РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ, ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Российский патент 1999 года по МПК G01S13/00 

Изобретение относится к способам контроля за воздушной обстановкой и может использоваться для наблюдения и регистрации траектории и экспресс-контроля за местоположением объектов авиационной техники и вооружения, главным образом малоразмерных непилотируемых: ракет, самолетов-мишеней, беспилотных самолетов-разведчиков и др. летательных аппаратов (ЛА) при проведении учебно-боевых стрельб или испытательных полетов.

Наиболее из распространенных существующий радиотехнический (радиолокационный) способ контроля за текущим местоположением, или способ определения местоположения ЛА, заключается в визуальном контроле операторами непосредственно на экранах РЛС кругового обзора за метками сопровождаемых ЛА, отображающих в определенном масштабе их местоположение в двухмерных (азимут - наклонная дальность) координатах относительно приемно-передающей антенны РЛС. (Руководство по радиолокационному обеспечению полетов авиации ВС СССР, Воениздат, Москва, 1988).

При этом ввиду малых размеров и вследствие этого малой отражающей способности радиоволн, т. е. из-за малой эффективной поверхности рассеивания (ЭПР), малогабаритные сопровождаемые ЛА, например, ракеты и беспилотные самолеты-разведчики, в обязательном порядке должны быть оснащены средствами повышения их заметности, в частности, радиоответчиками.

Недостатком существующего способа является сложность контроля за местоположением сопровождаемого ЛА, т.к. на экране могут высвечиваться максимум две метки сопровождаемого ЛА, последняя из которых обозначает его текущее местоположение, а предыдущая - его местоположение при предыдущем обороте приемно-передающей антенны РЛС. Естественно, что при этом на экране может быть виден фрагмент траектории в виде двух меток, по которым можно приблизительно определить направление полета (курс) и скорость путем замера расстояния между этими метками, при высокой квалификации и предельном внимании оператора РЛС.

Другим недостатком является полная потеря информации о текущем местоположении в случае потери информационного контакта РЛС с сопровождаемым ЛА, например, при отказе радиоответчика.

Известен способ непосредственного наблюдения траектории ЛА визуально по трассирующему следу (шлейфу), образованному специально установленным на ЛА дымовым или аэрозольным трассером.

Недостатком известного способа является ограниченность его применения: только в условиях оптической видимости, и в силу этого его применимость для зрелищных мероприятий.

Опытным путем установлены свойства дипольных отражателей стекловолоконных длиной 51 мм (ДОС-51), сбрасываемых с ЛА в количестве по 0,3±0,05 г, образовывать радиоконтрастные облака, которые уверенно обнаруживаются наземными РЛС кругового обзора 10 см диапазона на удалении до 170 км и индицируются на экранах РЛС при любых погодных условиях и при любом их взаимном расположении точечными метками в течение 10 - 15 мин спустя после выброса.

Опытным путем установлены свойства дипольных отражателей стекловолоконных длиной 17 мм (ДОС-17), сбрасываемых с ЛА в количестве по 2±0,5 г, образовывать радиоконтрастные облака, которые уверенно обнаруживаются самолетными бортовыми РЛС 2,5 - 4 см диапазона на фоне водной поверхности при удалении до 70 км и индицируются на экранах РЛС точечными метками при любых погодных условиях и при любом их взаимном расположении в течение 15 - 20 мин спустя после выброса.

Целью настоящего изобретения является обеспечение непрерывности и надежности контроля за местоположением ЛА при выполнении учебно-боевых стрельб и испытательных полетов для своевременного принятия мер по "расчистке" воздушного пространства вблизи отказавших ЛА или принудительной их ликвидации, т. е. для повышения безопасности полетов на полигонах.

Поставленная цель достигается путем отображения непосредственно на экранах РЛС траектории в виде линии меток за счет ее материализации сбрасываемыми с сопровождаемого ЛА дипольных отражателей стекловолоконных соответствующего диапазона: длиной 51 мм в количестве по 0,3±0,05 г при задействовании наземных РЛС кругового обзора 10 см диапазона, или длиной 17 мм в количестве 2±0,5 г при задействовании самолетных бортовых РЛС 2,5 - 4 см диапазона.

С целью обеспечения возможности определения средней скорости сопровождаемых ЛА выброс дипольных отражателей должен осуществляться дискретно с постоянным временным интервалом и дистанцией не менее разрешающей способности индикаторов задействуемых РЛС, т.к. в ином случае метки сольются в сплошную линию и определить расстояние между ними, т.е. среднюю скорость, не представится возможным.

Опытным путем установлена минимальная дистанция выброса дипольных отражателей длиной 51 мм и дистанция выброса дипольных отражателей длиной 17 мм, которая составляет 2000 и 500 м соответственно.

Выброс дипольных отражателей в указанных количествах может осуществляться специальными устройствами, по конструкции аналогичных существующим устройствам для постановки пассивных противолокационных помех, выполненных в меньших размерах, приемлемых для установки их на сопровождаемые ЛА, например, в габаритах светового трассера Т-40-4: 50х50х250 мм.

Задействование наземных РЛС кругового обзора 10 см диапазона для реализации предлагаемого способа предопределено тем, что указанные РЛС являются основным радиолокационным средством контроля воздушного пространства на командных пунктах управления воздушным движением и на полигонах ВВС.

Естественно, что предлагаемый способ ограничен техническими возможностями задействуемых наземных РЛС, а именно минимальной высотой полета сопровождаемых объектов для уверенного их обнаружения, и применим для сопровождения ЛА на малых, средних и больших высотах, т.е. главным образом на сухопутных полигонах, и неприменим для сопровождения ЛА на предельно малых высотах, таких, как ракет класса "Воздух-Корабль", "Корабль-Корабль" или крылатых ракет, высота полета которых составляет единицы метров от поверхности.

Поэтому предлагается расширить область применения предлагаемого способа для сопровождения ЛА на предельно малых высотах путем задействования самолетных бортовых, панорамных или кругового обзора, РЛС 2,5 - 4 см диапазона, что предопределяет использовать в качестве материала для материализации траектории дипольные отражатели стекловолоконные длиной 17 мм.

Таким образом, предлагаемый способ определения местоположения, измерения скорости ЛА по трассирующему радиоконтрастному следу применим в плотных слоях атмосферы в пределах зоны уверенного обнаружения задействуемых РЛС и позволяет, при задействовании наземных РЛС кругового обзора 10 см диапазона, сопровождать ЛА на высотах до 25000 м, и при задействовании самолетных бортовых, панорамных или кругового обзора, РЛС 2,5 - 4 см диапазона - сопровождать ЛА, летящих относительно самолета-регистратора практически от нулевой до равной с ним высоты полета.

На схеме фиг.1 представлен вариант применения предлагаемого способа контроля за местоположением ЛА наземной РЛС кругового обзора 10 см диапазона.

На схеме фиг.2 представлен вариант применения предлагаемого способа контроля за местоположением ЛА на предельно малых высотах самолетной бортовой РЛС 2,5 - 4 см диапазона.

Предлагаемый способ позволяет осуществить контроль за местоположением нескольких ЛА одновременно, как показано на схеме фиг.1. При этом сопровождаемые ЛА: самолет-носитель 1, ракета 2 и самолет-мишень 3, оснащенные устройствами для образования трассирующего радиоконтрастного следа, т.е. устройствами для дискретного выброса дипольных отражателей длиной 51 мм в количестве по 0,3±0,05 г, образуют строчки радиоконтрастных облаков 4, которые высвечиваются на экране 5 наземной РЛС кругового обзора 6 пунктирными линиями меток 7 и отображают в определенном масштабе проекции траекторий сопровождаемых ЛА на плоскость местного горизонта.

Селекция сопровождаемых объектов может осуществляться по характерным признакам траектории каждого из сопровождаемых ЛА. Например, трассирующий радиоконтрастный след ракеты 2 на активном участке траектории будет с увеличивающимся шагом дискретности, а на пассивном - с убывающим.

При необходимости регистрации пространственной (трехмерной) траектории задействуется наземный радиолокационный высотомер 8, для чего оператор высотомера устанавливает его приемно-передающую антенну по азимуту на регистрируемый участок траектории и по вертикальной шкале индикатора высотомера 9 определяет высоту радиоконтрастных облаков 4, обозначающих этот участок траектории, т.е. высоту полета сопровождаемого ЛА на этом участке.

Для контроля за местоположением ЛА на предельно малых высотах, недоступных наземным РЛС, например, ракет класса "Воздух-Корабль", задействуется самолетная бортовая РЛС, как показано на схеме фиг.2, где в качестве самолета-регистратора используется самолет-носитель 10, осуществивший пуск этой ракеты 11. При этом ракета 11, оснащенная устройством для дискретного выброса дипольных отражателей длиной 17 мм в количестве по 2±0,5 г, оставляет в пространстве шлейф радиоконтрастных облаков 12, которые высвечиваются на индикаторе 13 бортовой РЛС, пунктирной линией меток 14, обозначающих в определенном масштабе проекцию траектории сопровождаемой ракеты на плоскость местного горизонта. Привязка текущих координат сопровождаемой ракеты может осуществляться по меткам 15 радиоконтрастных ориентиров мишенной обстановки, или путем геометрического суммирования текущих координат самолета-регистратора, определяемых командным пунктом управления воздушным движением, и относительных координат сопровождаемой ракеты, снимаемых по индикатору самолетной РЛС бортовым оператором и передаваемых на командный пункт управления воздушным движением.

Среднюю скорость сопровождаемого ЛА возможно определить по расстоянию между соседними метками трассирующего радиоконтрастного следа при условии, что интенсивность выброса дипольных отражателей постоянна и дистанция выброса составляет не менее 2000 м при задействовании наземных РЛС кругового обзора 10 см диапазона, и не менее 500 м при задействовании самолетных бортовых, панорамных или кругового обзора, РЛС 2,5 - 4 см диапазона.

От внедрения предлагаемого радиотехнического способа контроля за местоположением, измерения скорости ЛА следует ожидать повышения безопасности полетов на полигонах при выполнении учебно-боевых стрельб и испытательных полетов беспилотных ЛА за счет наглядного отображения траекторий сопровождаемых ЛА и возможности осуществлять экспресс-контроль за их местоположением, курсом и скоростью их полета, в том числе при групповых летных экспериментах, по одному индикатору РЛС.

Возможно применение предлагаемого способа контроля за местоположением ЛА в народном хозяйстве для управления полетом дистанционно-пилотируемых ЛА градозащиты и топогеодезических ЛА.

В частности, для управления дистанционно-пилотируемых ЛА градозащиты требуется непрерывный контроль за их текущим местоположением, направлением полета (курсом) и скоростью для изменения направления их полета в нужном направлении на градоопасное облако.

При этом оператор по трассирующему радиоконтрастному следу определяет местоположение и курс сопровождаемого ЛА, местоположение градоопасного облака, и корректирует полет ЛА, который осуществляет по команде в нужном месте выброс провоцирующего выпадание осадков вещества, например, йодистого серебра, что предотвращает выпадение града.

Изобретение относится к способам контроля за воздушной обстановкой и может быть использовано для наблюдения за летательными (ЛА) аппаратами и регистрации их траектории при полетах в плотных слоях атмосферы непосредственно по индикаторам РЛС. Сущность изобретения: в воздушном пространстве отображение траектории ЛА осуществляют путем ее материализации трассирующим радиоконтрастным следом путем дискретного выброса дипольных отражателей стекловолоконных соответствующего диапазона в количестве, определенном опытным путем, для создания линии отметок на экране РЛС с заданным интервалом времени, что позволяет определять скорость ЛА. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Радиотехнический способ определения местоположения, измерения скорости летательных аппаратов, заключающийся в визуальном наблюдении операторами радиолокационных станций на их экранах по меткам, отображающих в определенном масштабе текущее местоположение оснащенных средствами повышения заметности сопровождаемых летательных аппаратов, отличающийся тем, что траектория каждого сопровождаемого летательного аппарата материализуется радиоконтрастными облаками посредством дискретного выброса дипольных отражателей соответствующего диапазона с постоянным временным интервалом с помощью специально установленного на него устройства и отображается на экранах радиолокационных станций удобной для наблюдения линией меток, указывающих приблизительное текущее местоположение, а расстояние между двумя любыми соседними метками - среднюю скорость сопровождаемого летательного аппарата на этом отрезке траектории. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для сопровождения летательных аппаратов на малых, средних и больших высотах задействуются наземные РЛС кругового обзора 10-сантиметрового диапазона и траектория материализуется дискретным выбросом дипольных отражателей стекловолоконных длиной 51 мм в определенном опытном путем количестве по 0,3 ± 0,05 г. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для сопровождения летательных аппаратов на предельно малых высотах над водной поверхностью задействуются бортовые самолетные, панорамные или кругового обзора РЛС 2,5 ^oC 4-сантиметрового диапазона, и траектория материализуется путем дискретного выброса дипольных отражателей стекловолоконных длиной 17 мм в определенном опытным путем количестве по 2 ± 0,5 г. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что для осуществления возможности определения величины средней скорости сопровождаемого летательного аппарата дипольные отражатели стекловолоконные длиной 51 мм сбрасываются с дистанцией более 2000 м, т.е. не менее разрешающей способности экранов существующих наземных РЛС кругового обзора 10-сантиметрового диапазона. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что для осуществления возможности определения величины средней скорости сопровождаемого летательного аппарата дипольные отражатели стекловолоконные длиной 17 мм сбрасываются с дистанцией более 500 м, т.е. не менее разрешающей способности экранов существующих самолетных бортовых, панорамных или кругового обзора РЛС 2,5 ^oC 4-сантиметрового диапазона.