Способ дальнего обнаружения и распознавания малозаметных воздушных целей Российский патент 2023 года по МПК F41H13/00 G01S13/04 B64C39/02 B64D5/00 

Изобретение относится к области вооружения и военной техники, в частности к области использования беспилотных летательных аппаратов в военных целях.

Известен способ дальнего обнаружения летательного аппарата (ЛА) заключающийся в совместном полете боевого самолета и сопровождающего его впереди по курсу легкого беспилотного летательного аппарата (БЛА), выпущенного с борта самолета подобно ракете класса "воздух-воздух", с бортовой радиолокационной станцией (БРЛС) на расстояние, необходимое для увеличения радиуса действия основной БРЛС боевого самолета с целью раннего обнаружения всех ЛА, представляющих для них угрозу; демаскировки малозаметных воздушных и наземных боевых средств противника, за счет провоцирования их на расход боезапаса в свой адрес; маневрирования, с целью ухода от боевых ракет противника и возврата на борт своего самолета на догонном курсе способом стыковки подобно стыковке с заправочной горловиной самолета заправщика, при этом, БЛА может быть либо возвращен на борт самолета методом затягивания на свое рабочее место, либо дозаправлен топливом для выполнения последующих боевых задач [1].

Недостатком данного способа является невозможность обеспечит распознавания воздушных малозаметных целей на маршруте полета. При принятии решения по боевому применению вооружения самолета, летчик должен обладать широким спектром информации, как по условиям боевого применения, так и характеристикам целей, их количества и параметрам движения. Полнота оценки ситуационной обстановки во многом будет зависеть от распознавания воздушной цели.

Технической задачей изобретения является повышение ситуационной осведомленности экипажа пилотируемого боевого самолета, за счет распознавания малозаметных воздушных целей в непосредственной близости от них прицельной системой беспилотных летательных аппаратов.

Технический результат достигается тем, что в способе дальнего обнаружение цели, заключающемся в совместном полете боевого самолета и сопровождающего его впереди по курсу легкого беспилотного летательного аппарата (БЛА), выпущенного с борта самолета подобно ракете класса "воздух-воздух", с бортовой радиолокационной станцией (БРЛС) на расстояние, необходимое для увеличения радиуса действия основной БРЛС боевого самолета с целью раннего обнаружения всех ЛА, представляющих для них угрозу, демаскировки малозаметных воздушных и наземных боевых средств противника, за счет провоцирования их на расход боезапаса в свой адрес, маневрирование, с целью ухода от боевых ракет противника и возврата на борт своего самолета на догонном курсе способом стыковки подобно стыковке с заправочной горловиной самолета заправщика, при этом, БЛА может быть либо возвращен на борт самолета методом затягивания на свое рабочее место, либо дозаправлен топливом для выполнения последующих боевых задач, дополнительно осуществляют распознавания воздушных целей по совокупности отличительных признаков на расстоянии когда воздушные цели являются протяженными, осуществляют распознавания по критерию «одиночная - групповая цель » на основе доплеровской фильтрации сигнала отраженных от протяженных целей, осуществляют распознавания класса цели по критерию «большая - средняя- малая цель» на основе сравнения отношений длительности отраженного и излучаемых сигналов, осуществляют распознавание цели по критерию «вертолет в режиме висения - движущиеся цели» на основе анализа спектра отраженного сигнала, осуществляют распознавания классов целей по критерию «истребитель - стратегический бомбардировщик», «ведущий и ведомый при полете в паре» на основе анализа динамики их траекторных изменений, осуществляют распознавания целей по критерию «цель в облаке дипольных отражателей» на основе облучении протяженной цели сигналом круговой поляризации и выделении в отраженном сигнале эллиптически поляризованного сигнала с наклоном главной оси поляризационного эллипса, соответствующим положению цели в пространстве.

Для решения задачи распознавания воздушной цели можно использовать, например прицельный комплекс боевого беспилотного летательного аппарата Х-45, основное бортовое радио-оптико-электронное оборудование которого включает радиолокационную станцию с фазированной антенной решеткой, ИК-станцию переднего обзора, видеокамеры, аппаратуру радиоэлектронной разведки, связи, навигации и опознавания, систему управления оружием [2], в который дополнительно можно ввести, например устройства распознавания воздушных целей по различным критериям[3-6] на расстояниях когда они по критерию «точечная - протяженная цель» становятся протяженными.

Интерактивное управления оператором БЛА, можно обеспечить, например, за счет размещения на пилотируемом летательном аппарате радиоэлектронного оборудовании в составе радиостанцию связи, вычислителя, формирователя команд управления БПЛА, джойстика, усилителя мощности, видеомонитора.

Способ дальнего обнаружения и распознавания малозаметных воздушных целей осуществляется следующим образом.

Осуществляется своевременное обнаружения угроз для экипажа боевого самолета, на основе увеличения радиуса действия основной БРЛС боевого самолета за счет совместного полета пилотируемого и беспилотного летательного аппарата (БЛА). При этом значительно повышается вероятность обнаружения малозаметных воздушных целей за счет облучения их не только в передней полусфере с самой низкой эффективной площадью рассеивания (ЭПР), но и со всех направлений. Этот эффект увеличивается при использовании двух и более БЛА. Радиолокационный портрет БЛА, близкий по своим характеристикам к боевому самолету, способен, как провоцировать противника расходовать боезапас ракет класса "земля-воздух", создавая при этом воздушные коридоры для безопасного входа в них пилотируемых боевых самолетов, так и демаскировать его стартовые площадки противоракетной обороны (ПРО).

При подлете БЛА к заданному району включается радиолокационная станция с фазированной решеткой, которая ведет просмотр заданного района в радиоконтрастном информационном поле. Информация о радиоконтрастных целях поступает в центральный вычислительный блок, записывается в память, оцифровывается, направляется на шифратор радиостанции связи и передается оператору пилотируемого летательного аппарата. Поступившая информация записывается на электронную карту местности в память вычислителя ЛА, а также воспроизводится на видеомониторе и анализируется оператором, который принимает решение о поражения выбранных целей.

Осуществляют распознавания воздушных целей при достижении БЛА расстояний, когда воздушная цель становиться протяженной и появляются дополнительные признаки для распознавания.

При этом распознавания воздушных целей по критериям «одиночная -групповая» осуществляют следующим образом:

- проводят узкополосную фильтрацию составляющих частот Доплера спектра отраженного сигнала;

- измеряют частоты Доплера Δ/J каждой составляющей спектра отраженного сигнала по номеру фильтра;

- определяют угловые координат Δφι каждой составляющей спектра отраженного сигнала;

- определяют собственную скорость движения каждой блестящей точки распознаваемой цели в соответствии с выражением

где λ - длина волны излучаемого сигнала;

- сравнивают полученные значений собственной скорости движения каждой блестящей точки в соответствии с выражением

при этом, в случае ΔV_i≤U, где U - пороговое значение, принимают решение о принадлежности сигналов одной цели;

- определяют групповую цель на основе сравнении полученных значений собственной скорости движения каждой блестящей точки в соответствии с выражением

при этом в случае, если ΔV_i≥U₁ где U₁ - пороговое значение, принимают решение о принадлежности сигналов групповой цели;

- определяют число целей, входящих в состав групповой цели, на основе сравнения скоростей движения блестящих точек целей с пороговыми значениями в соответствии с выражением

где U_1n - пороговые значения, которые определяются с учетом дистанции движения целей в группе и соответственно скоростей движения блестящих точек различных целей.

Распознавание малозаметной воздушной цели по критерию «большая - средняя - малая цель» осуществляют следующим образом:

- излучают с заданной длительностью импульса электромагнитную энергию в сторону цели и принимают отраженную от цели сигнал;

- измеряют длительность импульса отраженного сигнала;

- определяют увеличения длительности отраженного от цели сигнала относительно длительности излученного в соответствии с выражением:

- принимают решение цель протяженная, при удовлетворение неравенства:

- принимают решение цель малая в случае, если отношение удовлетворяет неравенствам:

β>β₁, β≤β₂,

- принимают решение, что цель средняя в случае, если отношение удовлетворяет неравенствам

β>β₂, β≤β₃,

принимают решение, что цель большая в случае, если отношение удовлетворяет неравенству

β>β₃,

при этом предлагаемые неравенства наиболее точно определяют класс цели при условии, что величина β принимает следующие значения:

β₁=0,05; β₂=0,25; β₃=0,40.

Распознавание малозаметной воздушной цели по критерию «вертолет в режиме висения - движущиеся цели» и дополнительно класс движущих целей по критерию «истребители - стратегические бомбардировщики», «ведущий -ведомый при полете в паре», осуществляют следующим образом:

- выделяют огибающую пачки импульсов отраженного от цели сигнала;

- режектируют сигналы мешающих отражений и выделяют сигналов от движущихся целей, включая сигналы от вертолетов в режиме висения;

- распознают вертолет в режиме висения в случае, если сигнал равномерно распределен между узкополосными фильтрами, за счет шумоподобного характера спектра доплеровских частот от вертолетов в режиме висения;

- распознают движущиеся цели в случае, если сигнал сосредоточен в полосе одного из узкополосных фильтров, за счет регулярного доплеровского смещения спектра доплеровских частот от движущейся цели;

- осуществляют нормировку сигналов с целью обеспечения независимости работы устройства от дальности и эффективной площади рассеивания цели;

- распознают движущиеся цели по критерию «истребители - стратегические бомбардировщики», «ведущий - ведомый при полете в паре» на основе анализа динамики изменения траектории движения целей за счет поступления сигнала с выхода режекторного фильтра.

При использовании противником средств затрудняющих распознавание целей, таких как дипольные отражатели, предлагается способ обнаружения любого протяженного тела на фоне совокупности элементарных отражателей.

Распознавание малозаметной воздушной цели по критерию «цель - в облаке дипольных отражателей» осуществляют следующим образом:

- облучают воздушные цели сигналом круговой поляризации и принимают линейные ортогональные составляющий сигналов, отраженных от целей;

- вырабатывают решение об обнаружении протяженного объекта в облаке дипольных отражателей на основе наличие фазового сдвига между принятыми линейными ортогональными составляющими сигналов в каналах дальности поляриметрического радиолокатора в каждом зондировании;

- осуществляют сканирование узконаправленной антенной в заданной зоне обзора и анализ полученных значений сигналов в каждом фиксированном угловом положении антенны;

- определяют угловые положения протяженных целей в моменты появления фазового сдвига между принятыми линейными ортогональными составляющими сигналов, отраженных от целей.

Физической основой предлагаемого способа обнаружения протяженного объекта является то, что при облучении элементарного (дипольного) отражателя сигналом круговой поляризации он возвращает линейно поляризованный сигнал с наклоном поляризационного вектора, соответствующим положению этого отражателя в пространстве. Облучение любого протяженного тела сигналом круговой поляризации возвращает эллиптически поляризованный сигнал с наклоном главной оси поляризационного эллипса, соответствующим положению этого тела в пространстве.

Таким образом, БЛА, выпущенный с борта боевого самолета, способен не только обнаруживать малозаметные ВЦ противника на дальних безопасных подступах к боевому самолету, проводит разведку боем, но и дополнительно осуществлять распознавания воздушных целей по совокупности критерий «одиночная - групповая цель», «большая - средняя - малая цель» «вертолет в режиме висения - движущиеся цели», «истребители - стратегические бомбардировщики», «ведущий - ведомый при полете в паре», «цель - в облаке дипольных отражателей», что обеспечивает повышения ситуационной осведомленности экипажа пилотируемого боевого самолета.

Источники информации:

1. Патент 2721642 Российская Федерация. МПК F41H 13/00, СПК F41H 13/00. Способ дальнего обнаружения летательных аппаратов. / Михайленко В.И., заявка: 2019134034, 24.10.2019, опубл. 21.05.2020. Бюл. №15

2. Кириллов А. Перспективные зарубежные боевые беспилотные аппараты. «Зарубежное военное обозрение» №12-2001, стр. 35-36.

3. Пат. 2484498 Российская Федерация, МПК G01S 13/53. Способ распознавания групповой цели и устройство для его осуществления / Ефанов В.В., Мужичек С.М., Гаврилов Н.В. - 2012108254/07; заявл. 05.03.12; опубл. 10.06.13, Бюл. №16.

4. Пат. 2492501 Российская Федерация, МПК G01S 13/53.Способ распознавания класса цели и устройство для его осуществления/ Ефанов В.В., Мужичек С.М., Гаврилов Н.В. - 2012122163/07; заявл. 23.05.12; опубл. 10.09.13, Бюл. №25.

5. Пат. 2317569 Российская Федерация, МПК7 G01S 13/52. Устройство обнаружения движущихся целей / Ефанов В.В., Мужичек С.М., Гаврилов Н.В. - 2006131620/09; заявл. 01.09.06; опубл. 20.02.2008, Бюл. №5.

6. Пат. 2342677 Российская Федерация. МПК7 G01S 13/534. Способ селекции протяженных целей и устройство для его осуществления / Ефанов В.В., Мужичек С.М., Гаврилов Н.В. - 2007129544/09; заявл. 01.08.07; опубл. 27.12.2008, Бюл. №36.

Изобретение относится к способу дальнего обнаружения и распознавания малозаметных воздушных целей. Для обнаружения и распознавания целей выпускают с борта самолета беспилотный летательный аппарат (БЛА) с бортовой радиолокационной станцией (БРЛС) на определенное расстояние, производят обнаружение всех ЛА, представляющих угрозу, производят распознаванием их по типу по критерию «цель - в облаке дипольных отражателей» на основе облучении протяженной цели сигналом круговой поляризации и выделении в отраженном сигнале эллиптически поляризованного сигнала с наклоном главной оси поляризационного эллипса, соответствующим положению цели в пространстве, демаскируют ЛА-угрозу путем провоцирования их на расход боеприпаса, производят маневр с целью ухода от боевых ракет противника и возврат на борт своего самолета определенным образом. Обеспечивается повышение ситуационной осведомленности экипажа пилотируемого боевого самолета, за счет распознавания малозаметных воздушных целей в непосредственной близости.

Способ дальнего обнаружения и распознавания малозаметных воздушных целей, заключающийся в совместном полете боевого самолета и сопровождающего его впереди по курсу легкого беспилотного летательного аппарата (БЛА), выпущенного с борта самолета подобно ракете класса "воздух-воздух", с бортовой радиолокационной станцией (БРЛС) на расстояние, необходимое для увеличения радиуса действия основной БРЛС боевого самолета с целью раннего обнаружения всех ЛА, представляющих для них угрозу, демаскировки малозаметных воздушных и наземных боевых средств противника, за счет провоцирования их на расход боезапаса в свой адрес, маневрирования, с целью ухода от боевых ракет противника и возврата на борт своего самолета на догонном курсе способом стыковки подобно стыковке с заправочной горловиной самолета заправщика, при этом БЛА может быть либо возвращен на борт самолета методом затягивания на свое рабочее место, либо дозаправлен топливом для выполнения последующих боевых задач, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют распознавания воздушных целей по совокупности отличительных признаков на расстоянии, когда воздушные цели являются протяженными, осуществляют распознавания воздушных целей по критериям «одиночная - групповая» следующим образом:

- проводят узкополосную фильтрацию составляющих частот Доплера спектра отраженного сигнала;

- измеряют частоты Доплера Δf_i каждой составляющей спектра отраженного сигнала по номеру фильтра;

- определяют угловые координат Δϕ_i каждой составляющей спектра отраженного сигнала;

- определяют собственную скорость движения каждой блестящей точки распознаваемой цели в соответствии с выражением

где λ - длина волны излучаемого сигнала;

- сравнивают полученные значений собственной скорости движения каждой блестящей точки в соответствии с выражением

при этом, в случае если где U - пороговое значение, принимают решение о принадлежности сигналов одной цели;

- определяют групповую цель на основе сравнении полученных значений собственной скорости движения каждой блестящей точки в соответствии с выражением

при этом, в случае если , где U₁ - пороговое значение, принимают решение о принадлежности сигналов групповой цели;

- определяют число целей, входящих в состав групповой цели, на основе сравнения скоростей движения блестящих точек целей с пороговыми значениями в соответствии с выражением

где U_1n - пороговые значения, которые определяются с учетом дистанции движения целей в группе и соответственно скоростей движения блестящих точек различных целей, осуществляют распознавания класса цели по критерию «большая – средняя - малая цель» на основе сравнения отношений длительности отраженного и излучаемых сигналов следующим образом:

- излучают с заданной длительностью импульса электромагнитную энергию в сторону цели и принимают отраженную от цели сигнал;

- измеряют длительность импульса отраженного сигнала;

- определяют увеличения длительности отраженного от цели сигнала относительно длительности излученного в соответствии с выражением:

- принимают решение цель протяженная, при удовлетворении неравенства:

- принимают решение цель малая в случае, если отношение удовлетворяет неравенствам:

- принимают решение, что цель средняя в случае, если отношение удовлетворяет неравенствам

- принимают решение, что цель большая в случае, если отношение удовлетворяет неравенству

при этом предлагаемые неравенства наиболее точно определяют класс цели при условии, что величина β принимает следующие значения:

осуществляют распознавание малозаметной воздушной цели по критерию «вертолет в режиме висения - движущиеся цели» и дополнительно класс движущих целей по критерию «истребители - стратегические бомбардировщики», «ведущий - ведомый при полете в паре» следующим образом:

- выделяют огибающую пачки импульсов отраженного от цели сигнала;

- режектируют сигналы мешающих отражений и выделяют сигналов от движущихся целей, включая сигналы от вертолетов в режиме висения;

- распознают вертолет в режиме висения в случае, если сигнал равномерно распределен между узкополосными фильтрами, за счет шумоподобного характера спектра доплеровских частот от вертолетов в режиме висения;

- распознают движущиеся цели в случае, если сигнал сосредоточен в полосе одного из узкополосных фильтров, за счет регулярного доплеровского смещения спектра доплеровских частот от движущейся цели;

- осуществляют нормировку сигналов с целью обеспечения независимости работы устройства от дальности и эффективной площади рассеивания цели;

- распознают движущиеся цели по критерию «истребители - стратегические бомбардировщики», «ведущий - ведомый при полете в паре» на основе анализа динамики изменения траектории движения целей за счет поступления сигнала с выхода режекторного фильтра, осуществляют распознавания целей по критерию «цель - в облаке дипольных отражателей» следующим образом:

- облучают воздушные цели сигналом круговой поляризации и принимают линейные ортогональные составляющие сигналов, отраженных от целей;

- вырабатывают решение об обнаружении протяженного объекта в облаке дипольных отражателей на основе наличия фазового сдвига между принятыми линейными ортогональными составляющими сигналов в каналах дальности поляриметрического радиолокатора в каждом зондировании;

- осуществляют сканирование узконаправленной антенной в заданной зоне обзора и анализ полученных значений сигналов в каждом фиксированном угловом положении антенны;

- определяют угловые положения протяженных целей в моменты появления фазового сдвига между принятыми линейными ортогональными составляющими сигналов, отраженных от целей.