автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Разностно-дальномерный информационно-измерительный комплекс для измерения параметров высокоскоростных малоразмерных тел

На правах рукописи^,-

.¿Г '

- ¿г?

Дудка Дмитрий Вячеславович

РАЗНОСТНО - ДАЛЬНОМЕРНЫЙ ИНФОРМАЦИОННО - ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ МАЛОРАЗМЕРНЫХ ТЕЛ

Специальность 05 11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (в промышленности)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

аи3 1Т24ВО

Тула 2008

003172460

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный руководитель- лауреат Государственной премии СССР,

доктор технических наук, профессор Толкалин Лев Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кошелев Виталий Иванович,

кандидат технических наук Хомяков Александр Викторович

Ведущее предприятие ОАО «НПО «Стрела», г. Тула

Защита состоится «27» июня 2008 г в 1б°° на заседании диссертационного Совета Д 212 271 07 при ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» (300600, Тула, проспект Ленина, 92), корпус 9, ауд 101.

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» (300600, Тула, проспект Ленина, 92)

Автореферат разослан « 2.<о» 2008 г.

Ученый секретарь -

диссертационного Совета . 4-' Ф А Данилкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 А>1|ТР<3-36/37 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 см2 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

3. 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

4 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 исследовании 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

1. 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

2 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

1 Разработки 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.

2 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

3. 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 антитеррористической 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

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы создания радиолокационного информационно-измерительного комплекса для измерения параметров траекторий малоразмерных высокоскоростных тел и задачи, решаемой в диссертационной работе Оценены проблемы создания информационно-измерительного комплекса Определены объект, предмет, методы и задачи

исследований Дана общая характеристика работы, обоснованы основные положения, выносимые на защиту

В первом разделе в результате исследования принципов построения и уровня технической реализации систем для измерения параметров траекторий малоразмерных высокоскоростных тел и применяемых в них методов извлечения первичнои информации устанавливаются причины, порождающие проблему, и сформулированы задачи, решение которых необходимо для достижения поставленной цели исследования

Обнаружение выстрелов из стрелкового оружия и измерение параметров траектории может производиться различными методами При этом происходит акустический хлопок (звук выстрела), формируется ударная волна, представляющая собой распространяющееся в пространстве со скоростью звука уплотнение воздушной среды, имеет место хемолюминесцентная дульная вспышка, вызванная локальным изменением температуры, давления, плотности и химического состава воздуха в районе выстрела в результате сгорания пороха, пролет пули в пространстве По совокупности признаков изменений в окружающей обстановке, доступных для измерения, должны быть проведены измерения параметров траекторий малоразмерных высокоскоростных тел и измерение координат стрелка Для обнаружения признаков присутствия стрелка могут быть использованы следующие методы- акустический; лазерно-оптический, телевизионный; тепловизионный, лазерные локационные методы, радиолокационный метод В Российской Федерации и в ведущих зарубежных странах (США, Израиль, Франция, Германия) наибольшее внимание уделяется исследованию акустических и лазерно-оптических методов поиска и измерения координат стрелков

Проведенный анализ методов обнаружения стрелков показал, что все перечисленные методы имеют большое число ограничений и способны обнаружить его только при наличии прямой видимости, когда выстрел производится с открытой позиции (кроме радиолокационного и лазерно-локационного) В тоже время, использование радиолокационного метода для решения данной задачи, практически не исследовано

На основе вышеизложенного сформулированы цель и задачи исследования

Второй раздел посвящен поиску методов получения пространственной информации о всех высокоскоростных телах, летящих в ограниченной (до 100 - 120 м) зоне действия комплекса Показано, что сверхмалые отражающие способности тел исследуемого класса (ЭПР менее 1 см2), высокие скорости (до 1000 м/с) и минимальные временные интервалы для обнаружения и сопровождения (от 0 1 с) не позволяют выполнять традиционные процедуры обзора пространства и сопровождения узкими лучами лазеров или радаров

Предложен вариант «безобзорной» системы с широкими не сканирующими пространственными лучами, многоканальным сопровождением всех

тел в зоне действия по дадчностям, пересчетом в полярные координаты с последующей экстраполяцией траекторий в точки вылета

Проведено моделирование процесса образования угломерных погрешностей за счет случайных ошибок измерения дальностей В диссертации (раздел 3) показано, что основная причина образования дальномерных ошибок - электрический тепловой шум Распределение дальномерных ошибок гауссово с дисперсией аг2. При линейном преобразовании случайных величин характер распределений не меняется Поэтому дальномерные ошибки можно пересчитать в угломерные воспользовавшись значением аг2 В стандартном доверительном интервале величину ау можно классифицировать и как сред-неквадратическую ошибку (СКО) Пересчет дальномерных погрешностей в угломерные показан на примере разностно-дальномерной радиолокационной системы Она имеет (рис. 1) две пары измерителей дальностей до летящих тел (измеряемых целей) в горизонтальной а и вертикальной р плоскостях с последующим пересчетом результатов измерения в пространственные полярные координаты

РЛС 4

Ь_ РЛС1 цш антенна приемника

Рис 1. Метод получения пространственной информации о высокоскоростных телах и измерения полярных координат

Рассмотрим одну пару дальномеров (РЛС 1,2) в горизонтальной плоскости, измеряющих дальности Я/ и Расстояние между ними (база) Ь Для расчета угла подлета малоразмерного тела в относительно базы воспользуемся выделенным треугольником Я2 Ь и теоремой косинусов При этом разность дальностей Я/ - Я2 измеряется в долях базы Ь как подлетный параметр Х~(Кг Щ/Ъ Тогда для азимутальной плоскости и прямом подлете тела к базе (Х=0) подлетный угол о.(%,аг) с учетом дальномерной ошибки ог может быть рассчитан так

(Ьх + У2<тг) + ФХ + л12(тг)2 + Ь2 4 I 2Ь[Л1+(Ьх + 42аг)) Антенны с широкими диаграммами направленности имеют небольшой коэффициент усиления, что сказывается на мощности принимаемого сигнала, Установлено и показано что значение отношения сигнал/шум по мощности

а(%,аг)~агсСо^

О)

рсш, так же, как и длительность зондирующего импульса передатчика т„ (или элемента кода сложного сигнала) влияют на эффективное значение дально-мерной ошибки аг Заменяя в (1) <т, на функциональную зависимость от т„ и Ре, получаем математические выражения для пересчета измеряемых дальностей в углы для азимутальной и угломестной плоскостях а и /? с параметрами

Ьа и Ьр, ги, рсш, х, формирующими погрешности.

/■ \ Т,

< и ^ 180 ^ <х{хАги)=—агсСо. к

2ЦЬаХ+0Л5

■)+(ЬаХ+0Л57^)2+Ьа

■4Щш

(2)

АлгАО = — агсСо. ж

Щ (ЬрХ+0.15-Л_)+%х+о. 15--Д-)2 + V

(3)

УВЛ т /

Получены зависимости угловых случайных ошибок от дальномерных. Для этого вначале допускается, что одна из РЛС работает с самым коротким импульсом (ти=0) и не дает дальномерных погрешностей. Затем считается, что обе РЛС однотипны и дают равные погрешности, которые складываются по дисперсиям как для независимых случайных погрешностей. Так получаются соотношения (4,5)

~ 2-сГд,, (х,т„)+2-а^ О.О; а-га>0(Яс,рсш,тя) = л/2еГа 0(рсш,ти)Яс. V)

Угловые ошибки метода

е. аР (Ь_,Рсш,т1|)

5 оР <Ь_, 16.26)

| ар (Ь_,25,26)

| оР(Ь_,9,13)

I ар (Ь_,25,13)

= оР(Ь_,9,8)

| оР (Ь_,25,8) 6

«сходные: 2 Рсш=9, т=26 не

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21

Бит мсвду РЛС [м]

Рис.3. Угловые ошибки в зависимости от отношений сигнал/шум рС! длительности импульса ти и величины базы Ь_

Расчеты показали, что слабый отраженный сигнал позволяет напрямую обнаружить высокоскоростное тело и рассчитать точку вылета (объект) только в ближней зоне от 100 до 150 м. В дальней рабочей зоне (до 1000м) обнаружить объект можно только путем экстраполяции в точку вылета. Но может оказаться, что при боковом частичном пролете зоны действия комплекса, можно будет обнаружить высокоскоростную цель и измерить координаты только один раз, то есть сделать выборочное измерение, а по нему дать экстраполяцию в точку вылета В результате появляются большие случайные погрешности аг даже при наносекундных зондирующих импульсах В разделе дан метод и рассчитаны погрешности, которые могут составлять до 50-80 м на дальности 1000 м

В результате анализа предложен метод снижения ошибок за счет многоточечного измерения текущих координат на траектории подлета цели при дискретном и непрерывном сопровождении по дальности там, где обеспечивается заданное отношение сигнал/шум рсш, с дальнейшей вторичной (траекторией) обработкой набранного статистического массива координат с весовой обработкой по функции прогрессии v(R,) Тогда ошибка существенно снижается Найденные зависимости отражены в (6-9) Они отражают вариант непрерывного сопровождения высокоскоростного тела от максимальной дальности захвата и сопровождения цели Ri до минимально возможной RM„„, зависящей от пролетной траектории прямой пролет к базе комплекса или частичный

= arcCos

ЩФх + 0\5-r==J&=—) + (bx + 0 15------

_^сЛ'ФюУ

26[Л, +(Ь%+0 15

,(6)

Рш (*>). R„ >r„] = V2<TV[RC, рсы (Я,), г„ ]ЯС, (8)

о"гс[Лс,ра1,(Л1),тв] =

Л|

j(°Vc (К > Рсш )> К,»Tu)fdR4

Rl ~ Rmm

(9)

где Rh Я,,, Rmш, Rc - максимальная дальность действия измерительной РЛС, текущая дальность сопровождения тела, минимальная дальность сопровождения (мертвая зона), дальность до объекта (точки вылета); рСш(К1) — отно-

шение сигнал/шум на дальности Р $ огс(Яч) - текщие и итоговые агс(Яс) среднеквадратические значения случайной ошибки координаты тела и объекта в точке вылета соответственно.

На представленном семействе кривых (рис.5; ррз = рсш) наблюдается существенное снижение ошибок за счет вторичной обработки информации. Для разработчиков промышленных образцов рис. 5 представляет значительный интерес.

Ошибга непрерывного сопровождения

^ огс(1Ъюн,Ррз,1) 40

к <тге(й.шн,25,26) 35

I агс(Ящш,9, 13) 30

« .---

н ™(Яшш ,25,13) 25

I---

| ягс(11шш ,9,8) 20

§ агс(1Ъ.тин ,25,8) 15

исходные РрзеЭ. г=2днс

Яинн

Чдсть траектории 100и-Кмш

Рис.4. Ошибки сопровождения при полном и частичном сглаживании В третьем разделе исследуются пути создания устройств поиска и селекции высокоскоростных малоразмерных тел (целей). Поскольку они летят на фоне местности, без подавления этих помех выделение малоразмерной цели невозможно.

' варками /¡ДА 1/8 сферы К

строении

РЛС

объект

кустарник

Рис. 5. Схема формирования полезного сигнала и помех

Анализ показал, что требуемый коэффициент подавления П может достигать 60 дб и более (рис.6). Обеспечить такие значения подавления путем прямой фильтрации сигналов чрезвычайно сложно, а по некоторым местным

предметам и невозможно, что было показано для местных предметов, имеющих спектр дробно-рациональной аппроксимации.

Рис.6. Анализ требуемого коэффициента подавления помех

Для исследуемой информационно-измерительной системы, установлена связь требуемых коэффициентов подавления помех от местности, в зависимости от вида местных предметов и растительных образований, длительности рабочих импульсов, а так же степени когерентности СВЧ приборов приемопередатчика.

Для исследования вопроса возможности подавления помех от местности проведены экспериментальные измерения реальных сигналов, отраженных от различных растительных образований при различной ветровой нагрузке. Разработан стенд имитационного моделирования с микромощным радаром и моделями травы, крон деревьев и имитатором ветра. Результаты показали, что при широких зонах охвата местности большая часть пассивных помех имеет спектр гауссовой формы. Но могут существовать ситуации, когда они становятся дробно-рациональными и не подавляется более чем на 20 дБ. Подавление пассивных помех фильтром верхних частот дает следующие функциональные зависимости коэффициентов передачи и подавления.

исходная

поцахленке по процедуре об ел* ю<я

14

1«

О 2« « 60 «0 100 12(1 Ш 16(1 Ш 200 В

Расстояние до ц ,ш ВД

(10)

- гауссов спектр: Я2(^„) = \1к*{рф„)

(/» = _ 2

а ы -42л

/г-^ ' г*(х) = 0 5[1 + Ф(х)], х=/>/<г/и , (И)

л/2я _

дробно-рациональный спектр с АРц=0 798оуУ1

СО |

2л/й

5

+ ^ )Д,Л(Я

Л/\

АР,.2" "

4Г

.(12)

где -полный и нормированный спектры, коэффициент передачи

помехи фильтром (по мощности), Пм2 - коэффициент подавления помехи по мощности в разах, а/м - эффективная ширина спектра, - частота, Р (х),Ф(х) - табличный интеграл Шепарда и интеграл вероятности соответственно

Для эффективного подавления пассивных помех от местности недостаточно правильно построить фильтры селекции движущихся целей Надо еще обеспечить высокую когерентность СВЧ приборов РЛС В работе установлена связь достижимого коэффициента подавления пассивных помех со степенью когерентности (быстрыми частотно-фазовыми флюктуациями колебаний) передатчика на усилительной цепочке СВЧ и местных гетеродинов приемников В результате проведенного анализа разработан метод расчета требований к когерентности передатчика и местного или задающего гетеродина, что важно для разработчиков промышленных образцов

Неюгеренпюсть местного гетеродин»

Пор

ТрчбуфКНГОВШКЖй [гй]

^ зоо

£ ииалиа)

£ 185

| с^Пф.к) 160

$ »г(п1р,мо)14°

Л и^П^.ЗОо)12" Й —. 100

^ (тг(шр,50)

Требогши к меегаояу гетеродину

30 34 33 33 36 40 44 48 32 ¡6 60 Птг

подиленю 1-.>.шу. [дб]

Рис 7 Расчет требований к когерентности генератора СВЧ

Сверхмалая отражающая способность тел рассматриваемых классов не позволяет использовать «силовую» локацию с согласованным приемом по спектру отраженного импульса На наносекундных длительностях это требует запредельных для комплекса мощностей в несколько мегаватт (рис 8 слева) Поэтому проведено исследование путей снижения импульсной мощности передатчика

1

„ Приемопередатчик без иакшлеюи сигналов

I 3Т

| й^т} Л- -

В адв)

В

ййиЗ) 15 — \7\ -

ОЛ-№

1ЕЯА1» Тш-ЗВЕК 1-ав ци-а

и аз м зз та ез юо из по из мо и

Дшнот ¡в аии И

Ри(к,0а|),0эа) 900 ¡| Риб« 43 80)

Ри(М5,45) в РнЬ(К 45,45)

Ри!К 30 30) £ РиГ>(Л 30 30) I Ри<Я, 10,30) с Риб(Я,10 30)

ДНА Оа х (}а ¡гралус] Баркер нет/да (б)

исходные 1=8« Крм=9 [З^'.Э

00*45,80 Тш«530

// 1 1 1

/ / ■ '

/ / ! '

/ / / >

/ / • '

/

'У.у - -. ..... - ■

КО 110 НО 170 200 230 260 390 320 350 К

Дальность обнаружения цепи

Рис 8, Результаты расчетов импульсной мощности передатчика для «силового» и оптимизированного измерителя

Применение малошумящего усилителя на входе приемника, использование фазо-кодо-манипулированного (ФКМ) зондирующего сигнала с малобазовым кодом Баркера длительностью элемента 6-8 не и длительностью кодовой посылки 88-104 не позволяет снизить импульсную мощность передатчика при допустимой «мертвой» зоне измерителя Анализ показал, что дальнейшее снижение возможно только пери построении трактов оптимальной или квазиоптимальной обработки отраженных сигналов

Для исследования этих возможностей в работе проведен спектральный анализ отраженных сигналов, формирующихся в процессе пролета высокоскоростной целью канала дальности. Установлены аналитические связи числа каналов по дальности с количества фильтров по доплеровской частоте, а так же шириной полосы единичного согласованного фильтра

По предложенному методу и полученным функциональным зависимостям рассчитан сигнальный энергетический выигрыш, который составил порядка 100 раз по мощности. Применение всех предложенных мер позволяет снизить расчетную мощность до 500 - 600 Вт при средней мощности порядка 20-30 Вт (рис.8 справа)

Сформирован облик информационно-измерительного комплекса для измерений параметров высокоскоростных малоразмерных тел класса пуль Основные расчетные характеристики измерительного комплекса передатчик - один, длительность элемента кода 6-8 не, импульса кодовой посылки (код Баркера) 90-100 не, импульсная мощность 500-600 Вт, частотой повторения 400 кГц, 4 приемных антенны со сменными рупорами, 4 приемника, первичная обработка на сигнальном процессоре (128 точек по дальности на 64 точки по частоте), вторичная (траекторная) обработка и вывод информации об объектах - на стандартной ЭВМ; управляющие сигналы - на автоматические или ручные огневые установки. Система имеет навигационные устройства,

управляемые видеокамеры и оптоэлектронные регистраторы момента выстрела

Ожидаемые стохастические шумовые ошибки засечки азимутальных/углом естных координат объекта, удаленного на 1000 м, могут составить при полном прямом пролете телом всей зоны действия РЛС и сглаживании всей траектории - от 2,7/3,5 м, при 50% пролете зоны действия и частичном сглаживании - 5,5/5 м, при 10% - соответственно 10/15 м

В четвертом разделе проведена разработка алгоритмов обработки баллистической информации и выполнена оценка методических погрешностей, которые возникают за счет баллистической экстраполяции Радиолокационный измеритель производит определение полярных координат тела относительно комплекса По статистическому массиву отсчетов координат осуществляется экстраполяция баллистической траектории и вычисляются координаты точки выстрела Разработанная математическая модель траектории полета тела учитывает влияние сопротивления воздуха, метеорологических факторов и априорно не известных начальных параметров движения

Общий алгоритм обработки массива данных радиолокационного измерителя обеспечивает решение следующих задач- снижение влияния случайных ошибок, преобразование данных к системе, удобной для анализа баллистических характеристик траектории тела, вычисление баллистического коэффициента, идентификацию класса тела, вычисление координат точки выстрела

Математическая модель траектории базируется на основе дифференциальных уравнений движения, учитывающих особенности движения рассматриваемого класса тел Установлено, что малоразмерные тела движутся настильными траекториями, причем угол выстрела в очень мал (обычно он составляет 0 005-0 01 рад) Вертикальная составляющая скорости существенно меньше, чем горизонтальная (соотношение составляет менее 0 01), поэтому в дифференциальных уравнениях функция сопротивления воздуха может учитываться только для продольной составляющей скорости движения Поскольку плоскость траектории может быть расположена в пространстве произвольно, это учтено уголом <р, определяющий ее положение. Математическая модель движения малоразмерного высокоскоростного тела имеет вид.

(13)

ж2 ж ж

А2г ск

—- + —

Ж2 Ж

Х = ГС05(р,у = Г51П<р (14)

: + _ + £ =

при начальных условиях

Г = 0; х - х0; Ух0 = ¥0 соб (р сов в\ t = O;z = zo•,VzO = Vosm0,

где х0,у0, га - координаты точки выстрела; г - продольная координата в плоскости траектории, У0 - начальная скорость тела, Вс- баллистический коэффициент тела, <7 - функция силы сопротивления воздуха, g - ускорение силы тяжести Априорно, при начале измерений, значение всех этих параметров неизвестно и они должны быть установлены в процессе обработки результатов измерений.

Разработан метод учета влияния коэффициента аэродинамического сопротивления, в котором общий коэффициент представляется в виде суммы составляющих, каждая из которых определяет конкретный источник сопротивления воздуха Предложено проводить идентификацию высокоскоростного тела по характеру изменения баллистического коэффициента от скорости с учетом баллистических характеристик, находящихся в базе данных измерительной системы Поскольку неизвестные координаты точки выстрела зависят от большого числа параметров (У0, Вс, <р, в, время /), предложено процедуру вычисления координат проводить в три этапа

- первоначально рассчитываются начальная скорость Уй, угол выстрела в, время /, для этого используется система уравнений, учитывающая изменение вертикальной составляющей скорости тела;

- рассчитывается положение плоскости траектории, определяемое углом ср;

- рассчитываются координаты точки выстрела по системе уравнений

КО = У0 «п в0 - Цх0,у0,г0) = у0- - ь,

~--К{и)и и(0) = Ус сов^,,,

'о>

0

"'о

_0 'о

F„\{x0,y0,z0) = x0-x„ +

\u{t)dt

о

10*(л-1)А|

\u(t)dt

о

[w(t)dt о

COS <!>а,

SIIU

где u{t)- горизонтальная составляющая скорости, w(t)- вертикальная составляющая скорости, b - параметр, определяющий положений плоскости траектории, п - номер отсчета координат тела, At - интервал времени между отсчетами координат

Для оценки эффективности разработанных алгоритмов разработана математическая модель, позволяющая проанализировать статистические связи между входными данными (образцовые координаты объекта, параметры выстрела, погрешности измерения координат) и выходными данными - измеренными координатами объекта Примеры результатов показаны на рис 1213

Рис. 12 Зависимости усредненных погрешностей измерения значений координат (а) и СКО погрешностей измерения значений координат (б) от СКО

измерения дальности

СКО измерения дальности, м

0 05

СКО измерения дальности м

а б

Рис 13 Зависимости усредненных погрешностей измерения направления на точку выстрела (а) и СКО погрешностей измерения значений направления на точку выстрела (б) от СКО измерения дальности

По результатам имитационного моделирования на основе предложенной математической модели сделаны следующие выводы

- баллистическая экстраполяция обеспечивает высокую точность измерения направления на точку выстрела - погрешность не превышает 1-2 угловых минут при базе измерителя 5 м; а при увеличении базы точность может быть повышена;

- погрешность определения координат объекта в процессе баллистической экстраполяции зависит от дальности до него, направления выстрела, погрешности измерения дальности до цели; в результате воздействия всех перечисленных факторов абсолютная погрешность по углу места может составлять от единиц метров (при учете методической погрешности), до 80-100 м (на дальности 1000 м и более)

Рассмотрены варианты повышения точности измерений координат на основе комплексирования радиолокационной измерительной системы с системами других типов

В заключении приведены общие результаты и выводы по диссертации

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертации решена научно-техническая задача разработки научно-технических основ создания информационно-измерительных систем для измерения параметров траектории высокоскоростных малоразмерных тел и координат точки вылета радиолокационным методом, позволяющих расширить функции систем и обеспечить возможность их проектирования

Полученные в работе результаты позволяют расширить области практического применения систем измерения параметров траекторий высокоскоростных малоразмерных тел за счет обеспечения возможности обнаружения скрытых от визуального наблюдения позиций стрелков

Основные научные и практические результаты работы, большинство которых получено и использовано впервые при создании измерительных систем данного класса, состоят в следующем.

Научные результаты, достигнутые впервые

1. Предложен метод расчета стохастических ошибок измерения координат высокоскоростных малоразмерных тел и координат точки выстрела в зависимости от геометрической базы комплекса и сигнально-энергетических показателей каналов генерирования и обработки сигналов

2 Выявлена степень влияния пассивных помех от местности, предложен метод расчета требований к когерентности СВЧ генераторов приемопередатчиков

3 Разработаны функциональные зависимости и даны графические материалы, позволяющие разработчикам подобных комплексов рассчитывать

и выбирать сигиально-энергетические и технические характеристики аппаратуры, а так же информационно-измерительной системы в целом

4 Разработана математическая модель движения высокоскоростного малоразмерного баллистического тела в атмосфере, учитывающая параметры атмосферы, особенности движения и позволяющая рассчитать все характеристики полета и в конечном счете - экстраполировать координаты точки выстрела Практические результаты

1 Предложены принципы построения информационно-измерительного комплекса измерения координат малоразмерных высокоскоростных тел и точки выстрела на основе разностно-дапьномерного метода, способного обеспечить обнаружение, многоканальное сопровождение и измерение координат целей без использования сканирования пространства

2. Разработан комплекс устройств и программ для имитационного и математического моделирования и проектирования радиолокационных измерителей параметров траекторий высокоскоростных малоразмерных тел и координат точки выстрела

3 Предложен облик измерительного комплекса и обоснованы его технические параметры

4 Результаты исследований внедрены в ряд научно-исследовательских работ, а так же в учебный процесс

Список основных научных публикаций

1. Дудка Д.В. Метод и алгоритмы обработки внешнетраекторных измерений/ Д.В. Дудка, P.M. Карабанов, Е.М. Теремков, А.Е. Чванов // Изв. ТулГУ, сер. Проблемы специального машиностроения. Вып.8. - Тула: Изд-во ТулГУ. - 2006. - С.38-45.

2. Дудка Д.В. Вероятностное распределение дальности действия радиолокатора при флуктуациях ЭПР баллистического объекта/ Н.С. Акиншин, P.M. Карабанов, Д.В. Дудка, Е.М. Теремков // Изв. ТулГУ, сер. Проблемы специального машиностроения. Вып.9. - Тула: Изд-во ТулГУ. -2006. - С.270-280.

3. Дудка Д.В. Проблемы поиска малоразмерных высокоскоростных целей некогерентными PJIC с некогерентными приемопередатчиками/ Д.В. Дудка, J1.H. Толкалин// Изв. ТулГУ, сер. Естественные науки. Вып. 1. - Тула: Изд-во ТулГУ.-2008. -С. 151-158.

4. Дудка Д.В. Селекция высокоскоростных малоразмерных целей / Д.В. Дудка, JI.H. Толкалин// Изв. ТулГУ, сер. Естественные науки. Вып. 1. - Тула: Изд-во ТулГУ.-2008. -С. 159-168.

5. Дудка Д.В. Когерентность СВЧ генераторов при поиске малоразмерных целей/ Д.В. Дудка// Изв. ТулГУ, сер. Естественные науки. Вып. 1. - Тула: Изд-во ТулГУ.-2008. -С. 145-150.

6 Дудка Д В Анализ методов обнаружения снайперов/ Д В Дудка, Е А Макарецкий // Вестник ТулГУ Сер Радиотехника и радиооптика Т IX -Тула Изд-во ТулГУ, 2007 С. 119-128.

7 Дудка Д В Согласованная обработка и фильтрация сигналов, отраженных от низколетящих баллистических объектов/ С И Анохин, Д В Дудка // Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот - Том XIV, вып 1 -2 (43) - М - 2006 - С 78-84

8 Дудка Д В Поиск высокоскоростных малоразмерных целей РЛС с некогерентными приемопередатчиками/ Л Н Толкалин, Д В Дудка// Вестник ТулГУ Сер Радиотехника и радиооптика Т. IX - Тула- Изд-во ТулГУ, 2007 С 13-21

9 Дудка Д В К выбору АЧХ фильтров СДЦ для поиска высокоскоростных целей/ Л Н Толкалин, Д В Дудка // Вестник ТулГУ Сер Радиотехника и радиооптика Т IX - Тула1 Изд-во ТулГУ, 2007 С. 26-35.

10 Дудка Д В Когерентность СВЧ генераторов при поиске малоразмерных целей / Д В Дудка // Вестник ТулГУ Сер Радиотехника и радиооптика ТIX -Тула Изд-во ТулГУ, 2007 С 35-39

11 Дудка Д В Зависимости погрешности экстраполяции от величины интервала локации /СИ Анохин, Д В Дудка, Р М. Карабанов //Сб. научных трудов ТАИИ -Тула ТАИИ,2006 - С 31-37

12 Дудка Д В Оптимизация АЧХ фильтров СДЦ для поиска высокоскоростных целей/ Л Н Толкалин, Д В. Дудка // Проблемы наземной радиолокации Труды IV Всероссийской научно - технической Интернет - конференции Тула, 27-29 сентября2007г/Под общ. ред дтн, проф Л Н Толкали-на - Тула Изд-во ТулГУ, 2007 -С 13-14

13 Дудка ДВ Анализ требований к когерентности СВЧ генераторов при поиске малоразмерных целей / Д В Дудка // Проблемы наземной радиолокации Труды IV Всероссийской научно - технической Интернет - конференции Тула, 27 - 29 сентября 2007г / Под общ ред д.т н , проф Л Н Толкали-на - Тула Изд-во ТулГУ, 2007 -С 14-16.

14 Дудка Д В Обнаружение высокоскоростных малоразмерных целей некогерентными РЛС / Л Н Толкалин, Д В Дудка // Проблемы наземной радиолокации Труды IV Всероссийской научно - технической Интернет - конференции Тула, 27 - 29 сентября 2007г / Под общ ред дтн, проф. Л Н Тол-калина - Тула- Изд-во ТулГУ, 2007 - С 8-10

Изд лиц ЛР№ 020300 от 12 02 97 Подписано я печать^^ Формат бумаги 60x84 1/16 Бумага офсетная Уел печ л /¿Д., Уч-изд л ^Тиражэкз Тульский государственный университет 300600 г Тула, просп Ленина, 42 Отпечатано в Издательстве ТулГУ 100600, г Тула, ул Ьолдина, 151

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ ТОЧКИ 12 ВЫЛЕТА МАЛОРАЗМЕРНЫХ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ТЕЛ

1.1. Признаки для обнаружения позиций стрелков

1.2. Основные методы обнаружения стрелков

1.2.1. Акустический метод

1.2.2. Лазерно-оптические системы

1.2.3. Телевизионные системы обнаружения стрелков

1.2.4. Тепловизионные системы

1.2.5. Лазерные локационные системы

1.2.6. О радиолокационных комплексах

1.2.7. Сравнительный анализ методов обнаружения и 28 измерения координат точки вылета

1.2.8. Цели и задачи диссертационной работы

2. ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ 32 МАЛОРАЗМЕРНЫХ ТЕЛ

2.1. Системы с обзором пространства лучом

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

2.3.1. Погрешности измерения дальностей и угловые 42 ошибки

2.3.2. Ошибки измерения дальностей в ближней 45 тактической зоне

2.3.3. Расчет и прогнозирование угловых ошибок в ближней зоне

2.4. Прогнозирование ошибок измерения координат объекта в дальней тактической зоне

2.4.1. Линейная экстраполяция по линии визирования

2.4.2. Ошибки выборочного измерения координат удаленного объекта

2.5. Пути снижение ошибок

2.5.1. Энергетические методы

2.5.2. Дополнительная вторичная обработка измерений

2.5.3. Повышение точности измерения при дискретном сопровождении цели

2.5.4. Непрерывное сопровождения цели

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 АМ|ТРС)-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 О 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.

3. 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.

4. 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.

1. 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.

2. 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:

1. 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.

2. 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.

3. 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. A.C. 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.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертации решена научно-техническая задача разработки научно-технических основ создания информационно-измерительных систем для измерения параметров траектории высокоскоростных малоразмерных тел и координат точки вылета радиолокационным методом, позволяющих расширить функции систем и обеспечить возможность их проектирования.

Полученные в работе результаты позволяют расширить области практического применения систем измерения параметров траекторий высокоскоростных малоразмерных тел за счет обеспечения возможности обнаружения скрытых от визуального наблюдения позиций стрелков.

Основные научные и практические результаты работы, большинство которых получено и использовано впервые при создании измерительных систем данного класса, состоят в следующем:

Научные результаты, достигнутые впервые:

1. Предложен метод расчета стохастических ошибок измерения координат высокоскоростных малоразмерных тел и координат точки выстрела в зависимости от геометрической базы комплекса и сигнально-энергетических показателей каналов генерирования и обработки сигналов.

2. Выявлена степень влияния пассивных помех от местности, предложен метод расчета требований к когерентности СВЧ генераторов приемопередатчиков.

3. Разработаны функциональные зависимости и даны графические материалы, позволяющие разработчикам подобных комплексов рассчитывать и выбирать сигнально-энергетические и технические характеристики аппаратуры, а так же информационно-измерительной системы в целом.

4. Разработана математическая модель движения высокоскоростного малоразмерного баллистического тела в атмосфере, учитывающая параметры атмосферы, особенности движения и позволяющая рассчитать все характеристики полета и в конечном счете - экстраполировать координаты точки выстрела.

Практические результаты:

1. Предложены принципы построения информационно-измерительного комплекса измерения координат малоразмерных высокоскоростных тел и точки выстрела на основе разностно-дальномерного метода, способного обеспечить обнаружение, многоканальное сопровождение и измерение координат целей без использования сканирования пространства.

2. Разработан комплекс устройств и программ для имитационного и математического моделирования и проектирования радиолокационных измерителей параметров траекторий высокоскоростных малоразмерных тел и координат точки выстрела.

3. Предложен облик измерительного комплекса и обоснованы его технические параметры.

4. Результаты исследований внедрены в ряд научно-исследовательских работ, а так же в учебный процесс.

1. С. Вэй. Охота на снайперов: www.army-guide.com.

2. Колесов Ю.В. Приборы обнаружения и распознавания снайперов: http://kiev-security.org.ua.

3. США внимательно изучают израильскую систему борьбы со снайперами: www.army-guide.com.

4. Мамонтов Д. Охота на охотника: www.popmech.ru.

5. Волков В.Г. Приборы ночного видения для обнаружения бликующих элементов/ В. Г. Волков// Специальная техника. -2004.- №2. С. 24-34.

6. Мираж-1200. Телевизионный прибор обнаружения оптических систем и круглосуточного видения: www.irsural.ru.

7. Малашин М.С. Основы проектирования лазерных локационных систем/ М.С. Малашин, Р.П. Каминский, Ю.Б. Борисов.- М.: Высш. школа, 1983.- 207с.

8. Зайцев H.A. Перспективы развития PJIC разведки огневых позиций/ H.A. Зайцев и др. // Изв. ТулГУ. Сер. Радиотехника и радиооптика. Т. VI. 2004. С.46 - 51.

9. Волков В.Г. Применение активно-импульсных приборов наблюдения для видения бликующих элементов/ В.Г. Волков //Вопросы оборонной техники. 1995, серия 11, вып.1 -2 (144 - 145). - С. 3 - 7.

10. Волков В.Г. Активно-импульсные приборы ночного видения / В.Г. Волков //Специальная техника. 2003. №3. С. 2-11.

11. Малогабаритная лазерная локационная аппаратура дистанционной разведки оптико-электронных средств "Антиснайпер-1". Проспект МГТУ им. Н.Э. Баумана, М., 2002.

12. Малогабаритная лазерная локационная аппаратура обнаружения оптических и оптико-электронных средств "Антиснайпер-М". Проспект МГТУ им. Н.Э. Баумана. М., 2003.

13. Малогабаритная лазерная локационная аппаратура обнаружения оптических и оптико-электронных средств "Антиснайпер-М2". Проспект МГТУ им. Н.Э. Баумана. М., 2003.

14. Оптико-электронный прибор для дистанционного обнаружения систем скрытного видеонаблюдения "АНТИСВИД". Проспект МГТУ им. Н.Э. Баумана, М., 2002.

15. Оптико-электронный прибор АНТИСВИД. Проспект ассоциации "СПЕКТР-ГРУПП", РФ. М., 2002.

16. Оптико-электронный прибор "АНТИСНАЙПЕР". Проспект МНПО "СПЕКТР". РФ. М., 2003.

17. Алмаз. Обнаружитель микро видеокамер. Проспект ЗАО "БРОНЕАВТОЗАЩИТА". РФ. - М, 2002.

18. Прибор лазерной разведки J1AP-1. Проспект ФГУП "ОКБ "ГРАНАТ". РФ. М., 2002.

19. Индикатор оптических систем «Луч». Проспект НПЦ "ТРАНСКРИПТ". РФ. М., 2001.

20. Прибор обнаружения оптических и оптико-электронных систем и круглосуточного видения "Мираж-1200". Проспект НПЦ "ТРАНСКРИПТ". РФ.-М., 2001.

21. Controversy could await Russian EO countermeasures system// Janes International Defense Review. 2003. - Vol.36. - No.5. P.18.

22. Laser Countermeasure System, AN/PLQ-5 and AN/PLQ-4. Night Vision and Electronic Sensors Directorate. US Army Communications Electronics Command Research, Development and Engineering Center. США, 1999.

23. Дудка Д.В. Анализ методов обнаружения снайперов/ Д.В. Дудка, Е.А. Макарецкий // Вестник ТулГУ. Сер. Радиотехника и радиооптика. T. IX. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. С. 119-128.

24. Роботы будут бороться со снайперами: www.rtc.ru.

25. Патент России (RU) №02231084 от 2004.06.20 «Устройство распознавания стреляющих систем» (ФГУП "Научно-исследовательский институт "Стрела").

26. Патент США (US) №5970024 А от 30.04.97 «Способ и акустоопти-ческая система для определения местоположения вражеского орудия» (автор-Smith, Thomas).

27. Патент США (US) №6115327 А от 19.02.1999 «Система для обнаружения выстрелов орудия» (The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army).

28. Патент США (US) №5930202 от 19.11.97 «Акустическая система для обнаружения снайперов» (авторы-Duckworth, Gregory L.; Barger, James Е.; Gilbert, Douglas С., компания-Gte Internetworking Incorporated).

29. Патент США (US) № 6185153 BA от 16.03.2000 «Система для обнаружения орудийных выстрелов» (авторы-Hynes Mark William; Cole James Lee, The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy).

30. Патент США (US) № 6178141 BA от 28.05.1999 «Акустическая система для обнаружения снайперов» (компания-Gte Internetworking Incorporated).

31. Патент Германии (DE) №19825271 от 05.06.98 «Способ пассивного определения параметров цели» (авторы-Arens, Egidius, компания-Stn Atlas Elektronik Gmbh).

32. Патент Германии (DE) №19958188 от 02.12.1999 «Способ обнаружения и определения местоположения целей» (компания-Stn Atlas Elektronik Gmbh).

33. Патент Германии (DE) № 10043055 от 29.08.2000 «Способ и устройство для пассивной акустической пеленгации» (Technische Universitaet Ilmenau Abteilung Forschungsfoerderung Und Technologietransfer).

34. Патент Японии (JP) 3157148 B2 от 17.08.1990 «Оптическая система для обнаружения цели типа ракеты и устройство слежения» (Klaus Jr Benjamin, Raytheon Co).

35. Патент Японии (JP) № 3340427 B2 от 30.11.1998 «Способ и система для обнаружения цели» (авторы-Deaett, Michael, Allen; Raytheon Со).

36. Коростелев A.A. Теоретические основы радиолокации/ A.A. Коро-стелев и др.. М.: Сов. радио. 1978. - 432 с.

37. Белавин О.В. Основы радионавигации/ О.В. Белавин. М.: Сов.радио, 1967.- 338 с.

38. Ющенко А.П. Способ наименьших квадратов/ А.П. Ющенко. М.: Морской транспорт. 1956. — 232 с.

39. Бартон Д. Справочник по радиолокационным измерениям/ Д. Бар-тон, Г. Вард. М.: Соврадио, 1976. - 386 с.

40. Васин В.А. Информационные технологии в радиотехнических системах/ В.А. Васин и др./ под ред. И.Б. Федорова.- М.: Изд. МГТУ им. Баумана, 2003.-412 с.

41. Дудка Д.В. Метод и алгоритмы обработки внешнетраекторных измерений/ Д.В. Дудка, P.M. Карабанов, Е.М. Теремков, А.Е. Чванов // Изв. ТулГУ, сер. Проблемы специального машиностроения. Вып.8. Тула: Изд-во ТулГУ 2006. - С. 38-45.

42. Справочник по радиолокации. В 4-х томах. Т. 1. Основы радиолокации / М. Сколник и др.: пер. с англ./ под ред. М. Сколника . М.: Сов. радио. 1976. -492 с.

43. Справочник по радиолокации. В 4-х томах. Т. 2. Радиолокационные антенные устройства / М. Сколник и др.: пер. с англ./ под ред. М. Сколника. М.: Сов. радио. 1976. - 408 с.

44. Толкалин JI.H. Радиолокация наземных целей / JI.H. Толкалин. — Тула: Изд. ТулГУ, 2005. 86 с.

45. Толкалин JI.H. Спектры помех от растительности при слабом ветре/ H.A. Зайцев, JI.H. Толкалин, C.B. Ряполов // Изв. ТулГУ. Сер. Радиотехника ирадиооптика. Т.5. Тула: Изд-во ТулГУ, 2003. - С. 57-64.

46. Толкалин JI.H. Спектры помех от растительности/ Н.А. Зайцев, JI.H. Толкалин, // Изв. ТулГУ. Сер. Радиотехника и радиооптика. Т.5. Тула: Изд-во ТулГУ, 2003. - С. 53-57.

47. Толкалин JI.H. Спектральный анализ помех от растительных образований в радиолокационной станции / JI.H. Толкалин и др.// Изв. ТулГУ. Сер. Радиотехника и радиооптика. Том 6. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. - С. 310.

48. Дудка Д.В. Проблемы поиска малоразмерных высокоскоростных целей некогерентными PJIC с некогерентными приемопередатчиками/ Д.В. Дудка, Л.Н. Толкалин// Изв. ТулГУ, сер. Естественные науки. Вып. 1. Тула: Изд-во ТулГУ.-2008. -С. 151-158.

49. Дудка Д.В. Селекция высокоскоростных малоразмерных целей / Д.В. Дудка, Л.Н. Толкалин// Изв. ТулГУ, сер. Естественные науки. Вып. 1. -Тула: Изд-во ТулГУ.-2008. -С. 159-168.

50. Бонч-Бруевич A.M. Радиотехнические системы / А.И. Дымова, М.Е. Альбац, A.M. Бонч-Бруевич. М.: Сов. радио, 1975.-468 с.

51. Дудка Д.В. Когерентность СВЧ генераторов при поиске малоразмерных целей/ Д.В. Дудка// Изв. ТулГУ, сер. Естественные науки. Вып. 1. -Тула: Изд-во ТулГУ.-2008. -С. 145-150.

52. Толкалин Л.Н. Влияние некогерентности СВЧ генераторов на работу РЛС/ Л.Н. Толкалин, Н.А. Зайцев // Изв. ТулГУ. Серия «Радиотехника и радиооптика». Том VI. Тула; Изд-во ТулГУ, 2004. - С. 32-39.

53. Дудка Д.В. Поиск высокоскоростных малоразмерных целей РЛС с некогерентными приемопередатчиками/ Л.Н. Толкалин, Д.В. Дудка// Вестник ТулГУ. Сер. Радиотехника и радиооптика. Т. IX. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. С. 13-21.

54. Дудка Д.В. К выбору АЧХ фильтров СДЦ для поиска высокоскоростных целей/ Л.Н. Толкалин, Д.В. Дудка // Вестник ТулГУ. Сер. Радиотехника и радиооптика. Т. IX. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. С. 26-35.

55. Современная радиолокация / под ред. Ю.Б. Кобзарева. М.: Сов. радио, 1969. - 212 с.

56. Бакулев П.А. Методы и устройства селекции движущихся целей / П.А. Бакулев, В.М. Степин. М.: Радио и связь, 1986. - 286 с.

57. Кулемин Г.П. Рассеяние миллиметровых волн поверхностью Земли под малыми углами/ Г.П. Кулемин, В.Б. Рассказовский. Киев: Наукова думка, 1987.-229 с.

58. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники /Б.Р.Левин. М.: Сов. радио, 1966. - 288 с.

59. Тихонов В.И. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем / В.И.Тихонов, В.Н.Харисов. М.: Радио и связь, 1991. -492 с.

60. Бакулев П.А. Радиолокационные системы / П.А. Бакулев. М.: Радиотехника, 2004. - 320 с.

61. Дудка Д.В.Когерентность СВЧ генераторов при поиске малоразмерных целей / Д.В. Дудка // Вестник ТулГУ. Сер. Радиотехника и радиооптика. Т.1Х. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. С. 35-39.

62. Смогилев К.А. Радиоприемники СВЧ/К.А. Смогилев, И.В. Вознесенский, Л.А. Филиппов. М.: Воен. издат., 1967. - 556 с.

63. Микроэлектронные устройства СВЧ/ Г.И. Веселов, Ю.Н. Алехин и др./ учебн. пособ. М.: Изд. Высш. школа, 1988. - 280 с.

64. Антенны и устройства СВЧ. Расчет и проектирование антенных решеток и их излучающих элементов/ под ред. Д.И. Воскресенского. М.: Сов. радио, 1972. - с. 320.

65. Белоцерковский Г.Б. Антенны / Г.Б. Белоцерковский. М.: Оборон-гиз. 1962.-492 с.

66. Дудка Д.В. Моделирование процесса обнаружения быстролетящего объекта с использованием разреженной антенной решетки РЛК / С.И. Анохин, Д.В. Дудка, В.Л. Меньшиков // Сб. научных трудов ТАИИ. -Тула: ТАИИ, 2006. С. 22-27.

67. Дудка Д.В. Система селекции движущихся целей для СШП PJIC/ Д.В. Дудка, К.А. Анкундинов, A.B. Емельянов // Сб. научных трудов РНТО РЭС им. А. С. Попова. Тула: ТулГУ, 2006. - С. 179-183.

68. Дудка Д.В. Структурная схема сверхширокополосного радиолокатора / Ю.И. Мамон, Д.В. Дудка, A.C. Посохов // Сб. научных трудов РНТО РЭС им. А. С. Попова. Тула: ТулГУ, 2006. - С. 183-185.

69. Дудка Д.В. Согласованная обработка и фильтрация сигналов, отраженных от низколетящих баллистических объектов/ С.И. Анохин, Д.В. Дудка // Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот. Том XIV, вып. 1-2 (43). - М. - 2006. - С. 78-84.

70. Дудка Д.В. Методика расчета минимально возможных характеристик рассеяния антенн типа волновой канал / В.В. Носков, B.JI. Меньшиков, Д.В. Дудка, A.B. Сушков // Сб. научных трудов РНТО РЭС им. А. С. Попова. Тула: ТулГУ, 2006. - С. 15-20.

71. Дудка Д.В. Определение значений координат пули и параметров траектории в единичном замере/ Д.В. Дудка //Сб. научных трудов ТАИИ. Тула: ТАИИ, 2006. - С.37-42.

72. Дудка Д.В. Вторичная обработка радиолокационной информации от быстролетящего баллистического объекта / Д.В. Дудка // Сб. научных трудов ТАИИ. Тула: ТАИИ, 2007. - С.43-47.

73. Дудка Д.В. Зависимости погрешности экстраполяции от величины интервала локации / С.И. Анохин, Д.В. Дудка, P.M. Карабанов //Сб. научных трудов ТАИИ. -Тула: ТАИИ, 2006. С.31-37.

74. Шапиро И. Расчет траекторий баллистических снарядов по данным радиолокационного наблюдения/ И. Шапиро. М.: Изд. иностр. лит., 1961. — 319 с.

75. Зайцев H.A. Перспективы развития РЛС разведки огневых позиций/ О.Н. Акиншин, H.A. Зайцев, Ю.М. Ковалев, К.А. Анкудинов, A.B. Викторов. // Изв. ТулГУ. Сер. Радиотехника и радиооптика, том VI, 2004. С.46-51.

76. Дмитриевский A.A. Внешняя баллистика/ A.A. Дмитриевский. М.: Машиностроение, 2005. - 608 с.

77. Вентцель Д.А. Внешняя баллистика/ Д.А. Вентцель. М.: Изд. ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1952. - 202 с.

78. Common. Pure Appl. Math., vol. 5, 1952, p. 301-345.

79. Губин С.Г Физические основы функционирования стрелково-пушечного, артиллериского и ракетного оружия /С.Г. Губин, С.А. Горовой. Интернет-ресурс Сибирской государственной геодезической академии, 2005.

80. Баллистический коэффициент/ www.ada.ru/guns/ballistic/BC.

81. McCoy R.L. Technical report ARBRL-TR-02293 "MC DRAG"/ A computer program for estimating the drag coefficients of projectiles. February. — NY. 1981.-74 p.

82. Самарский A.A. Введение в численные методы/ А.А. Самарский. -М.: Наука, 1980.-280 с.

83. Калиткин И.Н. Численные методы/ И.Н. Калиткин. М.: Наука, 1978.-516 с.

84. Тао Н. Object Tracking with Bayesian Estimation of Dynamic Layer Representations/ H. Tao, H. S. Sawhney, R. Kumar // IEEE transactions on pattern analysis and machine intelligence, 2002. Vol. 24. № 1.

85. Влияние ветра на полет пули/ www.snipersparadise.com

86. Формирование концепции развития перспективных систем поиска наземных и баллистических объектов. Научно-технический отчет по НИР «Таганрог-ТулГУ»: Разработка предложений по облику технических средств поиска объектов.- Тула, ТулГУ, 2007. 165 с.

87. Дудка Д.В. Модель движения быстродвижущегося объекта (пули), выпущенной из стрелкового оружия/ Д.В. Дудка // Сб. научных трудов ТАИИ. -Тула: ТАИИ, 2006. С.81-87.

88. Дудка Д.В. Построение общей траектории пули, объединяющей сверхзвуковой и дозвуковой участки / Д.В. Дудка// Сб. научных трудов ТАИИ. Тула: ТАИИ, 2006. -С.88-95.

89. Тепловизор для охраны и безопасности: www.pergam.info.