СПОСОБ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ОБЗОРА ПРОСТРАНСТВА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2012 года по МПК G01S13/04 

Предлагаемые технические решения относятся к области радиолокации и могут быть использованы в обзорных радиолокационных станциях (РЛС).

Известен способ радиолокационного обзора пространства, заключающийся в его зондировании сигналами РЛС с широким лучом, охватывающим весь сектор в угломестной плоскости, и приеме сигналов таким же широким лучом (Теоретические основы радиолокации. Под ред. Я.Д.Ширмана, М.: Сов. радио, 1970, с.242, п.2; рис.5.21, б). Недостаток этого способа состоит в низкой точности измерения угловых координат и в низкой разрешающей способности по угловым координатам, а следовательно, и в низкой точности определения местоположения цели, что определяется увеличенными размерами луча.

Известен способ радиолокационного обзора пространства, заключающийся в зондировании угловых направлений сигналами РЛС при пошаговом перемещении игольчатого луча антенны в пространстве (там же, стр.242, п.3, рис.5.21, в). Преимущество этого способа состоит в высокой точности измерения угловых координат, в высокой разрешающей способности по угловым координатам, что вместе с высокой точностью измерения дальности обеспечивает высокую точность определения местоположения цели.

При использовании этого способа обзора в современных двухрежимных (режимы обзора и сопровождения обнаруженных целей) РЛС S-диапазона с игольчатым лучом, с достаточно большими размерами контролируемого пространства вследствие приоритета режима сопровождения над режимом обзора доля энергии, отводимой на обзор, является переменной величиной, зависящей от числа сопровождаемых целей (Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации, М.: «Радио и связь», 1986, с.208, нижний абз. - с.209, 2 абз). Таким образом, при увеличении количества сопровождаемых целей возникают ограничения в ресурсах, отводимых на обзор пространства, когда РЛС не может зондировать каждый период обзора каждого углового направления хотя бы одним зондирующим сигналом (проблема «импульсного голода»). Поэтому для снижения вероятности пропуска цели при обзоре очень важной является задача оптимального распределения энергии, выделяемой на обзор контролируемого пространства, между частями пространства.

Известен способ обзора в условиях ограниченных ресурсов, отводимых на обзор пространства, в котором обеспечивается баланс отводимой и затрачиваемой энергии на обзор путем введения буферной (неприоритетной) зоны (там же, с.209, нижний абз.). Этот способ неприменим там, где контролируемое пространство состоит из равноценных участков (зон).

Наиболее близкий для первого изобретения способ обзора пространства основан на последовательном обзоре каждой части пространства с использованием двух порогов обнаружения, разновидностью которого является m-этапный (m>1) обзор. В этом способе после зондирования i-й части пространства переходят к зондированию (i+1)-й части, если обнаруженное колебание превышает 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 в результате зондирования i-й части на первом этапе обнаруженное колебание окажется между двумя порогами, то назначают второй этап зондирования, при таком же результате - третий и т.д. до установленного значения m этапов. Если после m этапов зондирования цель не обнаружена, переходят к зондированию (i+1)-й части, при этом полученную информацию об i-й части пространства в следующем периоде обзора не используют.

Наиболее близкий способ обзора позволяет за счет автоматического увеличения времени на осмотр части пространства, где более вероятно наличие цели (сигнал оказался между порогами), увеличить вероятность обнаружения цели с эффективной площадью рассеяния (ЭПР), еще недостаточной для ее обнаружения в осмотренной части пространства при расчетных затратах энергии (цель, не достигшая рубежа ее обнаружения, далее - «малозаметная» цель). Но в условиях ограниченных ресурсов это достигается за счет увеличения дефицита энергии на осмотр других частей пространства, а значит, из-за вынужденного возможного пропуска в их осмотре, к снижению вероятности обнаружения в них целей, в т.ч. с достаточной ЭПР. При использовании этого способа преимущество в затратах энергии отдается первым в очередности осмотра участкам, в которых обнаружено колебание между установленными порогами, за счет возможно полного исключения осмотра последующих участков, информация о которых к тому же отсутствует. Поэтому этот способ не применим в условиях ограниченного ресурса энергии, отводимого на обзор пространства.

Наиболее близкие для второго и третьего изобретений способы обзора пространства основаны на том, что действующие в контролируемом пространстве РЛС обмениваются информацией непосредственно (для второго изобретения) или через банк данных (для третьего изобретения) о результатах обзора пространства и с учетом полученной информации путем установки различных приоритетов осмотра участков пространства, входящих в зону ответственности РЛС, увеличивают затраты энергии на осмотр угловых направлений, в которых может находиться цель, за счет сокращения затрат вплоть до пропуска осмотра угловых направлений, в которых цель не обнаружена (Решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2008144719/09(058). При этом в информации содержатся координаты просмотренных участков с указанием о наличии или отсутствии в нем цели. В этих способах проблема «импульсного голода» решается на основе сокращения затрат времени каждой из РЛС на осмотр «пустых» направлений, т.е. это достигается за счет увеличения вероятности пропуска «малозаметных» целей.

Таким образом, рассмотрение трех способов-прототипов показывает наличие противоречия (в условиях ограниченного ресурса энергии на обзор) между обеспечением осмотра максимального количества частей пространства контролируемой зоны и обеспечением требуемой вероятности обнаружения «малозаметных» целей. В первом способе-прототипе решают задачу повышения вероятности обнаружения «малозаметных» целей путем увеличения энергии (следовательно, увеличения рубежей их обнаружения) на основе m-этапного зондирования в одном периоде обзора части пространства, где эта цель может находиться, но в условиях ограниченного ресурса энергии это приводит к необходимости пропуска осмотра других частей, где могут находиться цели с достаточной для обнаружения ЭПР. К тому же, поскольку не оценивается вероятность обнаружения цели до начала m-этапного зондирования, то эти увеличенные затраты могут оказаться неоправданными. Таким образом, стремление увеличить рубежи обнаружения «малозаметных» целей в условиях ограниченного ресурса энергии в первом способе-прототипе приведет к пропуску целей, достигших рубежа обнаружения. Во втором и третьем способах-прототипах решают задачу обеспечения обзора частей пространства, где могут находиться цели с достаточной для обнаружения ЭПР, за счет снижения вероятности обнаружения «малозаметных» целей, находящихся в «пустых» частях пространства.

Решаемой задачей (техническим результатом), таким образом, является более рациональное использование энергетических ресурсов на обзор пространства - увеличение вероятности обнаружения цели, когда она достигнет рубежа ее обнаружения, определяемого допустимыми энергетическими затратами, за счет сокращения затрат энергии на обнаружение цели, находящейся за этим рубежом.

Решение поставленной задачи достигается путем прогнозирования возможного появления еще необнаруженных целей в участках пространства, в которых вероятность их обнаружения может достигнуть требуемой.

Указанный технический результат по первому варианту изобретения достигается тем, что в способе радиолокационного обзора пространства, основанном на принятии решения об обнаружении цели, если обнаружено колебание выше порога обнаружения, на принятии решения о возможном наличии цели, если обнаруженное колебание оказалось ниже порога обнаружения, но превысило дополнительный порог, согласно изобретению при принятии решения о возможном наличии цели оценивают эффективную площадь ее рассеяния (ЭПР), предполагая, что обнаруженное колебание является отраженным сигналом от цели с ЭПР, еще недостаточной для ее обнаружения, вычисляют момент времени tj, в который предполагаемая j-я цель может достигнуть рубежа ее обнаружения, и проводят осмотр части пространства в моменты времени, в которые могут находиться в этой части предполагаемые цели, вероятность обнаружения которых не менее заданной.

Так же тем, что:

- для вычисления tj берут значение доплеровской скорости предполагаемой j-й цели;

- для вычисления tj оценивают возможную скорость предполагаемой j-й цели, достигаемую на измеренной высоте, исходя из возможного типа j-й цели, определяемого, например, по величине ЭПР.

Заявленный технический результат по второму изобретению достигается тем, что в способе радиолокационного обзора пространства, основанном на обмене информацией между РЛС о результатах обзора участков пространства, согласно изобретению информация содержит данные об эффективной площади рассеяния (ЭПР) цели, которую оценивают, при условии, если при осмотре части пространства обнаружено колебание ниже порога обнаружения, но превысило дополнительный порог, предполагая, что обнаруженное колебание является отраженным сигналом от цели с ЭПР, еще недостаточной для ее обнаружения, а также данные об ЭПР обнаруженной цели и с учетом полученной от других РЛС информации вычисляют момент времени tj, в который предполагаемая или обнаруженная другими РЛС j-я цель может достигнуть рубежа ее обнаружения, и проводят осмотр части пространства в моменты времени, в которые могут находиться в этой части предполагаемые цели, вероятность обнаружения которых не менее заданной.

Так же тем, что:

- для вычисления tj берут значение доплеровской скорости предполагаемой или обнаруженной другими РЛС j-й цели;

- для вычисления tj оценивают возможную скорость предполагаемой или обнаруженной другими РЛС j-й цели, достигаемую на измеренной высоте, исходя из возможного типа j-й цели, определяемого, например, по величине ЭПР.

Заявленный технический результат по третьему изобретению достигается тем, что в способе радиолокационного обзора пространства, основанном на обмене информацией между РЛС через банк данных, доступный для ряда РЛС, о результатах обзора участков пространства, согласно изобретению информация содержит данные об эффективной площади рассеяния (ЭПР) цели, которую оценивают, при условии, если при осмотре части пространства обнаружено колебание ниже порога обнаружения, но превысило дополнительный порог, предполагая, что обнаруженное колебание является отраженным сигналом от цели с ЭПР, еще недостаточной для ее обнаружения, а также данные об ЭПР обнаруженной цели и с учетом полученной из банка данных информации вычисляют момент времени tj, в который предполагаемая или обнаруженная другими РЛС j-я цель может достигнуть рубежа ее обнаружения, и проводят осмотр части пространства в моменты времени, в которые могут находиться в этой части предполагаемые цели, вероятность обнаружения которых не менее заданной.

Так же тем, что:

- для вычисления tj берут значение доплеровской скорости предполагаемой или обнаруженной другими РЛС j-й цели;

- для вычисления tj оценивают возможную скорость предполагаемой j-й или обнаруженной другими РЛС цели, достигаемую на измеренной высоте, исходя из возможного типа j-й цели, определяемого, например, по величине ЭПР.

Суть заявленных способов основывается на следующем.

В процессе обзора пространства при обнаружении в его части колебания, превысившего дополнительный порог, но не достигшего порога обнаружения, допускают, что это колебание - отраженный сигнал от цели с ЭПР, еще недостаточной для ее обнаружения, т.е. цель находится за пределами рубежа ее обнаружения (за пределами дальности, на которой она может быть обнаружена с требуемой вероятностью при допустимых затратах энергии). Обнаружить эту цель возможно позже, только в случае, если она приближается, поэтому в этих условиях недопустимо повторять процесс ее обнаружения в этом периоде обзора. Более рационально повторить попытку обнаружения предполагаемой цели в момент времени, когда цель может достигнуть рубежа ее обнаружения, предполагая, что цель приближается к РЛС. Определяют рубеж обнаружения цели РЛС (максимальную дальность ее обнаружения) на основе знания энергетических параметров РЛС и оцененного значения ЭПР цели из уравнения радиолокации (см., например. Теоретические основы радиолокации. Под ред. Я.Д.Ширмана, М.: Сов. радио, 1970, с.237, формула (4). Величину ЭПР оценивают из того же уравнения, заменив в нем пороговое значение сигнала на значение уровня обнаруженного колебания на измеренной дальности.

При обмене информацией между РЛС (второе и третье изобретения), предусматривается обмен информацией об ЭПР не только предполагаемой, но и обнаруженной цели, привязанной к координатам осмотренного участка. На основании этого на каждой РЛС вычисляют свой рубеж обнаружения предполагаемой и обнаруженной другими РЛС цели, поскольку обнаруженная одной РЛС цель для другой РЛС может быть за рубежом ее обнаружения, при этом знания параметров другой РЛС не требуется. Но для того, чтобы вычислить момент времени tj, в который предполагаемая или обнаруженная другими РЛС j-я цель может достигнуть рубежа ее обнаружения, необходимо оценить ее скорость. При узкополосном зондирующем сигнале или с помощью когерентно-импульсных РЛС это сделать возможно по зондирующему сигналу в одном периоде обзора (Справочник по радиолокации под ред. М.Сколника. М.: Сов. радио, 1979, т.3, с.234, абз.3,) или также, как и для широкополосного - за счет предварительного определения класса цели по оцененному значению ЭПР (или высоте) и сведений о диапазоне скоростей известных классов целей на разных высотах (Горелик А.Л. и др. Селекция и распознавание на основе локационной информации. М.: Радио и связь, 1990, с.71, посл. абз. - с.,72, абз.2.

Заявленные технические решения в зависимости от выделенной для обзора энергии позволяют устанавливать максимальное число участков пространства, подлежащих осмотру в прогнозируемые моменты времени, в т.ч. и для тех РЛС, которые работают в условиях постоянно меняющейся обстановки, например, изменяющегося в широких пределах числа сопровождаемых целей. Это может быть осуществлено путем изменения уровня дополнительного порога (аналогично автоматической установке порогу обнаружения). Чем ниже этот уровень, тем больше вероятность ошибочного принятия решения о возможном наличии цели и тем будет больше частей пространства, которые необходимо осмотреть в прогнозируемые моменты времени, и тем больше потребуется на это энергии, но за это - ниже вероятность пропуска «малозаметной» цели. С увеличением уровня будет уменьшатся потребность энергии, но будет увеличиваться вероятность пропуска «малозаметной» цели. В условиях постоянно меняющейся обстановки, изменение уровня дополнительного порога обеспечит баланс отводимой и затрачиваемой энергии на обзор. Таким образом, заявленные способы предусматривают более рациональное использование энергетических ресурсов на обзор пространства за счет осмотра участков, в которых более вероятно нахождение целей, достигших рубежей их обнаружения (т.е. увеличение вероятности их обнаружения) и за счет сокращения затрат энергии на осмотр участков, где могут находиться только цели, не достигшие этих рубежей, чем и достигается заявленный технический результат.

Предлагаемые технические решения относятся к области радиолокации и могут быть использованы в обзорных радиолокационных станциях (РЛС). Достигаемый технический результат - более рациональное использование энергетических ресурсов на обзор пространства. Указанный результат достигается тем, что в способе радиолокационного обзора пространства, основанном на принятии решения об обнаружении цели, если обнаружено колебание выше порога обнаружения, на принятии решения о возможном наличии цели, если обнаруженное колебание оказалось ниже порога обнаружения, но превысило дополнительный порог, при принятии решения о возможном наличии цели оценивают эффективную площадь ее рассеяния (ЭПР), предполагая, что обнаруженное колебание является отраженным сигналом от цели с ЭПР, еще недостаточной для ее обнаружения, вычисляют момент времени t_j, в который предполагаемая j-я цель может достигнуть рубежа ее обнаружения, и проводят осмотр части пространства в моменты времени, в которые могут находиться в этой части предполагаемые цели, вероятность обнаружения которых не менее заданной, для вычисления t_j берут значение доплеровской скорости предполагаемой j-й цели или оценивают возможную скорость предполагаемой j-й цели, достигаемую на измеренной высоте, исходя из возможного типа j-й цели, определяемого, например, по величине ЭПР; в способе радиолокационного обзора пространства, основанном на обмене информацией между РЛС о результатах обзора участков пространства, информация содержит данные об эффективной площади рассеяния (ЭПР) цели, которую оценивают, при условии, если при осмотре части пространства обнаружено колебание ниже порога обнаружения, но превысило дополнительный порог, предполагая, что обнаруженное колебание является отраженным сигналом от цели с ЭПР, еще недостаточной для ее обнаружения, а также данные об ЭПР обнаруженной цели и с учетом полученной от других РЛС информации вычисляют момент времени t_j, в который предполагаемая или обнаруженная другими РЛС j-я цель может достигнуть рубежа ее обнаружения, и проводят осмотр части пространства в моменты времени, в которые могут находиться в этой части предполагаемые цели, вероятность обнаружения которых не менее заданной, для вычисления t_j берут значение доплеровской скорости предполагаемой j-й цели или оценивают возможную скорость предполагаемой j-й цели, достигаемую на измеренной высоте, исходя из возможного типа j-й цели, определяемого, например, по величине ЭПР; в способе радиолокационного обзора пространства, основанном на обмене информацией между РЛС через банк данных, доступный для ряда РЛС, о результатах обзора участков пространства, информация содержит данные об эффективной площади рассеяния (ЭПР) цели, которую оценивают, при условии, если при осмотре части пространства обнаружено колебание ниже порога обнаружения, но превысило дополнительный порог, предполагая, что обнаруженное колебание является отраженным сигналом от цели с ЭПР, еще недостаточной для ее обнаружения, а также данные об ЭПР обнаруженной цели и с учетом полученной из банка данных информации вычисляют момент времени t_j, в который предполагаемая или обнаруженная другими РЛС j-я цель может достигнуть рубежа ее обнаружения, и проводят осмотр части пространства в моменты времени, в которые могут находиться в этой части предполагаемые цели, вероятность обнаружения которых не менее заданной, для вычисления t_j берут значение доплеровской скорости предполагаемой j-й цели или оценивают возможную скорость предполагаемой j-й цели, достигаемую на измеренной высоте, исходя из возможного типа j-й цели, определяемого, например, по величине ЭПР. 3 н. и 6 з.п. ф-лы.

1. Способ радиолокационного обзора пространства, основанный на принятии решения об обнаружении цели, если обнаружено колебание выше порога обнаружения, на принятии решения о возможном наличии цели, если обнаруженное колебание оказалось ниже порога обнаружения, но превысило дополнительный порог, отличающийся тем, что при принятии решения о возможном наличии цели оценивают эффективную площадь ее рассеяния (ЭПР), предполагая, что обнаруженное колебание является отраженным сигналом от цели с ЭПР, еще недостаточной для ее обнаружения, вычисляют момент времени t_j, в который предполагаемая j-я цель может достигнуть рубежа ее обнаружения, и проводят осмотр части пространства в моменты времени, в которые могут находиться в этой части предполагаемые цели, вероятность обнаружения которых не менее заданной.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для вычисления t_j берут значение доплеровской скорости предполагаемой j-й цели.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для вычисления t_j оценивают возможную скорость предполагаемой j-й цели, достигаемую на измеренной высоте, исходя из возможного типа j-й цели, определяемого, например, по величине ЭПР.

4. Способ радиолокационного обзора пространства, основанный на обмене информацией между РЛС о результатах обзора участков пространства, отличающийся тем, что информация содержит данные об эффективной площади рассеяния (ЭПР) цели, которую оценивают, при условии, если при осмотре части пространства обнаружено колебание ниже порога обнаружения, но превысило дополнительный порог, предполагая, что обнаруженное колебание является отраженным сигналом от цели с ЭПР, еще недостаточной для ее обнаружения, а также данные об ЭПР обнаруженной цели, и с учетом полученной от других РЛС информации вычисляют момент времени t_j, в который предполагаемая или обнаруженная другими РЛС j-я цель может достигнуть рубежа ее обнаружения, и проводят осмотр части пространства в моменты времени, в которые могут находиться в этой части предполагаемые цели, вероятность обнаружения которых не менее заданной.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что для вычисления t_j берут значение доплеровской скорости предполагаемой или обнаруженной другими РЛС j-й цели.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что для вычисления t_j оценивают возможную скорость предполагаемой или обнаруженной другими РЛС j-й цели, достигаемую на измеренной высоте, исходя из возможного типа j-й цели, определяемого, например, по величине ЭПР.

7. Способ радиолокационного обзора пространства, основанный на обмене информацией между РЛС через банк данных, доступный для ряда РЛС, о результатах обзора участков пространства, отличающийся тем, что информация содержит данные об эффективной площади рассеяния (ЭПР) цели, которую оценивают, при условии, если при осмотре части пространства обнаружено колебание ниже порога обнаружения, но превысило дополнительный порог, предполагая, что обнаруженное колебание является отраженным сигналом от цели с ЭПР, еще недостаточной для ее обнаружения, а также данные об ЭПР обнаруженной цели, и с учетом полученной из банка данных информации вычисляют момент времени t_j, в который предполагаемая или обнаруженная другими РЛС j-я цель может достигнуть рубежа ее обнаружения, и проводят осмотр части пространства в моменты времени, в которые могут находиться в этой части предполагаемые цели, вероятность обнаружения которых не менее заданной.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что для вычисления t_j берут значение доплеровской скорости предполагаемой или обнаруженной другими РЛС j-й цели.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что для вычисления t_j оценивают возможную скорость предполагаемой или обнаруженной другими РЛС j-й цели, достигаемую на измеренной высоте, исходя из возможного типа j-й цели, определяемого, например, по величине ЭПР.