Патент на изобретение №2311659
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СИСТЕМА ЦЕЛЕУКАЗАНИЯ
(57) Реферат:
Использование – в радиолокационных системах целеуказания, идентификации и распознавания баллистических объектов. Ведущая станция содержит топопривязчик, систему управления антенной и автодальномер, блок выдачи целеуказания, радиолинию управления, первый блок разности, блок определения базы и направления, блок формирования стробов, блок преобразования координат, блок вычисления баллистических параметров, блок определения геоцентрических координат точек траектории, первый блок коммутации, блок преобразования координат, блок формирования стробов по баллистической цели, второй блок коммутации, блок принятия решения, третий блок сравнения, блок формирования границ зоны обзора ведомой станции, соединенные определенным образом. Ведомая станция содержит топопривязчик, датчик наклона, радиолинию управления, блок целеуказания, систему управления антенной и автодальномер, блок преобразования координат, второй блок разности, первый блок сравнения, блок управления, третий блок разности и второй блок сравнения, соединенные определенным образом. Достигаемым техническим результатом является получение целеуказания по баллистическим целям. 5 ил.
Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано в радиолокационных системах целеуказания, идентификации и распознавания баллистических объектов. Известны радиолокационные системы целеуказания (РЛС ЦУ), содержащие две пространственно совмещенные или разнесенные станции [1], [2]. Известна также РЛС ЦУ, содержащая две соединенные посредством радиолинии управления станции, одна из которых, – ведущая, содержит топопривязчик, последовательно соединенные систему управления антенной и автодальномер, счетно-решающий прибор выдачи целеуказания, радиолинию управления, блок разности, блок определения базы и направления, блок формирования стробов, причем первый выход топопривязчика подключен ко второму входу счетно-решающего прибора выдачи целеуказания, первый и второй входы блока разности подключены ко второму выходу топопривязчика и выходу радиолинии соответственно, второй выход системы управления антенной и автодальномером соединены с вторым входом блока формирования стробов, выход которого подключен к второму входу радиолинии управления, а другая, – ведомая, содержит топопривязчик, датчик наклона, последовательно соединенные радиолинию управления, счетно-решающий прибор целеуказания, систему управления антенной и автодальномер, блок преобразования координат, блок разности, блок сравнения и блок управления, причем первый выход топопривязчика и выход датчика наклона подключены к второму и третьему входам счетно-решающего прибора целеуказания соответственно, вход блока преобразования координат подключен к выходу системы управления антенной и автодальномеру, второй вход блока разности подключен к второму выходу счетно-решающего прибора целеуказания, второй вход блока сравнения соединен с вторым выходом радиолинии управления, а выходы блока управления и топопривязчика подключены к соответствующим входам радиолинии управления [3]. Недостатком известной системы является отсутствие возможности формирования данных для выдачи ЦУ по баллистическим целям при наличии в зоне действия системы последних. Причина указанного недостатка заключается в том, что завязка траектории нестратегических баллистических ракет малой и средней дальности в существующих РЛС ЦУ возможна только на нисходящем участке траектории, что обуславливает малое время пребывания в зоне обнаружения, а следовательно, уменьшается вероятность эффективного воздействия по этой цели специальными средствами. В заявляемом изобретении завязка траектории нестратегических баллистических ракет малой и средней дальности осуществляется на восходящем участке траектории, что позволяет существенно увеличить работное время и повысить вероятность своевременного воздействия по данному типу целей (см. фиг.1). Для принятия решения о наличии нестратегических баллистических ракет малой и средней дальности используются особенности их траекторий, подчиненные законам баллистики [4]. Поэтому в качестве отличительных признаков применяются параметры эллиптической траектории – фокальный параметр и эксцентриситет. Заявляемое изобретение направлено на решение задачи выдачи целеуказания при наличии в зоне действия системы нестратегических баллистических ракет малой и средней дальности. Решение поставленной задачи достигается тем, что в РЛС ЦУ, содержащая две соединенные посредством радиолиний управления станции, одна из которых, ведущая, содержит топопривязчик, последовательно соединенные систему управления антенной и автодальномер, счетно-решающий прибор выдачи целеуказания, радиолинию управления, первый блок разности, блок определения базы и направления, блок формирования стробов, причем первый выход топопривязчика подключен к второму входу счетно-решающего прибора выдачи целеуказания, первый и второй входы первого блока разности подключены к второму выходу топопривязчика и выходу радиолинии соответственно, второй выход системы управления антенной и автодальномера соединены с вторым входом блока формирования стробов, выход которого подключен к второму входу радиолинии управления, а другая, ведомая, содержит топопривязчик, датчик наклона, последовательно соединенные радиолинию управления, счетно-решающий прибор целеуказания, систему управления антенной и автодальномер, первый блок преобразования координат, второй блок разности, первый блок сравнения и блок управления, причем первый выход топопривязчика и выход датчика наклона подключены к второму и третьему входам счетно-решающего прибора целеуказания соответственно, второй вход второго блока разности подключен к второму выходу счетно-решающего прибора целеуказания, второй вход первого блока сравнения соединен с вторым выходом радиолинии управления, а выходы блока управления и топопривязчика подключены к соответствующим входам радиолинии управления, дополнительно на ведущей станции введены последовательно соединенные второй блок преобразования координат, блок вычисления баллистических параметров, блок определения геоцентрических координат точек траектории на каждый момент времени, первый блок коммутации, третий блок преобразования координат, блок формирования стробов по баллистической цели, второй блок коммутации, а также блок принятия решения, третий блок сравнения, блок формирования границ зоны обзора ведомой станции, причем первый и второй входы второго блока преобразования координат подключены к выходу системы управления антенной и автодальномера и третьему выходу топопривязчика соответственно, вход и выход блока принятия решения подключены к соответствующим входу и выходу блока вычисления баллистических параметров, первый вход блока сравнения подключен к выходу блока определения геоцентрических координат точек траектории на каждый момент времени, выход которого подключен ко второму входу первого блока коммутации, второй вход третьего блока сравнения соединен с выходом блока формирования зоны обзора ведомой станции, третий выход радиолинии управления соединен с вторым входом третьего блока преобразования координат и входом блока формирования зоны обзора ведомой станции, второй выход блока принятия решения подключен к второму входу второго блока коммутации; на ведомой станции дополнительно введены последовательно соединенные третий блок разности и второй блок сравнения, причем первый и второй входы третьего блока разности подключены к третьему выходу радиолинии управления и второму выходу системы управления антенной и автодальномера соответственно, выход второго блока сравнения подключен к входу блока управления, выход которого подключен ко второму входу радиолинии управления, второй вход второго блока сравнения соединен с четвертым выходом радиолинии управления. На фиг.3 изображена структурная схема заявляемого объекта. Конструктивно РЛС ЦУ состоит из ведущей и ведомой станций, содержащих (см. фиг.3) 1 – датчик наклона, 2, 7 – СУА и АД, 3 – СРПВЦУ, 4, 5 – РЛУ, 6 – СРП ЦУ, 8, 9 – ТП, 10, 11, 24 – блоки разности, 12, 18, 23 – блоки преобразования координат, 13 – блок определения базы и направления, 14 – блок формирования стробов, 15, 25, 27 – блоки сравнения, 16 – блок управления, 20 – блок вычисления баллистических параметров, 21 – блок расчета траекторий, 17, 22 – блоки коммутации, 19 – блок формирования строба ЦУ по баллистической цели, 26 – блок принятия решения (распознавания БЦ), 28 – блок формирования границ зоны обзора ведомой станции. Устройство работает следующим образом (см. фиг.3). Одной из функций существующих СУА и АД является измерение азимута и угла места объекта локации по угловому положению луча антенны в пространстве. Информация об угловых координатах объекта содержится в параметрах модуляции принятых антенной сигналов, которая выделяется на выходе системы одним из изделий соответственно. Пример реализации СУА и АД приведен в книге [5] с.254 – СУА и с.240 – АД, либо в книге [6] с.111 – СУА и с.77 – АД. На ведущей станции по принятым ею радиолокационным сигналам СУА и АД измеряют сферические координаты выбранной цели относительно своей точки стояния: дальности Ri1, Ri2, азимуты Напряжения или коды, пропорциональные измеренным значениям сферических координат, параллельно с подачей на СРП ВЦУ (3) и далее согласно описания работы прототипа [3] для осуществления операции выдачи ЦУ по аэродинамическим целям подаются на первый вход второго блока преобразования координат 18, осуществляющего их преобразование в геоцентрическую систему координат, для чего на его второй вход с выхода топопривязчика 8 вводятся географические координаты точки стояния ведущей станции ( i – географические координаты точки стояния ведущей станции; RЗ – радиус Земли. Полученные геоцентрические координаты двух измерений поступают на блок вычисления баллистических параметров 20. Для полного описания баллистической траектории необходимо определить шесть параметров: Р – фокальный параметр, е -эксцентриситет, – долгота восходящего узла, I – наклонение орбиты, t – прохождение цели через перигей, Принятие решения о наличии баллистической траектории относится к статистической задаче проверки двух гипотез: H1 – гипотеза о том, что полученные замеры принадлежат баллистической траектории; Н0 – гипотеза о том, что полученные замеры не принадлежат баллистической траектории. При формировании гипотез осуществляется переход к пространству основных отличительных признаков баллистической траектории – Р и е. В качестве решающего правила о наличии баллистической траектории может быть использована вероятность попадания оценок Р и е в априорную область допустимых значений, рассчитанной для определенного типа БЦ: В случае выполнения условия (3), с первого и второго выходов блока принятия решения 26 о наличии баллистической траектории выдаются управляющие сигналы на второй вход блока вычисления баллистических параметров 20 и на второй вход второго блока коммутации 17, разрешающие прохождение вычисленных значений баллистических параметров на вход блока определения геоцентрических координат точек траектории на каждый момент времени 21 для определения геоцентрических координат траектории в каждый момент времени с заданной дискретностью и, производящие коммутацию выхода блока формирования стробов ЦУ по БЦ 19 на РЛУ 4. Баллистические параметры, характеризующие ориентацию плоскости орбиты ( , I, где i – полярный угол радиус – вектора;
Ei – эксцентрическая аномалия; а – размер большой полуоси эллипса, описывающего траекторию БЦ. Полученные координаты поступают на блок сравнения 27, куда также вводятся геоцентрические координаты границ зоны обзора ведомой станции с выхода блока формирования границ зоны обзора 28, для чего на вход последнего посредством радиолинии управления 4, 5 из ТП 9 поступают координаты точки стояния ведомой станции ( jЗО, В блоке сравнения 27 осуществляется сравнение геоцентрических координат точек траектории с геоцентрическими координатами зоны обнаружения ведомой РЛС, путем проверки выполнения условий По каждому результату сравнения вырабатываются сигналы 1 или 0 (при положительном или отрицательном результате соответственно). При получении сигнала 1 текущие геоцентрические координаты траектории, а также время стр.цу, где , , – дисперсии ошибок измерения координат ведомой станции; , , – дисперсии ошибок целеуказания ведущей станции. Применив к формулам (17) теорему о линеаризации [8] функции нескольких случайных аргументов, найдем дисперсии определения координат целеуказания при переходе от прямоугольных в сферическую систему координат ведомой станции в окрестности истинных значений Определена зависимость СКО определения координат в сферической системе координат ведомой РЛС от времени экстраполяции (фиг.2). Координаты целеуказания по БЦ через второй блок коммутации 17, разрешающий прохождение этой информации по сигналам с блока принятия решения 26 при принятии решения о наличии траектории БЦ, посредством РЛУ 4, 5 передаются на ведомую станцию. СУА и АД 7 отрабатывают полученные данные ЦУ и производят допоиск БЦ в зоне, размеры которой обеспечивают заданную вероятность целеуказания (обычно ее стремятся сделать близкой к единице). После того как ведомая станция обнаружит цель в указанной зоне, СУА и АД 7 измеряют сферические координаты обнаруженной цели: азимут Эти координаты в третьем блоке разности 24 вычитаются из координат ЦУ по БЦ, поступающих с третьего блока преобразования координат 23 посредством РЛУ 4, 5 и образуют разности: которые, в свою очередь, подаются на вход блока сравнения 25. На второй вход второго блока сравнения 25 с выхода блока формирования строба ЦУ по БЦ 19 через второй блок коммутации 17, управляемый блоком принятия решения о наличии траектории БЦ 26, и далее посредством РЛУ 4, 5 подаются стробы ЦУ, размеры которых по соответствующим координатам (18) обеспечивают заданную вероятность целеуказания где Рцу – вероятность отработки ЦУ, Ф – табличная функция Лапласа. В блоке сравнения 25 осуществляется проверка неравенств вида и в случае одновременного выполнения условий неравенств (23) вырабатывается сигнал 1 (0-в противном случае), поступающий в блок управления 16. В блоке управления 16 по одному из правил «3 из 3» или «2 из 2» (при поступлении всех трех или двух единиц соответственно 3 И или 2 И) формируется признак тождественности целей и вырабатывается управляющий сигнал отработки ЦУ, Прекращающий выдачу целеуказания через РЛУ (см. [3], с.9, 10). Из изложенного следует, что заявляемая радиолокационная система благодаря введению в нее новых существенных признаков способна решать задачу выдачи целеуказания по БЦ. Признаки изобретения 1…28 (фиг.3), а также связи между ними могут быть реализованы на базе существующих средств аналоговой и цифровой схемотехники. Так блок датчика наклона 1 реализуем на основе двух известных [9] датчиков жидкостных маятниковых ДЖМ – 9Б, формирующих постоянное напряжение, пропорциональное отклонению системы в двух плоскостях – продольной и поперечной от горизонтального положения. Полярность напряжения указывает сторону отклонения от горизонтали. Кроме того, блок датчика наклона 1 может быть реализован как гироскопическое устройство, основанное на использовании свойств гироскопа и предназначенное для определения параметров, характеризующих положение СУА и АД относительно горизонтальной и вертикальной плоскостей. Так, при совместном использовании гирогоризонта и гироскопа направления в качестве датчика наклона сигналы, снимаемые с потенциометров, установленных на внутренних осях подвесов гирогоризонта и гироскопа направления, будут являться пропорциональными продольному и поперечному наклону СУА и АД соответственно [10]. Датчик наклона 1 вырабатывает напряжение рассогласования пропорциональное разности углов – нулевого и текущего в горизонтальной и вертикальной плоскостях, соответствующие углам наклона системы. При необходимости в СРП ЦУ 6 производится учет этих углов наклона и углов разориентирования, измеряемых датчиком наклона 1 и ТП 9 (см. [2], с.46-49, а также см. [3], с.7). Системы управления антенной и автодальномер 2, 7 могут представлять собой совмещенные системы измерителей угловых координат и измерителя дальности, реализация которых известна и может быть выполнена так же, как в [5], [6]. Реализация блоков: счетно-решающий прибор выдачи целеуказания 3, счетно-решающий прибор целеуказания 6, известна и может быть выполнена, так же, как и в [2]. Блоки: радиолиния управления 4, 5, представляют собой многоканальную систему связи, структурная схема и принципы функционирования которой приведены в [12]. Реализация блоков топопривязчик 8, 9 известна и может быть реализована на основе использования принципов, изложенных в [2] с.107-113. В случае стационарного размещения ведущей и ведомой станций функции топопривязчика реализуемы на ячейках памяти – ЗУ (запоминающих устройствах) методом ввода определяемых по карте топографических координат в принятой системе координат. Так, ЗУ могут представлять схему, выполненную на базе операционного усилителя и инвертора [13]. Блоки разности 10, 11, 24 могут представлять собой схемы вычитания (сочетание инвертора и сумматора) [см. 14, с.250]. Блоки сравнения 15, 25, 27 могут быть построены как компараторы на базе микросхем К555СП1, К564ИП2 (см. [14], с.142-149. Блок управления 16 реализуется как функциональное устройство на комбинационных логических элементах И, ИЛИ, НЕ или использованием триггерных элементов, которые входят в состав серий К133, К155, К555 (см. [14], с.169-195). Блоки коммутации 17, 22 могут представлять управляемые ключевые схемы. Первый – 12, второй 18 и третий 23 блоки преобразования координат, определения базы и направления 13, формирования стробов и стробов ЦУ по БЦ 14, 19, принятия решения 26, вычисления баллистических параметров 20, расчета траекторий 21, формирования зоны обзора ведомой станции 28, могут быть выполнены в форме программируемых настраиваемых спецвычислителей. Так, блок 12 реализует расчет значений по математическому выражению (4) описательной части прототипа (см. [2], с.7); блоки 18, 23 – по выражениям (1); (13-17) соответственно; блок 13 – выражениям (7) описательной части прототипа (см. [2], с.8); блоки 14 и 19 – выражениям (8) описательной части прототипа (см. [2], с.8, 9) и (18-20) описательной части данного изобретения; блок 26 – выражениям (3); блок 20 – (4-7); блок 21 – (8); блок 28 – (10, 11). В качестве примера приведены результаты расчета работного времени с использованием имитационного моделирования радиолокационной системы при наличии в зоне действия БЦ и следующих исходных данных, соответствующих типовым РЛС и баллистическим целям (фиг.4): начальная скорость пуска ракет – 1800-3000 м/с; максимальная дальность пуска – 300-1000 км; начальный угол пуска ракет – 45 град.; дальность обнаружения ведущей станции – 300 км; дальность обнаружения ведомой станции – 70 км; расстояние между ведущей и ведомой станциями – 90-130 (600-1000) км; СКО измерения дальности – 1000 м; СКО измерения азимута и угла места – 1 град.; СКО топопривязки – 0,3 град. (в географических координатах). За счет того, что обнаружение баллистических целей производится на восходящем участке траектории, увеличивается работное время (фиг.1) (с 70 сек до 240 сек для дальности пуска 300 км; с 70 сек до 420 сек для дальности пуска -1000 км). Это позволяет своевременно решить задачу предупреждения и целераспределения. Применение данной системы ЦУ в зависимости от решаемых задач, направления ожидаемого пуска ракет, прикрываемых объектов и т.д. возможно в различных вариантах (фиг.5). Применение заявляемой РЛС ЦУ по БЦ, кроме решения основной задачи, – формирование целеуказания по баллистическим целям при наличии в зоне действия системы нестратегических баллистических ракет малой и средней дальности также позволяет осуществлять с помощью ведущей РЛС координатную поддержку ведомой станции; проведение надежной идентификации (отождествление) координат аэродинамических целей, наблюдаемых несколькими радиолокационными станциями. Источники информации 1. Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. – М.: Радио и связь. 1986, – с.8-13. 2. Бурков Ю.Е., Кузнецов В.А. Основы построения счетно-решающих приборов зенитных комплексов. – Киев: КВЗРИУ, 1985, – с.155-160. 3. Машков Г.М., Оршлет С.С., Птицын С.О., Щудро И.А. Патент РФ №2096804 на изобретение “Радиолокационная система целеуказания”. – СПб., 1997. – Прототип. 4. Агафонов А.С.Зимин Г.В. Основы теории полета баллистических ракет и космических аппаратов. – Калинин, ВКА ПВО, 1972. – 327 с. 5. П.А.Бакулев. Радиолокационные системы. – М., «Радиотехника», 2004. 6. С.В.Самсоненко. Цифровые методы оптимальной обработки радиолокационных сигналов. – М.: Воениздат, 1968. 7. Саврасов Ю.С. Алгоритмы и программы в радиолокации. – М.: Радио и связь. 1985. – 216 с. 8. Шапиро И.И. Расчет траекторий баллистических снарядов по данным радиолокационных наблюдений. – М., 1961. – 320 с. 9. Венцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. – М.: Наука. 1988. – 354 с. 10. Трехкоординатная РЛС 19Ж6, ч.2, – Издательство КВКУРЭ ПВО, 1991, с.231. 11. Павлов В.А. Гироскопический эффект его проявления и использование. – Л.: Судостроение, 1967, с.177-180 12. Основы обработки и передачи информации. /Под редакцией Янцева А.П. – М.: Военное издательство, 1978, с.227-229 и с.249-251 или с.251-256. 13. И.М.Тетельбаум, Ю.Р.Шнейдер. Практика аналогового моделирования динамических систем. Справочное пособие. – М.: Энергоиздат, 1987, с.250. 14. Бойко В.И. и др. Схемотетехника электронных систем. Цифровые устройства. – СПб.: БХВ – Петербург, 2004.
Формула изобретения
Радиолокационная система целеуказания, содержащая две станции, соединенные посредством двух радиолиний управления ведущей и ведомой станций для управления выдачей на ведущую станцию географических координат точки стояния ведомой станции и выдачей координат целеуказания от ведущей станции на ведомую станцию, одна из станций – ведущая – содержит топопривязчик, последовательно соединенные систему управления антенной и автодальномер, счетно-решающий прибор выдачи целеуказания, радиолинию управления ведущей станции, первый блок разности, блок определения базы и направления, блок формирования стробов, причем первый выход топопривязчика подключен к второму входу счетно-решающего прибора выдачи целеуказания, второй вход первого блока разности подключен к второму выходу топопривязчика, второй выход системы управления антенной и автодальномера соединен с вторым входом блока формирования стробов, выход которого подключен к второму входу радиолинии управления ведущей станции, а другая станция – ведомая – содержит топопривязчик, датчик наклона, последовательно соединенные радиолинию управления ведомой станции, счетно-решающий прибор целеуказания, систему управления антенной и автодальномер, первый блок преобразования координат, второй блок разности, первый блок сравнения и блок управления, вырабатывающий сигнал отработки целеуказания, прекращающий выдачу целеуказания через указанные радиолинии управления, причем первый выход топопривязчика и выход датчика наклона подключены к второму и третьему входам счетно-решающего прибора целеуказания соответственно, второй вход второго блока разности подключен к второму выходу счетно-решающего прибора целеуказания, второй вход первого блока сравнения соединен с вторым выходом радиолинии управления ведомой станции, второй выход топопривязчика подключен к соответствующему входу радиолинии управления ведомой станции, отличающаяся тем, что на ведущей станции дополнительно введены последовательно соединенные второй блок преобразования координат, блок вычисления баллистических параметров, блок определения геоцентрических координат точек траектории на каждый момент времени, первый блок коммутации, третий блок преобразования координат, блок формирования стробов по баллистической цели, второй блок коммутации, через который подаются стробы целеуказания посредством указанных радиолиний управления, а также блок принятия решения, третий блок сравнения, блок формирования границ зоны обзора ведомой станции, причем первый и второй входы второго блока преобразования координат подключены к выходу системы управления антенной и автодальномера и третьему выходу топопривязчика соответственно, вход и выход блока принятия решения подключены к соответствующим входу и выходу блока вычисления баллистических параметров, первый вход третьего блока сравнения подключен к выходу блока определения геоцентрических координат точек траектории на каждый момент времени, выход третьего блока сравнения подключен к второму входу первого блока коммутации, второй вход третьего блока сравнения соединен с выходом блока формирования зоны обзора ведомой станции, третий выход радиолинии управления ведущей станции соединен с вторым входом третьего блока преобразования координат и входом блока формирования зоны обзора ведомой станции, второй выход блока принятия решения подключен к второму входу второго блока коммутации, на ведомой станции дополнительно введены последовательно соединенные третий блок разности и второй блок сравнения, причем первый и второй входы третьего блока разности подключены к третьему выходу радиолинии управления ведомой станции и второму выходу системы управления антенной и автодальномера соответственно, выход второго блока сравнения подключен к входу указанного блока управления, выход которого подключен к второму входу радиолинии управления ведомой станции, второй вход второго блока сравнения соединен с четвертым выходом радиолинии управления ведомой станции.
РИСУНКИ
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 15.06.2008
Извещение опубликовано: 20.06.2010 БИ: 17/2010
|
||||||||||||||||||||||||||
i1, 
i1, 
i, 
i). Преобразование координат производится путем пересчета измеренных сферических координат сначала в прямоугольные, связанные с точкой стояния ведущей станции:
– угол между выбранным началом отсчета и большой осью эллипса, причем , I, 
e получены путем имитационного моделирования. При ошибках измерения ведущей станции 
ti – время между первым замером и i-м моментом времени;