СПОСОБ ЭЛЕКТРОННОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ЗОНЫ ОБЗОРА РЛС Российский патент 2009 года по МПК G05D3/00 

Изобретение относится к радиолокации и может применяться для электронной стабилизации зоны обзора корабельных РЛС в угломестной плоскости в условиях качек корабля.

Анализ функционирования корабельных РЛС показывает, что во время качки станция с нестабилизированным по качкам антенным постом имеет значительно меньшую дальность обнаружения низколетящих воздушных и надводных целей, а при углах качки, близких к максимальным, наблюдаются пропуски в обнаружении целей.

Известна система стабилизации антенны мобильной радиолокационной системы обнаружения, которая используется для стабилизации положения луча диаграммы направленности (ДН) антенны за счет компенсации динамической ошибки запаздывания следящего привода (патент РФ №2058578). Система стабилизации построена по принципу косвенной стабилизации, при котором стабилизируется положение луча ДН антенны, а не основания, на котором установлена антенна. Система содержит датчики угла наклона поперечной и продольной осей основания антенны, датчик азимутального положения, функциональный преобразователь координат, следящий привод, дифференцирующее устройство, задатчик времени запаздывания, множительное устройство, сумматор, задатчик коэффициента передачи и масштабный усилитель. Управляющее воздействие положением луча формируется блоком функционального преобразования координат. Блок реализует функциональную зависимость, получаемую на основании теории линейных преобразований и линейных пространств.

Известен способ наведения и стабилизации приборов, расположенных на качающемся основании, и устройство для его осуществления (патент РФ №2090922), заключающийся в том, что измеряют качки и осуществляют перемещение привода наведения в соответствии с заданным сигналом управления, измеренными качками и сигналом компенсации ухода оси чувствительности измерителя качек.

В указанных изобретениях осуществляется электромеханическая стабилизация антенного поста. Наличие приводов качек существенно (в 2-3 раза) увеличивает массу антенного поста.

Известен способ электронной стабилизации диаграммы направленности (ДН) антенны РЛС, согласно которому устройство формирования управляющих воздействий вырабатывает сигналы управления, поступающие на блок электронного формирования ДН и корректирует их, обеспечивая стабильное положение в пространстве одного широкого луча, перекрывающего заданную зону обзора (Самойлов Л.К., «Электронное управление характеристиками направленности антенн». Ленинград. Судостроение. 1987, стр.8, 10, 20, 21). Формирование управляющих воздействий связано с дополнительными вычислениями, что усложняет аппаратуру и служит источником дополнительных погрешностей.

Известна двухкоординатная РЛС с широким, на всю зону обзора, лучом (патент US №4649390), имеющая второй канал с узким лучом в угломестной плоскости, который управляется широким лучом от первого канала. В части управления сканированием данное изобретение можно признать наиболее близким к предлагаемому техническому решению.

Задача изобретения состоит в разработке способа электронной стабилизации зоны обзора РЛС.

Техническим результатом при реализации предлагаемого изобретения является обеспечение стабилизации зоны обзора РЛС в условиях качек корабля, повышение точности измерения координат надводных целей, уменьшение пропусков в обнаружении целей, уменьшение массы антенного поста и возможность его использования на небольших кораблях.

Для достижения указанного технического результата в предлагаемом способе от РЛС получают значения скорости вращения антенны, курсового угла антенны и температуры окружающей среды. От системы инерциальной навигации и стабилизации получают значения углов килевой и бортовой качек, значения угловых скоростей килевой и бортовой качек и курса корабля, кроме того, задают нескорректированные значения пеленга, углов места и номера лучей, а также последовательность их выбора. На основании полученных данных производят выбор ближайшего к горизонту луча, значение угла места которого положительно в неподвижной системе координат, связанной с землей (неподвижная система координат), после чего осуществляют выбор остальных лучей, расчет их углов места и пеленга, а также преобразование из подвижной системы координат, связанной с кораблем (подвижная система координат), в неподвижную систему координат. Скорректированные значения углов места, пеленга и номеров лучей передают на устройство обработки и отображения информации для отображения информации на экранах мониторов рабочих мест операторов, на устройство отображения и управления режимами для осуществления управления и контроля работой РЛС, а на передающее устройство передают номера лучей для формирования частоты излучаемого сигнала.

В предлагаемом изобретении применено частотное управление лучом, которое происходит без управляемых элементов на антенне, что позволяет снизить массу антенного поста и использовать его на небольших кораблях. Благодаря электронному управлению лучом по углу места и приведению измеренных координат цели к горизонтальной плоскости антенна обладает электронной стабилизацией зоны обзора относительно корабля.

При качках для определения угла места луч должен быть узким. Антенная решетка позволяет осуществить формирование узкого (карандашного) луча для обеспечения необходимой точности определения угломестной координаты и электронной стабилизации зоны обзора РЛС. При узком луче для закрытия заданной зоны обзора направляют группу лучей, что эквивалентно стабилизации заданной зоны обзора. Расстановку лучей производят с запасом вниз и вверх. При проектировании РЛС для обеспечения необходимой точности определения угломестной координаты задается ширина луча, число лучей, значения пеленга, углов места и номера лучей, а также последовательность их выбора (программа сканирования) для перекрытия зоны обзора в угломестной плоскости с запасом на максимальную качку корабля.

В предлагаемом способе входной информацией для стабилизации зоны обзора РЛС являются данные от системы инерциальной навигации и стабилизации, а также от РЛС, антенная система которой формирует узкий луч и обеспечивает его электронное сканирование в угломестной плоскости.

От системы инерциальной навигации и стабилизации получают углы килевой и бортовой качек, значения угловых скоростей килевой и бортовой качек и курса корабля. От РЛС получают значения скорости вращения станции, курсового угла антенны и температуру окружающей среды. Дополнительной информацией являются нескорректированные значения углов места лучей, пеленга и номера лучей, а также последовательность их выбора, заданные при проектировании РЛС.

Дальнейшее решение задачи электронной стабилизации зоны обзора РЛС можно разбить на несколько этапов. Сначала находят луч, у которого положительное значение угла места в неподвижной системе координат ближайшее к нулю, назовем этот луч «нижним». Затем осуществляют выбор лучей согласно программе сканирования с учетом «нижнего» луча и в завершение производят преобразование полученных значений угла места и пеленга из подвижной системы координат в неподвижную систему координат.

На первом этапе необходимо определить скорректированный угол места луча (ε_К) в подвижной системе координат, значение которого в неподвижной системе координат равно нулю. Курсовой угол антенного поста (q_п) измеряют в подвижной системе координат и рассчитывают по формуле:

где t - время поворота, ω - угловая скорость антенного поста.

Далее находят неизвестный скорректированный курсовой угол q в неподвижной системе координат по формуле:

где q_п - курсовой угол антенного поста в подвижной системе координат, Δq -коррекция по пеленгу в неподвижной системе координат, вызванная качками корабля.

Для расчета скорректированного угла места луча ε_К в подвижной системе координат используют формулу

где ε - угол места луча в неподвижной системе координат

Угол места луча ε_К является пересечением вертикальной плоскости, проходящей в подвижной системе координат через нормаль антенны, и водной поверхности. Из исходных данных выбирают луч, ближайший к ε_К по превышению. Рассчитывают скорректированный курсовой угол q выбранного луча и с учетом скорректированного курсового угла уточняют выбор «нижнего» луча. Затем находят угловые координаты лучей согласно программе сканирования с пересчетом в неподвижную систему координат.

Далее решают обратную задачу: по известным угловым координатам луча в подвижной системе координат (это курсовой угол антенного поста в подвижной системе координат, угол места луча и поправка по пеленгу, соответствующие исходным данным) находят угловые координаты этого луча в неподвижной системе координат.

Вычислив обратную тригонометрическую функцию arcsin, получим формулу расчета угла места луча в неподвижной системе координат

После того как был найден неизвестный угол места луча ε в неподвижной системе координат, находят скорректированный курсовой угол луча в неподвижной системе координат.

Скорректированный курсовой угол определяется уравнением:

где ψ_г - угол килевой качки в угломестной плоскости, Θ - угол бортовой качки в плоскости шпангоута.

Вычислив обратную тригонометрическую функцию arctg, найдем курсовой угол луча в неподвижной системе координат.

Как следует из изложенного, сначала находят скорректированный угол места луча по формуле (3) в подвижной системе координат, значение которого в неподвижной системе координат равно нулю. Потом выбирают луч, ближайший по превышению к полученному ε_К - это «нижний» луч. После этого осуществляют выбор лучей согласно программе сканирования с учетом «нижнего» луча, а в завершение производят пересчет из подвижной системы координат в неподвижную систему координат значения угла места луча по формуле (5) и пеленга по формуле (7).

Скорректированные значения углов места, пеленга и номеров лучей передают на устройство обработки и отображения информации для отображения информации на экранах мониторов рабочих мест операторов и на устройство отображения и управления режимами для осуществления управления и контроля за работой РЛС. Кроме того, номера лучей передают на передающее устройство для формирования частоты излучаемого сигнала.

Таким образом, зона обзора по углу места стабилизируется с заданной при проектировании РЛС точностью. При этом измерение координат целей производится с учетом реального расположения лучей по углу места, что позволяет повысить точность измерения координат воздушных и надводных целей и уменьшить пропуски в обнаружении целей.

Изобретение относится к области приборостроения и может примениться для электронной стабилизации зоны обзора корабельных РЛС. Технический результат - повышение точности. Для достижения данного результата входной информацией для стабилизации зоны обзора РЛС являются данные от системы инерциальной навигации и стабилизации, а также от РЛС. При этом антенная система формирует узкий луч и обеспечивает его электронное сканирование в угломестной плоскости. Определяют скорректированный угол места луча в подвижной (связанной с кораблем) системе координат.

Выбирают луч, ближайший по превышению к полученному ε_K - «нижний» луч. После этого осуществляют выбор лучей согласно программе сканирования с учетом «нижнего» луча. В завершение производят пересчет из подвижной системы координат в неподвижную систему координат значения угла места луча и пеленга.

Способ электронной стабилизации зоны обзора РЛС, характеризующийся тем, что сначала задают нескорректированные значения пеленга, углов места и номеров лучей, а также последовательность их выбора, затем от РЛС получают значения скорости вращения антенны, курсового угла антенны и температуры окружающей среды, а от системы инерциальной навигации и стабилизации получают значения углов килевой и бортовой качек, значения угловых скоростей килевой и бортовой качек и курса корабля, затем производят выбор ближайшего к горизонту луча, значение угла места которого положительно в неподвижной системе координат, связанной с землей, после чего осуществляют выбор остальных лучей, расчет их углов места и пеленга, а также преобразование полученных значений из подвижной системы координат, связанной с кораблем, в неподвижную систему координат, связанную с землей, после чего производят передачу скорректированных значений углов места, пеленга и номеров лучей на устройство обработки и отображения информации, где отображают информацию на экранах мониторов рабочих мест операторов, и на устройство отображения и управления режимами, где осуществляют управление и контроль за работой РЛС, а на передающее устройство передают номера лучей и формируют частоту излучаемого сигнала.