Система определения координат атакующего летательного аппарата

 

Изобретение относится к средствам противовоздушной обороны, в особенности, к системам обнаружения и уничтожения крылатых ракет, приближающихся к обороняемому объекту со сверхзвуковой скоростью на малой высоте. Целью изобретения является создание системы, с помощью которой можно заблаговременно определить гипотетическую точку в пространстве наиболее вероятного появления летательного аппарата (ЛА) и вычислить время для автоматического открытия огня, когда ЛА еще только приближается к этой точке. Указанная цель достигается тем, что на пути вероятного движения ЛА поперек уложено несколько кабелей с прикрепленными датчиками на равных расстояниях друг от друга. Датчики содержат приемники СВЧ и светового излучений и генератор кода данного датчика. Выходы приемников соединены с входом генератора кодов через элемент И, поэтому трансляция кода через кабель в ЭВМ может осуществляться при срабатывании обоих приемников: СВЧ радиовысотомера ЛА и светового излучения от факела двигателя ЛА. Так как излучение радиовысотомера направлено вниз в виде конуса, то по количеству возбужденных датчиков ЭВМ определяют и высоту полета ЛА. Так как координаты каждого датчика имеются в ЭВМ, то последняя вырабатывает сигналы управления оружием, которое наводится в точку его появления в зоне действительного огня. В заранее вычисленный момент ЭВМ дает команду на поражение. 3 ил.

Изобретение относится к средствам ПВО и ПРО, в особенности к системам обнаружения и уничтожения крылатых ракет, приближающихся к защищаемому объекту со сверхзвуковой скоростью на малой высоте.

Война в районе Персидского залива показала, что даже использование спутникового наблюдения и противоракет "Пэтриот" с компьютерным управлением не смогло предотвратить прорыв иракских ракет к израильским городам.

Из патентно-технической литературы известны системы для выявления средства нападения с помощью пассивных датчиков, как например Пассивная локационная система [1], содержащая разнесенные в пространстве приемники радиолокационного излучения, связанные выходами с общим процессором, сравнивающим время прихода с пеленгуемого объекта сигнала на каждый приемник и вычисляющим местонахождение источника излучения, а также отслеживающим его перемещение.

Ясно, что известная система может действовать с необходимой точностью пеленгования при условии получения радиоизлучения от объекта всеми приемниками. Если маневрирующий источник электромагнитного излучения имеет узкую ДН (диаграмму направленности), то известная система бесполезна.

Наиболее близкой по технической сущности является принятая в качестве прототипа система [2] определения местоположения и слежения за источником излучения, содержащая не менее трех приемников, координаты которых определены с очень высокой точностью. Входы вычислителя координат источников связаны с выходами приемников через блоки измерения времени прихода сигнала и азимута с помощью широкополосной телефонной сети.

Прототип в принципе является загоризонтным пеленгатором с радиусом действия от 2000 км и основан на базе, образуемой приемниками, каждый из которых удален от взаимодействующих приемников на расстояние 750 - 1000 км. Безусловно своевременное обнаружение объекта, который может представлять угрозу, позволит заранее привести в боевую готовность средства его уничтожения, однако ни определение скорости движения объекта, ни отслеживание его траектории не гарантируют появление объекта в заранее определенном секторе действительного огня средств ПВО и ПРО, вычисленного методом экстраполяции, из-за возможности широкого маневра нападающего объекта.

Целью настоящего изобретения является создание системы, с помощью которой можно определить гипотетическую точку пространства наиболее вероятного появления атакующего ЛА в вычислитель время открытия огня в момент, когда объект еще приближается к этой точке.

Указанная цель достигается тем, что на пути вероятного движения летательного аппарата (ЛА) на поверхности земли или на некоторой высоте размещены кабели с датчиками СВЧ и светового излучений. Датчики укреплены на кабеле через одинаковые расстояния и снабжены генераторами кода, транслируемого при возбуждении датчика на вход ЭВМ, в ПЗУ которой записаны координаты на местности каждого датчика. Кабели уложены на поверхности земли в несколько рядов, первый из которых на линии, отстоящей от средства ПРО на расстоянии, достаточном для приведения этого средства в боевую готовность, пока ЛА, например крылатая ракета, движущаяся со сверхзвуковой скоростью, достигнет зоны действительного огня ПРО. Любой летательный аппарат, и в особенности летящий на малой высоте, вынужден использовать радиовысотомер, излучение которого направлено вниз в виде конуса, что представляет возможность с земли засечь пролетающий ЛА и далее определить высоту его полета по диаметру окружности основания конуса излучения, возбуждающего пропорциональное высоте количество датчиков. Момент пересечения ЛА второй линии системы позволит ЭВМ определить скорость и направление движения ЛА, а так как на короткой дистанции сверхзвуковая крылатая ракета не сможет сколь-нибудь существенно изменить высоту и направление как бы это не было запрограммировано, то с помощью ЭВМ можно вычислить в пространстве гипотетическую точку, в которой должна появиться цель и время ее появления в зоне действительного огня ПРО, который открывается автоматически с упреждением. Если же ЛА высокоманевренный, как, например, вертолет, то такому ЛА ЭВМ позволяет пересечь третью линию датчиков в зоне действительного огня для уточнения данных местонахождения и высоты.

На фиг. 1 изображена предлагаемая система с тремя линиями обнаружения, ЭВМ, средство ПРО и ЛА; на фиг. 2 - отдельно цепочка из двух датчиков на кабеле; на фиг. 3 - приемник СВЧ.

Система для определения координат атакующего летательного аппарата и автоматического приведения в действие средств его поражения состоит из нескольких линий 1, 2 и 3 обнаружения, удаленных от защищаемого объекта 4, например, на 10, 5 и 1 км. (масштаб на чертеже не соблюден). Линии образованы цепочками из пассивных датчиков 5, расположенных на равном расстоянии друг от друга, например через 10 м. Датчики 5 укреплены на широкополосных кабелях 6, оба конца каждого из которых проводами 7 связаны с электронной вычислительной машиной 8 (ЭВМ), управляющей средством 9 противоракетной обороны (ПРО), в качестве которого может быть использовано многоствольное орудие.

Каждый из датчиков 5 (фиг. 2) содержит пару приемников 10 и 11, один из которых чувствителен к излучению СВЧ в диапазоне 4 - 8 ГГц, а другой к световому излучению факела реактивного двигателя. Выходы обоих приемников 10 и 11 через логический элемент И 12 соединены со входом генератора 13 кода, установленного для данного датчика в виде двоичной последовательности импульсов. Выход генератора 13 подключен к широкополосному кабелю 6, связывающему все датчики 5 ее входом ЭВМ, в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) которой занесены данные о координатах каждого датчика, извлекаемые кодовым сигналом. Выход генератора 13 также через логический элемент И-НЕ 14 подключен к второму входу следующего (соседнего) генератора 13' кода для блокировки его выхода на время передачи кода первым датчиком 5 в случае одновременного возбуждения двух соседних датчиков.

Приемник светового излучения выполнен по схеме оптического детектора, а приемник СВЧ основан на базе антенного усилителя приема сигналов спутникового телевидения (СТВ), диапазон частот которого совпадает с излучением радиовысотомера, например крылатой ракеты "Томогавк". Блок-схема приемника 10 СВЧ (фиг. 3) содержит цилиндрический объемный резонатор 15 с щелевой антенной 16 (может быть и другая), на корпусе которого укреплена плата антенного усилителя 17, связанного посредством зондов 18 и 19 с объемными резонаторами 15 и 20. Диод 21 предназначен для преобразования сигналов СВЧ в более низкую частоту, на которую настроен усилитель ВЧ 22, выход которого через ключевой элемент 23 подключен к одному из входов логического элемента И 12 датчика 5. (фиг. 2).

Действие системы Летательный аппарат, например крылатая ракета 24 "Томогавк" или другого типа, с работающим радиовысотомером (иначе ракета не сможет "подкрадываться" на малой высоте к объекту 4) пересекает линию 1 и возбуждает радиоизлучением СВЧ, например, сразу три приемника датчиков 5. Зона воздействия радиовысотомера изображена на чертеже заштрихованной окружностью 25. Ее диаметр на поверхности земли около 30 м. При ширине луча 13 - 15^o такой диаметр основания конуса соответствует высоте (60 ± 5) м. Данные о количестве среагировавших датчиков поступают по кабелю 6 на вход ЭВМ 8, которая может производить тригонометрические вычисления и передавать результат в блок управления оружия 9 для соответствующего изменения угла прицеливания, причем этот угол прицеливания может быть откорректирован после получения данных о количестве сработавших датчиков 5 с линий 2 и 3. По коду, полученному от датчиков, ЭВМ определяет их координаты, т.е. точки пересечения линий 1 - 3 ракетой, и вырабатывает сигналы управления для поворота оружия 9 в горизонтальной плоскости в сектор, где возможно появление цели 24. Момент пересечения линии 1 аппаратом 24 запоминается в ЭВМ, что обеспечивает определение скорости ЛА в момент пересечения последним линии 2. Информация о точках пересечения первой и второй линии позволит ЭВМ не только установить траекторию пролетевшего над этими линиями, но и осуществить экстраполяцию данных направления и скорости для предсказания точки в пространстве, где возможно появление цели для оружия 9. Корректировка угла прицеливания осуществляется также с помощью ЭВМ, если на второй линии будет задействован только один датчик 5 вследствие уменьшения диаметра конуса излучения 25 до 10 м, что соответствует высоте пролетевшего ЛА (20 ± 3) м. Вследствие момента инерции механизмов управления оружием 9 корректировка его прицеливания в обеих плоскостях, например в горизонтальной из направления "А" в направление "Б" на угол α , а затем и на угол β возможна только по данным пересечения первой и второй линии, но так как из-за своей скорости и летательный аппарат не может на ограниченном расстоянии изменить направление и высоту полета, что позволит с помощью быстродействующей ЭВМ заранее вычислить гипотетическую точку в пространстве, где должна появиться цель, установить момент ее появления, произвести соответствующие корректировки в прицеливании оружия и автоматически открыть залповый огонь навстречу цели еще до ее появления в зоне действительного огня.

Если же скорость ЛА сравнительно невелика и этот ЛА на территории системы может свободно маневрировать по высоте, скорости и направлению, то ЭВМ, получив всю информацию с цели еще в области 26 обнаружения, дает этому ЛА пересечь и линию 3, где в области 27 уточняет наводку оружия и уничтожает ЛА.

Тактико-технические преимущества Разумеется, что необходимость использования большого количества (около сотни на 1 км) датчиков на электронной базе не может быть представлено как преимущество перед сосредоточенной в одном пункте аппаратурой РЛС, но недавние известия об удачной "охоте" ЛА за работающими РЛС в мирное время, а также заявления в открытой печати специалистов ПРО о том, что "оборона против ракет ближнего действия вряд ли имеет шансы на успех ..." дает мне основание надеяться на проведение ОКР по данному изобретению. Однотипность датчиков позволит организовать их массовое производство, тем более, что антенные усилители СТВ (спутникового телевидения) широко рекламируются в средствах информации, а так как диапазоны усиливаемых частот совпадают, то не будет проблем с предприятиями-подрядчиками. Программирование датчиков является простой операцией для известных приборов программирования ПЗУ. Монтирование датчиков 5 на кабеле 6 может быть осуществлено в заводских условиях, а развертывание системы на местности - с барабана, вращательно установленного на кузове автомашины.

Случайный или умышленный обрыв кабеля 6 и/или провода 7 не выводит систему из строя, как это видно на фиг. 1, из-за двойной связи каждого кабеля 6 с ЭВМ.

И самое главное: работающая система не может быть засечена ЛА до момента открытия огня по этому ЛА вследствие пассивного принципа действия системы.

Предлагаемую систему можно использовать и для аэродромов гражданской и военной авиации с целью получения информации о координатах приближающихся или удаляющихся ЛА.

Формула изобретения

Система определения координат атакующего летательного аппарата, приближающегося со сверхзвуковой скоростью к объекту, защищаемого системой, содержащей приемники, чувствительные к электромагнитному излучению, размещенные на определенном расстоянии друг от друга и соединенные своими выходами через кабель с быстродействующей электронной вычислительной машиной, в постоянное запоминающее устройство которой занесены данные о точных координатах каждого приемника на местности и снабженной механизмом определения времени поступления двух последовательных сигналов от разных приемников, отличающаяся тем, что каждый из приемников электромагнитного излучения сверхвысокой частоты конструктивно и электрически объединен с приемником светового излучения факела реактивного двигателя летательного аппарата в дайчик пролета летательного аппарата, каждый из датчиков снабжен генератором кода для данного датчика и логическим элементом И, причем выходы приемников сверхвысокочастотного и светового излучений через логический элемент И подключены к входу генератора кода, выход которого присоединен к кабелю, на котором укреплены на равном расстоянии друг от друга аналогичные датчики, а сам кабель размещен на определенном расстоянии от электронной вычислительной машины, выход которой связан с блоком управления средством противоракетной и/или противовоздушной обороны преимущественно залпового огня, в зоне которого размещен на поверхности или над поверхностью земли один из кабелей системы, другие кабели которой размещены аналогично и удалены на разное расстояние от электронной вычислительной машины и блока управления средством противоракетной и/или противовоздушной обороны на расстояние, достаточное для обнаружения летательного аппарата, производства вычисления и прицеливания оружия в гипотетическую точку вероятного появления летательного аппарата, воздействующего своим электромагнитным излучением на упомянутые датчики, каждая соседняя пара которых снабжена общим логическим элементом И - НЕ, входы которого присоединены к выходам генератора кода соседних датчиков, а выход к второму входу генератора кода одного из датчиков.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3