УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ АСТЕРОИДА Российский патент 2015 года по МПК B64G3/00 G01S13/06 

Изобретение относится к системам, используемым для реализации комплексов активной защиты Земли от летающих объектов естественного и искусственного происхождения, приближающихся к Земле.

Общеизвестно определение параметров движения цели (угловых координат, дальности, скорости и направления перемещения цели) с помощью радиолокационной станции (РЛС), например РСП-6, антенна которой, вращаясь по азимуту, все время производит круговой обзор околоземного пространства. О других РЛС и тем более с не вращающимися антеннами и выполняющими аналогичные функции мало что известно.

Целью изобретения является расширение ассортимента РЛС, используемых для реализации комплексов активной защиты Земли.

Поставленная цель достигается за счет использования для определения параметров движения цели - астероида РЛС с не вращающимися антеннами.

Устройство определения параметров движения астероида содержит частотный радиолокатор, который выполнен в виде одного передающего модуля (ПДМ) и четырех идентичных приемных модулей (ПРМ1÷ПРМ4), каждый из которых представляет собой последовательно соединенные: приемную антенну (ПРА); смеситель (СМ) со вторым входом, через один из четырех высокочастотных кабелей (ВЧК1÷ВЧК4), подключенным к маломощному выходу передатчика ПДМ; фильтр разностных частот (ФРЧ) и обнаружитель сигнала узкополосного спектра частот (ОСУСЧ) и выходную шину, а ПДМ, совмещенный с: первым и вторым фазовыми детекторами (ФД1 и ФД2); четырьмя блоками отображения информации (БОИ1÷БОИ4); регистром сдвига (Рг) и блоком вычисления скорости астероида (БВСА), содержит передатчик непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразно линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал), высокомощный выход которого подключен к передающей антенне (ПДА), а выходы ПРМ1, ПРМ2, ПРМ3 и ПРМ4, каждый, через один из четырех ВЧК (ВЧК5÷ВЧК8), подключены, соответственно, к первому и второму входам ФД1 и к первому и второму входам ФД2, а первый выход ФД1 подключен к первым входам БОИ1 и БОИ4, второй выход ФД1 подключен к первым входам БОИ2 и БОИ3, первый выход ФД2 подключен к вторым входам БОИ1 и БОИ2, второй выход ФД2 подключен к вторым входам БОИ3 и БОИ4, а также выход ПРМ1 подключен к входу Рг, первый выход которого подключен: к третьим входам БОИ; входу БВСА, второй выход Рг подключен к четвертым входам БОИ.

Рассмотрим работу устройства определения параметров движения астероида.

Установим ПРА1, ПРА2, ПРА3, ПРА4 ПРМ1-ПРМ4 на Земле, на окружности, на равном удалении по окружности друг от друга, с базовым L=20 км расстоянием между диаметрально противоположными ПРА1 и ПРА2, а также ПРА3 и ПРА4, а в центре окружности установим ПДА ПДМ, через которую будем излучать в сторону астероида, приближающегося к Земле со скоростью Vi=30 км/с, непрерывный сигнал с частотной модуляцией по одностороннему пилообразно линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал) с частотой f=100 ГГц, частотой модуляции Fm=10 Гц и девиацией частоты dfm=500 МГц. И пусть астероид приближается к Земле так, что Di₂>Di₄>Di₃>Di₁. Тогда на выходах СМ1, СМ2, СМ3, СМ4 ПРМ1÷ПРМ4, после перемножения в них излученного и отраженного от астероида НЛЧМ сигналов, будут сформированы, при Di₁+Dj=30000 км, разностные сигналы с частотой Fp₂>Fp₄>Fp₃>Fp₁=[(Di₁+Dj)Fm×dfm/C]-(2×Vi×f/C)=480 МГц.

Далее сигналы с частотой Fp_1÷4 обнаруживаются ОСУСЧ1÷ОСУСЧ4, например, реализованными по способу из патента RU №2374597. Так, например, при подаче на входы смесителей в ОСУСЧ1÷ОСУСЧ4 постоянного опорного сигнала с частотой 470 МГц обнаружители будут обнаруживать сигналы частотой 480 МГц - 470 МГц = 10 МГц. Так как в рассматриваемом случае Di₂>Di₄>Di₃>Di₁, то короткие импульсы появятся сначала на выходе ОСУСЧ1, затем ОСУСЧ3, далее ОСУСЧ4 и, наконец, ОСУСЧ2. При этом только на первых выходах ФД1 и ФД2, например микросхемах типа МС 4044 или МС 12040 (см. [1] У. Титце, К. Шенк. Полупроводниковая схемотехника. М., Мир, 1982, стр.495), появятся импульсы длительностью, равной времени t₁ и t₂, между моментами появления коротких импульсов на выходах ОСУСЧ1 и ОСУСЧ2 и соответственно ОСУСЧ3 и ОСУСЧ4, которые далее поступят, соответственно, на первый и второй входы БОИ1.

Любой из четырех блоков отображения информации об областях четвертой части полусферы над ПДА, например о каждой четвертой части четверти полусферы, может быть выполнен с использованием двух реверсивных регистров сдвига (РРС1 и РРС2), например, реализованных по авторскому свидетельству СССР №1529291. При этом входы РРС1 и РРС2 будут являться первым и вторым входами БОИ, а: первый выход РРС1 необходимо будет подключить к первым входам элементов И1, И2 и И¹1, И¹2; первый выход РРС2 необходимо будет подключить ко вторым входам элементов И1, И3 и И¹1, И¹3; второй выход РРС1 необходимо будет подключить к первым входам элементов И3, И4 и И¹3, И¹4; второй выход РРС2 необходимо будет подключить к вторым входам элементов И2, И4 и И¹2, И¹4, а третьи входы элементов И1, И2, И3, И4, так же как и элементов И¹1, И¹2, И¹3, И¹4, необходимо будет подключить, соответственно, к третьему и четвертому входам БОИ1, а к выходам каждого из элементов И1, И2, И3, И4 и И¹1, И¹2, И¹3, И¹4 подключить светодиоды и по четыре ячейки постоянного запоминающего устройства (ЯПЗУ1÷ЯПЗУ4 или ЯПЗУ¹1÷ЯПЗУ¹4). Тогда, при обнаружении астероида в наиболее близкой области к выбранной точке на Земле, загорится светодиод, подключенный к выходу И1 или И¹1, а при его обнаружении в наиболее дальней области загорится светодиод, подключенный к выходу И4 или И¹4 и т.п. А из ЯПЗУ, в которые предварительно была записана информация, соответственно, о дальностях (Di и Dj), азимуте и угле места нахождения той или иной области обнаружения астероида относительно расположения антенн, можно будет автоматически списать информацию, например, для определения точки упреждения астероида при активном способе защиты Земли.

Одновременно с поступлением импульсов на первый и второй входы БОИ1 на его третий вход и далее на третьи входы элементов И1, И2, И3, И4 поступит высокий потенциал с первого выхода Рг, переведенного в это состояние импульсом с выхода ОСУСЧ1 ПРМ1. Очевидно, что при самых малых t₁ и t₂ высокий потенциал появится только на первом и втором входах и выходе И1 БОИ1, а при самых больших t₁ и t₂ - только на первом и втором входах и выходе И4 БОИ1, пусть на выходе И1. При этом загорится светодиод на выходе И1, характеризующий начало вектора направления движения астероида, и на выходах ЯПЗУ₁1÷ЯПЗУ₁3 появится информация о дальности, азимуте и угле места области пространства обнаружения астероида, то есть его координаты.

После того как астероид пролетит далее еще некоторое время t₃, на выходах СМ1, СМ2, СМ3, СМ4 ПРМ1÷ПРМ4, после перемножения в них излученного и отраженного от астероида НЛЧМ сигналов, будут сформированы сигналы с частотой $$F{p}_1>F{p}^1{}_2>F{p}^1{}_4>F{p}^1{}_3>F{p}^1{}_1=[(D{i}^1{}_1+D{j}^1)Fm\times dfm/C]-(2\times Vi\times f/C)=460МГц$$ , а на выходах смесителей в ОСУСЧ1÷ОСУСЧ4 сигналы частотой 470 МГц - 460 МГц = 10 МГц и на выходах ОСУСЧ короткие импульсы, под действием которых на первых выходах ФД1 и ФД2 вновь появятся импульсы длительностью, равной времени $$t^1{}_1$$ и $$t^1{}_2$$ , между моментами появления коротких импульсов на выходах ОСУСЧ1 и ОСУСЧ2 и соответственно ОСУСЧ3 и ОСУСЧ4, которые далее поступят, соответственно, на первый и второй входы БОИ1. Одновременно с этим на четвертый вход БОИ1 и далее на третьи входы элементов И¹1, И¹2, И¹3, И¹4 поступит высокий потенциал со второго выхода Рг, переведенного в это состояние вторым импульсом с выхода ОСУСЧ1 ПРМ1. Очевидно также, что при самых малых t₁ и t₂ высокий потенциал появится только на первом и втором входах и выходе И¹1 БОИ1. При этом загорится светодиод на выходе И¹1, характеризующий конец вектора направления движения астероида, и на выходах ЯПЗУ¹1÷ЯПЗУ¹4 появится информация о дальностях, азимуте и угле места второй области пространства обнаружения астероида, т.е. его очередные координаты. Очевидно, что светодиоды можно в пространстве расположить так, что сделанный с их применением, например, макет будет отражать картину перемещения астероида.

Кроме того, импульс длительностью t₃ и пропорциональный Vi с первого выхода Рг подают на БВСА, где известными методами (например, подсчетом счетных импульсов известной частоты за время t₃) определяют скорость астероида.

Изобретение относится к радиолокационным системам (РЛС) в составе комплексов активной защиты Земли от приближающихся к ней объектов естественного и искусственного происхождения. Устройство включает в себя наземную РЛС с четырьмя приемными (ПРА) и одной передающей (ПДА) антеннами, с двумя фазовыми детекторами, четырьмя блоками отображения информации, регистром сдвига и блоком вычисления скорости астероида. ПДА, установленная в центре окружности, излучает пилообразный НЛЧМ сигнал. Отраженные от астероида сигналы принимаются ПРА, расположенными равномерно вдоль окружности. Параметры движения астероида определяют по моментам обнаружения и по частотам разностных сигналов, принимаемых и формируемых в ПРА, используя указанные выше средства РЛС. Технический результат изобретения состоит в расширении ассортимента РЛС комплексов активной защиты Земли.

Устройство определения параметров движения астероида, содержащее частотный радиолокатор, отличающееся тем, что частотный радиолокатор выполнен в виде одного передающего модуля (ПДМ) и четырех идентичных приемных модулей (ПРМ1÷ПРМ4), каждый из которых представляет собой последовательно соединенные приемную антенну (ПРА), смеситель (СМ) со вторым входом, через один из четырех высокочастотных кабелей (ВЧК1÷ВЧК4) подключенным к маломощному выходу передатчика ПДМ, фильтр разностных частот (ФРЧ), обнаружитель сигнала узкополосного спектра частот (ОСУСЧ) и выходную шину, причем ПДМ, совмещенный с первым и вторым фазовыми детекторами (ФД1 и ФД2), четырьмя блоками отображения информации (БОИ1÷БОИ4), регистром сдвига (Рг) и блоком вычисления скорости астероида (БВСА), содержит передатчик непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразно линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал), высокомощный выход которого подключен к передающей антенне (ПДА), а выходы ПРМ1, ПРМ2, ПРМ3 и ПРМ4, каждый, через один из четырех ВЧК (ВЧК5÷ВЧК8) подключены, соответственно, к первому и второму входам ФД1 и к первому и второму входам ФД2, причем первый выход ФД1 подключен к первым входам БОИ1 и БОИ4, второй выход ФД1 подключен к первым входам БОИ2 и БОИ3, первый выход ФД2 подключен к вторым входам БОИ1 и БОИ2, второй выход ФД2 подключен к вторым входам БОИ3 и БОИ4, а также выход ПРМ1 подключен к входу Рг, первый выход которого подключен к третьим входам БОИ, входу БВСА, а второй выход Рг подключен к четвертым входам БОИ.