способ идентификации движущихся объектов

Формула изобретения

Способ идентификации движущихся объектов, например осколков космического мусора, включающий селекцию объектов по скорости, определение пеленга на объект на борту космического аппарата, отличающийся тем, что в процессе селекции объектов по скорости изменяют границы диапазона селекции соответственно значению текущего угла, определяющего направление пеленгования, в процессе сканирования пространства многократно осуществляют измерение угла пеленга каждого отселектированного по скорости объекта и при постоянстве результатов измерения угла пеленга с учетом погрешности его измерения, идентифицируют объект как представляющий опасность столкновения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам селекции пассивных объектов, движущихся в космосе, и может быть использовано для обнаружения фрагментов, частиц разрушившихся комических аппаратов (КА) и последних ступеней ракет-носителей.

К настоящему времени на околоземных орбитах несколько миллионов различного размера частиц-осколков космического мусора, представляющих серьезную опасность для летательных аппаратов (ЛА) и, в частности, для обитаемых комических станций (КС) [1] . Защита от движущихся с высокой скоростью частиц (осколков) предполагает прежде всего их обнаружение и последующую идентификацию осколков, представляющих опасность при столкновении с ЛА (КС).

Известные способы обнаружения космических осколков или других приближающихся к ЛА объектов основаны на измерении их скорости и дальности с помощью бортовых радиолокаторов или ИК-датчиков [2].

Недостатком этих способов является то обстоятельство, что определение траектории движения и селекция осколков, представляющих опасность, требует значительных материальных затрат и вычислительных ресурсов.

Наиболее близким аналогом изобретения служит способ поиска и идентификации космических объектов, основанный на пеленговании и измерении параметров движения объектов на борту ЛА [3].

Недостатки способа-прототипа обусловлены тем, что сближение ЛА с осколками космического мусора в большинстве случаев происходит с высокими относительными скоростями, следовательно, определение параметров и прогноз траектории должны осуществляться достаточно быстро. Известный способ пеленгации и прогнозирования движения объектов не может обеспечить требуемого быстродействия при идентификации осколков, опасных для ЛА. Кроме того, данный способ предполагает использование нескольких, не менее двух, пеленгаторов, связанных с бортовым вычислителем, что усложняет систему обнаружения и селекции осколков и, следовательно, снижает надежность известного способа.

Задачей изобретения является разработка метода пеленгования объектов, обеспечивающего идентификацию опасных при сближении с ЛА (КС) осколков с повышенной надежностью, при минимальном потребном для этого объеме бортовых средств.

Сущность решения поставленной задачи заключается в том, что границы диапазона селекции объектов по скорости устанавливают в зависимости от угла пеленгования, т. е. угла поворота антенны пеленгатора; осуществляют многократное измерение пеленга на объект (не менее 2-х измерений); идентифицируют объект, как представляющий опасность столкновения для ЛА (КС), по условию постоянства результатов измерений пеленга, полученных при последовательных измерениях. При идентификации, естественно, учитывают погрешности пеленгатора.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что отличительными признаками предлагаемого способа являются: заранее определенная установка границ диапазона селекции объектов по скорости в зависимости от угла пеленгования и идентификация опасных объектов по условию постоянства значений результатов последовательности измерений пеленга на объект.

Указанная особенность предлагаемого способа обеспечивает возможность повышения чувствительности приемника пеленгатора за счет сужения полосы его пропускания, что, в свою очередь, позволяет улучшить точность и увеличить дальность пеленгования при минимальном объеме бортового оборудования.

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 и 2 представлены схемы движения космических объектов (осколков) и ЛА (КС); на фиг. 3 изображена схема системы, обеспечивающей реализацию предлагаемого способа.

На фиг. 1 и 2 обозначены векторы скоростей движения ЛА (КС) и осколка а также показаны линии визирования и траектории движения ЛА (КС) и осколков (пунктирные линии). Кроме того, на фиг. 1 обозначены векторы радиальные составляющие скоростей ЛА (КС) и осколка B соответственно. Помимо этого, на фиг. 1 и 2 обозначен пеленг П на космический объект (осколок). На фиг. 3 изображены ЛА (КС) 1, размещенный на нем пеленгатор, включающий привод 2 с датчиком 3 угла и антенну 4, установленную с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, электронный модуль 5 пеленгатора, связанный с приводом 2 и датчиком 3 угла. На фиг. 3 показано также сечение 6 диаграммы направленности антенны 4, представляющее собой вытянутый вдоль вертикали эллипс. В качестве пеленгатора может быть, например, использован доплеровский радиолокатор, работающий в квазинепрерывном режиме [4] . Антенна 4 должна иметь узкую (менее 1 градуса) диаграмму направленности.

Характерной особенностью, которую необходимо иметь в виду при анализе движения частиц космического мусора, является то, что подавляющее большинство частиц (осколков) движется по орбитам, близким к круговым [1]. Как известно [1], скорость объекта, движущегося по круговой орбите, постоянна и однозначно определяется высотой орбиты. Следовательно, значение скорости названных осколков определяется орбитальной высотой, на которой в данный момент находятся ЛА (КС) и осколки (космические объекты), и является априорно известной величиной. Кроме того, вектор скорости частицы лежит в плоскости, касательной к орбите, т.е. в плоскости местного горизонта. Предполагается, что расстояние, на котором осуществляется пеленгование осколков, не превышает нескольких десятков километров. Это существенно меньше радиуса орбиты ЛА (КС), в связи с чем кривизна орбиты практически не влияет на геометрию изображенных на фиг. 1 и 2 траекторий движения космических тел.

Если ЛА (КС) имеет одинаковую высоту с высотой орбиты осколка, V_c = V_hb. Как нетрудно видеть из схемы на фиг. 1, столкновение произойдет, если ЛА (КС) и осколок B пройдут равные отрезки пути до точки встречи O₁, что возможно только при определенной ориентации векторов скоростей космических тел и при определенном значении пеленга П, т.е. при соблюдении условия

V_rc + V_rb = V_c cosП + V_hb cosB,

которое при B=П принимает вид

V_rc + V_rb = (V_c + V_hb) cosП (1)

Обозначив V_r = V_rc + V_rb, с учетом того, что V_c = V_hb получим

V_r = 2V_hb cosП (2)

Если объект (осколок) B движется по траектории сближения с ЛА (см. фиг. 2), то совершенно очевидно, что значения пеленгов П₁; П₂; П₃, измеренных в различные моменты времени, соответственно, t₁; t₂; t₃, будут одинаковы. Таким образом, условие

П₁ = П₂ = П₃...

является определяющим для идентификации объекта, как представляющего опасность столкновения с ЛА (КС).

Работа системы, реализующей предлагаемый способ, заключается в следующем (см. фиг. 3). За счет вращения антенны 4 осуществляется сканирование окружающего ЛА (КС) 1 пространства. При этом в просматриваемую пеленгатором область попадут только космические объекта (осколки), движущиеся по орбитам на высотах, равных высоте орбиты ЛА (КС), т.е. объекты, с которыми возможны столкновения. В зависимости от текущего значения угла пеленгования, т.е. угла поворота антенны 4 пеленгатора, по сигналу, снимаемому с датчика 3 угла, в соответствии с выражением (2) в электронном модуле 5 пеленгатора изменяются границы диапазона селекции по скорости. Один из возможных вариантов реализации устройства изменения границ диапазона селекции объектов по скорости (т.е. перестройки доплеровских фильтров) изложен в [5].

При наличии объекта (осколка), движущегося по опасной траектории сближения с ЛА (КС), результаты измерения пеленга на объект, повторяющиеся при каждом сканировании антенны 4, будут одинаковыми (с учетом погрешностей пеленгования). На основании этого формируется команда, предупреждающая об опасности столкновения ЛА (КС) с данными космическим объектом (осколком).

Использование селекции объектов по скорости обеспечивает пеленгование только тех объектов, траектории движения которых близка к траектории с ЛА (КС). Благодаря этому повышается помехозащищенность пеленгования, а также точность и дальность.

Возможность обнаружения и идентификации космического объекта, как представляющего опасность столкновения для ЛА (КС), осуществляемые с помощью единого устройства, позволяет повысить надежность идентификации осколков космического мусора.

Источники информации

1. Аппарат для удаления космического мусора на базе ядерного источника энергии. Дж. Метцгер и др. - Аэрокосмическая техника. 1990 г., N 4 - с. 50-62.

2. К проблеме загрязнения космического пространства. /Ракетная и космическая техника. - ЦНТИ "Поиск", Экспресс-информация. Серия 1, 1991 г., N 7 - c. 3-16.

3. Радиосистемы межпланетных космических аппаратов. /Р.В.Бакитько и др.: под ред. А.С.Виницкого - М.: Радио и связь, 1993 г. с. 177 - 196 (прототип).

4. Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. М.: Сов.радио, 1970 г. с. 41, 42.

5. Радиоэлектронное оборудование /под ред. В.М.Сидорина - М.: Воениздат, 1990 г. с. 171.