СПОСОБ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ОБНАРУЖЕНИЯ И СОПРОВОЖДЕНИЯ ОБЪЕКТОВ И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ФОРМИРОВАНИЯ ДЕЙСТВУЮЩИХ ЗАПРОСНЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 2003 года по МПК G01S13/00 G01S13/74 

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в перспективных РЛС для контроля воздушного пространства.

Необходимым условием этого контроля является знание координат всех объектов, находящихся в контролируемом пространстве, с точностью по дальности 20-30 м, по углу места и азимуту 20'-40', способность разрешать объекты, разнесенные относительно РЛС на 1^o-2^o, измерять скорость, а в ряде случаев распознавать тип объекта по его сигнатуре.

Для этого нужно прежде всего с высокой вероятностью обнаружить объект на границе контролируемой зоны.

Как правило, для выполнения этих функций используют РЛС с игольчатой формой диаграммы направленности антенны.

Требуемую точность измерения дальности при этом обеспечивают за счет применения широкополосных сигналов (Справочник по радиолокации под ред. М. Сколника. М., Сов. радио, т. 1, 1976, с. 16).

Точность измерения угловых координат обеспечивают путем выбора длины волны сигнала и параметров антенны, исходя из соотношения, определяющего среднеквадратичную ошибку измерения угловой координаты, которое, например, для одноканального метода весовой обработки пакета отраженных сигналов имеет вид (Теоретические основы радиолокации под ред. Я.Д. Ширмана, Сов. радио, М., 1970, с. 290):

где q - отношение сигнал-шум;
λ - длина волны РЛС;
d - размер апертуры антенны.

Разрешающая способность по угловым координатам РЛС определяется, в основном, отношением . Отсюда видно, что если точность измерения угловых координат при фиксированном значении можно увеличить, увеличивая значение q, то увеличение разрешающей способности по угловым координатам можно достичь только путем уменьшения значения .

Поэтому в качестве обзорных РЛС, как правило, используют РЛС S-диапазона (λ= 7-15 см). Типовой обзорной РЛС S-диапазона может служить RAT-31S ("Радиоэлектроника за рубежом", 17, 1980, с. 23), применяемая в системах управления воздушным движением и ПВО.

Недостаток этого способа состоит в том, что концентрация энергии при осмотре каждого направления недостаточна для обнаружения малозаметных объектов, поскольку за короткий период обзора (единицы секунд) требуется осмотреть контролируемую зону, состоящую из тысяч направлений. Это происходит в т. ч. за счет больших затрат энергии на сопровождение ранее обнаруженных объектов.

Увеличить концентрацию энергии можно за счет увеличения мощности РЛС. Для мобильных РЛС это не представляется возможным. Для них возможно лишь перераспределить энергию РЛС: увеличить излучение энергии в одних направлениях за счет сокращения в других, например, за счет снижения ее затрат на сопровождение объектов.

Наиболее близким техническим решением является способ радиолокационного обнаружения и сопровождения объектов, основанный на использовании вторичной РЛС (РЛС₂). РЛС₂ - запросчик вместе с бортовым приемоответчиком входит в систему вторичной радиолокации (Справочник по радиолокации под ред. М. Сколника. М. , Сов. радио, 1979, т. 3, с. 476), примером которой может служить система радиолокационного опознавания (Радиоэлектроника в 1979 г., НИИЭИР, IV, с. 35). В таких системах наземная РЛС₂, как правило, сопрягаемая с первичной РЛС (РЛС₁) (Справочник..., с. 478, 4 абз., Радиоэлектроника..., с. IV-36, 2 столб., 2-й абз.), излучает запросный сигнал, приемоответчик после получения этого сигнала излучает ответный сигнал, по результатам приема которого определяют дальность и азимут объекта. Угол места (высоту) объекта, как правило, при этом не измеряют, информацию о высоте, например, в системах управления воздушным движением (УВД) получают на основе расшифровки специального сообщения от объекта (Справочник..., с. 478, 1 абз.). При определении дальности учитывают известную величину задержки в аппаратуре приемоответчика тем, что запросный сигнал излучают с опережением относительно сигнала РЛС₁. Когда РЛС₂ сопрягается с РЛС₁, то обзор пространства, обнаружение, сопровождение объекта осуществляют с помощью РЛС₁, а с помощью РЛС₂ получают дополнительную информацию, например, о государственной принадлежности обнаруженного РЛС₁ объекта.

Кроме того, РЛС₂ могут работать и автономно от РЛС₁, например, в системах УВД (Радиоэлектроника..., с. IV-36, 2-й столб., 2-й абз.). В этом случае с их помощью обнаруживают и сопровождают объекты, т.е. без привлечения первичной PЛC.

Преимущество этого способа состоит в том, что требуются значительно меньшие, чем при использовании РЛС₁, затраты энергии на обнаружение и сопровождение объектов.

Недостатки способа состоят в следующем. Точность измерения дальности и азимута недостаточна. По дальности это определяется тем, что величина задержки в излучении ответного сигнала имеет в совокупности ответчиков разброс, а по азимуту - тем, что несущая частота ответного сигнала существенно ниже, чем у РЛС₁ S-диапазона (там же c. IV-36, 1-й столб.). Разрешающая способность РЛС₂ ниже требуемой: по дальности - из-за малой ширины спектра ответного сигнала, по азимуту - из-за большой ширины луча диаграммы направленности антенны, а по углу места - не имеет разрешения (там же).

С помощью РЛС₂ нельзя определить ряд параметров объекта: угол места, допплеровскую скорость, тип объекта по сигнатуре. Эту информацию можно получить с помощью РЛС₁.

Существенный недостаток способа состоит в том, что он может быть использован только по объектам с включенным ответчиком и только в системах активного ответа с известными параметрами аппаратуры и известными действующими запросными сигналами, т.е. он не применим над территорией сопредельных государств, например, в зоне локальных конфликтов. Так, при неизвестной величине задержки ответного сигнала дальность с требуемой точностью можно определить лишь методом триангуляции (там же, с. IV-44, 1-й столб., 3-й абз.). Кроме того, для исключения возможности несанкционированного использования системы активного ответа вводят криптографическое кодирование запросных и ответных сигналов (там же, с. IV-34, 1-й столб., 3-й абз.). Поэтому, хотя параметры элементов запросных сигналов могут быть известны, не представляется возможным определить и сформировать действующий запросный сигнал, который бы вызвал излучение ответного (за счет частой смены, например, временной расстановки элементов сигнала). Кроме того, если даже удалось бы принять ответный сигнал, то извлечь из него информацию о высоте объекта невозможно без знания действующего кода.

Известен способ определения параметров сигналов радиоэлектронных средств (РЭС), основанный на переизлучении потока сигналов из контролируемой зоны на наземный пункт, на котором проводят анализ их параметров (Радиоэлектроника НИИЭИР, М., 1987, III, с.III-I, 2-й столб., 2-й абз.). Но этот способ может быть нейтрализован тем, что временной интервал действия корда может быть меньше, чем время, необходимое для анализа.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи сокращения затрат энергии РЛС на сопровождение объектов и увеличения надежности обнаружения.

Задача решается на основе использования вторичной РЛС, способной работать в т. ч. в системах активного ответа сопредельных государств, для сопровождения объектов с эпизодическим привлечением первичной РЛС, а также на основе непрерывной разведки действующих запросных сигналов.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе радиолокационного обнаружения и сопровождения объектов, основанном на использовании вторичной РЛС (РЛС₂), согласно изобретению объекты дополнительно обнаруживают и разрешают с помощью первичной РЛС (РЛС₁), сравнивают координаты объекта, измеренные РЛС₂ и РЛС₁, вычисляют поправки, дополняют информацию, полученную РЛС₂, информацией, полученной только РЛС₁, и ведут сопровождение объекта с помощью РЛС₂, при необходимости операции с привлечением РЛС₁ повторяют: если координаты сопровождаемого объекта отклонились от экстраполированных больше, чем на пороговую величину, или возникла неоднозначность в сопровождении, тем, что переходят на сопровождение объекта с помощью РЛС₁ при прекращении приема ответных сигналов или перед передачей информации потребителю, тем, что в направлениях, в которых обнаружен объект только РЛС₂, увеличивают затраты энергии (РЛС₁), тем, что в процессе обнаружения и сопровождения объекта с помощью РЛС₂ определяют и формируют действующие запросные сигналы.

Указанный результат достигается также тем, что в способе определения и формирования действующих запросных сигналов, основанном на переизлучении потока сигналов из контролируемой зоны на наземный пункт, согласно изобретению на наземной РЛС выделяют запросный сигнал и излучают его в анализируемое направление.

Суть изобретения состоит в следующем.

Обзор пространства осуществляют с помощью двух РЛС: вторичной - РЛС₂ и первичной - РЛС₁. При получении РЛС₂ в момент времени t_n ответного сигнала принимают решение об обнаружении i-го объекта, по задержке сигнала измеряют дальность до него D_2,tn ⁽ⁱ⁾ и азимут α(i)2,tn

.

При получении РЛС₁ отраженного сигнала принимают решение об обнаружении i-го объекта первичной РЛС - РЛС₁. Причем, если при установленных для обзора пространства затратах энергии РЛС₁ i-й объект не обнаружен, то эти затраты увеличивают в пределах имеющегося резерва до обнаружения объекта и измерения его параметров. При этом с помощью РЛС₁ измеряют координаты: дальность D_1,tn ⁽ⁱ⁾, азимут α(i)1,tn

, угол места ε(i)tn, радиальную скорость V_tn ⁽ⁱ⁾, тип объекта T_tn ⁽ⁱ⁾.

Если объект групповой, то с помощью РЛС₁ разрешают объекты, определяя координаты каждого объекта, входящего в группу. После этого для каждого объекта вычисляют поправки
ΔD(i)tn

= D(i)2,tn-D(i)1,tn,
Δα(i)tn = α(i)2,tn-α(i)1,tn
и ведут сопровождение с помощью РЛС₂.

В процессе сопровождения в момент времени t_j измеряют параметры D_2,tj ⁽ⁱ⁾, α(i)2,tj

, считая, что параметры i-го объекта ΔD(i)tn, Δα(i)tn, ε(i)tn, V_tn ⁽ⁱ⁾, T_tn ⁽ⁱ⁾ остаются неизменными, поэтому более точные параметры объекта определяют на основе этих измерений с учетом поправок ΔD(i)tn, Δα(i)tn с дополнением информации о параметрах:
ε(i)tn, V(i)tn, T(i)tn.
Если в процессе сопровождения изменился хотя бы один неконтролируемый параметр, например V_tn ⁽ⁱ⁾, то экстраполяция контролируемых параметров будет проведена с погрешностью, что обнаружится при очередном измерении D_2,tj ⁽ⁱ⁾, α(i)2,tj.

В этом случае с помощью РЛС₁ будут уточнены все параметры и вычислены новые поправки. Аналогично произойдет и в случае, если возникнет неоднозначность в сопровождении, например групповой объект разделился или два объекта оказались в одном стробе сопровождения. Если прием ответного сигнала прекратился, то переходят на сопровождение с помощью РЛС₁, такой же переход возможен и перед передачей информации потребителю. Поскольку сопровождать объекты будут в основном с помощью РЛС₂, то это увеличит резерв энергии РЛС₁, что даст возможность увеличить ее затраты в тех направлениях, в которых РЛС₂ объект обнаружила, а РЛС₁ при установленных затратах - нет, увеличивать до обнаружения объекта и измерения его параметров. Это увеличит надежность обнаружения.

Для использования системы активного ответа (АО) сопредельных государств с частой сменой кодирования проводят непрерывную радиоэлектронную разведку действующих запросных сигналов в их системах АО. Это осуществляется за счет приема потока действующих сигналов в контролируемой зоне и ретрансляции их на РЛС. При этом ретранслятор располагают в зоне прямой видимости запросчика сопредельного государства, например на спутнике, беспилотном летательном аппарате, самолете радиоэлектронной разведки и т.д.

Из потока ретранслированных сигналов на РЛС выделяют по известным неизменным параметрам (несущая частота, длительность импульсов, временная база сигнала, вид модуляции и т.д.) действующий в анализируемой зоне запросный сигнал.

При этом интервал времени, включающий в себя время распространения сигнала по каналу запросчик-ретранслятор-РЛС₂-ответчик и время задержки в аппаратуре, не должен превышать интервал смены кодов в системе АО, поэтому разведка действующих сигналов в наиболее сложном случае и должна проводится непрерывно без проведения анализа кода.

Таким образом, за счет сопровождения объекта по ответным сигналам системы АО достигается экономия энергии РЛС. Это дает возможность увеличить затраты энергии первичной РЛС в направлениях, в которых обнаружен объект по каналу АО, а отраженный сигнал не обнаружен, а также увеличить затраты энергии по объектам, не излучающим ответного сигнала, что увеличит надежность обнаружения и сопровождения объектов.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано при разработке перспективных РЛС или при их модернизации. Техническим результатом является сокращение затрат энергии РЛС на сопровождение объектов и увеличение надежности обнаружения. В способе радиолокационного обнаружения и сопровождения объектов, основанном на использовании вторичной РЛС (РЛС₂), объекты дополнительно обнаруживают и разрешают с помощью первичной РЛС (РЛС₁), сравнивают координаты объекта, измеренные РЛС₂ и РЛС₁, вычисляют поправки, дополняют информацию, полученную РЛС₂, информацией, полученной только РЛС₁, и ведут сопровождение с помощью РЛС₂, при необходимости операции с привлечением РЛС₁ повторяют: если координаты сопровождаемого объекта отклонились от экстраполированных больше, чем на пороговую величину, или возникла неоднозначность в сопровождении, переходят на сопровождение объекта с помощью РЛС₁ при прекращении приема ответных сигналов или перед передачей информации потребителю, а в направлениях, в которых обнаружен объект только РЛС₂, увеличивают затраты энергии РЛС₁, при этом в процессе обнаружения и сопровождения объектов с помощью РЛС₂ определяют и формируют действующие запросные сигналы. При этом в способе определения и формирования действующих запросных сигналов, основанном на переизлучении потока сигналов из контролируемой зоны на наземный пункт, на наземной РЛС выделяют запросный сигнал и излучают его в анализируемое направление. 2 с. и 5 з.п. ф-лы.

1. Способ радиолокационного обнаружения и сопровождения объектов, основанный на использовании вторичной РЛС (РЛС₂) и первичной РЛС (РЛС₁), отличающийся тем, что сравнивают координаты объекта, измеренные РЛС₂ и РЛС₁, вычисляют поправки, дополняют информацию, полученную РЛС₂, информацией, полученной только РЛС₁, и ведут сопровождение объекта с помощью РЛС₂, при необходимости операции с привлечением РЛС₁ повторяют. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что операции с привлечением РЛС₁ повторяют, если координаты сопровождаемого объекта отклонились от экстраполированных больше, чем на пороговую величину. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что операции с привлечением РЛС₁ повторяют, если возникла неоднозначность в сопровождении. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что переходят на сопровождение объекта с помощью РЛС₁ при прекращения приема ответных сигналов или перед передачей информации потребителю. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в направлениях, в которых обнаружен объект только РЛС₂, увеличивают затраты энергии РЛС₁. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе обнаружения и сопровождения объекта с помощью РЛС₂ определяют и формируют действующие запросные сигналы. 7. Способ определения и формирования действующих запросных сигналов систем активного ответа сопредельных государств, основанный на переизлучении ретранслятором потока сигналов, излучаемых запросчиками, расположенными на территории сопредельных государств, и приеме их на наземной РЛС, отличающийся тем, что из потока ретранслированных сигналов на наземной РЛС выделяют по известным параметрам запросный сигнал и излучают его в анализируемое направление.