Устройство пассивного обнаружения целей
Полезная модель относится к области пассивной локации и может быть использована для обнаружения в реальном масштабе времени летательных аппаратов, вычисления их координат и траекторий полета с последующей передачей информации в центр управления. Устройство пассивного обнаружения целей, содержащее М приемных антенн, первый и второй аналого-цифровой преобразователь (АЦП), спецвычислитель и необходимую периферию для обеспечения его работы, отличающаяся тем, что в него дополнительно введены малошумящий усилитель (МШУ), М входов которого соединены с М приемными антеннами, первый и второй многоканальные радиоприемные устройства (РПУ), входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами малошумящего усилителя, а выходы - со входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, первый и второй каналы обработки информации, входы которых соединены с первым и вторым выходами аналого-цифровых преобразователей, а выходы подключены к спецвычислителю, выход которого является выходом устройства; управляющий контроллер, подключенный по входу к спецвычислителю, первый выход - ко второму входу первого многоканального радиоприемного устройства и первому каналу обработки информации, а второй выход - ко второму входу второго многоканального радиоприемного устройства и второму каналу обработки информации.
Полезная модель относится к области пассивной локации и может быть использована для обнаружения в реальном масштабе времени летательных аппаратов, вычисления их координат и траекторий полета с последующей передачей информации в центр управления.
С появлением на театре военных действий противорадиолокационных ракет и высокоточного оружия, применением технологии «Стелс», гиперзвуковых средств воздушного нападения и массированного применения помех значительно снизилась живучесть активных радиолокационных станций (РЛС). Это заставило разработчиков оружия искать новые способы и средства повышения эффективности противовоздушной обороны.
Современные системы на поле боя дополняются средствами разведки и огневого поражения на беспилотных летательных аппаратах (БЛА). Они позволяют противнику получить разведывательную информацию в реальном масштабе времени и сбрасывать ее на пункты управления по SHF (3...18 ГГц) радиоканалам. Тактическая необходимость применения БЛА вынуждает использовать на борту источники сигналов с круговой диаграммой направленности излучения сигнала, что является существенным разведывательным признаком БЛА.
Бортовые радиотехнические средства самолетов и вертолетов при выполнении задач создают активные электромагнитные поля искусственного происхождения в диапазоне частот от 1 МГц до 40 ГГц. Кроме активных полей летательные аппараты (ЛА) создают собственные электромагнитные излучения. Данный спектр излучения может быть использован для решения задачи обнаружения, пеленгации и определения координат ЛА.
Система целеуказания на принципах пассивной пеленгации (пассивного радара) становится очень привлекательной, поскольку снимает основной демаскирующий признак работы активных РЛС.
При построении многопозиционного пассивного радара используется разностно-дальномерный метод, основанный на измерении разности хода сигнала от цели до приемных антенн радара. Этот метод позволяет работать по импульсным и непрерывным сигналам, в том числе по шумовым и шумоподобным.
Принципиальные особенности метода заключаются в синхронном способе приема сигналов от излучающего источника на разнесенных антеннах. Высокая точность определения координат целей обеспечивается за счет корреляционной обработки сигналов, при которой вид принятого сигнала не имеет значения. Определение координат источника осуществляется по разности прихода сигналов на каждую из позиций, а сама разность прихода сигнала к одной позиции относительно другой определяется из положения максимума взаимно-корреляционной функции сигналов от этих позиций.
Наиболее близким техническим решением, отвечающим требованиям пассивного обнаружения и управления, является устройство, описанное в статье «Одноэтапное оценивание местоположения источника радиоизлучения пассивной системой, состоящей из узкобазовых подсистем» (ж. Радиотехника и электроника, том 49, №2, 2004 г., стр.156-170) - прототип.
Данное устройство содержит М приемных антенн, первый и второй аналого-цифровой преобразователь (АЦП), спецвычислитель и необходимую периферию для обеспечения его работы.
Цель полезной модели - повышение точности определения координат ЛА.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее М приемных антенн, первый и второй аналого-цифровой преобразователь (АЦП), спецвычислитель и необходимую периферию для обеспечения его работы дополнительно введены малошумящий усилитель (МШУ), М входов которого соединены с М приемными антеннами, первый и второй многоканальные радиоприемные устройства (РПУ), входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами малошумящего усилителя, а выходы - со входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, первый и второй каналы обработки информации, входы которых соединены с первым и вторым выходами аналого-цифровых преобразователей, а выходы подключены к спецвычислителю, выход которого является выходом устройства; управляющий контроллер, подключенный по входу к спецвычислителю, первый выход - ко второму входу первого многоканального радиоприемного устройства и первому каналу обработки информации, а второй выход - ко второму входу второго многоканального радиоприемного устройства и второму каналу обработки информации.
Сравнение с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков и их связями между ними. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию «новизна».
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что перечисленные элементы, используемые в блоках, являются известными, однако их введение в указанной связи с остальными элементами приводит к расширению функциональных возможностей устройства.
Это подтверждает соответствие технического решения критерию «существенные отличия».
На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - раскрыт канал обработки информации.
Устройство включает: приемные антенны 1, малошумящий усилитель (МШУ) 2, многоканальное радиоприемное устройство (РПУ) 3, 4; аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, 6; управляющий контролер 9, спецвычислитель 10, канал обработки информации 7, 8, включающий фильтры 11, обнаружитель 12, пеленгатор 13, выходной формирователь 14.
Устройство работает следующим образом.
Цель функционирования устройства - определение координат ЛА (источников радиоизлучения).
Угловые координаты ЛА по азимуту и углу места относительно точки центра масс носителя, определяются фазоразностным пеленгатором.
Дальность до ЛА определяется вычислительными методами по известным пеленгам и закону перемещения центра масс в относительной системе координат.
Функционально устройство состоит из пеленгатора 13 с цифровой антенной решеткой 1, обнаружителя 12 частотно-временных признаков целей (классификатора целей), выходных формирователей 14 матриц координат целей и вычислителей 9, 10, в которых функционируют алгоритмы экстраполяции траекторий ЛА, управляющие алгоритмы устройства и сетевые алгоритмы обмена данными и управления с радиотехнического комплекса.
Пеленгатор 13 с цифровой антенной решеткой 1 состоит из фиксированной антенной решетки (приемные антенны 20...18000 МГц), размещенной на пространственно разнесенной точке приема.
Каждая из антенн подключена к входу МШУ 2 (малошумящий усилитель), который обеспечивает согласование импедансов антенного элемента и соединительного кабеля. Каждый выход МШУ 2 подключен к своему приемному тракту, который образован одним из каналов многоканального радиоприемного устройства (РПУ) 3, 4 и аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 5, 6. Таким образом, сформирован индивидуальный цифровой канал отсчетов сигнала с одного элемента решетки.
АЦП 5, 6 сигнала одновременно выполняет выборку сигнала по множеству каналов. Размер этого множества определяется числом элементов антенной решетки 1. Например, в зависимости от требований точности определения координат можно выбрать 16, 26 или 32 канала. Так, для решетки из 16 элементов потенциальная точность устройства составляет около 6 угловых минут. При увеличении числа элементов точность возрастает.
Когерентная обработка сигнала выполняется в фильтрах 11, обнаружителе 12 и пеленгаторе 13 канала обработки информации 7, 8.
В силу необходимости обеспечения стабильности амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) тракта пеленгации, в нем предусмотрены меры по измерению АЧХ перед снятием отсчетов сигнала в полосе рабочих частот. Периодичность контроля АЧХ связана со стабильностью электрических параметров канала и управляется по алгоритму контроля реперных (известных источников сигнала) в процессе работы от контроллера 9.
Пеленгатор 13 обеспечивает определение угловых координат ЛА (источников радиоизлучения - ИРИ) по фазовому портрету пришедшего сигнала. Пеленгатором определяются углы прихода сигналов на антенную решетку с разных направлений на одной частоте и полосе частот. Число направлений задается требуемой точностью определения угловых координат. Для точности в 6 минут мгновенная матрица углов имеет размерность 3600 элементов. Время получения пеленга (квант времени решения задачи) зависит от быстродействия вычислителя на сигнальном процессоре 10.
С шагом кванта времени можно выдавать потребителям координаты целей по полосе частот наблюдения. Пеленгатор 13 построен по двух канальному типу, один канал (7) - панорамный, обзорный, который в постоянном режиме выдает пеленги на принятые сигналы с уровня порога обнаружителя 12. Порог обнаружителя 12 выбирается из тактических соображений.
Второй канал (8) пеленгатора 13 работает по целеуказанию, что позволяет обеспечить непрерывность выдачи координат по скоростным целям. Таких каналов может быть несколько, в зависимости от степени ответственности работы устройства.
Обработка информации осуществляется в вычислительных ресурсах спецвычислителя 10.
Предварительно заполняется матрица (азимут-угол места) по частотному диапазону, которая является неполной, без координаты дальности, которая получается расчетным способом по тригонометрическим уравнениям полета ЛА. Эта координата расчетная и она дополняет базу координат ИРИ до логического уровня.
Динамика работы.
Многоканальный приемник 3, 4 переключается либо в панорамный режим, либо в пеленгационный. В панорамном режиме все приемники переключаются на соседние частоты, при которых одновременная полоса наблюдения РПУ 3, 4 расширяется на число каналов. Процесс перестройки может быть управляемым, т.е. РПУ 3, 4 могут наблюдать полосу частот с заданными разрывами по диапазону.
В случае пеленгационного режима все приемники работают на одной частоте с одной из имеющихся полос.
Сигналы с выхода спецвычислителя 10 в цифровом виде поступают на обработку и выдаются в информационный комплекс.
С определенным темпом перестройки РПУ 3, 4 по диапазону осуществляется наблюдение (локация) ИРИ и автоматическое определение их координат, с привязкой к моменту времени обнаружения.
Привязка по времени выполняется для разностно-дальномерного способа уточнения координат и решения специальных алгоритмов синтеза пространственно- временного разноса.
В случае поступления команда целеуказания, во втором канале обработки информации 8 все его элементы переводятся в пеленгационный режим на заданной частоте и выдают пеленги в комплекс по уточнению координат ПРИ.
Таким образом, рассматриваемое устройство пассивного обнаружения источников радиоизлучения повышает точность определения координат ЛА.
Устройство пассивного обнаружения целей, содержащее М приемных антенн, первый и второй аналого-цифровой преобразователь (АЦП), спецвычислитель и необходимую периферию для обеспечения его работы, отличающаяся тем, что в него дополнительно введены малошумящий усилитель (МШУ), М входов которого соединены с М приемными антеннами, первый и второй многоканальные радиоприемные устройства (РПУ), входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами малошумящего усилителя, а выходы - со входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, первый и второй каналы обработки информации, входы которых соединены с первым и вторым выходами аналого-цифровых преобразователей, а выходы подключены к спецвычислителю, выход которого является выходом устройства; управляющий контроллер, подключенный по входу к спецвычислителю, первый выход - ко второму входу первого многоканального радиоприемного устройства и первому каналу обработки информации, а второй выход - ко второму входу второго многоканального радиоприемного устройства и второму каналу обработки информации.
