Способ определения местоположения и параметров движения низколетящего над водной поверхностью со сверхзвуковой скоростью объекта по следу на водной поверхности

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).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам подводной навигации, в частности к определению местоположения или для точной координатной привязки точек постановки стационарных маяков гидроакустических навигационных систем, стартовых точек или точек зависания автономных подводных роботов и других подводных технических средств, оснащенных источниками навигационных сигналов.

Изобретение относится к гидроакустической технике, в том числе к активным гидролокаторам, предназначенным для обнаружения целей, измерения координат и параметров движения обнаруженных целей.

Изобретение относится к области гидролокации и предназначено для определения положения наблюдаемого объекта по глубине в водной среде. .

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано на судах с большой осадкой и водоизмещением (СБОВ): супертанкера и др., а также на пассажирских судах: лайнерах и др., на обитаемых подводных аппаратах (ОПА): туристические подводные лодки и др.

Изобретение относится к гидрографии, в частности к способам и техническим средствам съемки рельефа дна путем определения глубин на заданной акватории с определением их геодезических координат.

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно гидролокации, и может быть использовано при обнаружении объектов в активном режиме. .

Изобретение относится к области гидроакустики, связанной с приемом широкополосных сигналов, и может быть использовано при шумопеленговании, гидролокации, обнаружении гидроакустических сигналов, классификации, для гидроакустической связи, для подводных геофизических работ.

Изобретение относится к средствам подводной навигации и может быть использовано в составе ультракороткобазисных гидроакустических навигационных систем повышенной точности для обеспечения работы автономных и привязных необитаемых подводных аппаратов или других подводных технических средств.

Изобретение относится к гидроакустическим измерительным системам и предназначено для классификации донных отложений, а также для обнаружения и классификации донных и придонных объектов по акустическому импедансу.

Изобретение относится к гидроакустическим навигационным средствам, а именно - к гидроакустическим системам навигации (ГСН) подводных аппаратов (ПА) относительно судна обеспечения.

Изобретение относится к гидроакустике, в частности к гидроакустическим навигационным системам, работающим при наличии отражающих границ раздела, а более конкретно к определению координат преимущественно подводных подвижных аппаратов

Изобретение относится к радиотехнике, преимущественно к радиолокации объектов, и, в частности, может быть использовано для подповерхностного зондирования внутренних органов человека и животных в процессе ультразвуковых исследований

Изобретение относится к области подводной навигации, а именно к определению координат подводного объекта

Изобретение относится к области гидролокации и предназначено для обнаружения подводных целей в прибрежных мелководных областях

Изобретение относится к водолазной технике, а именно к аппаратуре звукоподводной связи и пеленгования, используемой водолазами. Пеленгатор водолаза, совмещенный со станцией звукоподводной связи, состоит из генератора импульсов и двух идентичных приемных каналов импульсов, каждый из которых имеет свою антенну, установленную слева или справа от водолаза. Выходы приемных каналов пеленгатора соединены с коммутатором, который подключает к станции звукоподводной связи левый или правый телефоны водолаза в зависимости от того на какую антенну раньше приходит сигнал от генератора импульсов другого водолаза. Обеспечивается одновременно с гидроакустической связью пеленгование гидроакустических сигналов другого водолаза. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Система демодуляции сигнала относится к области демодуляции модулированного по фазе или по частоте сигнала и может использоваться для обнаружения движения объекта. Достигаемый технический результат - распознавание точной частоты конкретной составляющей сигнала в принятом сигнале с множественными составляющими. Система демодуляции сигнала содержит: комплексный демодулятор (110), имеющий первый вход (111) для приема модулированного по фазе входного сигнала (Si) и сконструированный для выполнения комплексного перемножения этого сигнала с аппроксимацией обратной величины фазовой модуляции; устройство (130) анализа спектра, принимающее демодулированный умноженный сигнал, произведенный комплексным демодулятором (110), и способное анализировать частотный спектр демодулированного умноженного сигнала, контроллер (140) модуляции. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение предназначено для использования в системах управления движением судов (СУДС) при осуществлении оператором управления проводкой судна по сложным фарватерам. Техническим результатом, обеспечиваемым изобретением, является повышение точности и оперативности определения параметров движения судов при прохождении опасных участков акватории, в том числе определения положения судна относительно границ фарватера (границ зон безопасности). В изобретении решение задачи оперативного получения оператором СУДС достоверной информации о положении судна на фарватере достигается введением в состав оборудования СУДС гидроакустических навигационных систем (ГАС), внешние устройства которых (приемно-передающие устройства) располагаются вблизи опасных участков фарватера, использованием информации от них для определения положения судна относительно оси фарватера, координат местоположения его геометрического центра, расстояний носа и кормы судна от границ фарватера (границ запретных зон) и динамики изменения этих параметров и представлении результатов расчетов в цифровом виде и в виде отображения на индикаторе оператору для использования при выработке решений по управлению движением проводимого судна. 1 ил.

Изобретение относится к гидроакустике и предназначено для обнаружения объектов и измерения дистанции до них при взрывном источнике зондирующих сигналов. Изобретение позволяет определить дальность обнаружения и обеспечить скрытность приемного устройства. Гидроакустический способ измерения дистанции с помощью взрывного источника содержит излучение взрывного источника сигналов, прием эхосигнала от объекта, фильтрацию, детектирование и вывод на индикатор, взрывной источник имеет фиксированную глубину установки и фиксированное время срабатывания Тиз, прием сигналов взрывного источника осуществляется статическим веером характеристик направленности, измеряется уровень помехи по всем пространственным каналам, выбирается порог, принимается сигнал прямого распространения от источника взрывного сигнала до приемного устройства, определяется направление α0 прихода сигнала прямого распространения, определяется время прихода сигнала прямого распространения Тпр, определяется дистанция от приемника до источника излучения d=(Тпр-Тиз)С, где С - скорость звука, принимается эхосигнал, отраженный от объекта, определяется направление β0 прихода эхосигнала, отраженного от объекта, определяется время прихода Тэс эхосигнала, отраженного от объекта, определяется время распространения от источника до объекта и до приемника tc=(Тэс-Тиз), определяется дистанция распространения от источника до объекта и до приемника Rc=Ctc, определяется разность углов (α0-β0) между направлением на источник излучения и направлением на приемник эхосигнала, определяется дистанция до цели по формуле: Д = R c 2 − d 2 2 R c − 2 d cos ( α 0 − β 0 ) . 2 ил.

Изобретение относится к области гидроакустических навигационных систем и может быть использовано для мобильного навигационного обеспечения подводных роботов, в том числе работающих в ледовых условиях. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого в процессе навигации подводного робота используется один опорный гидроакустический маяк, координаты которого уточняют средствами спутниковых систем навигации и передают по гидроакустическому каналу на борт подводного робота, по ходу движения которого производят измерения скорости, курса и глубины, с использованием соответствующих датчиков принимают навигационные сигналы, излучаемые опорным гидроакустическим маяком, измеряют время распространения сигнала от маяка до подводного робота; на борту подводного робота инициализируют набор предполагаемых положений: точек, географические координаты которых равномерно разбросаны вокруг области погружения; изначально каждое положение считают равновероятным; количество предполагаемых положений выбирают исходя из вычислительных возможностей аппаратуры подводного робота и требуемого уровня точности определения местоположения; в момент приема подводным роботом навигационного сигнала от опорного маяка производят детерминированный сдвиг каждого предполагаемого положения. 1 ил.

Изобретение относится к области создания систем наблюдения, состоящих из нескольких разнородных приемных каналов. Существо предлагаемого изобретения состоит в том, что если условию идентичности наблюдаемой и комплексной цели удовлетворяет несколько комплексных целей, то из них выбирается та, которая сформирована из тех же целей в отдельных каналах наблюдения, что и комплексная цель, продолжение траектории которой ищется. В случае отсутствия такой цели за продолжение траектории комплексной цели (ее сопровождение) принимается та комплексная цель, для которой норма вектора разности в среднем минимальная по всем идентифицированным с ней наблюдаемым целям. В результате комплексирование векторов идентификационных параметров наблюдаемых целей производится с выбранной таким образом комплексной целью. Техническим результатом является повышение качества сопровождения целей в системах наблюдения, состоящих из нескольких разнородных приемных каналов.

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

Наверх