Способ пассивной однопозиционной угломерно-разностно-доплеровской локации перемещающегося в пространстве радиоизлучающего объекта и радиолокационная система для реализации этого способа

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться в системах пассивной радиолокации, радиопеленгации и радиотехнического наблюдения для однопозиционного определения направления и скорости движения в пространстве радиоизлучающих объектов (РИО), селекции их по скорости, а также определения местоположения и траекторий движения. Достигаемый технический результат изобретения - возможность измерения направления движения РИО (курсового угла), величины модуля линейной скорости, наклонной дальности и траектории движении РИО. Указанный результат достигается за счет того, что восстанавливают, зная вид модуляции, несущую частоту принятого сигнала, формируют в соответствующие моменты времени и запоминают значения ее отсчетов, представляют результаты в виде соответствующей зависимости от времени, фильтруют полученную зависимость для уменьшения ошибок измерений, получая усредненную зависимость, выбирают из зависимости и фиксируют в заданные моменты времени требуемые для вычислений значения несущей частоты сигнала, интерполируют полученные усредненные угловые зависимости азимута и угла места, вычисляют интервалы времени прохождения объектом соответствующих азимутальных секторов, вычисляют приращения доплеровских сдвигов частоты принимаемых сигналов, вычисляют интерполированные и экстраполированные значения дальностей на интервале наблюдения, определяют критерий сохранения гипотезы о равномерном и прямолинейном движении РИО, определяют наклонные дальности и высоты по соответствующим формулам, на основании соответствующих вычислений строят траекторию движения РИО в пространстве на интервале наблюдения, проверяя справедливость гипотезы о равномерном и прямолинейном движении РИО, при этом устройством, реализующим способ, является угломерно-разностно-доплеровская радиолокационная система, выполненная определенным образом. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться в системах пассивной радиолокации, радиопеленгации и радиотехнического наблюдения для однопозиционного определения направлений, скоростей движения в пространстве, координат и траекторий радиоизлучающих объектов (РИО), а также их селекции по скорости движения.

Направление на РИО обычно определяется с помощью радиопеленгаторов [1 - Бакулев П.А. Радиолокационные системы. М.: Радиотехника. 2007. 376 с. С. 267], а расстояние до него - методами активной радиолокации за счет зондирования пространства излучениями радиолокационной системы (РЛС) с использованием радиодальномеров: фазовых [1 - С. 242], частотных [1 - С. 246] или импульсных [1 - С. 252].

В пассивной радиолокации прямое измерение дальности невозможно, так как зондирующие излучения не используются. В то же время пассивная радиолокация обладает определенными преимуществами [2 - Пассивная радиолокация: методы обнаружения объектов / Под ред. проф. Р.П. Быстрова и проф. А.В. Соколова. М.: Радиотехника. 2008. 320 с. С. 6], что делает привлекательным ее применение для решения ряда практических задач. Так как пассивные РЛС функционируют скрытно, существенно затрудняется определение их дислокации и характеристик, а в условиях военных конфликтов повышается живучесть систем. Наконец, при использовании пассивных РЛС отсутствуют затраты энергии на излучение, что уменьшает сложность и стоимость систем.

Отметим, что современные подвижные объекты различного назначения - ИСЗ, корабли, самолеты, беспилотные летательные аппараты, крылатые и баллистические ракеты (при испытаниях) - всегда оснащают одним или несколькими радиопередающими устройствами для обмена между собой и командными пунктами информацией с помощью сигналов систем связи, навигации, телеметрии, передачи данных и т.д. Радиопередающие устройства вышеперечисленных объектов функционируют в диапазонах частот от 0,1 до 50,0 ГГц и обычно используют широкополосные сигналы с фазовой и/или квадратурной амплитудной модуляцией различной кратности. По излучениям этих бортовых устройств с помощью пассивных РЛС может осуществляться обнаружение перемещающихся в пространстве РИО, определение их угловых координат (УК) и слежение за объектами.

Определение расположения и траекторий движения РИО системами пассивной локации является более сложной задачей. Для ее решения обычно применяют несколько разнесенных в пространстве станций, которые с помощью системы ретрансляции данных объединяются в многопозиционную систему [3 - Кондратьев B.C., Котов А.Ф., Марков Л.Н. Многопозиционные радиотехнические системы. М.: Радио и связь. 1986. 264 с.]. При этом, по сравнению с однопозиционной системой, возрастает объем используемой аппаратуры, ее сложность и стоимость. Кроме того, разнесенный прием приводит к частичному разрушению пространственно-когерентных связей между принимаемыми сигналами. Однопозиционная локация свободна от этих недостатков, но не обеспечивает без использования дополнительных данных определение наклонной дальности, скорости и траекторий движения РИО. В связи с этим поиск способов и создание устройств эффективной однопозиционной пассивной локации, обеспечивающих определение скоростей движения, координат и траекторий перемещающихся в пространстве РИО является актуальной задачей.

Известен способ однопозиционного измерения угловой скорости объекта [4 - Алпатов Б.А., Балашов О.Е. Измерение скорости объекта в системах автоматического сопровождения объектов // Вестник РГРТУ. Рязань. 2014. №4 (выпуск 50). С. 5-10]; он является аналогом заявляемого способа. В способе [4] на основании угловых измерений определяют условную скорость объекта, пропорциональную с постоянным коэффициентом его реальной скорости, в предположении, что объект движется в пространстве равномерно и прямолинейно. При этом УК объекта измеряют в временных моментах, отстоящих друг от друга на интервал T, затем из множества возможных параллельных траекторий движения, соответствующих измеренным УК, выбирают одну условную, на которой точки A, B и C равноудалены по времени на интервал 0,5 NT, определяют проекции координат точек A, B, C в зависимости (функциональной) от соответствующих проекций линейной скорости, и наконец, задавшись значениями координат точки C, определяют значения проекций Vx, Vy, Vz, текущей линейной скорости объекта, а также саму условную линейную скорость и экстраполированные значения УК.

Недостатком аналога [4] является невозможность определения истинных координат, скорости и траектории движения РИО в пространстве.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ определения из одной точки наклонной дальности до движущейся цели [5 - патент 2557808, РФ. Способ определения наклонной дальности до движущейся цели пассивным моностатическим пеленгатором / Борисов Е.Г., Мартемьянов И.С.], принятый за прототип. В соответствии с [5] совместно обрабатывают два последовательных во времени измерения пеленгов (углов азимута β1 и β2) и мощностей РС1 и РС2 сигналов для моментов измерений t1 и t2. Учитывая, что базовая точка измерения соответствует геометрическому центру угломерной системы, а линия Ц1ЦN (траектория движения цели) соответствует точкам Ц1 и Ц2 измерения пеленга на цель в моменты времени t1 и t2, в предположении, что цель движется прямолинейно, на основании полученных значений РС1 и РС2 вычисляют величину . Производят два последовательных измерения частот и принятых сигналов в моменты времени t1 и t2 соответственно, и на основании этих измерений определяют величину ; далее на основании измеренных углов азимута β1 и β2 определяют Δβ2121. После этого вычисляют дальность до цели по формуле

1

где c - скорость света;

Т=Δt12.

Анализ материалов патента [5] показал, что точностные характеристики выбранного в качестве прототипа способа определяются ошибками измерения угловых координат РИО и несущих частот излучаемых им сигналов. Так, при минимально возможных точностях измерений указанных первичных параметров, погрешность определения наклонной дальности зависит от ее значения и колеблется в пределах (5-35)%.

В реальных условиях объекты наблюдения обычно излучают модулированные сигналы с подавленной несущей, что не позволяет применять способ [5], причем мощность принимаемых сигналов подвержена флюктуациям, которые вызываются интерференцией колебаний, переотраженных элементами конструкции объекта, изменениями условий распространения и переотражениями от местных предметов. Величина флюктуаций может достигать (10-15) дБ. В этом случае погрешность измерения дальности по способу [5] при коэффициенте флюктуаций Кф=6 дБ достигает 5%, а при Кф=12 дБ достигает 2,5 раз, то есть способ становится неработоспособным.

Таким образом, недостатками прототипа [5] являются большая погрешность измерения дальности из-за флюктуаций уровня сигнала и невозможность измерения дальности в случае использования в качестве сигналов сложных модулированных излучений. Это не позволяет определить местоположение РИО, а также направления, скорости и траектории движения в пространстве.

Изобретений, решающих упомянутые проблемы путем пассивной однопозиционной локации перемещающегося РИО, авторы заявляемого способа в технической литературе не обнаружили.

Задачей, на решение которой направлен предлагаемый способ, является обеспечение возможности определения координат, направления, скорости и траекторий движения РИО в пространстве, а также селекции их по скорости на основе пассивных однопозиционных измерений УК объектов и приращений доплеровских сдвигов частоты сигналов, излучаемых радиопередающими устройствами объектов.

Для решения этой задачи предлагается способ пассивной однопозиционной угломерно-разностно-доплеровской локации перемещающегося в пространстве РИО, при котором принимают радиосигналы, констатируют обнаружение сигнала РИО и определяют его параметры - ширину спектра, среднюю частоту спектра сигнала и вид модуляции, осуществляют автосопровождение объекта по угловым координатам, измеряют в моменты времени ti=iT, где i=0, 1, 2, 3, … - номера измерений, T - интервал времени между измерениями, и запоминают значения отсчетов угловых координат (азимута β и угла места ε), а также текущего времени, соответствующего этим отсчетам, представляют результаты измерений в виде зависимостей βтек(iT) и εтек(iT), фильтруют полученные зависимости для уменьшения ошибок измерений, получая усредненные зависимости , , и используют эти зависимости в качестве первичных параметров при совместной обработке измерений.

Согласно изобретению, восстанавливают, зная вид модуляции, несущую частоту принятого сигнала, формируют в моменты времени ti и запоминают значения ее отсчетов, представляют результаты в виде зависимости , фильтруют полученную зависимость для уменьшения ошибок измерений, получая усредненную зависимость , выбирают из зависимости и фиксируют в заданные моменты времени ti значения несущей частоты сигнала, равные

,

где - значение несущей частоты излучаемого сигнала;

- доплеровские сдвиги частоты несущей в моменты времени ti;

Vri - значения радиальной скорости объекта в те же моменты времени;

V - значения вектора скорости;

qi - значения курсового угла объекта;

λ - длина волны сигнала РИО;

c - скорость света.

Далее интерполируют усредненные угловые зависимости и , получая непрерывные функции β(t) и ε(t), извлекают из зависимости β(t), начиная с момента времени t0 и начального значения азимута β0, несколько значений азимута βk0+kΔβ, где - номера выбранных значений азимута, Δβ - постоянная величина, и запоминают их совместно с соответствующими значениями единого времени t0, t1, t2, …, tk, фиксируют, начиная со значения β0, значения азимута βn0+nΔβ, где - число приращений азимута, используемых при разностных вычислениях, вычисляют интервалы времени прохождения объектом азимутальных секторов Δβk,n=|βkn|, равные Δtk,n=tk-tn, интерполируют усредненную частотную зависимость , получая непрерывную функцию , вычисляют приращения доплеровских сдвигов частоты принимаемых сигналов на интервалах Δtk,n, достаточно малых для справедливости предположения о равномерности и прямолинейности движения РИО со скоростью V на постоянной высоте H, когда горизонтальная скорость объекта Vг=V (при движении объекта по криволинейной траектории осуществляется ее кусочно-линейная аппроксимация на интервалах Δtm>Δtk,n), а его положение в сферической системе координат определяется текущими значениями:

- наклонной дальности Dтек, проекцией которой на плоскость горизонта является горизонтальная дальность dтек;

- азимута βтек, отсчитываемого против часовой стрелки от основного направления, совпадающего с осью Ox, до вектора горизонтальной дальности dтек;

- угла места εтек между наклонной и горизонтальной дальностями, связанными соотношением Dтек=dтекcosεтек;

- путевого угла Q, отсчитываемого против часовой стрелки от основного направления до горизонтальной проекции вектора скорости V при постоянном значении высоты H;

- курсового угла qтек, отсчитываемого против часовой стрелки от горизонтальной проекции вектора скорости до вектора горизонтальной дальности, причем qтектек+α, Q+qтектек+180°, Q=180°-α, где α - угол между вектором скорости Vг и осью 0x; определяют горизонтальные составляющие приращений доплеровских сдвигов частоты как

,

находят, задавая значения k=2 и 4, n=0 и 2, приращения доплеровских сдвигов частоты на интервалах Δt2,0, Δt4,2, Δt4,0 по формулам

,

,

,

вычисляют величину отношения

,

находят, решая полученное уравнение, значение tgα и вычисляют величину угла

,

определяют текущее значение курсового угла qkk+α и, используя уравнение для приращения доплеровского сдвига частоты на интервале Δt4,0, модуль горизонтальной скорости , а затем - расстояние, пройденное РИО за интервал времени Δt4,0, в виде

,

определяют радиус окружности, проходящей через начало координат, хордой которой является расстояние S4,0, находят центр O' этой окружности, фиксируя точку на конце луча длиной R, проведенного из начала координат 0 под углом βЦ0+q4-90°, рассчитывают дальности d0 и d4 из соотношения в виде

,

определяя координаты РИО в моменты времени t0 и t4 как точки пересечения окружности с центром O' и лучей длиной d0 и d4, проведенных из начала координат под углами β0 и β4, вычисляют интерполированные dk=1,2,3 и экстраполированные dk≥4 значения дальностей на интервале сохранения гипотезы о равномерном и прямолинейном движении РИО на постоянной высоте по формулам

при k=1, 2, 3 и n=4,

при k≥4 и n=4,

определяют наклонные дальности и высоты как

и,

где и - значения косинуса и тангенса угла места в моменты времени tk, осуществляют построение траектории движения РИО в пространстве на начальном интервале кусочно-линейной аппроксимации, а в случае кратковременного пропадания сигнала - ее прогнозируемое значение, при этом критерием сохранения гипотезы о равномерном и прямолинейном движении РИО является выполнение неравенств

|α-αi|<Δαi, |V-Vi|<ΔVi, |H-Hi|<ΔHi,

где Δα, ΔV, ΔH - пороговые значения величин α, V, H, определяющие размеры участка кусочно-линейной аппроксимации траектории, вычисляют, в случае изменения высоты РИО, при |Hk-Hn|≥ΔH значение угла γ пикирования (кабрирования) как , а расчеты величин α, V, D производят, используя в вышеприведенных формулах значение Vг=Vcosγ, фиксируют в момент, когда перестают выполняться неравенства |α-αi|<Δαi и |V-Vi|<ΔVi, начало маневра объекта, после чего задают новые начальные значения азимута для следующего участка кусочно-линейной аппроксимации траектории и повторяют расчеты ее параметров α, V, D, H для построения траектории движения РИО в пространстве на интервале наблюдения.

В случае, если траектория движения РИО находится в плоскости наблюдения (вертикальной), т.е. азимут объекта с течением времени не изменяется (βiT=const), после получения непрерывной функции ε(t), извлекают из нее, начиная с момента времени t0, несколько значений угла места εk0+kΔε, где - номера выбранных значений угла места, отстоящих от начального значения ε0 на величины kΔε, запоминают их совместно с соответствующими значениями единого времени в моменты tk, вычисляют интервал времени прохождения объектом угломестных секторов Δεk,n=4Δε как Δt4,0=t4-t0, для n=0 и 4, фиксируют в моменты времени t0, t4 текущие значения несущей частоты сигнала РИО, равные , где , вычисляют приращение доплеровского сдвига несущей на интервале Δt4,0 как , определяют величину модуля вектора скорости РИО на интервале времени Δt4,0 как , а затем расстояние, пройденное радиоизлучающим объектом за интервал Δt4,0, как ΔS=VΔt4,0, а также радиус описывающей окружности, проходящей через начало координат, у которой хордой является расстояние ΔS, определяют центр Oʺ этой окружности, фиксируя точку на конце луча длиной R', проведенного из начала координат 0 под углом εЦ=2ε0-90°+4Δε, рассчитывают дальности до объекта из соотношения в виде , , а также высоты H0(4)=D0(4)sinε0(4), определяя координаты РИО как точки пересечения окружности с центром Oʺ и лучей длиной D0 и D4, проведенных из начала координат под углами ε0 и ε4, после чего осуществляют построение траектории движения РИО в пространстве, задавая значения угла места из ряда εтек(ti) и повторяя расчеты значений Δti, Vi, Di, Hi по вышеприведенным формулам, проверяя при этом справедливость гипотезы о равномерном и прямолинейном движении РИО.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предложенного способа, является возможность определения с достаточной точностью направления движения (курсового угла), абсолютного значения линейной скорости, наклонной дальности и траектории движения радиоизлучающего объекта, что позволяет средствами пассивной однопозиционной локации решать задачи навигации, управления движением и селекции движущихся РИО.

Аналогом заявляемого устройства - пассивной угломерно-разностно-доплеровской РЛС, реализующей предложенный способ - является однопозиционная наземная радиолокационная станция [6 - патент 2217773, РФ. Способ определения координат источника радиоизлучения и радиолокационная станция для его реализации / Беляев Б.Г., Голубев Г.Н., Жибинов В.А., Кисляков В.И., Лужных С.Н.], содержащая пассивный канал обнаружения, активный канал обнаружения, а также блок вычисления координат (БВК). Пассивный канал содержит последовательно соединенные антенну и приемник, а активный канал - антенну, антенный переключатель, передатчик, приемник, устройство вычисления дальности и синхронизатор БВК, который содержит последовательно соединенные устройство измерения сдвига принимаемых сигналов во времени и вычислитель координат. При этом выходы пассивного и активного каналов обнаружения подключены ко входам БВК, а выход БВК является выходом радиолокационной станции.

Сначала в аналоге [6] производится обнаружение источника радиоизлучения пассивным каналом, при этом антенна пассивного канала ориентируется в сторону источника и принимает его прямое излучение, что позволяет по ее положению определить УК источника. Далее с помощью активного канала в пассивном режиме производится обнаружение некоего отражающего объекта (антенна активного канала принимает отраженное от него излучение) и определяются его УК. Одновременно измеряется взаимная корреляционная функция сигналов, принятых обоими каналами, позволяющая найти их временной сдвиг. Затем с помощью активного канала обнаружения в активном режиме производится измерение дальности до источника, обнаруженного в пассивном режиме. Таким образом, аналог [6] не является чисто пассивной РЛС - в нем используются методы и пассивной, и активной радиолокации.

Недостатками аналога [6] являются необходимость существования в контролируемой зоне пространства дополнительного отражающего объекта, а также введение в состав радиолокационной станции дополнительного активного канала обнаружения с передатчиком.

В качестве прототипа заявляемого устройства (пассивной однопозиционной угломерно-разностно-доплеровской РЛС), реализующего предложенный способ, выбрано устройство из патента 2557808, РФ [5]. Это устройство содержит антенну, приемное устройство, измеритель мощности, угломерное устройство, измеритель частоты и вычислительное устройство. При этом выход антенны соединен со входом приемного устройства, первый выход которого соединен со входом измерителя мощности, второй выход - со входом угломерного устройства, а третий - со входом измерителя частоты. Выход измерителя мощности, угломерного устройства и измерителя частоты соединен соответственно с первым, вторым и третьим входами вычислительного устройства, выход которого является выходом устройства-прототипа.

Устройство из патента [5] работает следующим образом. Принятый антенной сигнал подается на вход приемного устройства, осуществляющего процедуру обнаружения и усиления сигналов до требуемого уровня. С первого выхода приемного устройства сигналы поступают в измеритель мощности, где оценивается мощность принятого сигнала. Со второго выхода приемного устройства сигналы поступают в угломерное устройство, где оцениваются УК объекта. С третьего выхода приемного устройства сигналы поступают в измеритель частоты, где оценивается частота принятого сигнала. Данные с выходов измерителя мощности, угломерного устройства и измерителя частоты подаются в вычислительное устройство, осуществляющего обработку двух последовательных во времени измерений пеленгов (углов азимута β1 и β2) и мощностей PC1 и PC2 сигналов, принимаемых автономной угломерной системой для рассматриваемых моментов измерений t1 и t2, учитывая, что базовая точка измерения соответствует геометрическому центру автономной угломерной системы, а линия Ц1ЦN (траектория движения цели) соответствует точкам Ц1 и Ц2 измерения пеленга на цель в моменты времени t1 и t2, предполагая, что цель движется прямолинейно. На основании полученных значений PC1 и PC2 вычисляют величину , дополнительно производят два последовательных измерения частот и принятого сигнала в моменты времени измерений t1 и t2 соответственно, и определяют величину , а на основании измеренных углов азимута β1 и β2 определяют Δβ2121. После этого вычисляют дальность до цели по формуле

,

где c - скорость света;

T=Δt12.

Недостатками устройства-прототипа [6] являются большая погрешность измерения дальности в случае флюктуаций уровней сигнала и невозможность измерения дальности при использовании в качестве сигналов сложных модулированных излучений.

Задачей, на решение которой направлено создание пассивной однопозиционной угломерно-разностно-доплеровской РЛС, реализующей предложенный способ, является обеспечение возможности определения направления и скорости движения, местоопределения и траектории движения РИО в пространстве с достаточной точностью при приеме флюктуирующих сигналов, а также селекции объектов по скорости на основе только пассивных однопозиционных измерений.

Для решения указанной задачи предлагается пассивная однопозиционная угломерно-разностно-доплеровская РЛС, содержащая последовательно включенные антенно-фидерную систему и радиоприемную систему, соединенную своими первым и вторым выходами со входами соответственно измерителя мощности и параметров сигналов и угломерного устройства, выходы которых соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами устройства вычисления, управления и синхронизации.

Согласно изобретению, в РЛС дополнительно введены устройство восстановления несущей частоты сигнала, устройство формирования отсчетов несущей, устройство формирования отсчетов угловых координат, устройство формирования отсчетов времени, устройство регистрации данных, измеритель приращений частоты, угловых координат и времени, вычислитель курсового угла, скорости и приращений положения и вычислитель линий положения, причем выход устройства формирования отсчетов времени подключен к пятому входу устройства вычисления, управления и синхронизации, а шестой и седьмой выходы устройства вычисления, управления и синхронизации соединены с первым и вторым входами устройства восстановления несущей, выход которого через УФОН подключен к первому входу устройства регистрации данных, второй вход устройства формирования отсчетов несущей подключен к восьмому выходу устройства вычисления, управления и синхронизации, соединенному также с управляющим входом устройства формирования отсчетов угловых координат, к первому и второму сигнальным входам которого подключены девятый и десятый выходы устройства вычисления, управления и синхронизации, при этом третий и четвертый выходы устройства формирования отсчетов угловых координат соединены с одиннадцатым и двенадцатым входами устройства вычисления, управления и синхронизации, а пятый и шестой выходы устройства формирования отсчетов угловых координат - со вторым и третьим входами устройства регистрации данных, выход которого соединен с последовательно включенными измерителем приращений частоты, угловых координат и времени, вычислителем курсового угла, скорости и приращений положения и вычислителем линий положения, причем выход вычислителя линий положения соединен с пятнадцатым входом устройства вычисления, управления и синхронизации, тринадцатый выход устройства вычисления, управления и синхронизации подключен к четвертому входу устройства регистрации данных, а четырнадцатый выход устройства вычисления, управления и синхронизации - к третьему входу измерителя приращений частоты, угловых координат и времени, второй выход которого соединен со входом данных устройства регистрации данных, а шестнадцатый выход устройства вычисления, управления и синхронизации является выходом системы.

Техническим результатом применения предложенного устройства является возможность однопозиционного измерения в пассивном режиме направления движения РИО (курсового угла), величины модуля линейной скорости, наклонной дальности и траектории движении РИО, что позволяет решать задачи навигации, управления движением и селекции движущихся РИО.

Предложенные способ и устройство не известны в современной радиотехнике, а также не известны источники информации, содержащие сведения об аналогичных технических решениях, имеющих признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемые решения от прототипов, а также свойства, совпадающие со свойствами заявляемых решений. Поэтому можно считать, что предложенные изобретения обладают существенными отличиями, вытекающими из известных решений неочевидным образом и, следовательно, соответствуют критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Достижение заявленного технического результата поясним с помощью следующих фигур, на которых представлены:

- геометрия задачи в сферической системе координат (фигура 1);

- процесс взаимодействия пассивной однопозиционной угломерно-разностно-доплеровской локационной системы и РИО в горизонтальной плоскости (фигура 2);

- геометрия задачи для случая, когда траектория движения РИО расположена в вертикальной плоскости наблюдения (фигура 3);

- схема электрическая структурная системы, реализующей предложенный способ (фигура 4).

На фигуре 1 пассивная однопозиционная угломерно-разностно-доплеровская локационная система находится в начале 0 сферической системы координат, а РИО движется в пространстве по траектории A0F со скоростью V на постоянной высоте H.

При реализации предложенного способа выполняется следующая последовательность операций.

Принимают радиосигналы, констатируют обнаружение сигнала РИО и определяют его параметры - ширину спектра, среднюю частоту спектра сигнала и вид модуляции. Осуществляют автосопровождение объекта по угловым координатам. Измеряют в моменты времени ti=iT, где i=0, 1, 2, 3, … - номера измерений, T - интервал времени между измерениями, и запоминают значения отсчетов угловых координат (азимута β и угла места ε), а также текущего времени, соответствующего этим отсчетам - 1.

Представляют результаты измерений в виде зависимостей βтек(iT) и εтек(iT). Фильтруют полученные зависимости для уменьшения ошибок измерений, получая усредненные зависимости , , и используют эти зависимости в качестве первичных параметров при совместной обработке измерений - 2.

В соответствии с изобретением, восстанавливают, зная вид модуляции, несущую частоту принятого сигнала, формируют в моменты времени ti и запоминают значения ее отсчетов, представляют результаты в виде зависимости , фильтруют полученную зависимость для уменьшения ошибок измерений, получая усредненную зависимость .

Выбирают из зависимости и фиксируют в заданные моменты времени ti значения несущей частоты сигнала, равные

,

где - значение несущей частоты излучаемого сигнала;

- доплеровские сдвиги частоты несущей в моменты времени ti;

Vri - значения радиальной скорости объекта в те же моменты времени;

V - значения вектора скорости РИО1 (1Движение РИО на рассматриваемом участке считается равномерным и прямолинейным; если движение происходит по криволинейной траектории, то, как показано на фигуре 1, осуществляется ее кусочно-линейная аппроксимация.);

qi - значения курсового угла объекта;

c - скорость света;

λ - длина волны сигнала РИО - 4.

Интерполируют усредненные угловые зависимости и , получая непрерывные функции β(t) и ε(t). Извлекают из зависимости β(t), начиная с момента времени t0 и начального значения азимута β0, несколько значений азимута βk0+kΔβ, где - номера выбранных значений азимута, Δβ - постоянная величина - приращение азимута, и запоминают их совместно с соответствующими значениями единого времени t0, t1, t2, …, tk. Фиксируют, начиная со значения β0, значения азимута βn0+nΔβ, где - число приращений азимута, используемых при разностных вычислениях, и вычисляют интервалы времени прохождения объектом азимутальных секторов Δβk,n=|βkn|, равные Δtk,n=tk-tn - 5.

Интерполируют усредненную частотную зависимость , получая непрерывную функцию .

Вычисляют приращения доплеровских сдвигов частоты принимаемых сигналов на интервалах Δtk,n, достаточно малых для справедливости предположения о равномерности и прямолинейности движения РИО со скоростью V на постоянной высоте H, когда горизонтальная скорость объекта Vг=V (при движении объекта по криволинейной траектории осуществляется ее кусочно-линейная аппроксимация на интервалах Δtm>Δtk,n), а его положение в сферической системе координат определяется текущими значениями:

- наклонной дальности Dтек, проекцией которой на плоскость горизонта является горизонтальная дальность dтек;

- азимута βтек, отсчитываемого против часовой стрелки от основного направления, совпадающего с осью Ox, до вектора горизонтальной дальности dтек;

- угла места εтек между наклонной и горизонтальной дальностями, связанными соотношением Dтек=dтекcosεтек;

- путевого угла Q, отсчитываемого против часовой стрелки от основного направления до горизонтальной проекции вектора скорости V при постоянном значении высоты H;

- курсового угла qтек, отсчитываемого против часовой стрелки от горизонтальной проекции вектора скорости до вектора горизонтальной дальности, причем qтектек+α, Q+qтектек+180°, Q=180°-α, где α - угол между вектором скорости Vг и осью 0x.

Определяют горизонтальные составляющие приращений доплеровских сдвигов частоты как

.

Геометрическая интерпретация приведенных выше соотношений представлена на фигуре 2.

Далее находят, задавая значения k=2 и 4, n=0 и 2, приращения доплеровских сдвигов частоты на интервалах Δt2,0, Δt4,2, Δt4,0 по формулам

,

,

.

Вычисляют величину отношения

и, решая полученное уравнение, находят значение tgα, откуда получают величину угла

.

Определяют в соответствии с фигурой 2 текущее значение курсового угла как qkk+α. Используя уравнение для приращения доплеровского сдвига частоты на интервале Δt4,0, находят модуль горизонтальной скорости , а затем - расстояние, пройденное РИО за интервал времени Δt4,0, в виде

.

После этого определяют радиус окружности, проходящей через начало координат, хордой которой является расстояние S4,0, и находят центр O' этой окружности, фиксируя точку на конце луча длиной R, проведенного из начала координат 0 под углом βЦ0+q4-90° - 11.

Затем рассчитывают дальности d0 и d4 из соотношения в виде , определяя координаты РИО в моменты времени t0 и t4 как точки пересечения окружности с центром O' и лучей длиной d0 и d4, проведенных из начала координат под углами β0 и β4 - 12.

Далее вычисляют интерполированные dk=1,2,3 и экстраполированные dk≥4 значения дальностей на интервале сохранения гипотезы о равномерном и прямолинейном движении РИО на постоянной высоте по формулам

при k=1, 2, 3 и n=4,

при k≥4 и n=4,

после чего определяют наклонные дальности и высоты как

и ,

где и - значения косинуса и тангенса угла места в моменты времени tk - 13.

Затем осуществляют построение траектории движения РИО в пространстве на начальном интервале кусочно-линейной аппроксимации, а в случае кратковременного пропадания сигнала - ее прогнозируемое значение, при этом критерием сохранения гипотезы о равномерном и прямолинейном движении радиоизлучающего объекта является выполнение неравенств

|α-αi|<Δαi, |V-Vi|<ΔVi, |H-Hi|<ΔHi,

где Δα, ΔV, ΔH - пороговые значения величин α, V, H, определяющие размеры участка кусочно-линейной аппроксимации траектории. В случае изменения высоты РИО вычисляют при |Hk-Hn|≥ΔH значение угла γ пикирования (кабрирования) как , а расчеты величин α, V, D производят, используя в вышеприведенных формулах значение Vг=Vcosγ - 14.

В момент, когда перестают выполняться неравенства |α-αi|<Δαi и |V-Vi|<ΔVi, фиксируют начало маневра объекта, после чего задают новые начальные значения азимута для следующего участка кусочно-линейной аппроксимации траектории и повторяют расчеты ее параметров α, V, D, H для построения траектории движения радиоизлучающего объекта в пространстве на интервале наблюдения - 15.

Геометрия задачи, когда траектория движения РИО находится в плоскости наблюдения (вертикальной), т.е. его азимут с течением времени не изменяется, представлена на фигуре 3. В этом случае для построения траектории движения РИО выполняется следующая последовательность операций.

После получения непрерывной функции ε(t), извлекают из нее, начиная с момента времени t0, несколько значений угла места εk0+kΔε, где - номера выбранных значений угла места, отстоящих от начального значения ε0 на величины kΔε, и запоминают их совместно с соответствующими значениями единого времени в моменты tk. Вычисляют интервал времени прохождения объектом угломестных секторов Δεk,n=4Δε как Δt4,0=t4-t0, для n=0 и 4, фиксируют в моменты времени t0, t4 текущие значения несущей частоты сигнала РИО, равные , где , вычисляют приращение доплеровского сдвига частоты несущей на интервале Δt4,0 как .

Далее определяют величину модуля вектора скорости РИО на интервале времени Δt4,0 как , а затем расстояние, пройденное радиоизлучающим объектом за интервал Δt4,0, как ΔS=VΔt4,0, а также радиус описывающей окружности, проходящей через начало координат, у которой хордой является расстояние ΔS. Определяют центр Oʺ этой окружности, фиксируя точку на конце луча длиной R', проведенного из начала координат 0 под углом εЦ=2ε0-90°+4Δε - 17.

Затем рассчитывают дальности до объекта из соотношения в виде , , а также высоты H0(4)=D0(4)sinε0(4), определяя координаты радиоизлучающего объекта как точек пересечения окружности с центром Oʺ и лучей длиной D0 и D4, проведенных из начала координат под углами ε0 и ε4 - 18.

После этого осуществляют построение траектории движения РИО в пространстве, задавая значения угла места из ряда εтек(ti) и повторяя расчеты значений Δti, Vi, Di, Hi по вышеприведенным формулам, проверяя при этом справедливость гипотезы о равномерном и прямолинейном движении радиоизлучающего объекта - 19.

Примером реализации предложенного способа является пассивная однопозиционная угломерно-разностно-доплеровская РЛС, структурная схема которой приведена на фигуре 4, где приняты следующие обозначения:

1 - антенно-фидерная система (АФС);

2 - радиоприемная система (РПС);

3 - измеритель мощности и параметров сигналов (ИМПС);

4 - угломерное устройство (УМУ);

5 - устройство вычисления, управления и синхронизации (УВУС);

6 - устройство восстановления несущей (УВН);

7 - устройство формирования отсчетов несущей (УФОН);

8 - устройство формирования отсчетов угловых координат (УФОУК);

9 - устройство формирования отсчетов времени (УФОВ);

10 - устройство регистрации данных (УРД);

11 - измеритель приращений частоты, угловых координат и времени (ИПЧ-УК-В);

12 - вычислитель курсового угла, скорости и приращений положения (ВКУ-С-ПП);

13 - вычислитель линий положения (ВЛП).

Заявляемое устройство - пассивная однопозиционная угломерно-разностно-доплеровская РЛС - содержит (фигура 4) последовательно включенные антенно-фидерную систему и радиоприемную систему, соединенную своими первыми и вторым выходами со входами соответственно ИМПС и УМУ, выходы которых соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами УВУС.

В заявляемую РЛС дополнительно введены устройство формирования отсчетов времени, устройство восстановления несущей частоты сигнала, устройство формирования отсчетов несущей, устройство формирования отсчетов угловых координат, устройство регистрации данных, измеритель приращений частоты, угловых координат и времени, вычислитель курсового угла, скорости и приращений положения и вычислитель линий положения, причем выход устройства формирования отсчетов времени подключен к пятому входу устройства вычисления, управления и синхронизации, а шестой и седьмой выходы устройства вычисления, управления и синхронизации соединены с первым и вторым входами устройства восстановления несущей, выход которого подключен к первому входу устройства регистрации данных через устройство формирования отсчетов несущей, второй вход устройства формирования отсчетов несущей подключен к восьмому выходу устройства вычисления, управления и синхронизации, соединенному также с управляющим входом устройства формирования отсчетов угловых координат, к первому и второму сигнальным входам которого подключены девятый и десятый выходы устройства вычисления, управления и синхронизации, при этом третий и четвертый выходы устройства формирования отсчетов угловых координат соединены с одиннадцатым и двенадцатым входами устройства вычисления, управления и синхронизации, а пятый и шестой выходы устройства формирования отсчетов угловых координат - со вторым и третьим входами устройства регистрации данных, выход которого соединен с первым входом измерителя приращений частоты, угловых координат и времени, выход которого подключен ко входу вычислителя курсового угла, скорости и приращений положения, соединенного своим выходом со входом вычислителя линий положения, выход которого соединен с пятнадцатым входом устройства вычисления, управления и синхронизации, причем тринадцатый выход устройства вычисления, управления и синхронизации подключен к четвертому входу устройства регистрации данных, а четырнадцатый выход устройства вычисления, управления и синхронизации - к третьему входу измерителя приращений частоты, угловых координат и времени, второй выход которого соединен со входом данных устройства регистрации данных, а шестнадцатый выход устройства вычисления, управления и синхронизации является выходом системы.

РЛС работает следующим образом. После включения АФС 1 принимает радиосигналы, которые подаются их на вход РПС 2, где осуществляется их усиление и преобразование по частоте, а также констатируется обнаружение сигнала РИО. Напряжение с выходов РПС 2 подается параллельно на входы ИМПС 3 и УМУ 4. В ИМПС 3 определяют мощность и параметры сигнала - ширину спектра, среднюю частоту спектра сигнала и вид модуляции. В УМУ 4 определяют УК объекта и инициируют автосопровождение объекта по угловым координатам. Измеряют в моменты времени ti=iT, где i=0, 1, 2, 3, … - номера измерений, T - интервал времени между измерениями, и запоминают значения отсчетов УК (азимута β и угла места ε). Представляют результаты измерений в виде зависимостей βтек(iT), εтек(iT). Фильтруют в УВУС 5 полученные зависимости для уменьшения ошибок измерений, получая усредненные зависимости , , и используют эти зависимости в качестве первичных параметров при совместной обработке последовательных во времени измерений.

В УВН 6 восстанавливают, зная вид модуляции, несущую частоту сигнала. Измеряют в моменты времени ti=iT и запоминают значения отсчетов несущей частоты , а также текущего времени, соответствующего этим отсчетам. Представляют результаты измерений в виде зависимости . Фильтруют ее для уменьшения ошибок измерений, получая усредненную зависимость , и используют эту зависимость в качестве первичного параметра при совместной обработке последовательных во времени измерений. В УФОН 7 выбирают из зависимости и фиксируют в заданные моменты времени ti усредненные значения несущей частоты сигнала, равные

,

где - значение несущей частоты излучаемого сигнала;

- доплеровские сдвиги частоты несущей в моменты времени ti;

Vri - значения радиальной скорости объекта в те же моменты времени;

V - значения вектора скорости;

qi - значения курсового угла объекта;

λ - длина волны сигнала радиоизлучающего объекта;

c - скорость света.

Данные с выходов ИМПС 3 и УМУ 4 подаются соответственно на первый, второй, третий и четвертый входы УВУС 5. На пятый вход УВУС 5 с выхода УФОВ 9 поступают кодированные значения текущего времени код tтек и отсчеты времени tк, с использованием которых в УВУС 5 интерполируют усредненные зависимости , и получают непрерывные функции βT, εT, которые подают на первый и второй входы УФОУК 8. Аналогично в УВН 6 интерполируют усредненную зависимость и получают непрерывную функцию , которую подают на вход УФОН 7. Здесь с использованием отсчетов времени tк, поступающих на управляющий вход с восьмого выхода УВУС 5, формируют последовательность , которую с его выхода подают на первый вход УРД 10. Также в УФОУК 8, с использованием отсчетов времени tк, поступающих на управляющий вход с восьмого выхода УВУС 5, формируют последовательности βT(t), εT(t), которые с третьего и четвертого выходов УФОУК 8 подаются на одиннадцатый и двенадцатый входы УВУС 5, а с пятого и шестого выходов - на второй и третий входы УРД 10.

В УРД 10 с использованием данных о коде tтек, поступающих на четвертый вход с тринадцатого выхода УВУС 5, последовательности , βT(t), εT(t) привязывают к соответствующим значениям единого времени t0, t1, t2, …tk. Далее с выхода УРД 10 они по запросу, поступающему на управляющий вход со второго выхода ИПЧ-УК-В 11, подаются на первый вход ИПЧ-УК-В 11.

С использованием данных, поступающих на третий вход ИПЧ-УК-В 11 с четырнадцатого выхода УВУС 5, в ИПЧ-УК-В 11 формируются значения Δβ, Δε и интервалов времени прохождения объектом азимутальных секторов Δβk,n=|βkn| и угломестных секторов Δεk,n=|εkn|, равных Δtk,n=tk-tn, где - число приращений азимута или угла места, используемых при разностных вычислениях. В блоке ИПЧ-УК-В 11 определяют также значения приращений доплеровских сдвигов частоты принимаемых сигналов на интервалах Δtk,n, достаточно малых для справедливости предположения о равномерности и прямолинейности движения РИО (при движении объекта по криволинейной траектории осуществляется ее кусочно-линейная аппроксимация на интервалах Δtm>Δtk+n, n), причем его скорость составляет V, а высота равна H (горизонтальная скорость объекта VГ=V). Задавая значения k=0, 2, 4, а n=0, 2, определяют приращения доплеровских сдвигов частоты на интервалах Δt2,0, Δt4,2, Δt4,0.

Эти приращения из ИПЧ-УК-В 11 направляют на вход ВКУ-С-ПП 12, где определяют текущее значение курсового угла qkk+α, а также, используя уравнение для приращения доплеровского сдвига частоты на интервале Δt4,0, модуль горизонтальной скорости , а затем - расстояние, пройденное РИО за интервал времени Δt4,0, как .

С выхода ВКУ-С-ПП 12 данные qk, V и S подаются на блок ВЛП 13, где определяют радиус окружности, проходящей через начало координат, хордой которой является расстояние S4,0, и находят центр O' этой окружности, фиксируя точку на конце луча длиной R, проведенного из начала координат O под углом βЦ0+q4-90°, а также линии положения. Величины O', R, qk и S с выхода ВЛП 13 передаются на пятнадцатый вход УВУС 5.

В УВУС 5 вычисляют местоположение РИО как координаты точек пересечения окружности с центром O' и лучей, проведенных из начала координат под углами β0 и β4, и определяют дальности d0 и d4 из соотношения как . Затем вычисляют интерполированные dk=1,2,3 и экстраполированные dk≥4 значения дальностей на интервале сохранения гипотезы о равномерном и прямолинейном движении РИО на постоянной высоте по формулам

при k=1, 2, 3 и n=4,

при k≥4 и n=4,

после чего определяют наклонные дальности и высоты как

и ,

где и - значения косинуса и тангенса угла места в моменты tk.

Далее в УВУС 5 осуществляют построение траектории движения РИО в пространстве на начальном интервале кусочно-линейной аппроксимации, а в случае кратковременного пропадания сигнала - ее прогнозируемое значение, при этом критерием сохранения гипотезы о равномерном и прямолинейном движении радиоизлучающего объекта является выполнение неравенств

|α-αi|<Δαi, |V-Vi|<ΔVi, |H-Hi|<ΔHi,

где Δα, ΔV, ΔH - пороговые значения величин α, V, H.

Затем определяют значение угла γ пикирования (кабрирования) как , при расчете величин α, V и D в вышеприведенных формулах используют значение VГ=Vcosγ.

В момент, когда перестают выполняться неравенства |α-αi|<Δαi и |V-Vi|<ΔVi, фиксируют начало маневра объекта, после чего задают новые начальные значения азимута для следующего участка кусочно-линейной аппроксимации траектории и повторяют расчеты ее параметров α, V, D, H, необходимые для построения траектории движения РИО в пространстве.

Для оценки точностных характеристик предложенного способа получена зависимость ошибки измерения горизонтальной дальности до РИО, являющейся финишным параметром, от ошибок измерения первичных параметров, предполагая, что они подчиняются нормальному закону распределения и являются некоррелированными.

Как показано в материалах заявки, горизонтальная дальность до РИО определяется соотношением

где

;

.

После подстановки значения tgα в соотношение (1) и ряда преобразований получаем

где

;

.

Ошибку измерения горизонтальной дальности до РИО получим на основании теоремы о линеаризации функции нескольких случайных аргументов в виде

где σλ, , σΔt, - среднеквадратические ошибки (СКО) измерений соответственно длины волны сигнала передающего устройства РИО, приращения доплеровского сдвига несущей частоты принимаемого сигнала, интервала времени прохождения объектом азимутального сектора kΔβ и азимута РИО.

Методы цифровой обработки сигналов позволяют производить измерение их частотных и временных параметров с относительной погрешностью не хуже 10-5…10-7, в то время как погрешности измерения УК даже при использовании антенных систем с большой апертурой находятся в пределах 10-3…10-4. Поэтому основной вклад в ошибку измерения дальности вносят погрешности измерения УК объекта, а СКО измерения дальности

Производя дифференцирование выражения (2), определяем, что

а относительная среднеквадратическая ошибка измерения дальности

где

; ;

Вычисления, проведенные по формулам (4)-(8), показали, что при изменении величины β0 в пределах 0-90°, а Δβ в пределах 1°-2,5°, среднеквадратическая ошибка определения горизонтальной дальности практически не зависит от величины β0 и равна

,

где σβ - среднеквадратическая ошибка измерения азимута в угловых минутах.

Так, при точности измерения азимута σβ=2 угловым минутам величина .

Для оценки точностей измерений параметров движения РИО предложенным способом в зависимости от точностей измерения совокупности первичных параметров (УК, времени, доплеровских приращений несущих частот, излучаемых объектами сигналов) в Ростовском-на-Дону НИИ радиосвязи было проведено математическое моделирование предложенных способа и пассивной однопозиционной угломерно-разностно-доплеровской РЛС. При этом предполагалось, что РИО движется равномерно и прямолинейно с заданной скоростью в пределах прямой видимости по поверхности моря, суши или в воздушной среде на малой высоте, а энергии излучаемого им сигнала достаточно для обнаружения объекта, измерения его УК и параметров излучаемого сигнала с малыми ошибками.

Сначала производился расчет в функциональной зависимости от времени точных (модельных) значений координат РИО в прямоугольной системе: горизонтальной дальности, текущих значений азимута βтек и несущей частоты излучаемого сигнала, а также ее доплеровских приращений.

Затем рассчитывались зависимости βтек(t) и с учетом ошибок их измерений, осуществлялся расчет параметров движения объекта по формулам предложенного способа и определялись среднеквадратические значения ошибок измерений путевого и курсового углов движения РИО, горизонтальной скорости и дальности до объекта путем сравнения их модельных и рассчитанных значений.

В результате моделирования установлено, что при ошибках измерения азимута σβ=2 угловым минутам, частоты и времени σt=10-6 с, относительные величины ошибок измерений курсового угла q движения РИО, скорости V его движения и горизонтальной дальности d соответственно равны

Предложенный способ локации и однопозиционная РЛС для его реализации надежно функционируют в условиях приема флюктуирующих сигналов при достаточном отношении сигнал/шум, так как флюктуации влияют лишь на характеристики обнаружения и точность измерения неэнергетических параметров.

Реализация способа и устройства на его основе не встречает затруднений при современном уровне развития радиотехники и систем цифровой обработки сигналов. Возможность реализации предложенного способа обеспечивает ему критерий «промышленная применимость». При этом существует возможность измерения параметров движения РИО и в случае, если траектория движения находится в плоскости наблюдения, т.е. азимут объекта с течением времени не изменяется.

Таким образом, использование предложенного способа обеспечивает по сравнению с прототипом следующий технико-экономический эффект:

- повышена точность измерения наклонной дальности в 3-5 раз;

- достигнута возможность измерения скорости движения объекта с погрешностью (1-3)% и направления его движения (курсового угла) с погрешностью (3-5)%, что позволяет производить селекцию объектов по скорости и построение траекторий их движения;

- обеспечена работоспособность способа и устройства в условиях приема сложных модулированных флюктуирующих сигналов.

1. Способ пассивной однопозиционной угломерно-разностно-доплеровской локации перемещающегося в пространстве радиоизлучающего объекта, при котором принимают радиосигналы, констатируют обнаружение сигнала радиоизлучающего объекта и определяют его параметры - ширину спектра, среднюю частоту спектра сигнала и вид модуляции, осуществляют автосопровождение объекта по угловым координатам, измеряют в моменты времени ti=iT, где i=0, 1, 2, 3, … - номера измерений, Т - интервал времени между измерениями, и запоминают значения отсчетов угловых координат (азимута β и угла места ε), а также текущего времени, соответствующего этим отсчетам, представляют результаты измерений в виде зависимостей βтек(iT) и εтек(iT), фильтруют полученные зависимости для уменьшения ошибок измерений, получая усредненные зависимости , , и используют эти зависимости в качестве первичных параметров при совместной обработке измерений, отличающийся тем, что восстанавливают, зная вид модуляции, несущую частоту принятого сигнала, формируют в моменты времени ti и запоминают значения ее отсчетов, представляют результаты в виде зависимости , фильтруют полученную зависимость для уменьшения ошибок измерений, получая усредненную зависимость , выбирают из зависимости и фиксируют в заданные моменты времени ti значения несущей частоты сигнала, равные

где - значение несущей частоты излучаемого сигнала;

- доплеровские сдвиги частоты несущей в моменты времени ti;

Vri - значения радиальной скорости объекта в те же моменты времени;

V - значения вектора скорости;

qi - значения курсового угла объекта;

λ - длина волны сигнала радиоизлучающего объекта;

с - скорость света,

интерполируют усредненные угловые зависимости и, получая непрерывные функции β(t) и ε(t), извлекают из зависимости β(t), начиная с момента времени t0 и начального значения азимута β0, несколько значений азимута βk0+kΔβ, где - номера выбранных значений азимута, Δβ - постоянная величина, и запоминают их совместно с соответствующими значениями единого времени t0, t1, t2, …, tk, фиксируют, начиная со значения β0, значения азимута βn0+nΔβ, где - число приращений азимута, используемых при разностных вычислениях, вычисляют интервалы времени прохождения объектом азимутальных секторов , равные Δk,n=tk-tn, интерполируют усредненную частотную зависимость , получая непрерывную функцию , вычисляют приращения доплеровских сдвигов частоты принимаемых сигналов на интервалах Δtk,n, достаточно малых для справедливости предположения о равномерности и прямолинейности движения радиоизлучающего объекта со скоростью V на постоянной высоте Н, когда горизонтальная скорость объекта Vг=V (при движении объекта по криволинейной траектории осуществляется ее кусочно-линейная аппроксимация на интервалах Δtm>Δtk,n), а его положение в сферической системе координат определяется текущими значениями:

- наклонной дальности Dтeк, проекцией которой на плоскость горизонта является горизонтальная дальность dтeк;

- азимута βтек, отсчитываемого против часовой стрелки от основного направления, совпадающего с осью Ох, до вектора горизонтальной дальности dтeк;

- угла места εтек между наклонной и горизонтальной дальностями, связанными соотношением Dтек=dтeкcosεтек;

- путевого угла Q, отсчитываемого против часовой стрелки от основного направления до горизонтальной проекции вектора скорости V при постоянном значении высоты Н;

- курсового угла qтeк, отсчитываемого против часовой стрелки от горизонтальной проекции вектора скорости до вектора горизонтальной дальности, причем qтeктек+α, Q+qтeктек+180°, Q=180°-α, где α - угол между вектором скорости Vг и осью 0х; определяют горизонтальные составляющие приращений доплеровских сдвигов частоты как

находят, задавая значения k=2 и 4, n=0 и 2, приращения доплеровских сдвигов частоты на интервалах Δt2,0, Δt4,2, Δt4,0 по формулам

вычисляют величину отношения

находят, решая полученное уравнение, значение tgα и вычисляют величину угла

определяют текущее значение курсового угла qkk+α и, используя уравнение для приращения доплеровского сдвига частоты на интервале Δt4,0, модуль горизонтальной скорости , а затем - расстояние, пройденное радиоизлучающим объектом за интервал времени Δt4,0, в виде

определяют радиус окружности, проходящей через начало координат, хордой которой является расстояние S4,0, находят центр О' этой окружности, фиксируя точку на конце луча длиной R, проведенного из начала координат 0 под углом βЦ0+q4-90°, рассчитывают дальности d0 и d4 из соотношения в виде

определяя координаты радиоизлучающего объекта в моменты времени t0 и t4 как точки пересечения окружности с центром О' и лучей длиной d0 и d4, проведенных из начала координат под углами β0 и β4, вычисляют интерполированные dk=1, 2, 3 и экстраполированные dk≥4 значения дальностей на интервале сохранения гипотезы о равномерном и прямолинейном движении радиоизлучающего объекта на постоянной высоте по формулам

при k=1, 2, 3 и n=4,

при k≥4 и n=4,

определяют наклонные дальности и высоты как

и

где и - значения косинуса и тангенса угла места в моменты времени tk, осуществляют построение траектории движения радиоизлучающего объекта в пространстве на начальном интервале кусочно-линейной аппроксимации, а в случае кратковременного пропадания сигнала - ее прогнозируемое значение, при этом критерием сохранения гипотезы о равномерном и прямолинейном движении радиоизлучающего объекта является выполнение неравенств

|α-αi|<Δαi, |V-Vi|<ΔVi, |Н-Нi|<ΔНi,

где Δα, ΔV, ΔН - пороговые значения величин α, V, Н, определяющие размеры участка кусочно-линейной аппроксимации траектории, вычисляют, в случае изменения высоты радиоизлучающего объекта, при |Нkn|≥ΔН значение угла γ пикирования (кабрирования) как , а расчеты величин α, V, D производят, используя в вышеприведенных формулах значение Vг=Vcosγ, фиксируют в момент, когда перестают выполняться неравенства |α-αi|<Δαi, и |V-Vi|<ΔVi, начало маневра объекта, после чего задают новые начальные значения азимута для следующего участка кусочно-линейной аппроксимации траектории и повторяют расчеты ее параметров α, V, D, Н для построения траектории движения радиоизлучающего объекта в пространстве на интервале наблюдения.

2. Способ пассивной однопозиционной угломерно-разностно-доплеровской локации по п. 1, отличающийся тем, что в случае, если траектория движения радиоизлучающего объекта находится в плоскости наблюдения (вертикальной), т.е. азимут объекта с течением времени не изменяется (βiT=const), после получения непрерывной функции ε(t), извлекают из нее, начиная с момента времени t0, несколько значений угла места εk0+kΔε, где - номера выбранных значений угла места, отстоящих от начального значения ε0 на величины kΔε, запоминают их совместно с соответствующими значениями единого времени в моменты tk, вычисляют интервал времени прохождения объектом угломестных секторов Δεk,n=4Δε как Δt4,0=t4-t0, для n=0 и 4, фиксируют в моменты времени t0, t4 текущие значения несущей частоты сигнала радиоизлучающего объекта, равные , где , вычисляют приращение доплеровского сдвига несущей на интервале Δt4,0 как , определяют величину модуля вектора скорости радиоизлучающего объекта на интервале времени Δt4,0 как , а затем расстояние, пройденное радиоизлучающим объектом за интервал Δt4,0, как ΔS=VΔt4,0, а также радиус описывающей окружности, проходящей через начало координат, у которой хордой является расстояние ΔS, определяют центр Оʺ этой окружности, фиксируя точку на конце луча длиной R', проведенного из начала координат 0 под углом εЦ=2ε0-90°+4Δε, рассчитывают дальности до объекта из соотношения в виде , а также высоты Н0(4)=D0(4)sinε0(4), определяя координаты радиоизлучающего объекта как точки пересечения окружности с центром Оʺ и лучей длиной D0 и D4, проведенных из начала координат под углами ε0 и ε4, после чего осуществляют построение траектории движения радиоизлучающего объекта в пространстве, задавая значения угла места из ряда εтeк(ti) и повторяя расчеты значений Δti, Vi, Di, Hi по вышеприведенным формулам, проверяя при этом справедливость гипотезы о равномерном и прямолинейном движении радиоизлучающего объекта.

3. Пассивная угломерно-разностно-доплеровская радиолокационная система, содержащая последовательно включенные антенно-фидерную систему и радиоприемную систему, соединенную своим первым выходом со входом измерителя мощности и параметров сигналов, а вторым выходом - со входом угломерного устройства, выходы которых соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами устройства вычисления, управления и синхронизации, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены устройство формирования отсчетов времени, устройство восстановления несущей частоты сигнала, устройство формирования отсчетов несущей, устройство формирования отсчетов угловых координат, устройство регистрации данных, измеритель приращений частоты, угловых координат и времени, вычислитель курсового угла, скорости и приращений положения и вычислитель линий положения, причем выход устройства формирования отсчетов времени подключен к пятому входу устройства вычисления, управления и синхронизации, а шестой и седьмой выходы устройства вычисления, управления и синхронизации соединены с первым и вторым входами устройства восстановления несущей, выход которого подключен к первому входу устройства регистрации данных через устройство формирования отсчетов несущей, второй вход устройства формирования отсчетов несущей подключен к восьмому выходу устройства вычисления, управления и синхронизации, соединенному также с управляющим входом устройства формирования отсчетов угловых координат, к первому и второму сигнальным входам которого подключены девятый и десятый выходы устройства вычисления, управления и синхронизации, при этом третий и четвертый выходы устройства формирования отсчетов угловых координат соединены с одиннадцатым и двенадцатым входами устройства вычисления, управления и синхронизации, а пятый и шестой выходы устройства формирования отсчетов угловых координат - со вторым и третьим входами устройства регистрации данных, выход которого соединен с первым входом измерителя приращений частоты, угловых координат и времени, выход которого подключен ко входу вычислителя курсового угла, скорости и приращений положения, соединенного своим выходом со входом вычислителя линий положения, выход которого соединен с пятнадцатым входом устройства вычисления, управления и синхронизации, причем тринадцатый выход устройства вычисления, управления и синхронизации подключен к четвертому входу устройства регистрации данных, а четырнадцатый выход устройства вычисления, управления и синхронизации - к третьему входу измерителя приращений частоты, угловых координат и времени, второй выход которого соединен со входом данных устройства регистрации данных, а шестнадцатый выход устройства вычисления, управления и синхронизации является выходом системы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к боеприпасам, а именно к способам формирования команды срабатывания доплеровского взрывателя в условиях воздействия пассивных помех. Способ предусматривает излучение зондирующих радиоимпульсов, прием и усиление отраженных радиоимпульсов, выделение сигнала доплеровской частоты, соответствующей скорости движения цели, срабатывание взрывателя при превышении доплеровским сигналом порогового значения.

Изобретение относится к боеприпасам, а именно к способам формирования команды срабатывания доплеровского взрывателя. Способ предусматривает излучение зондирующих радиоимпульсов, прием и усиление отраженных радиоимпульсов, выделение сигнала первой доплеровской частоты F1, соответствующей скорости движения цели, срабатывание радиовзрывателя при превышении доплеровским сигналом порогового значения.

Изобретение относится к области измерений, а более конкретно к определению эталонных параметров для получения истинной скорости судна в период натурных испытаний.

Изобретение относится к метрологии физических процессов и может быть использовано в таких областях, как, например, физика элементарных частиц, астрофизика, акустика, причем тип объекта может быть любым (элементарная частица, макроскопический объект или уединенная волна типа солитона) и тип испускаемых им волн (электромагнитная волна, акустическая волна, плазменная волна) также может быть любым и в любом их комбинации.

Изобретение относится к разностно-дальномерным способам определения координат импульсных источников ионизирующих и электромагнитных излучений. Достигаемый технический результат - упрощение осуществления способа.

Изобретение относится к навигации подвижных железнодорожных объектов. Техническим результатом является обеспечение самокалибровки и самонастройки навигационных систем локомотивов.

Изобретение относится к космонавтике и может быть использовано в навигации космического аппарата (КА). Принимают измерительные сигналы с КА и квазара, обеспечивают минимальный сдвиг по времени между измерениями с КА и квазара, выбирают проекцию углового положения квазара, максимально приближенную к положению КА, и с совпадением трасс прохождения сигналов от КА и квазара к измерительной станции, определяют двухчастотным методом смещение частот сигналов, определяют погрешность в измерениях скорости КА, определяют интегральную ионизацию трассы квазар-измерительная станция, вычисляют временную задержку прохождения сигнала, равную погрешности измерения дальности, передают полученные данные в баллистический центр совместно с результатами траекторных измерений КА для расчета траектории КА.

Изобретение относится к средствам проектирования объектов самонаведения, стабилизированных вращением с многими неизвестными. Технический результат заключается в моделировании в реальном времени как цифровых, так и аналоговых форм квадратурных опорных сигналов.

Изобретение относится к области радиолокации. Техническим результатом является повышение функциональности, автономности, защищенности и надежности работы.

Изобретение относится к средствам для измерения времени прихода сигналов с двухпозиционной угловой манипуляцией на приемной позиции. Техническим результатом изобретения является повышение вычислительной эффективности и повышение точности измерения.

Изобретение относится к определению местоположения с использованием нескольких разнесенных источников излучения. Достигаемый технический результат - автоматизация процесса, повышение точности измерения.

Устройство относится к радиотехнике, а именно к антенно-фидерным устройствам СВЧ бортового радиооборудования самолетов. Техническим результатом является обеспечение кругового обзора пространства приемопередатчиком и тремя радиоприемными устройствами с трехантенной системой и улучшение энергетических характеристик коммутационно-разделительного устройства.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в приемниках для измерения времени прихода сигналов с двухпозиционной угловой манипуляцией. .

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение для автоматизации процесса измерения параметров положения вертолета на посадке и оценить пригодность подстилающей земной поверхности для безопасной посадки в автоматическом режиме. Технический результат – повышение безопасности полетов. Для этого осуществляют излучение по меньшей мере четырех разнесенных искусственных световых контрастов, создаваемых бортовыми лазерными узконаправленными источниками излучения, установленными на стабилизированной платформе, регистрируют посредством двух разнесенных цифровых фотокамер, установленных на стабилизированной платформе, определяют координаты изображений искусственных световых контрастов на фотоматрицах, вычисляют их координаты в системе координат, связанной с стабилизированной платформой. Вычисляют высоту вертолета, углы ориентации земной поверхности относительно горизонта и определяют углы, характеризующие неровность поверхности в окрестности точки посадки, что обеспечивает обоснованный выбор места для безопасной посадки. 2 ил.

В устройстве определения дальности и направления осуществляется его упрощение без уменьшения точности определения направлении благодаря введению повернутой узконаправленной антенны, отражателя, второго приемника, амплитудного селектора, блока определения малого временного интервала, вычислителя и датчика расстояния между антенной с отражателем, при этом повернутая узконаправленная антенна жестко связана с широконаправленной антенной, имеет электромагнитный вход, связанный с электромагнитным выходом отражателя, и имеет выход, соединенный через второй приемник, амплитудный селектор с первым входом блока определения малого временного интервала, имеющего второй вход и группу выходов, соответственно соединенные с выходом приемника и с первой группой входов вычислителя, имеющего вторую группу входов, соединенную с группой выходов преобразователя дальности, и имеющего третью группу входов, соединенную с группой выходов датчика расстояния между отражателем и повернутой узконаправленной антенной, и имеющего группу выходов, соединенную с группой входов индикатора. 1 ил.

Изобретение относится к разностно-дальномерным способам определения координат импульсных источников ионизирующих и электромагнитных излучений. Достигаемый технический результат – повышение точности определения местоположения источника рентгеновского излучения, устранение зависимости измерений от метеоусловий. Способ заключается в том, что при помощи устройств, установленных на космическом аппарате (спутнике), регистрируют импульсы рентгеновского излучения от источника и оптического флуоресцентного излучения, приходящего из направления в надир. Оптическое флуоресцентное излучение возникает в результате воздействия рентгеновского излучения от источника на атмосферу. Регистрируют время и направление прихода рентгеновского импульса и время прихода оптического импульса из надира. При этом измеряют угол между направлениями на источник и надиром. Измеряют разность времен прихода импульсов из направления на источник и из надира. По измеренной разности времен и по измеренному углу между направлениями на источник и в надир при известной высоте орбиты космического аппарата определяют высоту источника и дальность между космическим аппаратом и источником. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к пассивным системам радиоконтроля, и, в частности, может быть использовано для высокоточного определения с помощью летательных аппаратов координат источников радиоизлучений (ИРИ), излучающих непрерывные или квазинепрерывные сигналы. Достигаемый технический результат - снижение аппаратурных затрат при реализации способа на базе изделий функциональной электроники, а при реализации способа на базе аппаратных средств цифровой обработки сигналов - повышение быстродействия за счет уменьшения количества арифметических операций. Указанный результат достигается за счет того, что способ определения координат ИРИ заключается в приеме сигналов ИРИ на трех летательных аппаратах, их ретрансляции на центральный пункт обработки и вычислении координат ИРИ по разностям радиальных скоростей, при этом дополнительно находятся доплеровские сдвиги частоты как аргумент максимизации амплитудного спектра произведения сигнала с одного ретранслятора на сигнал с другого ретранслятора, подвергнутый комплексному сопряжению и сдвигу на временную задержку, которая определяется как аргумент максимизации модуля функции взаимной корреляции преобразованных сигналов, полученных путем перемножения исходных сигналов на эти же сигналы, подвергнутые комплексному сопряжению и временному сдвигу на интервал T, превышающий величину, обратно пропорциональную удвоенной ширине спектра сигнала.

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться в системах пассивной радиолокации, радиопеленгации и радиотехнического наблюдения для однопозиционного определения направления и скорости движения в пространстве радиоизлучающих объектов, селекции их по скорости, а также определения местоположения и траекторий движения. Достигаемый технический результат изобретения - возможность измерения направления движения РИО, величины модуля линейной скорости, наклонной дальности и траектории движении РИО. Указанный результат достигается за счет того, что восстанавливают, зная вид модуляции, несущую частоту принятого сигнала, формируют в соответствующие моменты времени и запоминают значения ее отсчетов, представляют результаты в виде соответствующей зависимости от времени, фильтруют полученную зависимость для уменьшения ошибок измерений, получая усредненную зависимость, выбирают из зависимости и фиксируют в заданные моменты времени требуемые для вычислений значения несущей частоты сигнала, интерполируют полученные усредненные угловые зависимости азимута и угла места, вычисляют интервалы времени прохождения объектом соответствующих азимутальных секторов, вычисляют приращения доплеровских сдвигов частоты принимаемых сигналов, вычисляют интерполированные и экстраполированные значения дальностей на интервале наблюдения, определяют критерий сохранения гипотезы о равномерном и прямолинейном движении РИО, определяют наклонные дальности и высоты по соответствующим формулам, на основании соответствующих вычислений строят траекторию движения РИО в пространстве на интервале наблюдения, проверяя справедливость гипотезы о равномерном и прямолинейном движении РИО, при этом устройством, реализующим способ, является угломерно-разностно-доплеровская радиолокационная система, выполненная определенным образом. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх