Способ обзора пространства и сопровождения объектов поверхности при маловысотном полете

 

Изобретение относится к радиолокации и предназначено для обеспечения маловысотного полета летательных аппаратов с помощью автономных радиолокационных средств. Технический результат направлен на одновременное решение двух задач: быстрого обзора пространства и повышение точности измерения координат объектов поверхности при маловысотном полете, что способствует обеспечению безопасности полета. Технический результат достигается тем, что способ обзора пространства и сопровождения объектов поверхности при маловысотном полете заключается в том, что сопровождение объектов поверхности включает последовательную обработку данных в дискретном времени с привязкой к каждому текущему такту tn обработки, полученных при обзоре пространства с использованием диаграммы направленности антенны, имеющей веерную форму и занимающей N положений по горизонтали с формированием рельефа поверхности с малым периодом обзора, и диаграммы направленности с игольчатой формой, зондирующей отдельные выбранные участки зоны обзора с отслеживанием рельефа в динамике с малым периодом обзора, при этом обе диаграммы направленности формируются одной антенной системой с электронным управлением лучом.

Изобретение относится к радиолокации и предназначено для обеспечения маловысотного полета летательных аппаратов с помощью автономных радиолокационных средств.

Известен способ обеспечения маловысотного полета типа "Флир" (Самарин О. Ф. , Курилкин В.В. Концентрация выполнения маловысотного полета летательного аппарата с помощью автономных БРЛС. Радиотехника. 1998, 1, с.47-50), который объединяет тепловизионные системы с радиолокационными системами. Этот способ основан на формировании и анализе плоских срезов радиоизображения, полученных в отдельные моменты времени от бортовых радиолокационных станций (РЛС), с целью обнаружения и обхода препятствий по линии полета. Этот способ ограничен привязкой к одному моменту времени съема данных и не обеспечивает пространственно-временной обработки.

Известен способ обзора пространства (Патент РФ 2024033, МПК G 01 S 13/00, 1994 г. ), при котором обзор каждой строки осуществляется N раз с дискретом перемещений, равным ширине главного лепестка диаграммы направленности на уровне максимального бокового лепестка. При этом применена игольчатая диаграмма направленности антенны, что вызывает большой период обзора пространства.

Известен способ виртуальной интерферометрии (Патент US 5706012, МПК G 01 S 13/00, 1998 г.), который позволяет расширить объем получаемой информации и сократить время обзора за счет одновременного формирования двух сфокусированных когерентных лучей, однако это также не обеспечивает быстрого обзора.

Наиболее близким по технической сущности является самолетная метеонавигационная радиостанция "Гроза" (Радиолокационные системы воздушных судов. Под ред. П.С. Давыдова, М.: Транспорт, 1988, с.176-178), способ работы которой основан на использовании веерной формы диаграммы направленности антенны (ДНА). Известный способ обеспечивает быстрый обзор пространства, но не обеспечивает высокой точности измерений.

Технический результат направлен на одновременное решение двух задач: быстрого обзора пространства и повышение точности измерения координат объектов поверхности при маловысотном полете, что способствует обеспечению безопасности полета.

Технический результат достигается тем, что способ обзора пространства и сопровождения объектов поверхности при маловысотном полете заключается в том, что сопровождение объектов поверхности включает последовательную обработку данных в дискретном времени с привязкой к каждому текущему такту tn обработки, полученных при обзоре пространства с использованием диаграммы направленности антенны, имеющей веерную форму и занимающей N положений по горизонтали с формированием рельефа поверхности с малым периодом обзора, и диаграммы направленности с игольчатой формой, зондирующей отдельные выбранные участки зоны обзора с отслеживанием рельефа в динамике с малым периодом обзора, при этом обе диаграммы направленности формируются одной антенной системой с электронным управлением лучом.

Пример.

РЛС в режиме маловысотного полета должна работать с малым временем обзора, что определяется требованием оперативности получения информации в связи с возрастанием линейной разрешающей способности по углам по мере приближения объектов. Например, при ДНА шириной 2^o при остановке в одном положении ДНА на 10 мс зона обзора 40^o•20^o просматривается за 3...5 с, а при меньшей ширине ДНА - до 30 с. Поскольку скорость самолета при маловысотном поле может составлять 150. ..200 м/с, то за указанное время самолет пролетает от 500 м до 6 км. При таком изменении расстояния линейное разрешение по углу может возрастать во много раз, поэтому темп получения информации должен быть намного меньше - в пределах секунды.

Практическая реализация предложенного способа пространства и сопровождения объектов поверхности при маловысотном полете включает последовательную работу системы обработки данных в дискретном времени. К каждому текущему такту tn обработки информации привязывают данные, полученные в результате следующих операций. Диаграмма направленности антенны, имеющая веерную форму, путем электронного переключения занимает N положений по горизонтали, что позволяет с малым периодом обзора формировать рельеф поверхности. Кроме того, диаграмма направленности антенн с игольчатой формой зондирует отдельные выбранные участки зоны обзора, обеспечивая точное измерение углов и отслеживание рельефа в динамике с малым периодом обзора. При этом обе диаграммы направленности формируются одной антенной системой с электронным управлением лучом.

При каждом угловом положении биссектрисы ДНА путем первичной обработки отраженного сигнала формируется сигнал разрешения по дальности. Сигналы с выхода бортовой РЛС поступают на вход алгоритма первичной обработки, в котором осуществляется узкополосная доплеровская фильтрация с помощью алгоритма преобразования Фурье. На вход алгоритмов вторичной обработки данных в момент tn поступают трехмерные матрицы амплитуд отраженных сигналов от каждого элемента зоны обзора, которые пересчитываются в двумерные матрицы амплитуд и высот в прямоугольной системе координат. Далее осуществляется пространственная фильтрация-аппроксимация изображения поверхности по совокупности соседних элементов разрешения на основе упрощения модели поверхности. Указанные операции повторяются последовательно с привязкой к дискретным моментам времени tn. В результате формируется последовательность двумерных матриц амплитуд и высот, которые совместно с данными навигационной системы о положении и скорости объекта - носителя РЛС поступают на алгоритмы вторичной и пространственно-временной обработки радиоизображения.

Фильтрация ошибок измерения при вторичной обработке осуществляется в два этапа. Вначале осуществляется последовательная фильтрация изображений во времени с пересчетом массивов на основе данных навигационной системы о движении объекта - носителя. В результате усредняются амплитуды и высоты элементов последовательности матриц, принадлежащих одним и тем же фрагментам изображения. Затем отфильтрованное на первом этапе радиоизображение подвергается пространственной фильтрации с одновременной сегментацией изображения на однородные по амплитуде и высоте области.

При сегментации решают задачу идентификации изображения сегментов с рядом эталонных изображений и с картой местности.

Обработанное радиоизображение представляется в виде, удобном для восприятия летчиком.

По данному способу могут работать, например, РЛС с фазированной антенной решеткой, имеющие большой запас по максимальной дальности обнаружения при работе веерной ДНА, и РЛС, имеющие исполнение в двух диапазонах, что позволяет работать с запасом по дальности обнаружения в более длинноволновом диапазоне с веерной ДНА. В противном случае дальность обнаружения при работе с веерной ДНА меньше дальности обнаружения при работе с игольчатой ДНА.

Веерная форма ДНА обеспечивает быстрый обзор заданного сектора с грубым измерением угловых положений элементов поверхности. По результатам грубого измерения выполняется отслеживание рельефа поверхности ДНА игольчатой формы с малым периодом получения данных, благодаря меньшему числу положений ДНА и при решении задачи точного измерения координат. При этом время обзора сокращается относительно ограниченного требованием оперативности примерно до 0,25 с.

Особенностью работы по земной поверхности является коррелированность отражений от протяженных участков и флуктуации отражений из-за маловысотных эффектов при распространении радиоволн (которые могут вызвать потерю информации и при игольчатой форме ДНА). Это приводит к большим ошибкам измерений углов, достигающих 0,7 ширины ДНА. Для компенсации эффекта необходимы измерения на разных несущих частотах, в том числе с использованием на одной частоте веерной формы, на другой частоте игольчатой формы ДНА.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить информативность систем обеспечения маловысотного полета летательного аппарата на малой и предельно малой высотах, своевременно получить информацию о возникающих по линии полета препятствиях и об окружающей летательный аппарат обстановке.

Формула изобретения

Способ обзора пространства и сопровождения объектов поверхности при маловысотном полете, заключающийся в том, что сопровождение объектов поверхности включает последовательную обработку данных в дискретном времени с привязкой к каждому текущему такту tn обработки, полученных при обзоре пространства с использованием диаграммы направленности антенны, имеющей веерную форму и занимающей N положений по горизонтали с формированием рельефа поверхности с малым периодом обзора, и диаграммы направленности с игольчатой формой, зондирующей отдельные выбранные участки зоны обзора с отслеживанием рельефа в динамике с малым периодом обзора, при этом обе диаграммы направленности формируются одной антенной системой с электронным управлением лучом.