РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ	(19) RU (11) 2 776 663 (13) C1
	(51) МПК G01S 7/40 (2006.01) (52) СПК G01S 7/4052 (2022.05)

Статус:	действует (последнее изменение статуса: 27.07.2022)
Пошлина:	Установленный срок для уплаты пошлины за 3 год: с 13.01.2023 по 12.01.2024. При уплате пошлины за 3 год в дополнительный 6-месячный срок с 13.01.2024 по 12.07.2024 размер пошлины увеличивается на 50%.

(21)(22) Заявка: 2022100732, 12.01.2022 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: 12.01.2022 Дата регистрации: 22.07.2022 Приоритет(ы): (22) Дата подачи заявки: 12.01.2022 (45) Опубликовано: 22.07.2022 Бюл. № 21 (56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2391682 C1, 10.06.2010. RU 189247 U1, 17.05.2019. RU 2099739 C1, 20.12.1997. RU 2420760 C2, 10.06.2011. RU 2703998 C1, 23.10.2019. US 6067041 A, 23.05.2000. GB 1085071 A, 27.09.1967. CN 108872955 A, 23.22.2018. CN 111123230 A, 08.05.2020. Адрес для переписки: 170026, г. Тверь, наб. А. Никитина, 32, АО "НПЦ ТВП"

(72) Автор(ы): Буцев Сергей Васильевич (RU), Линкевичюс Сергей Павиласович (RU), Морозов Андрей Константинович (RU), Руденок Иван Александрович (RU) (73) Патентообладатель(и): Акционерное общество "Научно-производственный центр Тверских военных пенсионеров" (АО "НПЦ ТВП") (RU)

(54) СПОСОБ ИМИТАЦИИ ЭХОСИГНАЛОВ ДВИЖУЩЕЙСЯ ЦЕЛИ В ЗОНЕ ОБНАРУЖЕНИЯ ТЕСТИРУЕМОЙ РЛС

1. Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для упрощения, сокращения времени и стоимости проведения тестирования РЛС, размещенной на реальной позиции, по обнаружению, сопровождению и распознаванию целей, а также по помехозащищенности.

2. Уровень техники

Известен способ испытаний РЛС [Леонов А.И., Леонов С.А., Нагулинко Ф.В. Испытания РЛС. Оценка характеристик. - М.: Радио и связь. 1990, с. 3, с. 25], включающий создание натурной сигнально-помеховой радиолокационной обстановки с использованием целей и постановщиков помех, пускаемых по заданным траекториям, обнаружение, захват и сопровождение целей, статистическую обработку измеренных параметров траекторий целей.

Недостатком данного способа являются значительное количество технических средств, требуемых для проведения испытаний, а следовательно, и его высокая стоимость. Это объясняется тем, что испытание такого сложного устройства как РЛС связано с целым рядом дорогостоящих организационных и технических мероприятий, включающих обеспечение полетов целей (самолетов, вертолетов, ракет и других объектов различных классов и назначения) в зоне обзора РЛС по заданным траекториям, привлечение специальных постановщиков помех, аппаратуры регистрации измерений и оценки результатов испытания.

Известен имитационно-испытательный комплекс для радиолокационной станции [Патент РФ RU №2533779С2, опубл.20.03.2014 г., Имитационно-испытательный комплекс для радиолокационной станции, МПК G01S 7/40], содержащий цель для создания натурной обстановки в зоне обзора по заданной программе облета, на борту которой установлены подключенная к спутниковой навигационной системе пилотажно-навигационная система и измерительное радиоэлектронное устройство, связанные с пунктом управления. Цель для создания натурной обстановки в зоне обзора по заданной программе облета выполнена в виде беспилотного летательного аппарата (БЛА) с крылом, оперением, фюзеляжем, двигателем и устройством посадки, снабженного пусковой установкой, на направляющей которой установлены толкатель и сбоку со стороны винта двигателя убираемый выдвижной стартер. На фюзеляже в нижней его части по продольной оси закреплен упор, контактирующий при взлете с торцевой поверхностью толкателя, а устройство посадки установлено в отсеке, на стенке которого закреплена открывающаяся створка, соединенная с автоматическим замком.

Недостатком данного имитационно-испытательного комплекса для радиолокационной станции является ограничение по дальности и скорости имитируемой цели, которые обусловлены возможностями БЛА.

Известна система проверки и испытаний средств противовоздушной обороны [Патент РФ RU №109870 U1, опубл. 27.10.2011 г., Система проверки и испытаний средств противовоздушной обороны, МПК G01S 7/40], содержащая воздушную цель с устройством управления, радиолокационную станцию обнаружения и станцию захвата и сопровождения цели, устройство регистрации параметров обнаружения и сопровождения цели, причем воздушная цель выполнена в виде БЛА с изменяемой эффективной площадью рассеивания (ЭПР).

Недостатком известного устройства является ограничение по дальности и скорости имитируемой цели, которые обусловлены возможностями БЛА.

Известен имитатор движущейся цели [Патент США №6067041, опубл. 23.05.2000 г., Moving target simulator, МПК G01S 7/40], содержащий радиоприемник, цифровую память, обеспечивающую требуемую задержку принятого радиосигнала, амплитудный модулятор, допплеровский модулятор, синтезатор частот, смесители, усилители, контроллер управления процессом задержки и модуляции имитируемого сигнала и управляющий персональный компьютер. Сущность использования известного устройства для тестирования РЛС заключается в следующем. Имитатор движущейся цели размещается неподалеку от тестируемой РЛС и принимает излучаемые ею сигналы. Принятые сигналы преобразуются на промежуточную частоту, задерживаются на время, соответствующее дальности до имитируемой цели, модулируются по амплитуде в соответствии с дальностью до цели и ее ЭПР, модулируются по допплеровской частоте в соответствии со скоростью движения имитируемой цели, преобразуются на несущую частоту РЛС и излучаются в ее сторону.

Недостатком известного устройства является невозможность имитации угловых перемещений цели, а следовательно, и невозможность оценить всю зону обзора тестируемой РЛС, а также невозможность имитации поляризационных свойств имитируемых эхосигналов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является выбранный в качестве прототипа способ имитации радиолокационного сигнала цели моноимпульсной радиолокационной станции [Патент РФ RU 2391682 С1, опубл. 10.06.2010 г., Способ имитации радиолокационного сигнала цели моноимпульсной радиолокационной станции, МПК G01S 7/40 (2006.01)]. Способ заключается в том, что имитатор принимает сигналы, излучаемые тестируемой РЛС, преобразует их на промежуточную частоту, модулирует в соответствии со скоростью движения имитируемой цели, ее дальностью и ЭПР, переносит их спектр на несущую частоту тестируемой РЛС и излучает их в ее направлении двумя антеннами, находящимися на дуге окружности с центром, совпадающим с антенной тестируемой РЛС. Соотношение мощностей, излучаемых парой пространственно разнесенных антенн, определяет текущее угловое положение цели.

Недостатком данного способа имитации является ограниченность углового сектора имитации радиолокационного сигнала, сложность его использования при тестировании РЛС, размещенной на реальной позиции, а также невозможность имитации поляризационных свойств имитируемых эхосигналов, соответствующих характеристикам реальных движущихся целей.

3. Раскрытие изобретения

Задачей изобретения, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка нового способа формирования требуемой (заданной) сигнально-помеховой обстановки путем излучения с борта БЛА имитируемых эхосигналов или помех, соответствующих по своим энергетическим, спектральным, корреляционным, поляризационным и траекторным параметрам эхосигналам реальных движущихся целей или сигналам помехопостановщиков в интересах тестирования РЛС, обеспечивающего достижение следующего технического результата: получение возможности имитации эхосигналов или помех, излучаемых с БЛА и соответствующих реальным энергетическим, спектральным, корреляционным, поляризационным и траекторным параметрам движущихся аэродинамических или баллистических целей, или помехопостановщиков, совершающих полет в зоне обнаружения тестируемой РЛС, размещенной на реальной позиции, и за счет этого сокращение времени и стоимости проведения ее тестирования в части оценки возможностей по обнаружению, сопровождению и распознаванию реальных движущихся целей, а также помехозащищенности.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат при использовании изобретения достигается тем, что в способе имитации эхосигналов движущейся цели, заключающемся в том, что в имитаторе принимают зондирующие сверхвысокочастотные (СВЧ) сигналы тестируемой РЛС, ограничивают их амплитуду аттенюатором, усиливают в усилителе высокой частоты (УВЧ), преобразуют на промежуточную частоту (ПЧ), дополнительно преобразованные на ПЧ сигналы подвергают согласованной фильтрации в N фильтрах, где импульсная характеристика определенного фильтра соответствуют определенному варианту модуляции зондирующего СВЧ сигнала тестируемой РЛС, детектируют выделенные на выходах фильтров сигналы, сравнивают их с порогом, определяют тип зондирующего СВЧ сигнала тестируемой РЛС, выбирая максимальный из сигналов, превысивших порог, формируют сигнал на ПЧ с модуляцией, соответствующей импульсной характеристике фильтра, в котором был выделен максимальный сигнал, с задержкой относительно зондирующего сигнала тестируемой РЛС, соответствующей расстоянию между имитатором и имитируемой движущейся целью, со сдвигом несущей частоты на величину доплеровского смещения, определяемого радиальной скоростью имитируемой цели, и с амплитудной модуляцией, соответствующей дальности до имитируемой цели, ее ЭПР и случайным флюктуациям, характерным для данного типа имитируемой цели, преобразуют сформированный сигнал на несущую частоту тестируемой РЛС, разделяют сформированный СВЧ сигнал на две составляющих, сдвигают по фазе одну составляющую СВЧ сигнала на угол π/2, регулируют амплитуду каждой составляющей так, чтобы обеспечить излучение СВЧ сигнала с заданной поляризацией, подают одну составляющую на первый вход-выход, а другую составляющую - на второй вход-выход двухвходовой приемо-передающей антенны, ориентированной в направлении тестируемой РЛС, и излучают с поляризацией, соответствующей поляризации эхосигнала имитируемой цели, причем имитатор размещают на БЛА, оснащенном пилотажно-навигационной системой, обеспечивающей его полет в дальней зоне антенны тестируемой РЛС с перемещениями за время полета в азимутально-угломестной плоскости, аналогичными перемещениям имитируемой цели, а по дальности и со скоростью - с уменьшенными в К раз значениями дальности и скорости полета имитируемой цели, где значение К выбирается, исходя из возможностей БЛА по высоте и скорости его полета.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предложенный способ обладает другими существенными, новыми отличительными от прототипа признаками. Новыми отличительными признаками заявляемого способа являются:

- размещение имитатора эхосигналов цели на БЛА, совершающим полет в дальней зоне антенны тестируемой РЛС, с перемещениями за время полета в азимутально-угломестной плоскости, аналогичными перемещениям имитируемой цели, а по дальности и со скоростью - с уменьшенными в К раз значениями дальности и скорости полета имитируемой цели, где значение К выбирается, исходя из возможностей БЛА по высоте и скорости его полета;

- определение типа зондирующего СВЧ сигнала тестируемой РЛС;

- излучение имитатором имитируемых эхосигналов с поляризацией, соответствующей поляризации зондирующего сигнала тестируемой РЛС и отражательным свойствам имитируемой цели.

Отличительные признаки являются существенными, так как каждый из них необходим, а все вместе достаточны для достижения поставленной задачи, на решение которой направлено заявляемое изобретение.

4. Пояснения к графическим материалам

На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации способа, где приняты следующие обозначения:

1 - двухвходовая приемо-передающая антенна (ППА); 2 - первый антенный переключатель (АП); 3 - второй АП; 4 - входной фазовращатель (ФВ); 5 - сумматор; 6 - аттенюатор; 7 - входной усилитель высокой частоты (УВЧ); 8 - входной смеситель; 9 - входной усилитель промежуточной частоты (УПЧ); 10 - блок демодуляции; 11 - цифровой сигнальный процессор (ЦСП); 12 - первый гетеродин; 13 - второй гетеродин; 14 - устройство управления и регистрации параметров полета (УУ и РПП); 15 - формирователь сигналов (ФС); 16 - блок модуляции; 17 - выходной смеситель; 18 - делитель; 19 - выходной ФВ; 20 - первый выходной УВЧ; 21 - второй выходной УВЧ; 22 - первый управляемый аттенюатор; 23 - второй управляемый аттенюатор; 24 - пилотажно-навигационная система (ПНС); 25 - наземное устройство управления (УУ); 26 - гиростабилизированная платформа (ГСП); 27 - БЛА; 28 - тестируемая РЛС.

При этом вход-выход 1 ППА 1, которая размещается на ГСП 26, соединен с входом-выходом 1 первого АП 2, вход 2 которого соединен с выходом первого управляемого аттенюатора 22, а выход 3 соединен с входом 2 сумматора 5, вход-выход 2 ППА 1 соединен с входом-выходом 1 второго АП 3, вход 2 которого соединен с выходом второго управляемого аттенюатора 23, а выход 3 соединен с входом входного фазовращателя 4, выход которого соединен с входом 1 сумматора 5, выход которого соединен с входом аттенюатора 6, выход которого соединен с входом входного УВЧ 7, выход которого соединен с входом 1 входного смесителя 8, вход 2 которого соединен с выходом 1 первого гетеродина 12, а выход соединен с входом УПЧ 9, выход которого соединен с входом 1 блока демодуляции 10, вход 2 которого соединен с выходом второго гетеродина 13, а выходы 1 и 2 соединены соответственно с входами 1 и 2 ЦСП 11, выход которого соединен с входом 1 УУ и РПП 14, вход 2 которого соединен с выходом ПНС 24, а выход 1 соединен с входом 1 первого управляемого аттенюатора 22, выход 2-е входом 1 второго управляемого аттенюатора 23, а выход 3-е входом ФС 15, выходы 1 и 2 которого соединены соответственно с входами 1 и 2 блока модуляции 16, выход которого соединен с входом 1 выходного смесителя 17, вход 2 которого соединен с выходом 2 первого гетеродина 12, а выход соединен с входом делителя 18, выход 1 которого соединен с входом первого выходного УВЧ 20, а выход 2 соединен с входом выходного фазовращателя 19, выход которого соединен с входом второго выходного УВЧ 21, выход которого соединен с входом 2 второго управляемого аттенюатора 23, выход которого соединен с входом 2 второго АП 3, связь ПНС 24 с наземным УУ 25, а также связь ППА 1 с РЛС 28 осуществляется по эфиру. При этом устройства 1-24 и 26 размещаются на БЛА 27.

На фиг. 2 поясняется расчет угла места имитируемой АДЦ и БЛА 27, а также и высоты полета БЛА 27 с использованием теоремы косинусов.

На фиг. 3 приведен результат расчета угла места имитируемой траектории АДЦ в зависимости от дальности до нее при высоте фазового центра антенны тестируемой РЛС 28. Н_з=10 м и полете имитируемой АДЦ на высоте H_max=10000 м.

На фиг. 4 приведен результат расчета траекторий БЛА 27 в плоскости «дальность-высота», используемый для оценки масштабирующего коэффициента К снизу.

На фиг. 5 поясняется связь координат X_T, Y_T, Z_T топоцентрической прямоугольной системы координат (СК) с координатами D, Az, В сферической СК. Топоцентрическая прямоугольная СК - это прямоугольная СК с началом в фазовом центре антенны тестируемой РЛС 28, где ось 0Y_T направлена в зенит по местной нормали к поверхности Земли, оси 0Х_T и 0Z_T лежат в плоскости местного горизонта и вместе с осью 0Y_T образуют правую СК, причем, ось 0Z_T лежит в плоскости нормали к антенному полотну/электрической оси антенны. Здесь А₃ - азимут оси OZ_T, который отсчитывается в плоскости местного горизонта от направления на север по часовой стрелке.

На фиг. 6 поясняется связь координат Х_Г, Y_г, Z_Г геоцентрической СК с топоцентрической прямоугольной СК. Геоцентрическая СК - это прямоугольная СК с началом в центре Земли, где ось OZ_Г направлена по оси вращения Земли на север, ось ОХ_Г лежит в плоскости экватора и проходит через нулевой меридиан, ось ОY_Г лежит в плоскости экватора и дополняет СК до правой. Здесь же приведена геоцентрическая СК ось которой проходит через меридиан точки стояния РЛС 28. При пересчете сначала координаты из топоцентрической прямоугольной СК пересчитываются в геоцентрическую СК а затем производится доворот осей и до осей геоцентрической СК Х_Г, Y_г, Z_Г. Эти геоцентрические СК жестко связаны с Землей и вращается вместе с ней. Здесь же показаны геодезические координаты РЛС 28 - долгота и широта

На фиг. 7 поясняется связь геодезической СК с плоскостными координатами Гаусса-Крюгера (показана одна из шестиградусных зон).

На фиг. 8-13 иллюстрируются результаты моделирования ошибок позиционирования БЛА 27 для сферической СК.

На фиг. 14 поясняется расчет времени задержки излучения имитируемого сигнала.

Для реализации предлагаемого технического решения может быть использовано стандартное оборудование.

ППА 1 может быть выполнена в виде турникетной антенны [И.Н. Григоров. Антенны. М.: Радиософт, 2003 г., стр. 152, рис. 13.1].

Первый АП 2 и второй АП 3 могут быть выполнены в виде полосковых циркуляторов низкого уровня мощности, например, ФПЦН2-15 [Циркуляторы низкого уровня мощности [Электронный ресурс]: URL: https://www.domen.ru/files/upload.pdf].

Фазовращатели 4 и 19 могут быть выполнены в виде отрезков коаксиального кабеля соответствующей длины.

Сумматор 5 и делитель 18 могут быть выполнены в виде двухходовых сумматоров/делителей типа QPD2-30-3000-1-S [2-Way Power Dividers/Combiners [Электронный ресурс]: URL: http://www.qualwave.com/products/2-way-power-dividers-combiners.htm].

Аттенюатор 6 может быть выполнен в виде аттенюатора с ручным управлением типа 5-3-127-A-1-S-12V [Белов Л.А. Аттенюаторы СВЧ-сигналов // Электроника: НТБ. 2006 г., №2].

УВЧ 7, 20 и 21 могут быть выполнены в виде малошумящих УВЧ типа ADCA3270 [Analog Devices. [Электронный ресурс]: URL: https://www.analog.com].

Смесители 8 и 17 могут быть выполнены в виде малошумного смесителя с двойным балансом типа LTC5510 [Analog Devices. [Электронный ресурс]: URL: https://www.analog.com].

УПЧ 9 может быть выполнен в виде усилителя типа ADL5541 [Analog Devices. [Электронный ресурс]: URL: https://www.analog.com].

Блок демодуляции 10 может быть выполнен в виде квадратурного демодулятора с АЦП типа микросхемы AD6676 [Analog Devices. [Электронный ресурс]: URL: https://www.analog.com].

ЦСП 11 может быть выполнен в виде высокопроизводительного цифрового сигнального процессора с обработкой смешанных сигналов типа ADSP-21991 [Analog Devices. [Электронный ресурс]: URL: https://www.analog.com].

Гетеродины 12 и 13 могут быть выполнены в виде генераторов СВЧ типа HMC586LC4B [Analog Devices. [Электронный ресурс]: URL: https://www.ana-log.com].

УУ и РПП 14 может быть выполнено в виде микро-ЭВМ типа LP-174 [LP-174 User's manual. Edition 1.3, 2016. [Электронный ресурс]: URL: https://www.manualslib.com/download/1449575/Commell-Lp-174.htm].

ФС 15 может быть выполнен в виде векторного генератора сигналов, способного формировать сигналы заданной амплитуды, формы и фазовой структуры, на заданной частоте и с требуемой временной задержкой, типа Agilent Е4438С [Контрольно-измерительные решения Agilent. США: каталог фирмы Agilent, 2014 г.].

Блок модуляции 16 может быть выполнен в виде цифрового квадратурного модулятора с интерполятором (на входе) и цифро-аналоговым преобразователем (на выходе) типа микросхемы AD9856 [Analog Devices. [Электронный ресурс]: URL: https://www.analog.com].

Управляемые аттенюаторы 22 и 23 могут быть выполнены в виде аттенюаторов с цифровым управлением типа НМС1119 [Analog Devices. [Электронный ресурс]: URL: https://www.analog.com].

ПНС 24 с наземным УУ 25 могут быть выполнены в виде пилотажно-навигационной системы транспортного летательного аппарата [Патент РФ RU 2597814 С1, Пилотажно-навигационная система транспортного летательного аппарата, МПК G01С 23/00 (2006.01), 2016 г.].

ГСП 26 может быть выполнена в виде гиростабилизированного подвеса требуемой грузоподъемности [Сайт-портал https://russiandrone.ru. [Электронный ресурс]: URL: https://russiandrone.ru/catalog/poleznaya-nagruzka/girostabilizirovannye-podvesy/girostabilizirovannye-platformy].

БЛА 27 может быть выполнен в виде БЛА [Патент РФ RU 2666493, Беспилотный летательный аппарат, МКП В64С 39/00, 2018 г.].

РЛС 28 может быть выполнена в виде РЛС типа П-18Р [Военно-техническая подготовка. Устройство РЛС РТВ ВВС.Радиолокационная станция П-18Р: учеб. в 2 ч. 4.1/ Е.Н. Гарин, Д.Д. Дмитриев, В.Н. Тяпкин и др.; ред. Е.Н. Гарин. - Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2012 г.].

5. Осуществление изобретения

Способ имитации эхосигналов движущейся цели реализуется следующим образом. Предварительно выбирается (рассчитывается) траектория аэродинамической или баллистической цели, эхосигнал которой будет имитироваться для тестирования РЛС.Точки этой траектории в геодезической СК должны быть внесены в память ПНС 24. На аттенюаторе 6 устанавливается затухание в соответствии с мощностью зондирующих сигналов тестируемой РЛС 28 и расстоянием между ней и БЛА 27. В память ЦСП 11 заносятся комплексные значения импульсных характеристик цифровых фильтров, являющихся копиями сигналов на промежуточной частоте, планируемых к использованию в тестируемой РЛС 28. Эти импульсные характеристики используются при выполнении алгоритма цифровой фильтрации, реализуемого в ЦСП 11 для определения типа зондирующего сигнала, излученного тестируемой РЛС 28 при очередном зондировании пространства. В память УУ и РПП 14 заносятся следующие данные:

- характеристики N планируемых к использованию в РЛС 28 зондирующих сигналов (длительность, рабочая частота, фазовая и частотная модуляция);

- характеристики имитируемой цели по всей траектории ее полета, а именно: дальность, ЭПР, доплеровская добавка частоты, амплитудно-временная модуляция, определяемая моделью флуктуаций эхосигналов, и поляризация эхосигнала.

Подбор координат точек траектории имитируемой цели проводится в сферической СК (см. фиг. 5), где:

дальность D фазового центра антенны РЛС 28 до точки траектории имитируемой цели определяется длиной радиус-вектора ;

азимут Az - есть угол, отсчитываемый от оси OZ_T до проекции радиус-вектора на плоскость местного горизонта;

угол места В - есть угол между радиус-вектором и его проекцией на плоскость местного горизонта.

Траектория движения БЛА 27 должна полностью повторять траекторию движения имитируемой цели по азимуту и углу места. Дальность и скорость движения БЛА 27 должны быть уменьшены в К раз по сравнению с дальностью и скоростью движения имитируемой цели. Значение коэффициента выбирают из условия полета БЛА 27 в дальней зоне антенны РЛС 28, а также из его возможностей по высоте и скорости полета.

После этого координаты точек траектории движения БЛА 27 должны быть пересчитаны в геодезическую СК, где ϕ - широта, λ - долгота, Н - высота. Координаты точек имитируемой траектории БЛА 27 и соответствующие моменты времени прохождения этих точек, а также скорость его движения заносят в полетное задание, которое вводится в память ПНС 24.

После включения тестируемой РЛС 28 БЛА 27 с помощью наземного УУ 25 выводится в начальную точку имитируемой траектории и начинает движение в соответствии с полетным заданием, хранящимся в памяти ПНС 24. При этом ППА 1 во время полета ориентирована с помощью ГСП 26 на тестируемую РЛС 28.

При облучении БЛА 27 зондирующим сигналом СВЧ тестируемой РЛС 28 ППА 1 принимает этот сигнал в двух поляризациях и передает его через вход-выход 1 первого АП 2 на вход 2 сумматора 5, а через вход-выход 1 второго АП 3 и входной ФВ 4 на вход 1 сумматора 5, с выхода которого результирующий сигнал поступает на вход аттенюатора 6. Ослабленный СВЧ сигнал с выхода аттенюатора 6 поступает на вход входного УВЧ 7. После усиления принятый СВЧ сигнал поступает на вход 1 входного смесителя 8, на вход 2 которого поступает гетеродинный сигнал с выхода 1 первого гетеродина 12. С выхода входного смесителя 8 и после усиления в УПЧ 9 преобразованный на промежуточную частоту сигнал поступает на вход 1 демодулятора 10, на вход 2 которого поступают сигналы второго гетеродина 13. В демодуляторе 10 происходит понижение частоты сигнала, разделение его на квадратурные составляющие и аналого-цифровое преобразование. Оцифрованный сигнал в двух квадратурах с выходов 1 и 2 демодулятора 10 поступает на соответствующие входы ЦСП 11. В ЦСП 11 проводится свертка входного цифрового сигнала с импульсными характеристиками N цифровых фильтров. Количество цифровых фильтров, реализуемых в ЦСП 11, а, соответственно, и количество рассчитываемых сверток соответствует возможному числу используемых РЛС 28 зондирующих сигналов. Максимальное значение свертки будет наблюдаться в случае, когда используемая для ее расчета импульсная характеристика будет максимально соответствовать зондирующему сигналу, используемому РЛС 28 на текущем этапе обнаружения/сопровождения/распознавания цели. Для исключения ложного обнаружения зондирующего СВЧ сигнала тестируемой РЛС 28 модуль свертки с максимальным значением сравнивается с порогом. Тип зондирующего СВЧ сигнала тестируемой РЛС 28 определяют по модулю свертки, имеющей максимальное значение и превысившей порог, и кодируют цифровым кодом, который с выхода ЦСП 11 подают на вход 1 УУ и РПП 14. УУ и РПП 14, получая информацию от ПНС 24, фиксирует время и координаты БЛА 27 на момент приема зондирующего СВЧ сигнала тестируемой РЛС 28, а также рассчитывает время задержки излучения имитированного сигнала в зависимости от расстояния между тестируемой РЛС 28 и БЛА 27, его амплитудную модуляцию в соответствии с ЭПР имитируемой цели, с дальностью до нее и ее радиолокационным портретом, доплеровскую добавку частоты, поляризацию. К моменту излучения имитированного сигнала УУ и РПП 14 с выхода 3 передает информацию о параметрах этого сигнала в ФС 15, а с выходов 1 и 2 соответственно на управляющие входы 1 первого и второго управляемых аттенюаторов 22 и 23 - коды затухания. ФС 15 формирует требуемый имитируемый сигнал в цифровом виде в квадратурах и выдает его на модулятор 16, который формирует имитируемый сигнал в аналоговом виде на промежуточной частоте, и передает его на выходной смеситель 17. Выходной смеситель 17 переводит имитируемый сигнал на рабочую частоту РЛС 28 и подает его на вход делителя 18, с выхода которого одна часть имитируемого сигнала поступает на вход первого выходного УВЧ 20, а другая часть - на вход выходного ФВ 19, который изменяет фазу сигнала на π/2 и подает его на вход второго выходного УВЧ 21. Усиленные сигналы с выходов первого и второго выходных УВЧ 20 и 21 поступают соответственно на входы 2 первого и второго управляемых аттенюаторов 22 и 23. Первый управляемый аттенюатор 22 и второй управляемый аттенюатор 23 регулируют уровни сигналов, передаваемых соответственно через первый АП 2 и второй АП 3 на входы-выходы 1 и 2 ППА 1 соответственно, и определяют таким образом поляризацию излучаемого имитированного сигнала. Регулируя уровень ослабления управляемых аттенюаторов 22 и 23, УУ и РПП 14 может устанавливать различные типы поляризации излучаемого ППА 1 сигнала - горизонтальную, вертикальную, круговую или же эллиптическую.

Тестируемая РЛС 28, которая принимает и обрабатывает имитированный сигнал также, как и эхосигналы реальных целей, формирует и сопровождает траекторию имитированной цели, классифицирует имитируемую цель и документирует полученные результаты. В случае излучения с борта БЛА 27 помеховых сигналов тестируемая РЛС 28 функционирует в условиях воздействия активных помех. После окончания полета БЛА 27 определяется насколько точно была выполнена программа полета по времени и координатам, записанным во время полета в памяти УУ и РПП 14, а также определяется насколько качественно тестируемая РЛС 28 выполнила свои функции по обнаружению и сопровождению имитированной цели и ее распознаванию. В случае излучения с борта БЛА 27 помеховых сигналов проверяется помехозащищенность данной РЛС.

При выборе значения коэффициента масштабирования К следует учитывать следующие ограничения:

- сверху, поскольку слишком большое значение К дает малое расстояние траектории полета БЛА 27 от тестируемой РЛС 28 и, как следствие, возрастание влияния ошибок позиционирования БЛА 27 на точность воспроизведения траектории имитируемой цели;

- снизу, поскольку слишком малое значение К дает большое расстояние и большую высоту полета БЛА 27, что может ограничиваться его летными возможностями.

Пусть, например, при неподвижной тестируемой РЛС 28 с секторной зоной обнаружения и высотой фазового центра антенны Н_з=10 м требуется имитировать полет аэродинамической цели (АДЦ) на высоте Н_АДЦ=10000 м со скоростью V_АДЦ=1000 км/час с дальности D_min=360 км до дальности D_max=410 км при неизменном азимуте Аz_АДЦ.

Текущая дальность до БЛА 27 изменяется от до и рассчитываются как:

где - текущая дальность до имитируемой АДЦ.

Время полета как для АДЦ, так и для БЛА 27 определяется как:

Скорость БЛА 27 определяется как:

Азимут БЛА 27 соответствует азимуту имитируемой АДЦ, т.е.

Текущий угол места имитируемой АДЦ определяется из треугольника Центр Земли - Фазовый центр антенны тестируемой РЛС 28 - Имитируемая АДЦ, изображенного на фиг. 2. По теореме косинусов:

где R_э=(4/3)R - эквивалентный радиус Земли [Справочник по радиолокации / Под ред. М. Сколника. 1970. Пер. с англ. под общей ред. К.Н. Трофимова. В 4 томах. Том 1. Основы радиолокации. Под ред. Ицхоки. М.: Сов. Радио. 1976. 456 с.]; R=6371,11 км - радиус Земли (Земля представляется сферой).

Откуда угол места имитируемой АДЦ, как и угол места БЛА 27, определяется как:

Текущая высота полета БЛА 27, учитывая, что также определяется с использованием теоремы косинусов как:

Рассчитанные значения скорости и высоты для полета БЛА 27 необходимо проанализировать на их соответствие его летным возможностям. При необходимости значения скорости и высоты, планируемые для полета БЛА 27, могут быть изменены подбором значения масштабирующего коэффициента К.

На фиг. 3 приведен результат расчета угла места имитируемой траектории АДЦ, а на фиг. 4 результат расчета траекторий БЛА 27 в плоскости «дальность-высота» для оценки масштабирующего коэффициента К снизу.

Формирование полетного задания для БЛА 27 осуществляется следующим образом. Исходя из условий дальней зоны антенны тестируемой РЛС 28, прилегающей местности, летных возможностей БЛА 27, следует выбрать подходящий масштабирующий коэффициент К. Затем, с учетом выбранной траектории движения имитируемой цели и значения коэффициента К необходимо рассчитать исходные данные - координаты точек траектории БЛА 27 в сферической СК. После этого координаты точек траектории БЛА 27, рассчитанные в сферической СК, т.е. значения дальности, азимута и угла места каждой задаваемой точки его траектории необходимо пересчитать в геодезические координаты - долготу, широту и высоту.

Пересчет координат осуществляется последовательно: координаты из сферической СК пересчитываются в топоцентрическую систему СК, затем - в геоцентрическую СК и после этого - в геодезическую СК.

Пересчет из сферической СК в топоцентрическую прямоугольную СК проводится в соответствии с формулами [Ю.С. Саврасов. Алгоритмы и программы в радиолокации. М.: Радио и связь, 1985 г., 216 с.]:

Пересчет из топоцентрической прямоугольной СК в геоцентрическую СК проводится в соответствии с формулой [Ю.С. Саврасов. Алгоритмы и программы в радиолокации. М.: Радио и связь, 1985 г., 216 с.]:

где - вектор-столбец координат в геоцентрической СК;

- вектор-столбец координат в топоцентрической прямоугольной СК;

- матрица направляющих косинусов с элементами:

- широта точки стояния тестируемой РЛС 28;

- вектор смещения центра топоцентрической СК относительно центра геоцентрической СК с элементами:

- расстояние от центра эллипсоида вращения до фазового центра антенны тестируемой РЛС 28;

Н₃ - высота фазового центра антенны тестируемой РЛС 28;

- расстояние от центра эллипсоида вращения.

Земли до поверхности эллипсоида вращения при заданной геоцентрической широте В_з,

- геоцентрическая широта [Ю.С. Саврасов. Алгоритмы и программы в радиолокации. М.: Радио и связь, 1985 г., 216 с.];

- сжатие Земного эллипсоида [ГОСТ 32453-2017. Глобальная навигационная спутниковая система. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек. Введен в действие с 01.07.2018 г. Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 сентября 2017 г. №1055-ст.];

= 6378,1365 км - экваториальный радиус (большая полуось эллипсоида вращения Земли [ГОСТ 32453-2017. Глобальная навигационная спутниковая система. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек. Введен в действие с 01.07.2018 г. Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 сентября 2017 г. №1055-ст.];

- эксцентриситет меридиана;

- малая полуось эллипсоида вращения Земли;

- матрица направляющих косинусов с элементами:

λ_РЛС - долгота точки стояния тестируемой РЛС 28.

В формуле (8) операция в круглых скобках переводит координаты из топоцентрической прямоугольной СК в - геоцентрическую СК, плоскость которой проходит через точку стояния РЛС 28. Затем матрица поворачивает ось на («доворачивает» ее до нулевого меридиана), завершая пересчет в Х_Г, Y_г, Z_Г - геоцентрическую СК, плоскость Х_Г0Z_Г, которой проходит через нулевой меридиан.

Пересчет из геоцентрической СК в геодезическую СК осуществляется следующим образом.

При значения широты, долготы и высоты определяются по формулам [ГОСТ 32453-2017. Глобальная навигационная спутниковая система. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек. Введен в действие с 01.07.2018 г. Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 сентября 2017 г. №1055-ст.]:

где - эксцентриситет меридиана.

При значения λ определяются по формулам:

где

При и Z_Г=0 значения широты и высоты определяются по формулам [ГОСТ 32453-2017. Глобальная навигационная спутниковая система. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек. Введен в действие с 01.07.2018 г. Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 сентября 2017 г. №1055-ст.]:

Во всех других случаях значения широты вычисляются итерационно, и после последней итерации высота определяются по формуле [ГОСТ 32453-2017. Глобальная навигационная спутниковая система. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек. Введен в действие с 01.07.2018 г. Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 сентября 2017 г. №1055-ст.]:

Для организации итерационного процесса по вычислению широты ϕ_n определяются вспомогательные величины по формулам [ГОСТ 32453-2017. Глобальная навигационная спутниковая система. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек. Введен в действие с 01.07.2018 г. Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 сентября 2017 г. №1055-ст.]:

После этого последовательно вычисляют величины b и s₂ по формулам [ГОСТ 32453-2017. Глобальная навигационная спутниковая система. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек. Введен в действие с 01.07.2018 г. Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 сентября 2017 г. №1055-ст.]:

Если после n-й итерации где d - установленный допуск, то (п+1)-ю итерацию (14) повторяют при s₁=s₂. В противном случае [ГОСТ 32453-2017. Глобальная навигационная спутниковая система. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек. Введен в действие с 01.07.2018 г. Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 сентября 2017 г. №1055-ст.].

Точность расчета геодезических координат должна быть не хуже единицы младшего разряда кодов, вводимых в ПНС 24. Результаты расчетов показывают, что пятой итерации точность вычисления широты объекта на высоте 1000 м, достигает порядка 10^-8 - 10^-9, и это удовлетворяет существующим характеристикам систем навигации БЛА малого радиуса действия.

При этом следует учитывать, что чем ближе к тестируемой РЛС 28 будет находиться БЛА 27, тем больше ошибки ее позиционирования будут влиять на точность имитации выбранной траектории движения АДЦ. Поэтому для оценки сверху величины масштабирующего множителя К оценим влияние случайных ошибок позиционирования БЛА 27 на точность имитации траектории движения АДЦ.

Ошибки позиционирования в навигационных системах GPS/ГЛОНАСС задаются максимальной ошибкой позиционирования объекта навигации по расстоянию на плоскости и максимальной ошибкой по высоте относительно истинной точки положения навигационного приемника GPS/ГЛОНАСС, установленного на объекте навигации. Это означает, что одни и те же значения и будут приводить к разным угловым отклонениям (по азимуту и углу места) имитируемой траектории движения АДЦ относительно ее истинной траектории при различном удалении БЛА 27 от тестируемой РЛС 28. Для расчета ошибок позиционирования БЛА 27 и оценки их влияния на качество имитации, необходимо пересчитать ошибки позиционирования, задаваемые на плоскости и по высоте в ошибки позиционирования, выраженные в сферической СК. Поскольку аналитическое трансформирование распределения ошибок измерений из плоскостной СК Гаусса-Крюгера и высоты в сферическую СК, как это требуется при косвенных измерениях, затруднительно, то данная задача решается с использованием метода Монте-Карло [ГОСТ 34100.3.1-2017 ISO IEC Guide 98-3 Suppl 12008. Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерения. Дополнение 1. Трансформирование распределений с использованием метода Монте-Карло. Введен в действие в качестве национального стандарта РФ с 1 сентября 2018 г. Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 сентября 2017 г. №1066-ст.].

Сущность метода для рассматриваемой задачи состоит в том, что в ходе вычислительного эксперимента формируются выборки координат в плоскостной системе Гаусса-Крюгера и высоты, которые содержат постоянную составляющую, определяющую реальное положение БЛА 27 относительно тестируемой РЛС 28, и случайную составляющую, обусловленную ошибками позиционирования. Затем, получаемые выборки координат пересчитываются в сферическую СК и подвергаются статистической обработке с целью определения среднеквадратических ошибок позиционирования в этой сферической СК.

Вычисления ошибок позиционирования БЛА 27 в сферической СК условно разделяются на следующие этапы.

1) Пересчет координат БЛА 27 из геодезической СК в плоскостные координаты СК Гаусса-Крюгера.

Связь геодезической СК с плоскостными координатами поясняется на фиг. 7, где показана одна из шестиградусных зон (проекций) Гаусса-Крюгера. Пересчет широты ϕ и долготы λ в плоскостные координаты СК Гаусса-Крюгера х, у проводится по формулам [ГОСТ 32453-2017. Глобальная навигационная спутниковая система. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек. Введен в действие с 01.07.2018 г. Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 сентября 2017 г. №1055-ст.]:

где - расстояние от определяемой точки до осевого меридиана зоны, рад;

- номер шестиградусной зоны в проекции Гаусса-Крюгера;

Е[…] - целая часть числа.

2) Формирование выборок координат с учетом плоскостных ошибок позиционирования и ошибок позиционирования по высоте.

Координаты точки положения БЛА 27 с учетом плоскостных ошибок позиционирования и ошибок позиционирования по высоте, которые обусловлены ошибками его навигационной системы, определяются по формулам:

где - случайные текущие ошибки позиционирования БЛА 27 по соответствующим плоскостным координатам и высоте соответственно, обусловленные ошибками его навигационной системы;

i=1…n, n - количество циклов вычислений (количество выборок по каждой координате).

В предположении, что распределение ошибок позиционирования подчиняется нормальному закону, переход от максимальной ошибки к среднеквад-ратическим ошибкам по плоскостным координатам и высоте осуществляется в соответствии с правилом «трех сигм» по формулам:

Для реализации метода Монте-Карло случайные плоскостные ошибки по осям х и y СК Гаусса-Крюгера формируются по формулам:

где

randn(0,1) - датчик нормальных случайных чисел с нулевым математическим ожиданием и единичной дисперсией;

rand(0,1) - датчик случайных чисел, распределенных по равномерному закону на интервале 0…1;

n - количество выборок.

После этого полученные в ходе цифрового моделирования выборки плоскостных координат БЛА 27 необходимо пересчитать в сферическую СК. Для этого надо последовательно осуществить цепочку пересчетов:

- пересчет плоскостных координат в геодезическую СК;

- пересчет координат из геодезической СК в геоцентрическую СК;

- пересчет координат из геоцентрической СК в топоцентрическую прямоугольную СК;

- пересчет координат из топоцентрической прямоугольной СК в сферическую СК.

3) Пересчет выборок полученных плоскостных координат БЛА 27 в геодезическую СК.

Выборки координат и характеризующие положение БЛА 27 с учетом случайных ошибок позиционирования, пересчитываются из СК Гаусса-Крюгера в геодезическую СК по формулам [ГОСТ 32453-2017. Глобальная навигационная спутниковая система. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек. Введен в действие с 01.07.2018 г. Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 сентября 2017 г. №1055-ст.]:

где В₀ - геодезическая широта точки, абсцисса которой равна абсциссе х определяемой точке, а ордината равна нулю; - целая часть числа.

Значения ϕ и λ, получаемые по формулам (19), используются - в радианах.

Значение величины B₀ определяется по формуле [ГОСТ 32453-2017.

Глобальная навигационная спутниковая система. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек. Введен в действие с 01.07.2018 г. Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 сентября 2017 г. №1055-ст.]:

где

Значение величины ΔB определяется по формуле [ГОСТ 32453-2017. Глобальная навигационная спутниковая система. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек. Введен в действие с 01.07.2018 г. Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 сентября 2017 г. №1055-ст.]:

где - вспомогательная переменная.

Значение величины определяется по формуле:

4) Пересчет выборок координат БЛА 27 из геодезической СК в геоцентрическую СК.

Пересчет из геодезической СК в геоцентрическую СК проводится по формулам [ГОСТ 32453-2017. Глобальная навигационная спутниковая система. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек. Введен в действие с 01.07.2018 г. Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 сентября 2017 г. №1055-ст.]:

где - широта точки нахождения БЛА 27;

- долгота БЛА 27 относительная;

- долгота точки нахождения БЛА 27;

- долгота точки стояния тестируемой РЛС 28;

- высота точки нахождения БЛА 27;

- радиус кривизны первого вертикала.

При таком пересчете плоскость X_Г0Z_Г проходит через точку стояния тестируемой РЛС 28.

5) Пересчет выборок координат БЛА из геоцентрической СК в топоцентрическую прямоугольную СК.

Пересчет из геоцентрической СК в топоцентрическую прямоугольную СК проводится в соответствии с формулой [Ю.С. Саврасов. Алгоритмы и программы в радиолокации. М.: Радио и связь, 1985 г., 216 с.]:

где - вектор-столбец координат в топоцентрической прямо-угольной СК;

- матрица направляющих косинусов с элементами:

- вектор смещения центра топоцентрической СК относительно центра геоцентрической СК с элементами:

6) Пересчет из топоцентрической прямоугольной СК в сферическую СК. Пересчет из топоцентрической прямоугольной СК в сферическую СК проводится в соответствии с формулами [Ю.С. Саврасов. Алгоритмы и программы в радиолокации. М.: Радио и связь, 1985 г., 216 с.]:

7) Вычисление среднеквадратических ошибок позиционирования БЛА 27 в сферической СК.

При наличии полученных в ходе цифрового моделирования выборок координат (дальности D_i, азимута Az_i и угла места В_i, где i=1…n) оценки среднеквадратических ошибок позиционирования БЛА 27 в сферической СК определяются по формулам [Е.С. Вентцель. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969 г., 576 с.]:

где - оценка математического ожидания дальности;

- оценка математического ожидания азимута;

- оценка математического ожидания угла места.

На фиг. 8-13 приведены результаты моделирования ошибок позиционирования БЛА 27 для двух вариантов его местоположения (по 10⁵ циклов моделирования для каждого варианта):

- первый вариант: удаление 2000 м от тестируемой РЛС 28 по оси х СК Гаусса-Крюгера в направлении на север (фиг. 8-10);

- второй вариант: удаление 12000 м от тестируемой РЛС 28 по оси х СК Гаусса-Крюгера в направлении на север (фиг. 11-13).

При этом прочие условия составили:

- высота нахождения БЛА 27: вариант 1 Н_БЛА=15 м; вариант 2 Н_БЛА=100 м;

- широта точки стояния тестируемой РЛС 28

- долгота точки стояния тестируемой РЛС 28

- электрическая ось антенны тестируемой РЛС 28 направлена на север;

- высота фазового центра антенны тестируемой РЛС 28 Н_з=10 м;

- плоскостная ошибка позиционирования БЛА 27

- ошибка позиционирования БЛА 27 по высоте

В таблицах 1 и 2 приведены результаты, полученные в результате проведения 10⁵ циклов цифрового моделирования. Сходимость истинных значений приведенных координат и координат, рассчитанных в результате моделирования, подтверждает адекватность модели рассматриваемым условиям и достоверность результатов моделирования.

Из анализа таблицы 2 видно, что угловые ошибки позиционирования уменьшаются пропорционально увеличению удаления БЛА 27 от тестируемой РЛС 28. На удалении 12000 м БЛА 27 от тестируемой РЛС 28, что соответствует величине масштабирующего коэффициента К=30, среднеквадратические ошибки позиционирования составляют по азимуту 0,003°, по углу места 0,0005°. Это на один-два порядка меньше, чем ошибки измерения угловых координат большей части существующих и перспективных РЛС. Среднеквадратическая ошибка позиционирования по дальности при К=30 составит что тоже значительно меньше ошибки измерения угловых координат большей части существующих и перспективных РЛС.

Таким образом, для рассматриваемого примера имитации траектории движения АДЦ с помощью БЛА 27 вполне подходит значение масштабирующего коэффициента К - 30. Это соответствует и возможностям современных БЛА коптерного типа, и исключает сильное влияние ошибок позиционирования БЛА 27 на координатные ошибки имитации траектории движения АДЦ.

Основными параметрами, определяющими подобие имитационного сигнала, излучаемого с борта БЛА 27, и эхосигнала реальной АДЦ являются: время задержки излучения сигнала от момента приема зондирующего сигнала тестируемой РЛС 28; мощность; доплеровская поправка частоты; поляризация; временная и фазовая модуляция.

Время задержки излучения имитационного сигнала от момента приема ППА1 зондирующего СВЧ сигнала тестируемой РЛС 28 определяется по формуле:

где с - скорость света.

Сущность формулы (27) поясняется на фиг. 14.

Мощность имитационного сигнала, излучаемого с борта БЛА 27, определяется из условия того, что он должен создавать на входе приемной антенны тестируемой РЛС 28 такую же спектральную плотность потока мощности, как и эхосигнал имитируемой цели. Спектральная плотность потока мощности, создаваемая на входе приемной антенны тестируемой РЛС 28 имитационным сигналом, излученным с борта БЛА 27, определяется по формуле:

где G_M - коэффициент направленного действия (КНД) ГОТА 1 на передачу;

Р_И - мощность имитационного сигнала;

- ширина спектра ответного сигнала;

L_И - коэффициент потерь в антенно-фидерном тракте имитатора;

- коэффициент потерь мощности сигнала в атмосфере на линии тестируемая РЛС 28 - БЛА 27.

Спектральная плотность потока мощности, создаваемая на входе антенны тестируемой РЛС 28 эхосигналом имитируемой АДЦ, определяется по формуле:

где Р_П - мощность зондирующего сигнала, формируемая передатчиком тестируемой РЛС 28;

G_П - КНД передающей антенны тестируемой РЛС 28;

- ширина спектра эхосигнала АДЦ;

- ЭПР АДЦ;

- коэффициент потерь мощности сигнала в передающем антенно-фидерном тракте тестируемой РЛС 28;

- коэффициент потерь мощности сигнала в атмосфере на линии тестируемая РЛС 28 - имитируемая АДЦ.

Из (28) и (29) следует, что мощность имитационного сигнала при определяется как:

Так при Р_п=100 кВт, G_П=40 дБ, L_П=-2 дБ, L_АДЦ=-3 дБ, D_АДЦ=400 км, σ_АДЦ=10 м², G_БЛА=4 дБ, L_И=-3дБ, L_БЛА=-0,5 дБ и D_БЛА=4 км мощность имитационного сигнала составит:

Доплеровская поправка частоты определяется следующим образом. Выбранная траектория движения имитируемой АДЦ дискретизируется с небольшим временным интервалом dt, и на каждом этом интервале определяется радиальная скорость относительно тестируемой РЛС 28 по формуле:

где D_i и D_i+1 - дальности имитируемой АДЦ относительно тестируемой РЛС 28 на смежных интервалах дискретизации. После этого доплеровская поправка частоты для каждого интервала дискретизации определяется по формуле:

где L_П - длина волны сигнала, излучаемого передающим устройством тестируемой РЛС 28.

Требуемая поляризация излучаемых сигналов обеспечивается регулировкой сигналов, подаваемых на входы-выходы 1 и 2 ППА 1.

Фазовая модуляция имитируемых сигналов должна соответствовать фазовой модуляции сигналов, принимаемых от тестируемой РЛС 28.

Порог, с которым сравниваются продетектированные сигналы, выделенные на выходах N цифровых фильтров, реализуемых в ЦСП 11, должен превышать мощность внутреннего шума приемного тракта Р_Ш на величину 15-18 дБ, что обеспечит вероятность правильного обнаружения близкую к единице при вероятности ложного обнаружения 10^-10…10^-8 при нефлюктуирующем сигнале [Справочник по радиолокации / Под ред. М. Сколника. 1970. Пер. с англ. под общей ред. К.Н. Трофимова. В 4 томах. Том 1. Основы радиолокации. Под ред. Ицхоки. М.: Сов. Радио. 1976. с. 44, рис. 4]. В приемный тракт входят ППА 1, первый АП 2, второй АП 3, входной фазовращатель 4, сумматор 5, входной УВЧ 6, смеситель 8, входной УПЧ 9, блок демодуляции 10, цифровые фильтры и цифровые детекторы, реализованные в ЦСП 11. Уровень шума будет определяться шириной полосы пропускания определенного цифрового фильтра, что определяет разный уровень порога для каждого цифрового фильтра. Для определения уровня порога необходимо измерить мощность шума Р_Ш на выходе каждого цифрового детектора при отсутствии зондирующих СВЧ сигналов от тестируемой РЛС 28, определить уровни порогов, исходя из вероятности ложного обнаружения, и записать эти значения в память ЦСП 11. При линейном детектировании нормально распределенного шума закон распределения огибающей этого шума будет иметь релеевскую плотность распределения [С.И. Баскаков. Радиотехнические цепи и сигналы. Издание третье, переработанное и дополненное. М.: Высшая школа. 2000. Формула (7.61), с. 182]:

Тогда уровень порога U_п определяется при заданном уровне ложного обнаружения Р_Ш из уравнения:

Решая уравнение, получаем

Например, для F_ЛО=10^-8 значение порога что соответствует пороговому отношению сигнал/шум в 15,5 дБ и обеспечивает вероятность обнаружения более 0,95 при не флюктуирующем сигнале [Справочник по радиолокации / Под ред. М. Сколника. Пер. с англ. под общей ред. К.Н. Трофимова. В 4 томах. Том 1. 1970. Основы радиолокации. Под ред. Ицхоки. М.: Сов. Радио. 1976. 456 с. с.44, рис. 4].

Анализ работоспособности предлагаемого способа имитации эхосигналов движущейся цели по сравнению с прототипом показывает, что излучение имитационного сигнала с борта БЛА, который перемещается в азимутально-угломестной плоскости аналогично имитируемой цели, с задержкой, рассчитываемой с учетом расстояний имитируемая цель-тестируемая РЛС и БЛА-тестируемая РЛС, позволяет формировать имитационный эхосигнал с любой точки зоны обнаружения указанной РЛС с координатными ошибками, меньшими, чем ошибки измерения координат большинства современных РЛС. При этом параметры излучаемых с борта БЛА имитационных эхосигналов или помех будут соответствовать параметрам эхосигналов имитируемой цели или помех имитируемого помехопостановщика на всем протяжении их полета в зоне обнаружения тестируемой РЛС. Применение предлагаемого способа обеспечит снижение стоимости и времени тестирования РЛС поскольку: во-первых, БЛА имеет небольшую как собственную стоимость, так и стоимость своего летного времени; во-вторых, упрощается процедура организации полетов на основе предлагаемого способа по сравнению с организацией полетов реальных аэродинамических или баллистических целей для тестирования РЛС. Таким образом, можно сделать вывод о решении задачи и достижении технического результата изобретения.

Отличительные признаки заявляемого способа имитации эхосигналов движущейся цели обеспечивают появление новых свойств, не достигаемых в прототипе и аналогах. Проведенный сопоставительный анализ известных способов, технических решений (аналогов) в исследуемой и смежных предметных областях позволил установить: аналоги с совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного способа, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного устройства условию "новизны".

Результаты поиска известных решений в области радиолокации, радиотехники и антенных измерений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого способа, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения действий на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Изобретение является "промышленно приемлемым", поскольку предлагаемый способ может быть внедрен на существующей элементной базе для имитации сигнально-помеховой радиолокационной обстановки при испытаниях РЛС.

Формула изобретения

Способ имитации эхосигналов движущейся цели в зоне обнаружения тестируемой РЛС, заключающийся в том, что в имитаторе принимают зондирующие сверхвысокочастотные (СВЧ) сигналы тестируемой РЛС, ограничивают их амплитуду аттенюатором, усиливают в усилителе высокой частоты, преобразуют на промежуточную частоту (ПЧ), отличающийся тем, что преобразованные на ПЧ сигналы подвергают согласованной фильтрации в N фильтрах, где импульсная характеристика определенного фильтра соответствует определенному варианту модуляции зондирующего СВЧ сигнала тестируемой РЛС, детектируют выделенные на выходах фильтров сигналы, сравнивают их с порогом, определяют тип зондирующего СВЧ сигнала тестируемой РЛС, выбирая максимальный из сигналов, превысивших порог, формируют сигнал на ПЧ с модуляцией, соответствующей импульсной характеристике фильтра, в котором был выделен максимальный сигнал, с задержкой относительно зондирующего сигнала тестируемой РЛС, соответствующей расстоянию между имитатором и имитируемой движущейся целью, со сдвигом несущей частоты на величину доплеровского смещения, определяемого радиальной скоростью имитируемой цели, и с амплитудной модуляцией, соответствующей дальности до имитируемой цели, ее эффективной поверхности рассеяния и случайным флюктуациям, характерным для данного типа имитируемой цели, преобразуют сформированный сигнал на несущую частоту тестируемой РЛС, разделяют сформированный СВЧ сигнал на две составляющих, сдвигают по фазе одну составляющую СВЧ сигнала на угол π/2, регулируют амплитуду каждой составляющей так, чтобы обеспечить излучение СВЧ сигнала с заданной поляризацией, подают одну составляющую на первый вход-выход, а другую составляющую - на второй вход-выход двухвходовой приемо-передающей антенны, ориентированной в направлении тестируемой РЛС, и излучают с поляризацией, соответствующей поляризации эхосигнала имитируемой цели, причем имитатор размещают на беспилотном летательном аппарате (БЛА), оснащенном пилотажно-навигационной системой, обеспечивающей его полет в дальней зоне антенны тестируемой РЛС с перемещениями за время полета в азимутально-угломестной плоскости, аналогичными перемещениям имитируемой цели, а по дальности и со скоростью - с уменьшенными в К раз значениями дальности и скорости полета имитируемой цели, где значение К выбирается, исходя из возможностей БЛА по высоте и скорости его полета.