СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДО МАНЕВРЕННОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В РЕЖИМЕ МОЛЧАНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕРАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ
METHOD OF DETERMINATING OF DISTANCE UP TO MANEUVERABLE AIRCRAFT IN NO-SIGNAL CONDITION OF RADAR STATION ON BASIS OF USAGE OF NON-RADIOLOCATING INFORMATION

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к радиоэлектронным системам измерения координат, и может быть использовано в бортовых и наземных радиоэлектронных системах сопровождения (РЭСС).
Известен способ определения дальности до летательного аппарата (ЛА) в режиме молчания радиолокационной станции (РЛС) (см. Антипов В.Н., Исаев С.А., Лавров А.А., Меркулов В.И. Многофункциональные радиоэлектронные комплексы истребителей / под ред. проф. Г.С.Кондратенкова. - М.: Воениздат, 1994. - 213 с.).
k
k-1
k-1
Сущность данного способа состоит в следующем. Дальность до ЛА в k-й момент времени Д определяют через дальность до ЛА в (k-1)-й момент времени Д и через скорость его сближения с РЭСС в (k-1)-й момент времени V в предположении, что данная скорость постоянна:
0
0
где Т - интервал дискретизации; значения Д и V определяют при работе РЛС в активном режиме.
Известен способ определения дальности до маневренного ЛА в режиме молчания РЛС (см. Фарина А., Студер Ф. Цифровая обработка радиолокационной информации. Сопровождение целей: пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1993. - 320 с.).
k
k-1
k-1
k-1
Сущность данного способа состоит в следующем. Дальность до ЛА в k-й момент времени Д определяют через дальность до ЛА в (k-1)-й момент времени Д, через скорость и ускорение его сближения с РЭСС в (k-1)-й момент времени V и a, соответственно, в предположении, что данное ускорение постоянно:
0
0
0
где Т - интервал дискретизации; значения Д, V и а определяют при работе РЛС в активном режиме.
k
k-1
k-1
k-1
Известен также способ определения дальности до маневренного ЛА в режиме молчания РЛС (см. Зингер Р. Оценка характеристик оптимального фильтра для слежения за пилотируемой целью // Зарубежная радиоэлектроника. - 1971. - №8. - С.40-57), сущность которого состоит в том, что дальность до ЛА в k-й момент времени Д определяют через дальность до ЛА в (k-1)-й момент времени Д, через скорость и ускорение его сближения с РЭСС в (k-1)-й момент времени V и a, соответственно, в предположении, что данное ускорение описывается экспоненциально коррелированным процессом:
ak
a
a
0
0
0
a0
a
2
где Т - интервал дискретизации; α - величина, характеризующая скорость изменения ускорения; n - гауссовский шум с дисперсией  и математическим ожиданием m=0 м/с; σ - среднеквадратическое отклонение (СКО) ускорения; значения Д, V и а определяют при работе РЛС в активном режиме; принимают, что n=m.
Общими недостатками рассмотренных способов являются: низкая точность определения дальности до ЛА вследствие несоответствия принятой модели изменения скорости или ускорения сближения ЛА с РЭСС реальной динамике скорости или ускорения; отсутствие учета и использования дополнительной информации о движении ЛА от устройств и систем, работающих в пассивном режиме, при определении дальности до ЛА.
Наиболее близким по своей сущности к предлагаемому способу является способ определения дальности до маневренного ЛА в режиме молчания РЛС, описанный в работе (Перспективные методы обработки информации: Монография / Горев П.Г. [и др.]; под ред. проф. П.Г.Горева. - Тамбов; М.; СПб; Баку; Вена: Изд-во «Нобелистика», 204. - 478 с.) и принятый за прототип.
k
k-1
k-1
k-1
k
k-1
k-1
θk-1
ψk-1
гk-1
вk-1
гk-1
вk-1
ck-1
Сущность способа, принятого за прототип, состоит в том, что дальность до ЛА в k-й момент времени Д определяют через дальность до ЛА в (k-1)-й момент времени Д, через скорость и ускорение его сближения с РЭСС в (k-1)-й момент времени V и а, соответственно. При этом, ускорение в k-й момент времени a вычисляется на основе информации о пространственной ориентации ЛА в (k-1)-й момент времени - об углах тангажа ϑ, рыскания ψ и скоростях их изменения ω и ω, соответственно, поступающей от телевизионной системы (ТС); информации об углах пеленга в горизонтальной плоскости ε, вертикальной плоскости ε и скоростях их изменения ω и ω, соответственно, в (k-1)-й момент времени, поступающей от теплопеленгатора (ТП); и информации о значении собственного ускорения носителя РЭСС в (k-1)-й момент времени а, поступающей от системы автономных датчиков (САД):
где
0
0
0
Т - интервал дискретизации; значения Д, V и а определяют при работе РЛС в активном режиме.
Недостатком способа, принятого за прототип, является невысокая точность определения дальности до ЛА вследствие несоответствия принятой модели прямолинейного движения ЛА относительно РЭСС реальному криволинейному движению маневренного ЛА относительно РЭСС.
Техническим результатом предлагаемого способа является повышение точности определения дальности до маневренного ЛА в режиме молчания РЛС на основе использования нерадиолокационной информации, поступающей от ТС, ТП и САД, в модели криволинейного движения маневренного ЛА относительно РЭСС.
k
k-1
k-1
k
k
н
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что дальность до маневренного ЛА в k-й момент времени Д определяют через дальность до ЛА в (k-1)-й момент времени Д, через радиус окружности, по дуге которой движется ЛА относительно РЭСС в (k-1)-й момент времени, r, изменение значения которого описывается экспоненциально коррелированным процессом; через угловую скорость движения ЛА относительно РЭСС в k-й момент времени ω; и через расстояние Д  в k-й момент времени, преодолеваемое носителем РЭСС за интервал дискретизации Т:
rk
r
r
о
0
r0
r
где µ - величина, обратная постоянной времени маневра ЛА; n - гауссовский шум с дисперсией  и математическим ожиданием m; σ - СКО радиуса окружности, по дуге которой движется ЛА относительно РЭСС; значение Д определяют при работе РЛС в активном режиме; принимают, что r=0 м и n=m.
н
k
Расстояние Д  в k-й момент времени, преодолеваемое носителем РЭСС за интервал дискретизации Т, определяется выражением:
н
н
н
k
k
k
вk
rk
где V  - значение линейной скорости носителя РЭСС в k-й момент времени; θ  - угол наклона траектории носителя РЭСС в k-й момент времени; φ  -угол поворота траектории носителя РЭСС в k-й момент времени; ε и ε - углы пеленга в вертикальной и горизонтальной плоскости, соответственно, в k-й момент времени.
н
н
н
k
k
k
вk
rk
Информация о линейной скорости V , угле наклона траектории θ  и угле поворота траектории φ  носителя РЭСС в k-й момент времени поступает от САД, а информация об углах пеленга в вертикальной плоскости ε и горизонтальной плоскости ε в k-й момент времени - от ТП.
-1
r
r
На основе экспериментальных данных для маневренного ЛА типа "истребитель" было определено, что µ=0,0935 с; σ=197 м; m=269 м.
k
Угловая скорость движения маневренного ЛА относительно РЭСС в k-й момент времени ω определяется выражением:
k
л
л
л
л
л
л
л
л
л
л
л
л
л
л
л
л
л
л
л
л
где пространственный угол поворота траектории ЛА относительно РЭСС в k-й момент времени κ определяется углами пространственной ориентации ЛА относительно РЭСС - углом , образованном продольной осью ЛА и проекцией продольной оси ЛА на плоскость ОХZ лучевой системы координат носителя РЭСС ОХYZ, в k-й момент времени и углом  в (k-1)-й момент времени; углом , образованным осью ОХ лучевой системы координат носителя РЭСС ОХYZ и проекцией продольной оси ЛА на плоскость ОХZ лучевой системы координат носителя РЭСС OXYZ, в k-й момент времени и углом  в (k-1)-й момент времени, информация о которых поступает от ТС, и вычисляется в соответствии с выражением:
k
k
при допущении, что продольная ось ЛА и вектор его линейной скорости в k-й момент времени  совпадают, то есть углы атаки и скольжения ЛА в k-й момент времени: α=0 и β=0, соответственно.
Результаты проведенных исследований показали, что для большинства типов эксплуатируемых в настоящее время ЛА данное допущение не приводит к существенным ошибкам и применимо при решении задачи определения дальности до ЛА.
k
Геометрический смысл пространственного угла поворота траектории ЛА относительно РЭСС в k-й момент времени κ пояснен на фигуре 1.
k
k
Опираясь на результаты моделирования на электронно-вычислительной машине, можно утверждать, что если в (k-1)-й момент времени измеренный ТС угол  то второе слагаемое выражения (12)  имеет знак "плюс", и дальность до ЛА в k-й момент време-ни Д увеличится; если в (k-1)-й момент времени угол  то второе слагаемое выражения (12)  имеет знак "минус", и дальность до ЛА в k-й момент времени Д уменьшится.
На фигуре 2 представлена логическая схема алгоритма функционирования устройства определения дальности до маневренного ЛА в режиме молчания РЛС на основе использования информации о его пространственной ориентации для реализации предложенного способа.
Логическая схема состоит из блока «Данные» I; блока «Подготовка» II; блоков «Процесс» III, IV, V, VII, VIII; блока «Решение» VI; блока «Запоминаемые данные» IX; блоков «Оперативное запоминающее устройство» X, XI.
r
r
0
0
r0
k
k
rk
k
В блоке I устанавливаются исходные значения параметров µ, Т, σ, m, Д, r и n. Вычисление выражений, определяющих значения Д, rи n в k-й момент времени, в ветви алгоритма, включающей блоки III, VI, VII, VIII, и блоках IV, V производится параллельно. В зависимости от результата выполнения условия блок VI осуществляет логический выбор блока VII или блока VIII. Результаты вычислений блоков IV, V, VII (или VIII) запоминаются (блок IX) для использования на следующем шаге вычислений в (k+1)-й момент времени (блок II). Вычисленное в блоке VII (или VIII) значение Д в k-й момент времени запоминается в оперативном запоминающем устройстве (блок X). Функционирование блоков II, III, IV, V, VI, VII, VIII, IX осуществляется до момента сброса сопровождения (блок VIII).
Результаты проведенных исследований подтверждают целесообразность применения на практике предлагаемого способа определения дальности до маневренного ЛА в режиме молчания РЛС по доступной в данном режиме информации, поступающей от ТС, ТП и САД.