НАЗЕМНО-КОСМИЧЕСКИЙ РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС Российский патент 2008 года по МПК G01S13/06 H04B7/24 

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к наземно-космическим радиолокационным комплексам.

В настоящее время одной из актуальнейших задач является обеспечение контроля воздушного пространства и контроль за подвижными объектами в разнесенных, больших по площадям «зонах» земной поверхности. Эта задача наиболее эффективно может быть решена при размещении приемника или передатчика на космическом аппарате с геостационарной, высокоэллиптической или околоземной орбитой.

Известна система обнаружения и измерения координат целей (Свидетельство на полезную модель РФ №25098, МПК G01S 13/06, заявка №2002109655 от 12.04.2002, автор Олейников Л.Ф.), которая содержит передатчик импульсных радиосигналов, установленный на космическом аппарате на геостационарной или околоземной орбите, и разнесенные стационарные или мобильные приемные устройства, установленные на водном, сухопутном или воздушном транспорте, и общий центр обработки радиосигналов, который соединен линиями связи с приемными устройствами.

Еще одна наземно-космическая радиолокационная система описана в полезной модели «Наземно-космическая радиолокационная система», патент №36147, МПК G01S 13/06, заявка №2003132359 от 11.11.2003, авторы: Олейников Л.Ф., Бендерский Г.Л., Ляхов Н.А., Вальшонок З.С. Предлагаемая многопозиционная наземно-космическая радиолокационная система содержит передатчик космического базирования, режимы работы которого задаются с наземной станции управления, и разнесенные приемные устройства наземного, воздушного, водного или космического базирования, синхронизируемые сигналами передатчика и соединенные с центральной станцией обработки радиолокационных сигналов через космическую линию связи.

Обе вышеописанные разнесенные наземно-космические радиолокационные системы работают по традиционному способу радиолокации, при которой происходит обработка сигналов, отраженных от воздушных объектов.

Большинство известных существующих радиолокационных средств, функционирующих на традиционных принципах (в том числе наземно-космические РЛС - аналоги), из-за слабости отраженного сигнала малоэффективны для обнаружения сверхмалоразмерных и низколетящих воздушных и воздушно-космических объектов с малой эффективной площадью рассеяния (ЭПР), таких как малые спортивные самолеты, планеры, дельтапланы, крылатые ракеты, боевые блоки баллистических ракет, а также объектов с радиопоглощающими покрытиями, в частности, объектов, изготовленных по технологии "Стелс".

Кроме того, в результате значительных флуктуации эхо-сигнала и электромагнитной длины трассы происходит уменьшение вероятности обнаружения и ухудшение точностных характеристик.

Для повышения эффективности обнаружения целей можно увеличить мощность передатчика, однако это увеличивает их стоимость при разработке и эксплуатации. Кроме того, мощные передатчики ухудшают экологическую обстановку, что не позволяет размещать их в густонаселенных районах.

Еще одним недостатком, обусловленным импульсным зондированием, является необходимость синхронизации приемных устройств относительно сигнала передатчика.

В условиях повышения летно-технических характеристик средств воздушного нападения (СВН) - снижении отражательных свойств воздушных объектов, при реализации технологии «Стелс», возрастании скоростей, расширении диапазона используемых высот полета объектов, включая предельно малые, с одной стороны, и воздушно-космические - с другой, возникает необходимость изыскания других физических принципов обнаружения, сопровождения и распознавания СВН и создания на их основе новых средств радиолокации.

Одним из возможных нетрадиционных направлений создания средств обнаружения воздушных и воздушно-космических объектов является использование бистатического метода локации «на просвет».

Использование этого метода позволяет реализовать уникальные свойства радиолокации «на просвет» - полную нечувствительность к наличию радиопоглощающего покрытия (технология «Стелс») у объекта и резкое, на 3-4 порядка увеличение, по сравнению с моностатической радиолокацией, величины ЭПР, что существенно повышает вероятность обнаружения объектов, позволяя при этом значительно снизить мощность передатчика по сравнению с аналогами. Кроме того, в этом комплексе исключаются требования к синхронизации приемных и передающих устройств, отсутствует зависимость характеристик «просветных» комплексов от флуктуации ЭПР целей и электромагнитной длины трассы.

Примером применения метода локации «на просвет» может служить многозвенный радиолокационный комплекс (МРЛК), представленный в Евразийской заявке №200501120 от 19.07.2005 г. и принятый за прототип.

Многозвенный радиолокационный комплекс с обнаружением «на просвет» состоит из N≥2 приемопередающих постов (ППП), расположенных на местности по контуру любой конфигурации и протяженности, и выносного рабочего места оператора (РМО), связанного с «ведущим» ППП по кабельному каналу связи. «Ведущим» может быть любой из ППП.

Каждый приемопередающий пост содержит последовательно соединенные передатчик и передающую антенну, последовательно соединенные приемную антенну и приемное устройство, специализированную цифровую вычислительную машину, вход которой соединен с выходом приемного устройства, аппаратуру радиорелейной связи, две направленные на разные соседние ППП связные антенны. Все антенны и передатчик расположены на одном антенно-мачтовом устройстве. Причем передающая антенна одного ППП направлена на приемную антенну соседнего ППП, вход-выход связных антенн соединен соответственно с первым и вторым входом-выходом аппаратуры радиорелейной связи, третий вход-выход которой подсоединен к первому входу-выходу специализированной цифровой вычислительной машины, выход которой соединен с входом передатчика. Выносное РМО подсоединяется ко второму входу-выходу «ведущего» ППП.

Недостатком такого комплекса является ограниченная зона обнаружения. Механическое увеличение количества ППП, резко увеличивая материальные затраты, позволяет увеличить зону обнаружения по площади, но не по высоте.

Значительно увеличить зону обнаружения по площади и по высоте возможно путем создания наземно-космического комплекса радиолокации «на просвет» с размещением одного из постов на борту искусственного спутника Земли (ИСЗ), находящегося на геостационарной, высокоэллиптической или околоземной орбитах.

Техническим результатом предлагаемого наземно-космического комплекса, работающего по методу локации «на просвет», является значительное расширение зоны обнаружения и сопровождения, особенно для малоразмерных воздушных и воздушно-космических объектов и объектов, выполненных по технологии «Стелс».

Одним из вариантов предлагаемого наземно-космического радиолокационного комплекса (НКРЛК) может быть наземно-космический радиолокационный комплекс с одним передающим постом космического базирования.

Предлагаемый вариант НКРЛК (Фиг.1) содержит один передающий пост космического базирования, разнесенные один или несколько наземных стационарных или мобильных приемных постов и наземный пункт управления.

Функциональное назначение передающего поста - генерация непрерывного во времени высокочастотного гармонического излучения. К основным задачам приемных постов относятся: прием суммарного сигнала, состоящего из прямого сигнала, непосредственно поступающего от передающего поста на вход приемного поста, и эхо-сигнала от цели, направленного на приемник, определение по суммарному сигналу наличия или отсутствия цели в зоне видимости бистатической РЛС, при обнаружении цели - определение по интерференционному сигналу его первичных параметров (доплеровского смещения частоты сигнала цели и направления на цель) и определение текущего местоположения цели по первичным параметрам. Наземный пункт управления осуществляет связь с передающим и приемными постами, управление лучом передающей антенны, прием и отображение информации с приемных постов, передачу обработанной информации потребителям.

Передающий пост 1 реализуется в составе космического аппарата (КА), функционирующего, например, на геостационарной орбите. В состав передающего поста входят (Фиг.1):

1.1 - генератор непрерывного сигнала;

1.2 - передающая антенна;

1.3 - система управления и связи.

Генератор может быть выполнен, например, на основе применения клистронов в оконечном усилителе.

Покрытие излучением относительно большой зоны позволяет обходиться одним лучом при обеспечении работы нескольких приемных постов. Приемные посты 2 могут быть стационарными или мобильными, располагающимися на наземном, водном или воздушном транспорте, и содержат (Фиг.2):

2.1 - многолучевую приемную антенну;

2.2 - приемное устройство;

2.3 - специализированную цифровую вычислительную машину (СЦВМ);

2.4 - аппаратуру связи.

Наземный пункт управления 3 содержит:

3.1 - аппаратуру управления и связи с передающим и приемными постами;

3.2 - специализированную цифровую вычислительную машину (СЦВМ);

3.3 - рабочее место оператора (РМО).

Предлагаемый НКРЛК работает следующим образом.

Передающая антенна 1.2, на которую поступает сигнал от генератора непрерывного сигнала 1.1, облучает воздушное пространство Земли в значительном угловом секторе.

В случае появления воздушного или космического объекта в облучаемом секторе соответствующие сигналы от этого объекта принимаются приемными антеннами 2.1 тех приемных постов 2, в зоне видимости которых эти объекты находятся. Центральный луч диаграммы направленности приемных антенн 2.1 своим максимумом направлен на передающую антенну 1.2.

Каждый приемный пост 2 в совокупности с передающим постом 1 образует бистатическую радиолокационную систему с обнаружением «на просвет» как отдельную ячейку НКРЛК, поэтому для определения координат целей могут быть применены методы и алгоритмы, разработанные для существующих наземных бистатических РЛС с обнаружением «на просвет», например, используемые в МРЛК-прототипе.

Приемный пост 2 работает аналогично приемному посту МРЛК-прототипа. После того, как приемная антенна 2.1 примет сигналы от цели, на выходах каналов приемных устройств 2.2 выделяются доплеровские биения частоты сигнала, возникающие при движении воздушных или космических объектов в просветной зоне между передающим постом 1 и приемным постом 2. Принятые приемной антенной 2.1 сигналы в приемном устройстве 2.2 усиливаются, подвергаются предварительной обработке и преобразуются в цифровую форму.

Кроме того, в приемном устройстве 2.2 осуществляется режекция прямого сигнала передатчика 1.1 и сигналов пассивных помех. Сигналы с приемных каналов, преобразованные в цифровую форму, поступают в СЦВМ 2.3.

Первичными измеряемыми параметрами в предлагаемом НКРЛК являются доплеровская частота сигнала и направление его прихода. При этом параметры траектории воздушных или космических объектов, пространственные координаты (или вторичные) определяются с помощью вычислительных алгоритмов, которые реализуются в СЦВМ 2.3 приемных постов.

В СЦВМ 2.3 реализуются следующие алгоритмы обработки:

- измерения первичных параметров воздушных или космических объектов;

- функционального преобразования измеренных параметров в пространственные координаты;

- сопровождения объектов;

- распознавания классов обнаруженных объектов.

Связь между аппаратурой управления и связи 3.1 наземного пункта управления 3 и системой управления и связи 1.3 передающего поста 1 осуществляется управление лучом передающей антенны 1.2, т.е. луч позиционируется в нужное место земного шара.

С наземного пункта управления 3 по линиям связи осуществляется управление приемными постами 2. Обработанная информация со всех приемных постов 2 поступает на аппаратуру управления и связи 3.1 наземного пункта управления 3 и через СЦВМ 3.2 и рабочее место оператора 3.3 передается потребителям и отображается на экране монитора.

Высокий энергетический потенциал предлагаемого НКРЛК позволяет обнаруживать головные части и боевые блоки ракет и космические объекты на высотах в сотни и тысячи километров и дальностях до 10-12 тыс.км, что позволяет создать надежную и относительно дешевую систему предупреждения о ракетном нападении. На этих же принципах может быть создана система слежения за пусками ракет и полетами самолетов над территорией противника.

При космическом базировании передающего поста приемные посты могут быть стационарными или мобильными, располагающимися на наземном, водном или воздушном транспорте, что позволяет обеспечить обзор любой территории земного шара, не нарушая государственных границ и не излучая никаких сигналов.

Луч передатчика можно переключать на любое направление и оперативно обеспечивать зону «просветной локации» в разных районах земной поверхности, где есть приемные позиции, обеспечивая тем самым высокую мобильность НКРЛК.

Возможно иное решение наземно-космического комплекса, работающего по методу локации «на просвет». Например, на космическом аппарате расположен не передающий, а приемный пост. Вариант с передающими постами на Земле и с приемным постом на космическом аппарате позволяет упростить аппаратуру, размещаемую в космосе и существенно снизить ее энергопотребление.

В этом варианте (Фиг.3) приемный и передающие посты, а также наземный пункт управления содержат аппаратуру, аналогичную аппаратуре, используемой при космическом базировании передающего поста.

Каждый передающий пост 1 (Фиг.1) содержит:

1.1 - генератор непрерывного сигнала;

1.2 - передающую антенну;

1.3 - систему управления и связи.

Космический приемный пост 2 содержит:

2.1 - приемную антенну;

2.2 - приемное устройство;

2.3 - СЦВМ;

2.4 - аппаратуру связи.

Наземный пункт управления 3 содержит:

3.1 - аппаратуру управления и связи;

3.2 - СЦВМ;

3.3 - РМО.

Этот наземно-космический комплекс может быть интегрирован в существующую космическую систему дальнего обнаружения. При обнаружении старта баллистической ракеты и последующем расчете характеристик ее траектории полета, дается целеуказание приемному посту сориентировать луч на один или несколько наземных передающих постов, в зоне обнаружения которых ожидается появление баллистической ракеты. Данные передающие посты включаются и ориентируются на приемный пост.

Признак обнаружения и информация об обнаруженных объектах с приемного поста космического базирования по радиоканалу передается на наземный пункт управления.

Космическая составляющая НКРЛК в настоящее время технически вполне реализуема.

Возможность использования высокоэллиптических и геостационарных орбит позволяет создать барьерные зоны обнаружения требуемой формы и протяженности. Вместе с тем, мобильность передающих постов совместно с возможностью изменения орбит космических аппаратов позволяет оперативно создавать зоны надежного обнаружения космических и воздушно-космических объектов, нечувствительные к "Стелс" технологии.

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к наземно-космическим радиолокационным комплексам. Техническим результатом является значительное расширение зоны обнаружения и сопровождения по площади и по высоте, особенно для малоразмерных воздушных и воздушно-космических объектов и объектов, выполненных по технологии "Стелс". В первом варианте наземно-космический радиолокационный комплекс содержит передающий пост космического базирования, состоящий из последовательно соединенных передающей антенны, генератора непрерывного сигнала и системы управления и связи, один или несколько наземных стационарных или мобильных приемных постов, состоящих из последовательно соединенных приемной антенны, приемного устройства, специализированной цифровой вычислительной машины (СЦВМ) приемного поста и аппаратуры связи, и наземный пункт управления, состоящий из последовательно соединенных аппаратуры управления и связи, СЦВМ наземного пункта управления и рабочего места оператора. Во втором варианте наземно-космический радиолокационный комплекс содержит один или несколько наземных стационарных или мобильных передающих постов, состоящих из последовательно соединенных передающей антенны, генератора непрерывного сигнала и системы управления и связи, приемный пост космического базирования, состоящий из последовательно соединенных приемной антенны, приемного устройства, специализированной цифровой вычислительной машины (СЦВМ) приемного поста космического базирования и аппаратуры связи, и наземный пункт управления, состоящий из последовательно соединенных аппаратуры управления и связи, СЦВМ наземного пункта управления и рабочего места оператора. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Наземно-космический радиолокационный комплекс, содержащий передающий пост космического базирования, состоящий из последовательно соединенных передающей антенны, генератора непрерывного сигнала и системы управления и связи, через которую осуществляется управление лучом передающей антенны, один или несколько наземных стационарных или мобильных приемных постов, состоящих из последовательно соединенных многолучевой приемной антенны, направленной на передающий пост, приемного устройства, специализированной цифровой вычислительной машины (СЦВМ) приемного поста и аппаратуры связи, при этом вход-выход приемного устройства соединен с первым входом-выходом СЦВМ приемного поста, обладающей возможностью функционально преобразовывать измеренные параметры воздушных и космических объектов в пространственные координаты и распознавать классы обнаруженных и сопровождаемых объектов, второй вход-выход СЦВМ приемного поста соединен с входом-выходом аппаратуры связи, и наземный пункт управления, состоящий из последовательно соединенных аппаратуры управления и связи, обеспечивающей прием информации с приемных постов и управление передающим и приемными постами, СЦВМ наземного пункта управления, предназначенной для отображения обработанной информации со всех приемных постов на экране монитора, и рабочего места оператора, при этом вход-выход аппаратуры управления и связи соединен с первым входом-выходом СЦВМ наземного пункта управления, второй вход-выход которой соединен с входом-выходом рабочего места оператора, выход рабочего места оператора является выходом всего комплекса, первый выход аппаратуры управления и связи наземного пункта управления по линиям связи соединен с системой управления и связи передающего поста, ее второй выход - с входом каждого из приемных постов, выходы которых соединены с входом аппаратуры управления и связи наземного пункта управления.2. Наземно-космический радиолокационный комплекс, содержащий один или несколько наземных стационарных или мобильных передающих постов, состоящих из последовательно соединенных передающей антенны, генератора непрерывного сигнала и системы управления и связи, через которую осуществляется управление лучами передающих антенн, приемный пост космического базирования, состоящий из последовательно соединенных приемной антенны, направленной на один из передающих постов, приемного устройства, специализированной цифровой вычислительной машины (СЦВМ) приемного поста космического базирования и аппаратуры связи, при этом вход-выход приемного устройства соединен со вторым входом-выходом СЦВМ приемного поста космического базирования, обладающей возможностью функционально преобразовывать измеренные параметры воздушных и космических объектов в пространственные координаты и распознавать классы обнаруженных и сопровождаемых объектов, первый вход-выход СЦВМ приемного поста космического базирования соединен с первым входом-выходом аппаратуры управления и связи, и наземный пункт управления, состоящий из последовательно соединенных аппаратуры управления и связи, обеспечивающей прием информации с приемного поста и управление передающими и приемным постами, СЦВМ наземного пункта управления, предназначенной для отображения обработанной информации с приемного поста космического базирования на экране монитора, и рабочего места оператора, при этом второй вход-выход аппаратуры управления и связи соединен с первым входом-выходом СЦВМ наземного пункта управления, второй вход-выход СЦВМ наземного пункта управления соединен с входом-выходом рабочего места оператора, выход которого является выходом всего комплекса, выход аппаратуры управления и связи наземного пункта управления соединен с системой управления и связи каждого передающего поста, а вход-выход аппаратуры управления и связи по линиям связи соединен со вторым входом-выходом аппаратуры связи приемного поста.