способ определения дальности до источника радиоизлучения и скорости сближения летательного аппарата с ним

Формула изобретения

Способ определения дальности до источника радиоизлучения и скорости сближения летательного аппарата с ним, заключающийся в том, что в момент времени t₁ принимают радиосигналы от источника радиоизлучений (ИРИ) и измеряют значения углов поворота антенны в горизонтальной _ar и вертикальной _ав плоскостях,

по принятым радиосигналам и измеренным значениям углов поворота антенны оценивают значения углов пеленга ИРИ , и угловых скоростей его линии визирования , в двух упомянутых плоскостях,

по оцененным значениям углов пеленга ИРИ и угловых скоростей его линии визирования вычисляют экстраполированные значения углов пеленга ИРИ _эг и _эв на следующий такт обработки сигналов, по экстраполированным значениям углов пеленга ИРИ _эг и _эв и значениям углов поворота антенны _аг и _ав формируют сигналы для управления антенной, по которым ее устанавливают в направление на ИРИ, отличающийся тем, что измеряют частоту повторения импульсов F_п принятых радиосигналов и, если частота повторения импульсов F_п принятых радиосигналов низкая или средняя, то:

в момент времени t₂=t₁+t, где t - временной интервал обработки измерений, измеряют значения углов поворота антенны в горизонтальной _aг и вертикальной _ав плоскостях, скорость V летательного аппарата и снова принимают радиосигналы от ИРИ,

по принятым радиосигналам и измеренным значениям углов поворота антенны оценивают значения углов пеленга ИРИ , и угловых скоростей линии визирования , в соответствующих плоскостях,

измеряют значение скорости V летательного аппарата, вычисляют дальность Д до ИРИ по формуле

оцененные значения углов пеленга ИРИ , угловых скоростей линии визирования , и дальности Д выдают потребителям информации,

а, если частота повторения импульсов F_п принятых радиосигналов высокая, то:

измеряют максимальное Т_макс и минимальное Т_мин значения периода повторения импульсов принятых радиосигналов, а также длительность цикла Т_ц изменения периода повторения этих импульсов, вычисляют дальность до ИРИ Д и скорость сближения с ИРИ V_cб по формулам

где С - скорость распространения электромагнитных волн, а символ INT означает операцию округления до целого полученного в фигурных скобках числа,

вычисленные значения дальности Д и скорости сближения V_cб фильтруют, формируя их оцененные значения и ,

оцененные значения углов пеленга ИРИ , , угловых скоростей линии визирования , , дальности и скорости сближения выдают потребителям информации, затем вышеописанный процесс повторяют.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиолокации, в частности, к пассивным радиолокационным системам (ПРЛС), предназначенным для обнаружения источников радиоизлучения (ИРИ), определения угловых координат ИРИ, дальности до них и скорости сближения с ними.

Известны способы определения координат ИРИ с помощью радиолокационных систем (РЛС), работающих в пассивном режиме, называемом режимом пеленгации излучений [1, с.494-496; 2, с.12-43; 3, с.8-19] и способы определения местоположения ИРИ, описанные в литературе [4, с.67-69] и классифицируемые как разностно-дальномерный, разностно-частотный и пеленгационный способы. Недостатками этих способов являются: необходимость наличия как минимум двух пунктов приема сигналов и системы передачи данных с одного летательного аппарата (ЛА) на другой и обратно для отождествления пеленгов ИРИ, а также либо низкая точность определения дальности до ИРИ и скорости сближения с ним, либо большое время измерения координат.

Также известны способы определения дальности до ИРИ на одном ЛА, которые основаны на угловых измерениях, выполняемых последовательно во времени [3, с.8-19]. Погрешность определения дальности до ИРИ при этих способах достигает 25% от измеряемой дальности до ИРИ. Без специального маневра ЛА такие способы практически непригодны. Для получения удовлетворительной точности необходимо значительное (десятки секунд) время, затрачиваемое на определение дальности до ИРИ.

Известен способ определения дальности до ИРИ и скорости сближения с ИРИ [5], основанный на использовании кинематических соотношений, связывающих относительное движение ЛА и неманеврирующего ИРИ. Недостатками указанного способа являются: недопустимо большие ошибки определения дальности и скорости сближения при маневрировании ИРИ и необходимость выполнения специального маневра ЛА носителем ПРЛС.

Из известных технических решений наиболее близким (прототипом) является пассивный триангуляционный способ определения дальности до движущегося источника радиоизлучения [6, с.459-460], состоящий в том, что на ЛА для определения дальности до ИРИ выполняют следующее:

- в момент времени t₁ принимают радиосигналы от ИРИ и измеряют значения углов поворота антенны в горизонтальной _аги и вертикальной _ави плоскостях (здесь и далее подстрочные символы “г” и “в” обозначают, что тот или иной параметр принадлежит соответственно к горизонтальной и вертикальной плоскости);

- по принятым радиосигналам и измеренным значениям углов поворота антенны оценивают значения углов пеленга ИРИ , и угловых скоростей линии визирования , в соответствующих плоскостях;

- по формулам

вычисляют экстраполированные на время t₂ =t₁+t, где t - временной интервал обработки принимаемых от ПРИ радиосигналов, значения углов пеленга ИРИ в горизонтальной _эг и вертикальной _эв плоскостях, которые запоминают;

- по экстраполированным значениям углов пеленга ИРИ _эг, _эв формируют в обеих плоскостях сигналы управления антенной u_aг, u_aв для обеспечения сопровождения ИРИ по направлению;

- значения оценок углов пеленга ИРИ , и угловых скоростей линии визирования и , выдают потребителям информации;

- в момент времени t ₂ снова принимают радиосигналы от ИРИ, измеряют значения углов поворота антенны в горизонтальной _аги и вертикальной _ави плоскостях и измеряют скорость ЛА V;

- по принятым радиосигналам и измеренным значениям углов поворота антенны снова оценивают значения углов пеленга ИРИ , и угловых скоростей линии визирования , в соответствующих плоскостях;

- вычисляют дальность Д до ИРИ по формуле

- оцененные значения углов пеленга ИРИ , , угловых скоростей линии визирования , и дальности Д выдают потребителям информации.

Недостатками указанного способа являются: большое (несколько десятков секунд) время, затрачиваемое на определение дальности до ИРИ, большая ошибка определения дальности до ИРИ и невозможность измерения скорости сближения ЛА с ИРИ.

Таким образом, задачей изобретения является существенное снижение времени, затрачиваемого на определение дальности до ИРИ, излучающего импульсные радиосигналы с высокой частотой повторения импульсов (ВЧПИ), повышение точности определения дальности до ИРИ и определение скорости сближения с ним.

Поставленная задача достигается тем, что наряду с оцениванием значений углов пеленга ИРИ и угловых скоростей линии визирования измеряют частоту повторения импульсов F_п принятых радиосигналов, максимальное Т_макс и минимальное Т _мин значения периода повторения импульсов этих радиосигналов, а также длительность цикла Т_ц изменения периода повторения этих импульсов, которые используют как для вычисления дальности до ИРИ и скорости сближения с ним, так и для получения их оцененных значений.

Согласно предлагаемому способу выполняют следующее:

- в момент времени t₁ принимают радиосигналы от ИРИ и измеряют значения углов поворота антенны в горизонтальной _aг и вертикальной _ав плоскостях;

- по принятым радиосигналам и измеренным значениям углов поворота антенны известным способом, например приведенным в [7, стр.289-298; 8], оценивают значения углов пеленга ИРИ , и угловых скоростей его линии визирования , в двух плоскостях;

- по оцененным значениям углов пеленга ПРИ и угловых скоростей его линии визирования известным способом, например приведенным в [6, с.459-460; 8], вычисляют экстраполированные значения углов пеленга ИРИ _эг и _эв на следующий такт обработки сигналов, по которым любым из известных способов, например, приведенным в [6, стр.459-460; 8], формируют сигналы управления антенной для ее установки в направлении на ИРИ;

- экстраполированные значения углов пеленга ИРИ _эг и _эв запоминают;

- измеряют частоту повторения импульсов F_п принятых радиосигналов и,

- если частота повторения импульсов F_п принятых радиосигналов низкая или средняя, выполняют следующее [6, с.459-460]:

- в момент времени t₂=t₁+t, где t - временной интервал обработки принимаемых от ИРИ радиосигналов, измеряют скорость ЛА V, значения углов поворота антенны в горизонтальной _аг и вертикальной _ав плоскостях и принимают радиосигналы от ИРИ;

- по принятым радиосигналам и измеренным значениям углов поворота антенны оценивают значения углов пеленга ИРИ , и угловых скоростей линии визирования , в соответствующих плоскостях;

- измеряют значение скорости ЛА V;

- вычисляют дальность Д до ПРИ по формуле

- оцененные значения углов пеленга ИРИ , , угловых скоростей линии визирования , и дальности Д выдают потребителям информации;

- если частота повторения импульсов F_п принятых радиосигналов высокая, то:

- измеряют максимальное Т_макс и минимальное Т_мин значения периода повторения импульсов принятых радиосигналов, а также длительность цикла Т_ц изменения периода повторения этих импульсов;

- вычисляют дальность до ИРИ Д и скорость сближения с ИРИ V_сб по формулам

где С - скорость распространения электромагнитных волн, а символ INT означает операцию округления до целого полученного в фигурных скобках числа. (Вывод формул (2) и (3) приведен в Приложении);

- вычисленные значения дальности Д и скорости сближения V_сб известным способом, например приведенным в [7, с.231], фильтруют, формируя их оцененные значения и ;

- оцененные значения углов пеленга ИРИ , , угловых скоростей линии визирования , , дальности и скорости сближения выдают потребителям информации.

Далее через интервал времени t, описанные действия повторяют.

Для лучшего понимания предлагаемого способа как процесса выполнения действий над материальным объектом с помощью материальных средств и подтверждения возможности осуществления заявляемого изобретения на фиг.1 представлена структурная схема измерителя дальности до ИРИ и скорости сближения с ним (ИДиС), где:

1 - пеленгатор;

2 - первый вычислитель;

3 - измеритель параметров радиосигналов;

4 - датчик воздушной скорости (ДВС);

5 - второй вычислитель;

6 - синхронизатор;

7 - обнаружитель;

8 - запоминающее устройство (ЗУ);

9 - потребители информации;

10 - коммутатор;

11 - третий вычислитель.

На данной фигуре символом ИРИ обозначен источник радиоизлучения.

Пеленгатор 1 с входящими в его состав антенной, моноимпульсным устройством суммарно-разностной обработки сигналов, приемным устройством, цифроаналоговым преобразователем, приводом антенны и датчиками углового положения антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях, построен известным способом [8]. Он по принятым от ИРИ радиосигналам формирует два нормированных сигнала ошибки пеленгации _г/ и _в/е в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно и суммарный сигнал .

Каждый из вычислителей реализован в типовой электронно-вычислительной машине общего назначения, входящей в настоящее время в состав любой радиолокационной станции.

Измеритель параметров радиосигналов 3 - типовой измеритель временных интервалов, предназначенный для измерения частоты повторения импульсов F_п принятых радиосигналов, максимального Т_макс и минимального Т_мин значений периода повторения импульсов принятых радиосигналов, а также длительности цикла Т_ц изменения периода повторения этих импульсов.

Синхронизатор 6 - типовое синхронизирующее устройство, вырабатывающее видеоимпульсы, являющиеся синхроимпульсами для всех блоков ИДиС.

Обнаружитель 7 - типовой обнаружитель сигналов, обеспечивающий обнаружение сигналов с высокой частотой повторения импульсов.

ЗУ 8 - типовое запоминающее устройство.

Коммутатор 10 - типовое коммутирующее устройство, которое при наличии управляющего сигнала u_yпp на его коммутируемом входе коммутирует сигналы с его второго и третьего входов на первый и второй выходы соответственно, а при отсутствии управляющего сигнала u_yпp - с его первого входа на первый выход. Входы и выходы коммутатора на фигуре обозначены цифрами.

ИДиС, в котором реализован заявленный способ определения дальности до ИРИ и скорости сближения с ним, работает следующим образом.

В ЗУ 8 вводят значения: t - интервала обработки сигналов; С - скорости света; _д, _v, , - постоянные коэффициенты усиления в -, -фильтрах “дальность - скорость” ( _д, _v) и “угол - угловая скорость линии визирования” (, ) [9].

В момент времени t₁ с помощью пеленгатора 1 принимают радиосигналы от ИРИ и по ним формируют суммарный сигнал и нормированные сигналы ошибок пеленгации _г/ и _в/ для горизонтальной и вертикальной плоскостей соответственно. Последние подают в первый вычислитель 2.

С помощью датчиков углового положения, расположенных в пеленгаторе 1, измеряют значения углов поворота антенны _aг и _ав в соответствующих плоскостях и подают их в первый вычислитель 2.

В первом вычислителе 2 по разностным сигналам _г/ и _в/ и по значениям углов поворота антенны _aг, _ав на основе алгоритмов -, -фильтрации [9] определяют оцененные значения углов пеленга , ИРИ, угловых скоростей линии визирования , , а также экстраполированные на время t₂=t₁ +t значения углов пеленга _эг, _эв ИРИ в горизонтальной и вертикальной плоскостях по формулам:

где , - постоянные коэффициенты усиления, значения которых во второй вычислитель 2 подают из ЗУ 8; _Г0 и _в0 - значения пеленгов ИРИ в начальный момент времени работы ИДиС, вводимые во второй вычислитель 2 из ЗУ 8 в виде целеуказаний; t - интервал обработки сигналов, значение которого подают во второй вычислитель 2 из ЗУ 8; k - дискретные моменты времени (такты) работы ИДиС.

Здесь же по формулам

u_аг = _эг- _аг;

u_ав= _эв- _ав

определяют сигналы управления антенной u_aг и u_aв, которые подают в пеленгатор 1, где их преобразуют в аналоговую форму и подают на привод управления антенной, который поворачивает антенну пеленгатора 1 в направление ИРИ.

Экстраполированные значения углов пеленга _эг, _эв ИРИ с выхода первого вычислителя 2 выдают в ЗУ 8, где их запоминают.

С помощью измерителя параметров радиосигналов 3 по суммарному сигналу , подаваемому из пеленгатора 1, известным способом, например описанным в [2, с.12-43], измеряют значение частоты повторения импульсов F_п принятых радиосигналов, максимальное Т_макс и минимальное Т_мин значения периода повторения импульсов принятых радиосигналов, а также длительность цикла Т_ц изменения периода повторения этих импульсов.

Значение частоты повторения импульсов F_п принятых радиосигналов подают в обнаружитель 7, где по ней известным способом, например описанным в [2, с.12-43], определяют принадлежность принятого радиосигнала к типу сигналов с высокой частотой повторения импульсов (ВЧПИ). Если принятый радиосигнал - сигнал с ВЧПИ, то в обнаружителе 7 формируют управляющий сигнал u_yпp в виде постоянного напряжения, который подают на синхронизатор 6 и на коммутирующий вход коммутатора 10;

иначе (то есть если сигнал с низкой частотой повторения импульсов (НЧПИ) или со средней частотой повторения импульсов (СЧПИ)) - управляющий сигнал u_yпp не формируют, то есть u_yпp=0.

При отсутствии управляющего сигнала (то есть при u _yпp=0) на входе синхронизатора 6 последний обеспечивает выполнение следующих операций:

- через временной интервал t, прошедший после момента времени t₁, с помощью пеленгатора 1 снова принимают радиосигналы от ПРИ, по которым формируют суммарный сигнал и нормированные сигналы ошибок пеленгации _г/ и _в/ для горизонтальной и вертикальной плоскостей соответственно. Последние подают в первый вычислитель 2;

- с помощью датчиков углового положения, расположенных в пеленгаторе 1, измеряют значения углов поворота антенны _aг и _ав в соответствующих плоскостях, которые подают в первый вычислитель 2;

- в первом вычислителе 2 по разностным сигналам _г/ и _в/ и по измеренным значениям углов _aг, _ав снова оценивают значения углов пеленга , ИРИ и угловых скоростей линии визирования , и определяют экстраполированные значения углов пеленга _эг, _эв ИРИ на следующий такт обработки сигналов;

- там же по экстраполированным значениям углов пеленга _эг, _эв ИРИ и измеренным значениям углов поворота антенны _aг и _ав снова определяют сигналы управления антенной u _aг и u_aв, которые подают в пеленгатор 1, где их преобразуют в аналоговую форму и подают на привод управления антенной, который поворачивает антенну пеленгатора 1 в направление ИРИ;

- оцененное значение угла пеленга ИРИ подают во второй вычислитель 5;

- из ЗУ 8 во второй вычислитель 5 подают экстраполированное значение угла пеленга _эг ИРИ и значение временного интервала t;

- с помощью ДВС 4 измеряют значение скорости ЛА V и подают его во второй вычислитель 5;

- во втором вычислителе 5 по формуле (1) вычисляют значение дальности Д до ИРИ, которое подают на первый вход коммутатора 10 и через его первый выход потребителям информации 9;

- оцененные значения углов пеленга ИРИ , , угловых скоростей линии визирования , с выхода первого вычислителя 2 выдают потребителям информации 9;

- экстраполированные значения углов пеленга _эг, _эв ИРИ подают в ЗУ 8, где их запоминают.

При наличии управляющего сигнала u_yпp на входе синхронизатора 6 последний обеспечивает выполнение следующих операций:

- с выхода измерителя параметров радиосигналов 3 измеренные значения максимального Т_макс и минимального Т_мин периодов повторения импульсов принятых радиосигналов и значение длительности цикла Т_ц изменения периода повторения этих импульсов подают в третий вычислитель 11, куда также из ЗУ 8 подают значения константы С, постоянных коэффициентов _д, _v и временного интервала t;

- в третьем вычислителе 11 по формулам (2) и (3) вычисляют значения дальности Д до ИРИ и скорости сближения V_cб с ним;

- здесь же вычисляют оцененные значения дальности до ИРИ и скорости сближения с ним по формулам

где Д_э - экстраполированное на k-й такт значение дальности; Д(k) - значение дальности, вычисленное по формуле (2) на k-м такте; _д, _v - постоянные коэффициенты усиления; Д₀ и V_cб0 - значения дальности и скорости сближения соответственно в начальный момент времени работы ИДиС. Если значения дальности Д₀ и скорости сближения V_сб0 известны от других источников информации, то они вводятся в ЗУ 8 после включения ИДиС от этих источников. Если их значения не известны до начала работы ИДиС, то два первых после включения такта ИДиС работают при условии, что управляющий сигнал U _ynp в обнаружителе 7 не сформирован. В этом случае по формуле (1) ИДиС осуществляет грубое измерение значения дальности Д, которое и используется на третьем такте как значение Д_э (0), а значение V_сб0 приравнивают нулю;

- оцененные значения дальности до ИРИ и скорости сближения с выхода третьего вычислителя 11 подают соответственно на второй и третий входы коммутатора 10 и через его первый и второй выходы потребителям информации 9;

- оцененные значения углов пеленга ИРИ , , угловых скоростей линии визирования , с выхода первого вычислителя 2 выдают потребителям информации 9;

- экстраполированное значение дальности Д_э из третьего вычислителя 11 подают в ЗУ 8, где его запоминают.

Затем процесс определения дальности до ИРИ и скорости сближения с ним повторяют.

Использование заявленного способа не предъявляет дополнительных требований к существующим пеленгаторам, измерителям временных параметров принимаемого сигнала, а также к принципам построения вычислителей, поэтому он может быть реализован в большинстве из них.

Использование изобретения обеспечит высокую точность определения дальности до ИРИ, использующего импульсные сигналы с ВЧПИ, высокую точность определения скорости сближения ИРИ и, кроме того, существенно, в десятки раз по сравнению с прототипом, уменьшит время, требуемое для определения дальности до ИРИ и скорости сближения с ним.

Использованная литература

1. Теоретические основы радиолокации. / Под ред. Ширмана Я.Д. - М.: Сов. радио, 1970.

2. Цветнов В.В., Демин В.П., Куприянов А.И. Радиоэлектронная борьба: радиоразведка и радиопротиводействие. - М.: Изд-во МАИ, 1998.

3. Дрогалин В.В., Дудник П.И., Канащенков и др. Определение координат и параметров движения источников радиоизлучений по угломерным данным в однопозиционных бортовых радиолокационных системах. Радиотехника, 2002, № 4.

4. Южаков В.В. Современные методы определения местоположения источников электромагнитного излучения. Зарубежная радиоэлектроника, 1987, № 8.

5. Патент США, № 3982246, кл.343-112, 1976 г.

6. George W. Stimson. Introduction to airborne radar. Second edition. - SciTech Publishing, Inc. Mendham, New Jersey, 1998.

7. Меркулов В.И., Лепин В.Н. Авиационные системы радиоуправления, ч.1, 2. - М.: Радио и связь, 1996.

8. Патент США № 5014064, кл. G 01 S 13/00 или 342-152, 07.05.1991.

9. Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. - М.: Радио и связь, 1986, стр.166.