Способ определения местоположения сканирующей РЛС пассивным многолучевым пеленгатором
METHOD FOR DETERMINING THE LOCATION OF A SCANNING RADAR BY A PASSIVE MULTIPATH DIRECTION FINDER

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для определения местоположения радиолокационной станции (РЛС) секторного обзора.
В настоящее время для некоторых измерительных комплексов (например, систем определения местоположения объектов радиотехническими методами, радионавигации и комплексов радиоэлектронного подавления) актуальна задача оперативного определения дальности до цели, получаемых пассивной автономной угломерной системой.
Известен способ пассивного определения дальности до цели с использованием сигнала обзорной сканирующей РЛС (см. 1. патент РФ на изобретение №2217772, МПК G01S 3/02, опубл. 02.11.2001).
Сущность способа заключается в следующем. Измеряют разность азимутов приемной позиции и цели относительно РЛС, разность азимутов РЛС и цели относительно приемной позиции, разность расстояний РЛС - цель - приемная позиция и РЛС - приемная позиция, угол места цели, угол места РЛС с помощью направленной антенны приемной позиции, что позволяет определить горизонтальную дальность цели расчетным способом.
Для осуществления данного способа необходимо измерение разности азимутов приемной позиции и цели относительно РЛС, что может быть реализовано при осуществлении РЛС регулярного кругового обзора. Однако, если разведываемая РЛС работает в режиме секторного обзора, то реализация данного способа становится проблематичной, поскольку в этом случае невозможно определить период обзора (сканирования), а следовательно и разность азимутов РЛС и цели относительно приемной позиции.
Известен способ (см. 2. патент РФ на изобретение №2457505, МПК G01S 5/04, опубл. 27.07.2012) определения местоположения работающей РЛС, имеющей сканирующую направленную антенну.
Рассматриваемый способ определения местоположения РЛС реализуется следующим образом. Предполагается, что приемный пункт имеет слабонаправленные антенны и способен принимать как прямые, так и отраженные от объектов сигналы и измерять углы прихода прямого и отраженного сигналов и временную задержку между ними, позволяющую определить разность длин путей прямого и отраженного сигнала. Дальность до источника радиоизлучения оценивается путем сравнения действительных координат, занесенных в память компьютера, с рассчитанными. За оценку дальности принимается такое ее значение, при котором разность между рассчитанными и заложенными в память компьютера координатами минимальна.
Устройство, реализующее данный способ, содержит антенну и приемное устройство, вход которого соединен с выходом антенны, аналого-цифровой преобразователь, устройство обнаружения сигналов, устройство выделения прямых сигналов РЛС, счетчик временных интервалов и устройство памяти, каждое из которых имеет один вход и один выход, и компьютер, вход которого соединен с выходом устройства памяти, вторую антенну и второе приемное устройство, вход которого соединен с выходом второй антенны, второй аналого-цифровой преобразователь, содержащий два входа, первый из которых соединен с выходом второго приемного устройства, и один выход, генератор тактовых импульсов, имеющий один выход, управляемый логический вентиль, имеющий два входа, первый из которых соединен с выходом счетчика временных интервалов, второй - с выходом устройства обнаружения сигналов, и один выход, моноимпульсный вычислитель пеленга, имеющий четыре входа, первый из которых соединен с выходом устройства обнаружения сигналов, второй и третий - с выходами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, четвертый - с выходом генератора тактовых импульсов, и один выход, в первом аналого-цифровом преобразователе дополнительно образован второй вход, соединенный с выходом генератора тактовых импульсов, а его первый вход соединен с выходом первого приемного устройства, в устройстве обнаружения сигналов дополнительно образованы второй и третий входы, соединенные соответственно с выходом второго аналого-цифрового преобразователя и выходом генератора тактовых импульсов, в устройстве памяти дополнительно образованы второй, третий и четвертый входы, соединенные соответственно с выходом устройства выделения прямых сигналов РЛС, выходом моноимпульсного вычислителя пеленга и выходом генератора тактовых импульсов, в устройстве выделения прямых сигналов РЛС дополнительно образован второй вход, соединенный с выходом генератора тактовых импульсов, в счетчике временных интервалов дополнительно образован второй вход, соединенный с выходом генератора тактовых импульсов, а его первый вход соединен с выходом устройства обнаружения сигналов, второй вход второго аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом генератора тактовых импульсов, первый вход устройства обнаружения сигналов - с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, первый вход устройства выделения прямых сигналов РЛС - с выходом моноимпульсного вычислителя пеленга и первый вход устройства памяти - с выходом управляемого логического вентиля.
Однако в данном способе необходимо иметь точную априорную информацию о координатах переотражающих объектов, что на море принципиально невозможно, а на суше требует выполнения предварительных трудоемких измерений. Кроме того, в способе предполагается нахождение РЛС только в пределах лучей многолучевого пеленгатора, обусловленное использованием моноимпульсного метода пеленгации, что снижает функциональные возможности способа.
Известен способ определения дальности до излучающей обзорной радиолокационной станции (см. 3. Патент РФ на изобретение №2444748, МПК G01S 5/02, опубл. 10.03.2012), включающий обнаружение и пеленгование сигналов радиолокационных станций (РЛС) радиопеленгатором, измерение параметров сигналов РЛС, в том числе времени прихода отдельных импульсов и их амплитуд, пачечных сигналов и периода сканирования антенны РЛС, обнаружение сигналов дополнительным приемным пунктом, антенна которого образует с антенной пеленгатора измерительную базу, или дополнительным приемным пунктом, измерительную базу которого образуют за счет перемещения носителя радиопеленгатора, измерение параметров сигналов и их идентификация с сигналами, обнаруженными пеленгатором, при этом пачечные сигналы, обнаруженные пеленгатором и дополнительным приемным пунктом, нормируют по амплитуде и запоминают, по измеренным временным и нормированным амплитудным характеристикам пачек сигналов рассчитывают обусловленное проходом сканирующего луча антенны РЛС по измерительной базе время запаздывания между пачками сигналов как среднее значение временного интервала, который вычисляется в каждом периоде повторения сигналов РЛС как отношение разности времен прихода текущего и предыдущего импульсов одной пачки к разности их нормированных амплитуд, умноженное на разность нормированных амплитуд текущих импульсов обеих пачек сигналов, по найденному времени запаздывания между пачками сигналов и измеренному ранее периоду сканирования антенны РЛС определяют угол поворота антенны РЛС, соответствующий данной измерительной базе и дальности до РЛС, и вычисляют дальность до РЛС как отношение проекции измерительной базы на плоскость фронта приходящих сигналов от РЛС к углу поворота антенны РЛС, выраженному в радианах, при этом в случае установления промахов в определении дальности исключают их и повторяют вычисление времени запаздывания между пачками сигналов, угла поворота антенны РЛС и дальности до РЛС.
Для реализации данного способа необходимы два пункта приема - основной и дополнительный, что усложняет реализацию, а угол поворота антенны РЛС, соответствующий данной измерительной базе, имеет малое значение, что обуславливает низкую точность измерения дальности до источника радиоизлучения.
А
В
ki
В
А
21
31
k1
Известен способ определения местоположения сканирующей РЛС пассивным многолучевым пеленгатором (см. 4. патент РФ на изобретение №2633962, МПК G01S 5/04, опубл. 20.10.2017), заключающийся в приеме и выделении пассивным многолучевым пеленгатором прямых импульсных сигналов РЛС, обнаружении импульсных сигналов, переотраженных подстилающей поверхностью земли или моря, и измерении временных задержек между сигналами, осуществлении приема пассивным многолучевым пеленгатором в моменты  и  прямых импульсных сигналов при первом обороте сканирующей антенны РЛС и в моменты приема  и  прямых импульсных сигналов при втором обороте сканирующей антенны РЛС, определении периода Т вращения антенны РЛС по формуле  после чего начинают измерение интервала времени Т поворота антенны РЛС относительно направления на пассивный многолучевой пеленгатор, затем обнаруживают сигналы, принятые по первому, второму и третьему лучам пассивным многолучевым пеленгатором, и определяют угол поворота антенны РЛС относительно направления на пассивный многолучевой пеленгатор по формуле α=2πТ/Т, далее измеряют времена задержки τ и τ сигналов, принятых соответственно по второму и третьему лучам относительно сигнала, принятого по первому лучу, и при известном значении угла ψ - угла между диаграммами направленности смежных лучей пеленгатора, после чего рассчитывают угол β между направлением на РЛС и границей первого луча пассивного многолучевого пеленгатора, наиболее удаленной от РЛС, и далее рассчитывают искомое расстояние до РЛС.
Данный способ выбран в качестве прототипа.
Однако данный способ предназначен для определения местоположения радиолокационной станции, работающей в режиме регулярного кругового обзора пространства.
Проблема, которая существует - это возможность определения дальности до РЛС работающей только в режиме кругового обзора.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей способа путем обеспечения определения дальности до РЛС, работающей в режиме секторного обзора, пассивным пеленгатором.
1
1
2
3
2
3
0
21
2
1
31
3
1
1
2
3
12
13
Достижение указанного технического результата обеспечивается в предлагаемом способе определения местоположения сканирующей РЛС пассивным многолучевым пеленгатором (ПМП), заключающемся в приеме и выделении на приемной позиции прямых импульсных сигналов РЛС, обнаружении импульсных сигналов, переотраженных подстилающей поверхностью земли или моря, и измерении временных задержек сигналов, рассеянных отражающей поверхностью не менее, чем в двух лучах пеленгатора, согласно изобретению ПМП снабжен многолучевой кольцевой антенной решеткой, при этом прием прямого импульсного сигнала, излученного боковыми лепестками ДНА упомянутой антенны РЛС, осуществляют в момент времени t, производят измерение азимута β, обнаружение сигналов, отраженных от подстилающей поверхности в моменты времени t и t, измерение азимутов на эти локальные участки отражения β и β, определение разностей расстояний  где: с - скорость света; t - время излучения радиосигнала ИРИ,  - время прохождения радиоволн по соответствующим трассам, R - дальность РЛС - пеленгатор, R - дальность первый участок локального отражения - пеленгатор, R - дальность второй участок локального отражения - пеленгатор, L - расстояние от РЛС до первого участка локального отражения, L - расстояние от РЛС до второго участка локального отражения, с - скорость света, вычисление разности азимутов Δβ=β-β и Δβ=β-β, определение угла между линией визирования РЛС и мгновенным положением ее ДНА
и дальность до РЛС
Достижение технического результата приведенными отличиями можно пояснить с использованием геометрических построений, представленных на фиг. 1, где поясняется задача определения местоположения сканирующей РЛС пассивным многолучевым пеленгатором.
12
13
21
31
Располагая измерениями ΔR, ΔR, Δβ, Δβ, и вычисленным значением угла α выразим искомую дальность до ИРИ как
Приравняв (1) и (2) и учитывая тригонометрические тождества  после упрощений получим
Используя тригонометрическое тождество  в (3) можно получить следующую формулу для определения угла α
Подстановка (4) в (1) или (2) позволяет получить искомую дальность до РЛС.
β
Поскольку в секторе облучения РЛС может находится М участков локального отражения, расположенных в пределах мгновенного положения ДНА и позволяющих получить измерения М-1 разностей расстояний, так и в других N угловых направлениях относительно РЛС (см. фиг. 2, где поясняется задача определения местоположения сканирующей РЛС пассивным многолучевым пеленгатором в случае множества участков локальных отражений), то возможно осреднение результатов косвенного измерения дальности за К циклов сканирования РЛС в пределах сектора ΔΨ (фиг. 2.)
При этом в (5) могут учитываться результаты, прошедшие предварительную отбраковку на наличие аномальных измерений (грубых погрешностей) согласно (см. 5. ГОСТ Р 8.736-2011 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Измерения прямые многократные. Методы обработки результатов измерений. Основные положения. М.: Стандартинформ, 2019).
Применение данного способа возможно только до тех дальностей, где интенсивность рассеянного поверхностью сигнала достаточна для обеспечения приемлемой величины отношения сигнал/шум импульсов на выходах, как минимум, трех каналов обнаружения пеленгатора.
Как следует из вышесказанного в предложенном способе определение местоположения РЛС с антенной системой, сканирующей в секторе, выполняется по детерминированным соотношениям, что исключает вероятностную оценку местоположения и тем самым повышает достоверность результатов измерений.
Сущность способа поясняется кроме упомянутых выше фиг. 1 и фиг. 2 следующими фигурами:
На фиг. 3 приведена структурная схема устройства определения местоположения сканирующей РЛС пассивным многолучевым пеленгатором.
На фиг. 4 приведена блок-схема алгоритма определения местоположения сканирующей РЛС пассивным многолучевым пеленгатором.
В примере структурной схемы устройства для реализации предлагаемого способа (фиг. 3) показано:
1.1-1.N - приемные антенны (АНТ) 1÷N;
2.1-2.N - приемные устройства (ПРМ) 1÷N;
3.1-3.N - устройства обнаружения сигнала (УОС) 1÷N;
4.1-4.m - измерители разности расстояний (ИЗМ);
5 - вычислительное устройство азимута (ВЧУА);
6 - вычислительное устройство (ВЧУ).
При этом выходы антенн (АНТ) 1.1-1.N соединены с входами соответствующих приемных устройств (ПРМ) 2.1-2.N, выходы которых соединены со входами соответствующих устройств обнаружения сигналов (УОС) 3.1-3.N, выходы всех обнаружителей подключены к соответствующим первым и вторым входам измерителей разностей расстояний (ИЗМ) 4.1-4.m и к 1 и N входам вычислительного устройства 5 азимута (ВЧУА), выходы измерителей разностей расстояний (ИЗМ) 4.1-4.m и выход вычислительного устройства 5 азимута (ВЧУА) соединены с 1÷m+1 входами вычислительного устройства (ВЧУ) 6 соответственно.
Предлагаемый способ осуществляется в приведенном на фиг. 3 устройстве следующим образом.
β
0
1
2
3
12
13
Пусть приемными антеннами (АНТ) 1.1÷1.N, образующими кольцевую антенную решетку, приняты прямые и переотраженные участками локального отражения сигналы, излученные РЛС с ДНА сканирующей в секторе ΔΨ (фиг. 1). Данные сигналы усиливаются в соответствующих каналах приемных устройств (ПРМ) 2.1÷2.N до уровня превышения порога обнаружения в устройствах обнаружения сигнала (УОС) 3.1÷3.N, что позволяет принять сигнал, излученный боковыми лепестками ДНА РЛС в момент времени  и в моменты времени  где: t - время излучения радиосигнала РЛС, R - дальность РЛС - пеленгатор, R- дальность первый участок локального отражения - пеленгатор, R - дальность второй участок локального отражения - пеленгатор, L - расстояние от РЛС до первого участка локального отражения, L - расстояние от РЛС до второго участка локального отражения, с - скорость света. По измеренным временам прихода сигналов в разные парциальные ДНА приемной антенны (АНТ) соответствующие разности расстояний определяются в измерителях (ИЗМ) 4.1-4.m  и  Количество измерителей разности расстояний (ИЗМ) 4.1-4.m определяется из условия реализации всех вариантов попарного измерения разностей расстояний m=0.5N(N-1).
1
2
3
1
2
3
12
13
1
2
3
21
2
1
31
3
1
Выходы устройств обнаружения сигнала (УОС) 3.1÷3.N также подключены ко входам вычислительного устройства азимута (ВЧУА) 5, где происходит вычисление следующих углов азимута: β - азимута на РЛС, β - азимута на первый участок локального отражения, β - азимута на второй участок локального отражения. Определение соответствующих азимутов по отношению к РЛС и участкам локального отражения определяется исходя из определения очередности приема сигналов t<t<t. Измеренные значения разностей расстояний ΔR и ΔR, азимутов β, β, β поступают на соответствующие входы вычислительного устройства (ВЧУ) 6, где вычисляется разность азимутов Δβ=β-β и Δβ=β-β, угол между линией визирования РЛС и мгновенным положением ее ДНА  и дальность до РЛС  значение которой снимается с выхода вычислительного устройства (ВЧУ) 6. Если приняты и обнаружены сигналы от М участков локального отражения, расположенных пределах мгновенного положения ДНА и позволяющих получить измерения М-1 разностей расстояний, так и в других N угловых положениях ДНА РЛС, фиксируемых в K циклах обзора, в вычислительном устройстве (ВЧУ) 6 осуществляется осреднение результатов измерений дальности  В вычислительном устройстве (ВЧУ) 6 также может проводиться отбраковка аномальных измерений по известным статистически критериям.
Последовательность данных действий приведена в упрощенной блок схеме алгоритма на фиг. 4.
Рассмотрим пример выполнения блоков предлагаемого устройства.
В качестве приемных антенн (АНТ) 1.1÷1.N, образующих кольцевую антенную решетку, могут использоваться слабонаправленные вибраторные или рупорные антенны соединенные по схемам приведенным в (см. 6. Бенесон Л.С., Журавлев В.А., Попов С.В., Постнов Г.А. Антенну решетки / под ред. Бенесона Л.С. М.: Сов радио. 368 с. 1966 г.).
В качестве приемных устройств (ПРМ) 2.1-2.N могут использоваться многоканальные матричные приемники как в (см. 7. В.В. Цветнов, В.О. Демин, А.И. Куприянов. Радиоэлектронная борьба: радиоразведка и радиопротиводействие. М.: Изд-во МАИ, 1998.-248 с. (рис. 1.8, стр. 17)).
В качестве устройств обнаружения сигнала (УОС) 3.1-3.N могут использоваться типовые схемы обнаружителей (см. 8. Бакут П.А. Радиолокационные устройства. - М.: Радиотехника, 2004, 320 с.).
Измерители разности расстояний (ИЗМ) 4.1-4.m, вычислительное устройство азимута (ВЧУА) 5 и вычислительное устройство (ВЧУ) 6 могут быть реализованы как в (см. 9. Стешенко В.Б. ПЛИС фирмы ALTERA: проектирование устройств обработки сигналов. - М.: ДОДЭКА, 2000. 128 с).