СПОСОБ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РАДИОЛОКАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ И МОБИЛЬНЫЙ ТРАССОВЫЙ ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR ESTIMATION OF TECHNICAL CHARACTERISTICS OF RADAR COMPLEXES AND MOBILE TRACTION TEST COMPLEX FOR ITS IMPLEMENTATION

Областью применения и преимущественной областью использования изобретения является радиолокация, в частности оценка технических характеристик радиолокационных комплексов (РЛК).
В настоящее время ведется активная разработка новых образцов РЛК. Требования к основным тактико-техническим характеристикам (ТТХ) вновь разрабатываемых РЛК более жесткие в части точности измерения координат, зон обнаружения, типов и количества обнаруживаемых и сопровождаемых целей, условий работы, скорости принятия решения и передачи информации.
В связи с этим параллельно с разработкой современных РЛК актуальной является разработка способа и компактного, мобильного трассового испытательного комплекса для обеспечения достоверной оценки ТТХ на всех этапах разработки, начиная с эскизного макета. Поэтому задача совершенствования безоблетных методов оценки основных ТТХ, разрабатываемых РЛК, повышения качества комплексных проверок и испытаний при существенном уменьшении стоимости становится особенно актуальной.
В настоящее время наиболее распространенным способом оценки зон обнаружения РЛК является натурный эксперимент с использованием движущейся в пространстве цели с известной эффективной площадью рассеяния (ЭПР). В ходе экспериментов на каждом i-том обзоре с помощью средств внутрисистемной регистрации записывают данные об амплитуде Ai эхо-сигнала на входе приемника РЛК и координаты цели (дальность Di, азимут βi и угол мета εi) с «привязкой» к системе единого времени в стандарте UTC ГОСТ 8.129-99 [1].
С помощью средств внешнетраекторных измерений (ВТИ) обеспечивается запись координат цели с «привязкой» к системе единого времени в том же стандарте.
выч.
По полученным данным и с учетом ЭПР цели производится вычисление дальности обнаружения D в зависимости от угла мета, что позволяет оценить зону обнаружения РЛК для цели с заданной величиной ЭПР [2, стр. 6].
Сравнение значений координат, полученных от РЛК и средств внешнетраекторных измерений, «привязанных» к единому времени, позволяет оценить точностные характеристики РЛК.
В указанном способе, принятом за прототип, проблемными являются затратные способы перемещения цели в пространстве (миниспутник [3], космический аппарат [4]), не обеспечивающие, к тому же, стабильность эхо-сигнала, а также необходимость наличия дорогостоящих средств ВТИ, не обладающих необходимой точностью измерения координат цели.
Вместе с тем, при проведении радиолокационных испытаний РЛК в качестве эталонных отражателей (ЭО) часто используют отражатели простой формы, такие как сфера, диск, конус, цилиндр и т.д., значения ЭПР которых рассчитываются достаточно точно [5, стр. 3].
Однако только сфера, представляющая собой одно из тел простой формы, для которого задача о рассеянии плоской электромагнитной волны решается совершенно строго [5, стр. 101], единственное тело, рассеивающее энергию во все стороны равномерно, т.е. сфера является всенаправленным отражателем, что гарантирует стабильность сигнала [6, стр. 38]. По этой причине сферические ЭО чаще всего используются в качестве эталонов ЭПР.
Для решения указанных выше проблем могут быть использованы сравнительно недорогой способ перемещения груза в пространстве и способ высокоточного измерения координат носителя, описанные в полезной модели «Малогабаритный радиозонд» [7], принятой за прототип предлагаемого мобильного трассового испытательного комплекса. Прототип представляет собой радиозонд для измерения параметров атмосферы, текущее местоположение которого определяют при помощи приемника системы глобального позиционирования. Радиозонд привязан к наполненной водородом или гелием оболочке и передает, с помощью системы передачи, метеоданные и координаты своего местоположения на наземную радиолокационную станцию (РЛС) сопровождения, находящуюся в радиусе излучения сигнала радиозондом, которая принимает и обрабатывает радиосигнал.
Недостатком прототипа, который может быть использован для перемещения ЭО в пространстве, является ограниченная зона его видимости, что может привести к потере информации о его местоположении, отсутствие «привязки» его координат к системе единого времени, а также необходимость наличия РЛС сопровождения. Существенным недостатком прототипа также является ограничение объема статистических данных, обусловленное падением на землю аппаратуры после разрыва оболочки.
Для увеличения надежности комплексных проверок и расширения сфер применения в натурных и полунатурных испытаниях предлагается способ оценки технических характеристик РЛК и мобильный трассовый испытательный комплекс для оценки зон обнаружения и точностных характеристик на базе сферического ЭО, дополненный навигационным приемником со встроенной системой передачи данных, «привязанных» к системе единого времени. Сферический ЭО представляет собой радиолокационный отражатель в виде металлической сферы, подвешенной посредством нити к плотной оболочке, состоящей из резины или пластика, которую заполняют гелием или водородом.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение достоверности оценки зон обнаружения и точностных характеристик РЛК при существенном уменьшении затрат.
Указанный технический результат достигается за счет использования в качестве движущейся цели сферического ЭО с известной ЭПР, подвешенного к зонду-оболочке, высокоточное измерение координат которого, с «привязкой» к единому времени, осуществляется при помощи приемника GPS/GSM, систем ГЛОНАСС/GPS, сетей GPRS и Internet, а также парашютной системы, срабатывающей в момент разрыва оболочки зонда, заполненной гелием или водородом. Наличие парашюта обеспечивает замедленный спуск ЭО с прикрепленным к нему приемником GPS/GSM, что позволит увеличить объем статистических данных обнаружения ЭО в 1,5-2 раза на один запуск ЭО. Структурная схема мобильного трассового испытательного комплекса представлена на чертеже, где обозначено:
1 - испытуемый РЛК;
2 - зонд-оболочка (З-О);
3 - дополнительный парашют (ДП);
4 - основной парашют (ОП);
5 - аппаратура навигации и передачи данных (АНПД);
6 - сферический эталонный отражатель (СЭО);
7 - электронно-вычислительная машина (ЭВМ);
Кроме того, на чертеже пунктиром обозначены используемые в предлагаемых способе и мобильном трассовом испытательном комплексе:
8 - спутниковые системы ГЛОНАСС/GPS;
9 - сеть GPRS;
10 - сеть Internet.
Мобильный трассовый испытательный комплекс содержит испытуемый РЛК 1, зонд-оболочку (З-О) 2, основной (ОП) 4 и дополнительный (ДП) 3 парашюты, аппаратуру навигации и передачи данных (АНПД) 5, сферический эталонный отражатель (СЭО) 6 и электронно-вычислительную машину (ЭВМ) 7. При этом используются спутниковые системы ГЛОНАСС/GPS 8, а также сети GPRS 9 и Internet 10.
СЭО 6 и АНПД 5 при помощи фала соединены с основным 4 и дополнительным 3 парашютами, причем последний расположен внутри зонда-оболочки 2 и соединен с ним. Вход-выход СЭО 6 по радиолинии соединен с входом-выходом РЛК 1, выход которого соединен с первым входом ЭВМ 7, второй вход которой соединен с выходом сети Internet 10, соединенной по радиолинии со вторым входом-выходом сети GPRS 9, первый вход-выход которой так же соединен с входом-выходом АНПД 5, вход которой по радиолинии соединен с системой ГЛОНАСС/GPS 8, а выход ЭВМ 7 является выходом мобильного трассового испытательного комплекса.
В качестве АНПД 5 в предлагаемом испытательном комплексе для определения его местоположения используется навигационный приемник GPS/GSM спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS «Автофон SE-Маяк», ЭПР которого можно пренебречь, так как он имеет малый габаритный размер и выполнен, в основном, из радиопрозрачных материалов. Использование GPS/GSM-приемника гарантирует наличие координат точки падения испытательного комплекса, что позволит, при необходимости (и возможности), быстро найти приземлившийся СЭО 6 и сам навигационный приемник. Следовательно, данная система может быть использована неоднократно (до 5 раз в зависимости от места падения). Выдача навигационной информации обеспечивается сетями сотового оператора и Internet, а значит, развертывание специальной радиолокационной станции сопровождения не требуется. Такая работа комплекса приводит к возможности запуска сферического ЭО в любом месте, где существует покрытие нужного сотового оператора, а также к значительной экономии средств для проведения комплексных отладок и заводских испытаний РЛК.
Навигационный приемник выполнен на базе современных чипсетов SIM68R, что гарантирует низкое энергопотребление, точность измерения плоскостных координат - 2,5-3 м, точность измерения высоты - 5 м, поддержку GPRS мониторинга (QUECTEL M12). Принципиальной особенностью данного навигационного приемника является наличие «черного ящика», обладающего объемом памяти, обеспечивающим запись 98000 пакетов данных.
Парашютная система комплекса состоит из двух парашютов, один из которых, основной, располагается над эталонным отражателем, а второй, дополнительный парашют, - непосредственно в оболочке зонда, используемый для предотвращения погашения основного парашюта остатками оболочки после ее разрыва.
Устройство работает следующим образом.
После запуска зонда в зоне действия РЛК 1 происходит обнаружение и сопровождение СЭО 6 до момента его падения или вылета его за пределы обзора РЛК 1. При нахождении СЭО 6 в зоне покрытия сети сотового оператора, АНПД 5, с помощью спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS 8, через сети GPRS 9 и Internet 10 обеспечивается выдача на ЭВМ 7 навигационной информации, «привязанной» к единому времени стандарта UTC ГОСТ 8.129-99 в реальном времени. В случае потери связи запись навигационной информации обеспечивается в файл на встроенной памяти навигационного приемника, в так называемый «черный ящик», которая в дальнейшем может быть использована. На высоте 25-35 км происходят разрыв зонда-оболочки 3 и срабатывание основного 4 и дополнительного 3 парашютов, что обеспечивает замедленный спуск СЭО 6 с АНПД 5. При попадании в зону действия сети сотового оператора АНПД 5 с помощью спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS 8, через сети GPRS 9 и Internet 10 передает файл данных на ЭВМ 7 и далее продолжает передавать навигационную информацию в реальном времени до момента падения и далее до полного разряда аккумулятора. ЭВМ 7 производит вычисление зоны обнаружения, преобразование выдаваемых АНПД 5 плоскостных координат и высоты СЭО 6 в полярные (D, β, ε) и, с учетом данных системы единого времени, определяет точностные характеристики РЛК.
Таким образом, за счет введения в прототип, дополнительно, СЭО, GPS/GSM-приемника, парашютной системы, а также использования спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS и сетей GPRS и Internet, появилась возможность проведения комплексных проверок и испытаний РЛК, улучшить точности измерения эталонных координат и увеличить объем статистических данных, существенно сократив стоимость натурных экспериментов, а также появилась возможность проводить комплексную проверку и оценку зон обнаружения и точностных характеристик РЛК на полигонах предприятия-разработчика (изготовителя), что в итоге приведет к повышению качества разрабатываемых РЛК. Эффективность предлагаемого изобретения была полностью подтверждена проведением ряда натурных экспериментов при испытании реальных РЛК.
Список литературы
1. UTC ГОСТ 8.129-99.
2. Леонов А.И., Леонов С.А., Нагулинко Ф.В. и др. «Испытания РЛС» (оценка характеристик), изд. «Радио и связь», 1990 г.
3. Патент РФ №2535661, заявка №2013132148 от 11.07.2013. «Способ калибровки радиолокационной станции по миниспутнику с эталонным значением эффективной поверхности рассеяния».
4. Патент РФ №2373420, заявка №2015101574 от 20.01.2015. «Способ калибровки радиолокационной станции с использованием космического аппарата с эталонными отражательными характеристиками».
5. Кобак В.О. «Радиолокационные отражатели», изд. «Советское радио», 1975 г.
6. Майзельс Е.Н., Торгованов В.А. «Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей», изд. «Советское радио», 1972 г.
7. Патент РФ №2592046, заявка №2011152068 от 21.12.2011, «Малогабаритный радиозонд» (прототип).