БОРТОВАЯ РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ СОПРОВОЖДЕНИЯ ДВУХ ЦЕЛЕЙ Российский патент 1997 года по МПК G01S13/02 

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в бортовых радиолокационных станциях (БРЛС), имеющих антенну с механическим приводом для одновременного сопровождения двух целей, точного измерения их координат, обеспечивающего применение ракетного управляемого вооружения (РУВ).

Известны БРЛС, имеющие антенну с механическим приводом, сопровождающие многие цели в режиме сопровождения на обзоре или в режиме сопровождения на проходе (СНП). (Справочник по радиолокации. Редактор С.Сколник, т.3, с.382, М. Советское радио, 1979). При этом обычно применяется построчный обзор пространства (Дудник П. И. Чересов Ю.И. Авиационные радиолокационные устройства, изд. ВВИА им. Жуковского П.Е. 1986, рис. 12-10, с.374). За цикл обзора 4 7с луч равномерно перемещается по азимуту, на границе зоны смещается по углу места на другую строку на величину, достаточную, чтобы при дальнейшем движении по азимуту по другой строке обеспечить обзор без пропуска целей.

Обычно из-за недостаточно точного знания формы диаграммы направленности системы антенна плюс обтекатель при измерении азимута используется способ, при котором запоминаются начальное и конечное значение азимута пачки отраженных от цели импульсов (Кузьмин В.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации, М. Радио и связь, 1986, с.99), а за оценку угла места принимается угловое значение строки, на которой было произведено обнаружение (измерение азимута) цели.

Достоинством режима СНП является возможность обнаруживать новые цели при сопровождении ранее обнаруженных.

Недостатки этого способа сопровождения нескольких целей: большая дискретность обновления данных о сопровождаемых целях и низкая точность измерения угловых координат не позволяют обеспечить применение ракетного управляемого вооружения.

В известном устройстве, принятом за прототип предлагаемого изобретения (Дудник П.И. Чересов Ю.И. Авиационные радиолокационные устройства, изд. ВВИА им. Жуковского, 1986 рис.12.9, с. 370 371), БРЛС сопровождения одной цели, имеющая антенну с механическим приводом, производится слежение за относительным положением цели по дальности, угловым координатам и по допплеровскому сдвигу частоты, обеспечивая точное измерение относительных координат цели и применение РУВ по атакуемой цели. Слежение за относительными координатами цели осуществляется следующими системами.

Например, устройство слежения по угловым координатам (Бортовые радиолокационные системы. Под ред. Д.Повейсила, Р.Ровена, П.Уотермана, Воениздат, М. 1964, с.485, рис.9.4) состоит из пеленгационного устройства (углового дискриминатора), выходной сигнал которого поступает на вход, например интегратора, подается на первый вход сравнивающего устройства, на второй вход которого подается сигнал с выхода датчика угловой скорости линии визирования. Совокупность сравнивающего устройства, датчика угловой скорости линии визирования называют контуром стабилизации антенны, в заявке в дальнейшем его будем называть приводом. Устройство слежения по углам может иметь другое структурное построение, но при этом всегда можно выделить угловой дискриминатор и совокупность элементов, которую будем называть приводом.

Устройство слежения по дальности обычно состоит из временного дискриминатора, коppектирующего звена, одного или двух интеграторов (Белоцерковский Г. Б. Основы радиолокации и радиолокационные устройства, М. Сов. радио, 1975, с.175, рис.7.4а). Корректирующее звено и часть дальномера, содержащая один или два интегратора в формуле предполагаемого изобретения, названы управляющей частью дальномера (второй управляющей частью).

Устройство слежения по частоте по структурной схеме близко к устройству слежения по дальности (Бортовые радиолокационные системы. Под ред. Д.Повейсила и др. рис.8.9, с.397, Белоцерковский Г.Б. рис.7.8, с.179). В формуле предполагаемого изобретения оно представлено последовательно соединенным частотным дискриминатором и управляющей частью системы слежения за допплеровской частотой сигнала отраженного от цели (первой управляющей частью).

БРЛС слежения за одиночной целью обеспечивает применение РУВ по одной цели. Однако в некоторых тактических ситуациях, например при отражении массированного налета крылатых ракет, полет которых характеризуется постоянством высоты и вектора скорости, боевая эффективность истребителя резко возрастает при применении систем управления вооружением, обеспечивающих атаку нескольких, хотя бы двух целей одновременно.

Задачей изобретения является создание бортовой радиолокационной станции, содержащей антенну с механическим приводом, обеспечивающую атаку двух целей одновременно.

Поставленная цель предполагаемого изобретения обеспечение атаки двух целей достигается за счет осуществления слежения за двумя целями и получения точных измерений относительных координат цели, удовлетворяющих требованиям применения РУВ.

Слежение за двумя целями производится за счет дискретного сопровождения первой и второй цели, переброса луча антенны на другую цель после получения точной информации по первой, осуществления быстрого перехвата целей, измерения их координат, управления и коммутации потоками полученной информации.

Процесс получения точных измерений относительных координат целей состоит из двух этапов. На первом производится за заданное время сведение ошибок экстраполяции к минимальным значениям, на котором за счет слежения сигналов дискриминаторов с выходными сигналами устройств слежения за относительными координатами цели образуются сигналы, соответствующие точным значениям измеренных координат цели.

Сопровождение двух целей достигается за счет введения блоков дискретного сопровождения первой и второй цели по угловым координатам, дальности и допплеровской частоте. На вход этих блоков поступают в дискретные моменты времени измеренные значения соответствующих координат. Выходные параметры блоков дискретного сопровождения экстраполированных значений соответствующих координат служат внешним источникам целеуказания при перебросе луча антенны после проведения измерения по одной цели на другую. В момент переброса луча по углам с одной цели на другую на стробирующие входы приемника по дальности и допплеровской частоте поступают их экстраполированные значения с выходов блоков дискретного слежения по дальности и допплеровской частоте.

Для предотвращения перезахвата цели боковыми лепестками диаграммы направленности при сильном отраженном сигнале от цели (например на малых дальностях) процесс получения точных измерений начинается не только при появлении сигнала на выходе обнаружителя, но и при разнице углового положения антенны относительно экстраполированного углового положения цели, меньшей заранее определенного порогового уровня, обусловленного апертурой углового дискриминатора.

Точное измерение относительных координат цели производится системами точного измерения, полученными трансформированием традиционных устройств слежения по угловым координатам, дальности и допплеровской частоте. Устройства точного измерения позволяют за время, заданное счетчиком времени и вторым пороговым устройством, выбрать начальные ошибки перезахвата, обусловленные ошибками экстраполяции координат целей за время между измерениями, вывести сигнал, отраженный от цели, на минимальные значения сигнала рассогласования на рабочей части дискриминационной характеристики (Кривицкий Б.Х. Автоматические системы радиотехнических устройств, Госэнергоиздат, М.-Л. 1962, рис.3.1, с.77, рис.5.1, с.147).

Ограничение по времени нахождения луча на цели, а не по величине сигналов на выходе дискриминатора обусловлено тем, что при больших ошибках экстраполяции выходные сигналы дискриминаторов малы, что может прекратить процесс выбора ошибок экстраполяции при фактически больших ошибках.

Точные измерения дальности, допплеровской частоты и угловых координат образуются на выходе первого, второго и четвертого сумматоров. Однако, в дискретные системы сопровождения для сглаживания и экстраполяции координат цели измеренные значения поступают только после выбора ошибок экстраполяции при срабатывании порогового устройства. Это обусловлено неоднозначностью оценок дискриминаторов на падающих ветвях характеристики дискриминаторов при больших значениях расстройки, отклонением крутизны характеристики дискриминаторов от заданных в районе максимума пеленгационной характеристики (Кривицкий Б.Х. рис.5.1, с.147), уменьшением флуктуационной составляющей оценки сигнала ошибки дискриминатором при уменьшении по величине сигнала ошибки (Обрезков Г.В. Разевич В.Д. Методы анализа срыва слежения, М, Сов.радио, 1972 рис.1.6, с.15, рис.1.13. с.25).

Точные значения измеренных координат, поступающие на вход дискретных системы сопровождения, образуются на выходах импульсных элементов только в момент второго срабатывания порогового устройства, открытия соответствующего ключа и являются выходными сигналами устройства.

Таким образом, осуществляются процессы сопровождения двух целей и получения точных измерений относительных координат цели, удовлетворяющих требованиям применения РУВ.

На чертеже представлена блок-схема бортовой радиолокационной станции сопровождения двух целей.

Бортовая радиолокационная станция слежения за двумя целями содержит: антенну 1, антенный переключатель 2, передатчик 3, приемник 4, пятый управляющий ключ 5, обнаружитель 6, блок дискретного сопровождения второй цели по допплеровской частоте, состоящий из входного управляющего ключа 7, формирователя импульсов 8, дискретной системы сопровождения цели по допплеровской частоте 9, выходного управляющего ключа 10; блок дискретного сопровождения первой цели по допплеровской частоте, состоящий из входного управляющего ключа 11, формирователя импульсов 12, дискретной системы сопровождения цели по допплеровской частоте 13, входного управляющего ключа 14; блок дискретного сопровождения второй цели по дальности, состоящий из входного управляющего ключа 15, формирователя импульсов 16, дискретной системы сопровождения цели по дальности 17, выходного управляющего ключа 18; блок дискретного сопровождения первой цели по дальности, состоящий из входного управляющего ключа 19, формирователя импульсов 20, дискретной системы сопровождения цели по дальности 21, выходного управляющего ключа 22; блок дискретного сопровождения второй цели по угловым координатам, состоящий из входного управляющего ключа 23, формирователя импульсов 24, дискретной системы сопровождения цели по угловым координатам 25, выходного управляющего ключа 26; блок дискретного сопровождения первой цели по угловым координатам, состоящий из входного управляющего ключа 27, формирователя импульсов 28, дискретной системы сопровождения цели по угловым координатам 29, выходного управляющего ключа 30; блок слежения за целями по допплеровской частоте, включающий первый сумматор 31, частотный дискриминатор 32, блок управления стробами приемника по допплеровской частоте 33, второй управляющий ключ 34, первый управляющий ключ 35, первый управляющий ключ в линии задержки 36; блок слежения за целями по дальности, включающий второй сумматор 37, временной дискриминатор 38, блок управления стробами приемника по дальности 39, четвертый управляющий ключ 40, третий управляющий ключ 41, вторую линию задержки 42, блок слежения за целями по угловым координатам, включающий угловой дискриминатор 43 и антенный привод 44, третий сумматор 45, четвертый сумматор 46, шестой управляющий ключ 47, блок управления и коммутации, состоящий из первого порогового блока 48, элемента И 49, инвертора 50, счетчика времени 51, второго порогового блока 52, коммутирующего блока 53.

Выходы импульсных элементов и систем дискретного сопровождения относительных координат обеих целей являются выходами устройства.

Пусть представленное устройство находится в состоянии переброса луча антенны с первой цели на вторую, при этом на первом выходе коммутирующего блока 53 "1", а на втором "0". Выходные управляющие ключи 14, 22, 30 блоков дискретного сопровождения координат первой цели закрыты. На управляющие входы выходных управляющих ключей 10, 18, 26 поступает сигнал с первого выхода коммутирующего блока 53, разрешающий использование экстраполированных координат второй цели в качестве источников внешнего целеуказания для устройств перезахвата цели.

На второй вход сумматора 45 поступает сигнал экстраполированного углового положения второй цели, а на первый сигнал углового положения привода антенны. Выходной сигнал сумматора 45, равный разнице между входными сигналами, поступает на вход порогового блока 48, в начальный момент времени он выше порога, поэтому на выходе элемента И сигнал равен "0", а на выходе инвертора "1". Управляющие ключи 5, 34, 40 закрыты, а через управляющие ключи 35, 41 экстраполированные значения допплеровской частоте (f_g) и дальности (D) второй цели поступают на стробирующие по f_g и D входы приемника, через управляющий ключ 47 сигнал с выхода сумматора 3 поступает на вход антенного привода, привод отрабатывает сигнал целеуказания по угловой координате. При близости углового положения антенны к угловому положению второй цели на выходе обнаружителя 6 появляется сигнал. Наличие сигнала на выходе обнаружителя 6 недостаточно для начала процесса перезахвата второй цели. Для предотвращения захвата цели боковыми лепестками диаграммы направленности при сильном отраженном сигнале процесс перехвата второй цели начинается лишь при срабатывании порогового блока 48. При этом на выходе элемента И "1", а на выходе инвертора "0" закрываются управляющие ключи 35, 41, 47, процесс отработки целеуказания закончился. Открываются управляющие ключи 5, 34, 40. Сигнал с выхода приемника 4 поступает на входы дискриминаторов по дальности 38, по допплеровской частоте 32, по угловым координатам 43. На выход блоков 33, 39 через линии задержки 36, 42 поступают сигналы экстраполированных координат f_g и D в качестве начальных условий устройств слежения по f_g и D. Сигналы с выхода блоков 33, 39 поступают на стробирующие входы приемника. Привод начинает управляться от углового дискриминатора. Воссоздаются устройства слежения за целью по дальности, допплеровской частоте и угловым координатам. Сигнал с выхода элемента И 49 запускает счетчик времени 51. За время, заданное счетчиком времени 51 и пороговым блоком 52, устройства слежения отрабатывают ошибки экстраполяции и выводят сигнал, отраженный от цели, на рабочий участок дискриминационной характеристики, где крутизна дискриминационной характеристики наиболее стабильна и, обычно, регламентирована техническими условиями.

Ограничение работы устройств слежения по выбору ошибок экстраполяции по времени, а не по величине ошибок на выходе дискриминаторов, обусловлено тем, что при больших ошибках экстраполяции выходные сигналы дискриминаторов малы, что может привести к прекращению процесса отработки ошибок экстраполяции при их фактически больших значениях.

При срабатывании порогового блока 52, ограничивающее время выбора ошибок экстраполяции, обнуляется счетчик времени, подготавливает к измерению координат другой цели, меняются сигналы на выходах коммутирующего блока 53: на первом выходе "0", на втором "1". Коммутирующим блоком может быть триггер.

После появления на первом выходе коммутирующего блока "0", а на втором "1":
закрываются выходные управляющие ключи 10, 18, 26 блоков дискретного сопровождения второй цели, блокируя поступление экстраполированных координат второй цели в качестве источников внешнего целеуказания;
закрываются входные управляющие ключи 11, 19, 27, препятствующие поступлению выходных сигналов сумматоров 31, 37, 46 в блоке дискретного сопровождения первой цели;
открываются выходные управляющие ключи 14, 22, 30 блоков дискретного сопровождения координат первой цели, экстраполированные координаты первой цели блоков дискретного сопровождения становятся источниками внешнего целеуказания, начинается процесс переброса луча антенны на первую цель и ее перехват;
открываются входные управляющие ключи 7, 15, 23 блоков дискретного сопровождения второй цели, сигналы с выходов сумматоров 31, 37, 46 через сигнальные входы управляющих ключей 7, 15, 23 поступают на вход соответствующих импульсных элементов 8, 16, 24, на выходе которых только в момент открытия соответствующих управляющих ключей образуются дискретные значения измеренных координат второй цели.

Дискретные измеренные значения координат второй цели поступают на вход дискретных систем сопровождения второй цели 9, 17, 25.

Во временные отрезки между измерениями на выходе дискретных систем сопровождения поступают экстраполированные значения соответствующих координат. Выходы дискретных систем сопровождения первой и второй цели периодически синхронно с перехватом соответствующей цели подключаются к устройствам перехвата целей.

В качестве дискретных систем сопровождения можно применять "α", "α-β", "α-β-γ" фильтры (Кузьмин С.З. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации, М. Сов. радио, 1974, α фильтры рис. 9.19 с.400, a-β фильтры рис. 9.10 с.383, a-β-γ фильтры рис. 9.14 с.392).

В основе построения "α" фильтров используется гипотеза о постоянстве параметра сопровождения, при "α-β" фильтров используется гипотеза о линейном изменении сопровождаемой координаты цели, при "α-β-γ" фильтрах используется гипотеза об изменении сопровождаемой координаты соответственно полиному второй степени. В отличие от /Кузьмин С.З. Формула 9.6.2, с.384, формула 9.6, 26а, с.391), где экстраполированные координаты вычисляются по формулам:
для "α-β" фильтра и
для α-β-γ фильтра.

где U_пэ экстраполированное значение сопровождаемой координаты;
сглаженные значения координаты, ее скорости и ускорения;
Т_o период обновления информации.

В предложенном устройстве экстраполяция должна производиться с частотой, значительно превышающей время обновления информации.

При построении систем сопровождения по дальности можно использовать информацию о допплеровской частоте цели (Кузьмин С.З. с.354). Дискретные системы сопровождения могут быть синтезированы на основе калмановской фильтрации (оптимальной фильтрации) со взаимной поддержкой систем сопровождения по дальности и угловым координатам (Кузьмин С.З. формулы 9.3.11 с.347 348).

Введение блоков дискретного сопровождения координат первой и второй целей, аппаратурное обеспечение переброса луча антенны с одной цели на другую, осуществление быстрого перезахвата целей, измерение их координат обеспечивает слежение за двумя целями.

В то же время построение систем точного измерения координат цели делает возможным применение ракетного управляемого вооружения по обеим целям. Все это позволило получить новое тактическое свойств БРЛС, в состав которой входит антенна с механическим приводом, способность атаковать две цели одновременно.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в бортовых радиолокационных станциях (БРЛС), имеющих антенну с механическим приводом, для одновременного сопровождения двух целей, точного измерения их координат, обеспечивающего применение ракетного управляемого вооружения. БРЛС сопровождения двух целей содержит антенну с механическим приводом, соединенную через антенный переключатель с передатчиком и приемником, обнаружитель. Введение блоков дискретного сопровождения первой и второй целей, аппаратурное обеспечение переброса луча антенны с одной цели на другую, осуществление быстрого перезахвата целей, измерение их координат обеспечивает слежение за двумя целями. Трансформирование традиционных устройств непрерывного слежения за координатами цели в системы точного измерения координат позволило за счет введения этапов выбора ошибок экстраполяции и дискретного ввода полученной информации в системы дискретного сопровождения целей получить измерения, точность которых обеспечивает применение ракетного управляемого вооружения. 1 ил.

Бортовая радиолокационная станция сопровождения двух целей, содержащая антенну, соединенную через антенный переключатель с первым входом приемника и с выходом передатчика, обнаружитель, вход которого соединен с выходом приемника, блок слежения за целями по угловым координатам, состоящий из последовательно соединенных углового дискриминатора и антенного привода, выход которого соединен с антенной, блок слежения за целями по доплеровской частоте, состоящий из последовательно соединенных частотного дискриминатора и блока управления стробами приемника по доплеровской частоте, блок слежения за целями по дальности, состоящий из последовательно соединенных временного дискриминатора и блока управления стробами приемника по дальности, отличающаяся тем, что в блок слежения за целями по допплеровской частоте введены последовательно соединенные второй управляющий ключ, первая линия задержки, первый управляющий ключ, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выходы первого и второго управляющих ключей также соединены с вторым входом приемника, второй вход первого сумматора соединен с выходом частотного дискриминатора, выход блока управления стробами приемника по доплеровской частоте соединен с первым входом первого управляющего ключа, в блок слежения за целями по дальности введены последовательно соединенные четвертый управляющий ключ, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом временного дискриминатора, выход блока управления стробами приемника по дальности соединен с первым входом третьего управляющего ключа, выходы третьего и четвертого управляющих ключей также соединены с третьим входом приемника, выход которого соединен с сигнальным входом пятого управляющего ключа, выход которого соединен с входами частотного, временного и углового дискриминаторов, в блок слежения за целями по угловым координатам введены третий и четвертый сумматоры, первые входы которых соединены с выходом антенного привода, выход третьего сумматора через сигнальный вход шестого управляющего ключа подключен к входу антенного привода, второй вход четвертого сумматора соединен с выходом углового дискриминатора, введен также блок управления и коммутации, состоящий из первого порогового блока, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с инвертором, последовательно соединенных счетчика времени, второго порогового блока и переключателя, при этом вход первого порогового блока подключен к выходу третьего сумматора, второй вход элемента И соединен с выходом обнаружителя, выход элемента И соединен также с управляющими входами первого, третьего и пятого управляющих ключей и запускающим входом счетчика времени, обнуляющий вход которого соединен с выходом второго порогового блока, выход инвертора соединен с управляющими входами второго, четвертого и шестого управляющих ключей, введены также блок дискретного сопровождения первой цели по доплеровской частоте и блок дискретного сопровождения второй цели по доплеровской частоте, каждый из которых состоит из последовательно соединенных входного управляющего ключа, формирователя импульсов, дискретной системы сопровождения цели по доплеровской частоте, выходного управляющего ключа, блок дискретного сопровождения первой цели по дальности и блок дискретного сопровождения второй цели по дальности, каждый из которых состоит из последовательно соединенных входного управляющего ключа, формирователя импульсов, дискретной системы сопровождения цели по дальности, выходного управляющего ключа, блок дискретного сопровождения первой цели по угловым координатам и блок дискретного сопровождения второй цели по угловым координатам, каждый из которых состоит из последовательно соединенных входного управляющего ключа, формирователя импульсов, дискретной системы сопровождения цели по угловым координатам, выходного управляющего ключа, причем первые входы входных управляющих ключей блоков дискретного сопровождения первой и второй целей по доплеровской частоте соединены с выходом первого сумматора, первые входы входных управляющих ключей блоков дискретного сопровождения первой и второй целей по дальности соединены с выходом второго сумматора, первые входы входных управляющих ключей блоков дискретного сопровождения первой и второй целей по угловым координатам соединены с выходом четвертого сумматора, вторые входы входных управляющих ключей блока дискретного сопровождения первой цели по доплеровской частоте, блока дискретного сопровождения первой цели по дальности, блока дискретного сопровождения первой цели по угловым координатам соединены с вторым выходом переключателя, вторые входы выходных управляющих ключей указанных блоков соединены с первым выходом переключателя, который также соединен с вторыми входами входных управляющих ключей блока дискретного сопровождения второй цели по доплеровской частоте, блока дискретного сопровождения второй цели по дальности, блока дискретного сопровождения второй цели по угловым координатам, вторые входы выходных управляющих ключей указанных блоков соединены с вторым выходом переключателя, выходы выходных управляющих ключей блоков дискретного сопровождения первой и второй целей по допплеровской частоте подключены к второму входу второго управляющего ключа, выходы выходных управляющих ключей блоков дискретного сопровождения первой и второй целей по дальности подключены к второму входу четвертого ключа, выходы выходных управляющих ключей блоков дискретного сопровождения первой и второй целей по угловым координатам подключены к второму входу третьего сумматора.