СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ И ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ НИЗКОЛЕТЯЩЕГО НАД ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ СО СВЕРХЗВУКОВОЙ СКОРОСТЬЮ ОБЪЕКТА ПО СЛЕДУ НА ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
METHOD OF DETERMINING POSITION AND MOTION PARAMETRES OF SUPERSONIC OBJECT FLYING AT LOW ALTITUDE ABOVE WATER FROM TRACES ON WATER SURFACE

Описание
Изобретение относится к области радиолокации, лазерной локации и оптики, в частности к обнаружению, определению параметров движения и сопровождению малозаметного низколетящего над водной поверхностью со сверхзвуковой скоростью объекта (СМНО).
Изобретение позволяет обнаруживать и сопровождать даже полностью невидимые объекты, летящие вблизи водной поверхности и создающие за собой возмущения воздушного пространства (то есть звуковую волну). На момент обнаружения предполагается равномерное прямолинейное перемещение объекта над водной поверхностью без изменения высоты полета со скоростью, превышающей 1,2 Маха.
Способ может быть осуществлен расположенным на судне автономным радиолокатором (лазерным локатором, телевизионным устройством) в пределах радиогоризонта, с воздушного (космического) носителя, а также с применением многопозиционной радиолокации (лазерной локации, оптического наблюдения).
В [1] предложен способ обнаружения СМНО по столбу газоводяного следа на морской поверхности. Предложение строится на превышении столба газоводяного 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 параметров СМНО основан на наличии за СМНО аномалии водной поверхности (АВП). Возможен как вариант наличие участка взволнованной водной поверхности на фоне спокойной, так и вариант присутствия в следе сглаженного участка волн на взволнованной поверхности воды. Определяющим является наличие контраста между следом и остальной водной поверхностью.
АВП образуется под воздействием акустической волны, образованной пролетающим СМНО. Фронт АВП перемещается с такой же скоростью, что и СМНО. Перемещение фронта АВП со сверхзвуковой скоростью является явным признаком наличия СМНО. Направление перемещения фронта АВП совпадает с направлением движения СМНО.
0
Акустическая волна достигает водной поверхности, преодолевая расстояние, равное высоте (h) полета СМНО. За это же время СМНО преодолевает над водной поверхностью расстояние S, являющееся расстоянием между СМНО и АВП. В динамике процесс образования АВП является непрерывным (при условии полета СМНО в заданных пределах высот над водной поверхностью). Непрерывность процесса приводит к постоянству зависимости высоты полета и расстояния между СМНО и АВП (см. схему):
,
где h - высота полета объекта над водной поверхностью;
0
S - длина проекции на водную поверхность мгновенного расстояния между объектом и образованной им АВП;
с - скорость распространения звука в воздушном пространстве между объектом и водной поверхностью;
ω - скорость объекта.
Тогда СМНО будет находиться относительно АВП в направлении перемещения фронта АВП впереди на расстоянии .
0
Звуковая волна, касаясь водной поверхности на расстоянии S от СМНО, далее оставляет расширяющийся на водной поверхности след. Если на этапе расширения следа замерить его ширину, то высота СМНО вычисляется по формуле:
,
где В - ширина следа;
L - расстояние от фронта АВП до точки измерения ширины следа;
с - скорость распространения звука в воздушном пространстве между объектом и водной поверхностью;
ω - скорость объекта.
Тогда
где В - ширина следа;
L - расстояние от фронта АВП до точки измерения ширины следа;
с - скорость распространения звука в воздушном пространстве между объектом и водной поверхностью;
ω - скорость объекта.
Осуществление
Обнаружение СМНО при полном отсутствии радиолокационного отражения от СМНО возможно при наличии АВП, перемещение которой обнаруживается радиолокационной станцией. Скорость СМНО определяется по скорости перемещения фронта АВП. По направлению перемещения фронта АВП определяется направление движения СМНО.
Вычисляется скорость распространения звука в воздушном пространстве между объектом и водной поверхностью:
,
где Т - температура воздушного пространства между объектом и водной поверхностью К.
По скорости фронта АВП определяется оптимальное расстояние (L) от фронта АВП до точки измерения ширины АВП:
,
где h - высота объекта в пределах 6-20 м;
В - ширина АВП, выбирается исходя из технических возможностей и точности измерения РЛС;
с - скорость распространения звука в воздушном пространстве между объектом и водной поверхностью;
ω - скорость объекта.
На расстоянии L от фронта АВП измеряется ширина АВП - В.
По имеющимся значениям ω, с, L, В вычисляется высота полета СМНО:
,
где B - ширина следа;
L - расстояние от фронта АВП до точки измерения ширины следа;
с - скорость распространения звука в воздушном пространстве между объектом и водной поверхностью;
ω - скорость объекта.
По имеющимся значениям ω, с, L, В вычисляется проекция на водную поверхность расстояния от фронта АВП до СМНО:
,
где В - ширина следа;
L - расстояние от фронта АВП до точки измерения ширины следа;
с - скорость распространения звука в воздушном пространстве между объектом и водной поверхностью;
ω - скорость объекта.
Или проекции на водную поверхность расстояния от фронта АВП до СМНО вычисляется по имеющимся значениям ω, с, h:
,
где h - высота полета объекта над водной поверхностью;
с - скорость распространения звука в воздушном пространстве между объектом и водной поверхностью;
ω - скорость объекта.
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.