Способ обнаружения цели с помощью радиовзрывателя ракеты Российский патент 2020 года по МПК F42C13/02 F42B15/01 F41G7/22 

Изобретение относится к военной технике и может быть использовано при создании помехозащищенных неконтактных датчиков цели различных боеприпасов.

Известны способы обнаружения цели ракетами с головками самонаведения на цель, в которых момент подрыва ракет определяют с помощью неконтактного датчика цели, устанавливаемого в ракету. Неконтактный датчик цели, как правило, начинает работать на конечном участке подлета ракеты к цели. В качестве неконтактного датчика цели могут быть использованы различные устройства, чувствительные к наличию преграды в направлении цели. Основной проблемой при применении неконтактных датчиков цели является их недостаточная защищенность от воздействия помех.

Одним из основных способов определения положения ракеты по отношению к цели является способ, основанный на использовании радиолокационной схемы. В устройствах, реализующих такие схемы, как правило, используются классические приемы радиолокации с применением радиоантенных устройств излучения и приема радиоволн, а также лазерных приемопередатчиков. Примером такого технического решения является «способ управления неконтактным взрывателем боевой части ракеты, управляемой по лучу лазера от носителя (самолета), включающий формирование каналов управления при одновременном нахождении цели и ракеты в управляющем поле лазерного луча, через которые производят постоянное считывание разницы расстояний от блока управления до цели и до ракеты» (Патент RU №2378611). Недостатком такой системы управления является то, что при таком управлении ракета и цель все время находится в поле облучения от носителя.

Но есть и ракеты с активной радиолокационной головкой самонаведения. Самый яркий представитель такого типа вооружений - американская AIM-120 AMRAAM. Наведение AIM-120 включает в себя три участка: командно-инерциальный, автономный инерциальный и активный радиолокационный. Перед пуском РЛС самолета задает координаты цели и, при необходимости, корректирует полет AMRAAM. На конечном участке полета ракета наводится на цель самостоятельно, без помощи самолета-носителя. Ракета имеет неконтактный радиолокационный взрыватель. При подлете к цели происходит подрыв боевой части. Применяемые в ракете радиолокационные взрыватели имеют антенные устройства, которые позволяют формировать узкие полосы излучения и приема, с целью защиты радиоканалов от воздействия радиопомех. Кроме того, с этой же целью, радиолокация осуществляется с использованием коротких импульсов, принимаемых в определенных временных интервалах, а также применяются различные алгоритмы селекции и обработки принятой информации.

Однако, несмотря на сложные схемы обработки информации, современные средства постановки помех позволяют создать условия для ложных срабатываний таких неконтактных датчиков цели. В связи с этим, процесс создания помехозащищенных технических решений для надежной работы ракет класса «воздух-воздух» продолжается.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить помехозащищенность неконтактных датчиков цели ракет от воздействия искусственных помех. В основу предлагаемого способа положено техническое решение, основанное на дополнении, используемой в неконтактных датчиках цели, схемы радиолокации, системой оценки скорости сближения ракеты с целью. Причем эту скорость предлагается определять, с помощью радиолокатора неконтактного датчика цели, используя два различных способа. А именно, предлагается определять скорость сближения цели на основе измерения дальности до цели, и на основе эффекта Доплера (путем определения изменения частоты принятых сигналов). Сопоставление значений этой скорости на определенных участках траектории позволяет повысить возможности технических устройств выполнять идентификацию цели, и, тем самым, позволяет повысить помехозащищенность неконтактного датчика цели, применяемого в ракете. Предлагаемое техническое решение позволяет определять скорость сближения с целью даже в том случае, когда радиолокационная головка самонаведения не работает из-за постановки помех. Это обусловлено тем, что радиолокатор головки самонаведения обладает большой мощностью и обнаруживается средствами локации цели на значительных расстояниях, что позволяет цели создать помеху. А радиолокатор радиовзрывателя имеет малую мощность и узконаправленную антенну, и его обнаружить средствами радиолокации возможно только на малом расстоянии от цели. Когда создать помеху практически невозможно.

Предлагаемый способ обнаружения цели с помощью радиовзрывателя ракеты заключается в том, что с помощью генератора радиовзрывателя через промежутки времени T_i, создают в излучающей антенне радиовзрывателя короткие радиоимульсы длительностью τ(τ<<Т_i) с частотой заполнения ω₀. Эта частота заполнения существенно отличается от рабочей частоты радиолокационной станции головки самонаведения (при наличии такой головки). С помощью приемной антенны радиовзрывателя непрерывно принимают радиоимпульсы и фиксируют их в канале обработки информации в каждом промежутке времени стробирования Т_ст. Причем система электронных фильтров приемного тракта радиовзрывателя выделяет электромагнитные волны в ограниченном диапазоне частот (в зоне частоты ω₀ с учетом величины ее изменения за счет эффекта Доплера для максимальной скорости сближения ракеты и цели). С помощью канала обработки информации радиовзрывателя проводят анализ измеренной двумя способами скорости сближения принятых импульсов, и, по параметрам изменения скорости, судят о наличии цели.

При этом с помощью канала обработки информации радиовзрывателя за каждый промежуток времени T_i вычисляют расстояние до цели S_i, используя соотношение:

где с - скорость света, t_i - время от начала излучения генератором до появления импульса в канале обработки информации.

За каждые два последовательных периода излучения вычисляют скорость сближения ракеты с целью V_с, используя соотношение:

где S_i+1 - расстояние до цели в следующий промежуток времени t_i+1, за каждый промежуток времени T_i.

С помощью генератора радиовзрывателя в каждом промежутке времени T_i после времени τ, в течение времени строба Т_ст, создают радиоимпульсы с частотой заполнения ω₀ и подают их не на излучающую антенну, а на смеситель для измерения разности частот. В этот же промежуток времени подают на этот же смеситель, с приемной антенны радиовзрывателя, радиоимпульсы, в том числе отраженные от цели и имеющими частоту заполнения ω_i. С помощью смесителя определяют разностную частоту Δω_i, по величине которой, используя соотношение

вычисляют частоту ω_i. С помощью известных соотношений, описывающих эффект Доплера, определяют частоту сближения ракеты с целью V_сД. Например, с помощью соотношения, приведенного ниже:

Скорость сближения ракеты с целью V_сД определяют за каждый промежуток времени T_i. Сравнивают вычисленные значения V_сД и V_с. По соотношению этих величин идентифицируют принятые за время строба Т_ст сигналы, как отраженные от цели, и принимают решение на срабатывание взрывателя по заданному алгоритму.

Предлагаемое техническое решение поясняется временной диаграммой, приведенной на фиг. 1.

Фиг. 1. Временная диаграмма работы основных блоков технического решения по оценке скорости сближения ракеты с целью: τ - длительность радиоимпульса, подаваемого на антенну излучателя радиовзрывателя; T_i - промежуток времени через который, генератор излучает очередной импульс; Т_ст - время строба (промежуток времени с момента излучения до момента приема информации, в течение которого появление импульса в канале приема является индикатором наличия отраженного сигнала от цели); t_i - время от начала излучения генератором до появления импульса в канале обработки информации; ω_i и ω₀ - частоты заполнения импульсов.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. В дополнение к системе обнаружения цели на радиовзрывателе ракеты класса «воздух-воздух» устанавливаются еще две системы определения скорости сближения ракеты с целью. Наличие этих двух систем позволяет повысить помехозащищенность радиовзрывателя ракеты от воздействия искусственных помех.

Для идентификации цели, подтверждения, что отраженный сигнал от цели (сигнал во временном интервале Т_ст) действительно является сигналом от цели, а не от помехи, проводят оценку скорости сближения ракеты с целью обеими системами обнаружения цели одновременно. Сравнивают эти значения непосредственно, либо по характеру их изменения, например, определяют отношения значений предыдущего измерения и последующего. При совпадении измеренных и вычисленных величин принимают решение о реальности цели, и по заданному алгоритму, подают команду на подрыв боевой части ракеты.

Техническое решение по определению скорости сближения ракеты с целью, реализуемое в неконтактном датчике цели (радиовзрывателе), заключается в следующем. С помощью вычислительного устройства неконтактного датчика цели за каждый период излучения радиоимпульсов T_i выполняют регистрацию отраженного от цели импульса и измеряют промежуток времени t_i (t_i - время от начала излучения генератором до появления импульса в канале обработки информации) в каждом интервале времени, равном длительности строба Т_ст. На основе этих измерений с помощью соотношений (1)-(2) выполняют определение скорости сближения ракеты с целью V_c.

Точность оценки скорости сближения ракеты с целью, измеренная по определению времени прихода сигнала высокая. Так в реальных импульсных радиовзрывателях длительность импульса излучения составляет примерно 100 нc. Точность фиксации времени появления отраженного импульса по отношению к излученному импульсу не превышает 2 нc (менее 2%). Длительность периода следования импульсов составляет примерно 1 мс. При скорости сближения ракеты с целью примерно 1000 м/с за 1 мс цель сблизится с ракетой на расстояние Д, определяемое величиной Д=1000×10^-3=1 (м). В этом случае время между излучаемым импульсом и принятым отраженным импульсом составит величину t_i=2Д/с=2×1/3×10⁸=0,7×10^-8 (с), т.е. 7 нc. При точности измерения времени 2 нc, величина 7 нс может быть надежно зафиксирована, т.е. в реализуемых технических решениях расчет скорости сближения можно выполнять за каждый период излучения. При меньших скоростях сближения ракеты с целью скорость их сближения целесообразно определять за несколько периодов излучения и приема.

Технические решения по определению скорости сближения объектов с помощью радиолокационных устройств, использующих эффект Доплера, известны (https://ru.wikipedia.org/wiki/Эффект_Доплера). Например, технические решения по определению изменения частоты излученных и отраженных сигналов широко применяются в устройствах для определения скорости движения автомобилей. Точность определения скорости при этом не превышает 10% (https://www.zr.ru/content/articles/7388-effekt_doplera/).

В предлагаемом техническом решении частота заполнения импульсов, излучаемых генератором ω₀, составляет примерно 50 ГГц. При таком высокочастотном заполнении длительности радиоимпульса τ, который составляет примерно 100 нс, укладывается достаточное количество длин волн для того, чтобы обеспечить надежное измерение разностной частоты Δω_i, для реализации эффекта Доплера.

На основании обработки информации в приемном канале радиовзрывателя, например, путем подсчета количества отраженных радиоимпульсов в последовательности строб-импульсов, идентификации этих импульсов как отраженных сигналов от цели (по скорости сближения), сравнении, полученных величин, с заданными значениями, выдается команда на подрыв боевой части ракеты.

Реализуемость приведенного выше технического решения подтверждена макетированием схемных электронных аналогов в АО «НПП «Дельта».

Изложенные сведения о заявленном изобретении, охарактеризованном в независимом пункте формулы, свидетельствуют о возможности его осуществления с помощью описанных в заявке и известных средств и методов. Следовательно, заявленный способ соответствует условию промышленной применимости.

Изобретение относится к военной технике и может быть использовано при создании помехозащищенных неконтактных датчиков цели различных боеприпасов. Способ обнаружения цели с помощью радиовзрывателя ракеты заключается в том, что с помощью генератора радиовзрывателя через промежутки времени T_i создают в излучающей антенне радиовзрывателя короткие радиоимульсы длительностью τ (τ<<T_i) с частотой заполнения ω₀. С помощью приемной антенны радиовзрывателя непрерывно принимают радиоимпульсы и фиксируют их в канале обработки информации в каждом промежутке времени стробирования T_ст. С помощью радиовзрывателя определяют скорость сближения цели на основе измерения дальности до цели и на основе эффекта Доплера. С помощью канала обработки информации радиовзрывателя проводят анализ измеренной двумя способами скорости сближения принятых импульсов и по параметрам изменения скорости судят о наличии цели. 1 ил.

Способ обнаружения цели с помощью радиовзрывателя ракеты, заключающийся в том, что с помощью генератора радиовзрывателя через промежутки времени T_i создают в излучающей антенне радиовзрывателя короткие радиоимульсы длительностью τ (τ<<T_i) с частотой заполнения ω₀, с помощью приемной антенны радиовзрывателя непрерывно принимают радиоимпульсы, в промежутке времени стробирования Т_ст с помощью канала обработки информации проводят анализ принятых импульсов и по их параметрам судят о наличии цели, отличающийся тем, что с помощью канала обработки информации за каждый промежуток времени T_i вычисляют расстояние до цели S_i, используя соотношение

S_i=ct_i/2,

где с - скорость света,

t_i - время от начала излучения генератором до появления импульса в канале обработки информации, в каждые два последовательных периода вычисляют скорость сближения ракеты с целью V_c, используя соотношение

V_c=(S_i-S_i+1)/T_i,

где S_i+1 - расстояние до цели в следующий промежуток времени t_i+1,

с помощью генератора радиовзрывателя в каждом промежутке времени T_i после времени τ в течение времени строба Т_ст создают радиоимпульсы с частотой заполнения ω₀ и подают их не на излучающую антенну, а на смеситель для измерения разности частот, в этот же промежуток времени подают на этот же смеситель с приемной антенны радиовзрывателя радиоимпульсы с частотой заполнения ω_i, с помощью соотношения, описывающего эффект Доплера

V_cД=c(ω_i-ω₀)/ω₀,

определяют скорость сближения ракеты с целью V_cД, за каждый промежуток времени T_i сравнивают вычисленные значения V_cД и V_c, по соотношению этих величин идентифицируют принятые за время строба Т_ст сигналы, как отраженные от цели, и принимают решение на срабатывание взрывателя по заданному алгоритму.