СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОБЗОРНОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ ОТ ПАССИВНЫХ ПОМЕХ В ВИДЕ ОТРАЖЕНИЙ ОТ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2010 года по МПК G01S13/00 

Заявляемые технические решения относятся к области радиолокации, в частности к области защиты обзорных радиолокационных станций (РЛС) с узким («карандашным») лучом от отражений от земной поверхности в условиях сверхрефракции.

Сверхрефракция - явление, заключающееся в возникновении вблизи поверхности земли волноводного канала с аномально высокой дальностью распространения радиоволн. Обычно является источником дополнительных помех радиолокационному наблюдению (Теоретические основы радиолокации. Под ред. В.Е.Дулевича. - М.: Сов. радио, 1978, с.415-416). Наблюдается чаще всего летом над морем или степью, особенно в утренние часы, когда нижние слои воздуха более охлаждены и насыщены влагой, чем верхние. При сверхрефракции сигналы, отраженные объектами, находящимися на больших дальностях, а также поверхностью земли, обнаруживаются азимутальными и угломестными боковыми лепестками ДНА, при этом образуются длинные азимутальные и угломестные последовательности отражений протяженностью до нескольких десятков градусов в одних и тех же дискретах по дальности (фиг.1). Большое количество отражений приводит к перегрузке системы обработки радиолокационной информации в РЛС и, как следствие, к резкому уменьшению ее пропускной способности.

Известным средством защиты от пассивных помех в виде отражений от земной поверхности является метод селекции движущейся цели (СДЦ), основанный на различии радиальной скорости цели и источников пассивных помех. В этом методе подавляются принятые сигналы, мало изменяющиеся от периода к периоду (отраженные от неподвижных и медленно движущихся объектов), и выделяются сигналы, изменяющиеся более значительно (отраженные от движущихся целей) (Теоретические основы радиолокации. Под ред. В.Е.Дулевича. - М.: Сов. радио, 1978, с.464-484).

Известная РЛС, реализующая известный способ защиты от пассивных помех, содержит устройство селекции движущихся целей (СДЦ), включающее схему синхронизации, схему дифференциальной автоматической регулировки усиления, два усилителя, два амплитудных детектора, схему вычитания (Теоретические основы радиолокации. Под ред. В.Е.Дулевича. - М.: Сов. радио, 1978, с.469-473).

Недостаток известных технических решений состоит в том, что в каждом направлении луча требуется несколько зондирующих сигналов. Поскольку времени (количества зондирований) для защиты таким способом всей зоны обзора в обзорных РЛС нет, то СДЦ применяют, как правило, только в нижней части зоны обзора до высоты облаков 5-8 км и на дальности не более 200 км. Так как отражения при сверхрефракции могут наблюдаться и на высотах более 8 км, то применение СДЦ для защиты от них в указанных РЛС оказывается невозможным.

Наиболее близким к заявляемому является способ защиты обзорной РЛС от пассивных помех в виде отражений от земной поверхности, включающий последовательное дискретное перемещение луча в зоне обзора по угломестным столбцам с одновременным его перемещением по азимуту, излучение зондирующих сигналов в направлениях зоны обзора, анализ обнаруженных сигналов оператором РЛС и исключение их скоплений из дальнейшей обработки (бланкирование) (Ангельский Р.Д., Шестов И.В. Отечественные зенитные ракетные комплексы: Иллюстрированный справочник / Р.Д.Ангельский. - М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ», 2002. - 256 с.: ил. - (Военная техника), с.150-151).

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является РЛС (фиг.2), содержащая передатчик 1, антенный переключатель 2, антенну 3, приемник 4, синхронизатор 5, индикаторное устройство 6, при этом выход передатчика 1 соединен со входом антенного переключателя 2, вход/выход которого соединен с антенной 3, выход антенного переключателя 2 соединен со входом приемника 4, выход приемника 4 и координатный выход антенны 3 соединены соответственно с первым и вторым входами индикаторного устройства 6, первый и второй выходы синхронизатора 5 соединены с синхровходами передатчика 1 и индикаторного устройства 6 соответственно (Теоретические основы радиолокации. Под ред. Я.Д.Ширмана. - М.: Сов. радио, 1970, с.221, рис.5.4).

Работа РЛС, наиболее близкой к заявляемой, происходит следующим образом. В передатчике 1 по командам синхронизатора 5 (импульсам синхронизации) формируются зондирующие сигналы, которые в процессе обзора пространства с помощью антенны 3 излучаются в пространство. Отраженные сигналы принимаются антенной 3, поступают в приемник 4, где производится их обнаружение и усиление. Сигналы с выхода приемника 4 и сигналы, пропорциональные угловым координатам луча антенны 3, с координатного выхода антенны 3 поступают соответственно на первый и второй входы индикаторного устройства 6, где отображаются. Полученные сигналы затем дополнительно обрабатываются, например, для уточнения координат целей и/или для сопровождения их траекторий. Сигналы в области их чрезмерного скопления по команде оператора РЛС, наблюдающего радиолокационную обстановку на экране индикаторного устройства, для уменьшения нагрузки на систему обработки радиолокационной информации РЛС могут исключаться из дальнейшей обработки (бланкироваться).

Поскольку в наиболее близких технических решениях границы области бланкирования устанавливаются оператором РЛС визуально, а значит, весьма приблизительно, то области бланкирования, охватывающие обнаруженные скопления отражений при сверхрефракции, как правило, оказываются значительных размеров. Пропуски сигналов от целей в областях бланкирования больших размеров также оказываются значительными.

Таким образом, недостатком наиболее близких технических решений является высокая вероятность пропуска сигналов от целей в условиях сверхрефракции.

Решаемой задачей (техническим результатом), таким образом, является уменьшение бланкируемой области зоны обзора РЛС в условиях сверхрефракции и уменьшение вследствие этого вероятности пропуска сигналов от целей.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе защиты обзорной РЛС от пассивных помех в виде отражений от земной поверхности, включающем последовательное дискретное перемещение луча в зоне обзора по угломестным столбцам с одновременным его перемещением по азимуту, согласно изобретению принимают решение о том, что сигналы, обнаруженные в положениях луча выше заданного значения угла места ε₀, являются отражениями от земной поверхности при сверхрефракции, и их исключают из дальнейшей обработки, если они расположены не менее чем в N_ε положениях луча одного угломестного столбца, в одном интервале по дальности, не менее чем в K из N последовательных обзоров зоны, где N≥1, величину N_ε задают исходя из заранее определенного количества положений луча в столбце с обнаруженными сигналами, которое с заданной вероятностью соответствует условиям сверхрефракции, величину интервала по дальности задают исходя из количества дискрет по дальности, которые занимает зондирующий сигнал, величины K и N задают исходя из степени флюктуации сигналов при сверхрефракции, определяемой как количество перемещений сигналов из одной дискреты по дальности в другую от обзора к обзору.

Указанный технический результат достигается также тем, что:

- значение угла места ε₀ задают равным нижней границе зоны обзора РЛС по углу места;

- значение угла места ε₀ задают равным верхней границе зоны действия других средств защиты РЛС от пассивных помех по углу места;

- в качестве других средств защиты от пассивных помех в нижних положениях луча зоны обзора применяют селекцию движущихся целей;

- значение угла места ε_o задают по командам оператора РЛС;

- при нефлюктуирующих сигналах при сверхрефракции величины K и N задают равными 1;

- при флюктуирующих сигналах при сверхрефракции величины K и N задают равными 2 и 3 соответственно;

- принимают решение о том, что обнаруженные сигналы являются отражениями от земной поверхности при сверхрефракции, и их исключают из дальнейшей обработки в положениях луча столбца зоны обзора РЛС, если сигналы дополнительно обнаружены в нижнем положении луча этого столбца;

- величину N_ε задают равной наибольшему количеству сигналов в столбце зоны обзора РЛС, которое возможно обработать системой обработки информации РЛС.

Указанный технический результат достигается также тем, что в радиолокационной станции, содержащей передатчик, антенный переключатель, антенну, приемник, синхронизатор, при этом выход передатчика соединен со входом антенного переключателя, вход/выход которого соединен с антенной, выход антенного переключателя соединен со входом приемника, первый выход синхронизатора соединен с синхровходом передатчика, согласно изобретению введены запоминающее устройство обнаруженных сигналов и блок автоматического бланкирования обнаруженных сигналов при сверхрефракции, при этом первый и второй входы запоминающего устройства обнаруженных сигналов соединены соответственно с выходом приемника и координатным выходом антенны, N_c выходов запоминающего устройства обнаруженных сигналов соединены с N_c входами блока автоматического бланкирования обнаруженных сигналов при сверхрефракции, где N_c равно максимальному количеству сигналов, которые могут быть обнаружены в одном столбце зоны обзора РЛС, синхровход запоминающего устройства соединен со вторым выходом синхронизатора, выход блока автоматического бланкирования обнаруженных сигналов при сверхрефракции является выходом сигналов для их дальнейшей обработки.

Суть заявляемых технических решений заключается в следующем.

В качестве основного условия бланкирования в зоне обзора РЛС используется условие, основанное на свойстве отражений при сверхрефракции: отраженные сигналы при сверхрефракции обнаруживаются в одном интервале по дальности в разных положениях луча одного угломестного столбца зоны обзора РЛС. Интервал по дальности включает одни и те же дискреты по дальности для каждого положения луча столбца. При этом обнаружение сигналов в разных положениях луча столбца может происходить в различных дискретах указанного интервала.

Анализ количества обнаруженных сигналов проводится в каждом столбце зоны обзора (пункт 1 формулы изобретения) выше заданного значения угла места ε_о, которое может быть выбрано равным нижнему значению зоны обзора РЛС по углу места (пункт 2 формулы), равным верхней границе зоны действия других средств защиты РЛС от пассивных помех по углу места (например, СДЦ) (пункты 3 и 4 формулы), или задаваться оператором РЛС (пункт 5 формулы). В первом случае бланкирование осуществляется по результатам анализа всех положений луча в столбце, во втором - только тех положений луча, которые не попадают в зону действия других средств защиты РЛС от пассивных помех.

Величина интервала по дальности определяется типом зондирующего сигнала, параметрами его обработки (степенью сжатия в оптимальном фильтре). Для рассматриваемого типа РЛС величина указанного интервала может быть задана в пределах 3-5 дискрет по дальности (300-500 метров).

Параметром, на основании которого принимается решение о том, что обнаруженные сигналы получены за счет сверхрефракции, является количество положений луча в столбце зоны обзора (или в анализируемой его части), в которых произошло обнаружение сигнала в пределах одного и того же интервала по дальности. Указанное количество положений луча сравнивается с величиной N_ε, задаваемой исходя из заранее определенного количества обнаруженных сигналов в столбце, которое с заданной (достаточно высокой) вероятностью соответствует условиям сверхрефракции. Таким образом, величина N_ε является пороговой. Если в столбце на одном и том же интервале по дальности обнаружение сигнала произошло не менее чем в N_ε положений луча, то принимается решение, что обнаруженные сигналы получены за счет сверхрефракции. Величина N_ε определяется заранее экспериментально. Для рассматриваемого типа РЛС величина N_ε может быть выбрана в пределах 10-15 положений луча.

Для уменьшения потерь по целям условия бланкирования могут быть смягчены с помощью межобзорного анализа принимаемых в столбце зоны обзора сигналов. При этом решение о бланкировании столбца или его части принимается по результатам анализа N его последовательных обзоров. Бланкируют столбец только в том случае, если условие его бланкирования выполняется не менее чем в K обзорах из N последовательных обзоров.

Величины K и N задают исходя из степени флюктуации сигналов при сверхрефракции, определяемой как количество перемещений сигналов из одной дискреты по дальности в другую от обзора к обзору. Из анализа экспериментальных данных получено, что если сигналы при сверхрефракции флюктуируют, то при межобзорном анализе целесообразно величины K и N принимать равными 2 и 3 соответственно (пункт 7 формулы). Если сигналы при сверхрефракции не флюктуируют, то межобзорный анализ не используется, и величины K и N необходимо принять равными 1 (пункт 6 формулы).

Если в РЛС в нижних положениях луча зоны обзора не используются другие средства защиты от пассивных помех, то в условия бланкирования необходимо включить признак обнаружения сигнала в нижнем луче зоны обзора (пункт 8 формулы), поскольку при сверхрефракции в этом положении луча всегда наблюдается отраженный сигнал. Это увеличивает надежность принятия решения о наличии сверхрефракции.

При относительно небольшом количестве отражений при сверхрефракции целесообразно величину N_ε определять исходя из пропускной способности РЛС. При этом величину N_ε задают равной наибольшему количеству сигналов в столбце зоны обзора РЛС, которое возможно обработать системой обработки радиолокационной информации РЛС (пункт 9 формулы).

Оставшиеся после бланкирования сигналы выдаются на дальнейшую обработку, заключающуюся, например, в уточнении координат цели (патент РФ №2291466), сопровождении ее траектории (патент РФ №2304789).

Таким образом, в заявляемом способе бланкируются только те столбцы зоны обзора, в которых обнаруженные сигналы с заданной вероятностью отнесены к отражениям за счет сверхрефракции. При этом бланкируемая область зоны обзора значительно сокращается относительно области бланкирования в прототипе, следовательно, уменьшается вероятность пропуска сигналов от целей, т.е. достигается заявляемый технический результат.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.

Фиг.1 - характерное распределение обнаруженных сигналов, отраженных от земной поверхности при сверхрефракции, верхний чертеж - в плоскости угол места-дальность, нижний чертеж - в плоскости азимут-дальность. Из чертежей следует, что при сверхрефракции образуются длинные азимутальные и угломестные последовательности отражений протяженностью до нескольких десятков градусов в одних и тех же интервалах по дальности.

Фиг.2 - блок-схема РЛС, наиболее близкой по технической сущности к заявляемой РЛС.

Фиг.3 - блок-схема заявляемой РЛС.

Заявляемый способ реализован в РЛС на фиг.3, содержащей передатчик 1, антенный переключатель 2, антенну 3, приемник 4, синхронизатор 5, запоминающее устройство обнаруженных сигналов 7, блок автоматического бланкирования обнаруженных сигналов при сверхрефракции 8, при этом выход передатчика 1 соединен со входом антенного переключателя 2, вход/выход которого соединен с антенной 3, выход антенного переключателя 2 соединен со входом приемника 4, выход приемника 4 и координатный выход антенны 3 соединены соответственно с первым и вторым входами запоминающего устройства обнаруженных сигналов 7, N_c выходов которого соединены с N_c входами блока автоматического бланкирования обнаруженных сигналов при сверхрефракции 8, первый и второй выходы синхронизатора 5 соединены с синхровходами передатчика 1 и запоминающего устройства обнаруженных сигналов 7 соответственно.

Количество выходов запоминающего устройства обнаруженных сигналов 7 и количество входов блока автоматического бланкирования обнаруженных сигналов при сверхрефракции 9 (N_c) задают равным максимальному количеству сигналов, которые могут быть обнаружены в одном столбце зоны обзора РЛС.

Радиолокационная станция может быть выполнена с использованием следующих функциональных элементов.

Передатчик 1 - импульсного типа (Справочник по основам радиолокационной техники. - М., 1967, с.278).

Антенный переключатель 2 - выполнен на циркуляторе (Справочник по основам радиолокационной техники. - М., 1967, с.146-147).

Антенна 3 - фазированная антенная решетка с электронным сканированием по одной или обеим угловым координатам и с круговым механическим вращением (Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника, т.2. - М.: Сов. радио, 1977, с.132-138).

Приемник 4 - супергетеродинного типа (Справочник по основам радиолокационной техники. - М., 1967, с.343-344).

Синхронизатор 5 - выполнен на основе задающего генератора и последовательно соединенной с ним цепочки делителей частоты (Радиолокационные устройства (теория и принципы построения). Под ред. В.В.Григорина-Рябова. - М.: Сов. радио, 1970, с.602-603).

Запоминающее устройство обнаруженных сигналов 7 - выполнено на стандартных микросхемах (Интегральные микросхемы. Справочник под ред. Б.В.Тарабрина. - М.: Радио и связь, 1984).

Блок автоматического бланкирования обнаруженных сигналов при сверхрефракции 8 - цифровой вычислитель, реализует функцию проверки условия бланкирования обнаруженных сигналов при сверхрефракции: в положениях луча осматриваемого столбца, расположенных выше заданного значения угла места ε₀, обнаруженные сигналы расположены в одном столбце, в одном интервале по дальности, не менее чем в N_ε положений луча и не менее чем в K обзорах из N последовательных обзоров зоны, где N≥1. При этом величина N_ε задается исходя из заранее определенного количества положений луча в столбце с обнаруженными сигналами, которое с заданной вероятностью соответствует условиям сверхрефракции (определяется заранее экспериментально), величина интервала по дальности задается исходя из количества дискрет по дальности, которые занимает зондирующий сигнал, величины K и N задаются исходя из степени флюктуации сигналов при сверхрефракции (определяются заранее экспериментально). Сигналы, удовлетворяющие указанному условию, бланкируются (исключаются из дальнейшей обработки), остальные выдаются на дальнейшую обработку.

Работа заявляемой РЛС происходит следующим образом. В передатчике 1 по командам синхронизатора 5 (импульсам синхронизации) формируются зондирующие сигналы, которые в процессе обзора пространства с помощью антенны 3 излучаются в пространство. Отраженные сигналы принимаются антенной 3, поступают в приемник 4, где сравниваются с порогом обнаружения и усиливаются. Обнаруженные сигналы с выхода приемника 4 и сигналы, пропорциональные угловым координатам луча антенны 3, поступают соответственно на первый и второй входы запоминающего устройства обнаруженных сигналов 7, где по мере осмотра зоны обзора запоминаются. По окончании осмотра каждого столбца данные, хранящиеся в запоминающем устройстве обнаруженных сигналов 7, по командам с синхронизатора 5 подаются в блок автоматического бланкирования обнаруженных сигналов при сверхрефракции 8, где проверяется условие бланкирования обнаруженных сигналов, при выполнении которого обнаруженные сигналы бланкируют, в противном случае их подают на дальнейшую обработку, например, для вычисления координат цели, сопровождения ее траектории.

Таким образом достигается заявляемый технический результат.

Заявляемые технические решения относятся к области радиолокации, в частности к области защиты обзорных радиолокационных станций (РЛС) с узким («карандашным») лучом от отражений от земной поверхности в условиях сверхрефракции. Достигаемым техническим результатом изобретения является уменьшение бланкируемой области зоны обзора РЛС в условиях сверхрефракции и уменьшение вследствие этого вероятности пропуска сигнала от цели. Сущность изобретения заключается в том, что принимают решение о том, что сигналы, обнаруженные в столбце зоны обзора РЛС, являются отражениями от земной поверхности за счет сверхрефракции, и их исключают из дальнейшей обработки, если они расположены не менее чем в заданном количестве положений луча одного столбца, в одном интервале по дальности, и не менее чем в заданном количестве последовательных обзоров зоны. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ защиты обзорной радиолокационной станции (РЛС) от пассивных помех в виде отражений от земной поверхности, включающий последовательное дискретное перемещение луча в зоне обзора по угломестным столбцам с одновременным его перемещением по азимуту, отличающийся тем, что принимают решение о том, что сигналы, обнаруженные в положениях луча выше заданного значения угла места ε₀, являются отражениями от земной поверхности при сверхрефракции, и их исключают из дальнейшей обработки, если они расположены не менее, чем в N_ε положениях луча одного угломестного столбца, в одном интервале по дальности, не менее, чем в K из N последовательных обзоров зоны, при этом величину N_ε задают, исходя из заранее определенного количества положений луча в угломестном столбце с обнаруженными сигналами, которое с заданной вероятностью соответствует условиям сверхрефракции, величину интервала по дальности задают, исходя из количества дискрет по дальности, которые занимает зондирующий сигнал, величины K и N при нефлюктуирующих сигналах задают из условия N=1, при флюктуирующих - из условия N≥2.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что значение угла места ε₀ задают равным нижней границе зоны обзора РЛС по углу места.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что значение угла места ε₀ задают по командам оператора РЛС.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что принимают решение о том, что обнаруженные сигналы являются отражениями от земной поверхности при сверхрефракции, и их исключают из дальнейшей обработки в положениях луча столбца зоны обзора РЛС, если сигналы дополнительно обнаружены в нижнем положении луча этого столбца.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину N_ε задают равной наибольшему количеству сигналов в столбце зоны обзора РЛС, которое возможно обработать системой обработки информации РЛС.

6. Радиолокационная станция (РЛС), содержащая передатчик, антенный переключатель, антенну, приемник, синхронизатор, при этом выход передатчика соединен с входом антенного переключателя, вход/выход которого соединен с антенной, выход антенного переключателя соединен с входом приемника, первый выход синхронизатора соединен с синхровходом передатчика, отличающаяся тем, что введены запоминающее устройство (ЗУ) обнаруженных сигналов и блок автоматического бланкирования обнаруженных сигналов при сверхрефракции, при этом первый и второй входы упомянутого ЗУ соединены соответственно с выходом приемника и координатным выходом антенны, с которых на первый и второй входы упомянутого ЗУ поступают соответственно обнаруженные сигналы и сигналы, пропорциональные угловым координатам луча, по командам с синхронизатора, поступающим на синхровход упомянутого ЗУ, указанные сигналы с N_c выходов упомянутого ЗУ, подключенных к N_c входам упомянутого блока бланкирования, где N_c равно максимальному количеству сигналов, которые могут быть обнаружены в одном угломестном столбце зоны обзора РЛС, поступают на N_c входов упомянутого блока бланкирования, предназначенного для бланкирования обнаруженных сигналов в положениях луча выше заданного значения угла места ε₀, если они расположены не менее, чем в N_ε положениях луча одного угломестного столбца, в одном интервале по дальности, не менее, чем в К из N последовательных обзоров зоны, при этом величину N_ε задают, исходя из заранее определенного количества положений луча в угломестном столбце с обнаруженными сигналами, которое с заданной вероятностью соответствует условиям сверхрефракции, величину интервала по дальности задают, исходя из количества дискрет по дальности, которые занимает зондирующий сигнал, величины K и N при нефлюктуирующих сигналах задают из условия N=1, при флюктуирующих - из условия N≥2, выход упомянутого блока бланкирования является выходом РЛС.