, С.Ю. Заичко, С.И. Корбан, Д.В. Князь, А.И. Моделювання і управління
title	Радиолокационное распознавание навигационных объектов на пути судна по поляризационным параметрам электромагнитной волны
title_alt	Радіолокаційне розпізнавання навігаційних об'єктів на шляху судна за поляризаційними параметрами електромагнітної хвилі Radar detection of navigational objects along the vessel's path through the polarization parameters of an electromagnetic wave
title_full	Радиолокационное распознавание навигационных объектов на пути судна по поляризационным параметрам электромагнитной волны
title_fullStr	Радиолокационное распознавание навигационных объектов на пути судна по поляризационным параметрам электромагнитной волны
title_full_unstemmed	Радиолокационное распознавание навигационных объектов на пути судна по поляризационным параметрам электромагнитной волны
title_short	Радиолокационное распознавание навигационных объектов на пути судна по поляризационным параметрам электромагнитной волны
title_sort	радиолокационное распознавание навигационных объектов на пути судна по поляризационным параметрам электромагнитной волны
topic	Моделювання і управління
topic_facet	Моделювання і управління
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/131992
work_keys_str_mv	AT putâtinvg radiolokacionnoeraspoznavanienavigacionnyhobʺektovnaputisudnapopolârizacionnymparametramélektromagnitnoivolny AT gudenkosû radiolokacionnoeraspoznavanienavigacionnyhobʺektovnaputisudnapopolârizacionnymparametramélektromagnitnoivolny AT zaičkosi radiolokacionnoeraspoznavanienavigacionnyhobʺektovnaputisudnapopolârizacionnymparametramélektromagnitnoivolny AT korbandv radiolokacionnoeraspoznavanienavigacionnyhobʺektovnaputisudnapopolârizacionnymparametramélektromagnitnoivolny AT knâzʹai radiolokacionnoeraspoznavanienavigacionnyhobʺektovnaputisudnapopolârizacionnymparametramélektromagnitnoivolny AT putâtinvg radíolokacíinerozpíznavannânavígacíinihobêktívnašlâhusudnazapolârizacíinimiparametramielektromagnítnoíhvilí AT gudenkosû radíolokacíinerozpíznavannânavígacíinihobêktívnašlâhusudnazapolârizacíinimiparametramielektromagnítnoíhvilí AT zaičkosi radíolokacíinerozpíznavannânavígacíinihobêktívnašlâhusudnazapolârizacíinimiparametramielektromagnítnoíhvilí AT korbandv radíolokacíinerozpíznavannânavígacíinihobêktívnašlâhusudnazapolârizacíinimiparametramielektromagnítnoíhvilí AT knâzʹai radíolokacíinerozpíznavannânavígacíinihobêktívnašlâhusudnazapolârizacíinimiparametramielektromagnítnoíhvilí AT putâtinvg radardetectionofnavigationalobjectsalongthevesselspaththroughthepolarizationparametersofanelectromagneticwave AT gudenkosû radardetectionofnavigationalobjectsalongthevesselspaththroughthepolarizationparametersofanelectromagneticwave AT zaičkosi radardetectionofnavigationalobjectsalongthevesselspaththroughthepolarizationparametersofanelectromagneticwave AT korbandv radardetectionofnavigationalobjectsalongthevesselspaththroughthepolarizationparametersofanelectromagneticwave AT knâzʹai radardetectionofnavigationalobjectsalongthevesselspaththroughthepolarizationparametersofanelectromagneticwave

Радиолокационное распознавание навигационных объектов на пути судна по поляризационным параметрам электромагнитной волны

Institution

Ähnliche Einträge