Способ идентификации движущихся объектов

 

Предлагаемый способ может быть использован для обнаружения с борта летательного аппарата, например космической станции, объектов, движущихся по траекториям, опасным при сближении. Способ позволяет по нескольким последовательным результатам измерения пеленга на объект при условии установки границ диапазона селекции по скорости в соответствии с текущим значением угла пеленгования и при постоянстве измеренного угла пеленга идентифицировать космический объект как представляющий опасность в результате столкновения. Повышается оперативность и надежность идентификации при минимальном составе приборного оборудования и уменьшенном объеме вычислений. 3 ил.

Изобретение относится к способам селекции пассивных объектов, движущихся в космосе, и может быть использовано для обнаружения фрагментов, частиц разрушившихся комических аппаратов (КА) и последних ступеней ракет-носителей.

К настоящему времени на околоземных орбитах несколько миллионов различного размера частиц-осколков космического мусора, представляющих серьезную опасность для летательных аппаратов (ЛА) и, в частности, для обитаемых комических станций (КС) [1] . Защита от движущихся с высокой скоростью частиц (осколков) предполагает прежде всего их обнаружение и последующую идентификацию осколков, представляющих опасность при столкновении с ЛА (КС).

Известные способы обнаружения космических осколков или других приближающихся к ЛА объектов основаны на измерении их скорости и дальности с помощью бортовых радиолокаторов или ИК-датчиков [2].

Недостатком этих способов является то обстоятельство, что определение траектории движения и селекция осколков, представляющих опасность, требует значительных материальных затрат и вычислительных ресурсов.

Наиболее близким аналогом изобретения служит способ поиска и идентификации космических объектов, основанный на пеленговании и измерении параметров движения объектов на борту ЛА [3].

Недостатки способа-прототипа обусловлены тем, что сближение ЛА с осколками космического мусора в большинстве случаев происходит с высокими относительными скоростями, следовательно, определение параметров и прогноз траектории должны осуществляться достаточно быстро. Известный способ пеленгации и прогнозирования движения объектов не может обеспечить требуемого быстродействия при идентификации осколков, опасных для ЛА. Кроме того, данный способ предполагает использование нескольких, не менее двух, пеленгаторов, связанных с бортовым вычислителем, что усложняет систему обнаружения и селекции осколков и, следовательно, снижает надежность известного способа.

Задачей изобретения является разработка метода пеленгования объектов, обеспечивающего идентификацию опасных при сближении с ЛА (КС) осколков с повышенной надежностью, при минимальном потребном для этого объеме бортовых средств.

Сущность решения поставленной задачи заключается в том, что границы диапазона селекции объектов по скорости устанавливают в зависимости от угла пеленгования, т. е. угла поворота антенны пеленгатора; осуществляют многократное измерение пеленга на объект (не менее 2-х измерений); идентифицируют объект, как представляющий опасность столкновения для ЛА (КС), по условию постоянства результатов измерений пеленга, полученных при последовательных измерениях. При идентификации, естественно, учитывают погрешности пеленгатора.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что отличительными признаками предлагаемого способа являются: заранее определенная установка границ диапазона селекции объектов по скорости в зависимости от угла пеленгования и идентификация опасных объектов по условию постоянства значений результатов последовательности измерений пеленга на объект.

Указанная особенность предлагаемого способа обеспечивает возможность повышения чувствительности приемника пеленгатора за счет сужения полосы его пропускания, что, в свою очередь, позволяет улучшить точность и увеличить дальность пеленгования при минимальном объеме бортового оборудования.

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 и 2 представлены схемы движения космических объектов (осколков) и ЛА (КС); на фиг. 3 изображена схема системы, обеспечивающей реализацию предлагаемого способа.

На фиг. 1 и 2 обозначены векторы скоростей движения ЛА (КС) и осколка а также показаны линии визирования и траектории движения ЛА (КС) и осколков (пунктирные линии). Кроме того, на фиг. 1 обозначены векторы радиальные составляющие скоростей ЛА (КС) и осколка B соответственно. Помимо этого, на фиг. 1 и 2 обозначен пеленг П на космический объект (осколок). На фиг. 3 изображены ЛА (КС) 1, размещенный на нем пеленгатор, включающий привод 2 с датчиком 3 угла и антенну 4, установленную с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, электронный модуль 5 пеленгатора, связанный с приводом 2 и датчиком 3 угла. На фиг. 3 показано также сечение 6 диаграммы направленности антенны 4, представляющее собой вытянутый вдоль вертикали эллипс. В качестве пеленгатора может быть, например, использован доплеровский радиолокатор, работающий в квазинепрерывном режиме [4] . Антенна 4 должна иметь узкую (менее 1 градуса) диаграмму направленности.

Характерной особенностью, которую необходимо иметь в виду при анализе движения частиц космического мусора, является то, что подавляющее большинство частиц (осколков) движется по орбитам, близким к круговым [1]. Как известно [1], скорость объекта, движущегося по круговой орбите, постоянна и однозначно определяется высотой орбиты. Следовательно, значение скорости названных осколков определяется орбитальной высотой, на которой в данный момент находятся ЛА (КС) и осколки (космические объекты), и является априорно известной величиной. Кроме того, вектор скорости частицы лежит в плоскости, касательной к орбите, т.е. в плоскости местного горизонта. Предполагается, что расстояние, на котором осуществляется пеленгование осколков, не превышает нескольких десятков километров. Это существенно меньше радиуса орбиты ЛА (КС), в связи с чем кривизна орбиты практически не влияет на геометрию изображенных на фиг. 1 и 2 траекторий движения космических тел.

Если ЛА (КС) имеет одинаковую высоту с высотой орбиты осколка, V_c = V_hb. Как нетрудно видеть из схемы на фиг. 1, столкновение произойдет, если ЛА (КС) и осколок B пройдут равные отрезки пути до точки встречи O₁, что возможно только при определенной ориентации векторов скоростей космических тел и при определенном значении пеленга П, т.е. при соблюдении условия V_rc + V_rb = V_c · cosП + V_hb · cosB, которое при B=П принимает вид V_rc + V_rb = (V_c + V_hb) · cosП (1) Обозначив V_r = V_rc + V_rb, с учетом того, что V_c = V_hb получим V_r = 2V_hb · cosП (2) Если объект (осколок) B движется по траектории сближения с ЛА (см. фиг. 2), то совершенно очевидно, что значения пеленгов П₁; П₂; П₃, измеренных в различные моменты времени, соответственно, t₁; t₂; t₃, будут одинаковы. Таким образом, условие П₁ = П₂ = П₃...

является определяющим для идентификации объекта, как представляющего опасность столкновения с ЛА (КС).

Работа системы, реализующей предлагаемый способ, заключается в следующем (см. фиг. 3). За счет вращения антенны 4 осуществляется сканирование окружающего ЛА (КС) 1 пространства. При этом в просматриваемую пеленгатором область попадут только космические объекта (осколки), движущиеся по орбитам на высотах, равных высоте орбиты ЛА (КС), т.е. объекты, с которыми возможны столкновения. В зависимости от текущего значения угла пеленгования, т.е. угла поворота антенны 4 пеленгатора, по сигналу, снимаемому с датчика 3 угла, в соответствии с выражением (2) в электронном модуле 5 пеленгатора изменяются границы диапазона селекции по скорости. Один из возможных вариантов реализации устройства изменения границ диапазона селекции объектов по скорости (т.е. перестройки доплеровских фильтров) изложен в [5].

При наличии объекта (осколка), движущегося по опасной траектории сближения с ЛА (КС), результаты измерения пеленга на объект, повторяющиеся при каждом сканировании антенны 4, будут одинаковыми (с учетом погрешностей пеленгования). На основании этого формируется команда, предупреждающая об опасности столкновения ЛА (КС) с данными космическим объектом (осколком).

Использование селекции объектов по скорости обеспечивает пеленгование только тех объектов, траектории движения которых близка к траектории с ЛА (КС). Благодаря этому повышается помехозащищенность пеленгования, а также точность и дальность.

Возможность обнаружения и идентификации космического объекта, как представляющего опасность столкновения для ЛА (КС), осуществляемые с помощью единого устройства, позволяет повысить надежность идентификации осколков космического мусора.

Источники информации 1. Аппарат для удаления космического мусора на базе ядерного источника энергии. Дж. Метцгер и др. - Аэрокосмическая техника. 1990 г., N 4 - с. 50-62.

2. К проблеме загрязнения космического пространства. /Ракетная и космическая техника. - ЦНТИ "Поиск", Экспресс-информация. Серия 1, 1991 г., N 7 - c. 3-16.

3. Радиосистемы межпланетных космических аппаратов. /Р.В.Бакитько и др.: под ред. А.С.Виницкого - М.: Радио и связь, 1993 г. с. 177 - 196 (прототип).

4. Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. М.: Сов.радио, 1970 г. с. 41, 42.

5. Радиоэлектронное оборудование /под ред. В.М.Сидорина - М.: Воениздат, 1990 г. с. 171.

Формула изобретения

Способ идентификации движущихся объектов, например осколков космического мусора, включающий селекцию объектов по скорости, определение пеленга на объект на борту космического аппарата, отличающийся тем, что в процессе селекции объектов по скорости изменяют границы диапазона селекции соответственно значению текущего угла, определяющего направление пеленгования, в процессе сканирования пространства многократно осуществляют измерение угла пеленга каждого отселектированного по скорости объекта и при постоянстве результатов измерения угла пеленга с учетом погрешности его измерения, идентифицируют объект как представляющий опасность столкновения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3