Способ обнаружения объекта (варианты)

 

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для обнаружения объектов, содержащих в своем составе определенный химический элемент. Способ обнаружения объекта включает облучение зоны наблюдения импульсным электромагнитным сигналом с характеристиками, обеспечивающими проявление эффекта параметрического поглощения энергии электромагнитных волн материальным объектом, прием отраженного от рассеивателя излученного сигнала, прошедшего через объект на луче излучатель - рассеиватель или на луче рассеиватель - приемник. Прием осуществляют в одной точке пространства, в том числе в точке излучения. Измеряется одна из энергетических характеристик сигнала и сравнивается с характеристикой, измеренной при достоверном отсутствии объекта в зоне наблюдения. По результатам сравнения и с учетом расчетных значений для прохождения сигнала через объект на луче излучатель - рассеиватель или на луче рассеиватель - приемник принимается решение о наличии объекта в зоне наблюдения. В качестве рассеивателя используется естественный (например, тропосферный слой атмосферы) или искусственный (например, радиоголографическая антенна) отражатель. Технический результат заключается в снижении энергетических и аппаратных затрат. 2 с. и 2 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для обнаружения объектов, содержащих в своем составе определенный химический элемент.

Известны способы обнаружения объекта, включающие излучение радиоимпульсов в зону наблюдений, их прием и измерение в нескольких точках пространства, удаленных от точки излучения, одной из энергетических характеристик принятого сигнала и принятие решения о наличии объекта в зоне наблюдения (см. например, Кондратьев В. С. и др. "Многопозиционные радиотехнические системы" под ред. В.В.Цветкова. -М.: Радио и связь, 1986, с. 14-17, патент РФ N 2073884, МКИ G 01 S 13/04, опубл. БИ N 5, 1997).

Из известных наиболее близким по технической сущности является способ обнаружения объекта (см. патент РФ N 2073884, МКИ G 01 S 13/04), основанный на использовании эффекта параметрического поглощения (ЭПП) энергии электромагнитных волн материальным объектом, заключающийся в том, что при облучении материального объекта электромагнитными импульсами с характеристиками (мощность, частота несущего колебания, длительность и частота следования импульсов), определяемыми параметрами объекта (химический состав, диэлектрическая и магнитная проницаемость), происходит резонансное поглощение внешней энергии на несущей частоте импульсов облучения, обусловленное возбуждением его атомной структуры и образованием энергетического дефицита в материальном объекте, приводящим к поглощению энергии (см. описание открытия N 31, бюл. ВАК N 6, 1996 г.) По известному способу осуществляют облучение объекта импульсным электромагнитным сигналом, характеристики которого (мощность, длительность импульсов, несущая частота и др.) обеспечивают проявление ЭПП, принимают излученный сигнал в точках пространства, удаленных от точки излучения, измеряют одну из энергетических характеристик принятого сигнала и принимают решение о наличии объекта в зоне наблюдения по результатам сравнения полученного распределения, измеренного в точках приема, значений энергетической характеристики с ее распределением, соответствующим отсутствию объекта в зоне наблюдения.

Известный способ обеспечивает обнаружение в зоне наблюдения объекта, содержащего в своем составе определенный химический элемент. Однако данный способ предполагает реализацию только многопозиционного (в т.ч. бистатического) метода радиолокации. Это означает размещение большого количества станций, синхронизацию их по времени, что затрудняет осуществление режима работы в реальном времени. Такая система локации обладает недостаточной мобильностью, что приводит к жесткой фиксации площади наблюдения. Кроме того, реализация известного способа требует, чтобы передатчик и приемник находились на одной прямой по разные стороны от объекта, т.к. необходимо принимать сигнал, прошедший через объект. Таким образом, для обнаружения, например, воздушного объекта необходимо, чтобы передатчик (приемник) находился в воздушном пространстве, а приемник (передатчик) - на земле. Данное обстоятельство также нельзя отнести к достоинствам известного способа.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является разработка способа обнаружения объекта, обладающего меньшими энергетическими затратами на его осуществление, большей мобильностью системы, реализующей предлагаемый способ, достаточно простым алгоритмом работы в режиме реального времени.

Технический результат выражается в снижении энергетических и аппаратных затрат при реализации способа, несложном процессе осуществления синхронизации при работе в режиме реального времени, увеличении сектора наблюдения за объектом за счет обеспечения кругового сканирования, что обусловлено возможностью приема сигнала в точке излучения (т.е. режимом моностатической радиолокации).

Результат достигается в двух вариантах предложенного технического решения, связанных между собой единым изобретательским замыслом.

По первому варианту в способе обнаружения объекта, включающем облучение зоны наблюдения импульсным электромагнитным сигналом с характеристиками, обеспечивающими проявление эффекта параметрического поглощения энергии электромагнитных волн материальным объектом, прием отраженного сигнала, измерение одной из его энергетических характеристик и принятие решения о наличии объекта, принимают отраженный от рассеивателя, расположенного за объектом в зоне наблюдения, излученный сигнал, прошедший через объект на луче излучатель -ассеиватель, прием сигнала осуществляют в одной точке пространства, в том числе в точке излучения, сравнивают измеренную энергетическую характеристику сигнала с ее значением при отсутствии объекта и принимают решение о его наличии в зоне наблюдения при выполнении следующих условий: 0 < Pпрм₁ < Pпрм₀, (1) где Pпрм₁ -энергетическая характеристика принимаемого электромагнитного сигнала (текущее значение, на основании которого делается заключение о наличии объекта в зоне наблюдения); Pпри₀ - энергетическая характеристика принимаемого электромагнитного сигнала, соответствующая достоверному отсутствию объекта, несущего заданный химический элемент, в зоне наблюдения; E_изл - энергия электромагнитного сигнала при его излучении; E_м - максимальное значение энергии, поглощаемой объектом при его облучении, вследствие проявления ЭПП; R - расстояние от излучателя до рассеивателя; R' - расстояние от рассеивателя о приемника;
D₁ - коэффициент направленного действия антенны излучателя;
D₂ - коэффициент направленного действия антенны приемника;
- длина волны излучающемого сигнала;
_v - длительность радиоимпульса;
F² - коэффициент рассеивания (отражения) сигнала в направлении приемника, имеющий физический смысл коэффициента затухания, т.е. не обладающий направленными свойствами;
- угол отклонения от нормального падения радиоимпульсов на рассеиватель.

По второму варианту в способе обнаружения объекта, включающем облучение зоны обнаружения импульсным электромагнитным сигналом с характеристикой, обеспечивающей проявление эффекта параметрического поглощения энергии электромагнитных волн материальным объектом, прием отраженного сигнала, измерение одной из его энергетических характеристик и принятие решения о наличии объекта, принимают отраженный от рассеивателя излученный сигнал, прошедший через объект на луче рассеиватель - приемник, прием сигнала осуществляют в одной точке пространства, в том числе в точке излучения, сравнивают измеренную энергетическую характеристику сигнала с ее значением при отсутствии объекта и принимают решение о его наличии в зоне наблюдения при выполнении следующих условий:
0< Рпрм₁ < Рпрм₀ (1)

где Рпрм₁ - энергетическая характеристика принимаемого электромагнитного сигнала (текущее значение, на основании которого делается заключение о наличии объекта в зоне наблюдения);
Рпрм₀ - энергетическая характеристика принимаемого электромагнитного сигнала, соответствующая достоверному отсутствию объекта, несущего заданный химический элемент в зоне наблюдения;
E_изл - энергия электромагнитного сигнала при его излучении;
E_м - максимальное значение энергии, поглощаемой объектом при его облучении вследствие проявления ЭПП;
R - расстояние от излучателя до рассеивателя;
R' - расстояние от рассеивателя до приемника;
D₁ - коэффициент направленного действия антенны излучателя;
D₂ - коэффициент направленного действия антенны приемника;
- длина волны излучаемого сигнала;
_v - длительность радиоимпульса;
F² - коэффициент рассеивания (отражения) сигнала в направлении приемника, имеющий физический смысл коэффициента затухания, т.е. не обладающий направленными свойствами;
- угол отклонения от нормального падения радиоимпульсов на рассеиватель.

В обоих вариантах в качестве рассеивателя могут быть использованы как естественный отражатель, например тропосферный слой атмосферы, так и искусственный, в качестве которого используют, например, радиоголографическую антенну. В качестве естественного отражателя также может быть использован ионосферный слой, а в качестве радиоголографической антенны, например, - антенна по патенту РФ N 2099880, МКИ H 04 B 7/22, БИ N 35, 1997 г. Кроме того, искусственным рассеивателем могут служить уголковые отражатели, установленные, например, на дирижабле, расположенном в зоне наблюдения.

Формирование характеристик излучаемого электромагнитного сигнала, обеспечивающих проявление ЭПП, осуществляется известным путем (см., например, пат. РФ N 2073884, МКИ G 01 S 13/04). Параметры сигнала - мощность, частота, период следования импульсов, их длительность - определяются исходя из химического состава материала объекта и выбираются заранее.

Обнаружение объекта осуществляется следующим образом.

Производят тестовое сканирование наблюдаемого пространства импульсным электромагнитным сигналом с характеристикой, обеспечивающей проявление ЭПП энергии электромагнитных волн материальным объектом, с целью определения детерминированных значений одной из энергетических характеристик принимаемого отраженного от рассеивателя сигнала, например, мощности (Pпрм₀), при достоверном отсутствии искомого объекта в зоне наблюдения, т.е. осуществляют калибровку сигнала.

На основе полученных результатов измерений выстраивается матрица детерминированных значений Pпрм₀, с которой будет производиться сравнение текущих значений энергетической характеристики Рпрм₁ принимаемого зондирующего сигнала.

В режиме поиска объекта излучают импульсный электромагнитный сигнал в зону наблюдения с одновременным сканированием по заранее выбранному закону. При появлении в зоне объекта, имеющего в своем составе заданный химический элемент, и облучении его указанным электромагнитным сигналом, обеспечивающим проявление на его поверхности ЭПП, происходит перераспределение энергии по фронту радиолокационной волны, проходящей через объект. Текущие значения энергетической характеристики Pпрм₁ принимаемого отраженного от рассеивателя сигнала, прошедшего через объект, сопоставляются с матрицей значений энергетической характеристики Pпрм₀. Решение о наличии в зоне наблюдения объекта, несущего заданный химический элемент, по первому варианту способа принимают при выполнении условий (1) и (2), а по второму варианту - при выполнении условий (1) и (3).

Согласно предлагаемому способу обеспечивается прием отраженного сигнала в точке излучения, т.е. помимо бистатического варианта реализуется вариант моностатической радиолокации, который позволяет осуществить круговое сканирование, увеличивая тем самым сектор обнаружения, повысить мобильность системы и упростить синхронизацию работы в режиме реального времени.

Кроме того, согласно второму варианту способа объект может быть обнаружен также и в случае, когда он находится вне прямой видимости с точки излучения. Это обусловлено тем, что осуществляется прием отраженного сигнала, который проходит через объект на луче рассеиватель - приемник. Таким образом, увеличивается дальность обнаружения объекта.

Формула изобретения

1. Способ обнаружения объекта, включающий облучение зоны наблюдения импульсным электромагнитным сигналом с характеристиками, обеспечивающими проявление эффекта параметрического поглощения энергии электромагнитных волн материальным объектом, прием отраженного сигнала, измерение одной из его энергетических характеристик и принятие решения о наличии объекта, отличающийся тем, что принимают отраженный от рассеивателя, расположенного за объектом в зоне наблюдения, излученный сигнал, прошедший через объект на луче излучатель - рассеиватель, прием сигнала осуществляют в одной точке пространства, в том числе в точке излучения, сравнивают измеренную энергетическую характеристику сигнала с ее значением при отсутствии объекта и принимают решение о его наличии в зоне наблюдения при выполнении следующих условий:
О < Рпрм₁ < Рпрм₀,

где Рпрм₁ - энергетическая характеристика принимаемого электромагнитного сигнала (текущее значение, на основании которого делается заключение о наличии объекта в зоне наблюдения);
Рпрм₀ - энергетическая характеристика принимаемого электромагнитного сигнала, соответствующая достоверному отсутствию объекта, несущего заданный химический элемент, в зоне наблюдения;
Е_изл - энергия электромагнитного сигнала при его излучении;
Е_м - максимальное значение энергии, поглощаемой объектом при его облучении, вследствии проявления ЭПП;
R - расстояние от излучателя до рассеивателя;
R' - расстояние от рассеивателя до приемника;
D₁ - коэффициент направленного действия антенны излучателя;
D₂ - коэффициент направленного действия антенны приемника;
- длины волны излучаемого сигнала;
_v - длительность радиоимпульса;
F² - коэффициент рассеяния (отражения) сигнала в направлении приемника, имеющий физический смысл коэффициента затухания, т.е. не обладающий направленными свойствами;
- угол отклонения от нормального падения радиоимпульсов на рассеиватель.

2. Способ обнаружения объекта, включающий облучение зоны наблюдения импульсным электромагнитным сигналом с характеристиками, обеспечивающими проявление эффекта параметрического поглощения энергии электромагнитных волн материальным объектом, прием отраженного сигнала, измерение одной из его энергетических характеристик и принятие решения о наличии объекта, отличающийся тем, что принимают отраженный от рассеивателя излученный сигнал, прошедший через объект на луче рассеиватель - приемник, прием сигнала осуществляют в одной точке пространства, в том числе в точке излучения, сравнивают измеренную энергетическую характеристику сигнала с ее значением при отсутствии объекта и принимают решение о его наличии в зоне наблюдения при выполнении следующих условий:
О < Рпрм₁ < Рпрм₀,

где Рпрм₁ - энергетическая характеристика принимаемого электромагнитного сигнала (текущее значение, на основании которого делается заключение о наличии объекта в зоне наблюдения);
Рпрм₀ - энергетическая характеристика принимаемого электромагнитного сигнала, соответствующая достоверному отсутствию объекта, несущего заданный химический элемент, в зоне наблюдения;
Е_изл - энергия электромагнитного сигнала при его излучении;
Е_м - максимальное значение энергии, поглощаемой объектом при его облучении, вследствии проявления ЭПП;
R - расстояние от излучателя до рассеивателя;
R' - расстояние от рассеивателя до приемника;
D₁ - коэффициент направленного действия антенны излучателя;
D₂ - коэффициент направленного действия антенны приемника;
- длины волны излучаемого сигнала;
_v - длительность радиоимпульса;
F² - коэффициент рассеивания (отражения) сигнала в направлении приемника, имеющий физический смысл коэффициента затухания, т.е. не обладающий направленными свойствами;
- угол отклонения от нормального падения радиоимпульсов на рассеиватель.

3. Способ обнаружения по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве рассеивателя используют естественный отражатель, например тропосферный слой атмосферы.

4. Способ обнаружения по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве рассеивателя используют искусственный отражатель, например радиоголографическую антенну.