СПОСОБ КАЛИБРОВКИ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ ПО ВЕЛИЧИНЕ ЭФФЕКТИВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ РАССЕЯНИЯ ПО МИНИСПУТНИКУ С ЭТАЛОННЫМ ОТРАЖАТЕЛЕМ Российский патент 2014 года по МПК G01S7/40 

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано при калибровке радиолокационных станций (РЛС) по величине эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) при проведении динамических измерений ЭПР исследуемых объектов.

Известен способ калибровки радиолокационной станции, который заключается в следующем: запускают искусственный спутник Земли (ИСЗ) сферической формы, облучают его сигналами калибруемой РЛС, принимают и измеряют амплитуды отраженных от ИСЗ сигналов, которые используют как соответствующие эталонному значению ЭПР отражателя [1] стр.204-213.

Недостатком данного способа является невозможность его использования для калибровки по величине ЭПР радиолокаторов, работающих на волнах круговой поляризации при параллельном приеме отраженных сигналов, так как для таких радиолокаторов отражатель сферической формы невидим [3] стр.103. Другим недостатком способа с использованием сферического отражателя как эталона ЭПР для РЛС, работающих на волнах горизонтальной, вертикальной, а также круговой поляризации при ортогональном приеме отраженных сигналов, является малая ЭПР сферы [3] стр.235. Кроме того, изготовить сферу больших размеров с высокой точностью чрезвычайно сложно, а вывести на орбиту почти невозможно [4] стр.51.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ, в котором в качестве эталонного рассеивателя используется прямой круговой цилиндр [1] стр.206-213. Такой цилиндр выводится на околоземную орбиту и ему задается «кувыркательное» движение таким образом, чтобы его продольная ось 1 была ориентирована перпендикулярно линии визирования 2 радиолокационной станции (см. фиг.1). Облучают цилиндр сигналами калибруемой РЛС, принимают отраженные сигналы и при ориентации прямого кругового цилиндра вблизи от этого направления проводят измерения амплитуд отраженных сигналов, которые могут позволить уточнить калибровку радиолокационной станции [1] стр.206-213. Однако такой способ имеет невысокую точность, так как в направлении нормальном оси цилиндра прямой круговой цилиндр обладает узким лепестком индикатрисы рассеяния [1] стр.19-20, [3] стр.235. При этом сектор углов, используемый для калибровки РЛС по величине ЭПР, вблизи максимума лепестка индикатрисы рассеяния прямого кругового цилиндра не превышает долей градуса. Вследствие этого даже достаточно малое отклонение оси прямого кругового цилиндра от нормального по отношению к линии визирования РЛС влечет за собой резкое уменьшение мощности и, соответственно, амплитуды сигналов, отраженных от прямого кругового цилиндра, что приводит к ошибкам калибровки РЛС по величине ЭПР. Так, например, ошибка ориентации направления, нормального оси прямого кругового цилиндра диаметром 1,2 м и длиной 3 м, относительно линии визирования РЛС на 1,5 градуса в дециметровом диапазоне работы РЛС приводит к ошибкам калибровки по величине ЭПР на 5 дБ [1] стр.211. С уменьшением длины волны РЛС, при тех же размерах цилиндра, происходит существенное сужение основного лепестка индикатрисы рассеяния в направлении, перпендикулярном оси прямого кругового цилиндра [5] стр.75-77. В результате чего ошибка ориентации продольной оси прямого кругового цилиндра в направлении, перпендикулярном линии визирования РЛС, в сантиметровом диапазоне работы РЛС приводит к еще более значительным ошибкам калибровки РЛС по величине ЭПР.

Кроме того, сам сеанс калибровки очень непродолжителен. Например, если период «кувыркания» прямого кругового цилиндра составляет 10 минут (600 секунд) [1] стр.213, то время, в течение которого можно проводить сеанс калибровки вблизи направления ориентации оси цилиндра, перпендикулярно направлению на калибруемую РЛС, в дециметровом диапазоне длин волн составит менее двух секунд, а в сантиметровом - менее одной секунды. Такой временной интервал сеанса калибровки не позволяет осуществить достаточное количество единичных измерений отраженного сигнала от уголкового отражателя для проведения статистической обработки результатов измерений, что также снижает точность калибровки РЛС по величине ЭПР.

Кроме того, использовать прямой круговой цилиндр в качестве эталона не всегда возможно, так как такой эталон имеет значительные размеры и вес [4] стр.37, что не позволяет осуществлять его транспортировку на околоземную орбиту попутными запусками [1] стр.211.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности калибровки РЛС по величине ЭПР за счет исключения ошибки, вызванной отклонением максимума ЭПР эталонного отражателя от линии визирования РЛС.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе калибровки РЛС по величине ЭПР при проведении динамических измерений ЭПР исследуемых объектов, включающем в себя: запуск отражателя с известной величиной ЭПР на орбиту искусственного спутника Земли (ИСЗ); облучение отражателя сигналами калибруемой РЛС; прием и измерение амплитуды отраженных сигналов от отражателя, находящегося в дальней зоне антенны РЛС, новым является то, что для калибровки РЛС по величине ЭПР в качестве эталона ЭПР на орбиту ИСЗ на борту миниспутника (МС) 3 транспортируют уголковый отражатель 4, выполненный в виде двух плоских радиоотражающих шарнирно связанных граней, развернутых под фиксированным углом α, значения которого лежат в диапазоне от (90-Δ) градусов до (90+Δ) градусов, где Δ определяется из соотношения:

0<Δ<18λ/а,

λ - длина волны калибруемой РЛС;

а - размер грани уголкового отражателя (см. фиг.2, фиг.3).

Предварительно, до запуска МС 3 на орбиту вокруг Земли уголковый отражатель 4 размещают с внешней стороны торцевой поверхности 8 корпуса МС. Причем середину ребра 5 уголкового отражателя располагают соосно с центром торцевой поверхности 6, при этом грани ориентируют таким образом, чтобы биссектриса угла 7 между гранями уголкового отражателя в плоскости, перпендикулярной середине ребра, была совмещена с продольной осью миниспутника 9, проходящей через центр торцевой поверхности 6 (см. фиг.3, фиг.4).

Затем грани уголкового отражателя разворачивают относительно продольной оси миниспутника 9 так, что они располагаются симметрично и параллельно торцевой поверхности корпуса миниспутника, и фиксируют в данном положении 10 (см. фиг.5).

Наряду с этим в память бортовой вычислительной машины миниспутника вводят данные о координатах калибруемой РЛС в геодезической системе координат. Также вводят данные о координатах центра торцевой поверхности, с внешней стороны которой располагается двугранный уголковый отражатель, и данные пространственной ориентации продольной оси МС в системе координат, связанной с миниспутником.

После вывода МС на целевую орбиту в процессе полета с помощью приемников навигационной системы типа «ГЛОНАСС» и/или GPS и бортовой вычислительной машины производят определение положения центра масс миниспутника относительно местоположения калибруемой РЛС. Затем производят расчет и определяют пространственное положение продольной оси миниспутника относительно линии визирования калибруемой РЛС на текущий момент времени. По расчетным данным бортовой вычислительной машины при помощи системы ориентации миниспутника осуществляют совмещение продольной оси 9 МС 3 с линией визирования 2 калибруемой РЛС 11 (см. фиг.6). При их совмещении по сигналу, вырабатываемому бортовой вычислительной машиной, освобождают грани уголкового отражателя от фиксации и придают углу α между гранями заданное значение в диапазоне от (90-Δ) градусов до (90+Δ) градусов, где Δ определяется из соотношения:

0<Δ<18λ/а,

λ - длина волны калибруемой РЛС;

а - размер грани уголкового отражателя.

Затем жестко фиксируют грани уголкового отражателя в данном положении. При этом основной лепесток индикатрисы рассеяния 12 уголкового отражателя 4 будет направлен на калибруемую РЛС 11, а максимум основного лепестка индикатрисы рассеяния 13 УО совпадет с линией визирования 2 калибруемой РЛС (см. фиг.7).

Далее осуществляют закрутку или вращение УО 4 вокруг биссектрисы угла 7 между гранями уголкового отражателя в плоскости, перпендикулярной середине ребра УО (см. фиг.8).

Следует отметить, что предельно допустимое отклонение максимума основного лепестка индикатрисы рассеяния 13 уголкового отражателя 4 от линии визирования 2 РЛС 11 должно находиться в диапазоне от -10 градусов до +10 градусов (см. фиг.9).

Перед сеансом калибровки радиолокационной станции по величине эффективной поверхности рассеяния или во время сеанса проводят калибровку приемников радиолокационной станции с помощью калиброванных генераторов, подключаемых к высокочастотному входу приемников радиолокационной станции. Регистрируют зависимость значений амплитуд сигнала на выходе приемников радиолокационной станции от относительного значения мощности сигнала, представляющем собой отношение сигнал/шум, на входе приемников радиолокационной станции и получают калибровочный график (см. фиг.10).

Осуществляют калибровку радиолокационной станции по величине эффективной поверхности рассеяния, а именно выполняют сеанс калибровки на интервале времени ΔТ:

ΔT=t₂-t₁,

где t₁ - время начала сеанса калибровки;

t₂ - время окончания сеанса калибровки.

При этом измеренные амплитуды отраженных сигналов от уголкового отражателя регистрируют, а потом по калибровочному графику зависимости значений амплитуд сигнала на выходе приемников радиолокационной станции от относительного значения мощности на входе приемников радиолокационной станции пересчитывают в значения относительной мощности отраженных от уголкового отражателя сигналов.

Кроме того, в течение всего сеанса калибровки определяют пространственное положение продольной оси миниспутника относительно линии визирования калибруемой радиолокационной станции с помощью приемников навигационной системы типа «ГЛОНАСС» и/или GPS и бортовой вычислительной машины. В дальнейшем, используя систему ориентации, удерживают совмещение продольной оси миниспутника с линией визирования калибруемой радиолокационной станции до момента окончания сеанса калибровки.

Кроме того, задают частоту вращения ω уголкового отражателя в соответствии с условием:

ω>12F_рлсπа/λ,

где F_рлс - частота следования импульсов излучения передатчика калибруемой радиолокационной станции;

а - размер грани уголкового отражателя;

λ - длина волны калибруемой радиолокационной станции.

Кроме того, вращение уголкового отражателя осуществляют с помощью электропривода с электродвигателем, вал вращения которого соединяют с серединой ребра уголкового отражателя, а ось вращения соосна с продольной осью миниспутника и биссектрисой угла между гранями в плоскости, перпендикулярной середине ребра уголкового отражателя.

Кроме того, с помощью калибруемой радиолокационной станции измеряют наклонную дальность до уголкового отражателя.

Кроме того, значения относительной мощности отраженных от уголкового отражателя сигналов приводят к фиксированной дальности, например 100 км, путем перерасчета по формуле:

Pi=Bi+40LogRi/100,

где Bi - единичное измеренное значение относительной мощности отраженного сигнала от уголкового отражателя;

Ri - единичное измеренное калибруемой радиолокационной станцией значение наклонной дальности до уголкового отражателя, соответствующее данному Bi.

Кроме того, приведенные к фиксированной дальности единичные значения относительной мощности отраженных от уголкового отражателя сигналов усредняют по формуле:

$${Р}_{ср}=1/n{\displaystyle \sum _{i=1}^{n}Pi}$$ ,

где n - число результатов единичных измерений на интервале времени ΔТ.

Кроме того, усредненное значение Р_ср используют как значение относительной мощности отраженных сигналов, соответствующее эталонному значению эффективной поверхности рассеяния уголкового отражателя.

Кроме того, вращение уголкового отражателя осуществляют либо «по часовой стрелке», либо «против часовой стрелки».

Кроме того, по окончании сеанса калибровки с помощью бортовой вычислительной машины и системы ориентации миниспутника по заданной программе осуществляют разворот миниспутника таким образом, чтобы продольная ось миниспутника, совпадающая с биссектрисой угла между гранями уголкового отражателя в плоскости, перпендикулярной середине ребра УО, была направлена в сторону, противоположную от направления на Землю.

Кроме того, по окончании сеанса калибровки прекращают вращение уголкового отражателя вокруг продольной оси миниспутника, совпадающей с биссектрисой угла между гранями уголкового отражателя в плоскости, перпендикулярной середине ребра УО.

Предлагаемый способ поясняется чертежами фиг.2 - фиг.16.

Фиг.2 - уголковый отражатель 4 в виде двух плоских радиоотражающих граней, где а - размер грани уголкового отражателя.

Фиг.3 - миниспутник 3 с УО 4, причем биссектриса угла 7 между гранями УО в плоскости, перпендикулярной середине ребра УО 4, соосна с продольной осью миниспутника 9.

Фиг.4 - расположение УО 4 относительно центра торцевой поверхности 6 МС.

Фиг.5 - вид миниспутника 3 с УО перед выводом на орбиту при положении граней 10 параллельно торцевой поверхности МС.

Фиг.6 - относительное положение МС 3 с нераскрытыми гранями УО и калибруемой РЛС при совмещении продольной оси МС 9 с линией визирования 2 калибруемой РЛС 11.

Фиг.7 - МС с уголковым отражателем, где 12 - основной лепесток индикатрисы рассеяния вращающегося УО 4, а 13 - максимум основного лепестка индикатрисы рассеяния вращающегося УО 4.

Фиг.8 - вращающийся относительно неподвижного корпуса МС уголковый отражатель.

Фиг.9 - предельно допустимые отклонения максимума основного лепестка индикатрисы рассеяния 13 вращающегося УО 4 от линии визирования 2 калибруемой РЛС 11 (от -10 градусов до +10 градусов).

Фиг.10 - калибровочный график зависимости значений амплитуд сигнала Ai на выходе приемников РЛС от относительного значения мощности Bi сигнала на входе приемников РЛС.

Фиг.11 - варианты закрутки или вращения УО 4 (в направлении часовой стрелки 14, против часовой стрелки 15).

Фиг.12 - схема проведения сеанса калибровки РЛС (позиция 16 представляет положение МС в момент времени t₁, а позиция 17 - положение МС в момент времени t₂).

Фиг.13 - уголковый отражатель, вращающийся вокруг биссектрисы угла между гранями УО в плоскости, перпендикулярной середине ребра УО, выполненный в виде двух плоских радиоотражающих граней, развернутых под фиксированным углом α в диапазоне от (90-Δ) градусов до (90+Δ) градусов, где Δ определяется из соотношения:

0<Δ<18λ/а,

λ - длина волны калибруемой РЛС,

а - размер грани уголкового отражателя.

Фиг.14 - сечения плоскостями XOY и XOZ основного лепестка пространственной индикатрисы рассеяния уголкового отражателя, изображенного на фиг.13.

Фиг.15 - уголковый отражатель, выполненный в виде двух плоских радиоотражающих граней с прямым углом между гранями в статическом состоянии (неподвижный).

Фиг.16 - сечения плоскостями XOY и XOZ основного лепестка пространственной индикатрисы рассеяния статического (неподвижного) уголкового отражателя, выполненного в виде двух плоских радиоотражающих граней с прямым углом между ними.

Предложенный способ реализуется следующим образом. До запуска миниспутника на орбиту вокруг Земли с внешней стороны торцевой поверхности 8 корпуса миниспутника размещают уголковый отражатель 4 (см. фиг.3, фиг.4), выполненный в виде двух плоских радиоотражающих шарнирно связанных граней, развернутых под фиксированным углом α в диапазоне от (90-Δ) градусов до (90+Δ) градусов, где Δ определяется из соотношения: 0<Δ<18λ/а,

λ - длина волны калибруемой РЛС;

а - размер грани уголкового отражателя.

Причем середину ребра уголкового отражателя располагают соосно с центром торцевой поверхности, при этом грани ориентируют таким образом, чтобы биссектриса угла между гранями уголкового отражателя в плоскости, перпендикулярной середине ребра, была совмещена с продольной осью миниспутника.

Затем грани уголкового отражателя разворачивают относительно продольной оси миниспутника так, что они располагаются параллельно торцевой поверхности миниспутника (нераскрытое положение) (см. фиг.5). В дальнейшем грани уголкового отражателя фиксируют в данном положении.

Такое решение обеспечивает минимальный объем, занимаемый миниспутником с уголковым отражателем перед выводом на целевую орбиту.

Кроме того, в память бортовой вычислительной машины миниспутника вводят данные о координатах калибруемой радиолокационной станции в геодезической системе координат. Также вводят данные о координатах центра торцевой поверхности и данные пространственной ориентации продольной оси миниспутника в системе координат, связанной с миниспутником.

Миниспутник выводится на целевую орбиту. Так как местоположение калибруемой радиолокационной станции на поверхности Земли априорно известно, то для обеспечения сеанса калибровки радиолокационной станции параметры орбиты миниспутника с отражателем рассчитываются таким образом, чтобы обеспечить «пролет» миниспутника с уголковым отражателем на борту в зоне радиовидимости калибруемой радиолокационной станции.

Эта задача решается организационными методами при планировании запуска калибровочного миниспутника путем задания требуемой орбиты (наклонения и высоты орбиты). Так, например, для регулярного наблюдения калибровочных космических аппаратов всеми радиолокационными станциями ракетно-космической обороны (РКО), расположенными на территории России, наклонение орбит должно быть не меньше 80 градусов [8].

После вывода МС на целевую орбиту с помощью приемников навигационной системы типа «ГЛОНАСС» и/или GPS и бортовой вычислительной машины производят определение положения центра масс миниспутника относительно местоположения калибруемой радиолокационной станции. Далее производят расчет и определяют пространственное положение продольной оси миниспутника относительно линии визирования калибруемой радиолокационной станции на текущий момент времени. Затем по расчетным данным бортовой вычислительной машины системой ориентации миниспутника осуществляют совмещение продольной оси миниспутника с линией визирования калибруемой радиолокационной станции. При их совмещении по сигналу, вырабатываемому бортовой вычислительной машиной, освобождают грани уголкового отражателя от фиксации и придают углу α между гранями уголкового отражателя заданное значение в диапазоне от (90-Δ) градусов до (90+Δ) градусов, где Δ - определяется из соотношения:

0<Δ<18λ/а,

λ - длина волны калибруемой радиолокационной станции;

а - размер грани уголкового отражателя.

Далее жестко фиксируют грани уголкового отражателя при данном значении угла, при этом основной лепесток индикатрисы рассеяния уголкового отражателя будет направлен на калибруемую радиолокационную станцию, причем максимум основного лепестка индикатрисы рассеяния уголкового отражателя совпадет с линией визирования калибруемой РЛС. При этом предельно допустимые отклонения от линии визирования радиолокационной станции могут находиться в диапазоне от -10 градусов до +10 градусов.

Затем осуществляют закрутку или вращение уголкового отражателя вокруг продольной оси миниспутника с помощью электропривода, например электродвигателя, вал вращения которого соединяют с серединой ребра уголкового отражателя, а ось вращения соосна с продольной осью миниспутника и биссектрисой угла между гранями в плоскости, перпендикулярной середине ребра уголкового отражателя.

Перед сеансом калибровки радиолокационной станции по величине эффективной поверхности рассеяния или во время сеанса проводят калибровку приемников радиолокационной станции одним из известных методов калибровки радиотехнических устройств [1] стр.194, [9] с помощью калиброванных генераторов, подключаемых к высокочастотному входу приемников радиолокационной станции [2]. Регистрируют зависимость значений амплитуд сигнала на выходе приемников радиолокационной станции от относительного значения мощности сигнала, представляющего собой отношение сигнал/шум, на входе приемников радиолокационной станции и получают калибровочный график, (см. фиг.10).

Осуществляют калибровку РЛС по величине эффективной поверхности рассеяния, а именно облучают МС с УО сигналами калибруемой РЛС, принимают отраженные сигналы от УО, одновременно регистрируют амплитуды отраженных сигналов и измеряют их на интервале времени ΔТ:

ΔT=t₂-t₁,

где t₁ - время начала сеанса калибровки;

t₂ - время окончания сеанса калибровки.

Затем по калибровочному графику зависимости значений амплитуд сигнала на выходе приемников РЛС от относительного значения мощности сигнала на входе приемников радиолокационной станции пересчитывают в значения относительной мощности (отношения сигнал/шум) отраженных от уголкового отражателя сигналов с помощью известных формул интерполяции [6] стр.14-19.

Кроме того, в течение всего сеанса калибровки определяют пространственное положение продольной оси миниспутника относительно линии визирования калибруемой радиолокационной станции с помощью приемников навигационной системы типа «ГЛОНАСС» и/или GPS и бортовой вычислительной машины и, используя систему ориентации, удерживают совмещение продольной оси миниспутника с линией визирования калибруемой радиолокационной станции до момента окончания сеанса.

Одновременно во время сеанса калибровки с помощью калибруемой РЛС измеряют наклонную дальность до миниспутника с УО, а значения относительной мощности, отраженных от миниспутника с УО сигналов, приводят к фиксированной дальности, например 100 км, путем перерасчета по формуле:

Pi=Bi+40LogRi/100,

где Bi - единичное измеренное значение относительной мощности отраженного сигнала от уголкового отражателя;

Ri - единичное измеренное значение дальности калибруемой РЛС до отражателя, соответствующее данному Bi.

«Приведенные» к фиксированной дальности значения относительной мощности отраженных сигналов от уголкового отражателя усредняют по формуле:

$${Р}_{ср}=1/n{\displaystyle \sum _{i=1}^{n}Pi}$$ ,

где n - число результатов единичных измерений на интервале времени ΔT.

Полученное усредненное значение Рср используют при измерениях ЭПР баллистических и космических объектов как значение относительной мощности отраженных сигналов, соответствующее эталонному значению ЭПР уголкового отражателя.

Для исключения несанкционированного использования МС для калибровки РЛС после проведения сеанса калибровки осуществляют разворот миниспутника так, чтобы биссектриса угла между гранями уголкового отражателя в плоскости, перпендикулярной середине ребра УО, была направлена в сторону, противоположную от направления на Землю, и наряду с этим прекращают вращения УО вокруг продольной оси миниспутника.

Использование уголкового отражателя, выполненного в виде двух плоских радиоотражающих граней с фиксированным значением угла α между ними в диапазоне от (90-Δ) градусов до (90+Δ) градусов, позволяет достичь «уплощения» формы основного лепестка индикатрисы рассеяния УО в горизонтальной плоскости. В результате этого сектор углов индикатрисы рассеяния УО в горизонтальной плоскости, в котором его ЭПР практически не меняется, составляет ±10 градусов [3] стр.150, рис.4.7, кривые 2, 3.

При этом Δ определяется из соотношения:

0<Δ<18λ/а,

где λ - длина волны калибруемой РЛС;

а - размер грани уголкового отражателя.

Определение пространственного положения продольной оси миниспутника относительно линии визирования калибруемой радиолокационной станции в течение всего сеанса калибровки с помощью приемников навигационной системы типа «ГЛОНАСС» и/или GPS, бортовой вычислительной машины и удержание с помощью системы ориентации совмещения продольной оси миниспутника с линией визирования РЛС в течение сеанса калибровки по величине ЭПР позволяет сохранить ориентацию максимума основного лепестка индикатрисы рассеяния вращающегося УО вдоль линии визирования калибруемой радиолокационной станции и обеспечить постоянное значение ЭПР уголкового отражателя в направлении РЛС.

Применение закрутки уголкового отражателя с круговой частотой ω>12F_рлсπа/λ,

где F_рлс - частота следования импульсов излучения передатчика калибруемой РЛС;

а - размер грани уголкового отражателя;

λ - длина волны калибруемой РЛС,

позволяет получить эффективный отражатель с относительно широкой индикатрисой рассеяния 18, не менее 30 градусов на уровне минус 3 дБ (при условии 2πа/λ>>1), и «уплощенной» формой основного лепестка индикатрисы рассеяния в двух плоскостях - вертикальной и горизонтальной (см. фиг.14).

Причем ширина основного лепестка индикатрисы рассеяния 19 вращающегося уголкового отражателя вокруг оси, совпадающей с биссектрисой угла между гранями в плоскости, перпендикулярной середине ребра УО в вертикальной и горизонтальной плоскости, одинакова и при этом равна ширине основного лепестка индикатрисы рассеяния статического (неподвижного) уголкового отражателя в горизонтальной плоскости 20 (см. фиг.14, фиг.16). Тем самым сектор углов основного лепестка индикатрисы рассеяния УО в вертикальной и в горизонтальной плоскости, в котором его ЭПР является практически постоянной величиной, составляет 20° (±10°) (см. фиг.14).

Проведение пересчета значений относительной мощности к стандартной дальности позволяет исключить зависимость выполняемых измерений от изменения расстояния между РЛС и миниспутником с УО в течение сеанса калибровки РЛС по величине ЭПР.

Полученное в результате статистической обработки единичных измерений Р_ср существенно точнее единичного значения Pi, а именно случайные погрешности уменьшатся в $$\sqrt{n}$$ раз, где n - число результатов единичных измерений на интервале времени ΔT.

Использование в предлагаемом способе для калибровки РЛС миниспутника небольшой массы и объема с уголковым отражателем с достаточно большой ЭПР позволяет осуществлять его запуск в качестве попутной нагрузки, что снижает стоимость вывода миниспутника на орбиту.

Из вышеизложенного следует, что предложенные технические решения имеют преимущества по сравнению с известными способами калибровки РЛС, а именно: позволяют повысить точность калибровки РЛС по величине ЭПР при проведении динамических измерений ЭПР баллистических и космических объектов.

Источники информации

1. Майзельс Е.Н., Торгованов В.А. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей / под ред. М.А. Колосова. М.: Советское радио. 1972.С.19-20, с.144-145, с.178-179, с.193-194, с.204-213.

2. Олин (I.D. Olin). Динамические измерения радиолокационных поперечных сечений // ТИИЭР. 1965. т.53. №8.

3. Кобак В.О. Радиолокационные отражатели / под ред. О.Н. Леонтьевского. М.: Советское радио. 1975. С.103, с.144, с.146, с.150, с.152, с.235.

4. Леонов А.И., Леонов С.А., Нагулинко Ф.В. и др. Испытания РЛС / под ред. А.И. Леонова. М.: Радио и связь. 1990. С.37, с.51.

5. Методы исследования радиолокационных характеристик объектов / под ред. С.В. Ягольникова. М.: Радиотехника. 2012. С.75-77.

6. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы обработки данных. М.: Мир. 1980. С.14-19.

7. Сколник М. Справочник по радиолокации. Т.1 / под ред. Я.С. Ицхоки. М.: Советское радио. 1976. С.356-397.

8. Бондаренко А.П., Курикша А.А., Суханов С.А., Фатеев В.Ф. К вопросу о создании группировки легких космических аппаратов для калибровки РЛС РКО // Успехи современной радиоэлектроники. 2010. №3. С.5.

9. Проверка радиоизмерительных приборов. Сборник инструкций, издание официальное. Стандартгиз. 1961.

Изобретение предназначено для калибровки радиолокационных станций (РЛС). Технический результат - повышение точности калибровки РЛС. Заявленный способ включает запуск на орбиту искусственного спутника Земли (ИСЗ) отражателя с известной величиной ЭПР, облучение его сигналами РЛС, прием и измерение амплитуды отраженных сигналов, при этом в качестве эталона ЭПР на орбиту вокруг Земли на борту миниспутника (МС) транспортируют уголковый отражатель (УО), который выполнен в виде двух плоских радиоотражающих шарнирно связанных граней, развернутых под фиксированным углом α в диапазоне от (90-Δ)° до (90+Δ)°, где Δ определяется из соотношения: 0<Δ<18λ/а, λ - длина волны калибруемой РЛС; а - размер грани УО, причем до запуска УО размещают с внешней стороны торцевой поверхности (ТП) корпуса МС, середину ребра УО располагают соосно с центром ТП, при этом грани ориентируют таким образом, чтобы биссектриса угла между гранями УО в плоскости, перпендикулярной середине ребра, была совмещена с продольной осью МС. В полете с помощью приемников типа «ГЛОНАСС» и/или GPS и бортовой вычислительной машины производят определение положения центра масс МС относительно местоположения калибруемой РЛС, определяют пространственное положение продольной оси МС относительно линии визирования РЛС, а затем системой ориентации МС осуществляют их совмещение в результате чего основной лепесток индикатрисы рассеяния УО направлен на калибруемую РЛС, а максимум основного лепестка индикатрисы рассеяния УО совпадает с линией визирования калибруемой РЛС. Далее УО задает вращение вокруг биссектрисы угла между его гранями. 10 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Способ калибровки радиолокационной станции по величине эффективной поверхности рассеяния по миниспутнику с эталонным отражателем, заключающийся в том, что на орбиту вокруг Земли запускают отражатель с известной величиной эффективной поверхности рассеяния, облучают его сигналами калибруемой радиолокационной станции, принимают отраженные сигналы от отражателя, находящегося в дальней зоне антенны радиолокационной станции, измеряют амплитуды отраженных от отражателя сигналов, отличающийся тем, что в качестве эталона эффективной поверхности рассеяния на орбиту вокруг Земли на борту миниспутника транспортируют уголковый отражатель, выполненный в виде двух плоских радиоотражающих шарнирно связанных граней, развернутых под фиксированным углом α в диапазоне от (90-Δ) градусов до (90+Δ) градусов, где Δ определяется из соотношения:
0<Δ<18λ/а,
λ - длина волны калибруемой РЛС;
а - размер грани уголкового отражателя,
предварительно, до запуска миниспутника на орбиту вокруг Земли уголковый отражатель размещают с внешней стороны торцевой поверхности корпуса миниспутника, причем середину ребра уголкового отражателя располагают соосно с центром торцевой поверхности, при этом грани ориентируют таким образом, чтобы биссектриса угла между гранями уголкового отражателя в плоскости, перпендикулярной середине ребра, была совмещена с продольной осью миниспутника, проходящей через центр торцевой поверхности, затем грани уголкового отражателя разворачивают относительно продольной оси миниспутника так, что они располагаются симметрично и параллельно торцевой поверхности корпуса миниспутника, и фиксируют в данном положении, наряду с этим в память бортовой вычислительной машины миниспутника вводят данные о координатах калибруемой радиолокационной станции в геодезической системе координат, а также вводят данные о координатах центра торцевой поверхности, с внешней стороны которой располагается двугранный уголковый отражатель, и данные пространственной ориентации продольной оси миниспутника в системе координат, связанной с миниспутником, после вывода миниспутника на целевую орбиту в процессе полета с помощью приемников навигационной системы типа «ГЛОНАСС» и/или GPS и бортовой вычислительной машины производят определение положения центра масс миниспутника относительно местоположения калибруемой радиолокационной станции, в дальнейшем бортовой вычислительной машиной производят расчет и определяют пространственное положение продольной оси миниспутника относительно линии визирования калибруемой радиолокационной станции на текущий момент времени, по расчетным данным бортовой вычислительной машины системой ориентации миниспутника осуществляют совмещение продольной оси миниспутника с линией визирования калибруемой радиолокационной станции и при их совмещении по сигналу, вырабатываемому бортовой вычислительной машиной, освобождают грани уголкового отражателя от фиксации и придают углу α между гранями заданное значение в диапазоне от (90-Δ) градусов до (90+Δ) градусов, где Δ определяется из соотношения:
0<Δ<18λ/а,
λ - длина волны калибруемой радиолокационной станции;
а - размер грани уголкового отражателя,
далее жестко фиксируют грани уголкового отражателя при данном значении угла, при этом основной лепесток индикатрисы рассеяния уголкового отражателя направлен на калибруемую радиолокационную станцию, а максимум основного лепестка индикатрисы рассеяния уголкового отражателя совпадает с линией визирования калибруемой радиолокационной станции, затем осуществляют закрутку или вращение уголкового отражателя вокруг продольной оси миниспутника, совпадающей с биссектрисой угла между гранями уголкового отражателя в плоскости, перпендикулярной середине ребра уголкового отражателя, перед сеансом калибровки радиолокационной станции по величине эффективной поверхности рассеяния или во время его проведения проводят калибровку приемников радиолокационной станции с помощью калиброванных генераторов, подключаемых к высокочастотному входу приемников радиолокационной станции, регистрируют зависимость значений амплитуд сигнала на выходе приемников радиолокационной станции от относительного значения мощности сигнала, представляющего собой отношение сигнал/шум, на входе приемников радиолокационной станции и получают калибровочный график, осуществляют калибровку радиолокационной станции по величине эффективной поверхности рассеяния, а именно, выполняют сеанс калибровки на интервале времени ΔТ:
ΔT=t₂-t₁,
где t₁ - время начала сеанса калибровки;
t₂ - время окончания сеанса калибровки,
при этом измеренные амплитуды отраженных сигналов от уголкового отражателя регистрируют, а потом по калибровочному графику зависимости значений амплитуд сигнала на выходе приемников радиолокационной станции от относительного значения мощности на входе приемников радиолокационной станции пересчитывают в значения относительной мощности отраженных от уголкового отражателя сигналов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в течение всего сеанса калибровки определяют пространственное положение продольной оси миниспутника относительно линии визирования калибруемой радиолокационной станции с помощью приемников навигационной системы типа «ГЛОНАСС» и/или GPS и бортовой вычислительной машины и, используя систему ориентации, удерживают совмещение продольной оси миниспутника с линией визирования калибруемой радиолокационной станции до момента окончания сеанса.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что задают частоту вращения ω уголкового отражателя в соответствии с условием:
ω>12F_рлсπа/λ,
где F_рлс - частота следования импульсов излучения передатчика калибруемой радиолокационной станции;
а - размер грани уголкового отражателя;
λ - длина волны калибруемой радиолокационной станции.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что вращение уголкового отражателя осуществляют с помощью электропривода с электродвигателем, вал вращения которого соединяют с серединой ребра уголкового отражателя, а ось вращения соосна с продольной осью миниспутника и биссектрисой угла между гранями в плоскости, перпендикулярной середине ребра уголкового отражателя.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что с помощью калибруемой радиолокационной станции измеряют наклонную дальность до уголкового отражателя.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что значения относительной мощности отраженных от уголкового отражателя сигналов приводят к фиксированной дальности, например 100 км, путем перерасчета по формуле: Pi=Bi+40Log Ri/100,
где Bi - единичное измеренное значение относительной мощности отраженного сигнала от уголкового отражателя;
Ri - единичное измеренное калибруемой радиолокационной станцией значение наклонной дальности до уголкового отражателя, соответствующее данному Bi.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что приведенные к фиксированной дальности единичные значения относительной мощности отраженных от уголкового отражателя сигналов усредняют по формуле:
$${Р}_{ср}=1/n{\displaystyle \sum _{i=1}^{n}Pi}$$ ,
где n - число результатов единичных измерений на интервале времени ΔТ.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что усредненное значение Р_ср используют как значение относительной мощности отраженных сигналов, соответствующее эталонному значению эффективной поверхности рассеяния уголкового отражателя.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что вращение уголкового отражателя осуществляют либо «по часовой стрелке», либо «против часовой стрелки».

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что по окончании сеанса калибровки с помощью бортовой вычислительной машины и системы ориентации миниспутника по заданной программе осуществляют разворот миниспутника таким образом, чтобы продольная ось миниспутника, совпадающая с биссектрисой угла между гранями уголкового отражателя в плоскости, перпендикулярной середине ребра УО, была направлена в сторону, противоположную от направления на Землю.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что по окончании сеанса калибровки прекращают вращение уголкового отражателя вокруг продольной оси миниспутника, совпадающей с биссектрисой угла между гранями уголкового отражателя в плоскости, перпендикулярной середине ребра УО.