Способ определения эффективной площади рассеяния воздушных объектов бортовой радиолокационной станцией

Изобретение относится к радиолокации, в частности к способам определения эффективной площади рассеяния объектов, и может быть использовано для расчета эффективной площади рассеяния летательных аппаратов в полете штатными средствами радиолокационных станций.

Известен способ измерения эффективной площади рассеяния объекта и радиолокационная станция для его реализации [RU 2217774, МПК G01S 13/00, опубл. 10.07.2003], заключающийся в излучении зондирующего сигнала, измерении мощности P_m, принимаемого отраженного от объекта сигнала, измерении дальности R до объекта. Причем производят, по крайней мере, два дополнительных излучения сигнала и измерения мощностей P₁, Р₂ принимаемых отраженных сигналов в окрестности на правления на объект. Вычисляют мощность Р_п сигнала, которая соответствует положению максимума диаграммы направленности антенны (ДНА), при независимых флюктуациях сигналов, отраженных от объекта, по формуле

Р_п=Р_ε⋅Р_β,

где

;

P_m - мощность принимаемого сигнала при измерении;

- мощность собственных шумов;

Δε, Δβ - шаг луча по углу места и азимуту соответственно, нормированный к соответствующей ширине луча по уровню половинной мощности; α=5,56 - коэффициент, определяющий крутизну экспоненты, описывающей форму главного луча ДНА, и вычисление эффективной площади рассеяния из выражения , где Р_ЗС - мощность зондирующего сигнала; Р_п - мощность принимаемого сигнала; G - коэффициент усиления антенны; λ - длина волны; R - дальность до объекта, при этом излучения зондирующего сигнал проводят с достаточно малой задержкой, исключающей искажения результатов измерения при перемещении объекта.

Однако известный способ не может быть использован для определения эффективной площади рассеяния летательного аппарата в полете с точностью, достаточной для проведения классификации цели по классам размерности, поскольку в реальной воздушной обстановке не обеспечивается возможность выполнить сканирование характеристик отражения объекта во всем диапазоне углов горизонтального ракурса, а данных единичного измерения без учета пространственного положения наблюдаемого ЛА недостаточно.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является «Способ измерения эффективной площади рассеяния» [RU 2066050, МПК G01N 21/00, опубл. 27.08.1996], заключающийся в том, что объект облучают импульсным излучением, измеряют дальность от излучателя до объекта, мощность излучаемого и отраженного от объекта сигналов, находят значение эффективной площади рассеяния по уравнению дальности локации. С целью обеспечения измерения эффективной площади рассеяния всей площади объекта в оптическом диапазоне длин волн дополнительно измеряют метеорологическую дальность видимости, в момент облучения объекта его угол места рассчитывают коэффициент пропускания атмосферы с учетом метеорологической дальности видимости, дальности от излучателя до объекта и угла места объекта. Далее последовательно увеличивают дальность до объекта с выполнением всех выше указанных операций, находят значение эффективной площади рассеяния для каждой дальности от излучателя до объекта по уравнению дальности локации с учетом коэффициента пропускания атмосферы, аппроксимируют полученный ряд значений эффективной площади рассеяния эталонной зависимостью , где D - дальность от излучателя до объекта; S(D) - значение эффективной площади рассеяния для каждой дальности от излучателя до объекта; А и В коэффициенты аппроксимации, и величину эффективной площади рассеяния всей площади объекта находят из зависимости S=A⋅B².

Недостатком указанного решения является недостаточная точность определения эффективной площади рассеяния для классификации цели по критерию «большая», «средняя», «малая», поскольку эффективная площадь рассеяния летательного аппарата сложной геометрической формы представляет собой сильно флюктуирующую величину в зависимости от угла горизонтального ракурса, под которым наблюдается летательный аппарат. Учитывая то, что согласно данным, полученным в ходе экспериментов [Рассеяние электромагнитных волн воздушными и наземными радиолокационными объектами: монография / О.И. Сухаревский, В.А. Василец, С.В. Кукобко и др. // Под ред. О.И. Сухаревского. - Харьков: ХУПС, 2009. - с. 261-368], значения эффективной площади рассеяния летательного аппарата при его облучении спереди или сбоку могут отличаться на один и даже более порядков данный способ не позволяет получить достаточно точную оценку величины эффективной площади рассеяния летательного аппарата для классификации его по размеру.

Задачей изобретения является повышение точности измерения эффективной площади рассеяния воздушного объекта в полете.

Техническим результатом предлагаемого способа является определение значения эффективной площади рассеяния воздушных объектов для их классификации по критериям размерности «большая», «средняя», «малая».

Сущность изобретения заключается в том, что облучают зондирующим сигналом воздушный объект, принимают отраженный сигнал, измеряют мощность излучаемого сигнала, дальность до воздушного объекта.

Новым в заявляемом способе измерения эффективной площади рассеяния воздушного объекта бортовой радиолокационной станцией является то, что дополнительно измеряют значение угла горизонтального ракурса воздушного объекта, измеряют амплитуду принятого сигнала, сравнивают амплитуду принятого сигнала с заранее заданным порогом, при превышении амплитудой принятого сигнала заранее заданного порога записывают в запоминающее устройство измеренные значения мощности излучаемого сигнала, дальности до воздушного объекта, угла горизонтального ракурса воздушного объекта, амплитуды принятого сигнала. Затем повторяют указанные выше операции до накопления в запоминающем устройстве массива, состоящего не менее чем из пяти измеренных значений мощности излученного сигнала, дальности до воздушного объекта, угла горизонтального ракурса воздушного объекта и амплитуды принятого сигнала, рассчитывают массив значений эффективной площади рассеяния воздушного объекта σ для каждого из запомненных измерений по формуле

,

где А - амплитуда сигнала;

D - дальность до воздушного объекта;

Pi - выходная мощность передатчика БРЛС;

К - коэффициент, зависящий от параметров бортовой радиолокационной станции;

n - номер измерения.

Используя полученный массив значений эффективной площади рассеяния воздушного объекта σ и измеренный с ними массив значений угла ракурса воздушного объекта ϕ, находят минимальное и максимальное значения углов ракурса ϕ_min и ϕ_max, определяют диапазон изменения угла горизонтального ракурса Δϕ=[ϕ_min, ϕ_max], затем определяют среднее значение эффективной площади рассеяния воздушного объекта в измеренном диапазоне углов горизонтального ракурса Δϕ, после чего на основании полученного значения эффективной поверхности рассеяния проводят классификацию цели по заранее заданным критериям отнесения воздушного объекта к классам размерности «большая», «средняя», «малая».

На чертеже схематично представлена схема облучения воздушного объекта бортовой радиолокационной станцией, где Vc - вектор скорости воздушного объекта (цели), ϕ - угол горизонтального ракурса, γ - угол места воздушного объекта (цели).

Работу способа измерения эффективной площади рассеяния воздушного объекта покажем на примере бортовой радиолокационной станции (БРЛС), установленной на самолете-носителе, и воздушного объекта (цели). Пример выполнения такой радиолокационной станции приведен в книге [Радиолокационные системы многофункциональных самолетов. Т.1. РЛС - информационная основа боевых действий многофункциональных самолетов. Системы и алгоритмы первичной обработки радиолокационных сигналов. / Под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова. - М.: «Радиотехника», 2006, с. 126.].

Бортовая радиолокационная станция (БРЛС) в штатном режиме осуществляет обзор воздушного пространства для обнаружения целей. После обнаружения цели в БРЛС запускается режим измерения эффективной площади рассеяния.

БРЛС облучает цель зондирующим сигналом, мощность которого измеряется и заносится в ее запоминающее устройство (ЗУ), входящее в состав вычислительной системы БРЛС. БРЛС принимает отраженный от цели сигнал и измеряет дальность до цели, амплитуду принятого сигнала и горизонтальный ракурс цели. Дальность может быть измерена различными способами, например по задержке принятого сигнала. Амплитуда сигнала измеряется приемным устройством, а горизонтальный ракурс (угол между направлением излучения на цель и вектором скорости цели) по навигационным данным самолета, на котором установлена БРЛС, и направлению прихода отраженного от цели сигнала.

Амплитуду принятого сигнала сравнивают с заранее заданным порогом и в случае превышения порога измеренные параметры заносятся в ЗУ. В противном случае измерение считается недостоверным и измеренные значения не записываются в ЗУ, чтобы не вносить погрешность в дальнейший расчет эффективной площади рассеяния.

Облучение цели зондирующим сигналом проводят до тех пор, пока не сформируют массив размерностью N не менее пяти. Параметр N определяется временем наблюдения цели и лежит в диапазоне значений от 5 и выше.

После завершения формирования N-мерного массива параметров определяют М значений эффективной площади рассеяния σ(n), где n=1,2…М, по основному уравнению радиолокации

,

где А - амплитуда принятого сигнала;

D - дальность до объекта;

Pi - мощность излучаемого сигнала БРЛС;

K - коэффициент, зависящий от параметров бортовой радиолокационной станции.

Коэффициент K определяется коэффициентом направленного действия антенны, коэффициентом шума приемника, загрублением аттенюаторов приемника и другими параметрами БРЛС.

Используя полученный массив значений эффективной площади рассеяния воздушного объекта σ и измеренный с ними массив значений угла ракурса воздушного объекта ϕ, находят минимальное и максимальное значения углов ракурса ϕ_min и ϕ_max, определяют диапазон изменения угла горизонтального ракурса Δϕ=[ϕ_min, ϕ_max]. Далее определяют среднее значение эффективной площади рассеяния воздушного объекта в измеренном диапазоне углов горизонтального ракурса Δϕ по формуле , после чего на основании полученного значения эффективной поверхности рассеяния проводят классификацию цели по заранее заданным критериям отнесения объекта к классам размерности «большая», «средняя», «малая».

Таким образом, посредством бортовой радиолокационной станции измеряется эффективная площадь рассеяния летательного аппарата в полете с точностью, позволяющей классифицировать его по критерию «большая», «средняя», «малая».