КОРРЕЛЯЦИОННО-ФАЗОВАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА Российский патент 2025 года по МПК G01S3/00 

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для определения текущего местоположения и траектории движения наблюдаемых объектов.

Известны многие системы контроля космического пространства, использующие разные способы измерений (Краснослободцев В.П., Кузьмин Ю.Н., Раскин А.В., Тарасов И.В. Современное состояние и перспективы развития системы контроля космического пространства Российской Федерации - Стратегическая стабильность. 2021. №2 (95). стр. 70-73.).

Известен радиотехнический комплекс контроля излучающих КА «Момент», который является аналогом (Анисимов В.Д., Батырь Г.С, Меньшиков А.В., Шилин В.Д. Система контроля космического пространства Российской Федерации, http://lfVn.astronomer.ru/report/0000006/p000006.htm). Данный комплекс входит в состав системы контроля космического пространства РФ. Он имеет антенное поле, состоящее из 5 антенн, и использует принцип фазовой пеленгации. Недостатком аналога является то, что он измеряет направление на объект, но не измеряет расстояние до него, т.е. не позволяет определить его текущее местоположение. Еще одним недостатком аналога является то, что он пеленгует только излучающие объекты.

Известен активный малобазовый корреляционно-фазовый пеленгатор (патент РФ №2740779, 2021), выбранный в качестве прототипа, содержащий пять антенн, расположенных по сторонам прямого угла, при этом третья антенна расположена в вершине угла, и последовательно соединенные с ними пять приемников, гетеродин, выход которого соединен со вторыми входами приемников, пять цифровых коррелятора, первые входы которых соединены с выходами пяти приемников соответственно, шестую антенну большего размера, последовательно соединенные с ней блок приемопередачи и блок измерения дальности, вычислитель, входы которого соединены с выходами пяти цифровых корреляторов и выходом блока измерения дальности соответственно, второй выход блока приемопередачи соединен со вторыми входами цифровых корреляторов соответственно. Прототип измеряет текущее местоположение пеленгуемого объекта в том случае, если характеристики объекта известны. Контроль космического пространства предполагает пеленгацию как излучающих неизвестных объектов, так и пеленгацию неизлучающих объектов искусственного или естественного происхождения. Для этого необходимо проводить пространственный и частотный поиск таких объектов.

Признаки изобретения, совпадающие с признаками прототипа, пять антенн, расположенных по сторонам прямого угла, пять приемников, гетеродин, пять цифровых коррелятора, шестая антенна большего размера, блок приемопередачи, блок измерения дальности и вычислитель.

Изобретение - корреляционно-фазовая система мониторинга космического пространства (далее система) решает задачу поиска и пеленгации излучающих и неизлучающих объектов.

Технический результат - изобретение обеспечивает обнаружение излучающих и неизлучающих объектов в космическом пространстве и определение их текущего местоположения.

Сущность патентуемого изобретения поясняется описанием и чертежом, представленным на фиг. 1.

Функциональная схема системы (фиг. 1) содержит пять антенн 1, 2, 3, 4, 5, расположенных по сторонам прямого угла, причем антенна 3 расположена в вершине этого угла, последовательно соединенные с ними пять приемников 7, 8, 9, 10, 11, гетеродин 12, выход которого соединен со вторыми входами приемников, пять цифровых корреляторов 13, 14, 15, 16, 17, первые входы которых соединены с выходами первого 7, второго 8, третьего 9, четвертого 10 и пятого 11 приемников соответственно, шестую антенну 6, последовательно соединенные с ней блок приемопередачи 18 и блок измерения дальности 19, четыре цифровых коррелятора 20, 21, 22, 23, первые входы которых соединены с выходами первого 7, второго 8, четвертого 10 и пятого 11 приемников соответственно, выход третьего приемника 9 соединен со вторыми входами цифровых корреляторов 20, 21, 22, 23 и вычислитель 24, входы которого соединены с выходами девяти цифровых корреляторов 13, 14, 15, 16, 17, 20, 21, 22, 23 и выходом блока измерения дальности 19 соответственно, второй выход блока приемопередачи 18 соединен со вторыми входами цифровых корреляторов 13, 14, 15, 16, 17.

Общий принцип работы системы заключается в следующем.

Антенна 6 с помощью блока приемопередачи 18 излучает зондирующий сигнал и принимает ответный сигнал от объекта. Ответный сигнал обрабатывается в блоке измерения дальности 19. После обработки полученная информация о расстоянии до объекта поступает в вычислитель 24. Ответный сигнал также преобразуется по частоте в блоке приемопередачи 18 на промежуточную частоту, соответствующую промежуточной частоте приемников 7-11, и поступает на второй выход блока приемопередачи 18.

Ответный сигнал от объекта, принятый антеннами 1-5, после преобразования по частоте, усиления и фильтрации с помощью приемников 7-11, поступает на входы цифровых корреляторов 13-17 и 20-23. Цифровые корреляторы, после перемножения и усреднения сигналов, формируют на выходе квадратурные составляющие вида -

где А и ϕ-амплитуда и фаза сигналов, а индексы i и j- соответствуют номеру антенны. Выходные сигналы цифровых корреляторов поступают в вычислитель 24. Вычислитель формирует информацию о разности фаз принимаемых сигналов,и информацию об амплитуде

При поиске и пеленгации излучающих объектов система работает следующим образом.

Производится частотный и пространственный поиск сигнала. Частотный поиск обеспечивает гетеродин 12, перестраивая частоту в заданном частотном диапазоне. Пространственный поиск обеспечивают антенны 1-5, т.к. имеют более широкие диаграммы направленности по сравнению с антенной 6, сканируя заданный сектор. Диаграммы антенн смещены относительно друг друга по азимуту и углу места, что обеспечивает большую площадь контролируемого пространства. При превышении любой из измеряемых, с помощью цифровых корреляторов 20-23, амплитуд А₁₃, А₂₃, А₄₃, А₅₃ заданного порога фиксируется обнаружение сигнала. Корреляционная обработка сигналов обеспечивает высокую чувствительность системы, т.к. позволяет обнаруживать сигнал на порядок меньше шумов приемной аппаратуры. Фиксируется частота сигнала, антенны подстраиваются по максимуму сигнала. Измеряются разности фаз сигналов Разности фаз используют для раскрытия неоднозначности фазовых измерений. Косинусы направляющих углов в двух ортогональных плоскостях вычисляют, с помощью вычислителя 24, по формулам

где λ - длина волны сигнала, d - база пеленгатора, θ₁ - угол между направлением на объект и базой 1-3, θ₂ - угол между направлением на объект и базой 5-3. Используя информацию о косинусах направляющих углов, вычисляют направление на объект.

Антенна 6 наводится на объект и начинает принимать сигнал от объекта. С помощью цифровых корреляторов 13-17 измеряются следующие разности фаз:

Энергетический потенциал этих измерений определяется результатом перемножения сигнала, принятого антенной 6, и сигналов, принятых антеннами 1-5. Размеры антенны 6 ограничены только возможностью технической реализации. Это позволяет обеспечить высокую чувствительность комплекса. Вычислитель 24 преобразует измеренные разности фаз по следующему алгоритму:

Таким образом, получены разности фаз, соответствующие разностям фаз на точных и промежуточных базах, дополнительным способом. Вычисляются косинусы направляющих углов и направление на объект на основании новых независимых измерений с лучшей энергетикой. Проводя сравнение двух измерений по следующему алгоритму:

где σ - некоторая величина, определяемая шумами аппаратуры, удается исключить аномальные ошибки измерений и повысить надежность измерений.

Антенна 6 с помощью блока приемопередачи 18 излучает зондирующий сигнал и принимает ответный сигнал от объекта. Ответный сигнал обрабатывается в блоке измерения дальности 19. После обработки, полученная информация о расстоянии до объекта поступает в вычислитель 24. Получив информацию о направлении на объект и расстоянии до него, вычисляют его местоположение. При этом проводят цикл фазовых измерений по вышеописанной методике на частоте зондирующего сигнала. Это позволяет повысить надежность раскрытия неоднозначности фазовых измерений и повысить точность измерений.

При поиске и пеленгации неизлучающих объектов система работает следующим образом.

Антенна 6 с помощью блока приемопередачи 18 излучает зондирующий сигнал. Излучение производится либо в заданную область пространства для пеленгации наблюдаемых неизлучающих объектов, либо производится сканирование заданного сектора пространства. Для регистрации отраженного сигнала используются антенны 1-5, направленные на область зондирования. Широкие диаграммы направленности антенн 1-5 и высокая чувствительность корреляционной обработки позволяют регистрировать отражения от объектов, находящихся на краях диаграммы излучения антенны 6. При обнаружении отраженного сигнала проводятся фазовые измерения с помощью цифровых корреляторов 20-23, по вышеописанной методике. По фазовым измерениям вычисляют направление на объект. Антенна 6 наводится на обнаруженный объект и проводится полный цикл фазовых измерений с помощью цифровых корреляторов 13-17 и 20-23 с более высокой энергетикой и точностью. Измеряется расстояние до объекта. По результатам измерений вычисляется местоположение обнаруженного объекта.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для определения текущего местоположения и траектории движения наблюдаемых объектов. Техническим результатом является обнаружение излучающих и неизлучающих объектов в космическом пространстве и определение их текущего местоположения с более высокой энергетикой и точностью. Технический результат достигается путем комплексного использования фазового пеленгатора и радиодальномера в качестве составных элементов патентуемого устройства, что обеспечивает измерение угловых координат и расстояния до объекта. При этом реализуется возможность независимого использования информации, предоставляемой фазовым пеленгатором (направление на объект) и радиодальномером (расстояние до объекта). Также обеспечивается совместная обработка сигналов радиодальномера и фазового пеленгатора, что повышает энергетический потенциал комплекса. 1 ил.

Корреляционно-фазовая система мониторинга космического пространства, содержащая пять антенн, расположенных по сторонам прямого угла, при этом третья антенна расположена в вершине угла, и последовательно соединенные с ними пять приемников, гетеродин, выход которого соединен со вторым и входами приемников, пять цифровых корреляторов, первые входы которых соединены с выводами пяти приемников соответственно, шестую антенну большего размера, последовательно соединенные с ней блок приемопередачи и блок измерения дальности, второй выход блока приемопередачи соединен со вторыми входами пяти цифровых корреляторов соответственно, и вычислитель, входы которого соединены с выходами пяти цифровых корреляторов и выходом блока измерения дальности соответственно, который производит вычисление косинусов направляющих углов в двух ортогональных плоскостях на основании фазовых измерений и вычисляет текущее местоположение объекта, используя информацию об измеренном расстоянии до объекта, отличающаяся тем, что в нее введены четыре дополнительных цифровых коррелятора, первые входы которых соединены с выводами первого, второго, четвертого и пятого приемников соответственно, выход третьего приемника соединен со вторыми входами цифровых дополнительных четырех корреляторов, выходы которых соединены с соответствующими входами вычислителя.