СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ЦЕЛЕЙ И КОМПЛЕКС ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD FOR DETERMINING COORDINATES OF TARGETS, AND COMPLEX FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретения относятся к области радиолокации и могут быть использованы при обнаружении отражающих радиоизлучение целей, находящихся на больших дальностях, скрытно и с минимальными энергетическими затратами.
Из уровня техники известен способ радиолокационного обнаружения целей (патент RU №2233456, МПК7 G01S 13/00), основанный на приеме излучений из контролируемых направлений, измерении параметров излучений с помощью пассивной радиолокационной станции (ПРЛС), на поиске источников излучений и на получении ПРЛС через ретранслятор, расположенный в зоне прямой видимости источника излучений и ПРЛС, информации о сигнале источника излучений, измерении корреляции между этим сигналом и сигналами, отраженными от целей, и принятии решения об обнаружении цели, если сигнал, пропорциональный измеренной величине корреляции, превышает пороговый уровень.
Из уровня техники известен комплекс, патент RU №2233456, МПК7 G01S 13/00, (фиг.1) содержащий пассивную радиолокационную станцию (ПРЛС) и ретранслятор, ПРЛС включает две антенны и приемники первого и второго каналов, вычислитель (коррелятор) и пороговое устройство. Выходы антенн подключены к соответствующим входам приемников первого и второго каналов ПРЛС, а их выходы подключены к первому и второму входам вычислителя, выход вычислителя подключен ко входу порогового устройства. Ретранслятор удален от ПРЛС в пределах прямой видимости.
Комплекс работает следующим образом: сигнал, отраженный от цели, облучаемой источником излучений, принимают первой антенной и подают на вход приемника первого канала ПРЛС, сигнал от источника излучений, переизлученный ретранслятором, расположенным в области прямой видимости источника излучений и ПРЛС, принимают второй антенной и подают на вход приемника второго канала ПРЛС. Сигналы с выходов первого и второго каналов ПРЛС подают на первый и второй входы вычислителя, который вырабатывает сигнал, пропорциональный уровню корреляции сигналов на его входе, и подают его на пороговое устройство. Превышение порога фиксируют как обнаружение цели в контролируемом направлении.
Преимущество способа и комплекса состоит в том, что он обеспечивает скрытность его работы и возможность обнаружения целей, подсвечиваемых источником излучения, т.е. без затрат энергии на облучение пространства.
Недостаток способа и комплекса состоит в том, что, обеспечив обнаружение цели и определение ее угловых координат в контролируемом направлении, он не позволяет измерять дальность до этой цели.
Кроме того, из-за неизвестных параметров сигналов источников излучений, невозможно обеспечить квазисогласованный прием, что снижает дальность обнаружения цели, а из-за непредсказуемой работы случайного источника излучений использование пассивного режима обнаружения целей по отражениям от целей сигналов, излучаемых источником, может быть лишь эпизодическим, кроме того необходимо иметь ретранслятор.
Из уровня техники известен наиболее близкий к предлагаемому способ определения координат целей (патент RU №2226701, МПК7 G01S 3/74, 13/87), облучаемых внешним источником радиоизлучений, основанный на приеме отраженных целями радиоизлучений внешних источников, измерении временных сдвигов между этими излучениями и угловых координат целей, приеме прямого радиоизлучения внешнего источника, измерении его угловых координат, временных сдвигов между прямым и отраженными радиоизлучениями, измерении способом активной радиолокации дальности до одной из целей, которую используют для вычисления дальности до остальных целей.
Известна однопозиционная радиолокационная станция - радиолокационный комплекс, наиболее близкий к заявляемому комплексу (патент RU №2226701, МПК7 G01S 3/74, 13/87), реализующий известный способ (фиг.2), который содержит антенну 1, активный канал обнаружения (АКО) 3, антенну 2, пассивный канал обнаружения (ПКО) 4 и блок вычисления координат 5. Активный 3 и пассивный 4 каналы обнаружения позиционно совмещены, выход антенны 1 подключен ко входу АКО 3, а его выход подключен к первому входу блока вычисления координат 5, выход антенны 2 подключен ко входу ПКО 4, а его выход подключен ко второму входу блока вычисления координат 5. Сигналы, принятые АКО 3 через антенну 1, и сигналы, принятые ПКО 4 через антенну 2, поступают на соответствующие входы блока вычисления координат 5.
Преимущество наиболее близкого известного способа и комплекса состоит в том, что обнаружение и измерение координат цели осуществляют в основном с помощью пассивной радиолокации (ПРЛ), а активную радиолокацию (АРЛ) используют постоянно только по одной цели, что снижает затраты энергии на обнаружение и увеличивает скрытность работы комплекса.
Недостаток наиболее близкого известного способа и наиболее близкого известного комплекса состоит в необходимости использования источников излучений, расположенных в зоне прямой видимости ПРЛ, и поэтому определение координат целей в контролируемой зоне на больших дальностях невозможно. Это вызвано тем, что использование наземных источников излучений возможно лишь в ближней зоне (при реальной высоте излучающей антенны источника), а использование высотных источников (например, самолетов) нестабильно, т.е. отсутствие возможности непрерывной работы в течение длительного времени. Способ реализуем лишь при использовании источников излучения, приближенных к ПРЛС, т.е. удаленных от дальней зоны контроля. Кроме того, АРЛ используется хотя и по одной из облучаемых источником излучений цели, но постоянно, что снижает скрытность работы комплекса.
Решаемой задачей (техническим результатом) является стабильное, т.е. непрерывное в течение длительного времени определение всех координат целей в дальней зоне контроля при увеличении скрытности работы комплекса.
Поставленная задача (технический результат) решается тем, что в способе определения координат целей, облучаемых внешним источником радиоизлучений, основанном на приеме отраженных целями радиоизлучений, измерении их угловых координат с помощью пассивной радиолокации (ПРЛ), определении дальности хотя бы до одной из целей с помощью активной радиолокации (АРЛ), вычислении дальности до других целей, согласно изобретению в качестве источника радиоизлучений выбирают радиолокационную станцию, расположенную за горизонтом (ЗРЛС) с известными ее координатами и параметрами излучений (зондов) с постоянным или переменным периодом повторения и облучающую контролируемую зону, определяют моменты приема отраженных от целей ее зондов, после определения дальности до одной из целей вычисляют момент излучения зонда, по которому вычисляют дальности до других целей, облучаемых этим зондом, вычисляют скорости этих целей, осуществляют их первичный захват и ведут их автосопровождение с помощью ПРЛ, в необходимых случаях вновь определяют дальность хотя бы до одной из них с помощью АРЛ и уточняют момент излучения зонда, по его значению уточняют дальности до других целей и их скорости.
Поставленная задача (технический результат) решается также тем, что при постоянном периоде излучения зонда момент его излучения в последующие интервалы времени наблюдения вычисляют на основе известного периода излучения, а уточняют момент излучения зонда при выходе сопровождаемой цели из строба сопровождения.
Поставленная задача (технический результат) решается также тем, что при переменном периоде повторения излучения зонда и сопровождении одной цели уточняют ее дальность через интервал времени, за который погрешность прогнозирования ее положения, возникающая из-за погрешности оценки ее скорости, может не обеспечить заданную точность определения дальности.
Поставленная задача (технический результат) решается также тем, что при переменном периоде излучения зонда и сопровождении двух или более целей, облучаемых одним и тем же зондом, момент его излучения определяют как среднее значение моментов излучения зонда, вычисленное для каждой цели по ее прогнозируемому положению, а уточняют момент излучения зонда в случае, если разброс вычисленных моментов излучения зонда превысит допустимую величину, определяемую допустимой ошибкой в определении дальности.
Поставленная задача (технический результат) решается тем, что заявленный комплекс для определения координат целей, представляющий собой однопозиционную радиолокационную станцию, включающий первую антенну и активный канал обнаружения (АКО), вторую антенну и пассивный канал обнаружения (ПКО), блок вычисления координат (ВК), выход первой антенны подключен к первому входу АКО, выход второй антенны подключен к входу ПКО, согласно изобретению, введены блок вычисления момента излучения зонда (ВМИЗ), блок сопровождения целей (СЦ), блок порогового устройства (ПУ) и блок датчика единого времени (ДЕВ), выход АКО подключен к первому входу блока ВМИЗ, выход ПКО подключен к его второму входу, а также к первому входу блока ВК и к первому входу блока СЦ, первый выход блока ВМИЗ подключен ко второму входу блока ВК, а его второй выход подключен к первому входу блока ПУ, выход блока ПУ подключен ко второму входу АКО, выход блока ВК подключен ко второму входу блока СЦ, а его выход подключен к третьему входу блока ВМИЗ, выход блока ДЕВ подключен ко второму входу блока ПУ, к четвертому входу блока ВМИЗ, к третьему входу блока ВК и к третьему входу блока СЦ.
Поставленная задача (технический результат) решается также тем, что в комплексе, согласно изобретению, антенна ПКО выполнена многолучевой.
Суть изобретения состоит в следующем. В качестве источника излучений выбирают загоризонтную радиолокационную станцию (ЗРЛС), с известными ее координатами и параметрами зонда с постоянным или переменным периодом повторений, которая облучает контролируемую зону, так как при этом:
- ЗРЛС обеспечивает подсвечивание контролируемой зоны сравнительно высоким уровнем энергии, удаленной для точки приема отраженного зонда, но ближней к зоне ЗРЛС, а известность параметров зонда обеспечивает возможность квазисогласованного приема ее зондов. Все это позволяет увеличить дальность обнаружения цели и определять ее координаты с требуемой точностью и разрешающей способностью, определяемой параметрами ЗРЛС (а не случайного источника), при этом в качестве ЗРЛС целесообразно выбирать наземную стационарную или перевозимую РЛС, поскольку координаты ее не изменяются или изменяются через большие промежутки времени и легко определяются;
- обеспечивается стабильность работы источника излучений, поскольку в задачи ЗРЛС входит постоянный контроль пространства;
- дополнительно будет увеличена дальность обнаружения для целей, находящихся вблизи линии, соединяющей ПРЛ и ЗРЛС, поскольку их ЭПР значительно возрастает (Справочник по радиолокации под редакцией М. Скольника, т.4, стр.209);
Все эти преимущества можно получить, например, при выборе в качестве источника излучения станций ПРО, размещаемых (или размещенных) в Европе.
После обнаружения отраженных от целей зондов выбранной ЗРЛС, облучающей контролируемую зону, осуществляют первичный захват и автосопровождение целей с помощью ПРЛ (С.З. Кузьмин. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации, стр.109). Для этого с помощью АРЛ определяют дальность до одной из обнаруженных целей и вычисляют момент излучения зонда ЗРЛС. Затем в едином времени отмечают моменты прихода отражений от других целей и определяют дальности до них. Операции расчета начальных значений параметров (скорости, направления движения) и прогнозирования положения отметки на следующий обзор реализуют при первичном захвате с помощью специального алгоритма фильтрации (там же, стр.140) и, на основании этого, ведут автосопровождение, благодаря чему АРЛ, в отличие от прототипа, используют лишь эпизодически, для уточнения момента излучения зонда. Эпизодичность использования АРЛ зависит от условий, возникающих при сопровождении целей ПРЛ, и определяется допустимой погрешностью вычисления дальности сопровождаемых целей. Если период зондирования постоянен, то ошибка в определении дальности и момента излучения зонда зависит только от изменения скорости цели и носит случайный характер. Повторное применение АРЛ нужно лишь тогда, когда сопровождаемая цель выйдет из строба автосопровождения.
c
c
доп
c
Если период следования зонда переменный и сопровождают одну цель, то уточняют ее дальность через интервал времени наблюдения, за который погрешность прогнозирования ее положения, возникающая из-за погрешности измерения ее скорости, может не обеспечить заданную точность определения дальности, исходя из следующего: если погрешность измерения скорости равна ΔV (первоначально определяется параметрами АРЛ), то за время наблюдения t погрешность определения дальности до цели составит ΔD=t×ΔV. При допустимой погрешности определения дальности ΔD (она может устанавливаться в зависимости от удаленности контролируемой зоны), интервал времени наблюдения Δt, через который необходимо уточнять дальность до цели, будет определяться из выражения
c
доп
Δt≤ΔD/ΔV.
c
доп
c
Ошибка в определении скорости определяется не только параметрами АРЛ, но и изменениями скорости цели в процессе ее наблюдения. При этом ошибка ΔD, полученная после измерения дальности через интервал Δt, будет больше ΔD и интервал времени наблюдения Δt уменьшают.
При переменном периоде излучения зонда и автосопровождении n≥2 целей, облучаемых одним и тем же зондом, момент его излучения определяют как среднее значение моментов излучения зонда, вычисленное для i-й цели, где i=1…n, по ее прогнозируемому положению,
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>t</mi><mo>¯</mo></mover><mi>n</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><msubsup><mi>t</mi><mi>n</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msubsup></mrow></mstyle></mrow><mi>n</mi></mfrac></mrow>
<mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mover accent="true"><mi>t</mi><mo>¯</mo></mover><mi>n</mi></msub><mo>−</mo><msubsup><mi>t</mi><mi>n</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msubsup></mrow><mo>|</mo></mrow><mo>></mo><mi>Δ</mi><msub><mi>t</mi><mrow><mi>д</mi><mi>о</mi><mi>п</mi></mrow></msub></mrow>
доп
а уточняют момент излучения зонда в случае, если
при n≥i≥1, где Δt - допустимая величина отклонения, зависит от допустимой ошибки в определении дальности. Среднее значение используют в последующих расчетах.
Момент излучения зонда опережает момент приема отраженного зонда от облучаемой цели, дальность до которой определена с помощью АРЛ, на величину суммарной задержки времени приема отраженного зонда, принятого ПРЛ, и времени задержки прохождения зонда от ЗРЛС до этой цели. Задержки рассчитываются по формулам (1) и (2).
Изобретение иллюстрируется чертежами:
фиг.1 - РЛС, реализующая способ - аналог;
фиг.2 - комплекс, реализующий способ - прототип;
фиг.3 - диаграммы, поясняющие работу изобретений;
фиг.4 - заявленный комплекс, реализующий предлагаемый способ.
Заявленный комплекс, представляющий собой однопозиционную радиолокационную станцию, реализующий заявленный способ определения координат целей (Фиг.4), включающий антенну 1 и активный канал обнаружения (АКО) 3, антенну 2 и пассивный канал обнаружения (ПКО) 4, блок 5 вычисления координат (ВК), блок 7 вычисления момента излучения зонда (ВМИЗ), блок 8 сопровождения целей (СЦ), блок 9 порогового устройства (ПУ) и блок 10 датчика единого времени (ДЕВ), выход антенны 1 подключен к первому входу АКО 3, а его выход подключен к первому входу блока 7 ВМИЗ, выход антенны 2 подключен к входу ПКО 4, а его выход подключен ко второму входу блока 7 ВМИЗ, а также к первому входу блока 5 ВК и к первому входу блока 8 СЦ, первый выход блока 7 ВМИЗ подключен ко второму входу блока 5 ВК, а его второй выход подключен к первому входу блока 9 ПУ, выход блока 9 ПУ подключен ко второму входу АКО 3, выход блока 5 ВК подключен ко второму входу блока 8 СЦ, выход которого подключен к третьему входу блока 7 ВМИЗ, выход блока 10 ДЕВ подключен ко второму входу блока 9 ПУ, к четвертому входу блока 7 ВМИЗ, к третьему входу блока 5 ВК и ко второму входу блока 8 СЦ.
Рассмотрим более подробно реализуемость способа и комплекса (Фиг.3, 4) на конкретном примере, когда излучение зондов ЗРЛС 6 происходит стабильно, с постоянным периодом повторения. В качестве излучателя выбирают стационарную загоризонтную радиолокационную станцию (ЗРЛС) 6 с известными координатами и параметрами зондов, с постоянным или переменным периодом повторения и облучающую контролируемую зону. С помощью антенны 2 и ПКО 4 определяют моменты приема отраженных от целей ее зондов, после измерения дальности до одной из целей с помощью антенны 1 и АКО 3 вычисляют момент излучения зонда с помощью блока 7 ВМИЗ по формулам (1) и (2) и используют его для вычисления дальности до других целей, облучаемых этим же зондом с помощью блока 5 ВК, вычисляют скорости этих целей, осуществляют первичный захват и ведут их автосопровождение с помощью блока 8 СЦ и ПКО 4, а в необходимых случаях, вновь определяют дальность хотя бы до одной из них с помощью антенны 1 и АКО 3 и уточняют момент излучения зонда с помощью блока 7 ВМИЗ, по его значению уточняют дальности до других целей и их скорости.
При постоянном периоде излучения зонда момент его излучения в последующие интервалы времени наблюдения вычисляют на основе известного периода излучения зонда, вычисленного с помощью блока 7 ВМИЗ. Если сопровождаемая цель выходит из строба, то делают вывод о том, что изменился период излучения зонда или изменилась скорость цели. При этом в блоке 9 ПУ формируют сигнал, поступающий на второй вход АКО 3 для его включения, измеряют дальность до цели, уточняют момент излучения зонда и восстанавливают автосопровождение с помощью антенны 2, ПКО 4 и блока 8 СЦ.
При переменном периоде повторения излучения зонда ЗРЛС 6 и обнаружении одной цели уточняют ее дальность путем включения АКО 3 с помощью блоков 7 ВМИЗ и 9 ПУ через интервал времени наблюдения, за который погрешность прогнозирования ее положения в блоке 8 СЦ, возникающая из-за погрешности оценки ее скорости, может не обеспечить заданную точность определения дальности, вычисляемой с помощью блока 5 ВК.
При переменном периоде излучения зонда и автосопровождении с помощью блока 8 СЦ двух или более целей, облучаемых одним и тем же зондом, момент его излучения определяют с помощью блока 7 ВМИЗ как среднее значение моментов излучения зонда, вычисленное для каждой цели по ее прогнозируемому положению. Прогнозируют положение целей с помощью блока 8 СЦ, а уточняют момент излучения зонда путем включения АКО 3 в случае его отклонения от среднего значения более порогового уровня, заданного в блоке 9 ПУ для одной или более целей исходя из допустимой ошибки в определении дальности.
Расчеты дальности и времени задержек проводят с помощью формул (1) и (2), вывод которых приводится ниже.
0i
2
1
Определяют с помощью АРЛ дальность X до цели i и вычисляют задержку τ, отраженного от цели i, и задержку τ, излученного ЗРЛС 6 зонда (Фиг.3) по следующим формулам:
<mrow><mi>Δ</mi><mi>T</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>d</mi><mi>C</mi></mfrac></mrow>
<mrow><msub><mi>τ</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>X</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mi>C</mi></mfrac></mrow>
<mrow><mi>d</mi><mo>=</mo><mn>2</mn><mi>R</mi><mo>×</mo><mi>S</mi><mi>i</mi><mi>n</mi><mfrac><mi>L</mi><mrow><mn>2</mn><mi>R</mi></mrow></mfrac></mrow>
0i
;
;
; R - радиус Земли; L - расстояние до ЗРЛС по поверхности Земли; а - проекция X с помощью нормали h на направление d, ΔТ - расчетное время прямого прохождения зонда ЗРЛС.
2
2
а=τ×Cosα h=τ×Sinα
<mrow><msub><mi>τ</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><msup><mi>h</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>Δ</mi><mi>T</mi><mo>−</mo><msub><mi>τ</mi><mn>2</mn></msub><mo>×</mo><mi>S</mi><mi>i</mi><mi>n</mi><mi>α</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt></mrow>
<mrow><msub><mi>τ</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><msubsup><mi>τ</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>−</mo><mn>2</mn><mi>Δ</mi><mi>T</mi><mo>×</mo><msub><mi>τ</mi><mn>2</mn></msub><mo>×</mo><mi>C</mi><mi>o</mi><mi>s</mi><mi>α</mi><mo>+</mo><mi>Δ</mi><msup><mi>T</mi><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
2
1
момент излучения зонда ЗРЛС будет раньше принятого отраженного от цели i его сигнала на τi=τ+τ, этот момент привязывают к единому времени и запоминают.
Производят аналогичные расчеты для отраженного зонда ЗРЛС, принятого от цели j, и получают
<mrow><msubsup><mi>τ</mi><mn>2</mn><mn>1</mn></msubsup><mo>=</mo><mfrac><mrow><msubsup><mi>τ</mi><mi>j</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>−</mo><mi>Δ</mi><msup><mi>T</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>j</mi></msub><mo>−</mo><mi>Δ</mi><mi>T</mi><mo>×</mo><mi>C</mi><mi>o</mi><mi>s</mi><msub><mi>α</mi><mi>j</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
0j
<mrow><msubsup><mi>τ</mi><mn>2</mn><mn>1</mn></msubsup><mo>×</mo><mi>C</mi></mrow>
расстояние X до цели j будет равно
,
j
где С - скорость света, τ - суммарная задержка прохождения зонда от ЗРЛС до цели j и отраженного целью j зонда до ПРЛ, определяется по известному моменту излучения зонда и моменту приема отраженного зонда, угол α - рассчитывают по найденным азимутальному углу β и углу места ε цели i или j, или измеряют непосредственно между направлением на цель и направлением на ЗРЛС;
α=arcosCosβ×Cosε.
При выборе в качестве источника перевозимой ЗРЛС необходимо после ее развертывания определить ее координаты. Способы определения координат известны: либо по излучению (патент №2217773), либо визуально со спутника.
Наиболее целесообразно в качестве источника излучения выбирать стационарную ЗРЛС сопредельного государства.
На основании изложенного можно сделать вывод о том, что заявленное техническое решение позволяет стабильно обнаруживать в дальней зоне контроля цель, определять все ее координаты и увеличить скрытность работы комплекса. Таким образом достигается заявленный технический результат.