Способ локации целей Российский патент 2024 года по МПК H01Q21/06 

Описание изобретения

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к области локационной техники, а именно к способам локационного обнаружения целей в широкой области пространства и может найти применение в локаторах.

Уровень техники

Известны способы и устройства локации целей, предназначенные для использования в радиолокаторах обнаружения целей:

1. Справочник по радиоэлектронным системам. В 2-х томах. Под ред. Б.Х. Кривицкого. - М.: Энергия, 1979.

2. Д. Бартон, Г. Вард. Справочник по радиолокационным измерениям. Пер. с английского под ред. М.М. Вейсбейна. - М.: Советское радио, 1976.

3. Д. Бартон. Радиолокационные системы. Пер. с английского под ред. К.Н. Трофимова. - М.: Воениздат. 1967.

Основным свойством целей, определяющим возможность их локационного обнаружения, является способность целей переотражать излучение, которая обычно характеризуется их эффективной отражающей поверхностью (ЭПР).

В последнее время для снижения возможностей локаторов по обнаружению целей активно используется технология «Stealth», существенно уменьшающая ЭПР целей и ограничивающая возможности систем обнаружения целей.

Благодаря развитию современной элементной базы и конструкционных материалов, широкое распространение получили дистанционно-пилотируемые и беспилотные летательные аппараты (ДПЛА и БЛА) с минимальными величинами ЭПР.

Поэтому проблема обнаружения таких малоразмерных целей, особенно выполненных по технологии «Stealth», ДПЛА и БЛА, сегодня продолжает быть чрезвычайно актуальной.

В качестве одного из путей решения проблемы обнаружения малоразмерных целей рассматривается, т.н., локация «на просвет», позволяющая использовать эффект значительного увеличения ЭПР целей при малых углах падения-отражения волн (электромагнитных, акустических и др.) от цели (Черемисов А.К. Статистические характеристики эффективной площади рассеяния тела в бистатической радиолокации // Радиотехника и электроника. - 1987. - т. 32, № 12).

Изначально эксперименты по радиолокационному обнаружению объектов с использованием радиоволн начинались именно с «просветной» схемы наблюдения, представляющей собой передатчик и удаленный от него приемник. Регистрация объекта происходит при пересечении им линии между передатчиком и приемником. Такая схема была рассмотрена уже в первых опытах Генриха Герца по излучению и приему электромагнитных волн, а также в экспериментах А. Попова - Г. Маркони по радиосвязи (Богомолов, А.Ф. Радиолокация // Большая Советская Энциклопедия. в 30 т. т. 21. - М.: Сов. энциклопедия, 1975. Лобанов М.М., Развитие советской радиолокационной техники. - М.: Воениздат, 1982).

К радиолокационным системам (РЛС) «просветного» типа относятся и первая выпущенная серийно отечественная радиолокационная станция наземного базирования с непрерывным излучением РУС-1 и американская РЛС AN/FPS-23 (“Fluttar”) (Лобанов М.М. Начало советской радиолокации. - М.: Советское радио, 1975. Чапурский В.В. Синтезированная теневая радиоголография в бистатической радиолокации // Радиотехника. - 2009. - № 3).

Однако, последующее развитие радиолокации пошло по пути создания и совершенствования совмещенных (однопозиционных) радиолокаторов, которые и сегодня считаются более передовыми по отношению к «просветным» радарам первого поколения.

В связи с появлением самолетов-невидимок «Stealth», малоразмерных ДПЛА и БЛА интерес к «просветным» РЛС возродился (Бляхман А.Б., Рунова И.А. Бистатическая эффективная площадь рассеяния и обнаружение объектов при радиолокации на просвет. Радиотехника и электроника. - 2001. - т. 46, № 4. Уфимцев П.Я., Черные тела и теневое излучение. Радиотехника и электроника. - 1989. - № 12).

В 1998 г. в стране была создана «просветная» РЛС 52Э6 - «Струна-1», которая успешно прошла Государственные испытания и к 2006 г. прошла 2 модернизации (52Э6М и 52Э6МУ - «Барьер-Э»):

1. Оружие и технологии России. Энциклопедия. XXI век. Том 9. Противовоздушная и противоракетная оборона. М. 2004.

2. История отечественной радиолокации. Под ред. С.В. Хохлова, М. 2015.

3. Gao Charlie. How Russia Is Trying to Make America's F22 and F35 as Obsolete as Battleships. «The National Interest», 14.10.2017.

Акустические системы локации на просвет активно используются для обнаружения подводных объектов:

1. В.А. Зверев. Два феномена в опытах по локации на просвет. Акустический журнал, № 4, т. 64, 2018.

2. В.А. Зверев. Способ локации на просвет без ложных тревог и пропуска сигнала прохода объекта локации. Акустический журнал, №6, т. 64, 2018.

3. В.Е. Туров и др. Экспериментальные исследования выделения сигналов движущейся цели методом фоновой локации. Вестник СибГУТИ. № 3. 2016.

Общими недостатками приведенных аналогов изобретения являются:

- необходимость использования не менее двух постов локации: передающего и приемного, размещаемых на значительном расстоянии (базе) друг от друга;

- обнаружение целей происходит в узком пространственном секторе между приемным и передающим постами за счет «биений» несущей частоты, вызываемых интерференцией двух лучей распространения волн - прямого и переотраженного целью (фиг. 1).

Построение барьера обнаружения целей «на пролете» вокруг обороняемого объекта, по аналогии с известными системами охраны периметра, возможно путем окружения обороняемого объекта достаточным числом приемо-передающих постов (фиг. 2). По сути такой «бистатический» локатор только дает сигнал о пересечении охраняемого периметра (барьера) (РЛК 52Э6 «Струна-1». Многозвенный радиолокационный барьер. «Военное обозрение. ПВО», 21 апреля 2020 г.).

Узость пространственной ширины реализуемого барьера обнаружения целей «просветной» РЛС определяется ограниченными угловыми условиями реализации повышенных значениях ЭПР целей (Ковалев Ф.Н. Методы, модели и алгоритмы просветной локации. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. ФГБУ ВПО «НГТУ им. Р.Е. Алексеева». 2015).

По результатам Государственных испытаний «просветной» РЛС 52Э6МУ поперечный размер барьерной зоны длиной 50 км лежит в пределах 3,3…12,8 км в зависимости от типа цели (ДПЛА, крылатая ракета, истребитель, бомбардировщик): http://www.433175.ru/; Оружие и технологии России. Энциклопедия. XXI век. Том 9. Противовоздушная и противоракетная оборона. М. 2004; Вооружение ПВО и РЭС России. М. 2011; История отечественной радиолокации. Под ред. С.В. Хохлова, М. 2015).

Методы обработки информации в РЛС 52Э6(М, МУ) защищены патентами РФ:

Патент № RU 2124220, приоритет от 29.10.1997.

Патент № RU 2154840, приоритет от 23.09.1999.

Патент № RU 2195683, приоритет от 28.12.2000.

В качестве близкого аналога изобретения (прототипа) может быть рассмотрена отечественная РЛС типа «Резонанс-Н» (Рекламный проспект «РТИ СИСТЕМЫ» (http://roe.ru), Вооружение ПВО и РЭС России. М.: Издательство: НО «Ассоциация «Лига содействия оборонным предприятиям», 2011). Макет станции был представлен на выставке «МАКС-2005» в г. Жуковском и на форуме «Армия-2020» (Международный военно-технический форум «Армия-2020», «http://bastion-opk.ru «Weapons of the Fatherland. Information resource on weapons and military equipment»).

Каждый из четырех модулей станции оснащен передатчиком, работающим на отдельную передающую антенну с широкой диаграммой направленности, которая облучает все цели в рабочем секторе 90°, прием ответных сигналов от целей осуществляется приемной антенной на базе цифровой фазированной антенной решетки (ЦФАР), формирующей многолепестковую диаграмму направленности во всем пространственном секторе, облучаемом передающей антенной. Это позволяет обеспечить обнаружение всех целей одновременно во всем секторе ответственности каждого модуля локатора и применить для обработки большое время накопления сигнала.

Недостатком прототипа изобретения является обнаружение цели только по перпендикулярному отражению радиоволн от поверхности цели также, как и в остальных однопозиционных локаторах.

Раскрытие сущности изобретения

Сущность предлагаемого способа локации целей основана на реализации в однопозиционном локаторе принципа обнаружения целей «на просвет» за счет использования в качестве вынесенных передатчиков «бистатического» локатора радиолокационных (акустических и др.) отражателей, размещаемых по окружности вокруг однопозиционного локатора на границе зоны обнаружения целей и переотражающих излучение передатчика однопозиционного локатора назад в направлении на локатор. По аналогии с «бистатическим» локатором «на просвет» обнаружение целей осуществляется по «биениям» принимаемого сигнала, вызванным интерференцией в пространстве прямого сигнала «локатор - отражатель» и сигнала, переотраженного под малым углом от цели.

Анализ размеров эллипса обнаружения целей, полученном по результатам испытаний «бистатической» РЛС 52Э6МУ (фиг. 1), показывает, что для эффективного радиолокационного обнаружения малоразмерных целей «на просвет» отражатели должны размещаться по окружности радиусом до 50 км с шагом до 7,5° по азимуту, причем каждый из приемных лучей РЛС с ЦФАР должен быть направлен на соответствующий радиолокационный отражатель (фиг. 3).

Технический результат предлагаемого технического решения заключается в обеспечении возможности обнаружения малоразмерных целей однопозиционным локатором в условиях, максимизирующих эффективную поверхность рассеяния целей, характерную для локации «на просвет». Дополнительным результатом предлагаемого технического решения является увеличение вероятности обнаружения целей за счет получения за одно зондирование двух откликов от цели:

- первый раз - при распространении радиоволн от передатчика локатора к локационному отражателю;

- второй раз - при обратном распространении волн от локационного отражателя к приемнику локатора.

Вследствие того, что интерференция прямого и переотраженного от цели сигнала (т.н. «биения») имеют гармоническую синусоидальную структуру, возможна взаимная компенсация сигналов (попадание в «нуль» синусоиды «биений»). Обратное (от отражателя к приемнику РЛС) распространение сигнала также вызывает интерференцию, фаза которой будет случайна относительно интерференции прямого сигнала, поэтому вероятность попадания результатов обеих интерференций в «нуль» синусоиды практически стремится к нулю.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 цифрами обозначены:

1. Передающая станция

2. Приемная станция

3. Излучение передающей станции

4. Прямой путь распространения радиоволн

5. Отраженный (преломленный) путь радиоволн

6. Пункт обработки бистатической РЛС, выделяющий биения сигнала, вызванные интерференцией прямого и переотраженного сигналов

7. Цель

8. Эллипс реализации большого значения ЭПР цели

На фиг. 2 цифрами обозначены:

1. Передающая станция

2. Приемная станция

3. Излучение передающей станции

6. Пункт обработки бистатической РЛС

На фиг. 3 цифрами обозначены:

4. Прямой путь распространения радиоволн на отражатель

5. Отраженный (преломленный) путь радиоволн на отражатель

7. Цель

8. Эллипс большого значения ЭПР цели

9. Однопозиционная РЛС с ЦФАР

10. Радиолокационные отражатели

11. Прямой путь распространения радиоволн от отражателя к приемнику РЛС

12. Отраженный (преломленный) от цели путь радиоволн от отражателя к приемнику РЛС

Осуществление изобретения

Осуществление изобретения поясняется на фиг. 3.

В основу примера способа обнаружения целей положена работа однопозиционной РЛС 9 с многолепестковой диаграммой направленности. Каждый из лепестков диаграммы направленности направлен на радиолокационный отражатель 10, которые размещены по радиусу вокруг (или в секторе ответственности) однопозиционной РЛС 9.

Зондирующий сигнал РЛС 4 излучается в направлении на радиолокационные отражатели. При нахождении в лепестке диаграммы направленности РЛС цели на радиолокационный отражатель приходит прямой сигнал от РЛС 4 и переотраженный сигнал от цели 5. В результате разницы в пути распространения сигналов они интерферируют, что вызывает амплитудную модуляцию (биения) сигнала, пришедшего на отражатель. Принятый отражателем суммарный сигнал (4+5) отражается в обратном направлении и, также как прямой сигнал от РЛС, проходит обратно к РЛС двумя путями: прямой сигнал от отражателя к РЛС 11 и переотраженный сигнал - от цели 12, которые также интерферируют на приёмном конце (11+12) и вызывают дополнительные биения сигнала в приемнике однопозиционной РЛС. Биения сигнала в приемнике однопозиционной РЛС, вызванные интерференцией прямого и переотраженного сигналов используются в обработке для обнаружения цели и определения параметров ее движения.

Селекция сигналов от разных целей осуществляется по временной задержке принятых сигналов относительно момента времени излучения зондирующего сигнала.

Использование: изобретение относится к области локационной техники, а именно к способам локационного обнаружения целей в широкой области пространства и может найти применение в локаторах. Сущность: в способе локации целей приемник и передатчик однопозиционной радиолокационной станции (РЛС) обнаружения целей размещают на одной позиции, линию базы для обнаружения целей «на просвет» создают путем использования локационных отражателей, которые размещают на границе зоны обнаружения целей вокруг однопозиционной РЛС обнаружения целей, при этом зондирующий сигнал РЛС излучается в направлении локационных отражателей, отражающих излучение передатчика однопозиционного РЛС назад в направлении на однопозиционное устройство РЛС обнаружения целей, осуществляют обнаружение целей по «биениям» принимаемого сигнала, вызванным интерференцией в пространстве прямого сигнала и переотраженного сигнала от цели, при распространении сигналов к локационному отражателю и обратно, селекция сигналов от разных целей осуществляется по временной задержке принятых сигналов относительно момента времени излучения зондирующего сигнала. Технический результат: обеспечение возможности обнаружения малоразмерных целей однопозиционным локатором способом локации «на просвет» в круговой или секторной зоне обнаружения при одновременном увеличении вероятности обнаружения целей. 3 ил.

Способ локации целей, в котором приемник и передатчик однопозиционной радиолокационной станции (РЛС) обнаружения целей размещают на одной позиции, линию базы для обнаружения целей «на просвет» создают путем использования локационных отражателей, которые размещают на границе зоны обнаружения целей вокруг однопозиционной РЛС обнаружения целей, при этом зондирующий сигнал РЛС излучается в направлении локационных отражателей, отражающих излучение передатчика однопозиционного РЛС назад в направлении на однопозиционное устройство РЛС обнаружения целей, осуществляют обнаружение целей по «биениям» принимаемого сигнала, вызванным интерференцией в пространстве прямого сигнала и переотраженного сигнала от цели, при распространении сигналов к локационному отражателю и обратно, селекция сигналов от разных целей осуществляется по временной задержке принятых сигналов относительно момента времени излучения зондирующего сигнала.