Способ определения дальности до неподвижного источника излучения движущимся пеленгатором Российский патент 2017 года по МПК G01S3/02 

Предлагаемое изобретение относится к методам определения дальности с использованием пеленгатора, размещенного на носителе, выполняющего движение в направлении источника радиоизлучения.

Известен способ определения дальности до источника радиоизлучения при пеленгации его из двух разнесенных пунктов [Ю.П. Мельников, С.В. Попов. Радиотехническая разведка. Методы оценки эффективности местоопределения источников излучения. М.: Радиотехника, 2008. 432 с.: ил., стр. 11-14]. Определение дальности до неподвижного источника излучения осуществляется путем пеленгации его с подвижного летательного аппарата из двух точек, расположенных на известном удалении друг от друга, за счет решения задачи определения сторон треугольника по двум углам и основанию. Недостатком способа является необходимость выполнения прямолинейного полета не на объект, а мимо него, на довольно большом удалении с большими углами пеленгации (α>50°), и низкая точность определения координат источника излучения (σ_D≈(1,1÷1,8)⋅D⋅σ_α, где D - расстояние до объекта по линии траверза, σ_α - среднеквадратическая погрешность пеленгации).

Известен способ определения дальности до источника радиоизлучения путем многократной его пеленгации и обработки результатов измерений с использованием методов наименьших квадратов поправок углов и весовых коэффициентов [Ю.П. Мельников, С.В. Попов. Радиотехническая разведка. Методы оценки эффективности местоопределения источников излучения. М.: Радиотехника, 2008. 432 с.: ил., стр. 14-25]. За время прямолинейного пролета района разведки пеленгатор многократно определяет направление на источник излучения через известные интервалы времени. Результаты измерений обрабатываются с использованием методов наименьших квадратов поправок углов или весовых коэффициентов для снижения погрешности определения координат. Недостатком способа является необходимость выполнения прямолинейного полета не на объект излучения, а мимо него, на довольно большом удалении продолжительное время с углами пеленгации 30°>α>120°. При этом потенциальная точность определения координат источника излучения составляет σ_D≈(0,7÷1,5)⋅D⋅σ_α по причине принятых допущений: в методе наименьших квадратов - положение опорной точки совпадает с положением неподвижного объекта; в весовом методе - весовые коэффициенты известны.

Наиболее близким по сущности и достигаемому эффекту (прототипом) является кинематический способ определения дальности до неподвижного источника радиоизлучения с подвижного летательного аппарата [Ю.П. Мельников, С.В. Попов. Радиотехническая разведка. Методы оценки эффективности местоопределения источников излучения. М.: Радиотехника, 2008. 432 с.: ил., стр. 158-163. Защита радиолокационных систем от помех. Под ред. Канащенкова А.И. и Меркулова В.И. М.: Радиотехника, 2003. 416 с.: ил. стр. 320-322, 343-345]. Способ заключается в последовательном выполнении угловых маневров летательным аппаратом и нахождении дальности до неподвижного объекта радиоизлучения, как отношение скорости пеленгатора к угловой скорости линии визирования. При этом для нахождения величины угловой скорости используются результаты измерений пеленгов. Недостатком способа является необходимость организации движения летательного аппарата, на котором установлен пеленгатор, таким образом, чтобы он все время двигался с ускорением и с отворотом от объекта. При этом на некоторых этапах слежения (пеленгации) объект пеленгации не вполне наблюдаем (малая угловая скорость). Поэтому требуется выполнять несколько этапов выполнения маневра для достижения приемлемых точностей определения дальности до неподвижного объекта. Величина ошибки определения дальности даже с использованием дополнительного дифференциально-доплеровского метода составляет σ_D=(0,04÷0,2)⋅D для углов пеленга α=60°÷30°, соответственно, и среднеквадратической погрешности пеленгации σ_α=2°, где D - расстояние до объекта.

Техническим результатом изобретения является снижение погрешности определения дальности до неподвижного источника радиоизлучения с подвижного объекта, оснащенного пеленгатором, путем выполнения сближения его с источником под постоянным углом пеленгации, измерения величины изменения курсового угла подвижного объекта и по результатам измеренных значений изменения курсового угла уточнение дальности до неподвижного объекта.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе определения дальности до неподвижного источника излучения движущимся пеленгатором, основанном на последовательном выполнении угловых маневров носителем пеленгатора с отворотом от источника излучения и определении дальности до него, при этом угловой маневр совершают при постоянном угле пеленгации α, измеряют пройденный путь L₀ и изменение курсового угла ϕ₀ носителя пеленгатора, и по их значениям рассчитывают начальную дальность до источника излучения по формуле , по мере сближения измеряют изменения курсового угла ϕ_i носителя пеленгатора и уточняют дальность до источника излучения по формуле , где , N - число измерений.

Сущность изобретения заключается в следующем. Известно [И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. Справочник по математике. Для инженеров и учащихся ВТУзов. М.: Наука, 1980. 976 с., стр. 184-185], что тело движется в заданную точку под постоянным углом по логарифмической спирали. На фиг. 1 показана схема расположения неподвижного источника излучения и траектория сближения носителя пеленгатора, где обозначены: α - угол пеленгации источника излучения; L₀, ϕ₀ - пройденный путь с постоянным углом пеленгации α и изменение курсового угла при движении носителя от точки Р до точки 0, соответственно; D₀ - рассчитанная начальная дальность в точке 0 от носителя пеленгатора до источника излучения; ϕ_i - изменение курсового угла носителя пеленгатора между точками i-1 и i; D_i - уточненная дальность от носителя пеленгатора до источника излучения в i-ой точке траектории; V_P, V₀, V_i - векторы скорости носителя пеленгатора в точке Р (это может быть точка начала движения с постоянным углом пеленгации α после обнаружения (пеленгации) источника излучения), в точке 0 расчета начальной дальности и в i-ой точке уточнения дальности от носителя пеленгатора до источника излучения, соответственно. Длина пути носителя пеленгатора по спирали от точки Р, удаленной от центра спирали на расстояние D_P, до точки 0, удаленной на расстояние D₀, составляет , при этом дальность изменяется по закону , где k=ctg(α), ϕ₀ - угол, полученный при пересечении линий, соединяющих центр спирали с точками Р и 0. Из геометрии, представленной на фиг. 1, следует, что угол ϕ₀ также будет соответствовать углу между касательными к спирали в точках Р и 0. Измеряя изменение курсового угла ϕ₀ при движении от точки Р к точке 0 и длину пройденного пути L₀, в соответствии с вышеприведенными формулами, можно рассчитать с ошибкой, обусловленной ошибкой пеленгации источника излучения, начальную дальность до него, выразив D₀ через D_P, по формуле . Далее итерационно уточняется дальность до источника излучения по формуле , где , N- число измерений.

Способ определения дальности до неподвижного источника излучения движущимся пеленгатором осуществляется по следующему алгоритму.

1. Носитель пеленгатора осуществляет движение в направлении источника радиоизлучения до его обнаружения (пеленгации).

2. Носитель пеленгатора разворачивается таким образом, чтобы между вектором скорости носителя и направлением на источник излучения был заданный угол (угол пеленгации α) и продолжает дальнейшее движение с выдерживанием угла пеленгации.

3. Через промежуток времени, интервал которого определяется ошибкой пеленгации (изменение курсового угла должно быть больше ошибки пеленгации), измеряют пройденный путь L₀ и изменение курсового угла ϕ₀.

4. По измеренным данным L₀ и ϕ₀ рассчитывают грубо (обусловлено ошибками пеленгации) начальную дальность D₀ от пеленгатора до источника излучения, при этом носитель продолжает дальнейшее движение с выдерживанием заданного угла пеленгации.

5. Через промежутки времени на борту носителя измеряют изменения курсового угла ϕ_i и осуществляют уточнение дальности до источника излучения.

Было осуществлено имитационное моделирование сближения носителя пеленгатора с источником излучения и получена статистическая зависимость среднеквадратической ошибки измеренной дальности δD/D до источника излучения от расстояния до него. Зависимость получена при следующих допущениях:

скорость носителя пеленгатора V=150 м/с;

начальная дальность обнаружения источника излучения 50 км;

угол пеленгации α=60° измеряется пеленгатором со среднеквадратической погрешностью σ_α=2°;

значения курсового угла и скорости носителя измеряются без ошибки.

На фиг. 2 представлены зависимости среднеквадратической ошибки измеренной дальности до источника радиоизлучения от расстояния до него способа-прототипа (штриховая линия) и предлагаемого способа, полученные с использованием имитационной модели (сплошная линия).

Из полученной с использованием имитационной модели зависимости δD/D, представленной на фиг. 2, следует, что среднеквадратическая ошибка определения дальности до источника радиоизлучения с использованием предлагаемого способа составляет 3,8÷2% в зависимости от дальности. Для способа-прототипа среднеквадратическая ошибка составляет более 4%.

Пеленг источника излучения в зависимости от типа излучения и его диапазона может быть измерен соответствующими существующими пеленгаторами. Например, радиоизлучение может быть обнаружено и определен пеленг на его источник с использованием станции непосредственной радиотехнической разведки [http://www.ckba.net/main.php]. Изменение курсового угла и пройденный путь могут быть измерены с использованием существующих навигационных систем, например системой спутниковой навигации GPS или ГЛОНАС [old.glonass-portal.ru/catalog/glonass/navigation/plane].

Изложенные сведения свидетельствуют о возможности снижения погрешности определения дальности до неподвижного излучающего объекта с носителя, оснащенного пеленгатором, путем сближения с постоянным углом пеленгации.

Кроме того, достоинством предложенного способа от способа-прототипа является простота его реализации.

Таким образом, заявленный способ определения дальности до неподвижного источника излучения движущимся носителем пеленгатора обеспечивает снижение погрешности определения дальности до источника с носителя, выполняющего сближение с источником под постоянным углом пеленгации.

Предлагаемое решение соответствует критерию «промышленная применимость», так как совокупность характеризующих его признаков обеспечивает возможность его существования.

Изобретение относится к методам определения дальности с использованием пеленгатора, размещенного на носителе, выполняющего движение в направлении источника радиоизлучения, в интересах снижения погрешности определения координат. Достигаемый технический результат – снижение погрешности определения дальности до неподвижного источника радиоизлучения с подвижного объекта, оснащенного пеленгатором. Указанный результат достигается за счет того, что способ определения дальности до неподвижного источника излучения движущимся пеленгатором основан на последовательном выполнении угловых маневров носителем пеленгатора с отворотом от источника излучения и определении дальности до него, дополнительно угловой маневр совершают при постоянном угле пеленгации α, при этом измеряют пройденный путь L₀ и изменение курсового угла ϕ₀ носителя пеленгатора и по их значениям рассчитывают начальную дальность до источника излучения по формуле , по мере сближения измеряют изменения курсового угла ϕ_i носителя пеленгатора и уточняют дальность до источника излучения по формуле , где , N - число измерений. 2 ил.

Способ определения дальности до неподвижного источника излучения движущимся пеленгатором, основанный на последовательном выполнении угловых маневров носителем пеленгатора с отворотом от источника излучения и определении дальности до него, отличающийся тем, что угловой маневр совершают при постоянном угле пеленгации α, при этом измеряют пройденный путь L₀ и изменение курсового угла ϕ₀ носителя пеленгатора и по их значениям рассчитывают начальную дальность до источника излучения по формуле , по мере сближения измеряют изменения курсового угла ϕ_i носителя пеленгатора и уточняют дальность до источника излучения по формуле , где , N - число измерений.