Способ определения местоположения и параметров движения низколетящего над морской поверхностью со сверхзвуковой скоростью объекта по ширине следа на морской поверхности

Изобретение относится к области радиолокации, лазерной локации и оптики, в частности к обнаружению, определению параметров движения и сопровождению малозаметного низколетящего над морской поверхностью (МП) со сверхзвуковой скоростью объекта. Техническим результатом изобретения является обнаружение и сопровождение полностью невидимых объектов, летящих вблизи МП и создающих за собой возмущения воздушного пространства, т.е. звуковую волну. Способ определения местоположения и параметров движения сверхзвукового низколетящего над морской поверхностью (МП) объекта по радиолокационно наблюдаемому следу на МП, не требует радиолокационного отражения от самого объекта. Производится по аномалии морской поверхности (АМП), скорость перемещения фронта которой позволяют классифицировать ее как след низколетящего над МП объекта. Осуществляется расположенным на судне автономным радиолокатором в пределах радиогоризонта с применением многопозиционной радиолокации. Определяет скорость объекта по скорости перемещения фронта АМП, а направление движения объекта - по направлению перемещения фронта АМП. До обнаружения АМП производится определение среднего уклона крупных волн МП. Для определения среднего уклона крупных волн МП используется отношение интенсивностей обратного рассеяния электромагнитной энергии при двух углах скольжения, не превышающих среднего уклона взволнованной поверхности. Для определения местоположения и параметров движения объекта измеряется ширина АМП (следа) на расстоянии от фронта АМП, большем L по всей длине существующего следа. Измерение ширины следа производится способом радиолокационного стробирования по дальности. Ширина следа, расстояние от фронта АМП до границы прекращения расширения следа, высота полета объекта, проекция на морскую поверхность расстояния от фронта АМП до местоположения объекта определяется соответствующими соотношениями. 1 ил.

 

Изобретение относится к области радиолокации, лазерной локации и оптики, в частности к обнаружению, определению параметров движения и сопровождению малозаметного низколетящего над морской поверхностью (МП) со сверхзвуковой скоростью объекта.

Изобретение позволяет обнаруживать и сопровождать даже полностью невидимые объекты, летящие вблизи МП и создающие за собой возмущения воздушного пространства (то есть звуковую волну). На момент обнаружения предполагается равномерное прямолинейное перемещение объекта над МП без изменения высоты полета со скоростью, превышающей 1,2 Маха.

Способ может быть осуществлен расположенным на судне автономным радиолокатором (лазерным локатором, телевизионным устройством) в пределах радиогоризонта, а также с применением многопозиционной радиолокации.

Аналогом предложенного изобретения можно назвать способ лазерной локации [1], использующий дополнительные к основному отражению от объекта отражения от водной поверхности для уточнения скорости объекта и определения высоты полета объекта. Однако этот способ использует немодулированное излучение одночастотного лазера непрерывного действия, что в радиолокации ведет к неэффективному использованию потенциала радиолокатора.

Способ определения местоположения и параметров объекта основан на наличии за объектом аномалии морской поверхности (АМП). На взволнованной МП под воздействием акустической волны, образованной пролетающим объектом, выполаживаются мелкоструктурные поверхностные волны, уменьшая удельную эффективную поверхность рассеяния МП для радиолокационных сигналов.

Ширина следа (аномалии) определяется, в том числе, и углом падения звуковой волны на МП. Это связано со свойством звуковой волны на углах падения более 12,7° [2] отражаться от границы сред (водной поверхности), в результате чего передача энергии значительно уменьшается.

МП является статистически неровной, поэтому для оценки угла отражения от границы сред следует также учитывать уклон крупных поверхностных волн МП. Для определения среднего уклона крупных волн МП используется отношение интенсивностей обратного рассеяния электромагнитной энергии при двух углах скольжения, не превышающих среднего уклона взволнованной поверхности [3]. Средний уклон крупных волн может составлять величину от 0 до 18,2° [3]. Ширина аномалии с учетом угла падения и уклона волн (см. схему на чертеже) может быть рассчитана по формуле

где В - ширина аномалии (следа);

h - высота полета объекта;

- средний уклон крупных волн МП.

Радиолокационное измерение ширины следа позволяет рассчитать высоту полета объекта

Измеренная радиолокационным способом ширина следа не будет равна истинной ширине следа, так как след пространственно расположен под некоторым углом β к направлению облучения. Для повышения точности измерений требуется усреднить значения ширины следа для всех возможных для измерения результатов и помножить на cosβ

где - усредненная измеренная ширина следа;

β - курсовой угол с объекта на РЛС.

Объект будет находиться относительно АМП в направлении перемещения фронта АМП впереди на расстоянии

где h - высота полета объекта,

с - скорость распространения звука в воздушном пространстве между объектом и МП;

ω - скорость объекта;

Δt_фр - время реакции МП на воздействие.

Измерение ширины следа требуется производить на удалении L от фронта аномалии (L - расстояние, на котором прекращается расширение следа).

где h - высота полета объекта,

с - скорость распространения звука в воздушном пространстве между объектом и МП;

ω - скорость объекта;

- средний уклон крупных волн МП.

Осуществление:

Обнаружение сверхзвукового малозаметного низколетящего объекта при полном отсутствии радиолокационного отражения от объекта возможно при наличии АМП, перемещение которой обнаруживается радиолокационной станцией.

До обнаружения АМП производится определение среднего уклона крупных волн МП. Для определения среднего уклона крупных волн МП используется отношение интенсивностей обратного рассеяния электромагнитной энергии при двух углах скольжения, не превышающих среднего уклона взволнованной поверхности.

После обнаружения АМП: скорость объекта определяется по скорости перемещения фронта АМП, направление движения объекта - по направлению перемещения фронта АМП.

Вычисляется скорость распространения звука в воздушном пространстве между объектом и МП

где Т - температура воздушного пространства между объектом и МП, К.

Определяется расстояние L от фронта АМП до начальной границы зоны измерения ширины АМП

где h - высота объекта в пределах 6-20 м;

с - скорость распространения звука в воздушном пространстве между объектом и МП;

ω - скорость объекта;

- средний уклон крупных волн МП.

На расстоянии от фронта АМП, превышающем L, до окончания следа методом стробирования на разных дальностях измеряется ширина следа; значение ширины усредняется. Устраняется ошибка измерения ширины следа за счет разности направления облучения следа и направления движения объекта

где - усредненная измеренная ширина следа;

β - курсовой угол с объекта на радиолокатор.

По имеющейся ширине следа В вычисляется высота полета СМНО

где - средний уклон крупных волн МП.

По имеющимся значениям ω, с, В вычисляется проекция на МП расстояния от фронта АМП до объекта

где h - высота полета объекта,

с - скорость распространения звука в воздушном пространстве между объектом и МП;

ω - скорость объекта;

Δt_фр - время реакции МП на воздействие.

Источники информации

1. Меньших О.Ф. Способ локации. Патент РФ № 2296350, 2007.

2. Долгих В.Н., Казанцев Г.И. Прикладная гидрофизика. Часть 1. Гидроакустика: учебник. - Владивосток, ТОВМИ им. СО. Макарова, 2005, - 488 с., ил.

3. Ушаков И.Е., Шишкин И.Ф. Радиолокационное зондирование морской поверхности. - М.: РИЦ «Татьянин день», 1997, - 264 с., ил.

Способ определения местоположения и параметров движения сверхзвукового низколетящего над морской поверхностью (МП) объекта по радиолокационно (оптически) наблюдаемому следу на МП, не требующий радиолокационного (оптического) отражения от самого объекта; производимый по аномалии морской поверхности (АМП), скорость перемещения фронта и другие признаки которой позволяют классифицировать ее как след низколетящего над МП объекта; осуществляемый расположенным на судне автономным радиолокатором (лазерным локатором, телевизионным устройством) в пределах радиогоризонта, а также с применением многопозиционной радиолокации; определяющий скорость объекта по скорости перемещения фронта АМП, а направление движения объекта - по направлению перемещения фронта АМП, отличающийся тем, что до обнаружения АМП производится определение среднего уклона крупных волн МП; для определения среднего уклона крупных волн МП используется отношение интенсивностей обратного рассеяния электромагнитной энергии при двух углах скольжения, не превышающих среднего уклона взволнованной поверхности; для определения местоположения и параметров движения объекта измеряется ширина АМП (следа) на расстоянии от фронта АМП, большем L по всей длине существующего следа; измерение ширины следа производится способом радиолокационного стробирования по дальности; измеренные значения ширины следа усредняются; ширина следа вычисляется как произведение усредненного измеренного значения ширины следа и косинуса курсового угла с объекта на радиолокатор; расстояние от фронта АМП до границы прекращения расширения следа определяется как отношение, в знаменателе - скорость звука в окружающем объект воздушном пространстве, в числителе - произведение высоты полета объекта, скорости объекта и разности, где вычитаемое - единица, а уменьшаемое - отношение единицы к косинусу суммы угла в двенадцать целых семь десятых градуса и среднего уклона крупных волн МП; высота полета объекта определяется как половина произведения ширины следа объекта и котангенса суммы угла в двенадцать целых семь десятых градуса и среднего уклона крупных волн МП; проекция на морскую поверхность расстояния от фронта АМП до местоположения объекта определяется как сумма, первое слагаемое - отношение произведения высоты полета объекта и скорости объекта к скорости звука в окружающем объект воздушном пространстве, второе слагаемое - произведение времени реакции МП на воздействие и скорости объекта.