Реактивный снаряд для измерения уровня радионаблюдаемости Российский патент 2021 года по МПК F42B15/08 

Предлагаемое изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано в составе ракетных комплексов для оперативной оценки эффективности функционирования контуров ударного ракетного оружия на морском театре военных действий.

Одним из параметров, определяющих эффективность функционирования контуров управляемого оружия, является уровень радионаблюдаемости. Под уровнем радионаблюдаемости (далее - РН) принято понимать величину отношения фактической дальности действия в конкретных условиях к формулярной дальности действия радиотехнического средства, обычно выражаемую в баллах. В общем случае из ряда внешних факторов, влияющих на РН, определяющим является атмосферная, а конкретно для наземных (морских, береговых) радиотехнических средств (РТС) – тропосферная рефракция [1]. Для учета рефракции можно использовать один из следующих параметров среды распространения (тропосферы): эквивалентный радиус земли, градиент показателя преломления, отношение радиуса кривизны луча к радиусу земли. Перечисленные параметры однозначно связаны друг с другом и видом рефракции, поэтому они могут использоваться для оценки уровня РН [2].

Известны морские (корабельные) радиолокационные станции, которые могут быть использованы для оперативной оценки рефракционных условий распространения радиоволн над морем с помощью методов радиофизического зондирования поверхности [3,4]. Измерения возможно провести в зоне, ограниченной радиогоризонтом. Морские РЛС располагаются на берегу или кораблях, следовательно, обладают ограниченной подвижностью.

Недостатком использования данных устройств является то, что измерение уровня РН осуществляется в ограниченной зоне расположения РЛС и таким образом отсутствует возможность оперативного проведения измерения уровня РН на загоризонтных трассах распространения радиоволн.

Известны метеорологические ракеты [5…7], представляющую собой ракету, содержащую в качестве полезной нагрузки один или несколько радиозондов, которые могут использоваться для измерения уровня РН. Радиозондом называют прибор, снабженный устройствами для измерения одного или нескольких метеорологических параметров (давления, температуры, влажности и др.), а также радиопередатчиком для передачи информации о результатах измерений на станцию наблюдения. Радиозонд отделяется от ракеты в определенной точке траектории ракеты, снижает скорость до необходимой для проведения измерения высотных профилей параметров атмосферы в процессе снижения и осуществляет непосредственно измерение параметров. Далее расчетным методом восстанавливается градиент показателя преломления атмосферы и рассчитывается уровень РН [1]. Причем измерение возможно произвести в любой точке земной (морской) поверхности, т.е. возможно использование устройства на загоризонтных трассах.

Наиболее близким по технической сущности является метеорологическая ракета, содержащая в качестве полезной нагрузки зонд метеорологический ракетный МРЗ 100 (описанный, например, в приложении к свидетельству №61211 об утверждении типа средств измерений). Зонд (радиозонд) содержит метеорологические датчики (преобразователь абсолютного давления и измерительный преобразователь температуры), навигационную систему (блок приема навигационных сигналов Глонасс/GPS), формирователь информационных пакетов (блок обработки данных) и приемопередатчик (блок передачи данных) с антенной.

Рассмотрим принцип работы данного устройства. Устройство (см. фиг. 1) содержит антенну А и передатчик 1 для передачи информационных пакетов, формирователь информационных пакетов 2, метеорологические датчики 3 и навигационную систему 4. Аппаратура конструктивно объединена в зонд (радиозонд) 5, который отделяется от носителя (ракеты) 6 в определенной точке траектории. Информационные пакеты содержат текущую информацию о пространственном положении зонда и информацию с датчиков.

Благодаря использованию ракетного носителя обеспечивается оперативность доставки зонда в любую точку земли, а, значит, и обеспечивается измерение уровня РН на загоризонтных трассах распространения радиоволн.

Данное устройство было принято за прототип.

Основным недостатком прототипа являются большое время измерения уровня РН. Так, время непосредственного измерения атмосферы радиозондом (без учета времени доставки зонда ракетой) может составлять 1-2 часа и более (см. [6, 8, 9]).

Целью (техническим результатом) изобретения является уменьшение времени измерения уровня радионаблюдаемости.

Технический результат достигается тем, что устройство содержит специализированную радиолокационную станцию (РЛС) для оперативной оценки рефракционных условий распространения радиоволн над морем с помощью методов радиофизического зондирования поверхности и устройство вычисления радионаблюдаемости.

Сущность изобретения и принцип работы поясняется чертежом (фиг.2), на котором приведена структурная схема устройства. Устройство представляет собой реактивный снаряд 1, содержащий в качестве полезной нагрузки следующие устройства: антенну А и передатчик 2 для передачи информационных пакетов, формирователь информационных пакетов 3, устройство для вычисления уровня РН 4, радиолокационную станцию (РЛС) 5 и навигационную систему 6.

Термин «реактивный снаряд» является устоявшимся и широко используемым техническим термином (например, в области вооружений и военной техники) для обозначения неуправляемой ракеты. Термин «полезная нагрузка» характеризует оборудование, для перемещения которого в конечном счете предназначается носитель (т.е. ракета, реактивный снаряд и прочее).

Устройство работает следующим образом.

Реактивный снаряд 1 (далее - носитель) в процессе движения по траектории осуществляет радиофизическое зондирование поверхности моря с помощью РЛС 5. Информация о пространственной ориентации носителя поступает из навигационной системы 6 в РЛС 5 и используется для «электронной стабилизации» (см. фиг. 2). Информация о дистанционной зависимости амплитуды отражений от морской поверхности из РЛС 5 поступает в устройство вычисления уровня РН 4. Вычисление уровня РН производится на основе текущей высоты полета, получаемой с выхода навигационной системы 6. Формирователь информационных пакетов 3 осуществляет выработку пакетов, содержащих информацию о текущем уровне РН, полученных от устройства 4, с привязкой к текущим координатам носителя 1, которые получает от навигационной системы 6. Далее пакеты поступают в передатчик 2 и излучаются через антенну А. Термином «электрическая стабилизация» принято обозначать процесс управления РЛС и приведения радиолокационной информации к абсолютной системе координат (например, горизонтальная сферическая или цилиндрическая система координат) на основе данных о текущем положении и ориентации носителя, а значит, и РЛС.

Предлагаемое устройство может быть реализовано следующим образом.

Блоки 1, 2, 5 и антенна А являются типовыми элементами радиозондов, используемые, например, в составе прототипа и описанные в [6…13]. В качестве РЛС 5 может быть использована бортовая метеонавигационная РЛС с режимом обзора поверхности, описанная, например, в [14].

Устройство вычисления уровня РН 4 проводит анализ информацию о дистанционной зависимости амплитуды отражений от морской поверхности, и находит характерные области интенсивности отражений, а также границы между ними. В качестве характерных областей могут выступать: различные области отражений от морской поверхности (квазизеркальная область, область «плато»), дифракционная область, либо область, ограниченная спадами диаграммы направленности антенны РЛС.

Например, измеренное РЛС угломестное направление α на границу областей, характеризующих различную угловую зависимость удельной эффективной поверхности рассеяния (УЭПР), может быть использовано для нахождения эффективного радиуса земли a_э:

, где

β - граничный угол падения, характеризующий переход между областями угловой зависимости УЭПР морской поверхности,

h - высота полета носителя. Зная величину a_э, находится соответствующий ей уровень РН.

Для случая определения уровня РН по скату луча, эффективный радиус может быть найден следующим образом:

, где

φ - априорно известное направление ската ДН РЛС,

R - измеренная наклонная дальность до отражений от морской поверхности в направлении φ.

Реализуемость использования радиофизического зондирования поверхности моря для измерения РН подтверждается как источниками [3,4], так и серией практических наблюдений проведенных авторами изобретения с помощью морской РЛС.

Вычислительные задачи, решаемые устройством вычисления уровня РН, являются типовыми задачами систем автоматического управления и сбора данных, поэтому технически реализуемы.

Вследствие влияния на результаты измерений уровня РН множества случайных факторов предложенное устройство характеризуется некоторой погрешностью измерений. Случайная составляющая погрешности измерения уровня РН предложенного способа может быть минимизирована усреднением результатов измерений уровня РН [15]. Дополнительным источником информации об уровне РН может быть радиотепловая станция для измерения угломестного профиля радиояркостной температуры, на основе которого расчетным методом восстанавливается коэффициент рефракции, а значит, и измеряется уровень РН [3]. Таким образом снижается погрешность измерения уровня РН. Данное устройство показано на фиг. 3. Устройство, представляющее собой реактивный снаряд 1, содержащий в качестве полезной нагрузки следующие устройства: антенну А и передатчик 2 для передачи информационных пакетов, формирователь информационных пакетов 3, устройство для вычисления уровня РН 4, специализированную РЛС 5, навигационную систему 6 и радиотепловую станцию (РТС) 7.

Вследствие неуправляемого движения снаряда по траектории, размера рабочей зоны обзора РЛС может быть недостаточно для проведения качественной «электронной стабилизации». С целью улучшения стабилизации пространственной ориентации РЛС устройство может содержать систему стабилизации и органы управления пространственной ориентации снаряда. Данное устройство показано на фиг. 4, представляет собой реактивный снаряд 1, содержащий в качестве полезной нагрузки следующие устройства: антенну А и передатчик 2 для передачи информационных пакетов, формирователь информационных пакетов 3, устройство для вычисления уровня РН 4, специализированную РЛС 5, навигационную систему 6, систему стабилизации 7 и органы управления 8.

Перечень источников информации

1. Бин Б. Р., Даттон Е. Дж. Радиометеорология. – Л.: Гидрометеоиздат, 1971. – 364.

2. Черный Ф. Б. Распространение радиоволн. – М.: Советское радио, 1962. – 480 с.

3. Михайлов Н. Ф., Рыжков А. В., Щукин Г. Г. Радиометеорологические исследования над морем. – Л.: Гидрометеоиздат, 1990. – 208 с.

4. Славутский Л.А. Радиозондирование поверхности океана и приводного слоя атмосферы в сантиметровом диапазоне: автореф. дис. … доктора физико-математических наук: 11.00.08. – Владивосток, 1998. – 21 с.

5. Гайгеров С. С. Исследование синоптических процессов в высоких слоях атмосферы. - Л.: Гидрометеоиздат, 1973. – 251 с.

6. Пат. RU 2041476 С1, Российская Федерация, МПК G01W 1/08. Способ оперативного исследования атмосферы, земной поверхности и океана / Анфимов Н. А., Цыбульский Г. А., Гордеев С. П., Смирнов Н. А., Киселев Л. Н., Мельянков Н. А., Философов В. С., Плечов В. А., Керцелли Г. М., Кармазин В. П., Катушкин В. Ю.; заявитель и патентообладатель Центральный научно-исследовательский институт машиностроения; заявл. 17.08.1992; опубл. 09.08.1995.

7. Пат. RU 2125282 C1, Российская Федерация, МПК G01W 1/08. Бикалиберная метеорологическая ракета / Кузнецов В. М., Комисаренко А. И.; заявитель и патентообладатель Конструкторское бюро приборостроения. – № 96113158/28; заявл. 21.06.1996; опубл. 20.01.1999.

8. Зондирование атмосферы: учебно-методическое пособие для студентов, обучающихся по направлению 05.03.05 Прикладная гидрометеорология / М.Ю. Червяков. – Саратов: ИЦ «Наука», 2019. – 62 с.

9. Павлов Н.В. Аэрология, радиометеорология и техника безопасности. – Л.: Гидрометеоиздат, 1980. – 432 с.

10. Пат. RU 2529177 C1, Российская Федерация, МПК G01S 13/95. Система радиозондирования атмосферы с пакетной передачей метеорологической информации / Иванов В. Э., Гусев А. В., Плохих О. В.; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Научно-производственное предприятие «ОРТИКС». – № 2013107302/07; заявл. 19.02.2013; опубл. 27.09.2014, Бюл. № 27.

11. Пат. RU 2576023 C1, Российская Федерация, МПК G01S 13/95. Унифицированная система радиозондирования атмосферы / Иванов В. Э., Гусев А. В., Плохих О. В., Кудинов С. И.; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Научно-производственное предприятие «ОРТИКС». - № 2014132374/07; заявл. 05.08.2014; опубл. 27.02.2016, Бюл. № 6.

12. Пат. RU 2480791 C2. Российская Федерация, МПК G01S 19/14, G01W 1/00. Метеорологическая система / Иванов В. Э., Гусев А. В., Плохих О. В.; заявитель и патентообладатель Иванов В. Э., Общество с ограниченной ответственностью «Научно-производственное предприятие «ОРТИКС». – № 2011105829/07; заявл. 16.02.2011; опубл. 27.08.2012, Бюл. № 24.

13. Пат. RU 2295142 C1, Российская Федерация, МПК G01W 1/08. Способ оперативного исследования атмосферы, земной поверхности и океана / Заренков В. А., Заренков Д. В., Дикарев В. И., Доронин А. П.; заявитель и патентообладатель Заренков В. А., Заренков Д. В., Дикарев В. И., Доронин А. П. – № 2005126400/28; заявл. 10.08.2005; опубл. 10.03.2007, Бюл. № 7.

14. Радиолокационные системы воздушных судов: Учебник для вузов /П.С. Давыдов, А.И. Козлов, В.С. Уваров и др.: Под ред. П.С. Давыдова. – М.: Транспорт, 1988. – 359 с.

15. Рабинович С. Г. Погрешности измерений. – Л.: Энергия, 1978. – 262 с.

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано в составе ракетных комплексов для оперативной оценки эффективности функционирования контуров ударного ракетного оружия на морском театре военных действий. Технический результат - уменьшение времени измерения уровня радионаблюдаемости. Реактивный снаряд содержит в качестве полезной нагрузки антенну, передатчик, формирователь информационных пакетов и навигационную систему. Для обеспечения возможности оперативной оценки морских военных действий он содержит радиолокационную станцию, устройство вычисления уровня радионаблюдаемости и радиотепловую станцию. Эта станция предназначена для измерения угломестного профиля радиояркостей температуры. На основе ее обеспечивают возможность восстановления коэффициента рефракции для измерения уровня радионаблюдаемости. При этом устройство вычисления уровня радионаблюдаемости обеспечено возможностью анализа информации о дистанционной зависимости амплитуды отражений от морской поверхности и нахождения области, ограниченной спадами диаграммы направленности антенны радиолокационной станции. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Реактивный снаряд, содержащий в качестве полезной нагрузки антенну, передатчик, формирователь информационных пакетов и навигационную систему, отличающийся тем, что для обеспечения возможности оперативной оценки морских военных действий он содержит радиолокационную станцию, устройство вычисления уровня радионаблюдаемости и радиотепловую станцию для измерения угломестного профиля радиояркостей температуры, на основе которой обеспечена возможность восстановления коэффициента рефракции для измерения уровня радионаблюдаемости, при этом устройство вычисления уровня радионаблюдаемости обеспечено возможностью анализа информации о дистанционной зависимости амплитуды отражений от морской поверхности и нахождения области, ограниченной спадами диаграммы направленности антенны радиолокационной станции.

2. Реактивный снаряд по п. 1, отличающийся тем, что он содержит систему стабилизации и органы управления пространственной ориентацией.