СПОСОБ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ОБНАРУЖЕНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2003 года по МПК G01S13/00 

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'.

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 пачки отраженных сигналов имеет вид (Теоретические основы радиолокации / Под ред. Я.Д. Ширмана. М.: Сов. радио, 1970, с.290):

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

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, 1980, 17, 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.

Увеличить концентрацию энергии можно за счет увеличения мощности РЛС. Для мобильных РЛС это не представляется возможным.

Известен способ обнаружения и измерения координат объектов, основанный на пеленгации излучений бортовых радиоэлектронных средств (РЭС) объекта из разнесенных в пространстве точек, на вычислении координат источника излучений триангуляционным методом (Справочник. . . т.4, с.194, 2 абз. сверху и снизу, с.206, 2 абз. сверху).

Этот способ функционирует и по отраженной энергии внешних источников, облучающих объект, в т.ч. источников природного характера (там же, с.213, последний абз. с.214, 3 абз. сверху).

При современном развитии систем управления и контроля воздушным движением концентрация наземных РЛС, такова, что каждый летательный аппарат (ЛА) (далее объект), постоянно облучается этими РЛС. Поэтому любой объект является источником излучений независимо от того, работают его бортовые РЭС или нет. С помощью разнесенных в пространстве приемных пунктов по излучениям объекта он может быть обнаружен и измерены его координаты: дальность - D, азимут - β, угол места - ε. При этом уровень энергии облучения объекта близкорасположенными РЛС может быть достаточным для обнаружения переотраженной объектом энергии в достаточно удаленных приемных пунктах. Поскольку сигналы РЛС в приемных пунктах в общем случае неизвестны, то переотражения могут обнаруживаться как шумовые, превышающие установленный порог. Например, факт приема переотраженной объектом энергии на приемном пункте может быть обнаружен по возрастанию числа шумовых выбросов в единицу времени, превышающих установленный порог.

Преимущество такого способа состоит в том, что при этом не требуется затрачивать энергию на облучение объекта. Недостаток - в том, что для его реализации необходимо иметь несколько разнесенных позиций для пеленгации с обеспечением связи между ними. Такой способ трудно реализовать в мобильных РЛС. Кроме того, при таком способе обнаруженные объекты будут потеряны при перерыве процесса облучения объекта.

Наиболее близким техническим решением является способ радиолокационного обнаружения и измерения координат объектов, основанный на использовании в качестве обзорной - длинноволновой РЛС (РЛС_д), которая осуществляет обзор пространства, обнаруживает объекты, измеряет их координаты и передает данные сопровождения на коротковолновую РЛС (РЛС_к). РЛС_к после обнаружения по этим данным объекта осуществляет его сопровождение с более высокой точностью измерения угловых координат (Interavia, 1987, IV, р.331-33).

Эффективность способа основана на том, что современные ЛА имеют в длинноволновом диапазоне эффективную поверхность рассеяния (ЭПР) значительно выше, чем в коротковолновом диапазоне. Так, например, в УВЧ-диапазоне (λ=30 см-1 м, Справочник... т.1, 1976, с.21) ЭПР в 7 раз выше, чем в S-диапазоне, а для перспективных ЛА эта разница составляет 100 раз (БИНТИ 4692291, ТАСС 12.11.86). Но при этом из-за больших значений (см. выше) точность измерения азимута с помощью РЛС_д недостаточна, а угол места, как правило, длинноволновой РЛС не измеряется. Поэтому в способе-прототипе предусмотрено, что после обнаружения объекта, измерения его координат и сопровождения с достигаемыми РЛС_д точностями, информацию передают РЛС_к, которая измеренные РЛС_д координаты уточняет и продолжает сопровождать объект. При этом РЛС_к осматривает не все пространство, а только те сектора, где РЛС_д обнаружила объекты.

Недостаток способа состоит в необходимости иметь еще и РЛС_к.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи увеличения точности измерения угловых координат при использовании в качестве обзорной - длинноволновой РЛС.

Эта задача решается на основе дополнительного использования канала приема внешних излучений в более коротковолновом, чем у РЛС_д, диапазоне.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе радиолокационного обнаружения и измерения координат объектов, основанном на использовании в качестве обзорной - длинноволновой РЛС (РЛС_д), согласно изобретению дополнительно в пространстве, прилегающем к азимутальному направлению на объект β, измеренному РЛС определяют интенсивность излучений (уровень шума) на более высоких, чем у РЛС_д, частотах радиоэлектронных средств (РЭС), которые могут облучать объект или излучать с его борта, измеряют угловые координаты β_i,ε_i каждого i-го направления, в котором обнаружено превышение интенсивности излучения установленного порога, вычисляют разность Δβ_i = |β-β_i| и в качестве угловых координат объекта берут координаты j-го направления β_j,ε_j, для которого разность Δβ_j не превышает допустимого значения; при обнаружении m направлений с координатами β₁,ε₁;...β_m,ε_m; для которых разности Δβ₁...Δβ_m не превышают допустимого значения, принимают решение об обнаружении группы неразрешаемых РЛС_Д объектов с угловыми координатами β₁,ε₁;...β_m,ε_m; при обнаружении S объектов, разрешаемых РЛС_д только по дальности, координаты j-го направления β_j,ε_j привязывают к дальности r-го объекта, для которого разность Δβ(r)j

наименьшая; при обнаружении в анализируемом направлении повышенного уровня излучений одновременно на нескольких частотах для определения угловых координат берут излучение, обеспечивающее наибольшую точность их измерений.

Суть изобретения состоит в следующем.

Длинноволновая РЛС (РЛС_д) осуществляет обзор контролируемого пространства, обнаруживает объект, измеряет дальность и азимут β. Дополнительно в пространстве, прилегающем к азимутальному направлению β измеряют уровень излучений в более коротковолновом диапазоне, чем у РЛС_д, наземных или бортовых радиоэлектронных средств. Такими средствами могут быть другие РЛС, бортовые высотомеры телецентры и др., т.е. те средства которые могут облучать обнаруженный объект и сигналы которых он будет отражать.

Время приема на РЛС_д отраженных сигналов, точнее их параметры в общем случае могут быть неизвестными, поэтому они будут восприниматься как шумы. Установка порога обнаружения повышенного уровня излучений может быть выполнена различными способами. Наиболее просто его можно установить на основе измерения среднего значения уровня шумов в осматриваемом секторе, т.е. путем усреднения по пространству. Более точно можно установить порог на основе формирования "карты шумов", т.е. усреднения во времени. Для этого в начальный момент времени работы РЛС_д измеряют и запоминают уровень шумов в каждом направлении, в результате чего и формируется "карта...", которая будет изменяться при изменении радиолокационной обстановки. Так, при отсутствии объектов сигналы всех РЛС, находящихся под отрицательными углами относительно РЛС_д, не будут воздействовать на нее. При появлении объекта в направлении β_i,ε_i "карта шумов" изменится: в этом направлении увеличится уровень шумов за счет приема отраженных от объекта сигналов всех РЛС, облучающих его, и установленный порог обнаружения будет превышен. Максимальный азимутальный размер сектора, в котором вокруг азимута β определяют интенсивность излучений (уровень шумов), целесообразно ограничить азимутальным размером принятой пачки отраженных сигналов РЛС_д (собственных сигналов) - ΔА, а угломестный - шириной диаграммы направленности антенны РЛС в угломестной плоскости. Допустимым значением разности Δβ_i в общем случае может быть величина , поскольку при одноканальном методе весовой обработки пачки отраженных сигналов азимут определяют по ее центру. Однако, если в результате распознавания установлено, что объект одиночной, то это значение может быть ограничено погрешностью измерения РЛС_д азимута объекта.

Если в результате анализа уровня излучений в азимутальном секторе размером ΔA обнаружено m направлений с координатами β₁,ε₁;...β_m,ε_m, для которых при j=1...m, то принимают решение об обнаружении на дальности D группы неразрешаемых РЛС_д объектов с угловыми координатами β₁,ε₁;...β_m,ε_m.

При обнаружении в перекрывающихся азимутальных секторах (т.е. неразрешаемых РЛС_д по азимуту) S объектов на дальностях D₁,... D_S координаты j-го направления берут в качестве угловых координат r-го объекта, обнаруженного на дальности D_r при условии, что разность Δβ(r)j

наименьшая, т.е. Δβ(r)j<Δβ(l)j при l=I...S и l≠r.

Если в направлении β_j,ε_j обнаружен увеличенный уровень излучений одновременно на нескольких частотах, что для определения координат берут частоту, на которой точность измерений выше, т.е. если размеры апертуры антенны (см. выше) для всех анализируемых излучений одинаковы, то берут излучение, для которого величина наименьшая.

Таким образом, за счет того, что угловые координаты обнаруженного РЛС_д объекта измеряются в диапазоне более высоких, чем у РЛС_д, частотах, обеспечивается измерение угла места и повышение точности измерения азимута объекта при реализуемых размерах антенны.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в перспективных РЛС для контроля воздушного пространства. Способ радиолокационного обнаружения и измерения координат объектов основан на использовании в качестве обзорной - длинноволновой РЛС (РЛС_д), при этом в пространстве, прилегающем к азимутальному направлению на объект β, измеренному РЛС_д, определяют интенсивность излучений на более высоких, чем у РЛС_д, частотах радиоэлектронных средств (РЭС), которые могут облучать объект или излучать с его борта, измеряют угловые координаты β_i,ε_i каждого i-го направления, в котором обнаружено превышение интенсивности излучений установленного порога, вычисляют разность Δβ_i = |β-β_i| и в качестве угловых координат объекта берут координаты j-го направления β₁,ε_j, для которого разность Δβ_i не превышает допустимого значения, при обнаружении m направлений с координатами β₁,ε₁;...β_m,ε_m, для которых разности Δβ₁...Δβ_m не превышают допустимого значения, принимают решение об обнаружении группы неразрешаемых РЛС_д объектов с угловыми координатами β₁,ε₁;β_m,ε_m, при обнаружении S объектов, разрешаемых РЛС_д только по дальности, координаты j-го направления привязывают к дальности r-го объекта, для которого разность Δβ(r)j

наименьшая. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ радиолокационного обнаружения и измерения координат объекта, включающий в себя обзор контролируемого пространства, обнаружение объекта, измерение дальности до него и его азимута β, осуществляемые длинноволновой РЛС (РЛС_д), отличающийся тем, что дополнительно в пространстве, прилегающем к азимутальному направлению на объект β, определяют интенсивность излучений на более высоких, чем у РЛС_д, частотах радиоэлектронных средств, которые могут облучать объект или излучать с его борта, измеряют угловые координаты β_i,ε_i, ...β_j, ε_j; . . . β_m,ε_m, . . . соответственно i-го, . . . j-го, . . . m-го, . . . направлений, в которых обнаружено превышение интенсивности излучения установленного порога, вычисляют разности Δβ_i = |β-β_i|,...,, . . . Δβ_j = |β-β_j|,...,, . . . Δβ_m = |β-β_m|, . . . и в качестве угловых координат объекта берут азимут β_j и угол места ε_j j-го направления, для которого разность Δβ_j не превышает допустимого значения. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при обнаружении m направлений, в которых обнаружено превышение интенсивности излучения установленного порога, с угловыми координатами β₁,ε₁;...β_m,ε_m, для которых модули разностей между азимутом объекта и их азимутами - Δβ₁...Δβ_m не превышают допустимого значения, принимают решение об обнаружении группы не разрешаемых РЛС_д объектов с угловыми координатами β₁,ε₁, . . . β_m,ε_m. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при обнаружении S объектов, разрешаемых РЛС_д только по дальности, угловые координаты j-го направления β_j,ε_j привязывают к дальности r-го объекта, для которого модуль разности между его азимутом и азимутом j-го направления Δβ_j,r имеет наименьшее значение. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при обнаружении в анализируемом направлении повышенной интенсивности излучения одновременно на нескольких частотах для определения угловых координат берут излучение, обеспечивающее наибольшую точность их измерений.