ГЕНЕРАТОР, ИМИТИРУЮЩИЙ ПОМЕХОВЫЕ СИГНАЛЫ ОТ ДИПОЛЬНЫХ ОТРАЖАТЕЛЕЙ Российский патент 2007 года по МПК G01S7/40 

Изобретение относится к области радиолокации, а именно к имитаторам помеховых сигналов от дипольных отражателей (ДО) на выходе приемника обзорной корабельной радиолокационной станции (РЛС), и может быть использована для обучения и тренировки операторов РЛС к действиям в условиях пассивных помех, создаваемых ДО.

В настоящее время ДО широко используются для прикрытия средств воздушного нападения при нанесении ими ударов по надводным кораблям.

Тренажерная подготовка операторов РЛС, отвечающих за освещение воздушной обстановки при нанесении ударов средствами воздушного нападения, в определенной степени зависит от адекватности имитации постановки пассивной помехи от ДО и изменения ее характеристик в период воздействия на РЛС.

Дипольные отражатели обычно комплектуются в пачки. Раскрываясь после выбрасывания с помехопостановщика, такая пачка создает облако ДО.

Помехи ставятся, как правило, периодическим сбрасыванием пачек ДО. Если пачки сбрасываются достаточно часто, формируемые ими облака сливаются друг с другом, в результате чего образуются довольно широкие и протяженные области пространства, внутри которых хаотически разбросаны ДО, так называемые полосы дипольных отражателей. В зависимости от решаемых задач, наличия сил и средств создания пассивной помехи и метеоусловий (направления и скорости ветра) полосы ДО относительно РЛС могут создаваться под различными углами.

Турбулентность атмосферы, аэродинамика диполей и другие факторы влияют на скорость пространственного рассеивания облака диполей. Вследствие этого амплитуда результирующего отраженного сигнала меняется во времени по случайному закону, кроме того, имеет место расширение частотного спектра суммарного отраженного сигнала.

При приеме отраженных сигналов от ДО на индикаторе РЛС формируется маскирующая пассивная помеха. В связи с этим возникает необходимость включения в состав технических средств обеспечения тренажерной подготовки операторов РЛС устройства имитации пассивной помехи, создаваемой отражениями от ДО.

Известно устройство, формирующее импульсные потоки (Тверской Г.Н., Терентьев Г.К., Харченко И.П. Имитаторы эхосигналов судовых радиолокационных станций. - Л.: Судостроение, 1973. - с.142-205), но это устройство предназначено только для настройки трактов радиолокаторов и поэтому не может быть использовано для тренировки операторов.

Известны устройства, имитирующие различную помеховую обстановку (Бичаев Б.П., Зеленин В.М., Новик Л.И. Морские тренажеры. - Л.: Судостроение, 1986. - с.120-126), но эта обстановка имитируется на приборах, моделирующих оконечные устройства систем, предназначенных для подготовки специалистов радиоэлектронной борьбы.

Известны генераторы сигналов целей и помех для обзорных РЛС и РЛС сопровождения (RU 2193215 С2, МПК 7 G01S 7/40, 20.11.2002. RU 2199130 C2, МПК 7 G01S 13/66, H03K 3/84, 20.02.2003. RU 2178571 C1, МПК 7 G01S 7/40, 20.01.2002. RU 2193214 C1, МПК 7 G01S 7/38, 20.11.2002. RU 2186407 C1, МПК 7 G01S 7/38, 22.07.2002. RU 2253129 C2, МПК 7 G01S 7/40, 27.05.2005. RU 2253130 C1, МПК 7 G01S 7/40, 27.05.2005). Известные генераторы предназначены для имитации различного вида сигналов и помех, но они не обеспечивают имитацию помеховых сигналов от дипольных отражателей.

Наиболее близким к заявляемому устройству по большинству существенных признаков и достигаемому техническому результату является устройство, включающее пульт управления, блок памяти, блок формирования относительных координат носителя, блок считывания и синхронизации, в состав которого входит генератор синхросигналов, и блок формирования видеосигнала, реализованный с помощью генератора шума, цифроаналогового преобразователя и сумматора, с их связями (RU 2253130 C1, МПК 7 G01S 7/40, 2005). Данное устройство обеспечивает формирование отраженных сигналов от взволнованной морской поверхности в темпе функционирования РЛС, однако, имитация сигналов, отраженных от дипольных отражателей, устройством, выбранным в качестве прототипа, невозможна из-за отсутствия блоков, учитывающих пространственное и временное распределение ДО.

Задачей изобретения является обеспечение формирования сигналов, имитирующих помеховые отражения от ДО на выходе приемника РЛС, которые позволяют производить обучение и тренировку операторов по быстрому и точному поиску, обнаружению целей и измерению их координат в условиях воздействия на РЛС преднамеренных пассивных помех.

Технический результат, достигаемый при осуществлении данного изобретения, заключается в повышении достоверности имитации отраженных сигналов от ДО за счет учета пространственного и временного распределения ДО и движения корабля-носителя РЛС.

Решение задачи достигается тем, что в генератор помеховых сигналов от дипольных отражателей, содержащий пульт управления, блок памяти, блок моделирования движения носителя РЛС (блок МДН), генератор синхросигналов и блок формирования видеосигнала (блок ФВС), причем выход пульта управления соединен шиной с входом генератора синхросигналов и с первым входом блока памяти, выход блока ФВС является первым выходом устройства, вторым выходом которого является выход генератора синхросигналов, введены блок моделирования полета постановщика помехи (блок МППП), блок формирования зоны видимости помехи (блок ФЗВП) и блок формирования параметров помехи (блок ФПП), при этом второй вход-выход блока памяти соединен двухсторонней шиной с первыми входами-выходами блока ФЗВП, блока МДН и блока МППП, выход которого соединен с вторым входом блока ФЗВП, четвертый вход которого подключен к выходу блока МДН, а выход соединен через блок ФПП с первым входом блока ФВС, входы синхронизации блока МППП, блока ФЗВП, блока МДН, блока ФПП и блока ФВС подключены шиной синхронизации к выходу генератора синхросигналов.

Возможность достижения указанного выше технического результата обусловлена тем, что помеховые сигналы от ДО формируются с учетом:

- взаимного расположения полос ДО и подавляемой РЛС;

- изменения пространственно-временных характеристик ДО;

- амплитудных и спектральных флюктуации помехового сигнала от ДО;

- тактико-технических характеристик РЛС.

Это обеспечивается введением в состав заявляемого генератора работающих во взаимодействии дополнительных блоков: блока ФЗВП, блока МППП и блока ФПП с их связями.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображено:

на фиг.1 - структурная электрическая схема заявляемого устройства;

на фиг.2 - структурная электрическая схема блока ФПП;

на фиг.3 - структурная электрическая схема блока ФВС;

на фиг.4 - приведен пример изображения постановки ДО отображаемой на индикаторе обзорной корабельной РЛС.

Генератор помеховых сигналов от дипольных отражателей содержит пульт 1 управления, блок 2 памяти, блок 3 МДН, генератор 4 синхросигналов, блок 5 МППП и последовательно соединенные блок 6 ФЗВП, блок 7 ФППП и блок 8 ФВС. Выход пульта 1 управления соединен шиной с входом генератора 4 синхросигналов и с первым входом блока 2 памяти. Второй вход-выход блока 2 памяти соединен двухсторонней шиной с первыми входами-выходами блока 6 ФЗВП, блока 3 МДН и блока 5 МППП, выход которого соединен с вторым входом блока 6 ФЗВП, четвертый вход которого подключен к выходу блока 3 МДН. Входы синхронизации блока 3 МДН, блока 5 МППП, блока 6 ФЗВП, блока 7 ФПП и блока 8 ФВС подключены шиной синхронизации к выходу генератора 4 синхросигналов. Выход блока 8 ФВС является первым выходом устройства, вторым выходом которого является выход генератора 4 синхросигналов.

Пульт 1 управления обеспечивает ввод исходных данных для моделирования: движения корабля - носителя РЛС, полета постановщика помехи, развертывания полос ДО и формирования зоны видимости помехи.

Блок 2 памяти обеспечивает хранение вводимых данных, а также других величин, неизменных в процессе работы генератора при формировании пассивной помехи от ДО.

Блок 3 моделирования движения носителя РЛС обеспечивает расчет параметров движения корабля - носителя РЛС путем задания начальных значений курса и скорости, а также моментов начала и параметров маневра корабля. Конструктивно он эквивалентен блоку формирования относительных координат носителя прототипа.

Генератор 4 синхросигналов обеспечивает выработку управляющих сигналов для синхронизации работы блоков устройства.

Блок 5 моделирования полета постановщика помехи обеспечивает расчет траектории пространственного движения ЛА - постановщика помехи путем задания начальных значений курса и скорости, моментов начала и параметров маневра ЛА.

Блок 6 формирования зоны видимости помехи обеспечивает моделирование процесса формирования облака ДО, дискретизацию области пространства, занимаемого облаком помехи по элементам импульсного объема РЛС.

Блок 7 формирования параметров помехи обеспечивает расчет средней мощности помехового сигнала и имитацию флюктуаций отраженного сигнала от ДО.

Блок 8 формирования видеосигнала обеспечивает формирование видеосигнала помеховых отражений от ДО с учетом шумов приемника РЛС.

Генератор помеховых сигналов от дипольных отражателей работает следующим образом. С пульта 1 управления вводятся:

- параметры движения корабля - носителя РЛС: начальное местоположение корабля (Х_НК; Y_НК), курс - К_НК, скорость - V_HK, моменты начала и параметры маневра;

- режим работы РЛС: шкала дальности - Д_Ш, на которой будет работать оператор, и время полного оборота антенны - Т_O;

- параметры полета ЛА - постановщика помехи: начальные координаты (Х_Н, Y_H, Н_Н), моменты начала и параметры маневра;

- параметры постановки ДО: координаты начала и конца полосы постановки помехи, интервал между выбрасываемыми пачками - H_i, темп сбрасывания пачек - ΔТ, средняя скорость свободного падения дипольных отражателей - V_O;

- метеорологические условия: коэффициент радиолокационной наблюдаемости - К_РЛН, направление ветра - К_В и скорость ветра - V_B.

Эту информацию можно вводить как до начала, так и в процессе работы генератора.

Введенные данные поступают в блок 2 памяти, где также хранятся данные, не изменяющиеся в процессе работы генератора и зависящие от тактико-технических характеристик РЛС.

Синхронизация работы блоков устройства обеспечивается за счет формирования генератором 4 синхросигналов на раздельных выходах управляющих сигналов, объединенных в общую шину синхронизации:

- начало прямого хода развертки;

- начало обратного хода развертки;

- текущий пеленг максимума диаграммы направленности антенны (МДНА);

- начало сбрасывания пачек ДО;

- период сбрасывания пачек ДО.

Период следования Т_И импульсов начала прямого хода развертки (ИНПХ) и импульсов начала обратного хода развертки (ИНОХ), их временная расстановка (t_ПХ - время прямого хода и t_OX - время обратного хода) и последовательность смены кодов пеленга антенны определяются режимом работы РЛС, задаваемым с пульта 1 управления.

Блок 3 МДН, на основе полученной информации из блока 2 памяти, в реальном масштабе времени производит вычисление текущих координат носителя РЛС.

При первом расчете местоположения носителя после включения блок 3 МДН принимает от блока 2 памяти данные о первоначальном положении носителя, его курсе и скорости. В дальнейших расчетах блок 3 МДН использует координаты предыдущего местоположения носителя и время начала маневра. Если текущее время меньше времени начала маневра, то в расчетах используются начальные или введенные с пульта 1 управления курс и скорость носителя. Если текущее время равно времени начала маневра, то для расчета очередного местоположения носителя используются курс и скорость маневра.

Блок 5 МППП по исходным данным о начальных значениях курса и скорости, моментов начала и параметров маневра ЛА, поступающих с блока 2 памяти, рассчитывает в реальном масштабе времени траекторию пространственного движения ЛА - постановщика помехи (смотри, например, Черный М.А., Кораблин В.И. Воздушная навигация. - М.: Транспорт, 1991. - с.69-120).

Блок 6 ФЗВП начинает работу по сигналу начала сбрасывания пачек ДО. При этом производится считывание с блока 2 памяти данных:

- о тактико-технических характеристиках РЛС: минимальная дальность обнаружения РЛС - Д_МЗ, разрешающая способность по дальности - Δd, высота установки антенны - Н_А, разрешающие способности по пеленгу - Δϕ и по угу места - Δθ, ширина диаграммы направленности антенны (ДНА) по пеленгу - ϕ и по углу места - θ, максимальный - α_max и минимальный - α_min углы наклона луча ДНА РЛС, установленная оператором шкала дальности - Д_Ш;

- о метеорологических условиях: направление - К_В и скорость - V_B ветра, коэффициент радиолокационной наблюдаемости - К_РЛН;

- о параметрах постановки ДО: координаты начала и конца полосы постановки помехи, интервал между выбрасываемыми пачками - H_i, темп сбрасывания пачек - ΔT, средняя скорость свободного падения дипольных отражателей - V_O;

За время ΔT последовательно производится процесс расчета зоны видимости помехи для каждой сброшенной пачки ДО:

- расчет текущего времени жизни - t_m для каждой пачки ДО:

где m - номер сброшенной пачки (нумерация осуществляется с нуля);

t_TEK - время с начала постановки помехи;

ΔT - темп сбрасывания пачек ДО с постановщика помех;

- расчет высоты облака диполей - Н_ТЕК на данное время жизни пачки - t_m:

- расчет дальности Д_РГ радиогоризонта:

- расчет дальности Д_П до границ облака помехи;

- расчет пеленга ϕ_П и угла места θ_П границ облака помехи;

- производится сравнение значений дальностей до границ облака помехи со значениями дальностей Д_МЗ, Д_РГ, Д_Ш (смотри соотношения (4) и (5));

- производится сравнение значений угла места границ облака помехи с максимальным α_max и минимальным α_min углами наклона луча РЛС (смотри соотношение (6)).

Зоной видимости помехи считается область помехи, которая находится в области пространства, для которой одновременно выполняются следующие условия:

- по дальности:

- по углу места:

С приходом очередного синхросигнала начала сбрасывания пачки начинается процесс расчета зоны видимости помехи для следующей пачки ДО.

В выделенной зоне видимости помехи производится дискретизация занимаемой помехой области пространства на элементарные ячейки, соответствующие размерам импульсного объема РЛС, который ограничен разрешающей способностью РЛС по дальности, пеленгу и углу места (смотри, например, Максимов М.В., Бобнев М.П., Кривицкий Б.Х. и др. Защита от радиопомех. Под ред. Максимова М.В. - М.: Сов. Радио, 1976. - с.89). Оцифровка ячеек ведется по ее угломестному положению и дальности относительно корабля - носителя РЛС. Номер дискрета пеленга выбирается из интервала от 1 до k, где k - общее число дискретов пеленга - ϕ. Номер дискрета угла места выбирается из интервала от 1 до m, где m - общее число дискретов угла места - 6. Номер дискрета дальности выбирается из интервала от 1 до b, где b - общее число дискретов дальности, определяемые соотношениями (7-9):

где Д_max - максимальный размер зоны обзора РЛС по дальности (Д_max=Д_ш);

с - скорость распространения электромагнитных волн в воздухе.

Для каждой ячейки производится расчет среднего значения величины суммы эффективной площади рассеяния (ЭПР) всех ДО в пределах импульсного объема РЛС из соотношения (Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. - М.: Воениздат, 1974. - с.177-179)

где - среднее значение удельной ЭПР (ЭПР дипольных отражателей на единицу импульсного объема);

V_ИО - импульсный объем РЛС.

Выдача данных из блока 6 ФЗВП производится во время прямого хода развертки, при этом значения из ячеек считываются в направлении текущего пеленга антенны последовательно по оцифрованным элементам дальности зоны видимости помехи. В зависимости от режима работы индикатора среднее значение ЭПР суммируется по ячейкам, находящимся на одной дальности в пределах всей ширины диаграммы направленности антенны (в режиме кругового обзора) или в пределах ширины парциального луча.

В блоке 7.1 блока 7 ФПП (фиг.2) для каждой ячейки из уравнения дальности радиолокации рассчитывается средняя мощность помехового сигнала ДО, которая перемножается в умножителе 7-2 со случайным числом, вырабатываемым генератором 7-3 случайных чисел. Закон распределения случайных чисел, вырабатываемых генератором случайных чисел, выбирается в зависимости от времени, прошедшего с начала постановки помехи до момента расчета, что обеспечивает имитацию амплитудных флюктуаций помехового сигнала и его корреляционных свойств в зависимости от времени разлета облака ДО (смотри, например, Максимов М.В., Бобнев М.П., Кривицкий Б.Х. и др. Защита от радиопомех. Под ред. Максимова М.В. - М.: Сов. Радио, 1976. - с.87).

При появлении сигнала на входе блока 8 ФВС (фиг.3) блок 8-1 ЦАП преобразует его в аналоговый видеосигнал соответствующей амплитуды. Форма видеосигнала подобна сигналу на выходе приемника РЛС при обнаружении отражений от ДО. Сумматор 8-2 объединяет видеосигналы от облака ДО и сигналы от генератора 8-3 шума, который имитирует собственные шумы приемника РЛС.

На первый выход генератора помеховых сигналов от ДО поступают видеосигналы, сформированные блоком 8 ФВС. На второй выход поступают синхроимпульсы, обеспечивающие синхронизацию работы индикатора РЛС.

Таким образом, заявляемый генератор помеховых сигналов от дипольных отражателей обеспечивает имитацию функционирования обзорной РЛС при работе в условиях противодействия противника, в различных условиях радиолокационной наблюдаемости, в темпе функционирования РЛС, с учетом мощности выставляемой пассивной помехи, метеорологических условий и движения корабля-носителя РЛС, с достоверностью, которая позволяет совместно с генератором сигналов целей производить обучение и тренировку операторов действиям по поиску и обнаружению целей и измерению их координат.

Генератор помеховых сигналов от дипольных отражателей целесообразно использовать совместно с RU 2186407 С1, МПК 7 G01S 7/38, 22.07.2002. RU 2193214 C1, МПК 7 G01S 7/38, 20.11.2002. RU 2193215 С2, МПК 7 G01S 7/40, 20.11.2002. RU 2253129 С2, МПК 7 G01S 7/40, 27.05.2005. RU 2253130 C1, МПК 7 G01S 7/40, 27.05.2005, а их комбинация может называться имитатором.

Изобретение направлено на повышении достоверности имитации отраженных сигналов от дипольных отражателей (ДО) за счет учета пространственного и временного распределения ДО и движения корабля-носителя РЛС. Технический результат заключается в моделировании на экране радиолокационной станции помеховых отражений от ДО, соответствующих реальным условиям приема пачек отраженных импульсов от преднамеренных пассивных помех с медленной флюктуацией амплитуды. Указанный результат достигается за счет того, что генератор помеховых сигналов от ДО содержит пульт управления, блок памяти, блок моделирования движения носителя РЛС (блок МДН), генератор синхросигналов и блок формирования видеосигнала (блок ФВС), блок моделирования полета постановщика помехи (блок МППП), блок формирования зоны видимости помехи (блок ФЗВП) и блок формирования параметров помехи (блок ФПП), соединенные определенным образом. 4 ил.

Генератор, имитирующий помеховые сигналы от дипольных отражателей, содержащий пульт управления, блок памяти, блок моделирования движения носителя РЛС (блок МДН), генератор синхросигналов и блок формирования видеосигнала (блок ФВС), причем выход пульта управления соединен шиной с входом генератора синхросигналов и с первым входом блока памяти, выход блока ФВС является первым выходом устройства, вторым выходом которого является выход генератора синхросигналов, отличающийся тем, что в него введены блок моделирования полета постановщика помехи (блок МППП), блок формирования зоны видимости помехи (блок ФЗВП) и блок формирования параметров помехи (блок ФПП), при этом второй вход-выход блока памяти соединен двухсторонней шиной с первыми входами-выходами блока ФЗВП, блока МДН и блока МППП, выход которого соединен с вторым входом блока ФЗВП, четвертый вход которого подключен к выходу блока МДН, а выход соединен через блок ФПП с первым входом блока ФВС, входы синхронизации блока МППП, блока ФЗВП, блока МДН, блока ФПП и блока ФВС подключены шиной синхронизации к выходу генератора синхросигналов.