СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ТРАЕКТОРИИ ОБЪЕКТА
OBJECT TRAJECTORY DETECTION METHOD

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для обнаружения траекторий воздушных объектов с помощью радиолокационных станций (РЛС) кругового обзора, снабженных антенной с механическим вращением по азимуту.
Известен способ обнаружения траектории объекта, включающий обнаружение объекта в процессе регулярного осмотра зоны обзора РЛС, обнаружение объекта в стробах захвата и подтверждения траектории при постоянном периоде регулярного осмотра зоны обзора (Фарина А., Студер Ф. Цифровая обработка радиолокационной информации. Сопровождение целей. «Радио и связь», Москва, 1993, с.26-28).
Недостатком известного способа является значительное увеличение размеров стробов захвата и стробов подтверждения траектории при обнаружении траектории скоростных и маневрирующих объектов. Увеличение размеров стробов приводит к увеличению затрат временных и энергетических ресурсов, требуемых на осмотр стробов захвата и подтверждения траектории. В результате происходит перегрузка системы обработки радиолокационной информации, уменьшается пропускная способность РЛС.
о
Наиболее близкий способ обнаружения траектории объекта в заданном секторе по азимуту по заданному критерию обнаружения траектории с помощью радиолокационной станции кругового обзора, снабженной антенной с механическим вращением по азимуту, включает К последовательных осмотров заданного сектора по азимуту с изменяющимся направлением вращения антенны и осмотр зоны обзора вне заданного сектора по азимуту (патент РФ №2347236).
В
В наиболее близком способе интервал времени между обращениями к объектам вне заданного сектора по азимуту Т определяется из следующих выражений:
С
где t - время осмотра заданного сектора по азимуту при неизменном направлении вращения антенны (однократного осмотра);
N - количество однократных осмотров заданного сектора по азимуту в процессе последовательного осмотра;
О
Т - период обзора зоны в отсутствие заданного сектора по азимуту.
Порядок осмотра заданного сектора и зоны обзора вне его (направление вращения антенны и порядок его изменения) в наиболее близком способе показан на фиг.1.
о
о
Затраты времени на осмотр заданного сектора по азимуту, требуемые для обнаружения траектории цели (К последовательных осмотров заданного сектора по азимуту), в наиболее близком способе определяются временем, в течение которого будет обнаружена траектория объекта, и при длительном процессе обнаружения траектории (большой величине К) могут достигать больших значений, что приводит к существенному увеличению интервала времени между обращениями к объектам вне заданного сектора по азимуту и, вследствие этого, к ухудшению характеристик сопровождения объектов в этой части зоны обзора.
Решаемой задачей (техническим результатом), таким образом, является уменьшение интервала времени между обращениями к объектам вне заданного сектора по азимуту.
о
о
Указанный результат достигается тем, что в способе обнаружения траектории объекта в заданном секторе по азимуту по критерию вида k/n+p/m, где n и m - заданное количество обращений к объекту на этапе завязки и подтверждения траектории объекта соответственно, k и р - заданное минимальное количество обнаружений объекта на этапе завязки и подтверждения траектории соответственно, с помощью радиолокационной станции кругового обзора, снабженной антенной с механическим вращением по азимуту, включающем К осмотров заданного сектора по азимуту с изменяющимся направлением вращения антенны и осмотр зоны обзора вне заданного сектора по азимуту, согласно изобретению заданный сектор по азимуту осматривают на каждом обороте антенны, при этом количество осмотров сектора K определяют из выражения:
Суть заявляемых технических решений заключается в следующем.
Обнаружение траекторий объектов в обзорных РЛС часто осуществляется в пределах заранее заданных секторов по азимуту, границы которых определяют по внешнему целеуказанню от средств разведки, например космической.
Известно, что в обзорных РЛС при обнаружении траектории объекта применяют критерий обнаружения вида k/m+p/n (Кузьмин С.З. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации. М.: «Сов. радио», 1974, с.279-282). Первая часть критерия (k/m) - завязка траектории - означает, что для обнаружения траектории необходимо, чтобы объект был обнаружен не менее чем в k из m последовательных к нему обращениях (обычно полагают k=2, m=2), вторая часть критерия (р/n) - подтверждение завязанной траектории - означает, что после выполнения первой части критерия объект должен быть обнаружен еще не менее чем в р из n последовательных обращениях. При обнаружении траектории скоростных и маневрирующих объектов часто этап подтверждения завязанной траектории не используют. Критерий обнаружения траектории скоростных и маневрирующих объектов может иметь вид 2/2 (полагают: k=2, m=2, p=0).
о
В заявляемом способе осмотр заданного сектора по азимуту на каждом обороте антенны осуществляют последовательными осмотрами с изменением направления вращения антенны после каждого осмотра, кроме последнего. Количество осмотров сектора на каждом обороте антенны К задают исходя из длины заданного критерия обнаружения траектории таким образом, чтобы количество обращений к объекту было достаточным для проверки заданного критерия, то есть в соответствии с формулой (2).
о
После проведения К осмотров заданного сектора по азимуту осматривается зона обзора вне сектора.
Малый интервал времени между обращениями к объекту в заданном секторе обеспечивается последовательными прямыми и обратными осмотрами сектора за счет переключения направления вращения антенны.
Если при осмотре заданного сектора решение об обнаружении траектории объекта принято, то координаты траектории выдаются потребителю.
о
о
о
о
Направление вращения антенны при осмотре зоны обзора после К осмотров заданного сектора совпадает с направлением ее вращения при последнем осмотре сектора, поэтому, в зависимости от критерия обнаружения траектории, точнее от величины К, направление вращения антенны может как совпадать, так и не совпадать с направлением вращения антенны непосредственно перед входом в заданный сектор (в отличие от прототипа, где направление вращения антенны при осмотре зоны вне заданного сектора всегда одно и то же). Так, если значение К нечетно, то направление вращения антенны после выхода из заданного сектора совпадает с направлением вращения до входа в него, если значение К четно, то направление вращения антенны после выхода из заданного сектора противоположно направлению вращения до входа в сектор.
Процесс осмотра заданного сектора и зоны обзора вне сектора повторяется до тех пор, пока траектория объекта не будет обнаружена.
о
о
На фиг.2 для примера показан порядок осмотра заданного сектора по азимуту и зоны обзора вне его при критерии обнаружения траектории 2/2 (показан осмотр па двух оборотах антенны). Количество осмотров заданного сектора на каждом обороте антенны при этом критерии равно двум (К=2). Из фиг.2 видно, что, поскольку для данного критерия величина К четна, то направление вращения антенны после выхода из заданного сектора противоположно направлению вращения до входа в сектор.
B
Интервал времени между обращениями к объектам вне заданного сектора (Т) для заявляемого технического решения определяется из выражений:
Во втором выражении левая граница указанного интервала относится к объектам, расположенным в зоне обзора вне заданного сектора вблизи первой по ходу вращения антенны азимутальной границы, правая граница интервала относится к объектам, расположенным в зоне обзора вне заданного сектора вблизи второй по ходу вращения антенны азимутальной границы.
о
Из выражений (3) следует, что интервал времени между обращениями к объектам вне заданного сектора, в отличие от прототипа, не зависит от длительности процесса обнаружения траектории в секторе, а определяется длиной критерия обнаружения траектории, то есть величиной К.
Таким образом достигается заявляемый технический результат.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.
Фиг.1 - направление вращения антенны и порядок его изменения в наиболее близком способе при осмотре заданного сектора по азимуту и зоны обзора вне его.
Фиг.2 - направление вращения антенны и порядок его изменения в заявляемом способе при осмотре заданного сектора по азимуту при критерии обнаружения траектории объекта 2/2 и зоны обзора вне заданного сектора; показан осмотр заданного сектора на двух оборотах антенны.
Фиг.3 - скорость вращения антенны при осмотре заданного сектора по азимуту в заявляемом способе для критерия обнаружения траектории объекта 2/2;
ро
обозначено: t - координатная ось текущего времени; ω - координатная ось скорости вращения антенны; ω - заданная скорость вращения антенны при осмотре зоны обзора.
Фиг.4 - блок-схема РЛС, реализующей заявляемый способ.
Фиг.5 - блок-схема привода антенны 8.
Радиолокационная станция, реализующая заявляемый способ (фиг.4), содержит антенну 1, устройство управления лучом 2, выход которого соединен с антенной 1, последовательно соединенные передатчик 3, антенный переключатель 4, приемник 5 и вычислитель 6, выполняющий операции обнаружения траектории объекта и управления скоростью и направлением вращения антенны 1, первый выход которого является выходом РЛС, а также синхронизатор 7 и привод антенны 8, механически соединенный с антенной 1, при этом сигнальный вход/выход антенны 1 соединен со входом/выходом антенного переключателя 4, а координатный ее выход - со вторым входом вычислителя 6, второй и третий выходы вычислителя 6, являющиеся соответственно выходом сигнала, пропорционального величине скорости вращения антенны 1, и выходом сигнала направления вращения антенны 1, соединены соответственно с первым и со вторым входами привода антенны 8, на третий вход вычислителя 6 подаются координаты границ заданного сектора по азимуту, четыре выхода синхронизатора 7 соединены соответственно со входом устройства управления лучом 2, входом передатчика 3, вторым входом приемника 5 и с четвертым входом вычислителя 6.
Привод антенны 8 (фиг.5) состоит из силовой передачи 9, двигателя 10 и системы управления 11, при этом вал двигателя 10 механически соединен со входом силовой передачи 9, которая механически соединена с антенной 1, а электрический вход двигателя 10 соединен с выходом системы управления 11, первый и второй входы которой являются соответственно входом сигнала, управляющего скоростью вращения антенны, и входом сигнала, управляющего направлением вращения антенны.
РЛС, реализующая заявляемый способ, может быть выполнена с использованием следующих функциональных элементов.
Антенна 1 - фазированная антенная решетка с одномерным электронным сканированием по углу места и механическим вращением по азимуту (Справочник по радиолокации. Под ред. М.Сколника, т.2. - М.: «Сов. радио», 1977, с.138).
Устройство управления лучом 2 - цифровой вычислитель, реализующий известный алгоритм расчета распределения состояний фазовращателей в полотне ФАР и формирования луча в заданном направлении по углу места (Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника, т.2. - М.: «Сов. радио», 1977, с.141-143).
Передатчик 3 - многокаскадный импульсный передатчик на клистроне, выполненный на основе известного передатчика (A.M.Педак и др. Справочник по основам радиолокационной техники. Под редакцией В.В.Дружинина. Военное издательство, 1967, с.278-279, рис.7.2).
Антенный переключатель 4 - балансный антенный переключатель на базе циркулятора (A.M.Педак и др. Справочник по основам радиолокационной техники. Под редакцией В.В. Дружинина. Военное издательство, 1967, с.166-168).
Приемник 5 - супергетеродинный приемник, выполненный на основе известного приемника (A.M.Педак и др. Справочник по основам радиолокационной техники. Под редакцией В.В.Дружинина. Военное издательство, 1967, с.343-344, рис.8.1).
Вычислитель 6 - цифровой вычислитель. В вычислителе 6 реализуется известный алгоритм обнаружения траектории объекта (Кузьмин С.З. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации. М., «Сов. радио», 1974, с.285-287).
Синхронизатор 7 выполнен на основе задающего генератора и последовательно соединенной с ним цепочки делителей частоты (Радиолокационные устройства (теория и принципы построения). Под ред. В.В.Григорина-Рябова, с.602-603).
Привод антенны 8 - привод (Российский энциклопедический словарь, кн.2, М., «Большая Российская Энциклопедия», 2000, стр.1248).
Двигатель 9 - машина постоянного тока (Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов B.C. Электрические машины, ч.2. М.: «Высшая школа», 1987, стр 195-203).
Силовая передача 10 - редуктор (Типугин В.Н., Вейцель В.А. Радиоуправление. М.: «Сов. радио», 1962, стр.578).
Система управления 11 - блок управления скоростью и направлением вращения вала двигателя. Методы управления скоростью и направлением вращения вала двигателя описаны в источнике: Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов B.C. Электрические машины, ч.2. М.: «Высшая школа», 1987, стр.281-287.
Рассмотрим работу РЛС для критерия обнаружения траектории 2/2.
В процессе осмотра зоны обзора РЛС по сигналам устройства управления лучом 2 осуществляется электронное перемещение луча антенны 1 по углу места, а за счет вращения антенны 1 происходит его перемещение по азимуту. При этом на передатчик 3 по командам синхронизатора 7 поступают импульсы запуска, обеспечивающие излучение зондирующего сигнала в последовательно осматриваемые направления зоны обзора РЛС.
Отраженный от объекта сигнал через антенну 1 и антенный переключатель 4 поступает в приемник 5, где преобразуется на промежуточную частоту, фильтруется, усиливается. На второй вход вычислителя 6 с координатного выхода антенны 1 поступают координаты луча антенны, а с выхода приемника 5 - отфильтрованный и усиленный сигнал. В вычислителе 6 сигнал, отраженный от объекта, сравнивается с порогом обнаружения, при превышении которого принимается решение об обнаружении объекта. С синхронизатора 7 сигнал на четвертый вход вычислителя 6 подается в момент излучения зондирующего сигнала. По величине задержки зондирующего сигнала в вычислителе 6 по известным формулам (Теоретические основы радиолокации. Под ред. Я.Д.Ширмана. М.: «Сов. Радио», 1970, стр.221) определяется дальность до обнаруженного объекта.
о
Координаты заданного сектора по азимуту от внешнего источника целеуказания поступают на третий вход вычислителя 6. Текущая азимутальная координата луча антенны 1 поступает на второй вход вычислителя 6, где сравнивается с азимутальным положением границ заданного сектора по азимуту. По достижении азимутальным положением луча антенны заданного сектора по азимуту реализуется последовательность К его осмотров (фиг.2, фиг.3).
1
ро
2
ро
3
2
3
Осмотр заданного сектора по азимуту начинается при направлении вращения антенны, совпадающем с направлением ее вращения при осмотре зоны обзора до входа в заданный сектор, то есть производится осмотр сектора в прямом направлении. Осмотр в прямом направлении начинается в момент времени t (фиг.3). При достижении лучом антенны азимутального положения, определяемого скоростью вращения антенны ωи положением азимутальных границ заданного сектора, в момент времени t начинается замедление вращения антенны от скорости ω до полной ее остановки в конце первого осмотра сектора в момент времени t. Для этого со второго выхода вычислителя 6 на первый вход привода антенны 8 в момент времени t подается сигнал на торможение вращения антенны 1, которое заканчивается в момент t.
3
3
ро
4
5
Второй осмотр заданного сектора начинается в момент времени t. При этом направление вращения антенны изменяется, то есть осмотр сектора проводится в обратном направлении. По командам со второго и третьего выходов вычислителя 6 на первый и второй входы привода антенны 8 соответственно в момент времени t начинается ускорение вращения антенны до скорости -ω, которое заканчивается в момент t. Второй осмотр заданного сектора продолжается до момента времени t, по окончании которого проверяется критерий обнаружения объекта 2/2, и при его выполнении координаты обнаруженной траектории выдаются потребителю с первого выхода вычислителя 6.
5
о
6
6
В момент времени t заканчиваются K осмотров заданного сектора и без изменения скорости и направления вращения до момента времени t осуществляется осмотр зоны обзора вне заданного сектора. Если при осмотре заданного сектора траектория объекта не была обнаружена, то по окончании осмотра зоны обзора вне заданного сектора в момент времени t осмотр заданного сектора повторяется.
Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает достижение заявляемого технического результата.