СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КОМАНДЫ НА СРАБАТЫВАНИЕ СИСТЕМЫ АКТИВНОЙ ЗАЩИТЫ СНАЙПЕРА, РАДИОЛОКАТОР "АНТИСНАЙПЕР"
METHOD OF GENERATING INSTRUCTION FOR TRIGGERING SNIPER ACTIVE PROTECTION SYSTEM, "ANTI-SNIPER" RADAR SET

Изобретения относятся к высокоскоростной радиолокационной технике и могут быть использованы при создании активной системы защиты снайпера от поражения его сверхскоростной малоразмерной пулей.
Известен способ формирования команды на пуск защитного боеприпаса и устройство для его реализации (патент RU, 2374597, МПК F41H 11/02, 20.12.2007).
Известный способ формирования команды на пуск защитного боеприпаса, изначально совмещенного с РЛС и защищаемым объектом и выстреливаемого в необходимый момент времени в предполагаемую точку пространства для встречи через известное время после выстрела с целью, приближающейся к РЛС, заключается в том, что импульс-команду на пуск защитного боеприпаса формируют только при совпадении во времени моментов выдачи команд на пуск защитного боеприпаса, определяемых на разнесенных в пространстве РЛС, по началу возникновения и обнаружения на них сигнала с частотой Fдо=2Vo fo/С, когда цель будет находиться на удалении от РЛС, равном Do+(Vi/Vo)Do, где fo - частота излучаемого непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал),
Vo, Vi, С - соответственно радиальные скорости защитного боеприпаса и цели и скорость света,
Do - расстояние от РЛС до предполагаемой точки встречи цели с боеприпасом.
Известный способ реализован в виде устройства формирования команды на пуск защитного боеприпаса, выполненного в виде двух разнесенных в пространстве РЛС определения момента выдачи команды на пуск защитного боеприпаса, выходы которых подключены к входам блока совпадения, при этом каждая из РЛС содержит приемо-передающую антенну, вход которой, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика непрерывного НЛЧМ сигнала, а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика, а выход - к входу фильтра разностных частот, а также обнаружитель сигналов узкополосного спектра частот, выход которого подключен к выходной шине, а вход - к выходу фильтра разностных частот и который содержит последовательно соединенные генератор сигнала непрерывной частоты, второй смеситель, широкополосный фильтр, усилитель-ограничитель, узкополосный полосовой фильтр, амплитудный детектор, компаратор и формирователь импульса, при этом второй вход компаратора подключен к шине опорного напряжения, а второй вход второго смесителя к входной шине.
Недостатком известного устройства является значительная его масса и габариты, определяемые двумя РЛС.
Целью изобретений является уменьшение массогабаритных и стоимостных характеристик РЛС формирования команд на срабатывание систем защиты.
Поставленная цель достигается за счет реализации радиолокатора «Антиснайпер» с использованием всего одной РЛС.
На фиг.1 и 2 приведены соответственно блок-схема радиолокатора «Антиснайпер» и рисунок, поясняющий его работу при подлете к нему пули.
4
3
2
1
Формирование команды на срабатывание системы активной защиты снайпера, системы, совмещенной с позицией снайпера, заключается в определении момента выдачи команды на РЛС, устанавливаемого по началу обнаружения на РЛС сигнала конкретной разностной частоты, причем команду на срабатывание системы активной защиты снайпера формируют только при равенстве по длительности второго и половины первого интервалов времени, первый из которых формируют между началами возникновения и обнаружения на РЛС соответственно сигналов разностной частотой Fp=(N+4)Fp и Fp=NFp, где N число больше 3, а второй - между началами возникновения и обнаружения соответственно сигналов разностной частотой Fp=3Fp и Fp=Fp=Fдо+A=2Vofo/C+Btз, где С и Vo - соответственно скорости света и срабатывания системы активной защиты, fo - частота излучаемого непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал), В=Fmdfm - скорость изменения частоты НЛЧМ сигнала,
A=Btз - часть частоты разностного сигнала, возникающая за счет искусственной задержки на время tз излучаемого НЛЧМ сигнала,
4
4
3
3
2
2
1
1
Fm и dfm соответственно частота модуляции и девиация частоты НЛЧМ сигнала, когда между антенной РЛС и целью будут соответственно расстояния: Д=(Fp- А+Fi/3)C/2B, Д=(Fp-A+F3)C/2B, Д=(Fp-A+Fi/3)C/2B, Д=(Fp-А+Fi/3)C/2B, где Fi=2Vifo/C - частота Доплера от пули, точно приближающейся к антенне РЛС с радиальной скоростью Vi.
Радиолокатор «Антиснайпер» содержит антенну 1, выход которой, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя 4, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика 3 непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал), а выход к входу фильтра 5 разностных частот, выход которого подключен к второму входу второго смесителя 25, а также генератор 22 непрерывной частоты и последовательно соединенные второй смеситель 25, широкополосный фильтр 26, усилитель-ограничитель 27, узкополосный полосовой фильтр 28 (УПФ), амплитудный детектор 29, компаратор 30 и формирователь 32 импульса, при этом второй вход компаратора подключен к шине 31 опорного напряжения, при этом вход антенны 1, работающий на передачу, подключен к высоко мощному выходу передатчика 3 НЛЧМ сигнала через элемент 2 задержки, а также вновь введенные: второй генератор 23 непрерывной частоты, аналоговый сумматор 24, регистр 11 сдвига, генератор 12 счетных импульсов, реверсивный счетчик 15, цифровой компаратор 16, ждущий мультивибратор 17, три элемента 13, 19, 20 И, два элемента 9, 14 ИЛИ, делитель 18 на два, коммутатор 10, блок 6 памяти, преобразователь 8 кода, при этом выходы первого и второго генераторов 22 к 23 непрерывной частоты подключены соответственно к первому и второму входам аналогового сумматора 24, выход которого подключен к первому входу второго смесителя 25, четвертый выход регистра 11 сдвига подключен к входу ждущего мультивибратора 17 и через первый элемент 9 ИЛИ к входам сброса регистра И сдвига, блока 6 памяти и реверсивного счетчика 15, а второй вход первого элемента 9 ИЛИ подключен к выходу коммутатора 10, первый выход регистра 11 сдвига подключен к входу разрешения суммирования реверсивного счетчика 15 и второму входу второго элемента 19 И, третий выход регистра сдвига подключен к входу разрешения вычитания реверсивного счетчика 15 и второму входу третьего элемента 13 И, выход генератора 12 счетных импульсов подключен через делитель 18 на два и второй элемент 19 И к входу второго элемента 14 ИЛИ, а также через третий элемент 13 И к второму входу второго элемента 14 ИЛИ, выход которого подключен к входу счета реверсивного счетчика 15, выходы которого подключены к первым входам цифрового компаратора 16 и через последовательно соединенные блок 6 памяти и преобразователь 8 кода к его вторым входам, вход установки блока 6 памяти подключен к второму выходу регистра 11 сдвига, выход цифрового компаратора 16 подключен к второму входу первого элемента 20 И, первый вход которого подключен к выходу ждущего мультивибратора 17, а выход к выходной шине 21, выход формирователя 32 подключен к входу регистра 11 сдвига.
Рассмотрим, в том числе на примере, работу радиолокатора «Антиснайпер».
-8
6
7
14
2
6
6
6
6
6
6
1
2
з
4
3
2
1
Пусть через антенну 1 радиолокатора (фиг.1) излучают формируемый передатчиком и задержанный на время tз=5×10 с элементом задержки НЛЧМ сигнал с параметрами сигнала, например, Fm=10 Гц, dfm=5×10 Гц, fo=100 ГГц, выбранными при Do=0,3 м, Vo=150 м/c и Дo/Vo=fo/Fm×dfm=0,002 c, а также при скорости пули Vi=1 км/с и опорными сигналами, например, fоп-=2,6 МГц и fоп-=31,2 МГц, поступающими, например, через аналоговый сумматор 24 с двух генераторов 22 и 23 непрерывной частоты на второй смеситель 25, и при: 2В=2Fmdfm=10 Гц, A=Bt=2,5×10 Гц, Fi=(2/3)×10Гц, Fр=36,4×10 Гц, Fp=26×10Гц, Fр=7,8×10 Гц, Fp=Fp=2,6×10Гц, N=10, Fдо=2Vofo/C=100 Гц.
4
3
2
4
6
6
6
8
14
6
6
6
8
14
6
6
6
8
14
6
6
6
8
14
Тогда, если пуля будет со скоростью 1 км/с точно по линии ОБ (фиг.2) приближаться к антенне 1 радиолокатора, расположенной в точке О, и будет находиться от антенны на удалении соответственно в: OM=[Fp-A+Fi]C/2B=[36,4×10-2,5×10+(2/3)×10](3×10 м/c)/10=103,7 м, ОД=[Fp-A+Fi]C/2B=[26×10-2,5×10+(2/3)×10](3×10м/с)/10=72,5 м, ОС=[Fp-A+Fi]C/2B=[7,8×10-2,5×10+(2/3)×10](3×10 м/c)/10=17,9 м, OB=[Fp-A+Fi]C/2B=[2,6×10-2,5×10+(2/3)×10](3×10м/с)/10=2,3 м,
то в радиолокаторе, в первом смесителе 4, будут формироваться разностные сигналы соответственно с частотами:
4
3
2
1
Fp=(N+4)Fp=36,4 МГц, Fp=NFp=26 MГц, Fp=3Fp=7,8 MГц, Fp=Fp=2,6 MГц.
При этом при выполнении условий:
4
3
A+(2OM×Fmdfm/C)-(2Vi×fo/C)=Fp, A+(2ОД×Fmdfm/C)-(2Vi×fo/C)=Fp
2
Pl
A+(2ОC×Fmdfm/C)-(2Vi×fо/C)=Fp, A+(2ОB×Fmdfm/C)-(2Vi×fo/C)=F
на выходе радиолокатора (выход формирователя 32 импульса) будут формироваться импульс-команды. Причем первые две импульс-команды будут сформированы через интервал времени (ОМ-ОД)/Vi=0,0312 с, а третья и четвертая точно в 2 раза (0,0312 с/0,0156 с=2раза) быстрее, т.е. через (OC-OB)/Vi=0,0156 c.
Если же пуля будет приближаться со скоростью 1 км/с с промахом к антенне 1 радиолокатора, параллельным курсом по линии КЕ, то на выходе радиолокатора импульс-команды будут формироваться тогда, когда будут выполняться соответственно условия:
4
4
4
4
4
<mrow><msubsup><mrow /><mn>4</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mrow /><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow>
A+2OKFmdfm/C-2Vi×fo[Cosβ=(√OK
-KM
/OK]/C=Fp,
3
3
3
3
<mrow><msubsup><mrow /><mn>3</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow>
A+2OKFmdfm/C-2Vi×fo[Cosβ3=(√OK
-KД/OK]/C=Fp,
2
2
4
2
2
<mrow><msubsup><mrow /><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mrow /><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow>
A+2ОKFmdfm/C-2Vi×fo[Cosβ=(√OK
-KС
/OK]/C=Fp,
1
1
1
1
1
<mrow><msubsup><mrow /><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow>
A+2ОKFmdfm/C-2Vi×fo[Cosβ=(√OK
-KВ/OK/C=Fp.
4
3
2
1
4
1
3
1
2
1
1
1
4
3
2
1
4
3
4
3
2
1
2
2
1
1
1
2
2
<mrow><msubsup><mrow /><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mrow /><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow>
Нетрудно посредством подбора величин ОК, ОК, ОК, OK и, например, при KM=KД=KC=KB=1 м решить данные уравнения и найти расстояния: ОК=103,6999 м, ОК=72,4999 м, ОК=17,898 м, ОК=2,045 м, при которых также на выходе радиолокатора будут формироваться импульс-команды. Причем первые две импульс-команды будут сформированы через интервал времени (KK-KK)/Vi=[(√OK-KM)-(√OK-КД)]/Vi=0,0312021 c, а третья и четвертая быстрее, но только в 0,0312021 с/0,016086 с=1,94 раза, а не 2 раза, т.е. через (КК-KK)/Vi=[(OK -KC )-[√OK
-KB
/OK)]Vi=0,016086 с.
То есть при точном приближении пули к антенне 1 радиолокатора первые две импульс-команды всегда будут формироваться на нем через интервал времени в 2 раза продолжительнее, чем третья и четвертая импульс-команды. При приближении же пули к антенне 1 радиолокатора с промахом первые две импульс-команды будут формироваться на нем через интервал времени, также более продолжительный, чем третья и четвертая импульс-команды, но не в 2 раза, а меньше, например в 1,94 раза. Причем чем больше промах, тем больше отличие. Так, при промахе пули ни в 1 м, а в 0,5 м, интервалы будут отличаться в 1,994 раза.
Очевидно, что зависимость продолжительности второго интервала времени от промаха пули в антенну 1 радиолокатора можно использовать для констатации попадания или нет пули в защищаемый объект, а также то, что повышение, за счет проведения искусственной задержки НЛЧМ сигнала, величины частоты разностного сигнала с Fдо=100 кГц до Fp=2,6 МГц приводит к выполнению условия Fp>Fm и соответственно к более надежному обнаружению разностного сигнала на РЛС.
-4
-4
Пуля - малоразмерная цель длиной L=1 см пролетает расстояние S=10 см со скоростью V=1 км/c за время t=S/V=10c. Если предположить, что только в это время на выходе УПФ 28 формируется максимум полезного сигнала, то его полоса пропускания должна быть равной, примерно, Δf=1/3t=1/3×10 c=33,333 кГц.
За пролет расстояния пулей, например, 17,9 м-2,3 м=15,6 м частота разностного сигнала изменяется, пусть, на величину 5,2 МГц, со скоростью 5,2 МГц/15,6 м=0,333 МГц/м, или через 10 см на 33,333 кГц.
1
-5
То есть если через УПФ 28 с центральной частотой fц=5,2 МГц и Δf=33,333 кГц пропускать разностный сигнал, например, частотой Fp=5,2 МГц=2,6 МГц+2,6 МГц=7,8 МГц-2,6 МГц=31,2 МГц-26 МГц=36,4 МГц-31,2 МГц, то он будет достигать своей максимальной величины через время t=3/Δf=9×10 c, достаточное для обнаружения разностного сигнала, и без выделения его гармоник.
Фильтр 5 разностных частот выполняет в основном роль подавления суммарных частот преобразования, входных сигналов и сигнала гетеродина.
Перед началом работы радиолокатора с коммутатора 10, через элемент 9 ИЛИ, на регистр 11 сдвига, реверсивный счетчик 15 и блок 6 памяти подают короткий импульс, устанавливающий данные устройства в исходное состояние.
При пролете пули точки пространства М или К» на выходе радиолокатора - выходе обнаружителя узкополосного спектра частот (второй смеситель 25, генераторы 22 и 23 непрерывной частоты, широкополосный фильтр 26, усилитель-ограничитель 27, УПФ 28, амплитудный детектор 29, компаратор 30, формирователь 32 импульса, аналоговый сумматор 24) будет сформирована первая импульс-команда, которой регистр 11 сдвига переведется в состояние с иным потенциалом на первом его выходе и которым будет дано разрешение начать реверсивному счетчику 15 суммирование импульсов, формируемых генератором 12 счетных импульсов и поступающих на его счетный вход через делитель 18 на два и элементы И 19 и ИЛИ 14.
3
При пролете пули точки пространства Д или К на выходе радиолокатора будет сформирована вторая импульс-команда, которой регистр 11 сдвига переведется в состояние с иным потенциалом на первом его выходе и которым будет дан запрет на подсчет импульсов.
2
При пролете пули точки пространства С или К на выходе радиолокатора будет сформирована третья импульс- команда, которой регистр 11 сдвига переведется в состояние с иным потенциалом на третьем его выходе и которым будет дано разрешение начать реверсивному счетчику 15 вычитание счетных импульсов, поступающих на его счетный вход через элементы И 13 и ИЛИ 14.
1
При пролете пули точки пространства В или K на выходе радиолокатора будет сформирована четвертая импульс-команда, которой регистр 11 сдвига переведется в состояние с иным потенциалом на четвертом его выходе. При этом на выходе ждущего мультивибратора 17 установится высокий потенциал, а реверсивный счетчик 15, блок 6 памяти и регистр 11 сдвига установятся в исходное состояние.
Если в реверсивный счетчик 15 будет записано столько (почти столько) же счетных импульсов, сколько и списано, что будет соответствовать случаю прямого попадания пули в антенну 1 и защищаемый объект, то на выходе цифрового компаратора 16 будет сформирован высокий потенциал, который через элемент И 20 поступит на выходную шину 21 в качестве импульс-команды, позволяющей, например, подорвать заряд устройства, поднимающий на пути пули заградительное устройство (металлическую пластину).
Если же в реверсивный счетчик 15 будет записано меньше (гораздо) счетных импульсов, чем списано, что будет соответствовать случаю непопадания пули в антенну 1 радиолокатора и защищаемый объект, то на выходе цифрового компаратора 16 будет сформирован низкий потенциал, так как цифровые коды на его входах будут гораздо сильнее различаться, чем в предыдущем случае и на выходную шину 21 импульс-команда не поступит.
1
1
1
Очевидно, что величины интервалов времени 0,5 МД/V1, CB/Vi, 0,5 M/Vi и CB/Vi при иной скорости приближения пули к радиолокатору будут иными. Для того чтобы исключить зависимость работы радиолокатора от скорости пули, измеряют интервал времени между сменами потенциалов на первом и втором выходах регистра 11 сдвига, пропорциональный скорости пули и хранимый в блоке 30 памяти после подачи на него соответствующего потенциала с второго выхода регистра 11 сдвига, и устанавливают на выходах преобразователя 8 кода заранее известное цифровое число для сравнения с кодом на выходе счетчика 15.