СПОСОБ КАЛИБРОВКИ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА С ЭТАЛОННЫМИ ОТРАЖАТЕЛЬНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ Российский патент 2016 года по МПК G01S7/40 

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для калибровки радиолокационных станций (РЛС) по величине эффективной поверхности рассеяния (ЭПР).

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 (прототипом) является способ, описанный в патенте RU №2477495 «Способ калибровки радиолокационной станции по величине эффективной поверхности рассеяния при проведении динамических измерений эффективной поверхности рассеяния исследуемых объектов» [5]. Недостатком прототипа является ограниченная область его применения - для калибровки РЛС сантиметрового диапазона радиоволн вследствие габаритных ограничений цилиндрического контейнера, размещаемого на космическом аппарате (КА). Другой недостаток прототипа заключается в однократном использовании отделяемого от космического аппарата уголкового отражателя (УО) для калибровки РЛС.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей калибровки РЛС в широком диапазоне радиоволн от сантиметрового до метрового. Кроме того, способ обеспечивает возможность многократного использования КА с эталонными отражательными характеристиками для калибровки РЛС. Вместе с тем также достигается повышение точности калибровки РЛС по величине эффективной поверхности рассеяния.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе калибровки радиолокационной станции с использованием космического аппарата с эталонными отражательными характеристиками, согласно которому запускают отражатель с известной величиной эффективной поверхности рассеяния на орбиту вокруг Земли, облучают его сигналами калибруемой радиолокационной станции, принимают отраженные сигналы от отражателя, находящегося в дальней зоне антенны радиолокационной станции, измеряют амплитуды отраженных от отражателя сигналов и наклонную дальность до космического аппарата, проводят калибровку приемников РЛС с помощью калиброванных генераторов, подключаемых к высокочастотному входу приемников РЛС, и получают калибровочный график, новым является то, что в качестве эталона эффективной поверхности рассеяния на орбиту вокруг Земли транспортируют КА 1, содержащий корпус в виде прямой призмы 2, одна из граней 3 которой имеет радиоотражающую поверхность. Причем на боковом ребре прямой призмы дополнительно устанавливают плоскую прямоугольную пластину 4 из радиоотражающего материала, шарнирно связанную с корпусом КА так, что ось поворота плоской прямоугольной пластины из радиоотражающего материала расположена параллельно боковому ребру прямой призмы. Кроме того, плоскую прямоугольную пластину из радиоотражающего материала разворачивают относительно грани прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, на угол α и при этом образуют двугранный уголковый отражатель, причем величина угла α находится в диапазоне от (90-Δ) градусов до (90+Δ) градусов, где Δ - определяется из соотношения:

0<Δ<18 λ/а,

λ - длина волны калибруемой РЛС;

а - размер грани уголкового отражателя (см. фиг. 1, фиг. 2).

До запуска КА на орбиту вокруг Земли определяют координаты середины ребра 5 и положение биссектрисы 6 угла двугранного уголкового отражателя, образованного гранью 3, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной 4 из радиоотражающего материала в плоскости, перпендикулярной середине ребра, в связанной системе координат КА (см. фиг. 1, фиг. 2).

Затем координаты середины ребра и положение биссектрисы угла в плоскости, перпендикулярной середине ребра двугранного уголкового отражателя, вводят в память бортового цифрового вычислительного комплекса (БЦВК).

Кроме того, в транспортном положении, до запуска КА на орбиту плоскую прямоугольную пластину 4 из радиоотражающего материала укладывают и фиксируют так, что она прилегает к одной из граней прямой призмы 2 (см. фиг. 3).

После выведения КА на целевую орбиту для управления КА используют наземный комплекс управления с командной радиолинией и бортовую аппаратуру командной радиолинии. Причем с наземного комплекса управления по командной радиолинии на КА передают координаты радиолокационной станции, подлежащей калибровке по величине эффективной поверхности рассеяния. Затем с помощью приемников навигационной системы типа ГЛОНАСС и/или GPS и бортового цифрового вычислительного комплекса определяют текущие координаты центра масс КА, углы текущей пространственной ориентации КА. С помощью БЦВК определяют положение центра масс КА относительно переданных с наземного комплекса управления координат калибруемой радиолокационной станции.

Далее БЦВК осуществляют расчет времени входа КА в зону прямой радиовидимости калибруемой РЛС. Одновременно бортовым цифровым вычислительным комплексом производят расчет и определяют ориентацию осей связанной системы координат КА относительно линии визирования калибруемой радиолокационной станции.

Затем при помощи БЦВК производят расчет и определяют пространственное положение биссектрисы угла двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала относительно линии визирования калибруемой радиолокационной станции на момент времени входа КА в зону прямой радиовидимости калибруемой РЛС.

При входе КА в зону прямой радиовидимости калибруемой РЛС, по расчетным данным БЦВК, системой ориентации КА осуществляют совмещение положения биссектрисы 6 угла двугранного уголкового отражателя, образованного гранью 3 прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной 4 из радиоотражающего материала, с линией визирования 7 калибруемой радиолокационной станции 8. При их совмещении по сигналу, вырабатываемому БЦВК, освобождают плоскую прямоугольную пластину 4 из радиоотражающего материала от фиксации и разворачивают относительно грани 3 прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, на угол α, величина которого лежит в диапазоне от (90-Δ) градусов до (90+Δ) градусов, где Δ - определяется из соотношения:

0<Δ<18 λ/а,

λ - длина волны калибруемой радиолокационной станции;

а - размер грани уголкового отражателя (см. фиг. 4).

Далее жестко фиксируют плоскую прямоугольную пластину из радиоотражающего материала при данном значении угла α. Затем при помощи БЦВК осуществляют расчет времени выхода КА из зоны прямой радиовидимости калибруемой РЛС.

В дальнейшем системой ориентации КА удерживают совмещение биссектрисы 6 угла двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала с линией визирования 7 калибруемой радиолокационной станции до времени выхода КА из зоны прямой радиовидимости калибруемой РЛС.

Затем осуществляют калибровку радиолокационной станции по величине эффективной поверхности рассеяния, а именно выполняют сеанс калибровки на интервале времени меньшем либо равным ΔТ, определяемым из соотношения:

ΔT=t₂-t₁,

где t₁ - время входа КА в зону прямой радиовидимости калибруемой РЛС;

t₂ - время выхода КА из зоны прямой радиовидимости калибруемой РЛС.

При этом основной лепесток индикатрисы рассеяния 9 двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала в течение всего времени нахождения КА в зоне прямой видимости калибруемой РЛС направлен на калибруемую радиолокационную станцию 8. Более того, максимум основного лепестка индикатрисы рассеяния 10 двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала, в течение сеанса калибровки совпадает с линией визирования 7 калибруемой радиолокационной станцией (см. фиг. 4).

Кроме того, измеренные амплитуды отраженных сигналов от уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала, регистрируют, а затем по калибровочному графику пересчитывают в значения относительной мощности сигналов, отраженных от образованного уголкового отражателя.

Значения относительной мощности сигналов, отраженных от уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала, приводят к фиксированной дальности путем перерасчета по формуле:

Pi=Bi+40Log Ri/Rf,

где Bi - единичное измеренное значение относительной мощности отраженного сигнала от двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала;

Ri - единичное измеренное калибруемой радиолокационной станцией значение наклонной дальности до КА, соответствующее данному Bi;

Rf - величина фиксированной дальности.

Кроме того, приведенные к фиксированной дальности единичные значения относительной мощности отраженных сигналов от двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала, усредняют по формуле:

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

Кроме того, усредненное значение Pcp используют как значение относительной мощности отраженных сигналов, соответствующее эталонному значению эффективной поверхности рассеяния двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала.

Кроме того, для определения положения центра масс КА относительно местоположения калибруемой радиолокационной станции используют приемники навигационной системы типа GALILEO и/или ГЛОНАСС.

Кроме того, для определения положения центра масс КА относительно местоположения калибруемой радиолокационной станции используют приемники навигационной системы типа GALILEO и/или GPS.

Предлагаемый способ поясняется чертежами фиг. 1- фиг. 6, на которых показано:

Фиг. 1 - космический аппарат 1; корпус в виде прямой призмы 2; грань прямой призмы 3, имеющая радиоотражающую поверхность; плоская прямоугольная пластина 4 из радиоотражающего материала, шарнирно связанная с корпусом КА.

Фиг. 2 - двугранный уголковый отражатель, образованный гранью 3 прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной 4 из радиоотражающего материала; а - размер грани уголкового отражателя, образованного радиоотражающими поверхностями прямой призмы корпуса КА и плоской прямоугольной пластины; α - угол между плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала и гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность; 6 - биссектриса угла двугранного уголкового отражателя, образованного гранью 3 прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной 4 из радиоотражающего материала в плоскости, перпендикулярной середине ребра.

Фиг. 3 - транспортное положение КА 1 до запуска на орбиту вокруг Земли; 4 - плоская прямоугольная пластина из радиоотражающего материала.

Фиг. 4 - относительное положение КА 1 с плоской прямоугольной пластиной 4 из радиоотражающего материала, развернутой на угол α относительно грани 3 прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и калибруемой РЛС 8; 9 - основной лепесток индикатрисы рассеяния уголкового отражателя, образованного гранью 3 прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной 4 из радиоотражающего материала; 10 - максимум основного лепестка индикатрисы УО.

Фиг. 5 - калибровочный график зависимости значений амплитуд сигнала Ai на выходе приемников РЛС от относительного значения мощности Bi сигнала на входе приемников РЛС.

Фиг. 6 - схема проведения сеанса калибровки РЛС; 7 - линия визирования калибруемой РЛС 8; 10 - максимум основного лепестка индикатрисы рассеяния УО, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала; позиция 11 - положение калибровочного КА 1 в момент времени, соответствующий началу сеанса калибровки РЛС; позиция 12 - положение калибровочного КА 1, соответствующее моменту времени окончания сеанса калибровки РЛС.

Предложенный способ реализуется следующим образом. На этапе подготовки к запуску КА на орбиту вокруг Земли плоскую прямоугольную пластину из радиоотражающего материала разворачивают относительно грани прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, на угол α, при этом образуют двугранный уголковый отражатель, причем величина угла α находится в диапазоне от (90-Δ) градусов до (90+Δ) градусов, где Δ - определяется из соотношения:

0<Δ<18 λ/а,

λ - длина волны калибруемой РЛС;

а - размер грани уголкового отражателя.

Определяют координаты середины ребра и положение биссектрисы угла двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала, в плоскости, перпендикулярной середине ребра, в связанной системе координат КА.

Затем вводят их в память бортового цифрового вычислительного комплекса. Далее плоскую прямоугольную пластину из радиоотражающего материала, шарнирно связанную с гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, укладывают и фиксируют так, что она прилегает к одной из граней прямой призмы.

Такое решение обеспечивает минимальный объем, занимаемый КА перед выводом на целевую орбиту.

В последующим КА выводится на целевую орбиту.

Так как местоположение стационарных РЛС и районы дислокации подвижных РЛС наземного и морского базирования априорно известно, то для обеспечения сеансов калибровки параметры орбиты КА рассчитываются таким образом, чтобы обеспечить «пролет» КА в зоне радиовидимости калибруемых радиолокационных станций.

Эта задача решается организационными методами при планировании запуска калибровочного КА 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 выведения КА на целевую орбиту для управления КА используют наземный комплекс управления с командной радиолинией и бортовую аппаратуру командной радиолинии КА. Причем с наземного комплекса управления по командной радиолинии на КА передают координаты радиолокационной станции, подлежащей калибровке по величине эффективной поверхности рассеяния. Затем с помощью приемников навигационной системы типа ГЛОНАСС и/или GPS и БЦВК определяют текущие координаты центра масс КА, углы текущей пространственной ориентации КА. С помощью бортового цифрового вычислительного комплекса определяют положение центра масс КА относительно переданных с наземного комплекса управления координат калибруемой радиолокационной станции.

Далее бортовым цифровым вычислительным комплексом осуществляют расчет времени входа КА в зону прямой радиовидимости калибруемой РЛС. Одновременно БЦВК производят расчет и определяют ориентацию осей связанной системы координат КА относительно линии визирования калибруемой радиолокационной станции.

Затем при помощи БЦВК производят расчет и определяют пространственное положение биссектрисы угла двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала относительно линии визирования калибруемой радиолокационной станции на момент времени входа КА в зону прямой радиовидимости калибруемой РЛС.

При входе КА в зону прямой радиовидимости калибруемой РЛС по расчетным данным БЦВК системой ориентации КА осуществляют совмещение положения биссектрисы 6 угла двугранного уголкового отражателя, образованного гранью 3 прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной 4 из радиоотражающего материала, с линией визирования 7 калибруемой радиолокационной станции 8. При их совмещении по сигналу, вырабатываемому БЦВК, освобождают плоскую прямоугольную пластину 4 из радиоотражающего материала от фиксации и разворачивают относительно грани 3 прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, на угол α, величина которого лежит в диапазоне от (90-Δ) градусов до (90+Δ) градусов, где Δ - определяется из соотношения:

0<Δ<18 λ/а,

λ - длина волны калибруемой радиолокационной станции;

а - размер грани уголкового отражателя.

Далее жестко фиксируют плоскую прямоугольную пластину из радиоотражающего материала при данном значении угла α. Затем при помощи бортового цифрового вычислительного комплекса осуществляют расчет времени выхода КА из зоны прямой радиовидимости калибруемой РЛС.

В последующим системой ориентации КА удерживают совмещение биссектрисы угла двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала, с линией визирования калибруемой радиолокационной станции до времени выхода КА из зоны прямой радиовидимости калибруемой РЛС.

Кроме того, 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, [8] 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, представляющем собой отношение сигнал/шум, на входе приемников радиолокационной станции, и получают калибровочный график (см. фиг. 4).

Далее осуществляют калибровку радиолокационной станции по величине эффективной поверхности рассеяния, а именно, выполняют сеанс калибровки на интервале времени меньшем либо равным ΔТ, определяемым из соотношения:

ΔT=t₂-t₁,

где t₁ - время входа КА в зону прямой радиовидимости калибруемой РЛС;

t₂ - время выхода КА из зоны прямой радиовидимости калибруемой РЛС.

При этом основной лепесток индикатрисы рассеяния двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала, в течение времени нахождения КА в зоне прямой видимости калибруемой РЛС направлен на калибруемую радиолокационную станцию, а максимум основного лепестка индикатрисы рассеяния двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала, совпадает с линией визирования калибруемой радиолокационной станцией.

Причем измеренные амплитуды отраженных сигналов от уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала, регистрируют, затем по калибровочному графику пересчитывают в значения относительной мощности сигналов, отраженных от уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала.

Значения относительной мощности сигналов, отраженных от уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала, приводят к фиксированной дальности путем перерасчета по формуле:

Pi=Bi+40Log Ri/Rf,

где Bi - единичное измеренное значение относительной мощности отраженного сигнала от двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала;

Ri - единичное измеренное калибруемой радиолокационной станцией значение наклонной дальности до КА, соответствующее данному Bi;

Rf - величина фиксированной дальности.

«Приведенные» к фиксированной дальности значения относительной мощности отраженных сигналов от уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала, усредняют по формуле:

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

Полученное усредненное значение Pcp используют при измерениях ЭПР баллистических и космических объектов как значение относительной мощности отраженных сигналов, соответствующее эталонному значению ЭПР двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала.

Использование КА, элементы конструкции которого образуют на целевой орбите двугранный уголковый отражатель с гранями, развернутыми на заданный угол α в диапазоне от (90-Δ) градусов до (90+Δ) градусов, позволяет достичь «уплощения» формы основного лепестка индикатрисы рассеяния уголкового отражателя в горизонтальной плоскости.

При этом сектор углов индикатрисы рассеяния уголкового отражателя в горизонтальной плоскости, в котором его ЭПР практически не меняется, составляет ±10 градусов [3] стр. 150, рис. 4.7, кривые 2, 3.

Ориентация КА относительно РЛС и последующее удержание совмещения биссектрисы угла двугранного уголкового отражателя с линией визирования калибруемой радиолокационной станции до момента окончания сеанса калибровки, при которой основной лепесток индикатрисы рассеяния двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала, в течение времени нахождения КА в зоне прямой видимости калибруемой РЛС направлен на калибруемую радиолокационную станцию, а максимум основного лепестка индикатрисы рассеяния данного уголкового отражателя совпадает с линией визирования калибруемой радиолокационной станции, обеспечивает постоянное значение ЭПР уголкового отражателя в направлении калибруемой РЛС.

При точности ориентации и стабилизации КА не хуже 0,5 градуса и 0,05 град/с соответственно [10] стр. 259 изменение ЭПР УО при локации в направлении максимума основного лепестка индикатрисы рассеяния калибровочного КА не превышает 0,5 дБ. В результате обеспечивается требуемая точность измерения ЭПР по отраженному сигналу не хуже 1 дБ [8] стр. 9.

Определение пространственного положения биссектрисы угла двугранного уголкового отражателя, образованного радиоотражающими поверхностями корпуса КА и прямоугольной пластины из радиоотражающего материала, относительно линии визирования калибруемой радиолокационной станции с помощью приемников навигационной системы типа ГЛОНАСС и/или GPS и БЦВК, а затем с помощью системы ориентации КА совмещение с последующим удержанием биссектрисы угла двугранного уголкового отражателя с линией визирования РЛС в течение сеанса калибровки по величине ЭПР позволяет сохранить ориентацию максимума основного лепестка индикатрисы рассеяния УО, образованного радиоотражающими поверхностями корпуса КА и прямоугольной пластины из радиоотражающего материала, вдоль линии визирования калибруемой радиолокационной станции и обеспечить постоянное значение ЭПР УО в направлении РЛС в течение сеанса калибровки и, как следствие, повышение точности калибровки РЛС по величине эффективной поверхности рассеяния.

Фиксация плоской пластины из радиоотражающего материала к грани прямой призмы корпуса КА в транспортном положении до запуска КА на орбиту обеспечивает минимальный объем, занимаемый КА перед выводом на целевую орбиту.

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

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

Из вышеизложенного следует, что предложенные технические решения имеют преимущества по сравнению с известными способами калибровки РЛС, а именно: расширяют функциональные возможности калибровки РЛС в широком диапазоне радиоволн от сантиметрового до метрового. Кроме того, использование КА с эталонными отражательными характеристиками и наземного комплекса управления с командной радиолинией, бортовой аппаратуры командной радиолинии КА, бортовых приемников навигационной системы типа ГЛОНАСС и/или GPS и бортового цифрового вычислительного комплекса позволяет многократно проводить сеансы калибровки РЛС, а также оперативно осуществлять «перенацеливание» КА для калибровки подвижных РЛС наземного и морского базирования. В этом случае достаточно передать на борт КА только координаты РЛС. Все остальные расчеты и управление КА выполняются бортовым цифровым вычислительным комплексом. При этом достигается и повышение точности калибровки РЛС по величине эффективной поверхности рассеяния за счет ориентации максимума основного лепестка индикатрисы рассеяния УО, образованного радиоотражающими поверхностями корпуса КА и прямоугольной пластины из радиоотражающего материала, вдоль линии визирования калибруемой радиолокационной станции в течение всего сеанса калибровки.

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. Патент RU №2477495 10.03.2013. Способ калибровки радиолокационной станции по величине эффективной поверхности рассеяния при проведении динамических измерений эффективной поверхности рассеяния исследуемых объектов / Бодягин В.А., Егоров В.Л., Мисник В.П., Полуян А.П. Открытое акционерное общество «Корпорация космических систем специального назначения «Комета».

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.

10. Малые космические аппараты информационного обеспечения / под ред. Фатеева В.Ф. - М.: Радиотехника, 2010, с. 47-50, с. 259.

Изобретение предназначено для калибровки радиолокационных станций (РЛС) по величине эффективной поверхности рассеяния (ЭПР). Достигаемый технический результат - расширение функциональных возможностей и повышение точности калибровки РЛС. Предлагаемый способ включает запуск на орбиту вокруг Земли космического аппарата (КА) с эталонными отражательными характеристиками, облучение его сигналами РЛС, прием и измерение амплитуды отраженных сигналов. КА с эталонными отражательными характеристиками содержит корпус в виде прямой призмы, одна из граней которой имеет радиоотражающую поверхность. На боковом ребре прямой призмы дополнительно устанавливают плоскую прямоугольную пластину из радиоотражающего материала, шарнирно связанную с корпусом КА. Прямоугольную пластину разворачивают относительно грани прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, на угол α и образуют двугранный уголковый отражатель (УО). Угол α между гранями УО задают в определенном диапазоне градусов. В процессе полета с наземного комплекса управления на КА передают координаты РЛС, подлежащей калибровке по величине эффективной поверхности рассеяния. С помощью приемников навигационной системы типа ГЛОНАСС и/или GPS и бортового цифрового вычислительного комплекса (БЦВК) определяют текущие координаты центра масс КА, углы текущей пространственной ориентации КА, положение центра масс КА относительно координат калибруемой РЛС, а также ориентацию осей связанной системы координат КА относительно линии визирования калибруемой РЛС. Одновременно с помощью БЦВК производят расчет и определяют пространственное положение биссектрисы угла УО относительно линии визирования калибруемой РЛС, а затем системой ориентации КА осуществляют совмещение положения биссектрисы угла УО с линией визирования калибруемой РЛС. Далее при помощи системы ориентации КА удерживают совмещение биссектрисы угла УО с линией визирования калибруемой РЛС до выхода КА из зоны прямой радиовидимости калибруемой РЛС. В результате максимум основного лепестка индикатрисы рассеяния УО совпадает с линией визирования калибруемой радиолокационной станции. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ калибровки радиолокационной станции с использованием космического аппарата (КА) с эталонными отражательными характеристиками, заключающийся в том, что на орбиту вокруг Земли запускают отражатель с известной величиной эффективной поверхности рассеяния, облучают его сигналами калибруемой радиолокационной станции (РЛС), принимают отраженные сигналы от отражателя, находящегося в дальней зоне антенны радиолокационной станции, измеряют наклонную дальность до КА и амплитуды отраженных от отражателя сигналов, проводят калибровку приемников радиолокационной станции с помощью калиброванных генераторов, подключаемых к высокочастотному входу приемников радиолокационной станции, получают калибровочный график, отличающийся тем, что в качестве эталона эффективной поверхности рассеяния на орбиту вокруг Земли транспортируют КА, содержащий корпус в виде прямой призмы, одна из граней которой имеет радиоотражающую поверхность, причем на боковом ребре прямой призмы дополнительно устанавливают плоскую прямоугольную пластину из радиоотражающего материала, шарнирно связанную с корпусом КА так, что ось поворота плоской прямоугольной пластины из радиоотражающего материала расположена параллельно боковому ребру прямой призмы, кроме того, плоскую прямоугольную пластину из радиоотражающего материала разворачивают относительно грани прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, на угол α, при этом образуют двугранный уголковый отражатель, причем величина угла α находится в диапазоне от (90-Δ) градусов до (90+Δ) градусов, где Δ - определяется из соотношения:
0<Δ<18λ/a,
λ - длина волны калибруемой РЛС;
a - размер грани уголкового отражателя,
предварительно, до запуска КА на орбиту вокруг Земли определяют координаты середины ребра и положение биссектрисы угла двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала, в плоскости, перпендикулярной середине ребра, в связанной системе координат КА, затем вводят их в память бортового цифрового вычислительного комплекса, кроме того, в транспортном положении до запуска КА на орбиту плоскую прямоугольную пластину из радиоотражающего материала укладывают и фиксируют так, что она прилегает к одной из граней прямой призмы, после выведения КА на целевую орбиту для управления КА используют наземный комплекс управления с командной радиолинией и бортовую аппаратуру командной радиолинии КА, причем с наземного комплекса управления по командной радиолинии на КА передают координаты радиолокационной станции, подлежащей калибровке по величине эффективной поверхности рассеяния, затем с помощью приемников навигационной системы типа ГЛОНАСС и/или GPS и бортового цифрового вычислительного комплекса определяют текущие координаты центра масс КА, углы текущей пространственной ориентации КА, с помощью бортового цифрового вычислительного комплекса определяют положение центра масс КА относительно переданных с наземного комплекса управления координат калибруемой радиолокационной станции, далее бортовым цифровым вычислительным комплексом осуществляют расчет времени входа КА в зону прямой радиовидимости калибруемой РЛС, одновременно бортовым цифровым вычислительным комплексом производят расчет и определяют ориентацию осей связанной системы координат КА относительно линии визирования калибруемой радиолокационной станции, а также пространственное положение биссектрисы угла двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала, относительно линии визирования калибруемой радиолокационной станции на момент времени входа КА в зону прямой радиовидимости калибруемой РЛС, при входе КА в зону прямой радиовидимости калибруемой РЛС по расчетным данным бортового цифрового вычислительного комплекса системой ориентации КА осуществляют совмещение положения биссектрисы угла двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала, с линией визирования калибруемой радиолокационной станции и при их совмещении по сигналу, вырабатываемому бортовым цифровым вычислительным комплексом, освобождают плоскую прямоугольную пластину из радиоотражающего материала от фиксации и разворачивают относительно грани прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, на угол α, величина которого лежит в диапазоне от (90-Δ) градусов до (90+Δ) градусов, где Δ - определяется из соотношения:
0<Δ<18λ/a,
λ - длина волны калибруемой радиолокационной станции;
a - размер грани уголкового отражателя,
далее жестко фиксируют плоскую прямоугольную пластину из радиоотражающего материала при данном значении угла α, затем при помощи бортового цифрового вычислительного комплекса осуществляют расчет времени выхода КА из зоны прямой радиовидимости калибруемой РЛС и системой ориентации КА удерживают совмещение биссектрисы угла двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала, с линией визирования калибруемой радиолокационной станции до времени выхода КА из зоны прямой радиовидимости калибруемой РЛС, осуществляют калибровку радиолокационной станции по величине эффективной поверхности рассеяния, а именно выполняют сеанс калибровки на интервале времени меньше либо равным ΔT, определяемым из соотношения:
ΔT=t₂-t₁
где t₁ - время входа КА в зону прямой радиовидимости калибруемой РЛС;
t₂ - время выхода КА из зоны прямой радиовидимости калибруемой РЛС,
при этом основной лепесток индикатрисы рассеяния двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала, в течение времени нахождения КА в зоне прямой видимости калибруемой РЛС направлен на калибруемую радиолокационную станцию, а максимум основного лепестка индикатрисы рассеяния двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала, совпадает с линией визирования калибруемой радиолокационной станции, кроме того, измеренные амплитуды отраженных сигналов от уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала, регистрируют, а затем по калибровочному графику пересчитывают в значения относительной мощности сигналов, отраженных от уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что значения относительной мощности сигналов, отраженных от уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала, приводят к фиксированной дальности путем перерасчета по формуле:
Pi=Bi+40LogRi/Rf,
где Bi - единичное измеренное значение относительной мощности отраженного сигнала от двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала;
Ri - единичное измеренное калибруемой радиолокационной станцией значение наклонной дальности до КА, соответствующее данному Bi;
Rf - величина фиксированной дальности.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что приведенные к фиксированной дальности единичные значения относительной мощности отраженных сигналов от двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала, усредняют по формуле:

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

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что усредненное значение Рср используют как значение относительной мощности отраженных сигналов, соответствующее эталонному значению эффективной поверхности рассеяния двугранного уголкового отражателя, образованного гранью прямой призмы, имеющей радиоотражающую поверхность, и плоской прямоугольной пластиной из радиоотражающего материала.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что координаты центра масс КА и углы текущей пространственной ориентации КА определяют при помощи приемников навигационной системы типа GALILEO и/или ГЛОНАСС.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что координаты центра масс КА и углы текущей пространственной ориентации КА определяют при помощи приемников навигационной системы типа GALILEO и/или GPS.