СПОСОБ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ОБНАРУЖЕНИЯ И СОПРОВОЖДЕНИЯ ОБЪЕКТОВ, КОМПЛЕКС РЛС ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБА Российский патент 2000 года по МПК G01S13/04 

Изобретения относятся к радиолокации и могут быть использованы в перспективных РЛС для управления воздушным движением и для контроля воздушного пространства.

Для обеспечения управления и контроля нужно прежде всего обнаруживать объекты с высокой вероятностью на максимально возможной дальности, в отдельных случаях на загоризонтной дальности, измерять их угловые координаты с точностью 20-40', а также разрешать объекты, разнесенные относительно РЛС на 1-2^o.

Как правило, для выполнения этих функций используют РЛС с игольчатой формой диаграммы направленности антенны (ДНА). Разрешающая способность по угловым координатам РЛС в основном определяется шириной луча ДНА-θ_A, которая определяется известным соотношением

где λ - длина волны РЛС;
d - размер апертуры антенны.

Значение d ограничивается конструктивными возможностями, поэтому требование по разрешающей способности по угловым координатам определяют верхнюю границу значения λ.

Исходя из этого в качестве обзорных РЛС, как правило, используют S-диапазон (λ = 7-15 см) (Справочник по радиолокации/Под ред. М. Сколника- М.: Сов. радио, т. 1, 1976, с. 21). В качестве типовой обзорной РЛС S-диапазона может служить RAT-31S (Радиоэлектроника за рубежом, N 17, 1980, с. 23), применяемая в системах УВД и ПВО. Эта РЛС обнаруживает воздушные объекты с эффективной площадью рассеяния (ЭПР) σ =3 м² на дальности 100 км.

Если объект имеет σ <3 м², то для обнаружения его на тех же рубежах потребуется увеличить затраты энергии на обзор одних направлений в ущерб другим. Эта проблема возникает при решении задачи обнаружения малозаметных объектов, под которыми имеются в виду как летательные аппараты с малыми линейными размерами, т.е. с малой ЭПР, так и объекты, созданные по технологии "Стелс" (Радиоэлектроника за рубежом, N 21, 1987, с. 8), что эквивалентно также малой ЭПР. Так, если ЭПР малозаметного объекта составляет, например, величину 0,1 м² в S-диапазоне, то для его обнаружения на дальности 100 км необходимо увеличить затраты энергии RAT-31S в 30 раз.

Таким образом, недостаток способа обнаружения и сопровождения объектов в S-диапазоне состоит в необходимости больших затрат СВЧ-энергии на обнаружение и сопровождение объектов, что приводит к увеличению материальных затрат и к ухудшению экологической обстановки в зоне расположения РЛС.

Известен способ обнаружения и сопровождения объектов, основанный на использовании РЛС метрового и декаметрового диапазонов в качестве средств дальнего обнаружения объектов (в том числе находящихся за горизонтом с помощью ЗГ РЛС) с последующей передачей данных сопровождения РЛС средней и малой дальности, работающих в диапазоне более коротких волн (там же, с. 9).

Эффективность способа основана на том, что ЭПР для большинства современных летательных аппаратов изменяется пропорционально изменению длины волны. Но, как уже отмечалось, для получения требуемого разрешения объектов по угловым координатам, а значит, и для их сопровождения необходимо использовать как минимум S-диапазон.

Поэтому в рассматриваемом способе-аналоге предусмотрено, что после обнаружения объекта и сопровождения с достигаемыми длинноволновой РЛС точностями информацию передают РЛС, работающей в диапазоне более коротких волн, которая при достижении объектом рубежа, на котором она его обнаруживает, ведет сопровождение с более высокой разрешающей способностью. Таким образом, функции обзора и сопровождения разделяются между РЛС, работающими в разных зонах.

Недостатoк этого способа состоит в том, что разрешающая способность РЛС по групповым объектам в дальней зоне ниже требуемой, а в ближней - велики затраты энергии на сопровождение объектов.

Наиболее близким техническим решением является способ радиолокационного обнаружения и сопровождения объектов, основанный на разделении операций между РЛС, заключающийся в том, что обнаружение, измерение параметров пакета отраженных сигналов осуществляют с помощью РЛС₁ с большей длиной волны, а разрешение объектов, привязку их координат к координатам центра пакета - с помощью РЛС₂ с меньшей длиной волны, сопровождают их с помощью РЛС₁ по центру пакета, уточняют координаты сопровождаемых объектов, если изменился размер пакета с помощью РЛС₂ (патент N 2092868, 6 G 01 S 13/04).

Суть способа состоит в том, что РЛС₁ выполняет не только функции обзора и обнаружения объектов, но и их сопровождения. Задача обеспечения точности сопровождения групповых объектов, не разрешаемых РЛС₁, решается тем, что каждый обнаруженный РЛС₁ объект дополнительно обнаруживается РЛС₂.

В случае групповых объектов с помощью РЛС₂ они разрешаются, и их координаты привязываются к координатам центра пакета отраженных сигналов РЛС₂, так что зная координаты центра пакета (он определяется РЛС₁ с требуемой точностью в процессе сопровождения не разрешаемых ею объектов) и параметры привязки к нему координат каждого объекта группы, можно всегда вычислить координаты каждого объекта. Если же произойдет маневр объектов группы относительно друг друга, т.е. изменение параметров привязки, то это событие будет обнаружено РЛС₁ по изменению размера пакета, и операция РЛС₂ по разрешению объектов будет повторена, в результате чего будут определены новые параметры привязки.

Экономия энергетических затрат РЛС₂ в этом способе достигается за счет того, что функция сопровождения объектов во всей зоне обзора переданы от РЛС₂ к РЛС₁.

Для реализации этого способа необходим комплекс из РЛС.

Известно использование комплекса приемопередающих модулей в многопозиционной радиосистеме (МРС) (Кондратьев В.С. и др. Многопозиционные радиотехнические системы.- М.: Радио и связь, 1986, с. 14, 15). МРС состоит из пункта излучения, разнесенных в пространстве пунктов приема и пункта обработки информации.

Недостаток работы комплекса в активном режиме состоит в том, что он работает в одном частотном диапазоне, и его характеристики в обнаружении малозаметных объектов будут практически совпадать с характеристиками автономной РЛС.

Наиболее близким техническим решением объединения нескольких РЛС является объединение (комплексирование) для использования их информации в третичной обработке (Справочник по основам радиолокационной техники/Под ред. Дружинина В.В., Воениздат, 1967, с. 548). Комплекс состоит из n≥2 РЛС, выход каждой РЛС соединен с входом устройства обработки информации, выход которого является выходом комплекса.

Недостаток этого способа-прототипа состоит в том, что при обнаружении объекта, например декаметровой ЗГ РЛС для разрешения групповых объектов, требуются большие затраты энергии РЛС с более высокой разрешающей способностью. Это обусловлено тем, что декаметровые РЛС имеют широкие диаграммы направленности антенны (ДНА), в пределах которых РЛС с более высокой разрешающей способностью должна осуществлять просмотр воздушного пространства. Так, например, ЗГ РЛС с длиной волны λ =30 м при прочих равных условиях будет иметь ширину ДНА в 300 раз больше, чем РЛС с λ =10 см. Для уменьшения ширины ДНА размер апертуры антенны ЗГ РЛС увеличивают до сотен метров (Радиоэлектроника за рубежом, N 21, 1987, с. 8). Но и при этом ширина ДНА ЗГ РЛС будет составлять в азимутальной плоскости десятки градусов. Кроме того, недостаток состоит еще в том, что его эффективность падает при малых соотношениях сигнал/шум, т. к. из-за действия шумов будет изменяться в широких пределах размер пакета, что вызовет необходимость излишне часто повторять операции РЛС₂.

Недостаток комплекса-прототипа состоит в том, что каждая его РЛС осуществляет регулярный обзор всего заданного пространства, и потому возможность концентрации энергии РЛС в отдельных направлениях исключена.

Заявляемое изобретение направлено на решение следующей задачи: сокращение затрат энергии РЛС с более высокой разрешающей способностью на разрешение и уточнение координат объектов, обнаруженных более длинноволновой (например, декаметровой или метровой) РЛС.

Эта задача решается на основе разделения операций обнаружения, разрешения и сопровождения объектов между РЛС с длиной волны, последовательно уменьшающейся, например от метров (декаметров) до сантиметров, и привлечения более коротковолновой РЛС для уточнения координат сопровождаемых объектов, когда ошибка в их измерении может превысить допустимое значение.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе радиолокационного обнаружения и сопровождения объектов, основанном на разделении операций обнаружения, разрешения и сопровождения объектов между РЛС, согласно изобретению эти операции осуществляют с помощью n≥2 РЛС с длинами волн λ₁ > λ₂ >...> λ_n (РЛС₁. . .РЛС_n), при этом для разрешения объектов, обнаруженных РЛС₁, применяют РЛС последовательно от РЛС₂, используя данные РЛС₁, до РЛС_n, используя данные РЛС_(n-1), а также сопровождают объекты с помощью РЛС_i и уточняют координаты в случае, когда точность их измерений РЛС_i может оказаться недостаточной, с помощью РЛС, начиная с РЛС_j, j<n.

Указанный результат достигается также тем, что в радиолокационном комплексе для обнаружения и сопровождения объектов, содержащем n≥2 РЛС, согласно изобретению длины волн РЛС находятся в соотношении λ₁ > λ₂ >...> λ_n (РЛС₁, РЛС₂. ..РЛС_n), при этом выход РЛС_i i=1...(n-1) соединен с входом РЛС_(i+1), а выход РЛС_n является выходом комплекса, или еще тем, что дополнительные выходы РЛС_n соединены с дополнительными входами РЛС₁...РЛС_(n-1).

Заявляемый способ радилокационного обнаружения и сопровождения объектов реализуется с помощью комплекса, который содержит n≥2 РЛС с длинами волн λ₁ > λ₂ >...> λ_n (РЛС₁, РЛС₂...РЛС_n). Выход РЛС₁ соединен с входом РЛС₂, выход РЛС₂ - с входом РЛС₃ и т.д. до РЛС_n. Выход РЛС_n является выходом комплекса.

С выхода РЛС_i, i=1-(n-1) на вход РЛС_(i+1) поступает информация о параметрах сигналов, отраженных от объектов, и их координатах. Как вариант РЛС_n может направлять уточненную информацию об объектах на каждую РЛС комплекса с дополнительных выходов на дополнительные входы РЛС₁...РЛС_(n-1).

Число входящих в комплекс РЛС выбирается при проектировании исходя из заданной дальности, параметров объектов и реализуемого энергетического потенциала РЛС.

Первичное обнаружение объекта наиболее длинноволновой РЛС₁ комплекса, осуществляющей обзор заданного пространства, обеспечивается выбором такого значения длины волны λ₁, при котором ЭПР объекта σ₁ будет достаточной для его обнаружения на заданной дальности при определенном энергетическом потенциале РЛС₁.

С помощью РЛС₂ осуществляют уточнение координат (разрешение) объектов, осуществляя их допоиск в пределах зоны пространства, определяемого шириной луча РЛС₁- θ_A1 (вместо обзора всего заданного пространства). Поскольку РЛС₂ может сосредоточить всю энергию в секторе допоиска, то она может обнаружить объект при меньшем значении ЭПР σ₂ < σ₁.

Исходя из допустимой степени уменьшения отношения может быть определено отношение . Аналогично может быть определено значение λ₃, λ₄... и т. д. , до тех пор пока не будет получено λ_n. Значение λ_n определяется, как отмечалось выше, требованием к разрешающей способности РЛС_n.

После уточнения координат объектов с помощью РЛС_n сопровождение объекта ведут с помощью РЛС_i, которая обеспечит требуемую точность сопротивления. Выбор РЛС_i осуществляют исходя из известного соотношения (Теоретические основы радиолокации, под ред. Я.Д.Ширмана.- M.: Сов. радио, 1970, с. 290)

где θ_Ai - ширина луча ДНА РЛС_i;
σ(i)θ

Поскольку различные объекты находятся на разных расстояниях от РЛС и имеют свои значения ЭПР, т. е. имеют различные значения q_i, то они могут сопровождаться различными РЛС комплекса.

Если возникает необходимость уточнения координат сопровождаемых объектов (в случае отклонения измеренных координат от экстраполированных, перепутывания трасс, обнаружения признаков маневра объектов, например по измерению скорости, уменьшения q_i и т.д.), то используют РЛС последовательно, начиная с РЛС_j, j>i, которая обеспечит обнаружение объектов по данным РЛС_i, и до РЛС_(j+k), которая обеспечит разрешение объектов.

Таким образом, за счет обнаружения и измерения координат РЛС, начиная с РЛС с наибольшей длиной волны, последовательно переходя к РЛС с меньшей длиной волны, и так до РЛС в S-диапазоне, удается компенсировать уменьшение ЭПР объекта из-за сокращения длины волны соответствующим уменьшением зоны пространства, в котором каждая последующая РЛС должна обнаружить объект и измерить его координаты. При этом для РЛС_n S-диапазона размер этой зоны будет определяться шириной луча РЛС_(n-1) - θ_A(n-1), а не РЛС₁ с шириной луча θ_A1. Выбором n можно обеспечить θ_A(n-1) ≪ θ_A1.

Отсюда следует, что предлагаемое техническое решение обеспечивает снижение затрат энергии РЛС с наибольшей разрешающей способностью на обнаружение и сопровождение объектов.

Изобретения относятся к радиолокации и могут быть использованы в перспективных РЛС для управления воздушным движением и для контроля воздушного пространства. Технический результат заключается в обеспечении возможности обнаружения и сопровождения малозаметных объектов на максимальных дальностях с требуемой точностью и с минимальными затратами энергии РЛС с более высокой разрешающей способностью. Для этого в известном способе радиолокационного обнаружения и сопровождения объектов, основанном на разделении операций обнаружения, разрешения и сопровождения объектов между РЛС, эти операции осуществляют с помощью n ≥ 2 РЛС с длинами волн (РЛС₁, РЛС₂...РЛС_n), при этом для разрешения объектов, обнаруженных РЛС₁, применяют РЛС последовательно от РЛС₂, используя данные РЛС₁, до РЛС_n, используя данные РЛС_(n-1), а также сопровождают объекты с помощью РЛСi, i < n и уточняют координаты в случаях, когда точность их измерений РЛСi может оказаться недостаточной, начиная с РЛС_j, j > i. Для этого в радиолокационном комплексе (РЛС) из n ≥ 2 РЛС длины волн РЛС выбирают в соотношении λ₁ > λ₂ >...> λ_n (РЛС₁, РЛС₂... РЛС_n), при этом выход РЛСi i=1...(n-1) соединяют с входом РЛС_i+1, а выход РЛС_n делают выходом комплекса или еще и дополнительные выходы РЛС_n соединяют с дополнительными входами РЛС_i. 2 с. и 2 з.п. ф-лы.

1. Способ радиолокационного обзора пространства и сопровождения объектов, основанный на разделении операций обнаружения, разрешения и сопровождения объектов между РЛС, отличающийся тем, что эти операции осуществляют с помощью РЛС₁, РЛС₂, ..., РЛС_n с длинами волн соответственно λ₁ > λ₂ >...> λ_n, при n ≥ 2, при этом для разрушения объектов обнаруженных РЛС₁, применяют РЛС последовательно от РЛС₂, используя данные РЛС₁, до РЛС_n, используя данные РЛС_(n-1). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сопровождают объекты с помощью РЛС_i, i < n и уточняют координаты в случаях, когда точность их измерений РЛС_i может оказаться недостаточной, с помощью РЛС, начиная с РЛС_j, j > i. 3. Радиолокационный комплекс (РЛК) для обнаружения и сопровождения объектов, содержащий n ≥ 2 РЛС, отличающийся тем, что длины волн РЛС₁, РЛС₂, . . ., РЛС_n находятся в соотношении λ₁ > λ₂ >...> λ_n, при этом выход РЛС_i, i = 1 ... (n-1) для передачи данных об обнаруженных объектах соединен со входом РЛС_(i+1), а выход РЛС_n является выходом комплекса. 4. РЛК по п.3, отличающийся тем, что дополнительные выходы РЛС_n для передачи уточненных данных по объектам соединены с дополнительными входами РЛС_i, i = 1 ... (n-1).