РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СИСТЕМА ЦЕЛЕУКАЗАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01S13/46 

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано в радиолокационных системах целеуказания и идентификации объектов.

Известны радиолокационные системы целеуказания (РЛС ЦУ), содержащие две пространственно совмещенные или разнесенные станции [1]
Известна также РЛС ЦУ, содержащая две соединенные посредством радиолинии управления станции, одна из которых ведущая содержит топопривязчик (ТП) и последовательно соединенные систему управления антенной и автодальномер (СУА и АД), счетно-решающие прибор выдачи целеуказания (СРПВЦУ) и радиолинию управления (РЛУ), причем первый выход топопривязчика подключен к второму входу счетно-решающего прибора выдачи целеуказания, а другая ведомая содержит топопривязчик, датчик наклона и последовательно соединенные радиолинию управления, счетно-решающий прибор целеуказания (СРП ЦУ) и систему управления антенной и автодальномер, причем первый выход топопривязчика и выход датчика наклона подключены к второму и третьему входам счетно-решающего прибора целеуказания соответственно [2]
Недостатком известной системы ЦУ является снижение вероятности целеуказания по сравнению с заданной при наличии в зоне действия системы нескольких целей.

Причина указанного недостатка заключается в том, что определение размеров зоны осуществляется в ней, исходя лишь из результирующих максимальных ошибок отработки ЦУ по соответствующим координатам без учета возможного попадания в эту зону нескольких (истинных или ложных) целей, их количества, текущего пространственного положения целей относительно ведущей и ведомой станций, взаимного расположения станций друг относительно друга по дальности и направлению, а также других факторов, влияющих на качество (вероятность) выполнения задачи целеуказания.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи повышения вероятности целеуказания при наличии в зоне действия системы нескольких целей.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в РЛС ЦУ, содержащую две соединенные посредством РЛУ станции, одна из которых ведущая содержит ТП и последовательно соединенные СУА и АД, СРПВЦУ и РЛУ, причем первый выход ТП подключен к второму входу СРПВЦУ, а другая ведомая содержит ТП, датчик наклона и последовательно соединенные РЛУ, СРП ЦУ и СУА и АД, причем первый выход ТП и выход датчика наклона подключены к второму и третьему входам СРП ЦУ соответственно, дополнительно введены на ведущей станции последовательно соединенные блок разности, блок определения базы и направления и блок формирования стробов, причем первый и второй входы блока разности подключены к второму выходу ТП и выходу РЛУ соответственно, второй выход СУА и АД соединен с вторым входом блока формирования стробов, выход которого подключен к второму входу РЛУ; на ведомой станции последовательно соединенные блок преобразования координат, блок разности, блок сравнения и блок управления, причем вход блока преобразования координат подключен к выходу СУА и АД, второй вход блока разности подключен к второму выходу СРП ЦУ, второй вход блока сравнения соединен с вторым выходом РЛУ, а выходы блока управления и ТП подключены к соответствующим выходам РЛУ.

На фиг. 1 изображена структурная схема заявляемого объекта, на фиг.2 - единая система координат для решения задачи целеуказания, на фиг.3 рисунок, показывающий возможности повышения вероятности целеуказания при осуществлении изобретения.

Конструктивно РЛС ЦУ состоит из ведущей и ведомой станций, содержащих (см. фиг.1) 1 датчик наклона, 2, 7 СУА и АД, 3 СРПВЦУ, 4, 5 РЛУ, 6 - СРП ЦУ, 8, 9 ТП, 10, 11 блоки разности, 12 блок преобразования координат, 13 блок определения базы и направления, 14 блок формирования стробов, 15 блок сравнения, 16 блок управления.

Устройство работает следующим образом (см. фиг.1 и 2).

На ведущей станции по принятым ею радиолокационным сигналам СУА и АД измеряют сферические координаты k-ой выбранной цели относительно ее точки стояния: дальность R_1k, азимут β_1k, угол места ε_1k.

Напряжения или коды, пропорциональные измеренным значениям координат, подаются на вход СРПВЦУ 3, куда из ТП 8 вводятся также прямоугольные координаты точки стояния ведущей станции (x_1ТП,y_1ТП) относительно начала единой системы координат (реперной точки).

СРПВЦУ 3 вырабатываются прямоугольные координаты ЦУ относительно реперной точки:

которые посредством РЛУ 4, 5 передаются на ведомую станцию. СРП ЦУ 6 с помощью ТП 9 преобразуют эти координаты к точке стояния ведомой станции: сначала в прямоугольные
x_2k=x_1k-x_2ТП;
y_2k=y_1k-y_2ТП;
h_2k=h_1k, (2)
а затем в сферические

При необходимости в СРП ЦУ 6 производится учет углов наклона и разориентирования, измеряемых датчиком наклона 1 и ТП 9 (см.[2] с.46.49).

СУА 2 и АД 7 отрабатывают полученные данные ЦУ и производят допоиск цели в зоне, размеры которой обеспечивают заданную вероятность целеуказания (обычно ее стремятся сделать близкой к единице). После того, как ведомая станция обнаружит в указанной зоне l-ю цель ( , причем в общем случае при наличии нескольких целей в зоне l ≢ k), СУА 2 и АД 7 измеряют сферические координаты обнаруженной цели относительно точки стояния своей станции: дальность R_2l, азимут β_2l, угол места ε_2l Напряжения или коды, пропорциональные измеренным значениям координат, подаются на вход блока преобразования 12, на выходе которого вырабатываются прямоугольные координаты l-ой цели:

Эти координаты в блоке разности 11 вычитаются из соответствующих координат целеуказания x_2k, y_2k, h_2k, поступающих из СРП ЦУ 6, образуя разности

которые, в свою очередь, подаются на вход блока сравнения 15.

На второй вход блока сравнения с выхода блока формирования 14 через РЛУ 4, 5 подаются стробы, размеры которых по соответствующим координатам Δx_стр, Δy_стр, Δh_стр обеспечивают заданную вероятность целеуказания.

Для этого в блоке разности 10 из координат топопривязки ТП 8 вычитаются соответствующие координаты ТП 9, прошедшие РЛУ 4 и 5, а полученные разности

подаются на вход блока определения базы и направления 13. В данном блоке реализуются зависимости

где b₁₂ расстояние (база) между ведущей и ведомой станциями;
β₁₂ азимут ведомой станции относительно ведущей.

Эти данные вводятся в блок формирования стробов 14, где совместно с текущими координатами цели, измеренными СУА и АД, и заданными дисперсиями (среднеквадратическими значениями) ошибок их измерения и топопривязки используются для определения и установки требуемых размеров стробов в соответствии с формулами


где r21k

= R21k•cos²ε_1k квадрат дальности от ведущей станции до k-ой цели в горизонтальной плоскости;
r22k = r21k+b212+2r_1k•b₁₂•cos(β₁-β₁₂) квадрат дальности от ведомой станции до k-ой станции в горизонтальной плоскости;
h22k = h21k = R21k•sin²ε_1k квадрат высоты k-ой цели относительно горизонта;
квадрат косинуса азимута k-ой цели относительно ведомой станции;
R22k = R21k + b212 + 2R_1kb₁₂cosε_1k•cosβ_1k квадрат наклонной дальности от ведомой станции до k-ой цели;
квадрат синуса угла места k-ой цели относительно ведомой станции;
σ2R, σ2β, σ2ε, σ2ТП дисперсии ошибок измерения дальности, азимута, угла места цели и топопривязки станций.

Формулы (8) получаются, если в (5) вместо одновременных координат подставить последовательно их значения из (4), (2), (1) с учетом очевидных из фиг. 2 геометрических соотношений и применить к полученному выражению известную из теории вероятностей теорему о дисперсии функции несколько независимых переменных в предположении о равноточности станций (см. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М. Физматгиз, 1969, с. 255-262).

В блоке сравнения 15 осуществляется идентификация (отождествление) координат k-ой и l-ой целей путем проверки выполнения условий (стробирования)

и по каждому результату сравнения вырабатываются сигналы 1 или 0 (при положительном или отрицательном результате соответственно), поступающие в блок управления 16.

В блоке управления 16 по одному из правил "3 из 3" или "2 из 2" (при поступлении всех трех или двух единиц соответственно 3"И" или 2"И") формируется признак отождествления k-ой и l-ой целей k ≡ l и вырабатывается сигнал отработки ЦУ, прекращающий выдачу целеуказания через РЛУ.

Из изложенного следует, что заявляемая радиолокационная система благодаря введению в нее новых существенных признаков способна успешно решать задачу целеуказания даже при наличии в зоне ее действия нескольких целей.

Реализация признаков изобретения 1.9 (см.фиг.1) известна и может быть выполнена так же, как и в прототипе (см.[2]).

Вновь введенные признаки (блоки 10.16, а также связи между ними и с другими элементами системы) могут быть реализованы на базе существующих средств аналоговой или цифровой схемотехники. Так, блоки разности 10, 11 могут представлять собой схемы вычитания (сочетание инвертора и сумматора), блоки преобразования координат 12, определения базы и направления 13, формирования стробов 14 могут быть выполнены в форме программируемых (настраиваемых) спецвычислителей, реализующих зависимости вида (4), (7), (8), блок сравнения 15 может быть построен как компаратор, а блок управления 16 как функциональное устройство на комбинационных логических элементах И, ИЛИ, НЕ.

Сравнение известной и предлагаемой РЛС ЦУ показывает, что при наличии в зоне действия системы нескольких целей последняя обеспечивает более высокую вероятность целеуказания.

Действительно вероятность целеуказания по аналогии с [2, с.155,156] [1, с.10,12] можно представить в виде
P_цу=P_цуk•(1-P_цуl), (10)
где P_цу вероятность ЦУ;
P_цуk вероятность попадания в зону ЦУ (стробы Δx_стр, Δy_стр, Δh_стр ) k-ой цели;
(1-P_цуl) вероятность непопадания в зону ЦУ (стробы Δx_стр, Δy_стр, Δh_стр ) l-ой цели.

Размеры зоны ЦУ (стробов) по соответствующим координатам выбираются в обеих системах из необходимости обеспечения заданной и одинаковой вероятности P_цуk _→ 1.

Отличие состоит в том, что в известной РЛС ЦУ эти стробы выбираются из расчета максимальных и неизменных значений ошибок целеуказания, а в новой системе размеры стробов адаптируются к положению целей и станций в пространстве в соответствии с зависимостями (8).

Поэтому размеры стробов в новой системе оказываются меньше, чем в ранее известной, вероятность попадания в них других целей (P_цуl) уменьшается, а общая вероятность целеуказания (P_цу) увеличивается с
где N_ЦНА>N_ЦА количество целей, попавших в неадаптированные и адаптированные стробы соответственно. Достигаемый при этом выигрыш числено равен отношению вероятностей (1-P_цуl) для новой и известной систем и в геометрической интерпретации выражается отношением объемов неадаптированных и адаптированных стробов ЦУ.

В качестве примера на фиг.3 приведены результаты имитационного моделирования РЛС при наличии в зоне ЦУ двух целей и следующих исходных данных, соответствующих типовым радиолокационным станциям и целям:
дальность (R_1k), м 50•10³
азимут (β_1k), град. 45
высота (h_1k),м 3000
расстояние между целями (r_kl), м 1500
расстояние между ведущей и ведомой станциями (b₁₂), м 5000
азимут ведомой станции относительно ведущей (β₁₂), град. 45
СКО ошибок измерения дальности (σ_R), м 150
СКО ошибок измерения углов (σ_β, σ_ε), град. 0,5
СКО ошибок топопривязки станций по координатам (s_ТП), м 150
Из формул (11) видно, что за счет адаптации количество целей в стробах уменьшается с N_ЦНА= 2 до N_ЦА=1, а вероятность целеуказания увеличивается с 0,5 до 1.

Применение заявляемой РЛС ЦУ кроме решения основной задачи позволяет осуществлять с помощью ведущей РЛС координатную поддержку ведомой станции, работающей в пассивном режиме или в условиях помех, для обеспечения ее скрытности, помехоустойчивости и живучести; проводить надежную идентификацию (отождествление) координат целей, наблюдаемых несколькими радиолокационными станциями; производить селекцию истинных и ложных (имитированных) целей, воздействующих на систему РЛС.

РЛС ЦУ состоит из двух станций, одна из которых ведущая, а другая - ведомая. Связь между станциями осуществляется посредством радиолиний управленя. Ведущая станция содержит топопривязчик и последовательно соединенные систему управления антенной и автодальномер, счетно-решающий прибор выдачи целеуказанния и радиолинию управления, при этом первый выход топопривязчика подключен к второму входу СРП выдачи ЦУ. Ведомая станция содержит топопривязчик, датчик наклона и последовательно соединенные радиолинию управления СРП ЦУ и систему управления антенной и автодальномер, причем первый выход токопривязчика и выход датчика наклона подключены к второму и третьему входам СРП ЦУ соответственно. Целью изобретения является повышение вероятности целеуказания при наличии в зоне действия системы нескольких целей. Для этого в РЛС дополнительно введены на ведущей станции последовательно соединенные блок разности, блок определения базы и направления и блок формирования стробов, причем первый и второй входы блока разности подключены к второму выходу токопривязчика и выходу радиолинии управления соответственно, второй выход системы управления антенной и автодальномер соединены с вторым входом блока формирования стробов, выход которого подключен к второму входу радиолинии управления; на ведомой последовательно соединенные блок преобразования координат, блок разности, блок сравнения и блок управления, причем вход блока преобразования координат подключен к выходу системы управления антенной и автодальномеру, второй вход блока разности подключен к второму выходу счетно-решающего прибора целеуказания, второй вход блока сравнения соединен с вторым выходом радиолинии управления, а выходы блока управления и топопривязчика подключены к соответствующим входам радиолинии управления. 3 ил.

Радиолокационная система целеуказания, содержащая две соединенные посредством радиолиний управления станций, одна из которых ведущая содержит топопривязчик и последовательно соединенные систему управления антенной и автодальномер, счетно-решающий прибор выдачи целеуказания и радиолинию управления, причем первый выход топопривязчика подключен к второму входу счетно-решающего прибора выдачи целеуказания, а другая ведомая содержит топопривязчик, датчик наклона и последовательно соединенные радиолинию управления, счетно-решающий прибор целеуказания и систему управления антенной и автодальномер, причем первый выход топопривязчика и выход датчика наклона подключены к второму и третьему входам счетно-решающего прибора целеуказания соответственно, отличающаяся тем, что на ведущей станции дополнительно введены последовательно соединенные блок разности, блок определения базы и направления и блок формирования стробов, причем первый и второй входы блока разности подключены к второму выходу топопривязчика и выходу радиолинии управления соответственно, второй выход системы управления антенной и автодальномером соединены с вторым входом блока формирования стробов, выход которого подключен к второму входу радиолинии управления, а на ведомой станции дополнительно введены последовательно соединенные блок преобразования координат, блок разности, блок сравнения и блок управления, причем вход блока преобразования координат подключен к выходу системы управления антенной и автодальномеру, второй вход блока разности подключен к второму выходу счетно-решающего прибора целеуказания, второй вход блока сравнения соединен с вторым выходом радиолинии управления, а выходы блока управления и топопривязчика подключены к соответствующим входам радиолинии управления.