RU2625542C1 - Radar facility for detecting the asteroids - Google Patents

Radar facility for detecting the asteroids Download PDF

Info

Publication number
RU2625542C1
RU2625542C1 RU2016136255A RU2016136255A RU2625542C1 RU 2625542 C1 RU2625542 C1 RU 2625542C1 RU 2016136255 A RU2016136255 A RU 2016136255A RU 2016136255 A RU2016136255 A RU 2016136255A RU 2625542 C1 RU2625542 C1 RU 2625542C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
earth
receiving
transmitting
input
signal
Prior art date
Application number
RU2016136255A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Александрович Дугин
Александр Борисович Бляхман
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского"
Priority to RU2016136255A priority Critical patent/RU2625542C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2625542C1 publication Critical patent/RU2625542C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: radar facility is the spaced apart transmitting and receiving stations, where the ground radars of different ranges are used as the transmitting stations, distributed approximately uniformly over the Earth surface, and the receiving stations are positioned on space vehicles, moving along the orbits around the Earth or parallel with the Earth in space area, each of which contains the reception multifrequency antenna, connected to the receiving device inputs, which includes the first and the second receive paths, which outputs are connected to the first and the second inputs of the signal recording system, to the third input of which the synchronometer is connected. The first signal recording system output is connected to the first correlator input and to the first information storage device input, and the second signal recording system output is connected to the second correlator input and to the second information storage device input, which output is connected to the transmitting path, including the information signal generating system and the transmitting antenna, directed to the Earth, to transmit the information to the processing center at the frequency different from the receiving paths frequencies to provide its simultaneous operation.
EFFECT: increase of the extraterrestrial objects detection range and reliability and improvement of the trajectories measuring accuracy their flight in the near-earth and far outer space due to the use of the luminal effect phenomenon.
5 dwg

Description

Изобретение относится к многопозиционной радиолокации с обнаружением «на просвет» и может быть использовано для обнаружения, определения траектории полета и сопровождения летящих объектов (астероидов, комет, искусственных объектов) как в ближнем космосе, так и в далеких окрестностях Земли (несколько миллионов километров).The invention relates to multi-position radar with detection "in the light" and can be used to detect, determine the flight path and accompany flying objects (asteroids, comets, artificial objects) both in near space and in the distant vicinity of the Earth (several million kilometers).

В связи с падением на Землю Челябинского и ряда более мелких метеоритов зимой 2013 года обострилась проблема создания системы предупреждения астероидно-кометной опасности. Кроме того, предполагается, что внутри лунной орбиты вокруг Земли вращается большое количество необнаруженных небесных тел малых размеров, которые представляют угрозу космическим аппаратам (КА) и могут периодически падать на Землю.In connection with the fall to Earth of Chelyabinsk and a number of smaller meteorites in the winter of 2013, the problem of creating an asteroid-comet hazard warning system became more acute. In addition, it is assumed that a large number of undetected small sized celestial bodies rotate around the Earth inside the lunar orbit, which pose a threat to spacecraft (SC) and can periodically fall to the Earth.

С точки зрения экономических затрат оптические системы, ведущие непрерывный глобальный обзор неба, в том числе для выявления объектов, представляющих угрозу для Земли, пока остаются наиболее эффективными, однако, они имеют ряд недостатков, а именно: 1) обзор неба может проводиться только ночью; 2) оптические системы не являются всепогодными; 3) объекты, приближающиеся к Земле со стороны Солнца, оптическими средствами трудно обнаружимы. Т.е. для создания надежной системы слежения за опасными для Земли объектами необходимо дополнение оптических систем наблюдений радиолокационными средствами, лишенными недостатков оптических средств и превосходящие их по точности определения параметров движения объекта.From the point of view of economic costs, optical systems that conduct a continuous global survey of the sky, including to identify objects that pose a threat to the Earth, are still the most effective, however, they have a number of drawbacks, namely: 1) the sky can be surveyed only at night; 2) optical systems are not all-weather; 3) objects approaching the Earth from the side of the Sun by optical means are difficult to detect. Those. To create a reliable tracking system for objects hazardous to the Earth, it is necessary to supplement the optical observation systems with radar tools, devoid of optical imperfections and exceeding them in the accuracy of determining the object's motion parameters.

Опыт использования традиционных (моно- или бистатических) РЛС в радиоастрономии показал, что, по крайней мере, в пределах лунной орбиты локационные системы с антеннами больших диаметров могут быть использованы для точного измерения параметров движения астероидов, уже обнаруженных оптическими средствами (Benner L., 2013, http://echo.ipl.nasa.gov/asteroids/2012DA14/2012DA14_planning.html (Голдстоун, США), http://kaira.sgo.fi/2013_02_01_archive.html (Vierinen J., 2013. Хейстек, США)). Запас времени от момента начала слежения до предельного сближения объекта с Землей составит от нескольких часов до нескольких суток.The experience of using traditional (mono- or bistatic) radars in radio astronomy has shown that, at least within the lunar orbit, location systems with large-diameter antennas can be used to accurately measure the motion parameters of asteroids already detected by optical means (Benner L., 2013 , http://echo.ipl.nasa.gov/asteroids/2012DA14/2012DA14_planning.html (Goldstone, USA), http://kaira.sgo.fi/2013_02_01_archive.html (Vierinen J., 2013. Haystack, USA) ) The margin of time from the start of tracking to the closest approach of the object to the Earth will be from several hours to several days.

Проведение локации астероидов в радиодиапазоне наталкивается как минимум на две основные проблемы, приводящие к неопределенности оценки величины отраженного от объекта сигнала. Во-первых, неизвестен коэффициент отражения вещества небесного тела в различных диапазонах радиоволн. Если придерживаться сравнения с данными о параметрах лунного грунта (например, Т. Hagfors. Remote Probing of the Moon by Infrared and Microwave Emissions and by Radar. // Radio Science. 1970. V. 5, Issue 2. PP. 189-227), величина коэффициента отражения вещества астероидов в радиодиапазоне не будет превышать 7-10%. Во-вторых, сложная форма и сильная неровность поверхности астероидов могут приводить к существенным потерям «полезного» отраженного сигнала даже для тел больших размеров. В проведенных экспериментах по локации астероида 2012ДА14 в бистатическом режиме было получено (М.Б. Нечаева, Н.А. Дугин и др. Изв. ВУЗов «Радиофизика», 2014, т. 57, №10, с. 774-783), что отраженный сигнал имел крайне нерегулярный квазипериодический характер с моментами практически полного затухания. Этот эффект может быть обусловлен вращением объекта и неровностью его отражающей поверхности. Такой сигнал не может считаться надежным при решении задачи обнаружения небесных тел малых размеров.Carrying out the location of asteroids in the radio range encounters at least two main problems, leading to uncertainties in estimating the magnitude of the signal reflected from the object. Firstly, the reflection coefficient of the substance of the celestial body in different ranges of radio waves is unknown. If one compares with the data on the parameters of the lunar soil (for example, T. Hagfors. Remote Probing of the Moon by Infrared and Microwave Emissions and by Radar. // Radio Science. 1970. V. 5, Issue 2. PP. 189-227) , the reflection coefficient of the asteroid substance in the radio range will not exceed 7-10%. Secondly, the complex shape and strong roughness of the surface of asteroids can lead to significant losses of the “useful” reflected signal even for large bodies. In the conducted experiments on the location of the asteroid 2012DA14 in a bistatic mode, it was obtained (M.B. Nechaeva, N.A. Dugin et al. Izv. VUZov Radiofizika, 2014, v. 57, No. 10, p. 774-783), that the reflected signal had an extremely irregular quasiperiodic character with moments of almost complete attenuation. This effect may be due to the rotation of the object and the roughness of its reflective surface. Such a signal cannot be considered reliable in solving the problem of detecting small celestial bodies.

Таким образом, традиционные РЛС в задаче обнаружения астероидов не могут составить сильной конкуренции оптическим средствам из-за больших энергетических затрат и малой вероятности обнаружения объекта. Но оптические средства также не способны обнаружить объект с малым коэффициентом отражения («черное тело»), а также по вышеперечисленным причинам.Thus, traditional radars in the task of detecting asteroids cannot compete strongly with optical devices because of the high energy costs and the low probability of detecting an object. But optical means are also not able to detect an object with a low reflection coefficient ("black body"), as well as for the above reasons.

При развитии средств радиолокации, призванных бороться с малозаметными летательными аппаратами (в том числе изготовленными по технологии СТЕЛС) были предложены новые, так называемые «просветные», РЛС.With the development of radar, designed to deal with stealth aircraft (including those made using the STELS technology), new so-called "clearance" radars were proposed.

Известны бистатические радиолокационные станции (РЛС) (см. Черняк B.C. Многозвенная радиолокация. - М.: Радио и связь, 1993, - 416 с., Справочник по радиолокации. Перевод с английского под ред. М. Сколника. Т.4. - М.: Советское радио, 1979), в том числе многопозиционные, в которых передающий и приемный комплексы аппаратуры разнесены в пространстве. Такое построение имеет ряд преимуществ по сравнению с моностатическим радиолокатором (см. Уфимцев П.Я. // Радиотехника и электроника, 1989, т. 35, №12. - с. 2519-2527, Glaser J. Bistatic RCS of Complex Objects Near Forward Scatter, IEEE Transactions on aerospace and electronic systems. Vol. AES-21, №1, January, 1985. - p. 70-78), заключающихся в возможности реализации метода радиолокации, основанном на просветном эффекте, состоящем в том, что при облучении объекта, размеры которого в несколько раз больше длины волны, излучаемой передатчиком, энергия, рассеянная назад, на несколько порядков (в среднем на три) меньше энергии, рассеянной вперед по линии облучения, в результате чего эффективная площадь рассеяния (ЭПР) объекта при наблюдении в бистатическом радиолокаторе «на просвет» в тысячи раз превосходит ЭПР объекта для традиционного моностатического радиолокатора.Known bistatic radar stations (radars) (see Chernyak BC Multilink radar. - M.: Radio and communications, 1993, - 416 p., Guide to radar. Translated from English under the editorship of M. Skolnik. V.4. - M .: Soviet radio, 1979), including multi-position, in which the transmitting and receiving complexes of equipment are separated in space. This construction has several advantages compared to a monostatic radar (see Ufimtsev P.Ya. // Radio Engineering and Electronics, 1989, v. 35, No. 12. - pp. 2519-2527, Glaser J. Bistatic RCS of Complex Objects Near Forward Scatter, IEEE Transactions on aerospace and electronic systems. Vol. AES-21, No. 1, January, 1985. - p. 70-78), consisting in the possibility of implementing the radar method based on the luminous effect, which consists in the fact that when irradiated of an object whose dimensions are several times greater than the wavelength emitted by the transmitter, the energy scattered backward is several orders of magnitude (on average three) less than the energy scattered forward along the irradiation line, as a result of which the effective scattering area (EPR) of the object when observed in a “by light” bistatic radar is thousands of times greater than the EPR of the object for a traditional monostatic radar.

Известен радиолокационный комплекс (см. RU 2324197), содержащий бистатическую «просветную» радиолокационную станцию (РЛС), представляющую собой разнесенные в пространстве передающую позицию в составе последовательно соединенных передатчика и передающей антенны и приемную позицию в составе последовательно соединенных приемной антенны с многолучевой диаграммой направленности, приемного устройства и рабочего места оператора, при этом передающая и приемная антенны подняты на высоту, обеспечивающую прямую радиовидимость, и направлены встречно, при этом на приемной позиции введена моностатическая РЛС, зона обнаружения которой перекрывает зону обнаружения бистатической "просветной" РЛС, причем вход-выход моностатической РЛС соединен с выходом-входом рабочего места оператора, обеспечивающего команду включения моностатической РЛС по указанию от бистатической "просветной" РЛС, отображение, идентификацию радиолокационной информации и выдачу целеуказания внешнему потребителю в виде выходной информации радиолокационного комплекса, при этом рабочие частоты бистатической "просветной" РЛС и моностатической РЛС смещены для обеспечения их одновременной работы.Known radar complex (see RU 2324197), containing a bistatic "translucent" radar station (radar), which is a spaced apart transmitting position as part of a series-connected transmitter and transmitting antenna and a receiving position as part of a series-connected receiving antenna with a multi-beam radiation pattern, the receiving device and the operator’s workplace, while the transmitting and receiving antennas are raised to a height that provides direct radio visibility, and the meetings are directed well, at the same time, a monostatic radar was introduced at the receiving position, the detection zone of which overlaps the detection zone of the bistatic “radar” radar, and the input-output of the monostatic radar is connected to the output-input of the operator’s workstation, providing the command to turn on the monostatic radar as instructed by the bistatic “radar” Radar, display, identification of radar information and the issuance of target designation to an external consumer in the form of output information from the radar system, while the operating frequencies of the bistatic Swetnam "monostatic radar and radar are offset to ensure their simultaneous operation.

В описанном комплексе «просветная» РЛС выполняет вспомогательную функцию обнаружения объекта с последующей «передачей» его моностатической РЛС для проведения дальнейшего целеуказания.In the described complex, the “luminous” radar performs the auxiliary function of detecting an object, followed by the “transmission” of its monostatic radar for further target designation.

Известен радиолокационный комплекс (см. RU 2422849), содержащий бистатическую, в том числе «просветную», радиолокационную станцию (РЛС), представляющую собой разнесенные в пространстве передающую и приемную станции, где в качестве передающей станции используются космические естественные или искусственные источники шумового сигнала, а приемная станция является наземной и содержит антенну и приемное устройство, включающее основной приемный тракт для шумовых сигналов, систему регистрации квантованного шумового сигнала, коррелятор, синхронометр, причем основной приемный тракт включает малошумящий усилитель (МШУ) с широкой полосой приема и подключенный к МШУ преобразователь частоты с выходом, соединенным с системой регистрации, к которой также подключен синхронометр и которая содержит два канала записи, выходы которых подключены к коррелятору.Known radar complex (see RU 2422849), containing a bistatic, including "luminaire" radar station, which is a spatially spaced transmitting and receiving station, where space-based natural or artificial noise sources are used as a transmitting station, and the receiving station is terrestrial and contains an antenna and a receiving device including a main receiving path for noise signals, a registration system for a quantized noise signal, a correlator, synchronously emp, the primary receive path includes a low noise amplifier (LNA) with a wide reception band and is connected to the LNA output with the inverter connected to the registration system to which is also connected synchronometer and which comprises two recording channels, the outputs of which are connected to the correlator.

Такой вариант комплекса с размещением передатчиков на космических аппаратах, а приемных систем - на Земле, эффективен, поскольку далекие от Земли объекты будут обнаружены сразу после попадания в ДН передатчика, т.к. в узкую зону обнаружения (просветного эффекта) с далеких расстояний будет попадать вся Земля. Это обстоятельство может привести к минимизации числа КА на далеких орбитах, но потребуются существенные затраты мощности на аппаратах, которые вряд ли могут быть обеспечены солнечными батареями, и возникнут сложности создания сколь-нибудь компактных низкочастотных передающих антенн.This version of the complex with the placement of transmitters on spacecraft, and receiving systems on Earth is effective, since objects far from the Earth will be detected immediately after the transmitter enters the bottom of the transmitter, as the whole Earth will fall into a narrow zone of detection (translucent effect) from far distances. This circumstance can lead to minimization of the number of spacecraft in distant orbits, but significant power expenditures will be required on the devices, which can hardly be provided with solar batteries, and there will be difficulties in creating any compact low-frequency transmitting antennas.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является применение методов просветной радиолокации с использованием зондирующих сигналов с различным спектром излучения для получения технического результата: повышение дальности и надежности обнаружения внеземных объектов (астероидов, комет) и увеличение точности измерения траекторий их полета в околоземном и дальнем космическом пространстве.The problem to which the invention is directed is the use of translucent radar methods using probing signals with a different emission spectrum to obtain a technical result: increasing the range and reliability of detection of extraterrestrial objects (asteroids, comets) and increasing the accuracy of measuring their flight paths in near-Earth and far outer space.

Достижение указанного технического результата обеспечено тем, что в изобретении осуществлен прием одной или несколькими антеннами, расположенными на космических аппаратах, двигающихся по орбитам вокруг Земли в околоземном космическом пространстве или в дальнем космосе, двух монохроматических или квазишумовых сигналов - отраженного от объекта и опорного от передающей станции, расположенной на поверхности Земли. Отраженный сигнал и (или) корреляционный отклик между отраженным и прямым сигналами несут информацию о наличии объекта (обнаружение), величине задержки между сигналами (направление на объект), частоте Доплера и изменении задержки во времени (скорость).The achievement of the specified technical result is ensured by the fact that in the invention, one or several antennas located on spacecraft moving in orbits around the Earth in near-Earth space or in deep space receive two monochromatic or quasi-noise signals - reflected from the object and reference from the transmitting station located on the surface of the earth. The reflected signal and (or) the correlation response between the reflected and direct signals carry information about the presence of an object (detection), the delay between the signals (direction to the object), the Doppler frequency and the change in time delay (speed).

Для достижения указанного технического результата предлагается радиолокационный комплекс для обнаружения астероидов, использующий явление «просветного» эффекта и представляющий собой разнесенные в пространстве передающую и приемную станции, где каждая из приемных станций включает приемную антенну, приемное устройство, систему регистрации сигналов, синхронометр, коррелятор. Радиолокационный комплекс содержит несколько передающих и приемных станций, где в качестве передающих станций использованы наземные РЛС различных диапазонов, распределенные примерно равномерно по поверхности Земли, а приемные станции расположены на космических аппаратах (КА), двигающихся по орбитам вокруг Земли или параллельно с Землей в космическом пространстве. Каждая из приемных станций дополнительно содержит передающий тракт, включающий систему формирования информативного сигнала и передающую антенну, направленную на Землю. При этом в приемной станции многочастотная антенна подключена к входам, содержащимся в приемном устройстве первого и второго приемным трактам, выходы которых подключены к первому и второму входам системы регистрации сигналов. К третьему входу системы регистрации сигналов подключен синхронометр для выдачи меток времени. При этом первый выход системы регистрации сигналов подключен к входу первого коррелятора и первому входу накопителя информации, а второй выход системы регистрации сигналов подключен к входу второго коррелятора и к второму входу накопителя информации, к третьему и четвертому входам которого подключены выходы корреляторов, а выход накопителя информации подключен к передающему тракту, включающему систему формирования информативного сигнала и передающую антенну, направленную на Землю, для передачи информации в центр обработки на частоте, отличающейся от частот приемных трактов для обеспечения их одновременной работы.To achieve the indicated technical result, a radar complex for detecting asteroids is proposed, using the “translucent” effect phenomenon and representing a transmitting and receiving station spaced in space, where each of the receiving stations includes a receiving antenna, a receiving device, a signal registration system, a synchronometer, and a correlator. The radar complex contains several transmitting and receiving stations, where ground-based radars of various ranges distributed approximately uniformly on the Earth’s surface are used as transmitting stations, and the receiving stations are located on spacecraft (SC) moving in orbits around the Earth or in parallel with the Earth in outer space . Each of the receiving stations further comprises a transmitting path including an informative signal generating system and a transmitting antenna directed to the Earth. At the same time, in the receiving station, the multi-frequency antenna is connected to the inputs contained in the receiving device of the first and second receiving paths, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the signal registration system. A synchronometer is connected to the third input of the signal registration system to issue time stamps. In this case, the first output of the signal registration system is connected to the input of the first correlator and the first input of the information storage device, and the second output of the signal registration system is connected to the input of the second correlator and the second input of the information storage device, the outputs of the correlators are connected to the third and fourth inputs, and the output of the information storage device connected to a transmitting path, including an informative signal generation system and a transmitting antenna directed to the Earth to transmit information to the processing center at frequencies Differing from the frequency of reception paths to ensure their simultaneous operation.

На фиг. 1 изображен радиолокационный комплекс, представляющий собой разнесенные в пространстве передающие 1 и приемные 2 станции, где в качестве передающих 1 станций используются наземные РЛС различных диапазонов, распределенные примерно равномерно по поверхности Земли, а приемные станции 2 расположены на КА, двигающихся по орбитам вокруг Земли или параллельно с Землей в космическом пространстве, и содержат (фиг. 2) приемную многочастотную антенну 3, подключенную к входам приемного устройства 4, которое включает приемные тракты 5 и 6, систему регистрации сигналов 7, синхронометр 8, корреляторы 9.1 и 9.2, и накопитель информации (систему записи) 10. Первый низкочастотный приемный тракт 5 содержит (фиг. 3а) соединенные последовательно малошумящий усилитель (МШУ) 11.1, фильтр 12.1 и систему квантования сигнала 13.1. Второй высокочастотный приемный тракт 6 (фиг. 3б) содержит МШУ 11.2, подключенный к нему преобразователь частоты, который состоит из смесителя 14, гетеродина 15, фильтра 12.2, усилителя УПЧ 16, и систему квантования сигнала 13.2. При этом выход МШУ 11.2 подключен к первому входу смесителя 14, к второму входу которого подключен гетеродин 15, а выход смесителя 14 подключен через фильтр 12.2 к входу УПЧ 16, выход которого через систему квантования сигнала 13.2 соединен с системой регистрации сигналов 7, к которой подключен синхронометр 8 для записи меток времени.In FIG. Figure 1 shows a radar complex, which is a space-borne transmitting 1 and receiving 2 stations, where ground-based radars of various ranges distributed approximately uniformly on the Earth’s surface are used as transmitting 1 stations, and receiving stations 2 are located on spacecraft moving in orbits around the Earth or parallel to the Earth in outer space, and contain (Fig. 2) a receiving multi-frequency antenna 3 connected to the inputs of a receiving device 4, which includes receiving paths 5 and 6, a register system ation signals 7 synchronometer 8 correlators 9.1 and 9.2, and drive information (recording system) 10. The first low-frequency receiver chain 5 includes (Fig. 3a) connected in series a low noise amplifier (LNA) 11.1, 12.1 and filter system signal quantization 13.1. The second high-frequency receiving path 6 (Fig. 3b) contains the LNA 11.2, a frequency converter connected to it, which consists of a mixer 14, a local oscillator 15, a filter 12.2, an amplifier 16, and a signal quantization system 13.2. The output of the LNA 11.2 is connected to the first input of the mixer 14, to the second input of which the local oscillator 15 is connected, and the output of the mixer 14 is connected through a filter 12.2 to the input of the amplifier 16, the output of which is connected through the signal quantization system 13.2 to the signal registration system 7, to which it is connected synchronometer 8 for recording time stamps.

Корреляторы 9.1 и 9.2 идентичны и снабжены программным обеспечением для обработки монохроматических и шумовых сигналов.The correlators 9.1 and 9.2 are identical and equipped with software for processing monochromatic and noise signals.

Выход накопителя информации 10 подключен к передающему тракту, включающему систему формирования информативного сигнала 17 и передающую антенну 18, направленную на Землю, для передачи информации на частоте, отличающейся от частот приемных трактов, для обеспечения их одновременной работы.The output of the information storage device 10 is connected to a transmitting path including an information signal generating system 17 and a transmitting antenna 18 directed to the Earth to transmit information at a frequency different from the frequencies of the receiving paths to ensure their simultaneous operation.

Работа устройства производится следующим образом.The operation of the device is as follows.

1. Режим излучения непрерывного узкополосного сигнала.1. The emission mode of a continuous narrowband signal.

Используется для увеличения дальности обнаружения объекта за счет большей мощности излучения. В корреляторах 9.1 и 9.2 проводится автокорреляционная обработка поступающих сигналов определенной длительности, которая позволяет выделить прямой сигнал наземного локатора и рассеянный от объекта сигнал с доплеровским смещением по частоте. По величине и знаку частоты Доплера определяется скорость и направление движения объекта.Used to increase the detection range of the object due to the greater radiation power. In correlators 9.1 and 9.2, autocorrelation processing of incoming signals of a certain duration is performed, which allows you to select a direct signal from a ground-based locator and a signal scattered from an object with a Doppler frequency offset. The magnitude and sign of the Doppler frequency determines the speed and direction of movement of the object.

2. Режим излучения квазишумового сигнала.2. The radiation mode of the quasi-noise signal.

Используется для точного определения изменения пространственной задержки двух принятых сигналов и частоты интерференции, по которым определяется траектория движения объекта.It is used to accurately determine changes in the spatial delay of two received signals and the interference frequency, which determine the trajectory of the object.

Передающая наземная станция 1 излучает фазоманипулированный (квазишумовой) сигнал в направлении одного из КА 2, находящегося в дальнем космическом пространстве (при попадании его в диаграмму направленности (ДН) антенны). В приемную антенну 3 КА 2 поступают два сигнала: опорный от передающей наземной станции, например радиолокационной станции (РЛС) 1 и рассеянный от летящего небесного тела с задержкой, определяемой взаимным расположением объекта и приемной антенны 3. Общий сигнал поступает на вход приемного тракта 5 или 6. Два приемных тракта необходимо для работы в двух диапазонах частот (низкие и высокие частоты). Низкие частоты (4-30 МГц) нужны для обнаружения объектов больших размеров (больше 100 м), высокие (30 МГц и более) - для объектов меньших размеров.The transmitting ground station 1 emits a phase-manipulated (quasi-noise) signal in the direction of one of the spacecraft 2 located in the far outer space (when it enters the antenna radiation pattern). Two signals arrive at the receiving antenna 3 of SC 2: the reference signal from a transmitting ground station, for example, a radar station (radar) 1 and scattered from a flying celestial body with a delay determined by the relative position of the object and receiving antenna 3. The general signal is input to the receive path 5 or 6. Two receiving paths are necessary for operation in two frequency ranges (low and high frequencies). Low frequencies (4-30 MHz) are needed to detect objects of large sizes (more than 100 m), high (30 MHz and more) - for objects of smaller sizes.

Системы квантования обычно применяются для сигналов в видеополосе (0-30 МГц). Поэтому в тракте 5 надо только усилить сигнал с помощью усилителя МШУ 11.1, отфильтровать высокие частоты с помощью фильтра 12.1 и подать на квантование с помощью системы квантования сигнала 13.1. Для более высоких частот (30 МГц и более) надо преобразовать сигнал - перенести в видеополосу с помощью гетеродинирования, которое выполняется с помощью смесителя 14, гетеродина 15, фильтра 12.2, далее усиливается с помощью усилителя УПЧ 16 и преобразуется в цифровой вид (квантуется) с помощью систем квантования сигнала 13.2. Далее передается в систему регистрации сигналов 7. В системе регистрации сигналов 7 данные одного приемного тракта 5 или 6 записываются одновременно на два магнитных носителя для формирования двух потоков информации вместе с метками времени от синхронометра 8, для того чтобы в корреляторе 9.1 или 9.2 проводить перемножение этих потоков информации с требуемой (расчетной) временной задержкой, которая вводится в один из потоков информации.Quantization systems are typically used for signals in the video band (0-30 MHz). Therefore, in path 5, you only need to amplify the signal using the amplifier LNA 11.1, filter out the high frequencies using the filter 12.1 and apply for quantization using the signal quantization system 13.1. For higher frequencies (30 MHz or more) it is necessary to convert the signal - transfer it to a video strip using heterodyning, which is performed using a mixer 14, a local oscillator 15, a filter 12.2, then amplified by an amplifier 16 and converted to digital form (quantized) with using signal quantization systems 13.2. Then it is transmitted to the signal recording system 7. In the signal recording system 7, the data of one receiving path 5 or 6 are recorded simultaneously on two magnetic media for the formation of two information streams together with time stamps from the synchronometer 8, so that in the correlator 9.1 or 9.2 they are multiplied information flows with the required (estimated) time delay, which is introduced into one of the information flows.

Первичная обработка - получение отклика при корреляции двух потоков информации с введением переменной задержки (для компенсации разности хода принимаемых сигналов) производится непосредственно в процессе наблюдений в режиме квазиреального времени. Коррелятор 9.1 или 9.2 производит перемножение сигналов (программное) с введением переменной задержки в один из потоков информации. По максимуму кросс-корреляционного сигнала определяется точная задержка между сигналами, а по максимуму его спектра определяется частота интерференции, обусловленная движением источника относительно приемной антенны 3. В зависимости от взаимного расположения приемной антенны 3, РЛС и предполагаемого нахождения объекта рассчитывается диапазон изменения задержки и, соответственно, ускоряется процесс поиска отраженного сигнала. При превышении амплитуды результирующего сигнала определенного порогового уровня (предполагаемое обнаружение объекта), записанная в данный период информация из накопителя информации 10 поступает на формирователь информативного сигнала 17 и передается на Землю через передающую антенну 18.Primary processing — obtaining a response by correlating two streams of information with the introduction of a variable delay (to compensate for the difference in the path of the received signals) is carried out directly in the process of observing in quasi-real time mode. The correlator 9.1 or 9.2 performs signal multiplication (software) with the introduction of a variable delay in one of the information flows. The exact delay between the signals is determined from the maximum of the cross-correlation signal, and the interference frequency determined by the movement of the source relative to the receiving antenna 3 is determined from the maximum of its spectrum. Depending on the relative position of the receiving antenna 3, the radar and the intended location of the object, the range of delay variation is calculated and, accordingly , accelerates the process of searching for the reflected signal. When the amplitude of the resulting signal exceeds a certain threshold level (the alleged detection of the object), the information recorded during this period from the information storage device 10 is transmitted to the informative signal shaper 17 and transmitted to the Earth through the transmitting antenna 18.

При облучении объекта происходит рассеяние зондирующего сигнала практически во всех направлениях, но по линии облучения (вперед) рассеянный сигнал на порядки больше, чем при рассеянии назад и в стороны. ЭПР объекта σ в направлении «вперед» определяется по соотношениюWhen the object is irradiated, the probe signal is scattered in almost all directions, but the scattered signal along the line of radiation (forward) is orders of magnitude greater than when scattered back and to the side. The ESR of the object σ in the forward direction is determined by the ratio

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где S - площадь апертуры объекта с линейным размером L, λ - длина волны. Угол рассеяния θ определяется как диаграмма направленности апертуры с линейными размерами L на данной длине волны (на уровне половинной мощности)where S is the aperture area of an object with a linear size L, λ is the wavelength. The scattering angle θ is defined as an aperture radiation pattern with linear dimensions L at a given wavelength (at half power level)

Figure 00000002
.
Figure 00000002
.

Т.е. зона просветного эффекта значительно расширяется для тел с размерами, сравнимыми с длиной волны, например при L~(0,5-2)λ угол рассеяния будет в пределах (120°…30°). Однако, при этом эффективная площадь рассеяния (ЭПР) существенно меньше, поскольку обратно пропорциональна квадрату длины волны (1). Поскольку размеры космических тел могут меняться в больших пределах (от единиц до сотен метров), то возникает вопрос оптимизации рабочей длины волны и расширения диапазона до нескольких длин волн.Those. the area of the luminal effect is significantly expanded for bodies with dimensions comparable to the wavelength, for example, at L ~ (0.5-2) λ, the scattering angle will be in the range (120 ° ... 30 °). However, in this case, the effective scattering area (EPR) is significantly smaller, since it is inversely proportional to the square of the wavelength (1). Since the dimensions of cosmic bodies can vary within wide limits (from units to hundreds of meters), the question arises of optimizing the working wavelength and expanding the range to several wavelengths.

В качестве примера существования и эффективности «просветного» эффекта можно представить некоторые результаты проводимых в НИРФИ ННГУ им. Н.И. Лобаческого экспериментов по исследованию вспышечного излучения Солнца на частоте 327 МГц на антеннах радиоастрономических обсерваторий НИРФИ ННГУ им. Н.И. Лобаческого «Зименки» и «Ст. Пустынь». Над районом расположения этих антенн проходит трасса полета гражданских самолетов. В течение длительного времени приемные антенны ведут непрерывное сопровождение источника излучения с записью сигнала на различные системы регистрации, в том числе на контрольные самописцы для визуального наблюдения наличия сигнала. Во время наблюдений неоднократно были зарегистрированы сигналы, похожие на запись диаграммы направленности антенны по излучению искусственных спутников Земли (ИСЗ). Однако, на орбитах вокруг Земли нет аппаратов, работающих в данном диапазоне частот. Анализ этих явлений показал, что наблюдается явление «просветного» эффекта, когда самолет пролетает в области вблизи Солнца в диаграмме направленности приемной антенны. На фиг. 4 показана запись сигнала от Солнца на ленте самописца в приемном пункте Зименки с прохождением объекта (самолета) через диаграмму направленности антенны в течение примерно двух минут. Видно, что амплитуда «просветного» сигнала составляет 25-30% от полного сигнала от Солнца, т.е. очень большую величину по радиоастрономическим меркам.As an example of the existence and effectiveness of the "translucent" effect, we can present some of the results carried out at NIRSU NNGU im. N.I. Lobach experiments on the study of solar flare radiation at a frequency of 327 MHz on the antennas of the radio astronomy observatories NIRFI NNGU im. N.I. Lobachsky "Zimenka" and "Art. Desert. " Over the area where these antennas are located, there is a civilian flight path. For a long time, receiving antennas conduct continuous tracking of the radiation source with recording the signal to various registration systems, including control recorders for visual observation of the signal presence. During the observations, signals similar to recording the antenna radiation pattern from the radiation of artificial Earth satellites (AES) were repeatedly recorded. However, in orbits around the Earth there are no vehicles operating in this frequency range. An analysis of these phenomena showed that the phenomenon of "translucent" effect is observed when the plane flies in the region near the Sun in the radiation pattern of the receiving antenna. In FIG. Figure 4 shows the recording of the signal from the Sun on the recorder’s tape at Zimenka’s receiving station with the passage of an object (airplane) through the antenna pattern for about two minutes. It can be seen that the amplitude of the "translucent" signal is 25-30% of the total signal from the Sun, i.e. a very large value by radio astronomy standards.

Исходя из того, что астероиды размером менее 50 м оптическими средствами обнаруживаются только на близких к Земле расстояниях, а существующие радиолокаторы могут их фиксировать, в основном, в пределах лунной орбиты при существенных затратах мощности, рассчитаны параметры предлагаемого радиолокационного комплекса.Based on the fact that asteroids smaller than 50 m in size are detected by optical means only at distances close to the Earth, and existing radars can fix them, mainly within the lunar orbit, at significant power consumption, the parameters of the proposed radar complex are calculated.

Первую наибольшую рабочую длину волны желательно иметь в диапазоне 50 м (частота 6 МГц). Однако ионосфера постоянно прозрачна для длинных волн короче 15 м (частота >20 МГц). В диапазоне 4-20 МГц (низкочастотный тракт 4 фиг. 3а) возможна эпизодическая работа в ночное время.It is desirable to have the first largest operating wavelength in the range of 50 m (frequency 6 MHz). However, the ionosphere is constantly transparent for long waves shorter than 15 m (frequency> 20 MHz). In the range of 4-20 MHz (low-frequency path 4 of Fig. 3a), occasional nighttime operation is possible.

Примерами передающих наземных станций могут служить МСТ-радары (рабочий диапазон 40-50 МГц, мощность до 1 МВт), радары некогеррентного рассеяния (150-1000 МГц, мощность до 3 МВт) и ионосферные нагревные стенды: СУРА (Россия, Нижегородская область), ХААРП (США, Аляска) и Тромсе (Норвегия), работающие преимущественно в диапазоне 5-10 Мгц. На критических для ионосферы частотах (1-20) МГц возможно эпизодическое (в зависимости от расположения приемных станций и прозрачности ионосферы) использование в предлагаемом комплексе передатчиков имеющихся ионосферных стендов СУРА, ХААРП и Тромсе без сооружения новых инструментов.Examples of transmitting ground stations include MCT radars (operating range 40-50 MHz, power up to 1 MW), incoherent scattering radars (150-1000 MHz, power up to 3 MW) and ionospheric heating stands: SURA (Russia, Nizhny Novgorod region), HAARP (USA, Alaska) and Tromso (Norway), operating mainly in the range of 5-10 MHz. At frequencies (1–20) MHz critical for the ionosphere, episodic (depending on the location of the receiving stations and the transparency of the ionosphere) possible use of the available ionosphere stands SURA, HAARP and Tromso in the proposed transmitter complex without constructing new tools.

На стенде СУРА НИРФИ ННГУ им. Н.И. Лобаческого проводились эксперименты по локации Луны и короны Солнца на частотах 5-9-26 МГц как в моностатическом, так и в бистатическом режимах, в том числе с приемом сигнала на борту КА в дальнем космосе (А.Н. Караштин, Г.П. Комраков и др. ИзвВУЗов «Радиофизика», 1999, т. 42, №8, с. 765-779). Передающая станция на этих частотах имеет большие габариты (антенные поля в десятки и сотни метров). Мощность трех передатчиков по 250 КВт каждый при ширине ДН 20°.At the booth SURA NIRFI NNSU them. N.I. Lobachevsky conducted experiments on the location of the moon and the corona of the sun at frequencies of 5-9-26 MHz in both monostatic and bistatic modes, including with the reception of a signal onboard the spacecraft in deep space (A.N. Karashtin, G.P. Komrakov and other IzvVUzov “Radiophysics”, 1999, v. 42, No. 8, p. 765-779). The transmitting station at these frequencies has large dimensions (antenna fields of tens and hundreds of meters). The power of three transmitters of 250 kW each with a beam width of 20 °.

При приеме на дипольную антенну КА необходимо использовать радиометры с предельно низкой шумовой температурой для неохлаждаемых МШУ, чтобы обеспечить максимально возможный обзор космического пространства для КА на далеких орбитах. Размер минимально обнаружимого объекта на низких частотах оценивается порядком 10 м, что определит следующую рабочую длину волны - 5-10 м (частота 30-60 МГц).When receiving a spacecraft at a dipole antenna, it is necessary to use radiometers with an extremely low noise temperature for uncooled LNAs in order to provide the maximum possible space survey for spacecraft in distant orbits. The size of the minimum detectable object at low frequencies is estimated to be about 10 m, which will determine the next working wavelength - 5-10 m (frequency 30-60 MHz).

Передающая станция на диапазон 30-60 МГц и выше (высокочастотный тракт 5 фиг. 3б) может быть сделана на базе РЛС с размером апертуры 30-40 м, полуширина ДН (угол рассеяния) около 5-20°.A transmitting station with a range of 30-60 MHz and higher (high-frequency path 5 of Fig. 3b) can be made on the basis of a radar with an aperture size of 30-40 m, the half-width of the beam (scattering angle) is about 5-20 °.

Необходимость применения следующего более высокого диапазона определится задачами комплекса: астероиды размерами менее 10 м не несут угрозы серьезных разрушений на Земле, на более высоких частотах возможен контроль состояния «космического мусора» в околоземном пространстве.The need to use the following higher range will be determined by the tasks of the complex: asteroids less than 10 m in size do not pose a threat of serious damage to the Earth, at higher frequencies it is possible to monitor the state of “space debris” in near-Earth space.

Расчет орбит, оптимального числа приемных КА и рабочих частот будет зависеть от требований к характеристикам и задачам комплекса.The calculation of the orbits, the optimal number of receiving spacecraft and operating frequencies will depend on the requirements for the characteristics and tasks of the complex.

Claims (1)

Радиолокационный комплекс для обнаружения астероидов, использующий явление «просветного» эффекта и представляющий собой разнесенные в пространстве передающую и приемную станции, где каждая из приемных станций включает приемную антенну, приемное устройство, систему регистрации сигналов, синхронометр, коррелятор, отличающийся тем, что комплекс содержит несколько передающих и приемных станций, где в качестве передающих станций использованы наземные РЛС различных диапазонов, распределенные примерно равномерно по поверхности Земли, а приемные станции расположены на космических аппаратах, двигающихся по орбитам вокруг Земли или параллельно с Землей в космическом пространстве, и каждая из приемных станций дополнительно содержит передающий тракт, включающий систему формирования информативного сигнала и передающую антенну, направленную на Землю, при этом в приемной станции многочастотная антенна подключена к входам содержащихся в приемном устройстве первого и второго приемных трактов, выходы которых подключены к первому и второму входам системы регистрации сигналов, к третьему входу которой подключен синхронометр, причем первый выход системы регистрации сигналов подключен к входу первого коррелятора и первому входу накопителя информации, а второй выход системы регистрации сигналов подключен к входу второго коррелятора и ко второму входу накопителя информации, выход которого подключен к передающему тракту, в котором передающая антенна предназначена для передачи информации в центр обработки на Земле на частоте, отличающейся от частот приемных трактов для обеспечения их одновременной работы.A radar complex for detecting asteroids using the phenomenon of “translucent” effect and representing a transmitting and receiving station spaced in space, where each of the receiving stations includes a receiving antenna, a receiving device, a signal recording system, a synchronometer, a correlator, characterized in that the complex contains several transmitting and receiving stations, where ground-based radars of various ranges are used as transmitting stations, distributed approximately evenly over the Earth’s surface, and p Receiving stations are located on spacecraft moving in orbits around the Earth or in parallel with the Earth in outer space, and each of the receiving stations additionally contains a transmitting path, which includes an informative signal generation system and a transmitting antenna directed to the Earth, while the receiving station has a multi-frequency antenna connected to the inputs of the first and second receiving paths contained in the receiver, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the signal registration system, to the third input of which a synchronometer is connected, the first output of the signal recording system is connected to the input of the first correlator and the first input of the information storage device, and the second output of the signal recording system is connected to the input of the second correlator and the second input of the information storage device, the output of which is connected to the transmitting path, wherein the transmitting antenna is designed to transmit information to the processing center on Earth at a frequency different from the frequencies of the receiving paths to ensure their simultaneous operation.
RU2016136255A 2016-09-08 2016-09-08 Radar facility for detecting the asteroids RU2625542C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016136255A RU2625542C1 (en) 2016-09-08 2016-09-08 Radar facility for detecting the asteroids

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016136255A RU2625542C1 (en) 2016-09-08 2016-09-08 Radar facility for detecting the asteroids

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2625542C1 true RU2625542C1 (en) 2017-07-14

Family

ID=59495449

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016136255A RU2625542C1 (en) 2016-09-08 2016-09-08 Radar facility for detecting the asteroids

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2625542C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005106524A2 (en) * 2004-04-26 2005-11-10 Budic Robert D Method and apparatus for performing bistatic radar functions
RU2324197C2 (en) * 2006-02-20 2008-05-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Нижегородский Научно-Исследовательский Институт Радиотехники" Radar complex
US20080169968A1 (en) * 2005-03-08 2008-07-17 Paul Easthope Management of tracking models
RU2422849C1 (en) * 2010-02-24 2011-06-27 Федеральное государственное научное учреждение "Научно-исследовательский радиофизический институт" Radar facility
US8654002B2 (en) * 2009-03-09 2014-02-18 Onera (Office National D'etudes Et De Recherche Aerospatiales) Multistatic radar system for airport monitoring

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005106524A2 (en) * 2004-04-26 2005-11-10 Budic Robert D Method and apparatus for performing bistatic radar functions
US20080169968A1 (en) * 2005-03-08 2008-07-17 Paul Easthope Management of tracking models
RU2324197C2 (en) * 2006-02-20 2008-05-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Нижегородский Научно-Исследовательский Институт Радиотехники" Radar complex
US8654002B2 (en) * 2009-03-09 2014-02-18 Onera (Office National D'etudes Et De Recherche Aerospatiales) Multistatic radar system for airport monitoring
RU2422849C1 (en) * 2010-02-24 2011-06-27 Федеральное государственное научное учреждение "Научно-исследовательский радиофизический институт" Radar facility

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nag et al. Lightning locating systems: Insights on characteristics and validation techniques
EP3081964A1 (en) Method and system for detecting geological structure of extraterrestrial solid celestial body by employing single transmitting and multi-receiving radar
Grassi et al. Enabling orbit determination of space debris using narrowband radar
US20150355324A1 (en) System and method for detection and orbit determination of earth orbiting objects
Pisanu et al. Upgrading the Italian BIRALES system to a pulse compression radar for space debris range measurements
Yushkova et al. Bistatic radar detection in the Luna-Resurs mission
Erickson et al. AERO: Auroral Emission Radio Observer
CN114859114A (en) Signal target association method for monitoring low-orbit space target based on low-orbit monitoring satellite
Kero et al. EISCAT 3D: the next generation international atmosphere and geospace research radar
Medvedev et al. Irkutsk Incoherent Scatter Radar: history, present and future
Colegate et al. Searching for fast radio transients with SKA phase 1
Potekhin et al. Recording and control digital systems of the Irkutsk Incoherent Scatter Radar
RU2625542C1 (en) Radar facility for detecting the asteroids
Borisenkov et al. Bistatic P-band SAR for spacecraft AIST-2
Montebugnoli et al. The bistatic radar capabilities of the Medicina radiotelescopes in space debris detection and tracking
JP5035782B2 (en) Split beam synthetic aperture radar
RU2578168C1 (en) Global terrestrial-space detection system for air and space objects
Di Lizia et al. Performance assessment of the multibeam radar sensor birales for space surveillance and tracking
JP3172739B2 (en) VLBI radar search method
Lee et al. Cis-lunar Space Debris Radar Capability and Feasibility
RU2422849C1 (en) Radar facility
Vierinen et al. 2018 Beam-park observations of space debris with the EISCAT radars
Goldstein et al. Flux of millimetric space debris
Murray et al. The arecibo observatory as an instrument for investigating orbital debris: Legacy and next generation performance
Barott et al. SABER-TDA: Passive coherent location of aircraft using XM-Radio and a small ground station