Способ повышения надежности опознавания в радиолокационной системе активного запроса-ответа Российский патент 2021 года по МПК G01S5/04 G01S13/76 G01S13/78 

Изобретение относится к активной радиолокации и может быть использовано в запросчиках радиолокационных систем активного запроса-ответа, устанавливаемых на подвижные объекты-носители, работающих по целеуказаниям от внешних систем по объектам, оборудованным радиолокационными ответчиками.

Из уровня техники известен способ радиолокационного запроса-ответа (патент RU №2029971, МПК: G01S 13/75, G01S 13/79, опубликован 27.02.1995), состоящий в генерировании сигнала запроса, его излучении и приеме на сопровождаемом объекте. Способ также включает генерирование, излучение и прием ответного сигнала двухканальной антенной, формирование третьего сигнала, равного отношению амплитуды сигнала, принятого по второму каналу, к амплитуде сигнала, принятого по первому каналу, кроме того, в процессе приема ответного сигнала его ослабляют в первом канале в xi раз, где xi отношение уровня диаграммы направленности (ДН) по мощности первого канала в направлении источника помехи к уровню ДН второго канала в i-м направлении. Способ позволяет повысить вероятность обнаружения сопровождаемого объекта и повысить точность измерения его угловой координаты.

В качестве прототипа для заявляемого технического решения выбран способ радиолокационного опознавания с обеспечением возможности установления подлинности запросного сигнала (патент RU №2242020, МПК: G01S 13/78, опубликовано 10.12.2004), применяемый при взаимодействии радиолокационного запросчика, установленного на подвижный объект-носитель, работающего по целеуказаниям от внешних систем, и радиолокационного ответчика в составе объекта-цели, включающий формирование и излучение на запросчике в каждом цикле запрос-ответ запросного сигнала, прием на ответчике запросного сигнала с последующим излучением ответного сигнала, прием и обработку ответного сигнала на запросчике. Способ позволяет с высокой достоверностью опознать свой объект и существенно ограничить возможности противника по использованию разведанной и ретранслируемой последовательности запросных сигналов путем обеспечения средств системы опознавания стабильными электронными датчиками времени, передачей в запросном сигнале шифрованной информации о состоянии шкалы времени запросчика в момент формирования сигнала и осуществления ответчиком проверки правильности переданной информации по совпадению ее в установленных пределах с показаниями собственного датчика времени и реализацией для этой проверки двухпороговой схемы, учитывающей точностные характеристики применяемых датчиков времени, время задержки сигнала на распространение и характер изменения во времени расхождения показаний датчиков времени взаимодействующих объектов. Предложенный принцип использования на ответчике в качестве идентификаторов запросчиков, взаимодействующих с ним в данный момент, величины расхождения показания собственного датчика времени и показаний датчиков времени запросчиков позволяет ответчику контролировать процесс взаимодействия с запросчиками путем ограничения выдачи ответов каждому из них установленным количеством, при котором гарантируется надежное опознавание объекта, и прекращения обслуживания запросчика по выполнению установленного критерия обнаружения выхода из его ДНА.

Технической проблемой, возникающей при реализации указанных выше способов является то, что в процессе излучения запросного сигнала в направлении ответчика, принятии и обработки запросного сигнала ответчиком, излучении ответного сигнала, принятии и обработки запросчиком ответного сигнала относительное взаимное пространственное положение запросчика и ответчика изменяется, происходит взаимное смещение диаграмм направленности антенн запросчика и ответчика, а следовательно изменяются параметры принятых запросных и ответных сигналов. При этом для выработки критерия опознавания объекта с заданными показателями достоверности требуется несколько циклов запрос-ответ, а для повышения надежности опознавания, исключения сбоев в обработке запросных и ответных сигналов, особенно существенных при одновременном маневрировании объекта-носителя, оснащенного радиолокационным запросчиком, возникающих из-за выхода объекта-цели из луча диаграммы направленности антенны запросчика, требуется корректировка положения луча антенной системы запросчика, что в значительной степени может увеличивать суммарное время опознавания объекта, оборудованного радиолокационным ответчиком, с учетом циклограмм формирования управляющих сигналов и времени реакции на перестройку луча антенной системы запросчика.

Для оптимизации времени и повышения надежности опознавания предлагается введение дополнительного алгоритма вычисления между циклами запрос-ответ пространственного положения объекта-цели относительно объекта-носителя и скорости его изменения, на основе которых с учетом исходных данных в части параметров диаграммы направленности антенной системы радиолокационного запросчика, дальности опознавания и временной базы запросных и ответных сигналов, времени вычисления и формирования управляющих сигналов, точности и частоты получения навигационной информации пространственного положения объекта-носителя, а также информации о целеуказании от первичных средств обнаружения объекта-носителя, принимается решение о необходимости проведения корректировки положения луча антенной системы запросчика перед следующим циклом запрос-ответ в направлении объекта-цели, либо в следующем цикле запрос-ответ производится работа с ранее установленным положением луча диаграммы направленности антенной системы радиолокационного запросчика.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого изобретения, является повышение надежности опознавания в радиолокационной системе активного запроса-ответа путем стабилизации параметров принимаемых радиолокационным ответчиком запросных сигналов и стабилизации параметров принимаемых радиолокационным запросчиком ответных сигналов при многократных циклах запрос-ответ и оптимизации суммарного времени опознавания с проведением корректировки в случае необходимости положения луча диаграммы направленности антенной системы радиолокационного запросчика.

Указанный технический результат достигается тем, что способ повышения надежности опознавания в радиолокационной системе активного запроса-ответа между радиолокационным запросчиком, установленным на подвижный объект-носитель, работающим по целеуказаниям от внешних систем, и радиолокационным ответчиком в составе объекта-цели включает формирование и излучение на запросчике в каждом цикле запрос-ответ запросного сигнала, прием на ответчике запросного сигнала с последующим излучением ответного сигнала, прием и обработку ответного сигнала на запросчике. Способ отличается от прототипа тем, что между циклами запрос-ответ производят вычисление пространственного положения объекта-цели относительно объекта-носителя, а также скорости его изменения, при этом на запросчике в начале каждого цикла запрос-ответ принимают от внешних систем текущие данные о курсе, крене, тангаже объекта-носителя и скорости их изменения, проводят анализ полученных навигационных данных, вычисляют и анализируют данные о величине изменения координат объекта-цели, после чего производят расчет требуемого положения луча диаграммы направленности антенной системы запросчика в направлении объекта-цели. При необходимости в текущем цикле запрос-ответ, кроме первого, выполняют корректировку положения луча диаграммы направленности антенной системы запросчика в направлении объекта-цели, причем решение о необходимости перестройки луча диаграммы направленности антенной системы запросчика принимают с учетом критериев, установленных на основе расчетно-экспериментальных данных.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественным всем признакам предлагаемого способа повышения надежности опознавания в радиолокационной системе активного запроса-ответа, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками из заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в цифровое вычислительное устройство радиолокационного запросчика, производящее обработку команды на опознавание объекта-цели, оборудованного радиолокационным ответчиком, получаемой посредством информационного интерфейсного обмена от системы внешнего целеуказания объекта-носителя, формирование сигналов управления передатчиком радиолокационного запросчика для излучения запросных сигналов через его антенную систему в каждом цикле запрос-ответ, обработку ответных сигналов с выхода приемника радиолокационного запросчика, принятых его антенной системой в каждом цикле запрос-ответ, а также осуществление управления положением луча диаграммы направленности антенной системы радиолокационного запросчика, либо в вычислительную систему бортовой радиолокационной станции (для случаев использования радиолокационным запросчиком антенной системы из состава бортовой радиолокационной станции), вводится алгоритм вычисления между циклами запрос-ответ пространственного положения объекта-цели относительно объекта-носителя и скорости его изменения. В соответствии с данным алгоритмом в каждом цикле запрос-ответ проводится оценка следующей навигационной информации о положении объекта-носителя, принятой от внешних систем, например, от бесплатформенной инерциальной навигационной системы по соответствующему интерфейсному информационному обмену на текущий момент времени: курс ψ, крен γ, тангаж θ, радиальная скорость изменения курса ω_ψ, радиальная скорость изменения крена ω_γ, радиальная скорость изменения тангажа ω_θ. В соответствии с заданными в команде на опознавание от систем внешнего целеуказания координатами положения объекта-цели, либо, если предусмотрено соответствующей логикой информационного обмена, уточненными на текущий момент координатами объекта-цели, цифровым вычислительным устройством запросчика производится расчет требуемого положения луча диаграммы направленности антенной системы с учетом данных о курсе ψ, крене γ, тангаже θ объекта-носителя, а также анализируются текущие параметры радиальных скоростей изменения курса ω_ψ, крена ω_γ, тангажа ω_θ. Формирование команд на корректировку луча диаграммы направленности антенной системы радиолокационного запросчика цифровым вычислительным устройством при необходимости производится в текущем цикле запрос-ответ, кроме первого, в следующих случаях:

- суммарное время в одном цикле запрос-ответ, складывающееся из времени формирования и излучения запросных сигналов, времени ожидания получения ответных сигналов, зависящего от дальности опознавания (времени распространения радиосигналов в пространстве в запросном и ответном направлении), включая необходимое время обработки и формирования ответных сигналов радиолокационного ответчика с учетом временных задержек излучения ответных сигналов, определенных в нормативных стандартах на радиолокационные системы активного запроса-ответа, больше установленного критерия отношений ширины луча диаграммы направленности антенной системы в угломестной и азимутальной плоскостях к скоростям изменений курса ω_ψ, крена ω_γ, тангажа ω_θ;

- величина изменения углового положения объекта-цели относительно исходного целеуказания по углу места или азимуту, выдаваемого в информационном интерфейсном обмене в цифровое вычислительное устройство радиолокационного запросчика от внешних систем первичного обнаружения и сопровождения цели, при условии непрерывного сопровождения объекта-цели, во время проведения опознавания превышает с установленными критериями ширину луча в азимутальной и угломестной плоскостях диаграмм направленности антенной системы радиолокационного запросчика.

Задание указанных критериев осуществляется на основе расчетно-экспериментальных данных, исходя из заданных требований достоверности опознавания и вероятности ложного срабатывания.

Предложенный способ повышения надежности опознавания в радиолокационной системе активного запроса-ответа основан на описанном выше алгоритме и осуществляется следующим образом.

Цифровое вычислительное устройство радиолокационного запросчика после получения команды на опознавание объекта-цели, оборудованного радиолокационным ответчиком, посредством информационного интерфейсного обмена от системы внешнего целеуказания объекта-носителя, на основе данных целеуказания об угловых координатах объекта-цели и навигационных данных о направлении движения объекта-носителя осуществляет расчет требуемого положения луча диаграммы направленности антенной системы радиолокационного запросчика в направлении объекта-цели, а также формирует соответствующие сигналы управления в антенную систему радиолокационного запросчика. После завершения процесса перестройки луча диаграммы направленности антенной системы радиолокационного запросчика формируются и излучаются запросные сигналы, осуществляется их прием на радиолокационном ответчике с последующим излучением ответных сигналов, прием и обработка ответных сигналов запросчиком в нескольких циклах запрос-ответ. При этом в начале каждого последующего цикла запрос-ответ цифровое вычислительное устройство радиолокационного запросчика проводит анализ текущих навигационных данных направления объекта-носителя и скорости их изменения, а также данных, при их наличии, о величине изменения координат объекта-цели в текущем целеуказании, по результатам которого с учетом установленных критериев принимается решение о проведении текущего цикла запрос-ответ без перестройки (корректировки) луча диаграммы направленности антенной системы радиолокационного запросчика, либо проводится новый расчет пространственного положения объекта-цели и соответствующая перестройка луча диаграммы направленности антенной системы радиолокационного запросчика в направлении объекта-цели.

Таким образом, изменение пространственного положения объекта-носителя при маневрировании, на котором установлен радиолокационный запросчик системы активного запроса-ответа, не оказывает существенного влияния на характеристики запросных и ответных сигналов, что приводит к повышению надежности опознавания, при этом суммарное время многократных циклов запрос-ответ при опознавании оптимизируется с учетом сокращения количества перестроек луча диаграммы направленности антенной системы радиолокационного запросчика.

Для подтверждения возможности реализации описанного технического решения был изготовлен опытный образец радиолокационного запросчика с системой активных фазированных решеток, использующий предложенный способ повышения надежности опознавания в радиолокационной системе активного запроса-ответа. Проведенные государственные испытания радиолокационного запросчика в составе объекта-носителя, подтвердили эффективность предложенного способа.

Изобретение относится к активной радиолокации и может быть использовано в запросчиках радиолокационных систем активного запроса-ответа, устанавливаемых на подвижные объекты-носители, работающих по целеуказаниям от внешних систем по объектам, которые оборудованы радиолокационными ответчиками. Техническим результатом является повышение надежности опознавания в радиолокационной системе активного запроса-ответа путем стабилизации параметров принимаемых радиолокационным ответчиком запросных сигналов и стабилизации параметров принимаемых радиолокационным запросчиком ответных сигналов при многократных циклах запрос-ответ и оптимизации суммарного времени опознавания с проведением корректировки в случае необходимости положения луча диаграммы направленности антенной системы радиолокационного запросчика. В радиолокационной системе активного запроса-ответа опознавание проводят между радиолокационным запросчиком, установленным на подвижный объект-носитель, работающим по целеуказаниям от внешних систем, и радиолокационным ответчиком в составе объекта-цели. Способ включает формирование и излучение на запросчике в каждом цикле запрос-ответ запросного сигнала, прием на ответчике запросного сигнала с последующим излучением ответного сигнала, прием и обработку ответного сигнала на запросчике. При этом между циклами запрос-ответ производят вычисление пространственного положения объекта-цели относительно объекта-носителя, а также скорости его изменения. На запросчике в начале каждого цикла запрос-ответ принимают от внешних систем текущие данные о курсе, крене, тангаже объекта-носителя и скорости их изменения, проводят анализ полученных навигационных данных, вычисляют и анализируют данные о величине изменения координат объекта-цели, после чего производят расчет требуемого положения луча диаграммы направленности антенной системы запросчика в направлении объекта-цели. При необходимости в текущем цикле запрос-ответ, кроме первого, выполняют корректировку положения луча диаграммы направленности антенной системы запросчика в направлении объекта-цели, причем решение о необходимости перестройки луча диаграммы направленности антенной системы запросчика принимают с учетом критериев, установленных на основе расчетно-экспериментальных данных.

Способ повышения надежности опознавания в радиолокационной системе активного запроса-ответа между радиолокационным запросчиком, установленным на подвижный объект-носитель, работающим по целеуказаниям от внешних систем, и радиолокационным ответчиком в составе объекта-цели, включающий формирование и излучение на запросчике в каждом цикле запрос-ответ запросного сигнала, прием на ответчике запросного сигнала с последующим излучением ответного сигнала, прием и обработку ответного сигнала на запросчике, отличающийся тем, что между циклами запрос-ответ производят вычисление пространственного положения объекта-цели относительно объекта-носителя, а также скорости его изменения, при этом на запросчике в начале каждого цикла запрос-ответ принимают от внешних систем текущие данные о курсе, крене, тангаже объекта-носителя и скорости их изменения, проводят анализ полученных навигационных данных, вычисляют и анализируют данные о величине изменения координат объекта-цели, после чего производят расчет требуемого положения луча диаграммы направленности антенной системы запросчика в направлении объекта-цели, при необходимости в текущем цикле запрос-ответ, кроме первого, выполняют корректировку положения луча диаграммы направленности антенной системы запросчика в направлении объекта-цели, причем решение о необходимости перестройки луча диаграммы направленности антенной системы запросчика принимают с учетом критериев, установленных на основе расчетно-экспериментальных данных.