СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ СВЕРХЗВУКОВОГО НИЗКОЛЕТЯЩЕГО ОБЪЕКТА ПО СЛЕДУ НА МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ
METHOD OF DETERMINING COORDINATES OF SUPERSONIC LOW ALTITUDE OBJECT FROM TRACE OF SEA SURFACE

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к обнаружению, определению координат и сопровождению малозаметного низколетящего над морской поверхностью (МП) со сверхзвуковой скоростью объекта.
Изобретение позволяет сопровождать даже полностью невидимые объекты, летящие вблизи МП и создающие за собой возмущения воздушного пространства (псевдозвуковую волну). На момент обнаружения предполагается равномерное прямолинейное перемещение объекта над МП без изменения высоты полета со скоростью, превышающей 1,2 Маха.
Способ может быть осуществлен расположенным на судне автономным радиолокатором в пределах радиогоризонта, а также с применением многопозиционной радиолокации.
В [1] предложен способ обнаружения объекта по столбу газо-водяного следа на морской поверхности. Предложение строится на превышении столба газо-водяного следа эффективной поверхности рассеивания объекта. Подъем водных масс встречается только тогда, когда истекающая из двигателя объекта газовая струя задевает или касается водной поверхности, что на практике возможно при маневре набора высоты («горка»).
Аналогом предложенного изобретения можно назвать способ лазерной локации [2], использующий дополнительные к основному отражению от объекта отражения от водной поверхности для уточнения скорости объекта и определения высоты полета объекта. Однако этот способ использует немодулированное излучение одночастотного лазера непрерывного действия, что в радиолокации ведет к неэффективному использованию потенциала РЛС.
Способ определения координат объекта основан на наличии за объектом следа - протяженной аномалии МП, имеющей радиолокационный контраст относительно остальной МП.
фр
фр
При обнаружении следа по радиолокационной отметке фронта следа определяются дальность до фронта следа Д и пеленг на фронт следа П. Фронт следа перемещается с такой же скоростью, что и объект. По перемещению радиолокационной отметки фронта следа определяется скорость движения объекта.
об
Курс движения объекта К определяется по пространственной ориентации следа, а не по направлению перемещения фронта следа, что повышает точность определения курса при использовании радиолокатора кругового обзора.
фр
об
фр
По пеленгу на фронт следа П и курсу объекта К определяется курсовой угол с фронта следа на радиолокатор - β:
изм
расч
При радиолокационном зондировании МП методом стробирования снимаются значения измеренной ширины следа В, потом значения усредняются, и рассчитывается значение ширины следа В
;
где  - усредненная измеренная ширина следа.
Объект будет находиться относительно фронта следа в направлении перемещения фронта впереди на расстоянии X (см. схему):
;
где 12,7° - угол падения звуковой волны на МП, при котором звуковая волна отражается от границы сред (водной поверхности), в результате чего передача энергии значительно уменьшается [3];
- средний уклон крупных волн МП, для определения среднего уклона крупных волн МП используется отношение интенсивностей обратного рассеяния электромагнитной энергии при двух углах скольжения, не превышающих среднего уклона взволнованной поверхности [4];
об
V - скорости объекта;
зв
ν - скорость звука в пространстве между объектом и МП, которая может быть рассчитана  (T - температура воздушного пространства между объектом и МП, K);
ΔX - расстояние между объектом и фронтом следа, образованное инерцией реакции МП на воздействие псевдозвуковой волны:
фр
фр
об
ΔX=Δt·V.
фр
Δt - время реакции МП на воздействие псевдозвуковой волны:
,
пв
где V - скорость распространения поверхностных волн, примерно равна трети скорости установившегося ветра;
p
l - радиус пространственной корреляции мелкоструктурных ветровых волн (ряби), для которых выполняется условие резонансного рассеяния электромагнитных волн длиной λ под углом скольжения ψ (условие Брегга):
.
Учет времени реакции МП на псевдозвуковое воздействие приводит к преобразованию формулы расчета X к виду
.
об
фр
Решение задачи расчета координат объекта является решением геометрической задачи, представленной на схеме. По теореме косинусов из треугольника со сторонами Д, Д, X дальность до объекта:
.
об
фр
По теореме синусов из треугольника со сторонами Д, Д, X разница пеленгов на фронт следа и на объект
.
Из уравнения свойств углов
об
фр
β=β+θ.
Тогда курсовой угол на радиолокатор относительно объекта выражается через уже известные величины
.
Пеленг на объект
.
Знак ± означает, что в зависимости от места расположения радиолокатора относительно направления движения объекта пеленг на объект будет больше или меньше пеленга на фронт следа. Если радиолокатор расположен по правому борту относительно направления движения объекта, то пеленг на объект будет больше пеленга на фронт следа. Если радиолокатор расположен по левому борту относительно направления движения объекта, то пеленг на объект будет меньше пеленга на фронт следа.
Для упрощения процесса вычисления вводится промежуточное значение a:
.
Тогда дальность до объекта вычисляется по формуле
;
а пеленг на объект вычисляется по формуле
Осуществление:
До обнаружения следа сверхзвукового низколетящего объекта производится определение среднего уклона крупных волн МП - . Для определения среднего уклона крупных волн МП используется отношение интенсивностей обратного рассеяния электромагнитной энергии при двух углах скольжения, не превышающих среднего уклона взволнованной поверхности.
Вычисляется скорость распространения звука в воздушном пространстве между объектом и МП
,
где T - температура воздушного пространства между объектом и МП, K.
пв
Значение скорости распространения поверхностных волн V определяется приближенно как треть скорости установившегося ветра.
фр
фр
об
фр
об
фр
После обнаружения радиолокатором следа объекта определяются дальность до фронта следа Д и пеленг на фронт следа П, по местоположению фронта следа и пространственной ориентации следа определяется направление движения (курс) объекта К. По пеленгу на фронт следа П и курсу объекта К определяется курсовой угол с фронта следа на радиолокатор - β:
изм
расч
Из данных радиолокационного зондирования МП методом стробирования снимаются значения измеренной ширины следа В, потом значения усредняются, и рассчитывается значение ширины следа В
.
По перемещению радиолокационной отметки фронта следа определяется скорость движения объекта.
По известной длине электромагнитной волны λ, излучаемой радиолокатором, и углу скольжения ψ при облучении МП радиолокатором вычисляется промежуточное значение а:
.
Дальность до объекта вычисляется по формуле
.
Пеленг на объект вычисляется по формуле
Источники информации
1. Гребенюк И.И., Стабровский В.Н. Обнаружение сверхзвуковых низколетящих воздушных целей по газоводяному следу // Международная НТК по проблемам радиолокации: Тез. докл. - Санкт-Петербург, ВМИРЭ, 2003. - Т.6. - С.204-210.
2. Меньших О.Ф. Способ локации. Патент РФ №2296350, 2007.
3. Долгих В.Н., Казанцев Т.П. Прикладная гидрофизика. Часть 1. Гидроакустика: учебник. - Владивосток, ТОВМИ им. С.О.Макарова, 2005. - 488 с.: ил.
4. Ушаков И.Е., Шишкин И.Ф. Радиолокационное зондирование морской поверхности. - М.: РИЦ «Татьянин день», 1997. - 264 с.: ил.