СПОСОБ КОНТРОЛЯ ВОЗДУШНОГО ПРОСТРАНСТВА Российский патент 2003 года по МПК G01S13/00 

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано при разработке перспективных РЛС.

Для обеспечения контроля воздушного пространства необходимо обнаруживать объект с высокой надежностью и измерять его координаты с требуемой точностью.

Известен способ обнаружения объекта с помощью пассивных многопозиционных систем, использующих облучение объекта за счет энергии внешних радиоэлектронных средств (РЭС), например телецентров или даже источников природного характера: молний, солнца, некоторых звезд [1- Справочник по радиолокации / Под ред. М. Сколника, 1978, т. 4, с. 213, последний абз., 2 - Гриффис Х.Д., Лонг Н.Р.В. Бистатическая РЛС с телевизионным передатчиком подсветки. Перевод Н-22004 статьи в журнале IЕЕ Proceedings, F, т. 33, 1986, с. 649-657].

Обнаружение объекта и измерение его координат в этом способе осуществляют за счет приема отраженной объектом энергии (сигналов) внешних источников в разнесенных точках и совместной обработки принятых сигналов.

Преимущество такого способа состоит в том, что для его функционирования не требуется затрат энергии на облучение объекта. Кроме того, известно, что эффективная площадь рассеяния объекта при бистатической радиолокации на просвет в зоне существования просветного эффекта на 3-4 порядка больше по сравнению с моностатической [3 - Бляхман А.Б., Рунова И.А. Бистатическая эффективная площадь рассеяния и обнаружение объектов при радиолокации на просвет. Радиотехника и электроника, т. 46, 4, М.: Наука, 2001, с. 426, 1 абз. ] . Это означает, что объект может быть обнаружен при облучении его на просвет сравнительно малым уровнем энергии РЭС.

Недостатки способа состоят в следующем:
- для реализации способа необходимо иметь несколько разнесенных приемных позиций с обеспечением системы связи между ними, поскольку при наличии одной позиции можно обнаружить лишь признак наличия объекта, а для измерения его координат нужно не менее трех;
- могут быть использованы только РЭС с сигналом, имеющим ширину спектра, достаточную для обеспечения разрешения объектов по дальности [2];
- невозможно обеспечить контроль всего пространства при использовании РЭС с реальным энергетическим потенциалом, т.к. невозможно обеспечить требуемое отношение отраженная объектом энергия РЭС/шум при произвольном положении объекта в контролируемом пространстве, поскольку как показано в [3] (графики на рис. 3, с. 426), просветный эффект действует при углах дифракции [3, с. 425, 1 столбец, 2 абз. снизу] примерно ±6 градусов.

Наиболее близким техническим решением является способ контроля воздушного пространства с помощью РЛС, когда излучают зондирующий сигнал последовательно во все направления контролируемого пространства и по принятому отраженному объектом сигналу обнаруживают его и измеряют его координаты.

Как правило, для этого используют РЛС с игольчатой формой диаграммы направленности антенны в S-диапозоне, например, РЛС RAT-31S (Радиоэлектроника за рубежом, 1980, 17, с. 23). Недостаток такого способа состоит в том, что даже при игольчатом луче концентрация энергии при осмотре каждого направления недостаточна для обнаружения малозаметного объекта, поскольку за короткий период обзора (единицы секунд) требуется осмотреть контролируемое пространство, состоящее из тысяч направлений. Это снижает надежность обнаружения объекта. Увеличить ее можно за счет увеличения концентрации энергии в осматриваемом направлении путем увеличения потенциала РЛС. Для мобильных РЛС это не представляется возможным. Увеличение концентрации энергии в осматриваемом направлении при сохранении энергии можно достичь за счет сокращения числа направлений осмотра, что также не представляется возможным, т.к. сокращенные направления выпадут из под контроля.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи увеличения надежности обнаружения объекта при сохранении энергетического потенциала РЛС.

Задача решается за счет сокращения числа направлений осмотра с помощью РЛС в тех зонах пространства, при нахождении в которых объекта, обеспечивается надежный прием отраженной им энергии внешних РЭС.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе контроля воздушного пространства, заключающемся в его обзоре с помощью РЛС, согласно изобретению дополнительно принимают отраженную энергию внешнего радиоэлектронного средства (РЭС), определяют границы зоны, в которой отношение отраженной объектом энергии РЭС к шуму больше порогового значения, и излучают сигнал РЛС только в те направления зоны, в которых обнаружена отраженная энергия РЭС.

Суть изобретения состоит в следующем.

Определяют конкретное РЭС с известными параметрами, энергия которого будет использована для обнаружения объекта (например, спутник телевидения, связи или наземное РЭС). Определяют величину отношения отраженная объектом энергия РЭС/шум (т.е. отношение сигнал/шум) в точке приема по формуле (ЛЗ, формула 1, с. 425):

где Q= P_C/P_Ш - отношение сигнал/шум; P_T - средняя мощность передающего устройства РЭС; G_T, G_R - коэффициенты усиления соответственно передающей и приемной антенн; λ - длина волны; η - обобщенные потери; σ(α_B, α_Г)) - ЭПР объекта для двухпозиционной системы как функция от углов дифракции α_B и α_Г; F(β,θ) F(β,θ) - ДН передающей и приемной антенн; Р_Ш - средняя мощность шумов в полосе приемного устройства с учетом порога обнаружения; R_T, R_R - расстояние от РЭС и приемного устройства до объекта соответственно.

Для значения Q, превышающего пороговое значение, т.е. обеспечивающего требуемую надежность обнаружения отраженной объектом энергии РЭС, определяют граничные значения α_B, α_Г, которые и берут в качестве границ зоны, при расположении в которой объекта отношение отраженная объектом энергия РЭС/шум больше порогового значения.

В случае использования стабильно работающего РЭС зона, где Q превышает пороговое значение, может быть определена экспериментально путем набора статистики при обзоре зоны одновременно в пассивном режиме и с помощью РЛС. При этом определяют границы зоны, в которой обнаруживают с требуемой надежностью отраженную энергию РЭС объектом, обнаруженным РЛС.

После определения границ, зону осматривают в пассивном режиме с помощью приемной антенны в диапазоне частот выбранного РЭС известным способом (см., например, [2]), РЛС для обзора этой зоны не используется. при обнаружении в некотором направлении β_o, θ_o, входящем в зону, отраженной объектом энергии РЭС принимают решение об обнаружении в этом направлении признака нахождения объекта и излучает в этом направлении сигнал РЛС, в активном режиме обнаруживают объект и измеряют его координаты. Таким образом, число направлений, осматриваемых с помощью РЛС, будет сокращено; за счет этого может быть увеличена концентрация энергии РЛС при осмотре направлений пространства, что увеличит надежность обнаружения объекта.

Следует отметить, что энергию внешнего РЭС в предлагаемом изобретении используют лишь для обнаружения признака наличия объекта, в отличие, например, от способа, описанного в [2], где она используется для обнаружения объекта и измерения его координат. Это устраняет основные недостатки способа использования внешнего РЭС, отмеченные в [2], и снижает требования к параметрам излучения РЭС.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано при разработке перспективных РЛС. Достигаемым техническим результатом является увеличение надежности обнаружения объекта. Для этого в известном способе контроля воздушного пространства, заключающемся в его обзоре с помощью РЛС, дополнительно принимают отраженную энергию внешнего радиоэлектронного средства (РЭС), определяют границы зоны, в которой отношение отраженной объектом энергии РЭС к шуму больше порогового значения, и излучают сигнал РЛС только в те направления зоны, в которых обнаружена отраженная энергия РЭС.

Способ контроля воздушного пространства, заключающийся в его обзоре с помощью РЛС, отличающийся тем, что дополнительно принимают отраженную объектом энергию внешнего радиоэлектронного средства (РЭС), определяют границы зоны, в которой отношение отраженной объектом энергии РЭС к шуму больше порогового значения, и излучают сигнал РЛС только в те направления зоны, в которых обнаружена отраженная энергия РЭС.