способ радиолокационного обнаружения и сопровождения объектов

Формула изобретения

Способ радиолокационного обнаружения и сопровождения объектов, основанный на обнаружении объектов, измерений углового размера пакета отраженных от них сигналов и координат его центра с помощью длинноволновой РЛС (РЛС_д), на разрешении по этим данным объектов с помощью коротковолновой РЛС (РЛС_к), на привязке их координат к координатам центра пакета, на сопровождении их с помощью РЛС_д по центру пакета и повторении операции РЛС к после изменения размера пакета, отличающийся тем, что с помощью РЛС_д распознают одиночные и групповые объекты и выполняют операции РЛС_к в случае обнаружения неразрешаемых РЛС_д групповых объектов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в перспективных РЛС для управления воздушным движением и для контроля воздушного пространства.

Необходимым условием обеспечения этого управления и контроля является знание координат всех объектов, находящихся в контролируемом пространстве, с точностью по дальности 20 - 30 м, по углам 20" - 40", а также способность разрешать объекты, разнесенные относительно РЛС на 1 - 2^o.

Для этого нужно прежде всего обнаружить объект с высокой вероятностью на границе контролируемой зоны.

Как правило, для выполнения этих функций используют РЛС с игольчатой формой диаграммы направленности антенны (ДНА).

Требуемую точность измерения дальности при этом обеспечивают за счет применения широкополосных сигналов (Справочник по радиолокации под ред. М. Сколника, М.: Сов.радио, т.1, 1976, с.16).

Точность измерения угловых координат обеспечивает за счет обработки информации, содержащейся в отраженных сигналах, принимаемых при различных положениях ДНА. Чаще всего применяют одноканальный метод весовой обработки пакета отраженных сигналов (Теоретические основы радиолокации под ред. Я.Д.Ширмана, Сов. радио, М., 1970, с.276), разновидностью которого является метод определения координат центра пакета (там же, с.284).

Среднеквадратичная ошибка измерения угловой координаты, обеспечиваемая этим методом, будет равна (там же, с.290) :



где q - отношение сигнал/шум;

_A - ширина ДНА, определяемая выражением (там же, с.291) :

(2)

где - длина волны РЛС;

d - размер апертуры антенны.

Из (1) и (2) следует:

(3)

Значение d ограничивается конструктивными требованиями, поэтому заданное значение обеспечивают путем выбора отношения

(4)

Разрешающая способность по угловым координатам РЛС - ₀, в основном, определяется шириной луча ДНА-_A, т.е. фактически (при ограниченном d).

Таким образом, в соответствии с (4) выбором соответствующего значения q можно обеспечить требуемое значение для широкого диапазона значений , однако условие обеспечения значения ₀ ограничивает величину .

Таким образом, для больших значений может быть обеспечена требуемая точность измерения угловой координаты лишь одиночного объекта при достаточной величине q, а для неразрешаемых объектов (для больших ) при этом может быть обеспечена требуемая точность измерения угловой координаты только центра пакета, что не дает полной информации ни о количестве объектов в группе, ни об их угловых координатах.

Для точного измерения угловых координат групповых объектов необходимо выполнить требование по разрешающей способности, это и определяет верхнюю границу значения .

Поэтому в качестве обзорных РЛС, как правило, используют S-диапазон ( = 7-15 см) (Справочник по радиолокации под ред. М.Сколника, М.: Сов.радио, т. 1, 1976, с.21). В качестве типовой обзорной РЛС S-диапазона может служить RAT-31S ("Радиоэлектроника за рубежом", N 17, 1980, с.23), применяемая в системах УВД и ПВО. Эта РЛС обнаруживает воздушные объекты с эффективной площадью рассеяния (ЭПР) = 3м² на дальности 100 км.

Если объект имеет < 3м², то для обнаружения его на тех же рубежах потребуется увеличить затраты энергии на обзор одних направлений зоны обзора в ущерб другим. Эта проблема возникает при решении задачи обнаружения малозаметных объектов, под которыми имеются в виду как летательные аппараты с малыми линейными размерами, т.е. с малой ЭПР, так и объекты, созданные по технологии Stealth(Interavia, 1987, IV, p.331-333), что эквивалентно так же малой ЭПР. Так, если ЭПР малозаметного объекта составляет, например, величину 0,1 м², то для его обнаружения на дальности 100 км необходимо увеличить затраты энергии RAT-31S в 30 раз.

Таким образом, недостаток способа обнаружения и сопровождения объектов в коротковолновом диапазоне (например, S-диапазоне) состоит в необходимости больших затрат ВЧ-энергии на обнаружение и сопровождение объектов, что приводит к увеличению материальных затрат и к ухудшению экологической обстановки в зоне расположения РЛС.

Известен способ радиолокационного обнаружения и сопровождения объектов, основанный на обзоре пространства длинноволновой РЛС (РЛСд) и передаче данных сопровождения объектов на коротковолновую РЛС (РЛСк), которая после обнаружения по этим данным объекта осуществляет его сопровождение с более высокой разрешающей способностью и точностью измерения координат (Interavia, 1987, IV, p.p. 331-333).

Эффективность способа основана на том, что современные летательные аппараты (ЛА) имеют в длинноволновом диапазоне ЭПР значительно выше, чем в коротковолновом диапазоне. Так, например, в УВЧ диапазоне ( = 30см-1м) ЭПР в 7 раз выше, чем в S-диапазоне, а для перспективных ЛА эта разница составит 100 раз (БИНТИ N 46 (2291), ТАСС 12.11.86).

Это означает, что затраты энергии на обнаружение перспективных ЛА в УВЧ-диапазоне при прочих равных условиях потребуются в 100 раз меньше, чем в S-диапазоне.

Но, как уже отмечалось, для получения требуемого разрешения объектов по угловым координатам, а значит, и для их сопровождения необходимо использовать как минимум S-диапазон.

Поэтому, в рассматриваемом способе-аналоге предусмотрено, что после обнаружения объекта и сопровождения с достигаемыми РЛСд точностями информацию передают РЛСк, которая после обнаружения по этим данным ведет его сопровождение с более высокими, чем РЛСд, разрешающей способностью, а следовательно, и точностью по групповым объектам.

Экономия затрат энергии на обнаружение объектов РЛСк в этом способе по сравнению с предыдущим происходит за счет того, что вместо обзора всего пространства, в процессе которого необходимо было бы излучать энергию в объеме всего контролируемого пространства, излучают ее только в направлениях, в которых РЛСд обнаружила объекты. При этом надежность обнаружения объектов на заданных рубежах можно обеспечить на уровне, достигаемом РЛСд (за счет концентрации энергии в отдельных направлениях), а точность измерения угловых координат групповых объектов - на уровне - РЛСк.

Недостаток этого способа обнаружения и сопровождения объектов состоит в сравнительно больших затратах энергии коротковолновой РЛС на обнаружено и сопровождение объектов.

Наиболее близким техническим решением является способ радиолокационного обнаружения и сопровождения объектов, основанный на обнаружении объектов, измерении углового размера пакета отраженных от них сигналов и координат его центра с помощью длинноволновой РЛС (РЛСд), на разрешении по этим данным объектов с помощью РЛСк, на привязке их координат к координатам центра пакета, на сопровождении их с помощью РЛСд по центру пакета и повторении операций РЛСк после изменения размера пакета (См. заявку на изобретение N 95109292/091016137, с приоритетом от 05.06.95, решение ВНИИГПЭ о выдаче патента от 16 августа 1996 г.).

Суть способа состоит в том, что РЛСд выполняет не только функции обзора и обнаружения объектов, но и их сопровождение. Задача обеспечения точности сопровождения групповых объектов, неразрешаемых РЛСд, решается тем, что каждый обнаруженный РЛСд объект дополнительно обнаруживается РЛСк. В случае групповых объектов с помощью РЛСк они разрешаются и их координаты привязываются к координатам центра пакета отраженных сигналов РЛСд, так что, зная координаты центра пакета (он определяется РЛСд с требуемой точностью в процессе сопровождения неразрешаемых ею объектов) и параметры привязки к нему координат объекта группы, можно всегда вычислить координаты каждого объекта. Если же произойдет маневр объектов группы относительно друг друга, т.е. изменение параметров привязки, то это событие будет обнаружено РЛСд по изменению размера пакета и операция РЛСк по разрешению объектов будет повторена, в результате чего будут определены новые параметры привязки.

В способе-прототипе экономия энергетических затрат будет достигнута за счет того, что функции сопровождения объектов будут переданы от РЛСк к РЛСд.

Недостаток способа-прототипа состоит в достаточно больших затратах энергии из-за необходимости обнаружения РЛСк каждого объекта, в том числе одиночного, обнаруженного РЛСд, поскольку из-за недостаточной угловой разрешающей способности РЛСд следует исходить из того, что каждый обнаруженный объект может быть групповым. Поэтому можно считать, что в случае одиночного объекта затраты РЛСк на его обнаружение будут излишними, поскольку по нему с помощью РЛСк дополнительной координатной информации получено не будет.

Если число обнаруженных РЛС одиночных объектов n_o, а групповых N_г, и считать, что затраты РЛСк на их обнаружение будут равными, то можно было бы уменьшить затраты энергии РЛСк в 1 + n_о/n_г раз, если удалось бы исключить затраты РЛСк на обнаружение одиночных объектов.

Заявляемое изобретение направлено на решение следующей задачи: сокращение затрат РЛСк на обнаружение объектов, обнаруженных РЛСд.

Эта задача решается на основе обнаружения и сопровождения одиночных объектов РЛСд без привлечения РЛСк, и использования РЛСк только для разрешения групповых объектов.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе радиолокационного обнаружения и сопровождения объектов, основанном на обнаружении объектов, измерении углового размера пакета отраженных от них сигналов и координат его центра с помощью длинноволновой РЛС (РЛСд), на разрешении по этим данным объектов с помощью коротковолновой РЛС (РЛСк), на привязке их координат к координатам центра пакета, на сопровождении их с помощью РЛСд по центру пакета и повторении операций РЛСк после изменения размера пакета, согласно изобретению с помощью РЛСд распознают одиночные и групповые объекты и выполняют операции РЛСк в случае обнаружения неразрешаемых РЛСд групповых объектов.

Таким образом, суть изобретения состоит в том, что вводится дополнительная операция, выполняемая РЛСд, - распознавание, по результатам которой все обнаруженные РЛСд объекты делятся на два класса: одиночные и групповые. Одиночные объекты сопровождают РЛСд без участия РЛСк, а по групповым - РЛСк выполняет операции, предусмотренные способом-прототипом - разрешение объектов.

Распознавание одиночных и групповых объектов РЛСд может выполнять, например, на основе сравнения уровней сигнала после весовой обработки в линейном канале и в канале после ограничения за счет использования эффекта взаимного подавления перекрывающихся сигналов в ограничителе (Заявка на изобретение N 96113391/09 (019351), Решение ВНИИГПЭ от 23.06.97 г. о выдаче патента).

Таким образом, при реализации предлагаемого технического решения РЛСк будет использоваться только для разрешения групповых объектов и будет освобождена от работы по одиночным объектам, что обеспечит снижение затрат ее энергии до 1 + n_o/n_г раз (n_o, n_г соответственно число одиночных и групповых объектов, обнаруженных РЛСд).