СПОСОБ ОБЗОРА ПРОСТРАНСТВА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК G01S13/00 

Предлагаемые технические решения относятся к области радиолокации и могут быть использованы в обзорных радиолокационных станциях (РЛС) с «карандашным» лучом с размером Δβ по азимуту и Δε по углу места.

Известно, что количество разрешаемых угловых направлений, которые осматривает обзорная РЛС, определяется в виде:

где ΔВ, ΔЕ - размеры осматриваемой области пространства по азимуту и углу места соответственно.

Если период обзора осматриваемой области пространства равен Т, а частота излучения зондирующих сигналов F, то среднее количество зондирований, приходящееся на одно угловое направление, равно:

Для современной обзорной РЛС S-диапазона входящие в (2) параметры могут иметь следующие значения: F=400 Гц, Т≤10 с, ΔВ=360°, ΔЕ=60-80°, Δβ, Δε≤2°, при этом из (1) следует n_з≤0.75. Положение еще более обостряется, когда появляются обнаруженные цели, поскольку для их сопровождения необходимо затрачивать каждый период обзора число зондирующих сигналов существенно больше одного.

Таким образом, для современных обзорных РЛС S-диапазона с «карандашным» лучом существует проблема «импульсного голода», когда РЛС не может зондировать каждый период обзора, каждое угловое направление хотя бы одним зондирующим сигналом.

При этом следует отметить, что требованиями к современным обзорным РЛС S-диапазона предусмотрена возможность обнаружения и сопровождения лишь нескольких сот целей, одновременно находящихся в зоне ответственности РЛС. Это означает, что для рассмотренного примера из М≥5000 разрешаемых угловых направлений лишь в малой их доле содержатся цели, а остальные направления являются «пустыми» (направления, в которых вероятность наличие целей ниже пороговой, т.е. считают, что цель отсутствует). Это обстоятельство дает один из путей решения проблемы дефицита зондирующих сигналов - нужно выявить «пустые» на данный момент времени угловые направления и зондировать их с эпизодическими пропусками, т.е. при n<1 за - обзоров просматривать «пустое» направление в среднем один раз.

Известны способы обзора пространства, в которых проблема дефицита зондирующих сигналов может быть решена за счет исключения из осмотра РЛС отдельных зон или их угловых направлений.

Так, известен способ контроля воздушного пространства, заключающийся в его обзоре с помощью РЛС, в котором 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 (патент РФ №2215303).

В известном способе «пустые» направления зоны определяют по отсутствию энергии внешних РЭС, и проблема «импульсного голода» решается за счет сокращения числа осматриваемых с помощью РЛС направлений в тех частях зоны пространства, в которых обеспечивается надежный прием отраженной им объектом энергии внешних РЭС.

Недостаток способа состоит в том, что для его реализации необходимо, чтобы в зоне обзора РЛС стабильно работали внешние РЭС, причем необходимо знать границы их действия. Поэтому этот способ может быть полезен как дополнение к способу последовательного обзора зоны пространства РЛС.

В качестве аналогичного дополнения может быть полезен способ по патенту РФ №2208812, в котором проблема «импульсного голода» решается за счет использования системы активного ответа, в том числе сопредельных государств. Недостаток этого способа в том, что он неприемлем в случае, если цель не будет отвечать на запрос.

Эти два аналога, в которых осуществляют пропуск в осмотре отдельных частей зоны могут служить прототипом для отдельных вариантов заявляемого способа.

Наиболее близкий способ обзора пространства основан на последовательном осмотре зондируемых направлений с использованием двух порогов обнаружения и заключается в вычислении суммы коэффициентов правдоподобия. Переход в следующее направление зоны обзора происходит, как только указанная сумма превысит заданный верхний порог или станет ниже нижнего порога. В первом случае фиксируется факт наличия цели, во втором - факт ее отсутствия (Теоретические основы радиолокации. / Под ред. В.Е.Дулевича, М., Сов. радио, 1978, стр.212-213).

Наиболее близкий способ обзора позволяет более оптимально расходовать энергию РЛС - увеличивать ее в направлениях, где вероятность наличия цели больше, за счет сокращения ее в направлениях с меньшей вероятностью ее появления. Это достигается за счет автоматического перераспределения времени между «сигнальными» направлениями (направлениями, где более вероятно наличие цели) и «пустыми» направлениями зоны обзора (Теоретические основы радиолокации. / Под ред. В.Е.Дулевича, М., Сов. радио, 1978, стр.214). Но в каждом направлении при каждом осмотре энергия должна быть излучена, хотя и в разных соотношениях.

Недостатки наиболее близкого способа заключаются в следующем.

Поскольку «время задержки луча в каждой позиции, а следовательно, и время одного цикла обзора всей рабочей зоны (период обзора) являются случайными величинами» (Теоретические основы радиолокации. / Под ред. В.Е.Дулевича, М., Сов. радио, 1978, стр.213), то невозможно прогнозировать величину периода обзора пространства. Переменный, случайным образом изменяющийся период обзора для РЛС рассматриваемого типа не всегда оказывается приемлемым, поскольку не позволяет в общем случае осуществлять экстраполяцию положения целей с требуемой точностью.

Главным же недостатком является то, что в каждое угловое направление, в каждом периоде обзора нужно излучать несколько зондирующих сигналов. Это происходит потому, что решение о том «пустое» направление или нет принимают в текущем его осмотре после некоторых затрат энергии. Таким образом, способ решает проблему «импульсного голода» путем задержки луча в осматриваемом направлении, т.е. за счет снижения темпа обзора пространства и потому не может быть применен в РЛС с высоким темпом обзора пространства, при котором среднее число зондирующих сигналов на одно направление меньше единицы.

Заявляемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков. Решаемой задачей (техническим результатом), таким образом, является устранение проблемы «импульсного голода» в обзорных РЛС при сохранении заданного темпа обзора.

Цель достигается тем, что в среднем за n>1 периодов осмотра зоны тратят одно зондирование на i-e «пустое» направление, т.е. n-1 периодов осмотра пропускают его. При этом информацию о том, что «пустая» зона или нет извлекают из анализа уровня сигналов, не достигших порога обнаружения (то есть из уровня шумов), в том числе за пределами заданных рубежей обнаружения целей; для контроля направлений, в которых пропущено зондирование, при необходимости привлекают дополнительную информацию.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе радиолокационного обзора зоны пространства, основанном на последовательном осмотре угловых направлений, пропускают n≥1 очередных осмотров углового направления, в котором при предшествующем осмотре не был обнаружен сигнал, превышающий уровень, устанавливаемый ниже порога обнаружения на всех участках дальности или ниже порога обнаружения, устанавливаемого на участках дальности, расположенных дальше заданного рубежа обнаружения цели, а во всех остальных участках дальности - равный порогу.

Указанный технический результат достигается тем, что

- величину уровня устанавливают на основании расчета допустимой вероятности ошибочного зондирования углового направления, в которых отсутствует цель;

- уровень устанавливают перед очередным осмотром зоны или ее части на основании расчета имеющегося количества зондирующих сигналов для осмотра зоны;

- число пропусков n устанавливают в зависимости от величины интервала времени, в котором вероятность появления новой цели на заданном рубеже обнаружения не выше допустимого уровня;

- зондирование соседних угловых направлений при прочих равных условиях пропускают поочередно;

- первый или еще и каждый N-й (N>1) обзор выполняют за время, обеспечивающее осмотр каждого разрешаемого углового направления.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе радиолокационного обзора зоны пространства, основанном на эпизодическом попуске зондирования отдельных угловых направлений, согласно изобретению направления, зондирование которых пропущено, осматривают в пассивном режиме в частотном диапазоне внешних РЭС, и в случае обнаружения в осматриваемом угловом направлении сигналов внешних РЭС, осуществляют очередное его зондирование.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе радиолокационного обзора зоны пространства, основанном на допуске зондирования отдельных угловых направлений, согласно изобретению в направления, зондирование которых пропущено, излучают запросные сигналы систем активного ответа одной или нескольких стран, и в случае обнаружения в осматриваемом угловом направлении ответного сигнала осуществляют очередное его зондирование РЛС.

Суть заявляемого технического решения заключается в следующем.

При обнаружении сигнала по критерию Неймана-Пирсона порог обнаружения устанавливают так, чтобы вероятность превышения его шумом (вероятность ложной тревоги) было очень малой (10^-6 и менее), поскольку ложное обнаружение цели приводит не только большим затратам средств, но и к отвлечению боевых средств от реальных целей.

В заявляемом способе ошибочное принятие «пустого» направления за направление, содержащее цель, приведет к напрасному зондированию этого направления. Причем, если вероятность превышения шумом установленного уровня для определения «пустого» направления равна Р, а общее число разрешаемых угловых направлений М, то в среднем за один период обзора будет ошибочно принято Р·М «пустых» направлений за направления, содержащие цель. И это, например, при М~5000 зондирующих сигналов и при значении Р=0.1 приведет к напрасному расходу 500 зондирующих сигналов, что составит небольшую долю от общего их количества. Это означает, что решение о том, что «пустое» направление или нет можно принимать с вероятностью ложной тревоги Р>>10^-6, то есть на основе анализа уровня шумов (по критерию Неймана-Пирсона все, что ниже порога обнаружения принимается за шум). При этом измерение уровня сигнала (шумов) проводят на определенных участках дальности, например, удаленных на расстояние ΔD от охраняемого объекта или в общем случае от установленного рубежа обнаружения определенного класса целей. Таким образом, величина уровня, по результатам сравнения с которым сигнала принимают решение о том, что направление «пустое», устанавливают исходя из допустимой вероятности ошибочного зондирования «пустого» направления или исходя из допустимого количества ошибочных зондирований «пустых» направлений, а это количество выбирают таким, чтобы была возможность осмотреть все «не пустые» направления. Поэтому при возникновении «импульсного голода» за счет пропуска зондирований «пустых» направлений может быть сохранен заданный темп обзора. Пропуск n>1 очередных осмотров i-го углового направления, в котором в предшествующем осмотре не был обнаружен сигнал, превышающий установленный уровень, означает, что следующий осмотр i-го углового направления осуществляют через n очередных осмотров, выполняемых в угловых направлениях, в которых был обнаружен такой сигнал, в том числе, например, в (i-1)-м и в (i+1)-м. Эту операцию осуществляют в n очередных осмотрах путем переброса луча из (i-1)-го в (i+1)-e угловое направление, пропуская i-e направление.

При этом в отличие от прототипа решение о том, что «пустое» направление или нет принимают не в процессе текущего осмотра углового направления, а после осмотра ряда направлений, когда известны результаты осмотра одной или всех зон. Это позволяет перед очередным осмотром зоны, когда уже известно, сколько имеется всего зондирующих сигналов, определить сколько можно их потратить на осмотр направлений, в которых ранее не была обнаружена цель (за вычетом числа зондирующих сигналов, требуемых для сопровождения целей, находящихся в зоне, число которых случайно). То есть решение о том, какие направления «пустые», можно принимать перед очередным осмотром зоны на основе сравнения уровня сигналов (шумов), измеренных в предшествующий период осмотра угловых направлений зоны. Это позволяет выбрать для зондирования направления с наибольшим уровнем сигналов (шумов), измеренных, например, на участках дальности, удаленных на расстояние ΔD от установленного рубежа обнаружения, а по всем остальным направлениям зоны сохранить решение, что они «пустые». Это дает возможность перед осмотром зоны устанавливать уровень в зависимости от количества имеющихся зондирующих сигналов для осмотра зоны, а по направлениям, по которым сохранено решение, что они «пустые», определять допустимую величину n пропусков в их зондировании. Поскольку величина ΔD известна, то можно прогнозировать величину интервала времени, через который предполагаемая цель достигнет заданного рубежа обнаружения, если она находится еще вне интервала дальности ΔD. Скорость такой цели может быть спрогнозирована на основе предположений о классе целей, которые могут находиться в осматриваемом угловом направлении (в зависимости от высоты осматриваемой части зоны).

В зависимости от вычисленного интервала времени может быть определена допустимая величина n пропусков в зондировании направлений, по которым сохранено решение, что они «пустые».

Необходимо отметить еще одно преимущество по сравнению со способом-прототипом. Поскольку число обнаруженных целей в каждой зоне случайно, то и число зондирующих сигналов, которые можно потратить на эпизодический осмотр «пустых» направлений зоны, тоже случайно. Но это не приводит к случайному изменению периода обзора, как в способе-прототипе, за счет того, что перед очередным осмотром зоны, исходя из имеющего наличия зондирующих сигналов, устанавливают уровень, по которому принимают решение о том, что направление «пустое».

Если анализ уровня шумов осуществляют на участке дальности, расположенном за рубежами обнаружения, то решение о том, что направление «пустое», не может быть принято, если в интервале дальности до рубежа обнаружения обнаружена цель, поэтому в этом интервале дальности уровень устанавливают равным порогу обнаружения.

Перед началом работы РЛС целесообразно первый обзор пространства или еще и каждый N-й (N>1) обзор (при наличии возможности) осуществлять за время, достаточное для просмотра всех угловых направлений, чтобы получить начальную информацию об уровне сигнала (шума) за пределами рубежей обнаружения. Кроме того зондирование соседних угловых направлений при прочих равных условиях целесообразно пропускать поочередно, поскольку очередные угловые направления могут частично перекрываться.

Чтобы снизить вероятность пропуска целей в «пустых» направлениях, в момент, когда их зондирование пропущено, эти направления осматривают в пассивном режиме в диапазоне внешних РЭС.

Целесообразность этого способа обосновывается, например, тем, что воздушные цели, особенно высокоскоростные и низколетящие, при движении должны периодически включать бортовые РЭС для предотвращения столкновения с другими целями или с местными предметами. Кроме того, при современном уровне насыщенности территорий радиолокационными станциями каждая цель с достаточно большой частотой облучается их сигналами. И если при осмотре углового направления в пассивном режиме принят сигнал внешнего РЭС, то это означает, что это направление перестало быть «пустым».

Аналогично могут быть использованы все известные сигналы активного ответа, в том числе системы опознавания. В мирное время или в случае локальных конфликтов цели при пролете территории сопредельных государств должны отвечать на запросы наземных или самолетных запросчиков.

Последние два способа могут применяться во всех других способах, где допускаются пропуски в зондировании угловых направлений, но как вспомогательные, поскольку они не могут гарантировать надежное обнаружение целей из-за неконтролируемой работы внешних РЭС и бортовых ответчиков систем активного ответа.

Из изложенного следует, что путем эпизодического пропуска в зондировании угловых направлений, по которым на основании анализа уровня шумов принимают решение о том, что они «пустые», можно обеспечить обзор зоны пространства с заданным темпом, при котором количество зондирующих сигналов оказывается меньше, чем число угловых направлений, т.е. решить проблему «импульсного голода» в обзорных РЛС. Этим достигается заявленный технический результат.

Изобретения относятся к области радиолокации и могут быть использованы в обзорных радиолокационных станциях (РЛС) с «карандашным» лучом размером Δβ по азимуту и Δε по углу места. Достигаемым техническим результатом является устранение проблемы «импульсного голода» в обзорных РЛС при сохранении заданного темпа обзора. Технический результат достигается за счет того, что при последовательном осмотре угловых направлений, пропускают n≥1 очередных осмотров углового направления, в котором при предшествующем осмотре не был обнаружен сигнал, превышающий уровень, устанавливаемый ниже порога обнаружения на всех участках дальности или ниже порога обнаружения, устанавливаемого на участках дальности, расположенных дальше заданного рубежа обнаружения цели, а во все остальных участках дальности - равный порогу; величину уровня устанавливают на основании расчета допустимой вероятности ошибочного зондирования углового направления, в которых отсутствует цель. Рассмотрены также варианты установления уровня сигнала обнаружения и числа пропусков осмотров углового направления. Направления, зондирование которых пропущено, осматривают в пассивном режиме в частотном диапазоне внешних РЭС, и в случае обнаружения в осматриваемом угловом направлении сигналов внешних РЭС, осуществляют очередное его зондирование; в направления, зондирование которых пропущено, излучают запросные сигналы систем активного ответа одной или нескольких стран, и в случае обнаружения в осматриваемом угловом направлении ответного сигнала осуществляют очередное его зондирование РЛС. 3 н. и 5 з.п. ф-лы.

1. Способ радиолокационного обзора зоны пространства, основанный на последовательном осмотре угловых направлений, отличающийся тем, что пропускают n≥1 очередных осмотров углового направления, в котором при предшествующем осмотре не был обнаружен сигнал, превышающий уровень, устанавливаемый ниже порога обнаружения на всех участках дальности или ниже порога обнаружения, устанавливаемого на участках дальности, расположенных дальше заданного рубежа обнаружения цели, а во все остальных участках дальности - равный порогу.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину уровня устанавливают на основании расчета допустимой вероятности ошибочного зондирования углового направления, в котором отсутствует цель.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что уровень устанавливают перед очередным осмотром зоны или ее части на основании расчета имеющегося количества зондирующих сигналов для осмотра зоны.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что число пропусков n устанавливают в зависимости от величины интервала времени, в котором вероятность появления новой цели на заданном рубеже обнаружения не выше допустимого уровня.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что зондирование соседних угловых направлений при прочих равных условиях пропускают поочередно.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что первый или еще и каждый N-й (N>1) обзор выполняют за время, обеспечивающее осмотр каждого разрешаемого углового направления.

7. Способ радиолокационного обзора зоны пространства, основанный на пропуске зондирования отдельных угловых направлений, отличающийся тем, что направления, зондирование которых пропущено, осматривают в пассивном режиме в частотном диапазоне внешних РЭС, и в случае обнаружения в осматриваемом угловом направлении сигналов внешних РЭС, осуществляют очередное его зондирование.

8. Способ радиолокационного обзора зоны пространства, основанный на пропуске зондирования отдельных угловых направлений, отличающийся тем, что в направления, зондирование которых пропущено, излучают запросные сигналы систем активного ответа одной или нескольких стран и в случае обнаружения в осматриваемом угловом направлении ответного сигнала осуществляют очередное его зондирование РЛС.