Способ определения местоположения и параметров движения низколетящего над водной поверхностью со сверхзвуковой скоростью объекта по следу на водной поверхности
Владельцы патента RU 2388012:
Джигимон Алексей Николаевич (RU)
Худзик Татьяна Александровна (RU)
Стабровский Виталий Николаевич (RU)
Изобретение относится к области радиолокации, лазерной локации и оптики, в частности к обнаружению, определению параметров движения и сопровождению сверхзвукового малозаметного низколетящего над водной поверхностью объекта (СМНО). Техническим результатом изобретения является обнаружение и сопровождение полностью невидимых объектов, летящих вблизи водной поверхности и создающих за собой возмущения воздушного пространства (то есть звуковую волну). Способ определения местоположения и параметров движения сверхзвукового низколетящего над водной поверхностью объекта по радиолокационно (оптически) наблюдаемому следу на водной поверхности заключается в том, что определение местоположения и параметров движения объекта производится по аномалии водной поверхности (АВП), скорость перемещения фронта которой позволяет классифицировать ее как след низколетящего над водной поверхностью объекта. Для определения местоположения и параметров движения используется контраст аномалии к окружающей водной поверхности. Скорость объекта принимается равной скорости перемещения фронта АВП (следа). Вектор перемещения объекта принимается равным вектору перемещения фронта АВП. Измеряется ширина АВП (следа) на определенном расстоянии от фронта АВП. Расстояние от фронта до точки измерения ширины АВП определяется как произведение отношения скорости объекта к скорости звука в окружающем объект воздушном пространстве и разности. Высота полета объекта определяется как разность. Проекция на водную поверхность расстояния от фронта АВП до местоположения объекта определяется как разность. Проекция на водную поверхность расстояния от фронта АВП до объекта может быть вычислена через высоту полета объекта как отношение произведения высоты полета объекта на скорость объекта к скорости звука в окружающем объект воздушном пространстве. Способ может быть осуществлен расположенным на судне автономным радиолокатором (лазерным локатором, телевизионным устройством) в пределах радиогоризонта с воздушного (космического) носителя, а также с применением многопозиционной радиолокации (лазерной локации, оптического наблюдения). 1 ил.
Описание
Изобретение относится к области радиолокации, лазерной локации и оптики, в частности к обнаружению, определению параметров движения и сопровождению малозаметного низколетящего над водной поверхностью со сверхзвуковой скоростью объекта (СМНО).
Изобретение позволяет обнаруживать и сопровождать даже полностью невидимые объекты, летящие вблизи водной поверхности и создающие за собой возмущения воздушного пространства (то есть звуковую волну). На момент обнаружения предполагается равномерное прямолинейное перемещение объекта над водной поверхностью без изменения высоты полета со скоростью, превышающей 1,2 Маха.
Способ может быть осуществлен расположенным на судне автономным радиолокатором (лазерным локатором, телевизионным устройством) в пределах радиогоризонта, с воздушного (космического) носителя, а также с применением многопозиционной радиолокации (лазерной локации, оптического наблюдения).
В [1] предложен способ обнаружения СМНО по столбу газоводяного следа на морской поверхности. Предложение строится на превышении столба газоводяного следа эффективной поверхности рассеивания объекта. Подъем водных масс встречается только тогда, когда истекающая из двигателя объекта газовая струя задевает или касается водной поверхности, что на практике возможно при маневре набора высоты («горка»).
Аналогом предложенного изобретения можно назвать способ лазерной локации [2], использующий дополнительные к основному отражению от объекта отражения от водной поверхности для уточнения скорости объекта и определения высоты полета объекта. Однако этот способ использует немодулированное излучение одночастотного лазера непрерывного действия, что в радиолокации ведет к неэффективному использованию потенциала РЛС.
Способ определения параметров СМНО основан на наличии за СМНО аномалии водной поверхности (АВП). Возможен как вариант наличие участка взволнованной водной поверхности на фоне спокойной, так и вариант присутствия в следе сглаженного участка волн на взволнованной поверхности воды. Определяющим является наличие контраста между следом и остальной водной поверхностью.
АВП образуется под воздействием акустической волны, образованной пролетающим СМНО. Фронт АВП перемещается с такой же скоростью, что и СМНО. Перемещение фронта АВП со сверхзвуковой скоростью является явным признаком наличия СМНО. Направление перемещения фронта АВП совпадает с направлением движения СМНО.
Акустическая волна достигает водной поверхности, преодолевая расстояние, равное высоте (h) полета СМНО. За это же время СМНО преодолевает над водной поверхностью расстояние S0, являющееся расстоянием между СМНО и АВП. В динамике процесс образования АВП является непрерывным (при условии полета СМНО в заданных пределах высот над водной поверхностью). Непрерывность процесса приводит к постоянству зависимости высоты полета и расстояния между СМНО и АВП (см. схему):
,
где h - высота полета объекта над водной поверхностью;
S0 - длина проекции на водную поверхность мгновенного расстояния между объектом и образованной им АВП;
с - скорость распространения звука в воздушном пространстве между объектом и водной поверхностью;
ω - скорость объекта.
Тогда СМНО будет находиться относительно АВП в направлении перемещения фронта АВП впереди на расстоянии 
.
Звуковая волна, касаясь водной поверхности на расстоянии S0 от СМНО, далее оставляет расширяющийся на водной поверхности след. Если на этапе расширения следа замерить его ширину, то высота СМНО вычисляется по формуле:
,
где В - ширина следа;
L - расстояние от фронта АВП до точки измерения ширины следа;
с - скорость распространения звука в воздушном пространстве между объектом и водной поверхностью;
ω - скорость объекта.
Тогда
где В - ширина следа;
L - расстояние от фронта АВП до точки измерения ширины следа;
с - скорость распространения звука в воздушном пространстве между объектом и водной поверхностью;
ω - скорость объекта.
Осуществление
Обнаружение СМНО при полном отсутствии радиолокационного отражения от СМНО возможно при наличии АВП, перемещение которой обнаруживается радиолокационной станцией. Скорость СМНО определяется по скорости перемещения фронта АВП. По направлению перемещения фронта АВП определяется направление движения СМНО.
Вычисляется скорость распространения звука в воздушном пространстве между объектом и водной поверхностью:
,
где Т - температура воздушного пространства между объектом и водной поверхностью К.
По скорости фронта АВП определяется оптимальное расстояние (L) от фронта АВП до точки измерения ширины АВП:
,
где h - высота объекта в пределах 6-20 м;
В - ширина АВП, выбирается исходя из технических возможностей и точности измерения РЛС;
с - скорость распространения звука в воздушном пространстве между объектом и водной поверхностью;
ω - скорость объекта.
На расстоянии L от фронта АВП измеряется ширина АВП - В.
По имеющимся значениям ω, с, L, В вычисляется высота полета СМНО:
,
где B - ширина следа;
L - расстояние от фронта АВП до точки измерения ширины следа;
с - скорость распространения звука в воздушном пространстве между объектом и водной поверхностью;
ω - скорость объекта.
По имеющимся значениям ω, с, L, В вычисляется проекция на водную поверхность расстояния от фронта АВП до СМНО:
,
где В - ширина следа;
L - расстояние от фронта АВП до точки измерения ширины следа;
с - скорость распространения звука в воздушном пространстве между объектом и водной поверхностью;
ω - скорость объекта.
Или проекции на водную поверхность расстояния от фронта АВП до СМНО вычисляется по имеющимся значениям ω, с, h:
,
где h - высота полета объекта над водной поверхностью;
с - скорость распространения звука в воздушном пространстве между объектом и водной поверхностью;
ω - скорость объекта.
Источники информации
1. Гребенюк И.И., Стабровский В.Н. Обнаружение сверхзвуковых низколетящих воздушных целей по газоводяному следу // Международная НТК по проблемам радиолокации: Тез. докл. - Санкт-Петербург, ВМИРЭ, 2003. - Т.6. - С.204-210.
2. Меньших О.Ф. Способ локации. Патент РФ №2296350, 2007.
Способ определения местоположения и параметров движения сверхзвукового низколетящего над водной поверхностью объекта по радиолокационно (оптически) наблюдаемому следу на водной поверхности, отличающийся тем, что для определения местоположения и параметров движения объекта не требуется радиолокационное (оптического) отражение от самого объекта; определение местоположения и параметров движения объекта производится по аномалии водной поверхности (АВП), скорость перемещения фронта и другие признаки которой позволяют классифицировать ее как след низколетящего над водной поверхностью объекта; аномалия водной поверхности не зависит от начальной взволнованности водной поверхности - для определения местоположения и параметров движения используется контраст аномалии к окружающей водной поверхности; скорость объекта принимается равной скорости перемещения фронта АВП (следа); вектор перемещения объекта принимается равным вектору перемещения фронта АВП; для определения местоположения и параметров движения объекта измеряется ширина АВП (следа) на определенном расстоянии от фронта АВП; измерение ширины АВП (следа) производится на этапе расширения АВП; расстояние от фронта до точки измерения ширины АВП определяется как произведение отношения скорости объекта к скорости звука в окружающем объект воздушном пространстве и разности, где уменьшаемое - корень квадратный из суммы квадратов высоты полета объекта и половины ширины АВП, а вычитаемое - высота полета объекта; высота полета объекта определяется как разность, где уменьшаемое - отношение произведения квадрата ширины АВП на скорость объекта к произведению восьми расстояний от фронта АВП до точки измерения ширины АВП на скорость звука в окружающем объект воздушном пространстве, а вычитаемое - отношение произведения расстояния от фронта АВП до точки измерения ширины АВП на скорость звука в окружающем объект воздушном пространстве к удвоенной скорости объекта; проекция на водную поверхность расстояния от фронта АВП до местоположения объекта определяется как разность, где уменьшаемое - отношение произведения квадратов ширины АВП и скорости объекта к произведению восьми расстояний от фронта АВП до точки измерения ширины АВП на квадрат скорости звука в окружающем объект воздушном пространстве, а вычитаемое - половина расстояния от фронта АВП до точки измерения ширины АВП; проекция на водную поверхность расстояния от фронта АВП до объекта может быть вычислена через высоту полета объекта как отношение произведения высоты полета объекта на скорость объекта к скорости звука в окружающем объект воздушном пространстве; способ может быть осуществлен расположенным на судне автономным радиолокатором (лазерным локатором, телевизионным устройством) в пределах радиогоризонта, с воздушного (космического) носителя, а также с применением многопозиционной радиолокации (лазерной локации, оптического наблюдения).
