Пассивный способ определения координат излучающего объекта

 

Изобретение относится к области радиолокации воздушных объектов с летательных аппаратов. Технический результат заключается в измерении координат воздушных объектов одним бортовым средством разведки на основе приема и анализа сигналов радиовысотомеров (РВ) этих летательных аппаратов (ЛА), приходящих в прямом направлении "объект - средство разведки" и диффузно отраженных от подстилающей поверхности земли. Способ отличается от известных тем, что он позволяет с более высокой точностью определять координаты излучающих объектов путем обработки прямого и диффузно отраженного сигналов РВ, получения приращений высоты полета ЛА относительно рельефа местности и применения корреляционно-экстремального алгоритма сравнения. 18 ил.

Предлагаемый способ относится к области пассивной радиолокации /1/ воздушных объектов с летательных аппаратов (ЛА) (вертолетов, самолетов, космических аппаратов и др. ), размещенных на высоте H над поверхностью Земли. Наиболее предпочтительное использование - для определения координат малоразмерных летательных аппаратов, осуществляющих маловысотный горизонтальный полет или полет со слабым огибанием на высоте h над пересеченным шероховатым рельефом местности по сигналам, установленных на них радиовысотомеров (РВ). Наиболее эффективное использование способа - при выполнении условия H >> h.

Известны пассивные способы определения координат, основанные на приеме излучений объектов в нескольких (не менее трех) точках пространства /1/. Основной недостаток этих способов заключается в необходимости наличия нескольких бортовых средств разведки и линий передачи информации на пункт обработки.

Это обуславливает сложность практической реализации, высокую стоимость, низкую скрытность, помехоустойчивость и живучесть систем, реализующих указанные способы.

Известен способ определения координат объекта путем приема прямого и отраженных от подстилающей поверхности сигналов РВ, выделения зеркально отраженного сигнала и сигнала диффузно отраженного участком поверхности, находящегося в главном лепестке ДНА РВ /2/. Однако при использовании этого способа для разведки объектов над шероховатым (например, лес, барханы), пересеченным рельефом местности (например, холмистая, мелкогорье) уровень зеркально отраженного сигнала снижается, что приводит к резкому уменьшению дальности разведки и точности измерения координат. Особенно данный эффект проявляется при ведении разведки с высотных летательных аппаратов /3/.

Аналогичный эффект также проявляется при разведке сигналов РВ, работающих в мм-диапазоне, даже при полете объектов над сравнительно гладкими поверхностями (например, луг, пашня).

Из известных способов определения координат объекта наиболее близким предлагаемому способу по технической сущности и назначению является пассивный способ определения координат местоположения объекта из одной точки пространства на основе использования информации о направлениях и разности времен прихода прямого и зеркально отраженного от земной поверхности сигналов (Патент США N 4626861 от 2.12.1986 г. по кл. МКИ G 01 S 3/02, по кл. НКИ 342.458) /4/-прототип.

Данный способ определения координат имеет следующие недостатки: 1. Низкая точность определения плоскостных координат σ_x,y, вследствие ограничений допустимых размеров антенн на летательных аппаратах (ЛА), определяющих точность измерения азимута.

2. Точность определения плоскостных координат σ_x,y с увеличением дальности до излучающей объекта резко снижается.

3. Сложность технической реализации при разведке объектов, оснащенных РВ, над шероховатым пересеченным рельефом местности, для которого характерно практически диффузное рассеяние сигнала (индикатриса рассеяния подчиняется закону Ламберта, что "является вполне приемлемым приближением для оценки многих видов поверхностей при средних углах падения радиоволн" /5/) и характерно при ведении разведки с самолетов и космических аппаратов).

4. Большая сложность практической реализации при разведке объектов, оснащенных импульсным РВ малых высот, из-за чрезмерно высоких требований к частоте сканирования антенной системы.

5. Большие габариты антенной системы, что обусловлено наличием двух антенн, развернутых в вертикальной плоскости на угол ~ 30^o и имеющих большие размеры в горизонтальной плоскости.

Устранение указанных недостатков достигается путем обработки прямого и диффузно отраженного сигналов РВ, получения оценок приращений высоты полета ЛА относительно рельефа местности и применения корреляционно-экстремального алгоритма сравнения Предлагаемый способ содержит следующие операции: 1. Запись цифровой карты рельефа местности (ЦКРМ) заданного района в ЭВМ бортового средства разведки (БСР).

2. Прием сигналов РА ЛА в точке, расположенной на высоте H над поверхностью Земли.

3. Измерение азимута объекта β. 4. Измерение угла места объекта ε. 5. Грубая оценка плоскостных координат объекта.

6. Селекция полезных сигналов РВ: прямого и максимума диффузно-отраженного.

7. Идентификация прямого сигнала РФ.

8. Идентификация диффузно отраженного сигнала РВ подстилающей поверхности Земли.

9. Измерение времени запаздывания между прямым и диффузно-рассеянным сигналами τ. 10. Вычисление оценки высоты полета объекта относительно уровня рельефа местности в точке с координатами 11. Повторение операции 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10...n раз и формирование массива (функции) 12. Вычисление функции приращений оценок высоты полета объекта 13. Вычисление границ района возможного местоположения объекта
14. Вычисление точных значений координат объекта x_T, y_T с использованием корреляционно-экстремального алгоритма сравнения функции приращений оценок высоты полета объекта с функциями приращений рельефа местности
Новыми существенными признаками являются:
запись ЦКРМ заданного района бортовой ЭВМ;
грубая оценка плоскостных координат объекта;
селекция полезных сигналов РВ: прямого и максимума диффузно-отраженного;
идентификация диффузно-отраженного сигнала РВ;
измерение времени запаздывания между прямым и диффузно-отраженным сигналом τ;
вычисление оценки высоты полета объекта относительно уровня рельефа местности;
проведение n измерений β, ε, оценки идентификации прямого и диффузно отраженного сигналов, измерении τ, вычислении и формирование функции
вычисление функции приращений оценок высоты полета объекта
вычисление границ района возможного местоположения объекта
вычисление точных значений координат объекта x_T, y_T.

Введение новых существенных признаков позволяет повысить точность определения плоскостных координат объекта, оснащенного импульсным радиовысотомером, осуществляющей горизонтальный или близкий к нему полет над шероховатым изрезанным рельефом местности.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 - 12.

На фиг. 1 представлена совокупность операций, составляющих сущность предлагаемого способа, где обозначено:
известные операции: 2, 3, 4, 7;
вновь введенные операции: 1, 5, 6, 8, 10, 11, 12, 13, 14;
операции, отличающиеся режимами: 10 - в частности алгоритма оценки высоты полета объекта.

На фиг. 2 представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ, где обозначено:
1 - система наведения антенны по азимуту (СНА);
2 - первый преобразователь "угол-код";
3 - пеленгатор;
4 - пороговое устройство (ПУ);
5 - индикатор;
6 - система наведения антенны по углу места (СНУ);
7 - устройство управления порогом (УУП);
8 - источник постоянного напряжения (ИПН);
9 - регулятор интервала задержки (РИЗ);
10 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
11 - спецвычислитель;
12 - второй преобразователь "угол-код";
13 - устройство управления уровнем синхронизации (УУУС);
14 - генератор импульсов синхронизации (ГИС);
15 - генератор развертки (ГР);
16 - компаратор,
17 - генератор строб - импульса (ГСИ).

На фиг. 3,4 представлены чертежи, поясняющие геометрическое расположение объектов излучения и бортового средства разведки (БСР) и пути распространения прямого и диффузно отраженного сигналов РВ, где обозначено:
M, N - точки местоположения БСР и разведываемого ЛА по сигналам его РВ соответственно;
S - участок подстилающей поверхности, находящийся в главном лепестке ДНА БСР;
S₁ - участок подстилающей поверхности максимального диффузного рассеяния сигнала РВ;
H, h - высоты полета БСР и разведываемого ЛВ соответственно;
R_o - расстояние между БСР и ЛА (путь прохождения прямого сигнала);
r - расстояние между БСР и центром участка поверхности диффузного рассеяния S₁;
d - проекция дальности до объекта на плоскость XOY;
β - азимут объекта;
ε - угол места объекта.

На фиг. 5 показаны эпюры, поясняющие процесс измерения времени задержки между прямым и диффузно рассеянным сигналами РВ, где обозначено:
1 - прямой сигнал
2 - напряжение внутренних шумов приемника
3 - строб-импульс
4 - диффузно отраженный сигнал
u - напряжение сигналов на входе приемника РТР
t - текущее время
τ - время задержки максимума диффузно отраженного сигнала относительно прямого сигнала.

На фиг. 6 показаны эпюры напряжения сигналов, наблюдаемые на экране индикатора для различных значений длительности развертки t_p, периода повторения импульсов РВ - T_n, напряжения порога U_n и напряжения (уровня) синхронизации U_c, где
U_no - требуемое значение U_n на выходе УУП-7;
U_co - требуемое значение U_c на выходе УУУС-13.

На фиг. 7 приведены зависимости мощности смеси прямого и диффузно отраженного сигналов РВ на входе приемника РТР, нормированной к мощности прямого сигнала РВ на входе этого приемника от времени, где σ²_γ - дисперсия угла неровностей подстилающей поверхности /6/.

На фиг. 8 приведена зависимость случайной ошибки измерения высоты σ_hτ, обусловленной неточностью измерения времени запаздывания сигналов РВ, от высоты полета объекта.

На фиг. 9 приведены зависимости точности определения плоскостных координат объекта от количества измерений высоты при различных значениях градиента рельефа местности.

На фиг. 10 приведена зависимость требуемой скорости сканирования антенной системы прототипа от дальности до объекта при различных его высотах полета.

На фиг. 11 показан вид участков подстилающей поверхности S_i (i = 1, 2,.. . , 6), находящихся в главном лепестке ДНА БСР, при отражении от каждого из которых разность хода сигналов на входе разведприемника не превышает длительности зондирующих импульсов (τ_u) РВ, где обозначено:
S₁ - участок максимального диффузного отражения;
S - участок подстилающей поверхности, находящийся в главном лепестке ДНА разведчика;
S₂ - участок максимального зеркального отражения.

На фиг. 12 приведены оценки ошибок измерения плоскостных координат в зависимости от градиента рельефа местности.

На фиг. 13 приведены оценки точности определения плоскостных координат объекта прототипом и предлагаемым способом при различных условиях его полета.

Согласно фиг. 1 (нумерация операций произведена в соответствии с вышеприведенным их перечислением) вначале производится запись ЦКРМ заданного района в память ЭВМ бортового средства разведки (операция 1) /7/. Методом сканирования антенной системы (мгновенным "полем зрения") бортового средства РТР по азимуту β и углу места ε производится поиск сигналов РВ ЛА в заданном районе. При наличии излучений РВ осуществляется прием смеси прямого и диффузно отраженного от подстилающей поверхности Земли сигналов РВ (операция 2). Любым из известных методов (например, методом моноимпульсной амплитудной пеленгации) определяется азимут β (операция 3) и угол места объекта ε (операция 4). По измеренным значениям азимута и угла места в спецвычислителе производится грубая оценка плоскостных координат объекта (операция 5) (фиг. 4) по формулам


В дальнейшем осуществляется амплитудная селекция (операция 6) прямого и диффузно отраженного сигналов РВ (например, путем установления порога ограничения сигналов снизу). Возможность амплитудной селекции обусловлена тем, что мощность прямого и диффузно отраженного сигнала участком подстилающей поверхности S₁ (фиг. 3) существенно (на 10 - 15 дБ и более) превышает мощность сигналов, отраженных от других участков поверхности Земли (фиг. 7) /2/.

Для селекции импульсов, соответствующих соседним периодам излучения, используется условие τ ≪ T_п, которое применительно к маловысотным целям всегда выполняется. Приближенное значение периода повторения импульсов РВ Т_П известно априори, например для наиболее распространенных РВ типа AN /APN-194 Т_П ≈ 10 мкс /8/.

Выделенные сигналы идентифицируются (операция 7, 8).

В качестве признака идентификации используется очередность прихода этих сигналов. Первым всегда приходит прямой сигнал, вторым - диффузно рассеянный, т.е. всегда τ > 0. Таким образом, идентификация сигналов заключается в следующем: в качестве прямого сигнала - 1 принимается первый импульс, диффузно отраженного - 4 - второй импульс (фиг. 5, 6).

После идентификации сигналов измеряется время задержки максимума диффузно отраженного сигнала относительно прямого сигнала τ (операция 9), значение которого заносится к память СВ. В СВ производится оценка высоты полета объекта относительно уровня рельефа местности в точке с координатами (операция 10) (фиг. 3, 4) по формуле

Операция 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 повторяются n раз, в результате чего формируется функция (операция 11). В СВ вычитанием последующего элемента из предыдущего в функции формируется функция (операция 12), которая является отображением функции приращения рельефа местности некоторого отрезка траектории полета объекта

Границы района возможного местоположения объекта (операция 13) определяются как положение доверительного квадрата со сторонами центром которого является точка с координатами x_n , y_n, т.е.

где в соответствии с фиг. 3


где Θ^β_0,5P, Θ^ε_0,5P - значения полуширины ДНА БСР в азимутальной и угломестной плоскостях соответственно.

Вычисление точных значений координат объекта x_T, y_T (операция 11) в спецвычислителе осуществляется сравнением функции с функциями с использованием корреляционноэкстремального алгоритма /9, 10/. В качестве критерия сравнения используется минимум отклонения измеренной и эталонной информации о рельефе

где

где n - число замеров;
приращение оценки высоты полета объекта в точке с координатами
приращение высоты рельефа цифровой карты в i-й точке последовательности, начинающейся в точке с координатами дискретность эталонной информации ЦКРМ;
число дискрет доверительного квадрата по оси x и y соответственно;
Q = K · J - количество проверяемых гипотез;

Координаты точки, в которой достигается минимальное значение критерия W_j,K принимаются за истинное местоположение объекта - x_T, y_T.

На фиг. 2 приведен пример устройства, реализующего предлагаемый способ при разведке объектов, оснащенных импульсными РВ. Это устройство работает следующим образом. CHA-1 и СНУ-6 управляет антенной системой пеленгатора-3, которая производит обзор заданного района, например, методом механического сканирования. В процессе сканирования или обработки внешнего целеуказания при попадании в мгновение "поле зрения" излучения РВ пеленгатор-3 осуществляет прием смеси прямого и диффузно отраженного сигналов (операция 2) и измерение азимута (операция 3), и угла места объекта (операция 4). Измерение значения β и ε, через первый и второй преобразователь "угол-код"-2 и 12 соответственно, поступают на первый и второй вход спецвычислителя-11. По измеренным значениям β и ε здесь, по приведенной выше формуле (1) производится грубая оценка плоскостных координат объекта (операция 5).

Пеленгатор-3 может быть реализован по схеме амплитудной суммарно-разностной моноимпульсной системы для пеленгации в двух плоскостях с последовательной перестройкой (например, гетеродина) по частоте /7, 12, 13/.

Антенная система пеленгатора установлена на стабилизированной платформе /14/.

Усиленные и преобразованные на видеочастоту сигналы с выхода амплитудного детектора (второй выход) пеленгатора-3 поступают на первый вход ПУ-4, ограничивающего уровень сигналов снизу. Уровень ограничения устанавливается с помощью УУП-7 (например, резистора переменного сопротивления), на вход которого подается постоянное напряжения с первого выхода ИПН-8.

Сигналы с выхода ПУ-4 поступают на первый вход усилителя вертикальной отклоняющей системы ЭЛТ осциллографа) и на первый вход ГИС-14.

ГИС-14 может быть выполнен по схеме ждущего заторможенного мультивибратора /15/, время восстановления t_B которого выбирается из условия τ_max < t_B < T_П, где τ_max - максимальное значение времени задержки максимума диффузно отраженного сигнала относительно прямого сигнала. Для измерения уровня запуска на второй вход ГИС-14 через УУУС-13 (например, резистор переменного сопротивления) поступает постоянное напряжение с третьего выхода ИПН-8. Синхронизирующий импульс ГИС-14 определяет момент запуска ГР-15 (например, генератора пилообразного напряжения). Пилообразное напряжение развертки с первого выхода ГР-15 поступает на третий вход индикатора-5 и со второго выхода - на второй вход компаратора-16 /16, 17/.

Постоянное напряжение со второго выхода ИНП-8 U_o, значение которого можно изменять посредством РИЗ-9 (например, резистора переменного сопротивления), поступает на первый вход компаратора-16.

В момент равенства пилообразного напряжения развертки установленному значению U_o на выходе компаратора-16 возникает короткий импульс, который запускает, находящийся в ждущем режиме, ГСИ-17 (например, ждущий мультивибратор). Сформированный импульс строба с выхода ГСИ-17 поступает на второй вход индикатора-5 (например, на второй вход усилителя вертикальной отклоняющей системы ЭЛТ).

Для выполнения операции селекции полезных сигналов РВ (операция 6) на индикаторе-5 (например, осциллографе) устанавливают длительность развертки Т_П < t_p < 2Т_П (фиг. 6а). Затем, изменяя порог ограничения (U_п) снизу в ПУ-4 с помощью УУП-7, устанавливают такое значение U_П ≈ U_П0, при котором обеспечивается устойчивое изображение ЭЛТ обеих полезных сигналов во втором периоде следования импульсов и осуществляют их амплитудную селекцию (фиг. 6б, U_П ≈ U_П0). После этого, изменяя уровень (U_C) запуска (срабатывания) ГИС-14 с помощью УУУС-12 обеспечивают появления обеих импульсов в предыдущем (первом) периоде излучения РВ, наблюдаемых в начале развертки ЭЛТ (фиг. 6в. U_C ≈ U_C0).

Устанавливая длительность развертки τ_max < t_P < T_П, переходят к идентификации сигналов (фиг. 6г, U_П ≈ U_П0, U_C ≈ U_С0). Как уже указывалось выше, в качестве прямого сигнала 1 принимается первый импульс (операция 7), диффузно отраженного 4 - второй импульс (операция 8).

Изменением уровня постоянного напряжения U₀на первом входе компаратара-16 с помощью РИЗ-19, строб-импульс на индикаторе-5 совмещается с максимумом диффузно отраженного сигнала и измеряется значение τ (операция 9). Цифровой код измеренного значения τ с выхода АЦП-10 записывается в память спецвычислителя-11, где производится оценка высоты полета объекта относительно уровня рельефа местности в точке с координатами (операция 10).

В результате повторения n раз операций N 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 с интервалом Δt в течение времени T формируется функция (операция 11), где n = entier (T/Δt), entier - операция выделения целой части числа; T - интервал измерений; T = L/V_ц; L - длина участка траектории объекта, на котором происходит измерение радиус корреляции рельефа (для мелкогорья 1,5 - 2 км), холмистой местности 2 - 4 км, равнины 5 - 10 км); V_ц - скорость объекта; Δt - дискретность измерений /2/.

Значение n выбирается исходя из условий обеспечения требуемой точности определенной характеристиками рельефа местности (фиг. 9). При этом Δt должно удовлетворять условию Δt·V_ц ≥ Δl. Как следует из фиг. 9, для σ_x,y = 100м и Δt = 1c при различных характеристиках рельефа местности (градиента -ω_P) число замеров может составлять от 80 до 160.

Градиент поля рельефа ω_P является обобщенным показателем, характеризующим структуру рельефа применительно к рассматриваемой задаче, представляет собой соотношение

где σ_P - среднеквадратическое отклонение высот рельефа относительно среднего уровня.

Операция 12, 13, 14 осуществляются в спецвычислителе в соответствии с выражениями (3 - 7).

Очевидно, что изобретение не ограничивается вышеописанным примером осуществления. Исходя из него могут быть предусмотрены и другие варианты изобретения. Например, поиск и грубое измерение координат объекта может осуществляться РЛС в активном режиме или другим типом измерителя, а определение точных значений координат осуществляется по описанному способу.

В этом случае предлагаемый способ определения координат может являться режимом уточнения координат в любой радиолокационной системе, в том числе и активной. Операции приема (поиска, захвата и последующего сопровождения) сигнала, отраженного от подстилающей поверхности могут осуществляться автоматически с помощью известных двухстробовых временных дискриминаторов и систем слежения за временным положением импульсов /11, 12, 16, 17/. В качестве алгоритмов оценивания координат в спецвычислителе могут использоваться другие корреляционно-экстремальные алгоритмы, например, беспоисковые, рекуррентно-поисковые алгоритмы оценивания и другие /9, 10/. Для реализации предлагаемого способа может использоваться аппаратура воздушного или космического базирования. Предлагаемый способ может также использоваться для определения координат объектов, оснащенных РВ с непрерывным излучением. В этом случае для измерения величины τ могут использоваться известные корреляционные приемники аналогичные прототипу /4/.

Оценка реализуемости и эффективности предлагаемого способа проводилась расчетным путем методом математического моделирования на ЭВМ. Реализация операции 1 сомнений не вызывает /23/.

Операции 2, 3, 4 новизной не обладают, их реализация, при возможности энергетического выделения (обнаружения) сигналов РВ, также сомнений не вызывает /7, 11, 12, 13/.

Возможность реализации операции 2 оценивалась по формуле радиотехнической разведки /12/.

При расчетах принимались следующие исходные данные: чувствительность приемника РТР - 104 дБ, коэффициент усилителя антенны - 42 дБ, уровень боковых лепестков - 20 дБ, эквивалентная импульсная мощность РВ - 1 кВт, обобщенные потери - 5 дБ, коэффициент различимости - 10 дБ, длина волны РВ - 7 см, высота полета объекта - 100 м.

Для приведенных условий дальность разведки прямого и диффузного отраженного сигналов составляет ~ 300 км, что объясняется примерным равенством мощности этих сигналов (фиг. 7).

Для оценки отношения мощности диффузно отраженного сигнала участком поверхности S₁, находящегося в главном лепестке ДНА РВ, к мощности прямого сигнала на входе приемника РТР КР несложно получить следующее выражение:
K_P = tg²Θ_0,5P·σ₀/(4·K_б),
где K_б - уровень боковых лепестков;
Θ_0,5P - значение половины ширины ДНА РВ;
σ₀ - удельная эффективная поверхность рассеивания Земли.

Полагая Θ_0,5P = 20^o, σ₀ = 0,01...0,1, получим K_p = 5...15 дБ. Из этого также следует, что разведка сигнала, отраженного от участка S₁ подстилающей поверхности, может быть обеспечена на дальности не меньше, чем разведка прямого сигнала.

Для оценки возможности реализации операции 6 проведем расчет зависимости ρ(t) мощности смеси прямого и диффузно отраженного сигналов РВ на входе приемника РТР, нормированной к мощности прямого сигнала РВ на входе этого приемника от времени, рассчитанные на ЭВМ (фиг. 7) с использованием методов электродинамической теории рассеяния /6/. Анализ этих зависимостей показывает, что ρ(t) имеет два максимума, которые могут разрешаться во времени. Первый максимум соответствует вершине импульса прямого сигнала, второй - диффузно отраженного сигнала. Устойчивость указанных экстремумов объясняется следующим. Прямой сигнал наблюдается отдельно от диффузно-отраженного, так как время задержки последнего превышает длительность импульса РВ. Уровень первого максимума (мощность прямого сигнала) зависит от уровня боковых лепестков ДНА РВ, уровень второго - от ДНА РВ и интенсивности диффузного отражения подстилающей поверхностью.

Из приведенных зависимостей следует, что для типовых ДНА РВ (2Θ_0,5P≅ 30^o) и подстилающей поверхности (σ²_γ< 1), оба максимума смеси прямого и диффузно отраженного сигналов РВ могут быть энергетически выделены, так как мощность на 10 - 15 дБ превышает мощность сигналов, отраженных от других участков подстилающей поверхности /2/.

Реализация устройств выбора порогов при наличии нескольких полезных сигналов и помех, включая мешающие отражения (к которым, в данном случае, следует отнести отражения от участка поверхности, соответствующего зеркальному отражению), сомнений не вызывает.

Обзор способов выбора порога обнаружения для обеспечения постоянства вероятности ложных тревог и процессов для пороговых обнаружителей с постоянным уровнем ложных тревог (ПУЛТ- или CFAR-процессоров) приведен в /18... 22/. Учитывая приведенные выше энергетические соотношения полезных и мешающих сигналов можно сделать вывод, что применение даже простейших способов и устройств выбора порога, например, на основе усреднения выборки смеси сигналов /19 - 22/ позволит обеспечить приемлемое качество обнаружения полезных сигналов.

Для реализуемости операции 7, 8 необходимо выполнение следующих условий:
1. Очередность прихода прямого и диффузно отраженного сигналов постоянна.

2. Время задержки τ значительно меньше периода следования зондирующих импульсов РВ, т.е. τ ≪ T_П.
3. Задержка диффузно отраженного сигнала относительно прямого должна быть больше длительности сигнала Р, т.е. τ > τ_u.
Очередность прихода прямого и диффузно отраженного сигналов (условие 1) обусловлена геометрическим фактором, что следует из рассмотрения треугольника NPM (фиг. 3)
cτ = NP+PM-MN = h+r-R₀ = h+Δr > 0,
(т. е. сумма длин двух сторон треугольника всегда больше длины его третьей стороны).

Для оценки возможности выполнения условия 2 определим значение τ через высоту полета объекта. Из Δ NPM (фиг. 3) следует, что при H >> h, τ ≈ 2h/c. Условие 2 может быть записано в виде 2h < Т_Пс. Полагая Т_П = 100 мкс /8/, имеем h < 15 км, т.е. условие 2 применительно к разведке летательных аппаратов на малых и средних высотах выполняется.

Предполагалось, что при вычислении оценок (1) ошибки их измерения нормально распределены с m_x = m_y = 0; где определяются в соответствии с (5). При моделировании также учитывались случайная ошибка измерения высоты, состоящая из ошибки, обусловленной точностью измерения времени запаздывания сигналов ошибки отклонения траектории полета объекта от горизонтали и ошибки измерения угла места. Случайная ошибка измерения высоты оценивалась по методике /24/, зависимость СКО этой ошибки от значения высоты полета объекта приведена на фиг. 8. Вторая составляющая случайной ошибки задавалась как СКО σ_ош реальной траектории полета от горизонтальной. Значение максимальной ошибки измерения угла места в формуле (2) принималось Δε ≅ Θ^ε_0,5ρ = 0,5^o.
Условие 3 выполняется всегда, так как даже при h = 30 м и τ_n = 3 · 10^-8 с /8,25/, τ = 2h/c=2·10^-7с.

Операция измерения значений τ (операция 3) является известной и широко реализуемой, ее подробное описание приведено, например в /18,24/.

Реализация операции 9 может осуществляться также известными устройствами измерения, так с использованием метода временных разверток /17/.

Операция 5, 10, 11, 12, 13, 14 выполняются с помощью СВ алгоритмическим путем по соответствующим выражениям (1 - 7), их реализация сомнений не вызывает.

Оценка точности определения координат проводилась ЭВМ с использованием поискового корреляционно-экстремального алгоритма типа ТЕРКОМ /9, 10/. Оценки проводились для следующих условий: количество измерений n = 100; дискретность измерений Δt = Δl/V_ц = 1c Δl = 250 м, V_ц = 250 м/с).

Полученные результаты оценки ошибок измерения плоскостных координат в зависимости от характеристик рельефа местности (градиента - ω_P ) приведены на фиг. 12 (на фиг. 12а - для условий горизонтального полета и на фиг. 12б - для полета со слабым огибанием рельефа местности соответственно).

Анализ полученных результатов показывает, что предлагаемый способ позволяет обеспечить измерение координат с достаточно высокой точностью. Как для горизонтального полета объекта, так и в условиях слабого огибания (псевдоогибания) рельефа местности ошибки измерения координат σ_x,y (фиг. 8, 12, 13) не превышают:
для ω_P = 30 · 10^-3 (мелкогорье, h = 250) - 100 м;
для ω_P = 20 · 10^-3 (холмистый рельеф, h = 150) - 200 м;
для ω_P = 10 · 10^-3 (равнина, h = 50) - 300 м;
Для приведенных сравнительных оценок точности измерения координаты x рассчитаем ошибки измерения в соответствии с выражением, приведенным в прототипе
Δx = R₀tgΘ^β_0,5P,
где Θ^β_0,5P - значение полуширины ДНА станции РТР в плоскости азимута.

Для оценки ошибки измерения координаты y прототипом используем выражение полного дифференциала функции y(τ₁, τ₂) /4/, где τ₁, τ₂ - времена задержки прямого и отраженного сигналов, приходящих по вертикальному и наклонному лучам соответственно. После несложных преобразований это выражение будет иметь вид

где α_Д = arctg(sin(τ₁ν/tgγ), α_C = arctg(sin(τ₁ν)/tgγ); γ - угол взаимного наклона лучей антенн прототипа;
δτ₁, δτ₂ - ошибки измерений значений τ₁, τ₂ - соответственно;
ν - скорость сканирования антенной системы.

Следует учесть, что для обеспечения работоспособности прототипа по импульсным РВ должно выполняться условие

где Т_П - период повторения импульсов РВ.

На фиг. 10 представлена зависимость ν = f(R_o, h) для H - 10 км, γ = 5^o, Т_П = 100 мкс /8/.

При расчетах принималась:
α_C = arctg((H+h)/R₀cosα_Д),
α_Д = arcsin((H+h)/R₀)
Анализ полученных результатов показывает, что в прототипе с увеличением дальности до объекта и уменьшением высоты полета объекта, скорость сканирования антенной системы возрастает на столько (при R_o > 200 км, h > 50 м, ν > 6 · 10⁴ град/с, что ее практическая реализация вызывает большие сложности.

На фиг. 13 представлены зависимости Δx, 3σ_x = f(R_o, h) для Θ^β_0,5P = 0,5^o и Θ^β_0,5P/= 1^o (фиг. 13а) и Δy, 3σ_y = f(R_o, h) для H = 25 км, γ = 5^o, δτ₁ = δτ₂ = 20 нс (фиг. 13б) Сопоставление приведенных графиков показывает, что точность определения координат предлагаемым способом по сравнению с прототипом в зависимости от условий разведки выше в 3 - 10 раз.

Таким образом, цель изобретения заключающаяся в повышении точности определения плоскостных координат местонахождения ЛА, осуществляющих горизонтальный или близкий к нему полет над шероховатым пересеченным рельефом местности, по сигналам установленных на них РВ, достигнута.

Список использованной литературы.

1. Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации. М. "Сов.радио", 1970.

2. Ягольников С. В. Разностный метод определения координат летательных аппаратов по сигналам их радиовысотомеров одним бортовым средством разведки. Радиотехника (Журнал в журнале), N 5, 1997.

3. Ягольников С.В. Корреляционно-экстремальный метод определения координат воздушных объектов по сигналам их радиовысотомеров. Радиотехника (Журнал в журнале), N 5, 1997.

4. Патент США N 4626861 от 2.12.1986 г. по кл. МКИ G 01 S /3/ 02 - прототип.

5. Справочник по радиолокации. /Под ред. М.Сколника. Т.1, М. "Сов.радио", 1976.

6. Орлов Р.А., Торгашин Б.Д. Моделирование радиолокационных отражений от Земной поверхности. Л., ЛГУ, 1978.

7. Справочник по радиолокационным системам, т. 2 Под ред. Б.Х. Кривицкого. М., "Энергия", 1979.

8. Preliminary Notes AN/APN - 194. Radar Altimeter System Honeywebl Aerospace Division Minulapalies, 1970.

9. Белоглазов И.Н. Корреляционно-экстремальные системы М., "Сов.радио", 1974.

10. Красовский А.А, и др. Теория корреляционно-экстремальных навигационных систем. М., "Наука", 1979.

11. Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. М., "Сов.радио", 1970.

12. Вакин С. А., Шустов Л.Н. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. М., "Сов.радио", 1968.

13. Вартанесян В.А. Радиоэлектронная разведка, М., Воениздат, 1975.

14. Радиоуправление реактивными снарядами и космическими аппаратами. Под. ред. Л.С.Гуткина. М., "Сов.радио", 1968 г.

15. Справочник по импульсной технике. Под ред. В.И.Яковлева. Киев, "Техника", 1971.

16. Горшков Б.И. Радиоэлектронные устройства (справочник). М., "Радио и связь", 1984.

17. Мирский Г.Я. Электронные измерения. М., "Радио и связь", 1986 г.

18. Бакулев П.А., Басистов Ю.А., Тугуши В.Г. Обработка сигналов с постоянным уровнем ложных тревог. Известен ВУЗов. "Радиоэлектроника", 1989, N 4.

19. Выбор порога в РЛС с фиксированной частотой ложных тревог при наличии нескольких объектов и отражений от местных предметов. Экспресс-информация. Радиотехника СВЧ, N 41, 1984.

20. Обзор методов автоматического обнаружения и сопровождения объектов в радиолокации. Экспресс-информация. Радиотехника СВЧ, N 37. 1984.

21. Radar CFAR thresholding in clutfer and multiple target Situativus. Rohiling H. "IEEE Technigs Aerospace and System", 1983, 19, N 4, p 608... 621.

22. Farina A.Studer F.A. Areview of CFAR detection techniques in radar sustems. Optimised Radar Processors. London, 1987, p. 179 ... 189.

23. Зарубежное военное обозрение, N 1, 1988.

24. Митяшев Б.П. Определение временного положения импульсов при наличии помех. М., "Сов.радио", 1962.

25. Жуковский А. П. и др. Теоретические основы радиовысотометрии. М., "Сов.радио", 1979.

Формула изобретения

Пассивный способ определения координат излучающего объекта, заключающийся в приеме прямого сигнала, излучаемого радиовысотомером объекта, и отраженных от подстилающей поверхности сигналов, в точке, размешенной на высоте Н над поверхностью земли, измерении направления прихода прямого сигнала β и ε, отличающийся тем, что осуществляют селекцию прямого сигнала и максимума диффузно отраженного сигнала, измерение времени запаздывания максимума диффузно отраженного сигнала τ относительно прямого сигнала, вычисляют оценку высоты полета по формуле

и, используя цифровую карту приращения высот рельефа местности в районе местоположения объекта

где размеры района возможного местоположения объекта;
Δl - дискретность цифровой карты;
h - количество измерений,
определяют значения плоскостных координат излучающего объекта по формуле

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13