СПОСОБ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ОБЗОРА ПРОСТРАНСТВА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2011 года по МПК G01S13/00 

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.

Количество разрешаемых угловых направлений, которые осматривает обзорная РЛС при последовательном обзоре, определяется в виде:

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

Если период обзора осматриваемого пространства равен Т, а частота излучения зондирующих сигналов F, то среднее количество зондирований, приходящееся на одно угловое направление при последовательном обзоре, 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, т.е. за один период обзора все угловые направления не могут быть осмотрены. Положение еще более обостряется, когда появляются обнаруженные цели, поскольку для их сопровождения необходимо затрачивать каждый период обзора число зондирующих сигналов существенно больше 1.

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, поэтому стоит задача более рационального распределения энергии между угловыми направлениями (по сравнению с последовательным обзором всех угловых направлений), которое обеспечило бы минимизацию вероятности пропуска цели.

При этом следует отметить, что требованиями к современным обзорным РЛС S-диапазона, вытекающими из возможной реальной обстановки, предусмотрена необходимость 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 наличия целей ниже пороговой, т.е. считают, что цель отсутствует). Таким образом, угловые направления являются неравноценными с точки зрения вероятности наличия в них целей и вероятности их пропуска. Кроме того, даже при равенстве вероятности наличия в них целей и вероятности их пропуска направления могут быть неравноценными с точки зрения опасности предполагаемых целей (например, по величине подлетного времени предполагаемой цели к охраняемому объекта). Таким образом, при поиске способа рационального распределения энергии целесообразно исходить из того, что неравноценные угловые направления с точки зрения минимизации вероятности пропуска предполагаемой цели к охраняемому объекта требуют неравноценных затрат энергии на их осмотр.

Известны способы обзора пространства, в которых проблема дефицита зондирующих сигналов может быть решена путем более рационального использования энергии за счет исключения из осмотра РЛС отдельных зон или их угловых направлений, в которых по информации из других источников нахождение цели маловероятно.

Так, известен способ контроля воздушного пространства, заключающийся в его обзоре с помощью РЛС, в котором дополнительно принимают отраженную целью энергию внешнего радиоэлектронного средства (РЭС), определяют границы зоны, в которой отношение отраженной целью 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 целью 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 лишь как дополнение к способу последовательного обзора зоны пространства РЛС.

Наиболее близкий способ обзора пространства основан на последовательном обзоре каждого углового направления с использованием двух порогов обнаружения, разновидностью которого является m-этапный (m>1) обзор. В этом способе после зондирования i-го углового направления переходят к зондированию (i+1)-го углового направления зоны обзора, если сигнал превышает заданный верхний порог- порог обнаружения или ниже нижнего порога. В первом случае фиксируется факт обнаружения цели, во втором - факт ее отсутствия (Теоретические основы радиолокации. Под ред. Я.Д.Ширмана, М.: Сов. радио, 1970, с.243 посл. абз., с.244.). Если сигнал, полученный в результате зондирования i-го углового направления на первом этапе зондирования окажется между двумя порогами, то назначают второй этап зондирования, при таком же результате - третий и т.д. до установленного значения m этапов.

Наиболее близкий способ обзора позволяет рационально 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 предположительно «сигнальными» направлениями (направлениями, где более вероятно наличие цели, т.к. сигнал оказался между порогами) и предположительно «пустыми» направлениями зоны обзора (сигнал оказался ниже нижнего порога). При этом эффективность наиболее близкого способа тем выше, чем меньше отношение заданной вероятности ложной тревоги к вероятности пропуска цели, а также чем выше отношение априорной вероятности отсутствия сигнала к априорной вероятности наличия (там же, с.244-245).

Таким образом, эффективность наиболее близкого способа при осмотре i-го углового направления зависит от параметров совокупности сигналов, принятых с i-го углового направления. Поскольку угловые направления будут отличаться друг от друга по этим параметрам (например, по уровню и временному положению сигналов), то и эффективность наиболее близкого способа в различных угловых направлениях будет различной. Способ-прототип этого не учитывает, т.к. число этапов осмотра i-го углового направления не зависит от параметров совокупности сигналов, принятых, например, с (i+1)-го углового направления, т.е. способ может иметь высокую эффективность при осмотре i-го углового направления и низкую эффективность при осмотре зоны, содержащей совокупность N>1 угловых направлений. В этом состоит первый недостаток способа-прототипа.

Другим недостатком является то, что должна быть возможность в каждое угловое направление, в каждом периоде обзора излучать несколько зондирующих сигналов, поэтому способ не может быть применен в РЛС с высоким темпом обзора пространства, при котором среднее число зондирующих сигналов на одно направление меньше единицы. Кроме того, способ-прототип не учитывает различную степень опасности предполагаемой цели (еще не обнаруженной, когда сигнал ниже порога обнаружения), в частности ее удаленность от охраняемого объекта и ее скорость.

Заявляемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков.

Решаемой задачей (техническим результатом), таким образом, является рациональное использование энергии зондирующих сигналов обзорных РЛС не в отдельном угловом направлении, а во всей зоне или во всем пространстве обзора в условиях изменяющихся параметров совокупности сигналов, принимаемых с каждого углового направления, в т.ч. при наличии проблемы «импульсного голода», а также учет различной степени опасности предполагаемых целей, находящихся в разных угловых направлениях.

Решение поставленной задачи достигается тем, что при распределении энергии зондирующих сигналов между угловыми направлениями зоны (первое изобретение) или всего пространства (второе изобретение) осуществляют сравнительный анализ изменяющихся параметров совокупности сигналов, принимаемых с каждого углового направления зоны или всего пространства, а также с учетом сравнения степени опасности целей.

Указанный технический результат по первому варианту изобретения достигается тем, что в способе радиолокационного обзора зоны пространства, заключающемся в последовательном m-этапном (m > 1) обзоре угловых направлений зоны, согласно изобретению каждому угловому направлению, не содержащему обнаруженных целей, после его осмотра в зависимости от параметров совокупности принятых сигналов на следующий этап устанавливают весовой коэффициент, а долю энергии, оставшуюся на обзор зоны, распределяют между ее угловыми направлениями с учетом их весовых коэффициентов, при этом весовой коэффициент устанавливают в зависимости от максимального уровня принятого в установленном интервале дальности сигнала, не достигшего порога обнаружения, или еще с учетом степени опасности предполагаемой цели, причем величину весового коэффициента устанавливают равной максимальному значению отношения сигнал/шум.

Указанный технический результат по второму варианту изобретения достигается тем, что в способе радиолокационного обзора пространства, заключающемся в последовательном обзоре пространства, согласно изобретению каждому угловому направлению пространства, не содержащему обнаруженных целей, после его осмотра в зависимости от параметров совокупности принятых сигналов на следующий период обзора устанавливают весовой коэффициент, а долю энергии, отводимую на обзор зоны, распределяют между угловыми направлениями с учетом их весовых коэффициентов, а также тем, что i-е угловое направление зондируют в среднем один раз за 1/n_pi периодов обзора зоны, если n_pi<1, где n_pi - число зондирований i-го направления, рассчитанное исходя из установленного весового коэффициента, а также тем, что весовой коэффициент устанавливают в зависимости от максимального уровня принятого в установленном интервале дальности сигнала, не достигшего порога обнаружения, или еще и от степени опасности предполагаемой цели, а также тем, что величину весового коэффициента устанавливают равной максимальному значению отношения сигнал/шум.

Сущность заявляемого технического решения по первому и второму вариантам целесообразно пояснить на примере наиболее распространенной РЛС с электронным сканированием луча в угломестной и механическим в азимутальной плоскостях, поскольку и способ-прототип, и заявляемый способ можно реализовать только в РЛС с электронным сканированием луча (там же, с.244 2-й абз. снизу).

В такой РЛС обзор всех r угловых направлений, не содержащих обнаруженных целей (направления, содержащие обнаруженные цели, осматриваются в режиме сопровождения, а не в режиме обзора, поэтому осмотр их в заявляемом способе не предусматривается) и расположенных в угломестном столбце, охватывающим всю заданную по углу места зону обзора, осуществляют путем электронного перемещения луча (практически мгновенно). После обзора на первом этапе всем r угловым направлениям устанавливают весовые коэффициенты w_i при i=1…r. На втором этапе энергию зондирующих сигналов, оставшуюся на обзор угломестного столбца (зоны), распределяют в зависимости от величины весовых коэффициентов w_i. Наиболее простой способ распределения - пропорционально весовым коэффициентам w_i. В этом случае максимальное число зондирующих сигналов, которое можно излучить в i-е угловое направление (из оставшихся на осмотр угломестного столбца N₂), будет определяться выражением:

Если число зондирований, выделенных на осмотр угломестного столбца, меньше числа его угловых направлений N<r (проблема «импульсного голода»), то соотношение (3) не может быть выполнено, да и m-этапный обзор не может быть применим.

Для этого случая заявляемый способ обзора (по второму варианту) будет аналогичен рассмотренному (по первому варианту), только весовые коэффициенты w_i угловым направлениям после их осмотра в интервале времени t_j…t_j+Δt_j устанавливают на следующий период обзора и используют в интервале времени (T+t_j)…(Т+t_j)+Δt_j, где Т - период обзора всего пространства, Δt_j - интервал времени обзора i-го угломестного столбца. При этом i-e направление зондируют в среднем один раз за 1/n_pi периодов обзора зоны, если n_pi < 1, где n_pi - число зондирований i-го направления, рассчитанное исходя из установленного весового коэффициента, что и обеспечивает выполнение выражения (3).

Весовые коэффициенты в заявленных способах целесообразно устанавливать в зависимости от способа обработки сигнала. Если обнаруживают цель на основе сравнения уровня сигнала с порогом обнаружения, то весовой коэффициент i-го углового направления целесообразно устанавливать в зависимости от максимального относительного уровня сигнала (относительно уровня шумов), не достигшего порога обнаружения, принятого с i-го углового направления, в простейшем случае - пропорционально этому уровню. В этом случае в каждом интервале разрешения по дальности i-го углового направления измеряют относительный уровень сигнала и при условии, что в этом направлении отсутствуют обнаруженные цели, выбирают интервал разрешения по дальности с максимальным относительным уровнем сигнала U_mi и устанавливают весовой коэффициент w_i=U_mi.

Учитывать степень опасности предполагаемой цели можно путем увеличения весового коэффициента i-го углового направления w_i, установленного по уровню сигнала, на величину, например, обратно пропорциональную величине подлетного времени t_n предполагаемой цели к охраняемому объекту:

где k - коэффициент пропорциональности.

В этом случае затраты энергии на осмотр углового направления, содержащего наиболее опасную предполагаемую цель (минимум подлетного времени), будут увеличены, что сократит время на ее обнаружение.

Таким образом обеспечивается достижение поставленной цели: рациональное использование энергии зондирующих сигналов, выделенной на осмотр зоны, путем учета параметров совокупности сигналов всех угловых направлений и учета степени опасности цели, и в условиях «импульсного голода».

Изобретения относятся к области радиолокации. Достигаемым техническим результатом является рациональное использование энергии зондирующих сигналов обзорной РЛС во всей зоне обзора или во всем пространстве обзора в условиях изменяющихся параметров совокупности сигналов, принимаемых с каждого углового направления, в том числе при наличии проблемы «импульсного голода», а также учет различной степени опасности предполагаемых целей. Указанный результат достигается тем, что при распределении энергии зондирующих сигналов между угловыми направлениями зоны или всего пространства осуществляют сравнительный анализ изменяющихся параметров совокупности сигналов, принимаемых с каждого углового направления зоны или всего пространства, а также с учетом сравнения степени опасности целей. Кроме того, при последовательном m-этапном (m>1) обзоре угловых направлений зоны каждому угловому направлению, не содержащему обнаруженных целей, после его осмотра в зависимости от параметров совокупности принятых сигналов на следующий этап или период обзора устанавливают весовой коэффициент, а долю энергии, оставшуюся на обзор зоны или отводимую на обзор зоны, распределяют между ее угловыми направлениями с учетом их весовых коэффициентов, при этом весовой коэффициент устанавливают в зависимости от максимального уровня принятого в установленном интервале дальности сигнала, не достигшего порога обнаружения, или еще и от степени опасности предполагаемой цели, при этом, как вариант, величину весового коэффициента устанавливают равной максимальному значению отношения сигнал/шум. 2 н. и 1 з.п. ф-лы.

1. Способ радиолокационного обзора зоны пространства, заключающийся в последовательном m-этапном (m>1) обзоре угловых направлений зоны, отличающийся тем, что каждому угловому направлению, не содержащему обнаруженных целей, после его осмотра в зависимости от параметров совокупности принятых сигналов на следующий этап устанавливают весовой коэффициент, а долю энергии, оставшуюся на обзор зоны, распределяют между ее угловыми направлениями с учетом их весовых коэффициентов, при этом весовой коэффициент устанавливают в зависимости от максимального уровня принятого в установленном интервале дальности сигнала, не достигшего порога обнаружения, или еще и с учетом степени опасности предполагаемой цели путем увеличения весового коэффициента, причем максимальную величину весового коэффициента устанавливают равной максимальному значению отношения сигнал/шум.

2. Способ радиолокационного обзора зоны пространства, заключающийся в последовательном обзоре пространства, отличающийся тем, что каждому угловому направлению пространства, не содержащему обнаруженных целей, после его осмотра в зависимости от параметров совокупности принятых сигналов на следующий период обзора устанавливают весовой коэффициент, а долю энергии, отводимую на обзор зоны, распределяют между угловыми направлениями с учетом их весовых коэффициентов, при этом весовой коэффициент устанавливают в зависимости от максимального уровня принятого в установленном интервале дальности сигнала, не достигшего порога обнаружения, или еще и с учетом степени опасности предполагаемой цели путем увеличения весового коэффициента, причем максимальную величину весового коэффициента устанавливают равной максимальному значению отношения сигнал/шум.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что i-e угловое направление зондируют в среднем один раз за 1/n_рi периодов обзора зоны, если n_рi<1, где n_рi - число зондировании i-го направления, рассчитанное исходя из установленного весового коэффициента.