Способ распознавания угрозы

Изобретение относится к области радиолокации, а именно к способу распознавания наличия объекта, несущего потенциальную угрозу, и может быть использовано в радиолокационных системах оборонительного назначения. Технический результат заключается в повышении эффективности. Для этого эксплуатируемые раздельно в далеких регионах приемные станции (19) простых навигационных спутников используются как датчики предупреждения и передают свои сигналы (13) приема для анализа данных на возможную мгновенную нерегулярность по сравнению с ожидаемыми сигналами приема, по меньшей мере, в один обрабатывающий центр (11), в котором осуществляется сравнение с непосредственно зафиксированной в другом месте нерегулярностью. В зависимости от результатов приводятся в действие также имеющиеся в распоряжении, стационарно или мобильно эксплуатируемые радиолокационные установки (22) с их пространственно ориентированными направленными антенными установками, чтобы получать более точные свидетельства об объекте угрозы (17) и иметь возможность после этого принимать решение о необходимых в текущий момент защитных или оборонительных мероприятиях. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к способу согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения, как это представляет предмет изобретения согласно US 5,424,744.

Настоящий способ отличается тем, что, не требуя пространственного целеуказания на потенциально опасный, также мобильный объект, он позволяет из полусферического воздушного пространства быстро наблюдать за проникновением предмета, от которого могла бы исходить угроза. Это реализуется по принципу пассивного радиолокатора при использовании весьма постоянных во времени когерентных структур сигналов, излучаемых имеющимися в распоряжении передатчиками навигационных спутников, которые известны также, как данные траекторий негеостационарных спутников. Текущие реальные сигналы их приемников оцениваются относительно нерегулярностей по сравнению с ожидающимися сигналами приема, как, в частности, зависимые от обратного рассеяния вторичные сигналы, которые вызываются летящим объектом на трассах передачи от спутниковых передатчиков к приемнику объекта. Радиолокационно подобные свойства спутниковых частот, относительно их в значительной степени прямолинейного распространения, и их способствующие корреляции модуляции (спектр расширения и шумовые периоды) поддерживают их пригодность для контроля воздушного пространства по принципу мультистатического радиолокатора с пассивным вторичным облучателем. Более детальная информация содержится в указанной публикации.

Соответствующего вида способ может использоваться в глобальном масштабе ввиду уже имеющихся в распоряжении систем навигационных спутников без необходимости инвестиций, касающихся передатчика. Он работает пассивно и поэтому без опасности для себя. Разумеется, после первого распознавания подозрительного предмета его непрерывное наблюдение представляется требующим действительно больших затрат времени, чтобы получить сведения прежде всего о скорости (на основе измерений частоты), удалении (на основе измерений времени распространения) и позиции (относительно местонахождения того спутника, передатчик которого будет непосредственно приниматься), которые необходимы для принятия решения и затем введения возможно становящейся необходимой защитной реакции против угрожающего объекта. Это может критически ограничивать остающийся для защитной реакции отрезок времени.

С учетом этих фактов в основе настоящего изобретения лежит техническая постановка проблемы ощутимо расширить описанный выше испытанный способ, без необходимости развивать или вводить новые технологии, то есть с имеющимися в распоряжении технологическими средствами, по его эффективности относительно возможностей принятия решения о существующих в настоящее время сценариях угрозы, чтобы улучшать времена реакции.

Согласно изобретению эта задача решена посредством существенных, указанных в главном пункте формулы изобретения признаков. После этого - во всяком случае, не только - на потенциально находящемся под угрозой стационарном или мобильном объекте, таком как электростанция, или на борту относительно низко и медленно летящего транспортного самолета или соответственно в конвое транспортных средств на суше или на воде, из установленных там в текущий момент нерегулярностей по сравнению с соответственно ожидаемыми принимаемыми сигналами больше не будет проводиться анализ угрозы; а для этого будет использоваться теперь, также, множество пространственно распределенных мобильных и, в частности, также стационарно эксплуатируемых приемных станций в стороне от потенциально находящегося под угрозой объекта. Каждая из этих приемных станций передает принятые от соответствующего передатчика в отдельных последовательно непосредственно зарегистрированных спутниках навигации сигналы или уже выведенные из этого нерегулярности для сравнительных анализов, по меньшей мере, на некоторые из других приемных станций и/или, по меньшей мере, на один обрабатывающий центр.

Эта передача происходит преимущественно через Интернет, так как доступ в эту функционирующую во всем мире систему обеспечивается без проблем практически во всех местах стационарно или мобильно рационально эксплуатируемых приемных станций; и так как сверх этого также стационарно или мобильно эксплуатируемые электронно-вычислительные машины могут практически синхронно по времени непосредственно, и значит, не требуя согласования, осуществлять связь друг с другом для анализа поступающих со стороны приемника нерегулярностей.

На многочисленных отдельных приемных станциях или в небольшом числе отдельно эксплуатируемых обрабатывающих центрах осуществляется сравнительное противопоставление зафиксированных нерегулярностей. Значительным выделенным признакам ставятся в соответствие определенные, например, сохраняемые в базе данных характеристики обратного рассеяния типичных объектов угрозы, а также их сценарии угрозы, и временные изменения таких сравнительных сведений позволяют распознавать характеристику движения непосредственно интересующего объекта. На основе таких результатов тогда могут инициироваться, например, необходимые предусмотрительные мероприятия, такие как необходимое отключение и эвакуация электростанции и ее окрестности или подготовка защитных и оборонных устройств и, соответственно, маневра отхода транспортных средств.

Когда именно, например, при мобильно или стационарно эксплуатируемой приемной станции в текущий момент фиксируется исчезновение ожидаемого сигнала приема от одного определенного передатчика группы передатчиков, а именно спутниковой системы, тогда из одной этой мгновенной нерегулярности возможен только еще необязательно надежный вывод о факте угрозы или даже о ее особенности. Если, однако, одновременно на позиционированной совсем в другом месте приемной станции сигнал как раз этого передатчика может приниматься, даже также, возможно, нерегулярный, тогда упомянутое исчезновение сигнала основывается, весьма вероятно, не на поглощении, а на полном отражении на пути соединения радиосвязи от передатчика к приемной станции. Поэтому если опрашивается, в какой приемной позиции в данный момент в отношении именно этого передатчика проявляется значительно повышенный уровень приема, что основывается, весьма вероятно, на приеме как раз зеркального луча, например, от Stealth-конфигурации, то из этого уже может делаться заключение, в некотором отношении, о структуре и/или о пространственной протяженности подозрительного объекта, чтобы выдать предупреждение или подготовить, в случае необходимости, своевременную защитную реакцию, особенно, если этот вывод поддерживает нерегулярность, проявляющуюся также в другом месте.

Итак, такое решение нужно считать тем более обоснованным, чем точнее может быть получена картина потенциальной угрозы из различных мгновенных нерегулярностей, которые в самых разных местах регистрируются одновременно, однако практически не коррелируются между собой.

Для оценки, в частности, полезно сравнивать возникающие при плоском облучении нерегулярности синхронно по времени с нерегулярностями от отвесного падения. Для последнего целесообразным образом в северном полушарии основываются на находящейся на стадии формирования группе передатчиков GALILEO, так как ее спутниковой системой в зависимости от значимости покрывается пространство, которое оставляет неперекрытым оперирующая близко к экватору спутниковая система GPS. С другой стороны, включение в оценку спутниковой системы GPS выгодно как раз потому, что благодаря этому, например, в северном полушарии плоско перекрываются большие поверхности. Дополнительно можно использовать еще имеющиеся в распоряжении передатчики спутниковой системы GLONASS, о дальнейшем развитии которой сообщалось.

Сверх того, в отношении представляющего актуальную потенциальную угрозу объекта полезно регистрировать и анализировать возникшую в данный момент нерегулярность по возможности во многих пространственных аспектах одновременно и, значит, в весьма удаленных друг от друга местах. Для этого может быть достаточным уже общий обзор наблюдений со стороны стационарно эксплуатируемых приемных станций в тех местах, которые вразброс позиционированы в некоторых немногих государствах различных частей света и исходно эксплуатируются там, возможно, для совсем других задач.

Так как это сферическое распределение мест нахождения делает возможным тогда также более точное позиционное определение объекта, представляющего интерес в текущий момент, то приемные станции с лучшим антенным оборудованием, чем распространенное приемное устройство навигационного спутника, в частности устройства с высокосфокусированными направленными антеннами, могут точно наводить на пространственную координату или, по меньшей мере, на пространственный сектор с объектом, представляющим интерес, возможно, являющимся объектом угрозы. Минимум одно из таких устройств должно было быть определено для того, чтобы получать дальнейшие сведения о структуре и кинематике критического объекта, например снаряда, подлетающего к находящемуся под угрозой объекту, и эксплуатироваться, по меньшей мере, временно как активный радиолокатор. Эта радиолокационная станция должна быть расположена далеко от потенциально находящегося под угрозой объекта и его ближайшей окрестности, так что временный ввод в действие радиолокатора тогда не приводит в результате к снижению собственной безопасности и не создает опасности для объекта, возможно находящегося в текущий момент под угрозой.

Приемные станции, которые сами не предпринимают анализ ситуации из сравнения нерегулярностей и их временных изменений, а только сообщают далее о полученной ситуации, могут эксплуатироваться исключительно экономично, а именно практически на оборудовании коммерчески доступных спутниковых навигационных приемников с их антенным устройством с простой круговой пространственной характеристикой. Они действуют тогда в какой-то мере как датчики возбуждения, когда в их более или менее необработанных сигналах приема, например, переданных в обрабатывающий центр, фиксируются нерегулярности относительно сигнала приема, ожидаемого в текущий момент от принимаемого передатчика. На основании этого, при необходимости, для анализа угрозы можно переключаться на дополнительные приемные станции и соответственно учитывать углубленные наблюдения на основе принятых сигналов.

Если из приемных станций, по меньшей мере, некоторые работают с отклоняющимися друг от друга структурами антенн, то из приблизительно тех же самых обстоятельств также должны получаться не согласующиеся нерегулярности для оценки сигнатур. Вследствие этого глубина анализа угрозы может дополнительно повышаться, так как отдельные зарегистрированные влияния нужно тогда оценивать по-разному, в зависимости от аппаратных условий приема.

Оцениваемые нерегулярности получаются преимущественно посредством моностатических и мультистатических оценок, по меньшей мере, времени распространения, амплитуды, доплеровского сдвига и сдвига поляризации в принимаемом сигнале, на который непосредственно оказывает влияние критический объект, а именно по отношению к известному для соответственно принимаемого спутникового передатчика и сохраненного или, при необходимости, локально синтезированного сигнала передачи. Для более высоких этапов оценки согласно дальнейшему развитию изобретения, в центрах также применяется испытанный в радиолокационной технике способ формирования изображений, как, например, по принципу ISAR, чтобы из совокупности отдельных сведений достичь по возможности быстро сходящую оценку угрозы.

При этом очень широком контроле воздушного пространства вынужденно регистрируются также влияния, которые оказывает, например, линейное воздушное сообщение на прием спутниковых сигналов, следовательно, влияния от объектов, которые не представляют никакой угрозы. Чтобы распознавать получающиеся в результате этого ложные тревоги и по возможности препятствовать им, целесообразно наблюдать и оценивать воздушное пространство в более тесной, составляющей примерно несколько сотен миль окрестности потенциально находящегося под угрозой объекта относительно курсов оперирующих в такой области объектов в форме пассажирских самолетов. Так как соответствующие радиолокационные установки не находятся регулярно в распоряжении объектов, то для этого предпочтительным образом формируется в какой-то мере виртуальное радиолокационное изображение, как это известно как таковое для воздушных коридоров движения пассажирских самолетов посредством УВЧ-приема и декодирования их сигналов бортовых приемоответчиков. Посредством простого УВЧ-приемника и соответствующего коммерчески доступного программного обеспечения можно получать, таким образом, сведения, в частности, об идентичности, номере полета, траектории полета, позиции, высоте полета и скоростях движения, причем возможны индивидуальные представления по азимуту и высоте. Для указания на определенные и, соответственно, для верификации определенных пассажирских самолетов, которые не создают никакой угрозы защищаемому объекту, можно дополнительно использовать также распространяемые через Интернет летные данные гражданского воздушного сообщения.

Дополнительные усовершенствования и альтернативы соответствующему изобретению решению следуют из других пунктов формулы изобретения и, также относительно их преимуществ, из нижеследующего описания представленного на чертежах предпочтительного примера реализации изобретения. На этих чертежах, иллюстрирующих существенные функции, показано следующее:

Фиг.1 - пример глобального распределения небольшого числа обрабатывающих центров,

Фиг.2 - блок-схема оборудования такого обрабатывающего центра, и

Фиг.3 - блок-схема взаимодействия очень большого количества надрегионально распределенных приемных станций с обрабатывающими центрами.

Практически глобальная сеть из относительно немногих обрабатывающих центров 11, например, содержит в примере по фиг.1 месторасположения на Аляске, на североамериканском западном и восточном побережье, в Мексике, на Огненной Земле, в Гренландии, северной Финляндии, России, южной Италии, Египте, Южной Африке, Индии, Японии и северной Австралии. Обрабатывающие центры 11 оснащены согласно фиг.2 обрабатывающими электронно-вычислительными машинами 12 для фактических сигналов 13 приема от нескольких одновременно зарегистрированных навигационных спутников 14 (фиг.3), излучаемые сигналы которых известны и предоставлены в распоряжение для сравнения с искаженными принимаемыми сигналами 13. Обрабатывающие центры 11 соединены друг с другом через Интернет 15, чтобы обмениваться между собой типичными сценариями 16 угрозы. Они следуют из искажений, содержащихся в сигналах 13 приема, обусловленных потенциально опасными объектами 17, в случае которых речь может идти, в частности, о летательных аппаратах на курсе столкновения с потенциально находящимися под угрозой объектами 18.

Сигналы 13 приема доставляются на обрабатывающие центры 11, по возможности, через несколько параллельных соединений через Интернет или радиосоединений, от приемных станций 19, которые, будучи распределенными случайно по регионам Земли, приводятся в действие либо непрерывно, либо случайным образом, работая стационарно или на борту воздушных, наземных и водных транспортных средств. Также обрабатывающие центры 11 могут быть оснащены спутниковыми приемниками 20, объекты 18 (в частности, летательные аппараты, наземные или водные транспортные средства) типично не оснащены этим. Они доставляют - преимущественно также через Интернет, но также и, например, непосредственно по радиосоединениям - свои мгновенные сигналы 13 приема, по меньшей мере, на один следующий доступный из обрабатывающих центров 11, предпочтительно, на несколько обрабатывающих центров 11 параллельно.

Приемные станции 19', которые не используются для других задач, а приводятся в действие специально для данной системы предупреждения, целесообразно оснащены средствами предварительной обработки и доставляют на обрабатывающие центры 11 не просто текущие сигналы 13 приема, а сигналы 13' приема, предварительно обработанные относительно заданных критериев в интересах ускоренного анализа угрозы. Предпочтительно, такие специально эксплуатируемые приемные станции 19' оснащены также разными антеннами, чтобы иметь возможность регистрировать различающиеся признаки в искаженных спутниковых сигналах 13 приема и оценивать для анализа угрозы. На фиг.3 принято, что такие приемные станции 19', с оборудованием более высокого уровня, чем обычные спутниковые приемники 20, в интересах более эффективной такой предварительной обработки обмениваются информацией также между собой, в частности снова через Интернет, в целях верификации проводимого анализа.

Посредством основывающегося на отслеживании траектории бортовых приемоответчиков пассажирских самолетов устройства 21 идентификации может производиться грубая классификация относительно объекта 17, представляющего интерес, и затем в определенном случае включаться предупреждение о курсе столкновения с объектом 17 и/или объектом 18.

Если в ходе пассивного (поэтому не обнаруживающего себя) анализа угрозы идентификация объекта 17 или его курс все еще оставались бы неясными, но также если из сигналов 13, 13' приема уже могли быть получены достаточно вероятные признаки для в самом деле существующей угрозы объекту 18, то при определенных обстоятельствах целесообразна еще дополнительная активная радиолокационная разведка. При этом от обрабатывающих центров 11 направляется задание минимум одной радиолокационной установке 22, которая находится на достаточном удалении от объекта 18, чтобы не угрожать ему, и, кроме того, не находится по курсу объекта 17, чтобы по возможности ей не создавалась угроза со стороны этого объекта.

Эффективность не обнаруживающего себя способа анализа угрозы по принципу пассивного радиолокатора при применении передатчиков в навигационных спутниках 14 чрезвычайно увеличивается без использования существенных дополнительных технологических затрат, если согласно изобретению, например, распределенные, используемые в удаленных регионах приемные станции 19 с простыми приемниками 20 навигационных спутников, предпочтительно оснащенными антеннами с разными характеристиками, по существу в качестве датчиков предупреждения, передают свои сигналы 13 приема для оценки данных на возможные мгновенные нерегулярности по сравнению с ожидаемыми сигналами приема, по меньшей мере, в один обрабатывающий центр 11, в котором также осуществляется сопоставление с непосредственно зафиксированными совсем в другом месте нерегулярностями. В зависимости от результатов, тогда могут вступать в действие непосредственно имеющиеся в распоряжении стационарно или мобильно эксплуатируемые радиолокационные установки 22 с их более дорогими, пространственно направленными антенными установками, чтобы получать более точные свидетельства об объекте 17, вызывающем своей характеристикой обратного рассеяния нерегулярности, и обнаруживаемом на этой основе, например, летательном аппарате или снаряде, а также об исходящей от него угрозе для возможного целевого региона и соответственно находящегося там мобильного или стационарного находящегося под угрозой объекта 18 и иметь возможность после этого принимать решение о необходимых в текущий момент защитных или оборонительных мероприятиях.

Перечень основных обозначений

11 обрабатывающий центр (с 12)

12 обрабатывающая электронно-вычислительная машина (в 11)

13 сигнал приема (от 14)

14 навигационный спутник (доставляет 13)

15 Интернет

16 сценарий угрозы (из 13, от 11)

17 потенциально опасный объект (на курсе столкновения с 18, искажает 13)

18 потенциально находящийся под угрозой объект

19 приемная станция (с 20)

20 приемник (для 13)

21 устройство идентификации

22 радиолокационная установка

1. Способ распознавания наличия объекта, несущего потенциальную угрозу, который проходит через радиосоединения от передатчиков группы навигационных спутников к многочисленным регионально отстоящим друг от друга приемным станциям, которые осуществляют связь с, по меньшей мере, одним обрабатывающим центром, посредством практически синхронного по времени сравнительного анализа нерегулярностей по сравнению с сигналами приема, которые ожидаются;
при этом практически синхронный по времени сравнительный анализ обнаруженных нерегулярностей осуществляют в по меньшей мере одном из отдельно эксплуатируемых обрабатывающих центров, распознающих объект, несущий потенциальную угрозу, путем выделения из сигналов приема нерегулярностей, относящихся к характеристикам обратного рассеяния, которые хранятся в базе данных, типичных объектов угрозы и с их сценариями угрозы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что
принятые приемной станцией сигналы непосредственно или относительно обнаруженных в них нерегулярностей сопоставляются с нерегулярностями, возникающими для спутников из другой группы навигационных спутников.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что приемные станции имеют разные антенные характеристики и возникающие в них нерегулярности сопоставляются друг с другом.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что
нерегулярности в сигналах приема от находящейся на высокой орбите над северным полушарием группы навигационных спутников (в частности, GALILEO) сопоставляются с нерегулярностями в сигналах приема от находящейся на низкой орбите группы навигационных спутников (в частности, NAVSTARGPS).

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что
приемные станции передают информацию от приемных станций через ИНТЕРНЕТ.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что
сигналы приема анализируются моно- и мультистатически относительно нерегулярностей по временам распространения, амплитудам, допплеровским сдвигам и сдвигам поляризации.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что
к сигналам приема, содержащим нерегулярности, применяются способы формирования изображений, как по принципу ISAR (радар с инверсной синтезированной апертурой).

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что
объект, несущий потенциальную угрозу, распознается с учетом информации, получаемой при отслеживании траектории его сигналов бортового приемоответчика.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что
дополнительная радиолокационная разведка объекта, несущего потенциальную угрозу, выполняется из позиции, регионально отстоящей от позиции потенциально находящегося под угрозой объекта и в стороне от курса объекта, несущего потенциальную угрозу.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что распознавание производится с учетом сведений о структуре и кинематике объекта, несущего потенциальную угрозу, полученных с помощью направленных антенн активного радиолокатора, ориентированных на объект, несущий потенциальную угрозу.