СИСТЕМА СЛЕЖЕНИЯ ПО УГЛУ МЕСТА Российский патент 1997 года по МПК G01S13/66 G01S13/68 

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано в качестве системы слежения за целью по углу места при работе бортовой радиолокационной станции (БРЛС) в режиме обзора (сопровождение целей "на проходе" (СНП)).

Наибольшее распространение получили системы слежения за координатой цели угол места, основанные на методе скользящего сглаживания. Так называемые α-фильтры и a-β-фильтры (Кузьмин С.З. Основы цифровой обработки радиолокационной информации. М. Сов. радио, 1974, с. 399, 382). a-фильтры (Кузьмин С. З. с. 399) системы с астатизмом 1-ого порядка, обладая хорошими фильтрующими свойствами, имеют большие динамические ошибки. При применении a-β-фильтров (Кузьмин С.З. с. 382) значительно уменьшаются динамические ошибки и в то же время подчеркиваются флюктуационные ошибки, что особенно ярко проявляется при использовании БРЛС с механическим приводом антенны, осуществляющей строчный обзор пространства, когда за оценку угла места принимается угловое положение строки развертки антенны, на которой произошло обнаружение (измерение координат) цели.

Прототипом предлагаемого изобретения является a-фильтр. Он состоит из блока временной задержки на время между измерениями, последовательно соединенных первого сумматора, усилителя, второго сумматора, причем первый вход первого сумматора соединен с датчиком угла места, вход блока временной задержки соединен с выходом второго сумматора, а выход блока временной задержки соединен со вторыми входами сумматоров.

Основной недостаток прототипа большие динамические ошибки, обусловленные, главным образом, отсутствием учета производной изменения угла места


где ε_в угол между линией визирования и горизонтальной плоскостью;
производная угла;
дальность и скорость сближения;
V_цу вертикальная скорость истребителя (проекция V_и на вертикальную ось земной системы координат).

Выражение (2) получено дифференцированием уравнения
Dsinε_в=H_ц-H_и (3)
где H_ц, H_и высота цели и истребителя в предположении равенства нулю вертикальной скорости цели (V_цу 0)
Но даже учет производной угла места приводит к методическим ошибкам, превышающим 2^o, при углах места, больших 3^o, дальностях, меньших 20 км, и времени между измерениями, превышающими 3 с. Эта методическая ошибка обусловлена изменением производной на траекториях, характеризующихся вышеприведенными условиями.

Изменение положения цели по высоте также приводит к ошибкам оценки угла места, при дальностях 30 км и V_цу 100 м/с эта ошибка достигает 2^o.

Задачей изобретения является повышение точности системы сопровождения.

Решение ее достигается тем, что в устройство, состоящее из первого блока временной задержки на время между измерениями, последовательно соединенных первого сумматора, вход которого соединен с измерителем угла места, первого усилителя и второго сумматора, введены последовательно соединенные блок синуса, выход которого соединен с выходом второго сумматора, блок вычисления превышения цели, второй блок задержки на время между измерениями, третий сумматор, делитель, блок арксинуса, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго сумматоров, последовательно соединенные пороговое устройство, коммутационное устройство, управляющий ключ, перемножитель, второй усилитель, четвертый сумматор, блок вычисления изменения высоты цели, выход которого соединен со вторым входом третьего сумматора, блок вычисления изменения высоты носителя, выход которого соединен с третьим входом третьего сумматора, а вход с измерителем высоты, вход первого блока временной задержки на время между измерениями соединен с выходом четвертого сумматора, а выход со вторым входом четвертого сумматора, сигнальный вход управляющего ключа и вход порогового устройства соединены с выходом первого сумматора, вторые входы перемножителя, делителя и блока вычисления превышения цели соединены с измерителем дальности.

Итак, в предлагаемом устройстве в α-фильтр введен канал вычисления экстраполированной координаты , состоящий из блоков 1, 2, 3, 4, 5, 13, 9 (см. чертеж), учитывающих изменения угла из-за изменения дальности и высот носителя и цели, и канал вычисления вертикальной скорости цели, состоящий из блоков 15, 16, 17, 18, 12, обеспечивающий компенсацию ошибки системы, обусловленную маневром цели по высоте при превышении сигналом рассогласования (выход блока 6) порога блока 10.

Вычисление производится в явном виде без методических ошибок.

Выведем выражение для вычисления экстраполированного значения в явном виде.

Продифференцировав выражение (3), получим

где V_цу вертикальная скорость цели.

Решение уравнения (4) имеет вид:

Первое слагаемое делимого правой части вычисленное значение превышения цели в момент предшествующего измерения T_i.

Второе слагаемое определяет изменение высоты истребителя за время между измерениями (T_i T_i+1).

Третье слагаемое определяет изменение высоты цели за время между измерениями (T_i T_i+1).

Сумма слагаемых прогнозируемое значение превышения цели ΔH_i+1 в момент времени T_i.

Экстраполированное значение угла

Учитывая, что вертикальный маневр используется в ближнем воздушном бою или как средство ухода от ракет, угрожающих безопасности цели (Цихош Э. Сверхзвуковые истребители. М. Мир, 1983), а также то, что в дальних ракетных боях используется в основном маневр типа "отворот" или "змейка" в горизонтальной плоскости, при построении системы сопровождения цели по углу места будет использоваться гипотеза произвольного движения цели в горизонтальной плоскости (V_цу 0).

Отсюда можно получить структуру устройства систем слежения за углом места:

где измеренное значение угла места;
T_i, T_i+1 моменты измерения;
D_i, D_i+1 значения дальности в соответствующие моменты времени.

При отсутствии V_цу ошибки оценки угла места будут обусловлены только флюктуационными ошибками измерения.

Наличие больших значений ошибок сигнала рассогласования свидетельствует о несоответствии гипотезы, положенной в основу построения системы (7), реальному движению цели возникновению вертикальной скорости цели.

Превышение сигналом порогового значения служит признаком наличия вертикальной составляющей скорости цели, тогда структура устройства изменится.

где оценка вертикальной скорости цели.

Введение второго уравнения позволяет вычислить вертикальную скорость цели и компенсировать ее появление при вычислении экстраполированного значения угла места.

На чертеже представлена блок-схема устройства системы слежения по углу места.

Устройство "система слежения по углу места" содержит блок синуса 1, блок вычисления превышения цели 2, второй блок запоминания на время между измерениями 3, блок вычисления изменения высоты носителя 4, третий сумматор 5, первый сумматор 6, первый усилитель 7, второй сумматор 8, блок арксинуса 9, пороговое устройство 10, коммутационное устройство 11, первый блок временной задержки на время между измерениями 12, делитель 13, управляющий ключ 14, перемножитель 15, второй усилитель 16, четвертый сумматор 17, блок вычисления изменения высоты цели 18.

Выходы блоков 8 и 9 являются выходами устройства.

На входы блока 6 поступают измеренное и экстраполированное значения отслеживаемой угловой координаты. На выходе блока 6 образуется сигнал рассогласования между этими значениями. В качестве первого сумматора может быть использовано сравнивающее устройство или дискриминатор. Сигнал рассогласования через усилитель 7 поступает на вход второго сумматора 8, коэффициент усиления блока 7 обусловлен шумами измерения. На второй вход блока 8 поступает сигнал экстраполированного значения . На выходе блока 8 образуется сигнал сглаженного значения угла места.

Сигнал с выхода измерителя дальности и сигнал сглаженного значения ε_в прошедший через блок синуса 1, поступают на вход блока 2. Блок 2 представляет собой перемножитель, вычисляющий разность высот истребителя и цели по формуле (3). Блок 4 определяет изменение высоты истребителя за время между измерениями (ΔH_и). На вход блока 4 может поступать сигнал вертикальной скорости истребителя V_иу, интегрируя который вычисляется значение ΔH_и. Численное интегрирование может производиться методами Эйлера, трапеции и т. д. На вход блока 4 может поступать сигнал высоты истребителя H_и. В момент измерения сигнал ΔH_и вычисляется как разность между текущим значением Hи_i+1 и запомненным в момент предшествующего измерения Hи_i.

Сигнал с блока 2, прошедший через блок 3, и сигналы с блоков 4, 18 поступают на вход блока 5, на выходе которого образуется сигнал экстраполированного на момент измерения значения разности высот истребителя и цели. Этот сигнал и сигнал с измерителя дальности поступают на вход блока 13 - делителя, на выходе которого получается сигнал синуса экстраполированного значения . Сигнал с выхода блока 13 поступает на вход блока 9 (блок арксинуса), на выходе которого образуется сигнал экстраполированного значения угла места.

Сигнал рассогласования с выхода блока 6 поступает также на вход порогового устройства 10 и сигнальный вход управляющего ключа 14. Для избежания ложных срабатываний пороговое устройство 10 может состоять из α-фильтра, на входе которого сигнал сравнивается с порогом или порогового устройства и логической схемы "n из m" (Кузьмин С.З. с. 181). При превышении сигналом порога выходной сигнал блока 10 запускает коммутационное устройство 1. Коммутационное устройство 1 может быть реализовано в виде логических элементов. При превышении сигналом порога выходной сигнал устройства 11 открывает управляющий вход блока 14. Сигнал рассогласования поступает на вход перемножителя 11, второй вход блока 15 соединен с измерителем дальности. Выходной сигнал блока 15 через усилитель 16 поступает на вход сумматора 17. Коэффициент усиления 16 зависит от ошибок измерения и времени между измерениями и обуславливает динамические и фильтрующие свойства устройства. На второй вход сумматора 17 поступает сигнал с его выхода, задержанный в блоке 12 на время между измерениями. На выходе сумматора 17 образуется сигнал вертикальной скорости цели V_цу, который поступает на вход блока 18. Блок 18 определяет изменение высоты цели за время между измерениями. Численное интегрирование в блоке 18 может производиться, например, методом Эйлера. Выход блока 18 соединен с третьим входом блока 5.

Проведенное сравнительное математическое моделирование показало значительное уменьшение ошибок предложенной системы слежения по углу места при углах места больших 30^o, дальностях, меньших 20 км, и времени между измерениями, превышающем 3 с. В настоящее время устройство проходит отработку на стенде полунатурного моделирования.

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано в качестве системы слежения за целью по углу места при работе бортовой радиолокационной станции в режиме обзора (сопровождение цели "на проходе"). В систему с астатизмом первого порядка вводятся канал вычисления экстраполированной координаты, использующий информацию о дальности и вертикальной скорости носителя БРЛС, и при превышении сигналом рассогласования порога канал вычисления вертикальной скорости цели, компенсирующий ошибку системы, обусловленную маневром цели по высоте. 1 ил.

Система слежения по углу места, состоящая из первого блока временной задержки на время между измерениями, последовательно соединенных первого сумматора, вход которого предназначен для ввода информации об измеренном значении угла места, первого усилителя, второго сумматора, отличающаяся тем, что введены последовательно соединенные блок синуса, вход которого соединен с выходом второго сумматора, блок вычисления превышения цели, второй блок задержки на время между измерениями, третий сумматор, делитель, блок арксинуса, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго сумматоров, последовательно соединенные пороговое устройство, коммутационное устройство, управляющий ключ, перемножитель, второй усилитель, четвертый сумматор, блок вычисления изменения высоты цели, выход которого соединен с третьим входом третьего сумматора, блок вычисления изменения высоты носителя, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, а вход предназначен для ввода информации измерителя высоты носителя, вход первого блока задержки на время между измерениями соединен с выходом четвертого сумматора, а выход с вторым входом четвертого сумматора, сигнальный вход управляющего ключа и вход порогового устройства соединены с выходом первого сумматора, вторые входы перемножителя, делителя и блока вычисления превышения цели предназначены для ввода информации измерителя дальности.