Способ определения расстояния до неподвижного источника излучения движущимся пеленгатором
Владельцы патента RU 2617210:
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к методам определения расстояния с использованием пеленгатора, размещенного на носителе, выполняющего движение в направлении источника радиоизлучения, в интересах снижения погрешности определения координат. Достигаемый технический результат – снижение погрешности определения расстояния до неподвижного источника радиоизлучения с подвижного объекта, оснащенного пеленгатором. Указанный результат достигается за счет того, что способ определения расстояния до неподвижного источника излучения движущимся пеленгатором основан на последовательном выполнении угловых маневров носителем пеленгатора с отворотом от источника излучения и определении расстояния до него, дополнительно угловой маневр совершают при постоянном угле пеленгации α через промежутки времени Ti, где , N - число измерений, измеряют изменения курсового угла ϕi носителя пеленгатора, движущегося со скоростью V, и определяют расстояние до источника излучения по формуле . 2 ил.
Предлагаемое изобретение относится к методам определения расстояния с использованием пеленгатора, размещенного на носителе, выполняющего движение в направлении источника радиоизлучения.
Известен способ определения расстояния до источника радиоизлучения при пеленгации его из двух разнесенных пунктов [Ю.П. Мельников, С.В. Попов. Радиотехническая разведка. Методы оценки эффективности местоопределения источников излучения. М.: Радиотехника, 2008. 432 с.: ил., стр. 11-14]. Определение расстояния до неподвижного источника излучения осуществляется путем пеленгации его с подвижного летательного аппарата из двух точек, расположенных на известном удалении друг от друга, за счет решения задачи определения сторон треугольника по двум углам и основанию. Недостатком способа является необходимость выполнения прямолинейного полета не на объект, а мимо него на довольно большом удалении с большими углами пеленгации (α>50°), и низкая точность определения координат источника излучения (σD≈(1,1÷1,8)⋅D⋅σα, где D - расстояние до объекта по линии траверза, σα - среднеквадратическая погрешность пеленгации).
Известен способ определения расстояния до источника радиоизлучения путем многократной его пеленгации и обработки результатов измерений с использованием методов наименьших квадратов поправок углов и весовых коэффициентов [Ю.П. Мельников, С.В. Попов. Радиотехническая разведка. Методы оценки эффективности местоопределения источников излучения. М.: Радиотехника, 2008. 432 с.: ил., стр. 14-25]. За время прямолинейного пролета района разведки пеленгатор многократно определяет направление на источник излучения через известные интервалы времени. Результаты измерений обрабатываются с использованием методов наименьших квадратов поправок углов или весовых коэффициентов для снижения погрешности определения координат. Недостатком способа является необходимость выполнения прямолинейного полета не на объект излучения, а мимо него на довольно большом удалении продолжительное время с углами пеленгации 30°>α>120°. При этом потенциальная точность определения координат источника излучения составляет σD≈(0,7÷1,5)⋅D⋅σα по причине принятых допущений: в методе наименьших квадратов - положение опорной точки совпадает с положением неподвижного объекта; в весовом методе - весовые коэффициенты известны.
Наиболее близким по сущности и достигаемому эффекту (прототипом) является кинематический способ определения расстояния до неподвижного источника радиоизлучения с подвижного летательного аппарата [Ю.П. Мельников, С.В. Попов. Радиотехническая разведка. Методы оценки эффективности местоопределения источников излучения. М.: Радиотехника, 2008. 432 с.: ил., стр. 158-163. Защита радиолокационных систем от помех. Под ред. Канащенкова А.И. и Меркулова В.И. М.: Радиотехника, 2003. 416 c.; ил. стр. 320-322, 343-345]. Способ заключается в последовательном выполнении угловых маневров летательным аппаратом и нахождении расстояния до неподвижного объекта радиоизлучения как отношение скорости пеленгатора к угловой скорости линии визирования. При этом для нахождения величины угловой скорости используются результаты измерений пеленгов. Недостатком способа является необходимость организации движения летательного аппарата, на котором установлен пеленгатор, таким образом, чтобы он все время двигался с ускорением и с отворотом от объекта. При этом на некоторых этапах слежения (пеленгации) объект пеленгации не вполне наблюдаем (малая угловая скорость). Поэтому требуется выполнять несколько этапов выполнения маневра для достижения приемлемых точностей определения расстояния до неподвижного объекта. Величина ошибки определения расстояния даже с использованием дополнительного дифференциально-доплеровского метода составляет σD≈(0,04÷0,20)⋅D для углов пеленга α=60°÷30°, соответственно, и среднеквадратической погрешности пеленгации σα=2°, где D - расстояние до объекта.
Техническим результатом изобретения является снижение погрешности определения расстояния до неподвижного источника радиоизлучения с подвижного объекта, оснащенного пеленгатором, путем выполнения сближения его с источником под постоянным углом пеленгации, измерения величины изменения курсового угла подвижного объекта и по результатам измеренных значений изменения курсового угла определение и затем уточнение расстояния до неподвижного объекта.
Указанный результат достигается тем, что в способе определения расстояния до неподвижного источника излучения движущимся пеленгатором, основанном на последовательном выполнении угловых маневров носителем пеленгатора с отворотом от источника излучения и определении расстояния до него, согласно изобретению угловой маневр совершают при постоянном угле пеленгации α через промежутки времени Ti, где , N - число измерений, измеряют изменения курсового угла ϕi носителя пеленгатора, движущегося со скоростью V, и определяют расстояние до источника излучения по формуле 
.
Сущность изобретения представлена на фиг. 1, на которой показана схема расположения неподвижного источника излучения и траектория сближения носителя пеленгатора, движущегося с постоянным углом пеленгации к источнику излучения. При этом путь представляет собой логарифмическую спираль. На фиг. 1 обозначены: α - угол пеленгации источника излучения; ϕi - изменение курсового угла носителя пеленгатора между точками i-1 и i; Di - расстояние от носителя пеленгатора до источника излучения в i-й точке траектории; VP, Vi - векторы скорости носителя пеленгатора в точке Р (это может быть точка начала движения с постоянным углом пеленгации α после обнаружения (пеленгации) источника излучения) и в i-й точке соответственно.
Известно [И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. Справочник по математике. Для инженеров и учащихся ВТУзов. М.: Наука, 1980. 976 с., стр. 184-185], что удаление тела, движущегося по логарифмической спирали к ее центру, изменяется по закону Di=Di-1⋅exp(-ctg(α)⋅ϕi), где ϕi - угол, образованный прямыми, соединяющими центр спирали с точками спирали Di-1 и Di. При этом пройденный путь составляет 
. Выразим Di-1 из второй формулы и подставим в первую формулу. После незначительных преобразований получим выражение 
. Из геометрии, представленной на фиг. 1, следует, что угол ϕi также соответствует углу между касательными прямыми к спирали в точках i-1 и i (углу между векторами скорости в i-1 и i точках), то есть полученная формула позволяет определять расстояние до источника излучения по изменению курсового угла носителя пеленгатора.
Способ определения расстояния до неподвижного источника излучения движущимся пеленгатором осуществляется по следующему алгоритму:
1. Носитель пеленгатора осуществляет движение в направлении источника излучения до его обнаружения (пеленгации). Обнаружение и измерение пеленга источника излучения в зависимости от типа излучения и его диапазона могут быть осуществлены соответствующими пеленгаторами. Например, радиоизлучение может быть обнаружено, и определен пеленг на его источник с использованием станции непосредственной радиотехнической разведки [http://www.ckba.net/main.php].
2. Носитель пеленгатора разворачивается таким образом, чтобы между вектором скорости носителя и направлением на источник излучения был заданный угол (угол пеленгации α), и продолжает дальнейшее движение с выдерживанием заданного угла пеленгации.
3. Через промежутки времени Тi на борту носителя измеряют изменения курсового угла носителя ϕi и осуществляют определение расстояния до источника излучения. Изменение курсового угла может быть измерено с использованием существующих навигационных систем, например системой спутниковой навигации GPS или ГЛОНАС [old.glonass-portal.ru/catalog/glonass/navigation/plane].
Было осуществлено имитационное моделирование сближения носителя пеленгатора с источником излучения и получена статистическая зависимость среднеквадратической ошибки измеренного расстояния δD/D до источника излучения от расстояния до него. Зависимость получена при следующих допущениях:
скорость носителя пеленгатора V=150 м/с;
начальная дальность обнаружения источника излучения 50 км;
угол пеленгации α=60° измеряется пеленгатором со среднеквадратической погрешностью σα=2°;
значения курсового угла и скорости носителя измеряются без ошибки.
На фиг. 2 представлены зависимости среднеквадратической ошибки измеренного расстояния до источника излучения от расстояния до него способа прототипа (штриховая линия) и предлагаемого способа, полученные с использованием имитационной модели (сплошная линия). Из фиг. 2 видно, что среднеквадратическая ошибка определения расстояния до источника излучения с использованием предлагаемого способа снижается в 1,3-1,9 раза.
Изложенные сведения свидетельствуют о возможности снижения погрешности определения расстояния до неподвижного излучающего объекта с носителя, оснащенного пеленгатором, путем сближения с постоянным углом пеленгации.
Кроме того, достоинством предложенного способа от способа-прототипа является простота его реализации.
Таким образом, заявленный способ определения расстояния до неподвижного источника излучения движущимся носителем пеленгатора обеспечивает снижение погрешности определения расстояния до источника с носителя, выполняющего сближение с источником под постоянным углом пеленгации.
Предлагаемое решение соответствует критерию «промышленная применимость», так как совокупность характеризующих его признаков обеспечивает возможность его существования.
Способ определения расстояния до неподвижного источника излучения движущимся пеленгатором, основанный на последовательном выполнении угловых маневров носителем пеленгатора с отворотом от источника излучения и определении расстояния до него, отличающийся тем, что угловой маневр совершают при постоянном угле пеленгации α через промежутки времени Ti, где 
, N - число измерений, измеряют изменения курсового угла ϕi носителя пеленгатора, движущегося со скоростью V, и определяют расстояние до источника излучения по формуле 
.
