СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ПЛОЩАДИ РАССЕЯНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОБЪЕКТОВ В ПОЛИГОННЫХ УСЛОВИЯХ Российский патент 2008 года по МПК G01S13/00 

Изобретение относится к радиолокации, в частности к радиолокационным измерениям, и может быть использовано на открытых радиоизмерительных полигонах с использованием измерительных радиолокационных станций (РЛС).

Измерение эффективной площади рассеяния (ЭПР) крупногабаритных объектов (самолетов, танков и т.п.) на открытых полигонах характеризуется большим объемом подготовительных работ, одной из которых является установка объекта измерения на поворотное устройство, и расположение его в измерительном объеме. Например, установка самолета на поворотное устройство в измерительном объеме занимает от шести до десяти часов. При этом в ходе измерений необходимо убирать объект измерения из измерительного объема и заменять его эталонным отражателем для калибровки. По требованиям к измерениям время между снятием объекта и заменой его эталонным отражателем должно быть сокращено до минимума.

Известен способ измерения ЭПР объектов (ТИИЭР, 1965 г., т.53, №8, стр.1051), при котором в каждый момент времени облучают либо объект измерения, либо эталонный отражатель. Для этого устройство вращения выполняют таким, чтобы на нем можно было установить объект измерения и эталон одновременно. При этом в зону облучения попадают попеременно объект измерения и эталонный отражатель.

Недостатком известного способа является невозможность измерения ЭПР крупногабаритных объектов (самолетов, танков и т.п.) из-за практической нереализуемости соответствующего устройства вращения для реальных крупногабаритных объектов.

Известен также способ измерения ЭПР объектов (патент РФ №2217774, МПК 7 G01S 13/00, G01R 29/02, 2003 г.), включающий излучение зондирующего сигнала, измерение мощности Р_m принимаемого отраженного от объекта сигнала и дальности R до объекта, причем производят, по крайней мере, два дополнительных излучения сигнала и измерения мощностей P₁, P₂ принимаемых отраженных сигналов в окрестности направления на объект, вычисление мощности Р_n сигнала, которая соответствует положению максимума диаграммы направленности антенны (ДНА) при независимых флуктуациях сигналов, отраженных от объекта, по формуле

где

P_m - мощность принимаемого сигнала при измерении;

P₁, Р₂ - мощности принимаемых сигналов при двух дополнительных измерениях;

σ_ш ² - мощность собственных шумов;

Δε, Δβ - шаг луча по углу места (ε) и азимуту (β) соответственно, нормированный к соответствующей ширине луча по уровню половинной мощности;

α=5,56 - коэффициент, определяющий крутизну экспоненты, описывающей форму главного луча ДНА,

и вычисления ЭПР объекта по формуле

где P_зс - мощность зондирующего сигнала;

R - дальность до объекта;

G - коэффициент усиления антенны;

λ - длина волны;

P_n - мощность принимаемого отраженного сигнала.

При этом излучение зондирующего сигнала производят с достаточно малой задержкой, исключающей искажения результатов измерения при перемещении объекта.

Недостатком известного способа является отсутствие калибровки по эталонному отражателю и, следовательно, низкая точность измерения ЭПР. Это обусловлено тем, что измерения проводятся в реальных условиях движения объекта измерения, где трудно достичь повторяемости результатов измерения.

Новым техническим результатом является повышение точности измерения ЭПР крупногабаритных объектов предлагаемым способом.

Технический результат достигается за счет того, что в известном способе измерения эффективной площади рассеяния крупногабаритных объектов в полигонных условиях, включающем облучение объекта, измерение мощности отраженного сигнала с помощью радиолокационной станции (РЛС) и запись отраженных сигналов, дополнительно измеряют круговую диаграмму объекта измерения по мощности P_n(φ), установленного на вращающейся платформе, ориентируют объект минимумом диаграммы ЭПР на РЛС, затем в импульсном объеме РЛС между вращающейся платформой и РЛС на дополнительном устройстве вращения размещают эталонный отражатель с известной ЭПР (σ_эт), вращают его, определяют максимум отраженного от эталонного отражателя сигнала, перемещают его относительно объекта измерения на расстояние, большее или равное длине волны облучающего сигнала РЛС, регистрируют уровень мощности векторной суммы сигналов, отраженных от объекта и подвижного эталонного отражателя, выбирают максимальное Р_max и минимальное Р_min значения уровней мощности отраженных сигналов, с помощью которых определяют ЭПР в точке взаимодействия объекта измерения с эталонным отражателем по формуле

а затем вычисляют ЭПР объекта измерения для любого ракурса φ, используя ЭПР в точке взаимодействия σ_вз и мощность взаимодействия Р_вз по формуле

Предлагаемый способ измерения ЭПР объектов позволяет производить калибровку, не убирая объект из зоны измерений. Для этого эталонный отражатель устанавливается на дополнительное устройство вращения, которое, кроме вращения, имеет возможность перемещения по прямой, совпадающей с линией визирования. Размещение эталонного отражателя в одном импульсном объеме с измеряемым объектом обеспечивает волновое взаимодействие отраженных от них эхо-сигналов и, следовательно, интерференционную модуляцию мощности суммарного эхо-сигнала. При этом ЭПР эталонного отражателя σ_эт должна быть сопоставима с ЭПР измеряемого объекта. В этом случае ЭПР в точке взаимодействия σ_вз приближается к ЭПР эталонного отражателя σ_эт. В остальных случаях σ_вз будет меньше σ_эт, что нежелательно из-за возрастающего отношения сигнал/шум при определении σ_вз и может привести к увеличению погрешности измерения. Точка на объекте измерения и мощность Р_вз, в которой определена σ_вз, используется как эталонная, с помощью которой и определяется ЭПР объекта σ_n(φ) при всех ракурсах наблюдения.

Проведенный анализ уровня техники позволяет установить, что техническое решение, характеризующееся совокупностью признаков, идентичных всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, отсутствует, что указывает на соответствие заявляемого изобретения критерию "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными признаками заявляемого способа, показали, что в общедоступных источниках информации не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками. Из уровня техники также не подтверждена известность влияния отличительных признаков заявляемого изобретения на указанный технический результат, следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Предлагаемое техническое решение "Способ измерения ЭПР крупногабаритных объектов в полигонных условиях" промышленно- применимо, так как совокупность характеризующих его признаков обеспечивает возможность его осуществления, работоспособность и воспроизводимость на радиоизмерительных полигонах.

На чертеже представлено устройство, реализующее заявляемый способ измерения ЭПР крупногабаритных объектов в полигонных условиях.

Устройство состоит из РЛС 1, фрагмента диаграммы ЭПР 2, эталонного отражателя 3, вращающейся платформы 4, объекта измерения 5, дополнительного устройства вращения 6, линии визирования 7, причем РЛС 1 находится на некотором удалении от вращающейся платформы 4 (порядка 1 км), которая установлена на уровне земли и на которой размещен объект измерения 5. Вблизи вращающейся платформы 4 установлено дополнительное устройство вращения 6, на которой размещен эталонный отражатель 3.

Устройство, реализующее способ измерения ЭПР крупногабаритных объектов в полигонных условиях, работает следующим образом. На вращающуюся платформу 4 устанавливается объект измерения 5. РЛС 1 излучает зондирующие сигналы в направлении объекта измерения 5, который приводится во вращение посредством вращающейся платформы 4, измеряют мощность отраженных сигналов от объекта измерения 5 (Р_n) в процессе всего оборота поворотной платформы на 360 градусов и в результате получают круговую диаграмму ЭПР объекта по мощности Р_n (фрагмент этой диаграммы показан на чертеже). После этого продолжают вращать объект измерения - 5 до тех пор, пока не сориентируют его минимумом диаграммы ЭПР на РЛС 1, затем в импульсном объеме РЛС 1 между вращающейся платформой 4 и РЛС 1 на дополнительном устройстве вращения 6 размещают эталонный отражатель 3 с известной ЭПР (σ_эт), вращают его, определяют максимум отраженного от эталонного отражателя 3 сигнала, перемещают его относительно объекта измерения 5 на расстояние, большее или равное длине волны облучающего сигнала РЛС 1, регистрируют уровень мощности векторной суммой сигналов, отраженных от объекта измерения 5 и подвижного эталонного отражателя 3, выбирают максимальное Р_max и минимальное P_min значения уровней мощности отраженных сигналов, с помощью которых определяют ЭПР в точке взаимодействия объекта измерения 5 с эталонным отражателем 3 по формуле

Данная формула получается из решения системы уравнений (5) и (6) для взаимодействия двух отражателей

а затем вычисляют ЭПР объекта измерения 5 для любого ракурса φ, используя ЭПР в точке взаимодействия σ_вз и мощность взаимодействия Р_вз по формуле

Использование данного способа измерения ЭПР крупногабаритных объектов в полигонных условиях позволяет повысить точность измерения не менее чем на 4-5 дБ за счет проведения калибровки диаграммы ЭПР по эталонному отражателю. При этом объект находится в стационарном положении и достигается высокая повторяемость результатов измерения. Кроме того, существенно повышается оперативность измерений.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано на открытых радиоизмерительных полигонах. Сущность заявленного способа заключается в облучении объекта измерения, измерении круговой диаграммы объекта измерения, установленного на вращающейся платформе, по мощности, ориентировании его минимумом диаграммы эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) на РЛС, размещении на дополнительном устройстве вращения в импульсном объеме РЛС между вращающейся платформой и РЛС эталонного отражателя с известной ЭПР, вращении его, определении максимума отраженного от эталонного отражателя сигнала, перемещении его относительно объекта измерения на расстояние, большее или равное длине волны облучающего сигнала РЛС, регистрации уровня мощности векторной суммы сигналов, отраженных от объекта и подвижного эталонного отражателя, выборе максимального и минимального значений уровней мощности отраженных сигналов, с помощью которых определяют ЭПР в точке взаимодействия объекта измерения с эталонным отражателем по определенной формуле, и затем вычислении ЭПР объекта измерения. Достигаемым техническим результатом является повышение точности измерения ЭПР за счет проведения калибровки диаграммы ЭПР по эталонному отражателю. 1 ил.

Способ измерения эффективной площади рассеяния (ЭПР) крупногабаритных объектов в полигонных условиях, включающий облучение объекта измерения, измерение мощности отраженного от объекта измерения сигнала с помощью радиолокационной станции (РЛС) и запись отраженных сигналов, отличающийся тем, что дополнительно измеряют круговую диаграмму объекта измерения по мощности Р_n(ϕ), установленного на вращающейся платформе, ориентируют его минимумом диаграммы ЭПР на РЛС, затем в импульсном объеме РЛС между вращающейся платформой и РЛС на дополнительном устройстве вращения размещают эталонный отражатель с известной ЭПР (σ_эт) вращают его, определяют максимум отраженного от эталонного отражателя сигнала, перемещают его относительно объекта измерения на расстояние, большее или равное длине волны облучающего сигнала РЛС, регистрируют уровень мощности векторной суммы сигналов, отраженных от объекта и подвижного эталонного отражателя, выбирают максимальное P_max и минимальное P_min значения уровней мощности отраженных сигналов, с помощью которых определяют ЭПР в точке взаимодействия объекта измерения с эталонным отражателем по формуле а затем вычисляют ЭПР объекта измерения для любого ракурса ϕ, используя ЭПР в точке взаимодействия σ_вз и мощность взаимодействия Р_вз по формуле .