ИМИТАТОР ДВИЖУЩЕЙСЯ ЦЕЛИ
IMITATOR OF MOVING TARGET

Изобретение относится к области контроля параметров радиолокационных станций, а именно полигонному оборудованию для обеспечения натурных испытаний радиолокационных станций (РЛС). Предлагаемое изобретение может быть использовано в качестве имитатора низколетящей радиолокационной цели (НЛЦ) с заданной эффективной отражающей поверхностью (ЭОП).
Известно использование в качестве модели НЛЦ боевых противокорабельных ракет (ПКР), применяющихся по своему прямому назначению на военных учениях кораблей - ВМФ, что позволяет оценить выучку личного состава и работоспособность РЛС, предназначенных для обнаружения таких целей.
Однако, при испытаниях вновь разрабатываемых РЛС, для определения заданных параметров по дальности обнаружения, сопровождения и выработки координат целеуказания низколетящей цели, требуется получить достаточно большой объем статистических данных. Использование боевых ПКР для этого нецелесообразно, так как пуск каждой такой ракеты стоит дорого, ракета на марше находится непродолжительное время, которого не хватает для набора необходимого количества замеров, кроме того, надо отметить, что испытания РЛС в наиболее интересующем направлении полета ракеты - по нулевому параметру невозможны по условиям безопасности.
Указанные недостатки устранены другими известными устройствами - малоразмерным телепилотируемым летательным аппаратом (МТПА) с заданной ЭОП и разработанным специально для применения в качестве НЛЦ. МТПА состоит из планера, который вместе с несущими плоскостями и двигателем представляют собой макет НЛЦ с заданной ЭОП.
Траектория полета такой НЛЦ телекорректируется пилотом. МТПА могут многократно использоваться и несравненно дешевле боевых ПКР.
Недостатками МТПА являются:
- затруднительность (либо невозможность) их использования в сложных метеорологических условиях;
- невозможность управления полетом в условиях направленных радиопомех, что не позволяет проводить испытания РЛС при создании помеховой обстановки;
- сравнительно небольшие скорости полета (до 250 мк/час) ограничивающие проверку работоспособности канала селекции движущихся целей (СДЦ);
- сложность конструкции и управления движением МТПА на протяженных трассах;
- сложность управления и выполнения стабильного полета МТПА над поверхностью моря на высотах 5÷10 м.
Недостатком МТПА также является его относительно большая стоимость и сложность обслуживания.
Известны имитаторы радиолокационной цели, создающие эффект движения цели путем преобразования спектра отраженного сигнала для получения в составе этого спектра частоты Допплера, например, устройство генерирования эхо-сигнала, содержащего частоту Допплера (Заявка ФРГ №1929814, МКИ H01Q 15/18, опубл. 29.01.1981 г.), выбранное прототипом.
Устройство представляет из себя четыре трехгранные отражателя, закрепленные попарно на концах двух перпендикулярных один к другому держателях, вращающихся с определенной скоростью вокруг общей оси. Кроме вращательного движения в горизонтальной плоскости предусмотрено такие как поступательное движение держателей в вертикальной плоскости, так и перемещение каждого из отражателей вдоль держателей, при этом при облучении отражателей передатчиком, генерирующим непрерывные или импульсные сигналы на одной частоте, частоты отраженных от каждого из четырех отражателей сигналов отличаются на частоту Допплера, величина которой зависит как от вращательного и поступательного движения, так и от угла падения на каждый отражатель радиоволн.
Основным недостатком описанного устройства является наличие значительного по уровню и спектральному составу мешающего фона, создаваемого отражениями от внешних поверхностей вращающихся уголковых отражателей, что существенно затрудняет обработку имитируемых сигналов в приемнике.
Целью предлагаемого изобретения является снижение относительного уровня и неравномерности мешающего фона в составе имитируемого отраженного радиолокационного сигнала, создаваемого внешними поверхностями вращающихся уголковых отражателей имитатора.
Поставленная цель достигается тем, что имитатор содержит сферические отражатели, внутри каждого из которых размещен один уголковый отражатель, грани которого продлены до пересечения с поверхностью своего сферического отражателя, располагающиеся симметрично на диэлектрических держателях и вращающиеся вокруг оси симметрии держателей в горизонтальной плоскости на определенной высоте над водной (земной) поверхностью.
Изобретение иллюстрируется чертежом.
Предлагаемый имитатор движущейся цели (см. чертеж) содержит четыре уголковых отражателя 1, внешние поверхности каждого из которых закрыты сферическим отражателем 2, поверхность которого ограничена кромками раскрыва уголкового отражателя, а сам раскрыв закрыт радиопрозрачной диэлектрической вставкой 3, дополняющей сферическую форму отражателя 2. Упомянутые отражатели 1, 2 симметрично установлены на перпендикулярных один к другому диэлектрических держателях 4, закрепленных на диэлектрическом валу 5, приводимом во вращение от двигателя 6 через механизм 7, при этом раскрывы уголковых отражателей 1 ориентированы в направлении вращения, а их оси симметрии совпадают с направлением радиальной составляющей. Диэлектрические радиопрозрачные вставки 3 необходимы для защиты внутренних поверхностей уголковых отражателей 1 от воздействия внешних климатических факторов и снижения аэродинамического сопротивления при вращении вала 5.
Работа предлагаемого устройства состоит в следующем. Двигатель 6 через механизм 7 приводит во вращение вал 5 вместе с закрепленными на нем держателями 4 и отражателями 1, 2.
На протяжении части периода вращения, когда раскрывы уголковых отражателей в пределах их диаграмм обратного рассеяния ориентированы в направлении РЛС 8, происходит отражение импульсных или непрерывных сигналов на эти РЛС. При этом интенсивность сигнала, отраженного от раскрыва, намного превосходит интенсивность сигналов, отраженных от сферических поверхностей остальных трех отражателей. Вращение отражателей обуславливает появление в составе отраженного сигнала частоты допплеровского сдвига, величина которой в основном зависит от радиальной скорости перемещения уголкового отражателя в направлении облучающей РЛС. Т.к. угол обратного рассеяния уголкового отражателя составляет величину около 60°, то в пределах этого угла происходит изменение вектора радиальной скорости
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>V</mi><mi>r</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>V</mi><mi>r</mi></msub><mi>cos</mi><mfrac><mrow><msup><mi>θ</mi><mo>∘</mo></msup></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>=</mo><mn>0,855</mn><mtext> </mtext><msub><mi>V</mi><mi>r</mi></msub></mrow>
.
r
где V - радиальная составляющая скорости цели относительно РЛС;
θ° - угол обратного рассеяния уголкового отражателя (θ°=60°).
r
Расчет показывает, что изменение вектора радиальной скорости ΔV не превышает ±7,7%.
Четыре симметрично расположенных уголковых отражателя обеспечивают достаточное время нахождения цели в зоне видимости РЛС и способствуют равномерности вращения вала.
Таким образом достигается имитация флуктуирующих целей, движущихся в некотором диапазоне направлений по отношению к РЛС.
В отрезки времени, когда в направлении РЛС ориентированы обратные стороны уголковых отражателей, закрытые сферическими отражателями интенсивность отраженных сигналов окажется существенно ниже, что подтверждает расчет.
ш
a
Если выбрать диаметр сферы (шара) d=0,2 м и вписать в этот шар уголковый отражатель с треугольными гранями и длиной ребра , то их эффективная поверхность рассеяния (ЭПР) может быть определена по формулам (см. Васин В.В., Степанов Б.М. Справочник-задачник по радиолокации, М. "Сов. Радио", 1977 г., стр.82).
ш
ЭПР шара заданного диаметра не зависит от длины волны облучающей РЛС и при d≥4λ равна
ш
ш
2
2
σ=0,78d =0,78·0,04=0,03 м.
ЭПР уголкового отражателя с треугольными гранями равна
<mrow><msub><mi>σ</mi><mi>Δ</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>4</mn><mi>π</mi><msup><mi>a</mi><mn>4</mn></msup></mrow><mrow><mn>3</mn><mi>λ</mi></mrow></mfrac></mrow>
.
Т.к. форма кромок уголкового отражателя, вписанного в сферу, представляет собой дугу, то может быть справедлива запись для ЭПР такого отражателя
<mrow><msub><mi>σ</mi><mi>Δ</mi></msub><mo>></mo><mfrac><mrow><mn>4</mn><mi>π</mi><msup><mi>a</mi><mn>4</mn></msup></mrow><mrow><mn>3</mn><mi>λ</mi></mrow></mfrac></mrow>
.
a
a
ш
Размер грани уголкового отражателя , вписанного в сферу с диаметром d=0,2 м, составляет =0,17 м.
Результаты расчета ЭПР уголкового отражателя и шара с указанными размерами и их отношения для различных длин волн приведены в таблице 1.
Таблица 1
λ, см
σ<sub>Δ</sub>, м<sup>2</sup>, не менее
σ<sub>ш</sub>, м<sup>2</sup>
σ<sub>Δ</sub>/σ<sub>ш</sub>, не менее
3
3,84
0,03
128
5
1,4
0,03
46
из таблицы 1 видно, что ЭПР уголковых отражателей радиолокационных сигналов существенно превышает (не менее чем 46÷128 раз) ЭПР сферических отражателей, что обуславливает значительное и постоянное отношение полезного сигнала к мешающему фону, создаваемым имитатором. Экспериментальные исследования, проведенные при длине волны λ=3 см для разных по размерам отражателей, подтвердили справедливость расчетов и показали существенное снижение (на 16÷20 дБ) интенсивности помех, создаваемых сферическими отражателями, по сравнению с помехами от обратных (нерабочих) поверхностей уголковых отражателей. Для изменения имитируемой скорости движения цели предусмотрена возможность изменения скорости вращения вала и при необходимости - расстояния от места крепления отражателей до центра вращения, высота движения цели может изменяться путем изменения длины вала, либо высоты крепления на нем держателей с отражателями.
Предлагаемое изобретение может быть использовано при ремонтно-профилактических работах, а также для обучения и тренировки персонала РЛС.