способ измерения скорости сближения ракеты с астероидом при встречных курсах их перемещения и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ измерения скорости сближения ракеты с астероидом при встречных курсах их перемещения, заключающийся в измерении интервала времени t между моментами обнаружения, на установленном на ракете локаторе с частотно-модулированным сигналом, двух сигналов с разностными частотами, формируемыми между моментами пролета ракетой известного интервала расстояния S=Д₁-Д _2, и вычислении скорости V=S/t сближения объектов, отличающийся тем, что разностными сигналами являются сигналы с частотой Fp ₁=(N+4)Fp и Fp₂=N(Fp=Fдо+А=2Vofo/С+Вtз), где N - число, значительно большее 1, когда между антенной РЛС и астероидом будут соответственно расстояния, соизмеримые с:

Д₁=(Fp₁-A+Fi)C/2B и Д₂=(Fp ₂-А+Fi)С/2В,

где

Fi=2Vifo/C - частота Доплера при точном сближении объектов со скоростью Vi,

Vo и С - скорость ракеты при точном сближении объектов и скорость света,

fo - частота излучаемого непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал),

В=Fmdfm - скорость изменения частоты НЛЧМ сигнала,

A=Btз - часть частоты разностного сигнала, возникающая за счет искусственной задержки на время tз излучаемого НЛЧМ сигнала,

Fm и dfm соответственно частота модуляции и девиация частоты НЛЧМ сигнала, выбираемые из условия До/Vo=fo/В, где До - известное базовое расстояние.

2. Устройство для измерения скорости сближения ракеты с астероидом при встречных курсах их перемещения, содержащее приемно-передающую антенну, выход которой, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика частотно-модулированного сигнала, а выход через последовательно соединенные фильтр разностных частот, обнаружитель сигналов узкополосного спектра частот и измеритель интервала времени - к вычислителю скорости, отличающееся тем, что передатчик формирует непрерывный сигнал с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал), а вход приемно-передающей антенны, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика НЛЧМ сигнала через элемент задержки.

Описание изобретения к патенту

Группа изобретений относится к высокоскоростной радиолокационной технике и может быть использована при создании высокоточных измерителей начальной и средней скоростей перемещения сверхскоростных объектов, в частности скорости сближения спутника с астероидом.

Наиболее просто измерить скорость сближения двух объектов посредством набора узкополосных доплеровских фильтров (РЛС обнаружения AN/FPS-50 (США)). Так при излучении с ракеты в сторону астероида непрерывного сигнала частотой fo=10 ГГц и точном приближении объектов друг к другу, например со скоростью V₂₀=20 км/с, необходимо будет на БР обнаружить сигнал с доплеровской частотой Fд=2V ₂₀fo/С=(4/3) МГц, где С - скорость света. При этом при точности измерения скорости сближения объектов в 2 м/с (например, требование для разработки: измерителей начальной скорости снарядов (патент РФ № 2250476 от 30.09.2002), комплексов активной защиты объектов (КАЗ «Дрозд»), радиовзрывателей для ракет, и т.п.) необходимо будет использовать набор узкополосных полосовых кварцевых фильтров (УПФ) с полосой пропускания f=(400/3) Гц, центральной частотой порядка fц=(4/3) МГц и стабильностью Гц не менее 10^-5, реализовать который (набор из 100÷1000 УПФ) весьма проблематично.

Известна РЛС измерения начальной скорости снаряда с использованием способа определения моментов пролета снарядом начала и конца известного интервала расстояния [патент 2367975, RU, G01S 13/58], содержащая антенну, вход которой, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно спадающему закону, а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика, а выход через последовательно соединенные фильтр разностных частот, обнаружитель сигналов узкополосного спектра частот, измеритель интервала времени - к вычислителю начальной скорости снаряда

Известный измеритель, при использовании в нем непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону, позволяет сформировать импульс-команды на выходе обнаружителя сигналов узкополосного спектра частот в момент возникновения и обнаружения на нем разностных сигналов частотой Fдо=2Vofo/С и 3Fдо, когда между его антенной и приближающейся к ней со скоростью Vi целью будут расстояния D₁=Do+(Vi/Vo)Do и D₂=3Do+(Vi/Vo)Do,

где Do и Vo - выбираемые из условия Do/Vo=fo/Fmdfm постоянные базовое расстояние и скорость;

fo, Fm и dfm - соответственно средняя частота, частота модуляции и девиация частоты излучаемого сигнала.

Причем интервал расстояния D₂-D₁=2Do, независимо от скорости сближения объектов, всегда будет постоянным. А значит, интервал времени ti между формированиями импульс-команд будет пропорционален скорости сближения объектов. То есть можно утверждать, что Vi=2Do/ti.

Пусть для реализации известного измерителя взят, например, локатор с параметрами НЛЧМ сигнала (Fm=142,8 кГц, dfm=350×MГц, fo=100 ГГц), взятыми при Do/Vo=0,3 м/(150 м/c) и Vi=20 км/c, а также опорный сигнал для смесителя в обнаружителе Fоп=100 кГц. Тогда на выходе данного локатора импульс-команда будет сформирована при пролете целью точек пространства в D₁=40,3 и D₂=40,9 метрах от антенны РЛС. При этом величина частоты преобразованного разностного сигнала при выдаче импульс-команд определится величиной Fдо=100 кГц, т.е. в 1,428 раза меньше, чем частота модуляции Fm. Очевидно, что обнаружить в данном случае преобразованный разностный сигнал невозможно. То есть недостатком известного измерителя является его низкая надежность, определяемая ненадежностью обнаружения сверхскоростных целей.

Целью изобретения является повышение надежности измерения скорости сближения сверхскоростных объектов.

Поставленная цель достигается за счет осуществления искусственной задержки излучаемого НЛЧМ сигнала, что позволяет существенно повысить частоту разностного сигнала и соответственно повысить надежность его обнаружения.

Измерение скорости сближения ракеты с астероидом при встречных курсах их перемещения заключается в измерении интервала времени t между моментами обнаружения, на установленном на ракете локаторе с частотно-модулированным сигналом, двух сигналов с разностными частотами, формируемыми между моментами пролета ракетой известного интервала расстояния S=Д₁-Д_2, и вычислении скорости V=S/t сближения объектов, при этом разностными сигналами являются сигналы с частотой

Fp₁=(N+4)Fp и Fp₂=N(Fp=Fдo+A=2Vofo/C+Btз), где N - число, значительно большее 1, когда между антенной РЛС и астероидом будут соответственно расстояния, соизмеримые с:

Д₁=(Fp₁-A+Fi)C/2B и Д₂ =(Fp₂-А+Р1)С/2В,

где

Fi=2Vifo/C - частота Доплера при точном сближении объектов со скоростью Vi, Vo и С - скорость ракеты при точном сближении объектов и скорость света, fo - частота излучаемого непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал), В=Fmdfm - скорость изменения частоты НЛЧМ сигнала, A=Btз - часть частоты разностного сигнала, возникающая за счет искусственной задержки на время tз излучаемого НЛЧМ сигнала, Fm и dfm соответственно частота модуляции и девиация частоты НЛЧМ сигнала, выбираемые из условия До/Vo=fo/В, где До - известное базовое расстояние.

Устройство для измерения скорости сближения ракеты с астероидом при встречных курсах их перемещения содержит: приемно-передающую антенну, выход которой, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика частотно-модулированного сигнала, а выход через последовательно соединенные фильтр разностных частот, обнаружитель сигналов узкополосного спектра частот и измеритель интервала времени - к вычислителю скорости, при этом передатчик формирует непрерывный сигнал с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал), а вход приемно-передающей антенны, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика НЛЧМ сигнала через элемент задержки.

Рассмотрим, в том числе на примере, работу устройства для измерения скорости сближения ракеты с астероидом при встречных курсах их перемещения.

Пусть через приемно-передающую антенну излучают формируемый передатчиком и задержанный на время tз×10 ^-8 c элементом задержки НЛЧМ сигнал, с параметрами сигнала, например, Fm=10⁶ Гц, dfm=5×10⁷ Гц, fo=100 ГГц, выбранными при Do=0,3 м, Vo=150 м/с и До/Vo=fo/Fm×dfm=0,002 с, а также при скорости сближения объектов Vi=20 км/с, опорным сигналом, например, foп=31,2 МГц, поступающими на смеситель в обнаружителе сигнала узкополосного спектра частот, и при: 2B=2Fmdfm=10 ¹⁴ Гц, A=Btз=2,5×l0⁶ Гц, N=10, Fp₁ =36,4×10⁶ Гц, Fp₂=26×10⁶ Гц, Fi=(40/3)×10⁶ Гц.

Тогда если ракета и астероид будут со скоростью 20 км/с точно приближаться друг к другу и находиться друг от друга (антенна от астероида) на удалении:

Д₁=[Fp₁-A+Fi]C/2B=[36,4×l0 ⁶-2,5×l0⁶+(40/3)×l0⁶](3×l0 ⁸м/c)/10¹⁴=141,7 м или Д₂=[Fp ₂-A+Fi]C/2B=[26×10⁶-2,5×10⁶ +(40/3)×10⁶](3×10⁸ м/с)/10 ¹⁴=110,5 м, то в смесителе будут формироваться разностные сигналы с частотами: Fp₁=(N+4)Fp=36,4 МГц и Fp ₂=NFp=26 МГц, которые выделятся фильтром разностных частот, выполняющим в основном роль подавления суммарных частот преобразования, входных сигналов и сигнала гетеродина, а на выходе смесителя в обнаружителе узкополосного спектра частот будет выделяться преобразованный разностный сигнал частотой 5,2МГц. При этом при выполнении условий:

А+(2Д₁×Fmdfm/С)-(2Vi×fo/С)=Fp ₁ и A+(2Д₂×Fmdfm/C)-(2Vi×fo/C)=Fp ₂ на выходе обнаружителя узкополосного спектра частот будут сформированы две импульс-команды, через интервал времени t=(Д ₁-Д₂)/Vi=0,00156 с, информация о длительности которого, после измерения в измерителе интервала времени, поступит в вычислитель скорости, осуществляющий вычисление выражения

Vi=(Д₁-Д₂)/t,

то есть вычисление скорости сближения ракеты с астероидом.

Таким образом, можно утверждать, что за счет проведения искусственной задержки НЛЧМ сигнала величина частоты преобразованного разностного сигнала будет повышена в 5,2 МГц/200 кГц=26 раз, что позволяет, очевидно, более надежно обнаружить разностный сигнал при сближения сверхскоростных объектов.