Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 6
АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ ТОЧКИ 12
ВЫЛЕТА МАЛОРАЗМЕРНЫХ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ТЕЛ
Признаки для обнаружения позиций стрелков 14
Основные методы обнаружения стрелков 16
Акустический метод 17
Лазерно-оптические системы 20
Телевизионные системы обнаружения стрелков 23
Тепловизионные системы 24
Лазерные локационные системы 25
О радиолокационных комплексах 27
Сравнительный анализ методов обнаружения и 28 измерения координат точки вылета
1.2.8. Цели и задачи диссертационной работы 30
ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ 32
МАЛОРАЗМЕРНЫХ ТЕЛ
2.1. Системы с обзором пространства лучом 32
2.2. «Беспоисковые» способы обнаружения высокоскоростных 38
тел и измерения их координат
2.2.1 Геометрия разностно-дальномерного метода 38
измерений
2.3. Ошибки выборочного измерения 42
Погрешности измерения дальностей и угловые 42 ошибки
Ошибки измерения дальностей в ближней 45 тактической зоне
2.3.3. Расчет и прогнозирование угловых ошибок в 49
ближней зоне
2.4. Прогнозирование ошибок измерения координат объекта в 56
дальней тактической зоне
Линейная экстраполяция по линии визирования 56
Ошибки выборочного измерения координат 58 удаленного объекта
2.5. Пути снижение ошибок 60
Энергетические методы 60
Дополнительная вторичная обработка измерений 67
Повышение точности измерения при дискретном 69 сопровождении цели
Непрерывное сопровождения цели 74
2.6. Общие выводы ко второй главе 82
ПОИСК И СЕЛЕКЦИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ 85
МАЛОРАЗМЕРНЫХ БАЛЛИСТИЧЕСКИХ ТЕЛ
3.1. Селекция малоразмерной скоростной цели ' 87
Требуемые коэффициенты подавления пассивных 87 помех
Возможности подавление пассивных помех от 93 различных растительных образований
3.2. Когерентности сигналов 99
Физика влияния частотно - фазовых флюктуации 99 генераторов
Требования к когерентности генераторов 105
3.3. Поиск возможных технических путей реализации 112
информационно-измерительной системы
Общие подходы 112
Выбор числа каналов по дальности и частоте 115
Рациональные решения по каналам при конечном 119 быстродействии процессора
Сигнальная энергетика при многоканальной 121 обработке
Снижение мощности передатчика при комплексном 123 подходе
Вариант проекта информационно-измерительного 136 комплекса
3.4. Выводы к третьему разделу 140
4. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В 141
ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ !
4.1. Разработка математической модели движения 142
малоразмерного тела
4.1.1. Разработка математической модели движения на 143
основе дифференциальных уравнений движения тела
4.L2. Разработка математической модели движения на 146
основе аппроксимации траектории тела
Разработка методики учета сопротивления воздуха на 148 движение тела
Разработка общего алгоритма обработки информации в 152 измерительной системе
Разработка алгоритмов основных этапов обработки 156 информации в измерительной системе
4.4.1. Предварительная обработка информации 157
4.4.2 Вычисление баллистического коэффициента 159
4.4.3. Идентификация тела 160
Вычисление начальной скорости, угла вылета и 161 начального момента времени
Вычисление плоскости траектории 166
Вычисление координат объекта 167
4.5. Моделирование алгоритма обработки информации в 171
измерительной системе
Методика имитационного моделирования процесса 172 измерения
Моделирование характеристик измерительной 174 системы, использующей аппроксимационную математическую модель траектории
Моделирование характеристик измерительной 178 системы на основе точной математической модели ' траектории
Методика оценки влияния ветра на погрешность 185 измерений
4.6. Анализ возможных путей комплексирования 186
измерительных систем '
4.6.1. Сравнительный анализ различных вариантов 187
комплексирования измерительных средств
4.6.2. Методы повышения точности измерений в 188
комплексированных системах
4.7. Основные результаты и выводы 190
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 192
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 194
ПРИЛОЖЕНИЯ 203
Введение к работе
Актуальность темы. При разработке нового и модернизации существующего стрелкового оружия и боеприпасов возникает необходимость в проведении комплекса траекторных измерений, на основании которых производится оценка характеристик разрабатываемых устройств и систем. Для этого используются различные методы - фоторегистрация, индуктивные, емкостные, оптические и др. Для всех этих методов необходима специально подготовленная трасса, вдоль которой производится пролет контролируемого тела и измерение его параметров. В тоже время, достаточно часто необходимы измерения в реальной (нестандартной) обстановке, когда отсутствует подготовленная трасса. Решить данную задачу принципиально возможно при использовании радиолокационного метода, поскольку радиолокационный измерительный комплекс производит измерения в собственной системе координат и не требует привязки к датчикам, расположенным определенным образом в пространстве.
В настоящее время существуют радиолокационные информационно-измерительные комплексы для обнаружения, сопровождения и измерения координат таких баллистических целей, как крупнокалиберные артиллерийские снаряды или мины. Они предназначения для контрбатарейной борьбы и могут сопровождать и измерять координаты более 10 целей одновременно, рассчитывать точки вылета методом экстраполяции. Это мощные, дорогие и громоздкие AN|TPQ-36/37 в США, «Кобра» в Европе, «Рысь» и «Зоопарк» в России. Отражающая способность подобных баллистических целей, хотя и невелика, но составляет 30-60 квадратных сантиметров. Период поиска и сопровождения может занимать несколько секунд. Отражающая же способность (ЭПР) пули стрелкового оружия менее 1 см . Такой вид целей является не только малоразмерным, но и высокоскоростным, так как время пролета может составлять доли секунды. Сигнал, отраженный от пули настолько мал, что обнаружить его, при разумных значениях мощностей передатчика, на фоне электрических шумов приемника и помех от местности, технически очень сложно.
Существующее положение делает актуальной задачу разработки измерительных комплексов, способных проводить измерения параметров траекторий малоразмерных высокоскоростных тел, движущихся по настильным траекториям.
Решение данной задачи позволит достигнуть прогресс и в другом актуальном направлении, связанном с антитеррористической борьбой. В условиях общемировой террористической опасности особую угрозу представляют собой стрелки. Их появление в районах городской застройки или вблизи подразделений сухопутных войск при проведении войсковых операций всегда непредсказуемо и неожиданно. По опыту локальных войн деятельность стрелков чаще всего остается безнаказанной, а потери личного состава от их огня существенны. При этом обнаружить позицию стрелка известными способами бывает невозможно.
В настоящее время наиболее исследованы направления лазерно-оптического поиска и регистрации бликов от оптических прицелов стрелков пассивными и активными техническими методами. Однако эти методы применимы только при открытой позиции стрелка. Наиболее перспективное направление связано с обнаружением летящей пули, регистрации полетной траектории и определении точки вылета.
Настоящая диссертационная работа посвящена исследованию возможностей и путей создания радиолокационного информационно-измерительного комплекса для измерения параметров траектории высокоскоростных малоразмерных тел, а так же экстраполяции траектории в точку вылета.
Объект исследования: информационно-измерительный комплекс для измерения параметров высокоскоростных малоразмерных тел.
Предмет исследования: информационно - измерительные характеристики комплекса: погрешности разностно-дальномерного метода измерения параметров полета высокоскоростных малоразмерных тел в
зависимости от сигнально - энергетических характеристик систем и устройств получения, обработки и отображения информации об объекте.
Цель диссертационной работы: разработка научно-технических основ создания промышленных образцов информационно-измерительных комплексов для получения информации о высокоскоростных малоразмерных телах, измерения их параметров, координат точек вылета, позволяющих расширить функции комплексов.
Задачи диссертационной работы:
1. Поиск методов получения пространственной информации о
высокоскоростных малоразмерных динамических телах, движущихся на фоне
местности, за ограниченный временной интервал.
2. Моделирование стохастических ошибок измерения и установление
функциональных зависимостей погрешностей с геометрической базой
комплекса, подлетными параметрами и сигнально-энергетическими
показателями сигналов и каналов обработки информации.
3. Выявление степени влияния пассивных помех от местности и расчет
требований к когерентности сигналов промышленных образцов СВЧ
генераторов.
4. Выработка предложений по сигналам, методам обработки информации
и устройствам для практической реализации в промышленных образцах
информационно-измерительного комплекса.
5. Анализ погрешностей баллистической экстраполяции и их вклада в
решение задачи расчета координат точки вылета тела по измеренным
параметрам траектории.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Метод получения пространственной информации о высокоскоростных малоразмерных динамических телах, движущихся на фоне местности, за ограниченный временной интервал.
2. Математические модели формирования случайных ошибок измерения
координат высокоскоростных тел и их функциональные связи с геометрической
базой комплекса, параметрами подлета и сигнально-энергетическими
показателями каналов генерирования и обработки сигналов.
Комплект математических формул и графических материалов, позволяющих разработчикам аппаратуры рассчитывать и выбирать рациональные значения параметров устройств для промышленной реализации, достижимые на современном уровне развития техники и технологии.
Результаты анализа погрешностей баллистической экстраполяции, и их вклада в решение задачи расчета координат точки вылета высокоскоростного малоразмерного тела.
5. Облик информационно-измерительного комплекса для промышленной
реализации.
Методы исследований: теория вероятностей, корреляционная теория случайных сигналов, теория дифференциальных уравнений, методы внешней баллистики, численные методы, методы имитационного моделирования.
Достоверность исследований обеспечивалась использованием адекватного математического аппарата, а так же натурным, имитационным и математическим моделированием.
Научная новизна состоит в получении новых научных знаний и разработке научно-технических основ создания промышленных образцов информационно-измерительных комплексов для получения информации о высокоскоростных малоразмерных физических телах, измерения их параметров, координат и точек вылета.
Предложен метод получения полной пространственной информации о высокоскоростных телах за счет их обнаружения в ближней зоне, многоканального сопровождения по дальностям с последующей экстраполяцией в точки вылета.
Разработана модель формирования случайных угловых ошибок за счет дальномерных погрешностей.
3. Разработаны математические модели и функциональные зависимости,
связывающие случайные ошибки измерения координат с геометрической базой
комплекса, углами подлета и сигнально-энергетическими показателями каналов
генерирования и обработки сигналов.
4. Оценен вклад баллистических ошибок экстраполяции координат
точки вылета тела по измеренным отсчетам координат малоразмерной
скоростной цели.
Практическая ценность результатов работы определяется следующими факторами:
Разработан комплект математических формул и графических материалов, позволяющих разработчикам промышленной аппаратуры рассчитывать и выбирать технические решения и рациональные значения параметров устройств комплекса, достижимые на современном уровне развития техники и технологии.
Предложен метод расчета требований к когерентностям СВЧ генераторов приемопередатчика комплекса, что позволяет разработчикам промышленной аппаратуры создавать приемопередатчики, обеспечивающие работу по высокоскоростным малоразмерным телам, летящим на фоне мощных помех от местности.
Предложен облик однопозиционного варианта информационно-измерительного комплекса, оценены его энергетические и точностные характеристики.
Внедрение результатов работы. Результаты работы были использованы в НИР «Разработка метода анализа спектров радиолокационных сигналов в низкочастотной области» (выполнялась ТулГУ по договору с ОАО ЦКБА, г.Тула в 2007 г.); в НИР «Таганрог ТулГУ: Разработка предложений по облику технических средств поиска объектов» (выполнялась ТулГУ по договору с ОАО НПО «Стрела», г. Тула в 2007-2008 гг.); в НИР «Разработка научно-технических основ построения комплексных систем поиска и измерения характеристик малоразмерных баллистических объектов для целей антитеррористичеекой
борьбы» (выполнялась ТулГУ по региональному гранту в 2008 г.); в учебный процесс кафедры радиоэлектроники ТулГУ по дисциплине «Радиотехнические системы».
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Всероссийской конференции с международным участием «Проблемы наземной радиолокации» (2007 г.), Научных сессиях Тульского областного правления РНТО радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова (2006-2008 гг.).
Публикации. Основное содержание работы отражено в 23 публикациях, включающих 16 статей, 7 тезисов докладов на Всероссийских и региональных НТК.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 203 страницах основного текста и содержащих 97 рисунков, 8 таблиц, списка литературы из 95 наименований.
