СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ МАНЕВРА БАЛЛИСТИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА ПО ВЫБОРКАМ ПРОИЗВЕДЕНИЙ ДАЛЬНОСТИ НА РАДИАЛЬНУЮ СКОРОСТЬ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2017 года по МПК G01S13/58 

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС) для обнаружения маневра баллистических объектов (БО). Задачу определения времени начала и окончания маневра необходимо решать для того, чтобы не допустить появления методических ошибок определения параметров баллистической траектории и срыва автосопровождения БО. В частности, координаты точки падения БО типа ракет малой и средней дальности, вычисленные по радиолокационным измерениям, произведенным на участке маневра, могут определяться с недолетом или перелетом от нескольких десятков до нескольких сотен километров.

Известен способ обнаружения маневра по абсолютной величине приращения скорости [1, С. 346-347)]. Применительно к БО маневр может быть обнаружен по абсолютной величине приращения скорости изменения горизонтальной декартовой координаты, так как движение ракеты вдоль горизонтальной оси декартовой системы координат является равномерным и составляющая скорости будет постоянной [2, С. 12-13]. На участке маневра составляющая скорости вдоль горизонтальной оси будет переменной, так как появляются ускорения, вызванные действием сил устройств совершения маневра.

Основным недостатком этих способов является низкая вероятность обнаружения маневра при грубых измерениях азимута и угла места.

Известен способ обнаружения времени окончания АУТ по выборке квадратов дальности [3] и устройство обнаружения маневра (УОМ), описанное в патенте №2510861. Решение о маневре БО принимают, если оценка ускорения по квадрату дальности отрицательна, а об окончании маневра (АУТ) - в момент времени, когда знак оценки меняется с отрицательного на положительный.

Известен способ обнаружения времени окончания АУТ по выборке произведений дальности на радиальную скорость [4] и УОМ, описанный в патенте №2509319. Решение о маневре БО принимают, если оценка скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость отрицательна, а об окончании маневра (АУТ) - в момент времени, когда знак оценки меняется с отрицательного на положительный.

В этих обнаружителях маневра достигается высокая вероятность обнаружения конца АУТ баллистических объектов, приближающихся к РЛС, из-за устранения влияния ошибок измерения азимута и угла места. Однако эти УОМ нельзя применять для обнаружения маневра на пассивном участке траектории (ПУТ), так как оценки ускорения по квадрату дальности и оценки скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость могут быть положительны как на невозмущенном ПУТ, так и на участке маневра на ПУТ. Поэтому в этих случаях выявить маневр либо невозможно, либо вероятность его обнаружения будет низкой.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения, то есть прототипом, в котором устранено влияние ошибок измерения азимута и угла места и достигаются высокие вероятности обнаружения маневра БО на ПУТ, является способ радиолокационного обнаружения маневра БО на ПУТ по выборке произведений дальности на радиальную скорость [5] и УОМ, описанный в патенте №2524208.

Сущность обнаружения маневра БО способом-прототипом заключается в том, что в РЛС измеряют дальность и радиальную скорость БО в цифровом виде, производят перемножение этих сигналов и получают произведения дальности на радиальную скорость, автосопровождение БО осуществляют в «скользящем окне» из N произведений дальности на радиальную скорость. В «скользящем окне» формируют две фиксированные выборки из полученных произведений, при этом выборка меньшего объема входит в состав выборки большего объема. В каждой выборке находят оценку скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость путем оптимального взвешенного суммирования произведений измеренных значений дальности на измеренные значения радиальной скорости. Затем вычисляют абсолютное приращение (абсолютную разность) полученных оценок и среднеквадратическую ошибку (СКО) оценки скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость в выборке меньшего объема. Далее вычисляют отношение абсолютного приращения оценок скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость к СКО оценки, в каждом новом положении «скользящего окна» сравнивают отношение абсолютного приращения оценок скорости к СКО оценки с порогом, соответствующим заданной вероятности обнаружения маневра. В итоге, решение об обнаружении маневра принимают в момент времени, когда значение полученного отношения абсолютного приращения оценок скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость к СКО оценки становится больше порога.

В качестве примера в фиг.1 приведена структурная схема УОМ-прототипа, в котором реализован этот способ обнаружения маневра по выборкам из 5-и и 3-х произведений дальности на радиальную скорость.

УОМ-прототип содержит последовательно соединенные умножитель входных сигналов (блок 1) и блок оценивания 1-го приращения произведения дальности на радиальную скорость (блок 2), включающий запоминающее устройство (блок 2.1) из 4-х линий задержки (ЛЗ), выходы которого соединены с входами 1-го блока умножителей 2.2 из 4-х умножителей и 2-го блока умножителей 2.4 из 2-х умножителей, выходы которых соединены с входами 1-го сумматора 2.1 и 2-го сумматора 2.5, соответственно. Выход 1-го сумматора соединен с входом делителя на период обзора (блок 6), выход которого соединен с 1-м входом сумматора 7. Выход 2-го сумматора блока 2 соединен с входом делителя на период обзора (блок 3), выход которого соединен с последовательно соединенными линией задержки 4 и инвертором 5, выход которого соединен с 2-м входом сумматора 7, выход которого соединен с 1-м входом делителя на СКО оценки (блок 8), 2-й вход которого соединен с выходом вычислителя СКО, вход которого подключен к входным сигналам дальности. Выход делителя на СКО оценки подключен к 1-му входу порогового устройства (блок 10), 2-й вход которого соединен с источником порогового сигнала, а 1-й и 2-й выходы являются выходами прототипа.

Прототип работает следующим образом. В блоке 1 перемножают поступающие на его вход цифровые сигналы дальности на цифровые сигналы радиальной скорости, получают произведения дальности на радиальную скорость и подают их на вход запоминающего устройства блока 2.

Текущее значение произведения дальности на радиальную скорость умножают в блоке 2.2 на весовой коэффициент, равный 0,2, и подают на вход 1-го сумматора 2.3. Одновременно с этим сигналом на вход сумматора 2.3 подают сигналы произведений, задержанные в блоке 2.1 на 1, 2, 3 и 4 обзора РЛС и умноженные в блоке 2.2 на свои весовые коэффициенты (0,2, 0,1, -0,1 и -0,2, соответственно). В итоге на входе сумматора 2.3 получают фиксированную выборку большего объема из 4-х взвешенных произведений дальности на радиальную скорость, а на его выходе - оценку первого приращения произведения дальности на радиальную скорость по выборке большего объема:

Значение произведения дальности на радиальную скорость в предыдущем обзоре и в предпоследнем обзоре умножают в блоке 2.4 на свои весовые коэффициенты (0,5 и -0,5) и подают на вход 2-го сумматора 2.5. В итоге на входе сумматора 2.5 получают фиксированную выборку меньшего объема из 2-х взвешенных произведений дальности на радиальную скорость, а на его выходе - оценку первого приращения произведения дальности на радиальную скорость по выборке меньшего объема:

Оценку первого приращения делят в блоке 6 на период обзора и получают оценку скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость . Эту оценку подают на 1-й вход сумматора 7. Оценку первого приращения , полученную по выборке меньшего объема, делят в блоке 3 на период обзора и получают оценку скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость . Чтобы оценка поступала на вход сумматора 7 одновременно с оценкой , ее задерживают на период обзора в блоке 4. Чтобы получить разность оценок, умножают на (-1) в инверторе 5.

Полученное на выходе сумматора 7 абсолютное приращение оценок делят в блоке 8 на СКО оценки , которую вычисляют в блоке 9 по формуле: , где - СКО измерения радиальной скорости.

Полученное значение отношения с выхода делителя 8 подают на 1-й вход порогового устройства 10. Решение об обнаружении маневра принимают в момент времени, когда отношение абсолютного приращения оценок к СКО оценки становится больше порога , величину которого выбирают в соответствии с заданной вероятностью обнаружения маневра.

Как показано в табл. 3 описания патента №2524208 [5], маневр ракеты «Атакмс» обнаруживается способом-прототипом с вероятностью близкой единице. В известном способе обнаружения маневра по абсолютному приращению скорости изменения горизонтальной координаты (смотри табл. 2) маневр практически не обнаруживается при грубых измерениях азимута и угла места.

К недостаткам прототипа следует отнести сложность способа и схемы устройства обнаружения маневра.

Техническим результатом изобретения является упрощение способа обнаружения маневра БО по выборкам произведений дальности на радиальную скорость и схемы УОМ, в котором реализован заявленный способ.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявленном способе обнаружения маневра БО по выборкам произведений дальности на радиальную скорость так же, как в прототипе, измеряют дальность и радиальную скорость БО в цифровом виде, производят перемножение этих сигналов и получают произведения дальности на радиальную скорость. Автосопровождение БО осуществляют в «скользящем окне». Определяют абсолютное приращение оценок скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость в середине «скользящего окна» по двум фиксированным выборкам произведений дальности на радиальную скорость, при этом выборка меньшего объема входит в состав выборки большего объема. Вычисляют СКО оценки скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость по выборке меньшего объема и отношение абсолютного приращения оценок скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость к СКО оценки. В каждом новом положении «скользящего окна» сравнивают отношение абсолютного приращения оценок скорости к СКО с порогом, соответствующим заданной вероятности обнаружения маневра, а решение об обнаружении маневра принимают в момент времени, когда отношение абсолютного приращения оценок скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость к СКО оценки становится больше порога.

В отличие от прототипа, согласно заявленному изобретению, абсолютное приращение оценок скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость в середине «скользящего окна» определяют только по одной выборке большего объема путем оптимального взвешенного суммирования входящих в нее произведений дальности на радиальную скорость, при этом используют специальные весовые коэффициенты определения абсолютной разности оценок.

Реализующее заявленный способ устройство обнаружения маневра БО по выборкам произведений дальности на радиальную скорость содержит, как прототип, последовательно соединенные умножитель входных сигналов и блок оценивания 1-го приращения произведения дальности на радиальную скорость, включающий последовательно соединенные запоминающее устройство из N-1 линий задержки, блок умножителей и сумматор, выход которого соединен с входом делителя на период обзора, а также делитель абсолютного приращения оценок скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость на СКО оценки, 2-й вход которого соединен с выходом вычислителя СКО оценки, выход которого подключен к входным сигналам дальности. Выход делителя на СКО оценки подключен к 1-му входу порогового устройства, 2-й вход которого соединен с источником порогового сигнала, а 1-й и 2-й выходы являются выходами заявленного устройства.

В отличие от прототипа, согласно заявленному изобретению, выход делителя на период обзора соединен с входом делителя абсолютного приращения оценок скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость на СКО оценки.

Принцип работы УОМ, реализующего заявленный способ по выборкам из 5-ти произведений дальности на радиальную скорость, поясняется схемой, приведенной в фиг. 2.

В заявленном устройстве, как и в прототипе, в блоке 1 перемножают поступающие на его вход цифровые сигналы дальности на цифровые сигналы радиальной скорости и подают полученные произведения на вход запоминающего устройства 2.1 из 4-х линий задержки.

В отличие от прототипа в блоке умножителей 2.2 используют весовые коэффициенты определения разности оценок первого приращения произведения дальности на радиальную скорость, вычисленных по выборкам большего и меньшего объема. Так текущее значение произведения дальности на радиальную скорость умножают на весовой коэффициент, равный 0,2, и подают на вход сумматора 2.3. Одновременно с этим сигналом на вход сумматора 2.3 подают сигналы произведений, задержанные на 1, 2, 3 и 4 обзора РЛС и умноженные на весовые коэффициенты (-0,4, 0,4 и -0,2, соответственно). В итоге уже на выходе сумматора 2.3 получают абсолютную разность оценок первого приращения произведения дальности на радиальную скорость по выборкам большего и меньшего объема:

Эту разность делят в блоке 3 на период обзора Т₀ и получают абсолютное приращение оценок скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость , которое подают, в отличие от прототипа, на 1-й вход делителя на СКО оценки (блок 4). В дальнейшем заявленное устройство работает так же, как прототип.

При этом вероятность обнаружения маневра не изменилась. Для подтверждения этого вычислим разность выражений (1) и (2):

Таким образом доказано, что равенства (3) и (4) одинаковы.

Весовые коэффициенты определения разности оценок первых приращений произведений дальности на радиальную скорость и СКО оценок при других объемах выборок рассчитываются аналогично с использованием известных формул: , формула 4.52а, С. 301] и , формула 4.63, С. 308]. При увеличении объема выборок соответственно увеличивается количество линий задержки в запоминающем устройстве и количество умножителей в блоке оценивания 1-го приращения произведения дальности на радиальную скорость. Весовые коэффициенты вычисляются заранее до проведения измерений дальности и радиальной скорости.

Таким образом, достигнут технический результат заявленного изобретения. В заявленном способе исключены операции формирования выборок меньшего объема, определения оценок скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость по выборке меньшего объема и вычисления абсолютного приращения оценок скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость по выборкам большего и меньшего объема. Упрощена по сравнению с прототипом, схема заявленного устройства за счет исключения 2-го блока умножителей и 2-го сумматора блока оценивания 1-го приращения произведения дальности на радиальную скорость, делителя на период обзора, блока задержки, инвертора и сумматора оценки скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость по выборке большего объема с задержанной и инвертированной оценкой скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость по выборке меньшего объема. Вероятность обнаружения маневра баллистического объекта при этом не уменьшилась.

Список использованных источников

1. Кузьмин С.З. Цифровая обработка радиолокационной информации. - М.: «Радио и связь», 1967, 395 с.

2. Жаков A.M., Пигулевский Ф.А. Управление баллистическими ракетами. - М.: «Воениздат МО СССР», 1965, 278 с.

3. Патент RU №2510861. Способ определения времени окончания активного участка траектории баллистической ракеты.

4. Патент RU №2509319. Способ определения времени окончания активного участка траектории баллистической ракеты.

5. Патент RU №2524208. Способ радиолокационного обнаружения маневра баллистической цели на пассивном участке траектории

Изобретение относится к области радиолокации. Достигаемым техническим результатом изобретения является упрощение способа и устройства обнаружения маневра баллистического объекта (БО) при сохранении высокой вероятности обнаружения маневра. Указанный результат достигается за счет того, что абсолютную разность между оценкой первого приращения произведения дальности на радиальную скорость, полученной по выборке большего объема, и оценкой первого приращения произведения дальности на радиальную скорость, полученной по выборке меньшего объема, определяют только по выборке большего объема. Для этого в блоке оценивания первого приращения произведения дальности на радиальную скорость фиксированную выборку произведений дальности на радиальную скорости большего объема умножают на заранее рассчитанные весовые коэффициенты определения абсолютной разности между оценками, полученными по выборкам большего и меньшего объема, что позволяет упростить способ обнаружения маневра баллистического объекта и устройство, его реализующее. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ обнаружения маневра баллистического объекта (БО) по выборкам произведений дальности на радиальную скорость, заключающийся в том, что в РЛС измеряют дальность и радиальную скорость БО в цифровом виде, производят перемножение этих сигналов и получают произведения дальности на радиальную скорость, автосопровождение БО осуществляют в «скользящем окне», определяют абсолютное приращение оценок скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость в середине «скользящего окна» по двум фиксированным выборкам произведений дальности на радиальную скорость, при этом выборка меньшего объема входит в состав выборки большего объема, вычисляют среднеквадратическую ошибку (СКО) оценки скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость по выборке меньшего объема и отношение абсолютного приращения оценок скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость к СКО оценки, в каждом новом положении «скользящего окна» сравнивают отношение абсолютного приращения оценок скорости к СКО с порогом, соответствующим заданной вероятности обнаружения маневра, решение об обнаружении маневра принимают в момент времени, когда отношение абсолютного приращения оценок скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость к СКО оценки становится больше порога, отличающийся тем, что абсолютное приращение оценок скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость в середине «скользящего окна» определяют только по одной выборке большего объема путем оптимального взвешенного суммирования входящих в нее произведений дальности на радиальную скорость, при этом используют специальные весовые коэффициенты определения абсолютного приращения оценок.

2. Устройство обнаружения маневра баллистического объекта по выборкам произведений дальности на радиальную скорость, содержащее последовательно соединенные умножитель входных сигналов и блок оценивания первого приращения произведения дальности на радиальную скорость, включающий последовательно соединенные запоминающее устройство, блок умножителей и сумматор, выход которого соединен с входом делителя на период обзора, а также делитель абсолютного приращения оценок скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость на СКО оценки, второй вход которого соединен с выходом вычислителя СКО оценки, выход которого подключен к входным сигналам дальности, выход делителя на СКО оценки подключен к первому входу порогового устройства, второй вход которого соединен с источником порогового сигнала, а первый и второй выходы являются выходами заявленного устройства, отличающийся тем, что выход делителя на период обзора соединен с входом делителя абсолютного приращения оценок скорости изменения произведения дальности на радиальную скорость на СКО оценки.