способ обнаружения и измерения координат малозаметных объектов
Классы МПК: | G01S13/04 системы для обнаружения цели |
Автор(ы): | Беляев Б.Г. |
Патентообладатель(и): | Научно-исследовательский институт измерительных приборов |
Приоритеты: |
подача заявки:
1994-08-18 публикация патента:
20.12.1997 |
Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в перспективных РЛС для управления воздушным движение и для контроля воздушного пространства. В основу изобретения положена техническая задача повышения точности измерения и разрешения по угловым координатам малозаметных объектов. Для этого в известном способе обнаружения и измерения координат малозаметных объектов, основанном на обнаружении и измерении дальности до них в длинноволновом диапазоне, дальность измеряют из К2 разнесенных в пространстве точек в длинноволновом диапазоне и на основе измерений вычисляют угловые координаты объектов, а в коротковолновом диапазоне обеспечивают разрешение объектов. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Способ обнаружения и измерения координат малозаметных объектов, основанный на обнаружении и измерении дальности до них длинноволновой РЛС и передаче данных о координатах коротковолновой РЛС, отличающийся тем, что дальность измеряют с помощью К 2 длинноволновых РЛС, разнесенных в пространстве, и на основе измерений из соотношений сторон треугольника, образованных измеренными расстояниями и известными расстояниями между РЛС, вычисляют угловые координаты объектов, передают координаты коротковолновой РЛС, с помощью которой просматривают области пространства с этими координатами, устраняют ложно обнаруженные объекты и ведут сопровождение длинноволновыми РЛС.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в перспективных РЛС для управления воздушным движение и для контроля воздушного пространства. Необходимым условием обеспечения этого управления и контроля является знание точных координат всех объектов, находящихся в воздушном пространстве и возможность разрешения близкорасположеных (групповых) объектов. Для этого разрешающая способность по угловым координатам должна составлять 1-2o, а по дальности десятки метров. Классический способ измерения координат основан на регулярном последовательном обзоре пространства с помощью РЛС, имеющей антенну с игольчатой формой диаграммы направленности (ДНА). Обычно угловой размер этого пространства составляет В=360o по азимуту и D E=30o по углу места. Высокую разрешающую способность по дальности обеспечивают при этом за счет применения широкополосных сигналов (Справочник по радиолокации под ред. М. Сколника, М. Сов.радио, 1976, т.1, с.16). А разрешающую способность по угловым координатам обеспечивают за счет применения антенны соответствующих размеров, поскольку разрешение определяется шириной луча ДНА, которая в свою очередь пропорциональна отношению ( длина волны РЛС, D линейный размер апертуры антенны). Требуемое разрешение по углам 1-2o с помощью антенны реальных размеров можно обеспечить в S-диапазоне (частота 2000-4000 МГц) (см. там же, с.21). Таким образом, известный способ обнаружения и измерения координат объектов с требуемыми точностями основан на обзоре заданного пространства РЛС не ниже S-диапазона. Работа всех наиболее распространенных современных РЛС основана на этом способе, например РЛС RAT-31S (l=10 см) ("Радиоэлектроник за рубежом", N 17, 1980, с.23), используемая в системах УВД и ПВО. Размер антенны этой РЛС 4 х 4 м, ширина луча в горизонтальной плоскости 1,5o, в вертикальной 1,5-3o. Обзор пространства по азимуту обеспечивается механическим вращением ФАР со скоростью 6 и 10 об/мин. Эта РЛС обеспечивает обнаружение воздушного объекта с эффективной площадью рассеяния (ЭПР) s 3 м2 на дальности до 100 км. Недостаток этого способа состоит в том, что в диапазоне трудно обнаруживаются малозаметные объекты, под которыми имеются в виду как летательные аппараты с малыми линейными размерами, т.е. с малой s так и объекты, созданные по технологии, обеспечивающей, их слабую радиозаметность, например, по технологии Stealth (Interavia, 1987, IV, p.331-333), что эквивалентно также малому значению s. Так, если ЭПР малозаметного объекта составляет, например, величину 0,1 м2, то дальность обнаружения его РЛС RAT-31S составит 45 км. Для обеспечения дальности его обнаружения 100 км за счет накопления энергии сигналов необходимо было бы увеличить период обзора в 30 раз, что недопустимо. Известен способ обнаружения и измерения координат на основе приема излучений радиоэлектронных средств объекта в коротковолновом S-диапазоне (Теоретические основы радиолокации под ред. Я.Д.Ширмана, М. Сов.радио, 1970, с. 494). Поскольку дальность до источника излучения из-за отсутствия информации о времени излучения не может быть определена по данным приема только в одном пункте, то для определения всех координат одного объекта требуется комплекс не менее, чем из двух РЛС, а если объектов несколько, то возникает неоднозначность в измерении, для устранения которой требуется большее их число. На фиг. 1 дано пояснение триангуляционного метода (там же) определения координат излучающего объекта в горизонтальной плоскости, имея в виду, что высота полета объекта (точка 1) H<где Б12 расстояние между РЛС. Недостаток этого способа в том, что объекты нерегулярно излучают сигналы, а некоторые вообще могут их не излучать. Наиболее близким техническим решением является способ обнаружения и измерения координат малозаметных объектов, основанный на обнаружении и измерении дальности до них длинноволоновой РЛС. Так, например, радиолокатор УВЧ-диапазона (длинноволновый диапазон), установленный на самолетах "Хокай", позволит обнаруживать перспективные летательные аппараты (ЛА) со сниженной радиозаметностью БИНТИ N 46 (2291), ТАСС 12.11.86), поскольку современные ЛА имеют в УВЧ-диапазоне ЭПР в 7 раз выше, чем в S диапазоне, а для перспективных ЛА, созданных с применением методов снижения радиозаметности (имеется в виду технология Stealth) эта разница составит 100 раз. Известно (Interavia, 1987, IV, c.331-333), что указанная технология позволяет обеспечить маскировку ЛА в сантиметровом и дециметровом диапазонах волн, но ее эффективность значительно уменьшается при увеличении длины волны, что, практически, приводит к потере целесообразности технологии при переходе в метровый диапазон волн. Кроме того, повышается эффективность обнаружения длинноволновыми РЛС любых объектов с малыми линейными размерами. В статье Effect of Radar Frequenay on the Detection of Shaped (Low RCS) Targets D.Moraitis, S.Alland - IEEE, 1985, Radar 85, p.159- 162 показано, что ЭПР многих радиолокационных объектов может быть представлено зависимостью:
~n
где s ЭПР объектов,
l -длина волны РЛС,
n фактор формы объекта. Для форм объекта с низкой ЭПР n=2. Показано, что дальность обнаружения малозаметных объектов длинноволновыми РЛС увеличивается в 1,75 раза по сравнению с РЛС S-диапазона и в 2,2 раза по сравнению с РЛС C-диапазона. Недостаток способа-прототипа обнаружения малозаметных объектов с помощью длинноволновой РЛС состоит в низкой точности измерения и разрешения их по угловым координатам при реальных для транспортируемых РЛС размерах антенны. Так, РЛС метрового диапазона с размерами антенны РЛС RAT-31S будет иметь ширину луча 20-30o. Заявляемое изобретение направлено на решение следующей задачи: повышение точности измерения и разрешения по угловым координатам малозаметных объектов. Эта задача решается путем обзора пространства с помощью коротковолновой РЛС в ограниченной зоне. Указанный результат достигается тем, что в известном способе обнаружения и измерения координат малозаметных объектов, основанном на обнаружении и измерении дальности до них в длинноволновом радиолокационном диапазоне, согласно изобретению дальность измеряют из K2 разнесенных в пространстве точек в длинноволновом диапазоне и на основе измерений вычисляют угловые координаты объектов, а в коротковолновом диапазоне обеспечивают разрешение объектов и устраняют неоднозначность. Таким образом, суть изобретения состоит в следующем. Каждая из K2 длинноволновых РЛС обнаруживает объект и измеряет до него дальность ri с точностью при i=1-K. На основе измеренных дальностей до объекта и известных расстояний между каждой i-й и j-й РЛС равных Бij при i,j=1-K и ij вычисляют угловые координаты участников пространства, где по данным длинноволновых РЛС могут находится объекты. С помощью коротковолновых РЛС просматривают эти участки в интервале времени, достаточном для обнаружения малозаметных объектов коротковолновой РЛС, уточняют их угловые координаты, устраняя зоны неоднозначности, возникающие при наличии m>1 объектов, неразрешаемых по углам каждой из длинноволновых РЛС, за счет пересечения зон обнаружения каждого из m объектов каждой из К РЛС. Суть изобретения поясняется фиг.2 на примере двух длинноволновых РЛС1 и РЛС2 и двух объектов. При этом для упрощения принято, что высота полета объектов H<
На основе соотношений треугольника получим
где i,j номера объектов. Азимут истинного положения объектов определяется при i=j, а ложного при jj, т.е. в азимутальных направлениях 1,2 и 2,1 объекты отсутствуют. При m неразрешаемых РЛС1 и РЛС2 по азимуту, но разрешаемых по дальности групповых объектах общее число пересечений равно m2. С помощью коротковолновой РЛСк, например, S-диапазона просматривают только угловые направления вместо всей заданной BE обнаруживают объекты 1 и 2 в направлениях 1,1 и 2,2 уточняют их координаты, устраняя неоднозначности в направлениях 1,2 и 2,1. При появлении новых объектов процесс разрешения объектов с помощью коротковолновой РСЛк повторяется. Таким образом, длинноволновые РЛС обеспечивают обнаружение малозаметных объектов за счет того, что величина их ЭПР в длинноволновом диапазоне достаточна; коротковолновая РЛСк может обнаружить эти объекты, несмотря на то, что их ЭПР в коротковолновом, например, S-диапазоне существенно меньше, за счет того, что вместо осмотра РЛСк всей заданной зоны BE необходимо лишь просмотреть зоны пересечений по дальности, где РЛС1 и РЛС2 обнаружили объекты. При этом, если суммарный размер пространства этих зон составит величину BsEs выигрыш в сокращении объема пространства для просмотра РЛСк за счет предлагаемого способа составит величину
Величина BsEs находится из выражения:
где mr, mo соответственно число групповых и одиночных новых объектов, появляющихся за один период обзора РЛСк,
Кг число разрешаемых РЛС и РЛС по угловым координатам групп новых объектов. Или
BsEs (Kгm2г+mo),
где среднее значение углового размера пространства, где по данным длинноволновых РЛС могут находиться объекты. Для положения объектов в одной плоскости при e 0 получим:
BsEs= (Kгm2г+mo)k, (4)
где к размер луча РЛСк по углу места. Можно показать, что для случая, когда объект расположен на оси симметрии к РЛС1 и РЛС2 (т.е. r1=r2=r) и r>>Б1,2:
где
r1,r2 размер по дальности зоны неопределенности положения объекта по данным, соответственно, РЛС1 и РЛС2, привязанным к одному моменту времени. Если измерение дальности до объекта производится РЛС1 и РЛС2 одновременно, то
r1= rт1;r2= rт2 (6)
где rт1,rт2 точность измерения дальности до объекта, соответственно РЛС1 и РЛС2. На основании выражений (3)-(6) получим
Для РЛС RAT-31S и BE 36030, rт1= rт2 50 м, Б12=5 км
Отсюда следует, что РЛС RAT-31S может обнаруживать и разрешать объекты с 0,1 м2 на дальности в 100 км (т.е. когда hs 30), если
Kгm2г+mo 140
или, если каждый период обзора РЛС RAT-31S (каждые 6-10 с) будет появляться либо 15 групповых объектов по 3 в группе, либо 140 одиночных объектов. Приведенный расчет для двух разнесенных в пространстве точек расположения РЛС (К=2) справедлив в случае, когда объекты расположены по линии симметрии точек. По мере отклонения от этой линии размер будет увеличиваться и достигнет наибольшего значения при совпадении линий расположения объектов и точек. Поэтому при К=2 точки располагают по нормали к направлению наиболее интенсивного движения объектов в наиболее удаленной контролируемой зоне. Если таких направлений несколько, то для уменьшения среднего значения Db а также для уменьшения числа зон ложного положения объектов целесообразно обеспечить K>2.
Класс G01S13/04 системы для обнаружения цели