Способ обнаружения наземных и морских целей бортовым радиолокатором летательного аппарата с жестко закрепленной фюзеляжной антенной бокового обзора
Владельцы патента RU 2466421:
Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" (RU)
Изобретение относится технике обнаружения целей на летательных аппаратах (ЛА), совершающих полет по баллистическим и аэробаллистическим траекториям с высотой подъема не менее 20 км. На баллистических участках траектории полета ЛА при скоростном напоре набегающего воздушного потока не более 100000 Н/м2 прицеливание антенны бортового радиолокатора по курсу ЛА осуществляют разворотом фюзеляжа в горизонтальной плоскости поперек направления движения таким образом, чтобы ось диаграммы направленности фюзеляжной антенны была направлена в зону вероятного нахождения цели. Такое положение фюзеляжа ЛА удерживают до момента окончания лоцирования зоны цели или до обнаружения и идентификации цели, после чего переводят ЛА в первоначальное полетное положение. При локации наземных и морских целей на боковых и переднебоковых ракурсах сканирование зоны цели производят в режиме бокового обзора, в т.ч. с использованием синтезирования апертуры антенны, при полетном положении фюзеляжа, которое обеспечивает максимизацию аэродинамического качества ЛА. При отсутствии целей в зоне обзора изменяют курс и/или крен ЛА таким образом, чтобы сканировать смежную зону вероятного нахождения цели. Изменение курса ЛА производят путем импульсного включения маршевой двигательной установки. Кроме того, курс и/или крен ЛА изменяют посредством органов управления. Изобретение обеспечивает лоцирование наземных и морских объектов при высотных баллистических и аэробаллистических траекториях полета как в переднем (заднем), так и в боковых ракурсах обзора. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к летательным аппаратам (ЛА), совершающим полет по баллистическим и аэробаллистическим траекториям с высотой подъема не менее 20 км.
Известны способы обнаружения наземных целей баллистическими и аэробаллистическими ЛА, например, путем проведения маршрутной аэросъемки - см. патент РФ №2213326, приоритет от 20.03.2002.
Известны также способы обнаружения наземных и морских целей бортовыми радиолокаторами ЛА самолетного типа с жестко закрепленными длинномерными вдольфюзеляжными антеннами, функционирующими в режимах обзора подстилающей поверхности, селекции движущихся целей, высокодетального разрешения с использованием искусственного (за счет движения ЛА) синтезирования апертуры антенны - см., например, А.А.Комаров, Г.С.Кондратенков, Н.Н.Курилов, А.А.Лавров, В.Н.Саблин, Е.Ф.Толстов, B.C.Федосеев «Радиолокационные станции воздушной разведки». -М.: Воениздат, 1983.
В качестве ближайшего аналога принят способ обнаружения наземных и морских целей бортовым радиолокатором ЛА самолетного типа с механически (жестко) закрепленной в фюзеляже длинномерной антенной бокового обзора - см. А.А.Комаров, Г.С.Кондратенков и др. «Радиолокационные станции воздушной разведки», стр.28, 29, 144, 147 (рис.2.1.; 9.5.; 9.6.).
К недостаткам способа - ближайшего аналога следует отнести невозможность локации вдольфюзеляжной антенной ЛА курсовых (например, впередилежащих) целей, а также необходимость движения ЛА по прямолинейной траектории для формирования радиолокационного изображения бокового обзора в координатах «наклонная дальность - путевая дальность».
Целью предлагаемого изобретения является создание способа обнаружения наземных и морских объектов бортовым радиолокатором ЛА с жестко закрепленной фюзеляжной антенной бокового обзора, допускающего при высотных баллистических и аэробаллистических траекториях полета лоцирование наземных и морских объектов как в переднем (заднем), так и в боковых ракурсах обзора.
Указанная цель достигается тем, что на баллистических участках траектории полета ЛА при скоростном напоре набегающего воздушного потока не более 100000 Н/м2 (~1,0 кгс/см2) прицеливание антенны радиолокатора по курсу ЛА осуществляют разворотом его фюзеляжа в горизонтальной плоскости поперек направления движения таким образом, чтобы ось диаграммы направленности фюзеляжной антенны была направлена в зону вероятного нахождения цели, и удерживают такое положение фюзеляжа ЛА до момента окончания лоцирования (полноформатного сканирования) зоны цели или до обнаружения и идентификации цели, после чего переводят ЛА в первоначальное полетное положение. При локации наземных и морских целей на боковых и переднебоковых ракурсах - сканирование зоны цели производят в режиме бокового обзора, в т.ч. с использованием синтезирования апертуры антенны, при полетном положении фюзеляжа, которое обеспечивает максимизацию аэродинамического качества ЛА. При отсутствии целей в зоне обзора изменяют курс и/или крен летательного аппарата таким образом, чтобы сканировать смежную зону вероятного нахождения цели. При этом изменение курса ЛА производят путем импульсного включения маршевой двигательной установки (например, ракетного двигателя), кроме того, курс и крен ЛА изменяют посредством органов управления (например, отклоненяемых аэродинамических рулей и/или газодинамических двигателей ориентации).
Схема функционирования ЛА по предлагаемому изобретению приведена на фиг.1, 2, 3. Приняты обозначения:
1 - фюзеляж (несущий корпус) летательного аппарата,
2 - фюзеляжная антенна бокового обзора,
3 - газодинамический двигатель ориентации,
4 - аэродинамический руль,
5 - маршевый двигатель,
6 - баллистическая (аэробаллистическая) траектория ЛА,
7 - ось диаграммы направленности фюзеляжной антенны бокового обзора,
8 - зона вероятного нахождения цели,
9 - наклонная дальность до ближней границы зоны радиолокационного визирования,
10 - наклонная дальность до дальней границы зоны радиолокационного визирования.
При полете летательного аппарата (см. фиг.1) по баллистической (аэробаллистической) траектории с целью радиолокационной разведки (доразведки) наземных и морских целей, в т.ч. для коррекции собственной траектории полета, могут быть реализованы следующие операции. Для локации курсовых (например, впередилежащих) целей с возможно лучшим угловым азимутальным разрешением - максимизируется рабочий горизонтальный раскрыв бортовой антенны ЛА путем разворота фюзеляжа 1 летательного аппарата поперек направления полета таким образом, чтобы фюзеляжная антенна бокового обзора 2 была направлена осью своей диаграммы направленности 7 в зону вероятного нахождения цели 8 (см. фиг.2). На баллистической (аэробаллистической) траектории 6 подобный разворот ЛА и его удержание в данном полетном положении посредством, например, газодинамических (в т.ч. импульсных ракетных) двигателей ориентации 3 и/или аэродинамических рулей 4 могут осуществляться с приемлемым уровнем затрат бортовой энергетики и рабочего тела при условии,V что скоростной напор набегающего воздушного потока не превышает 100000 Н/м2 (соответствует скорости ЛА ~1500 м/с на высоте 20 км). При этом чем больше высота и меньше скорость полета ЛА - тем легче провести указанный маневр. При сверхмалых скоростных напорах, когда аэродинамические рули 4 являются неэффективными, развороты ЛА целесообразно осуществлять посредством газодинамических двигателей ориентации 3.
Скоростной напор q определяется формулой
,
где ρ - плотность воздуха на высоте движения летательного аппарата, кг/м3;
V - полетная скорость ЛА, м/с.
Разворот фюзеляжа 1 ЛА поперек направления полета рационально осуществлять в местной горизонтальной плоскости - при этом минимизируются потребные запасы бортовых ресурсов на выполнение указанного маневра.
Наклонные дальности до ближней 9 и дальней 10 границ зоны радиолокационного визирования определяются, соответственно, допустимым ухудшением разрешающей способности бортового радиолокатора и целевыми задачами ЛА. Возможности по расширению зоны поиска цели (просмотру нескольких зон вероятного нахождения цели 8) лимитируются располагаемыми бортовыми ресурсами летательного аппарата на управление и стабилизацию. При этом после обнаружения и идентификации цели (либо исчерпания ресурсов на управление и стабилизацию) - ЛА переводят в первоначальное полетное положение.
Высокодетальную локацию наземных и морских целей на боковых и переднебоковых ракурсах (с одной или обеих сторон трассы полета ЛА) производят до либо после маневра разворота фюзеляжа 1 в положение курсового лоцирования - в режиме бокового обзора, в т.ч. с синтезированием апертуры антенны (см. фиг.3). При этом реализуют и поддерживают такое полетное положение фюзеляжа 1, которое обеспечивает максимизацию аэродинамического качества летательного аппарата (в т.ч. при сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростях его движения), например, путем поддержания наивыгоднейшего угла атаки. Данное условие, а также принципиально криволинейный характер траектории 6 полета предполагают наличие бортовой системы управления ЛА с параметрами сенсоров (датчиков) и аппаратно-программных комплексов обработки (в первую очередь, инерциальной навигации), которые обеспечивают необходимую точность и быстродействие формирования радиолокационного изображения в координатах «наклонная дальность - путевая дальность» с заданным уровнем разрешения (в т.ч. в режиме синтезирования апертуры антенны). Следует отметить, что на современном технологическом уровне развития радиоэлектроники и математической обработки реализация указанной задачи не является проблематичной.
При отсутствии целей в зоне обзора - изменяют (посредством, например, газодинамических двигателей 3 и/или аэродинамических рулей 4) курс и/или крен ЛА таким образом, чтобы сканировать следующую зону вероятного нахождения цели. Существенное изменение курса ЛА - например, с переходом в другую траекторную плоскость полета - осуществляют посредством импульсного включения маршевого двигателя 5 летательного аппарата.
При реализации предложенного способа возможна работа бортового радиолокатора ЛА как в режиме бокового обзора (в т.ч. с синтезированием апертуры антенны) для высокодетальной разведки наземных и морских целей, так и доразведка целей в режиме переднего либо заднего обзора (в т.ч. с доплеровским обужением луча диаграммы направленности). При этом курсовые зоны лоцирования располагаются в непросматриваемой при боковом обзоре области поверхности, что позволяет в ряде случаев реализовать беспропускной режим разведки целей.
Применение предложенного технического решения на перспективных баллистических (аэробаллистических) ЛА, в т.ч. движущихся с большими сверхзвуковыми и гиперзвуковыми скоростями, оснащенных «интеллектуальными» системами управления и бортовыми радиолокаторами разведки (доразведки) целей с широкоапертурными фюзеляжными антеннами, реализующими высокодетальное всепогодное круглосуточное лоцирование наземных и морских объектов на боковых, переднебоковых и передних ракурсах, позволит придать новые качественные возможности высокоточным разведывательно-ударным комплексам оперативного и стратегического назначения и решить тем самым ряд приоритетных оборонных задач первой половины XXI века.
1. Способ обнаружения наземных и морских целей бортовым радиолокатором летательного аппарата (ЛА) с жестко закрепленной фюзеляжной антенной бокового обзора, включающий программную полетную ориентацию фюзеляжа ЛА посредством органов управления и маршевого двигателя для прицеливания антенны радиолокатора в зону вероятного нахождения цели, локацию зоны цели, обнаружение и идентификацию цели, отличающийся тем, что на баллистических участках траектории полета при скоростном напоре набегающего воздушного потока не более 100000 Н/м2 прицеливание антенны радиолокатора по курсу ЛА осуществляют разворотом его фюзеляжа в горизонтальной плоскости поперек направления движения таким образом, чтобы ось диаграммы направленности фюзеляжной антенны была направлена в зону вероятного нахождения цели, и удерживают такое положение фюзеляжа ЛА до момента окончания лоцирования зоны цели или до обнаружения и идентификации цели, после чего переводят ЛА в первоначальное полетное положение.
2. Способ обнаружения наземных и морских целей бортовым радиолокатором ЛА с жестко закрепленной фюзеляжной антенной бокового обзора по п.1, отличающийся тем, что локацию целей на боковых и передне-боковых ракурсах визирования при движении ЛА по баллистической траектории производят до либо после разворота фюзеляжа поперек направления движения и его последующего возвращения в первоначальное полетное положение в режиме бокового обзора при ориентации фюзеляжа относительно набегающего воздушного потока, максимизирующей аэродинамическое качество ЛА.
3. Способ обнаружения наземных и морских целей бортовым радиолокатором ЛА с жестко закрепленной фюзеляжной антенной бокового обзора по п.2, отличающийся тем, что локацию целей производят в режиме синтезирования апертуры антенны.
4. Способ обнаружения наземных и морских целей бортовым радиолокатором ЛА с жестко закрепленной фюзеляжной антенной бокового обзора по п.1, отличающийся тем, что при отсутствии целей в зоне обзора изменяют курс и крен ЛА для сканирования смежной зоны вероятного нахождения цели.
5. Способ обнаружения наземных и морских целей бортовым радиолокатором ЛА с жестко закрепленной фюзеляжной антенной бокового обзора по п.4, отличающийся тем, что изменение курса ЛА производят путем импульсного включения его маршевого двигателя, в качестве которого применяют ракетный двигатель.
6. Способ обнаружения наземных и морских целей бортовым радиолокатором ЛА с жестко закрепленной фюзеляжной антенной бокового обзора по п.4, отличающийся тем, что изменение курса и крена ЛА осуществляют посредством органов управления, в качестве которых применяют отклоняемые аэродинамические рули и газодинамические двигатели разворота фюзеляжа относительно центра масс ЛА.
