RU2615988C1 - Method and system of barrier air defence radar detection of stealth aircraft based on gsm cellular networks - Google Patents

Method and system of barrier air defence radar detection of stealth aircraft based on gsm cellular networks Download PDF

Info

Publication number
RU2615988C1
RU2615988C1 RU2015155445A RU2015155445A RU2615988C1 RU 2615988 C1 RU2615988 C1 RU 2615988C1 RU 2015155445 A RU2015155445 A RU 2015155445A RU 2015155445 A RU2015155445 A RU 2015155445A RU 2615988 C1 RU2615988 C1 RU 2615988C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channel
output
target
detection
antenna
Prior art date
Application number
RU2015155445A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Викторович Демидюк
Андрей Владимирович Фомин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Кант" (ОАО "НПП "КАНТ")
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 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Кант" (ОАО "НПП "КАНТ") filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Кант" (ОАО "НПП "КАНТ")
Priority to RU2015155445A priority Critical patent/RU2615988C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2615988C1 publication Critical patent/RU2615988C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/56—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds for presence detection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/42—Diversity systems specially adapted for radar

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: method is carried out by placing a cellular network in the range of the base station at the required distance of warning the detection system about a stealth aircraft, which is equipped with a vertical (zenith) oriented omnidirectional antenna and a video camera, when a stealth aircraft flies through the directional pattern fields of the antenna and video camera, the target is detected in the radio-frequency range of the GSM cellular network and in the optical range. The result of the detection is transmitted to the consumer through the channels of the GSM cellular network.
EFFECT: increased range for detection of stealth air targets with reduced reflectivity.
5 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к разнесенной радиолокации и может быть использовано для обнаружения и измерения координат малозаметных маловысотных целей в воздушном пространстве в поле подсвета базовых станций сотовой связи стандарта GSM. Техническим результатом предлагаемого изобретения является обнаружение в зенитной плоскости маловысотных малозаметных в радиолокационном диапазоне целей, выполненных по технологии с уменьшенной отражающей способностью в передний и боковые ракурсы наблюдения и находящихся в поле подсвета базовых станций (БС) сотовой связи. Одно из направлений снижения заметности по технологии «Стелс» летательных аппаратов состоит в придании им такой конфигурации, которая способствует отражению электромагнитных волн, попадающих на элементы планера с переднего и боковых ракурсов, в верхнюю и нижнюю полусферы, тем самым уменьшая общий уровень радиолокационной заметности самолета в передней и боковой полусфере [1].The present invention relates to diversity radar and can be used to detect and measure the coordinates of low-visibility low-altitude targets in mid-air in the backlight field of GSM base stations. The technical result of the invention is the detection in the zenith plane of low altitude, low-observable in the radar range, targets made using technology with reduced reflectivity in the front and side viewing angles and located in the illumination field of base stations (BS) of cellular communications. One of the ways to reduce visibility using the Stealth technology of aircraft is to give them such a configuration that helps to reflect electromagnetic waves falling on the airframe elements from the front and side angles into the upper and lower hemispheres, thereby reducing the overall level of radar visibility of the aircraft in front and side hemisphere [1].

Известен способ обнаружения крылатых ракет, (Патент РБ, №13748, 2010.10.30, G01S 13/00), состоящий в приеме собственного электромагнитного излучения крылатой ракеты в диапазоне частот от 2 до 5 МГц, преобразовании принятого излучения в электрический сигнал, измерении его мощности, усилении, преобразовании принятого сигнала в электромагнитное излучение в упомянутой полосе часто, облучении крылатой ракеты электромагнитным излучением. Переотраженный от крылатой ракеты сигнал используется для ее обнаружения. Недостаток способа состоит в ограниченности перечня объектов локации, к которым он применим, поскольку разные летательные аппараты обладают различными собственными излучениями, а следовательно дальностями обнаружения. Для формирования направленного излучения в диапазоне частот фонового излучения потребуют применения громоздких антенных полей.A known method for detecting cruise missiles, (Patent RB, No. 13748, 2010.10.30, G01S 13/00), consisting in receiving its own electromagnetic radiation from a cruise missile in the frequency range from 2 to 5 MHz, converting the received radiation into an electrical signal, measuring its power , amplification, conversion of the received signal to electromagnetic radiation in the said band often, irradiation of a cruise missile with electromagnetic radiation. The signal reflected from the cruise missile is used to detect it. The disadvantage of this method is the limited list of location objects to which it is applicable, since different aircraft have different intrinsic emissions, and therefore the detection ranges. For the formation of directional radiation in the frequency range of the background radiation will require the use of bulky antenna fields.

Известен способ Хехнева обнаружения низколетящих объектов, являющихся носителями электрического заряда (Авторское свидетельство СССР, №3155419, 22.08.1986), основанный на явлении электростатической индукции, образуемой полетом воздушной цели на поверхности Земли. При этом диаметр зоны индукции равен удвоенной высоте полета. С помощью датчиков, установленных на поверхности Земли, могут быть замерены количественные характеристики электрического поля движущихся воздушных маловысотных объектов. Недостатком способа является незначительная дальность действия устройств обнаружения электростатического заряда, а также зависимость величины заряда от электростатической проводимости почвы.The known method of Khekhnov detection of low-flying objects that are carriers of an electric charge (USSR Author's Certificate, No. 31545419, 08/22/1986), based on the phenomenon of electrostatic induction formed by the flight of an air target on the Earth's surface. The diameter of the induction zone is equal to twice the flight altitude. Using sensors installed on the Earth's surface, quantitative characteristics of the electric field of moving airborne low-altitude objects can be measured. The disadvantage of this method is the small range of the devices for detecting electrostatic charge, as well as the dependence of the magnitude of the charge on the electrostatic conductivity of the soil.

Известна [3] израильская система акустического обнаружения HELISPOT, включающая акустический прибор, размещаемый на мачте, установленной на земле или транспортном средстве. Система обеспечивает обнаружение, распознавание и пеленгование низколетящих вертолетов и беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) на дальности до 3 км с точностью до 3 град. Акустический прибор включает в себя микрофон и классификатор, определяющий тип цели по спектру принимаемого акустического сигнала. Информация об обнаруженной цели передается по УКВ радиоканалу или проводной линии связи на пост сбора разведданных. Недостаток системы - зависимость и ограничение дальности действия от окружающего акустического фона, типа двигателя и скорости полета БПЛА.Known [3] the Israeli system of acoustic detection HELISPOT, including an acoustic device placed on a mast mounted on the ground or a vehicle. The system provides detection, recognition and direction finding of low-flying helicopters and unmanned aerial vehicles (UAVs) at a distance of 3 km with an accuracy of 3 degrees. An acoustic device includes a microphone and a classifier that determines the type of target from the spectrum of the received acoustic signal. Information about the detected target is transmitted via VHF radio channel or wireline to the intelligence gathering station. The disadvantage of the system is the dependence and limitation of the range from the surrounding acoustic background, engine type and UAV flight speed.

Известны радиолокационные станции маловысотного поля «Каста 2Е2», «Гамма ДЕ» [5] совмещенного типа и др, предназначенные для контроля воздушного пространства, определения дальности, азимута, эшелона высоты полета и трассовых характеристик воздушных объектов - самолетов, вертолетов, дистанционно пилотируемых летательных аппаратов и крылатых ракет, в том числе летящих на малых и предельно малых высотах, на фоне интенсивных отражений от подстилающей поверхности, местных предметов и гидрометеообразований. Недостаток радиолокационных станций типового парка обусловлен совмещением передатчика и приемника на одной позиции, что при использовании технологии «Стелс», особенно в передний ракурс наблюдения, приводит к существенному снижению дальности обнаружения. При этом высокая мощность, выделяемая на формирование радиолокационной зоны обнаружения, по целому ряду воздушных целей (например, маловысотным БПЛА среднего класса) оказывается малоэффективной. Поэтому в настоящее время на высотах до 200 м не создается сплошного поля радиолокации воздушных объектов над территорией РФ РЛС типового парка.Known low-altitude field radars "Casta 2E2", "Gamma DE" [5] combined type, etc., designed to control airspace, determine range, azimuth, flight altitude level and route characteristics of airborne objects - airplanes, helicopters, remotely piloted aircraft and cruise missiles, including flying at low and extremely low altitudes, against the background of intense reflections from the underlying surface, local objects and hydrometeorological formation. The disadvantage of typical park radar stations is due to the combination of the transmitter and receiver at one position, which, when using the Stealth technology, especially from the front view, leads to a significant reduction in the detection range. At the same time, the high power allocated to the formation of the radar detection zone for a number of air targets (for example, low-altitude UAVs of the middle class) is ineffective. Therefore, at present, at heights of up to 200 m, a continuous field for the radar of airborne objects over the territory of the Russian Federation is not created in a typical park radar.

Известна бистатическая радиолокационная станция с обнаружением «на просвет» (Евразийский патент №007143, 2004.12.23 G01S 13/06, G01S 7/42), содержащая передающую позицию, излучающую квазигармонический сигнал, приемную позицию и рабочее место оператора. Причем приемная позиция состоит из последовательно соединенных приемной антенны с многолучевой диаграммой направленности, обращенной в сторону передающей позиции и N приемных каналов (по числу лучей диаграммы направленности приемной антенны), блока измерения пеленга, блока формирования траектории и распознавания классов воздушных целей. Недостаток бистатического радиолокатора состоит в необходимости формировании узкополосного специализированного квазигармонического сигнала, а также наличии узкой пространственной зоны просветного обнаружения, формируемого одним передатчиком, что существенно снижает пространственные возможности обнаружения.Known bistatic radar station with detection "in the light" (Eurasian patent No. 007143, 2004.12.23 G01S 13/06, G01S 7/42) containing a transmitting position emitting a quasi-harmonic signal, a receiving position and the operator's workplace. Moreover, the receiving position consists of a series-connected receiving antenna with a multi-beam radiation pattern facing the transmitting position and N receiving channels (by the number of rays of the radiation pattern of the receiving antenna), a bearing measuring unit, a trajectory formation unit, and recognition of classes of air targets. The disadvantage of a bistatic radar is the need to form a narrow-band specialized quasi-harmonic signal, as well as the presence of a narrow spatial zone of translucent detection, formed by a single transmitter, which significantly reduces the spatial detection capabilities.

Известен автономный мобильный комплекс видеотепловизионного наблюдения «Муром» компании «Стилсофт» [4]. Изделие включает в себя видеотепловизионные средства наблюдения, модуль интеграции с системой «РадиоРубеж», блок управления и связи, ноутбук с предустановленным СПО для локального управления, автономные источники электроэнергии, опционально - радиолокационную станцию STS 172. Комплекс предназначен для круглосуточного видеонаблюдения в видимом и инфракрасном диапазоне. Управление комплексом производится при помощи ноутбука с предустановленным СПО, подключенного к блоку управления специальным кабелем или по радиоканалу. Место оператора комплекса может располагаться в непосредственной близости от места развертывания комплекса, а также на удаленном до 8 км стационарном АРМ, посредством радиомоста на частоте 5 ГГц. Недостатки комплекса - ограничение дальности видеообнаружения прозрачностью атмосферы, кроме того, для передачи обнаруженной информации необходим выделенный радиоканал связи ограниченного радиуса действия.Known autonomous mobile video thermal surveillance system "Murom" of the company "SteelSoft" [4]. The product includes video thermal surveillance tools, an integration module with the RadioRubezh system, a control and communication unit, a laptop with a pre-installed open source software for local control, autonomous power sources, and optionally a STS 172 radar station. The complex is designed for round-the-clock video surveillance in the visible and infrared range . The complex is controlled using a laptop with a pre-installed open source software connected to the control unit with a special cable or over the air. The site of the operator of the complex can be located in the immediate vicinity of the place of deployment of the complex, as well as on a remote AWS remote to 8 km, via a radio bridge at a frequency of 5 GHz. The disadvantages of the complex are the limitation of the range of video detection by atmospheric transparency; in addition, a dedicated radio channel of limited radius of communication is required to transmit the detected information.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению, выбираемым в качестве прототипа, является радиолокационная станция со сторонним подсветом сетей сотовой связи стандарта GSM с каналом обнаружения «на просвет». (Патент РФ №154714 G01S 13/06, G01S 7/42), состоящая из целевого канала, предназначенного для обнаружения цели, находящейся в поле излучения базовой станции (БС) сотовой связи (СС), в координатах «суммарное время запаздывания - суммарная частота Доплера», просветного канала, предназначенного для обнаружения цели «на просвет», опорного канала, предназначенного для формирования опорного (синхронизирующего) сигнала, оконечного устройства, служащего для определения и отображения координат цели, и модема GPRS, предназначенного для передачи информации удаленным потребителям, причем антенна целевого канала является обзорной, управляемой с помощью устройства управления, антенна опорного канала является остронаправленной и ориентирована в направлении базовой станции сотовой связи, антенна просветного канала является слабонаправленной. Недостаток радиолокационной станции, выбранной в качестве прототипа, состоит в том, что для обнаружения малозаметных целей «на просвет» необходимо, чтобы цель находилась точно в луче опорной антенны, ориентированной на передатчик БС. Это ставит возможность обнаружения целей в просветном канале в зависимость от точного пространственного совпадения цели с линией визирования опорной антенны передатчика БС сотовой связи. При этом цель, пролетая выше или ниже линии визирования, может не попасть в просветную зону, но может оказаться в зоне видимости обзорной антенны. В случае малозаметной цели, выполненной со сниженной отражательной способностью в передние и боковые ракурсы наблюдения, ее обнаружение может не произойти, поскольку удаление цели от РЛС окажется больше дальности обнаружения, реализуемого энергетическим потенциалом РЛС. При этом на предельно малых высотах (до 300 м) действия подсвета БС СС в вертикальном (зенитном) ракурсе отражательная способность малозаметных целей, выполненных по технологии «Стелс», может оказаться выше, чем в остальных ракурсах наблюдения [1]. Это обстоятельство можно использовать для создания удаленной маловысотной зенитной барьерной системы локации в поле подсвета БС СС. Таким образом, целью заявляемого изобретения является наращивание дальности обнаружения маловысотных малозаметных воздушных целей со сниженной отражательной способностью в передний и боковые ракурсы наблюдения за счет удаления от базовой станции сотовой связи барьерной зоны обнаружения, формируемой в вертикальной плоскости каналом обнаружения «на просвет» радиолокационной станции со сторонним подсветом сетей сотовой связи стандарта GSM.The closest technical solution to the proposed invention, selected as a prototype, is a radar station with third-party illumination of cellular networks of the GSM standard with a detection channel "in the open". (RF patent No. 154714 G01S 13/06, G01S 7/42), consisting of a target channel designed to detect a target located in the radiation field of a cellular base station (BS) in the coordinates "total delay time - total frequency Doppler ", a lumen channel designed to detect a target" by the light ", a reference channel intended to generate a reference (synchronizing) signal, a terminal device used to determine and display the coordinates of the target, and a GPRS modem designed to transmit information to target consumers, moreover, the target channel antenna is surveillance, controlled by the control device, the reference channel antenna is pointed and oriented towards the cellular base station, the antenna of the translucent channel is weakly directed. The disadvantage of the radar station, selected as a prototype, is that to detect subtle targets "in the light" it is necessary that the target was exactly in the beam of the reference antenna, oriented to the BS transmitter. This makes it possible to detect targets in the lumen channel depending on the exact spatial coincidence of the target with the line of sight of the reference antenna of the BS cellular transmitter. In this case, the target, flying above or below the line of sight, may not fall into the lumen zone, but may be in the field of view of the surveillance antenna. In the case of an inconspicuous target, accomplished with reduced reflectivity in the front and side viewing angles, its detection may not occur, since the removal of the target from the radar will be greater than the detection range realized by the radar energy potential. At the same time, at extremely low altitudes (up to 300 m) the BS SS backlight action in a vertical (zenith) angle reflectivity of stealth targets made using the Stealth technology may turn out to be higher than in other observation angles [1]. This circumstance can be used to create a remote low-altitude anti-aircraft barrier location system in the backlight BS BS. Thus, the aim of the claimed invention is to increase the detection range of low-altitude, inconspicuous air targets with reduced reflectivity in the front and side viewing angles due to the removal from the base station of a cellular communication barrier zone of detection, formed in the vertical plane by the detection channel "to the light" of the radar station with a third-party illuminated GSM networks.

Указанная цель достигается тем, что в радиолокационную станцию со сторонним подсветом сетей сотовой связи стандарта GSM с каналом обнаружения «на просвет», состоящую из целевого, опорного и просветного каналов, последовательно соединенных М-канального матричного коррелятора, оконечного устройства и модема GPRS, причем в целевом канале последовательно соединены супергетеродинный приемник, усилитель промежуточной частоты с логарифмической характеристикой усиления (УПЧЛ) на частоте усиления, в опорном канале последовательно соединены ориентированная на базовую станцию антенна, супергетеродинный приемник и УПЧЛ на частоте усиления, при этом M первых объединенных входов M-канального матричного коррелятора параллельно подключены к выходу УПЧЛ целевого канала, а M вторых входов М-канального матричного коррелятора подключены параллельно к выходу УПЧЛ опорного канала, в канале обнаружения целей «на просвет», последовательно соединенные слабонаправленная приемная антенна, супергетеродинный приемник, первый смеситель, два входа которого подключены к супергетеродинному приемнику, первый фильтр грубой селекции, регулируемый усилитель, вычитающее устройство, фильтр нижних частот, а также последовательно соединенные второй смеситель и второй фильтр грубой селекции, причем два входа второго смесителя подключены к выходу супергетеродинного приемника опорного канала, выход второго фильтра грубой селекции подключен ко второму входу вычитающего устройства, выход фильтра нижних частот подключен ко второму входу оконечного устройства, отличающуюся тем, что дополнительно введены следующие изменения: параллельное включение входа супергетеродинного приемника целевого канала к выходу слабонаправленной антенны, ориентация диаграммы направлености слабонаправленной антенны вертикально вверх (в зенит), видеокамера, выход которой подключен ко входу оконечного устройства, причем ориентация поля видимости видиокамеры совпадает с направлением ориентации диаграммы направленности слабонаправленной антенны. Приведенная совокупность признаков отсутствует в исследованной патентной и научно-технической литературе по данному вопросу, следовательно предложенные технические решения соответствуют критерию «новизна».This goal is achieved by the fact that in a radar station with third-party illumination of cellular networks of GSM standard with a detection channel "in the open", consisting of a target, reference and light channels, connected in series to the M-channel matrix correlator, terminal device and GPRS modem, and the target channel is serially connected to a superheterodyne receiver, an intermediate-frequency amplifier with a logarithmic gain characteristic (AML) at the frequency of amplification, in the reference channel The base station-oriented antenna, superheterodyne receiver, and IFRS at the gain frequency, while the M first combined inputs of the M-channel matrix correlator are connected in parallel to the output of the target channel, and M of the second inputs of the M-channel matrix correlator are connected in parallel to the output of the reference channel in the target detection channel “in the light”, a weakly directional receiving antenna, a superheterodyne receiver, a first mixer, two inputs of which are connected to a superheterodyne reception, are connected in series miniku, the first coarse filter, an adjustable amplifier, a subtractor, a low-pass filter, as well as a second mixer and a second coarse filter connected in series, the two inputs of the second mixer connected to the output of the superheterodyne receiver of the reference channel, the output of the second coarse filter connected to the second the input of the subtracting device, the output of the low-pass filter is connected to the second input of the terminal device, characterized in that the following changes are additionally introduced: in parallel f switching on the input of the target channel superheterodyne receiver to the output of the weakly directional antenna, the directional pattern of the weakly directional antenna vertically upward (at zenith), the video camera whose output is connected to the input of the terminal device, and the orientation of the video camera's field of view coincides with the direction of the orientation of the directional pattern of the weakly directional antenna. The given set of features is absent in the studied patent and scientific and technical literature on this issue, therefore, the proposed technical solutions meet the criterion of "novelty."

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1-5).The invention is illustrated by drawings (Fig. 1-5).

Фиг. 1 - блок-схема заявляемого комплекса;FIG. 1 is a block diagram of the claimed complex;

Фиг. 2 - пространственное расположение диаграмм направленности антенн (ДНА) комплекса;FIG. 2 - spatial arrangement of antenna patterns (BOTTOM) of the complex;

Фиг. 3 - расположение диаграмм направленности антенн (ДНА) комплекса в плоскости вертикального сечения;FIG. 3 - the location of the antenna patterns (BOTTOM) of the complex in the plane of the vertical section;

Фиг. 4 - поле равных мощностей сигналов, отраженных от малоразмерных целей;FIG. 4 - field of equal power signals reflected from small targets;

Фиг. 5 - изображение экспериментально полученных отраженных сигналов полученных доплеровским и просветным каналами.FIG. 5 is an image of experimentally received reflected signals received by Doppler and luminal channels.

Аппаратура комплекса барьерного зенитного обнаружения малозаметных летательных аппаратов на базе сетей сотовой связи стандарта GSM по фиг. 1 состоит из вынесенных относительно БС СС на требуемую дальность обнаружения малозаметных ЛА целевого 1, опорного 2 и просветного 3 каналов, последовательно соединенных М-канального матричного коррелятора 4, оконечного устройства 5 и модема GPRS 6, причем в целевом канале последовательно соединены супергетеродинный приемник 7, усилитель промежуточной частоты 8 с логарифмической амплитудной характеристикой (УПЧЛ) на частоте усиления, являющийся выходом целевого канала, в опорном канале последовательно соединены ориентированная на базовую станцию сотовой связи антенна 9, супергетеродинный приемник 10, УПЧЛ на частоте усиления 11, являющийся выходом опорного канала, при этом M первых объединенных входов М-канального матричного коррелятора 12 подключены параллельно к выходу УПЧЛ целевого канала 8, а M вторых входов M-канального матричного коррелятора 13 подключены параллельно к выходу УПЧЛ опорного канала 11, в канале обнаружения «на просвет» последовательно соединены слабонаправленная ориентированная вертикально вверх (в зенит) приемная антенна 14, выход которой и параллельно подключен ко входу супергетеродинного приемника целевого канала 7, супергетеродинный 15, первый смеситель 16, два входа которого подключены к супергетеродинному приемнику 15, первый фильтр грубой селекции (ФТС) 17, регулируемый усилитель 18, вычитающее устройство 19, фильтр нижней частоты 20, а также последовательно соединены второй смеситель 21, два входа которого подключены к выходу супергетеродинного приемника опорного канала 10, второй фильтр грубой селекции 22, выход которого подключен ко второму входу вычитающего устройства 19, видеокамеры 23, выход которой подключен ко входу оконечного устройства 5, а поле видимости ориентировано в направлении и соосно с диаграммой направленности слабонаправленной антенной 14.The equipment of the anti-aircraft barrier detection complex of stealth aircraft based on the GSM standard cellular networks of FIG. 1 consists of the relative target BS, reference 2, and luminous 3 channels, relative to the BS SS, to the required detection range of the target 1, reference 2, and luminous 3 channels, sequentially connected to the M-channel matrix correlator 4, terminal device 5, and GPRS 6 modem, with the superheterodyne receiver 7 connected in series to the target channel an intermediate frequency amplifier 8 with a logarithmic amplitude characteristic (AML) at the frequency of amplification, which is the output of the target channel, in the reference channel, series-oriented The country’s cellular communications antenna 9, superheterodyne receiver 10, AMFL at a gain frequency 11, which is the output of the reference channel, while the M first combined inputs of the M-channel matrix correlator 12 are connected in parallel to the AMF output of the target channel 8, and M the second inputs of the M-channel matrix the correlator 13 is connected in parallel to the output of the amplification channel of the reference channel 11, in the detection channel "in the light" are connected a weakly oriented receiving antenna 14, oriented vertically upward (at the zenith), the output of which is parallel to is connected to the input of the superheterodyne receiver of the target channel 7, superheterodyne 15, the first mixer 16, the two inputs of which are connected to the superheterodyne receiver 15, the first coarse filter (FCS) 17, adjustable amplifier 18, subtractor 19, low-pass filter 20, and also sequentially a second mixer 21 is connected, two inputs of which are connected to the output of the superheterodyne receiver of the reference channel 10, a second coarse filter 22, the output of which is connected to the second input of the subtracting device 19, the video camera 23, the output One of which is connected to the input of the terminal device 5, and the field of view is oriented in the direction and coaxially with the radiation pattern of the weakly directed antenna 14.

Заявляемые способ и комплекс барьерного зенитного радиолокационного обнаружения малозаметных летательных аппаратов на базе сетей сотовой связи стандарта GSM работает следующим образом (фиг. 2). Произвольная базовая станция сотовой связи стандарта GSM24 формирует в горизонтальной плоскости слабонаправленное, а в вертикальной плоскости - направленное поле излучения 25. Комплекс барьерного обнаружения 26 посредством антенны 14 формирует слабонаправленное поле радиолокационного обнаружения 27 и посредством видеокамеры 23 оптико-электронное поле видимости 28, ориентированные вертикально (в зенит). Поле видимости 28 и диаграмма направленности 27 совпадают по пространству и перекрываются. Диаграмма направленности антенны опорного канала 29 (фиг. 3) ориентирована в направлении БС СС. В поле излучения БС СС 25 могут оказаться маловысотные малозаметные в радиолокационном диапазоне цели 30, ЭПР которых в переднем и боковом ракурсах наблюдения снижена за счет увеличения ЭПР в нижнем и верхнем ракурсах наблюдения [1]. В этом случае решение задачи радиолокационного обнаружения целей 30, при их наблюдении в передний и боковые ракурсы наблюдения, не обеспечивает требуемой дальности обнаружения. При этом контур планера малоразмерного летательного аппарата формирует максимум отраженного сигнала в нижнюю полусферу, что увеличивает вероятность обнаружения цели. Цель, находящаяся в любой точке диаграммы направленности 27 слабонаправленной антенны 14, кроме зенитной, обнаруживается М-канальным матричным коррелятором по наличию приращения частоты Доплера, а ее координата определяется и отображается в оконечном устройстве 5 в соответствии с описанием, приведенным в [2]. В зенитной точке пространства обнаружение цели осуществляется в канале радиолокационного обнаружения «на просвет» в соответствии с описанием, приведенным в [2]. В зенитной точке пространства угол θ между прямыми R1 «БС-цель» и R2 «цель - приемная антенна» близок 90 град, поэтому частота Доплера, определяемая по формулеThe inventive method and complex barrier anti-aircraft radar detection of stealth aircraft based on cellular networks of the GSM standard works as follows (Fig. 2). An arbitrary GSM24 cellular base station generates a weakly directional horizontal plane and a directional radiation field 25 in the horizontal plane. Barrier detection complex 26, by means of antenna 14, forms a weakly directional radar detection field 27 and, using a video camera 23, an optoelectronic field of view 28 oriented vertically ( at the zenith). Field of view 28 and radiation pattern 27 coincide in space and overlap. The antenna pattern of the reference channel 29 (Fig. 3) is oriented in the direction of the BS SS. In the radiation field of BS SS 25, low-altitude low-observable targets in the radar range of target 30 may appear whose ESR in the front and side viewing angles is reduced due to an increase in ESR in the lower and upper observation angles [1]. In this case, the solution to the problem of radar detection of targets 30, when they are observed in the front and side viewing angles, does not provide the required detection range. In this case, the glider contour of a small-sized aircraft forms a maximum of the reflected signal in the lower hemisphere, which increases the probability of target detection. A target located at any point of the radiation pattern 27 of the weakly directed antenna 14, except for the anti-aircraft one, is detected by the M-channel matrix correlator by the presence of the Doppler frequency increment, and its coordinate is determined and displayed in the terminal device 5 in accordance with the description given in [2]. At the zenithal point of space, target detection is carried out in the channel of radar detection "in the light" in accordance with the description given in [2]. At the zenithal point of space, the angle θ between the straight lines R1 “BS-target” and R2 “target-receiving antenna” is close to 90 degrees, therefore the Doppler frequency determined by the formula

Figure 00000001
Figure 00000001

будет близка к нулю. Поэтому цель, находящаяся в зенитной точке слабонаправленной антенны, будет наблюдаться только за счет низкочастотных биений, регистрируемых каналом обнаружения «на просвет». При этом расположение слабонаправленной антенны должно быть таким, чтобы плоскость ее поляризации совпадала бы с поляризацией антенны БС СС. Видеокамера 23 регистрирует малозаметный ЛА в поле видимости 28. Информация видеонаблюдения, полученная видеокамерой, передается на вход оконечного устройства 5, а с его выхода, через модем GPRS, передается потребителю информации. Таким образом, через модем GPRS вместе с радиолокационной информацией, полученной целевым и просветным каналами, потребителю поступает видеоизображение цели, летящей на высотах подсвета базовых БС СС.will be close to zero. Therefore, a target located at the zenith point of a weakly directed antenna will be observed only due to the low-frequency beats recorded by the detection channel “by the light”. In this case, the location of the weakly directed antenna should be such that its plane of polarization coincides with the polarization of the BS SS antenna. The video camera 23 registers an inconspicuous aircraft in the field of view 28. The video surveillance information received by the video camera is transmitted to the input of the terminal device 5, and from its output, via the GPRS modem, is transmitted to the information consumer. Thus, through the GPRS modem, together with the radar information received by the target and transparent channels, the consumer receives a video image of a target flying at the illumination altitudes of the base BS SS.

Преимущество заявляемого технического решения, по сравнению с прототипом, состоит в технической реализуемости удаленного рубежа обнаружения, при гораздо меньших технических затратах, на дальностях не достижимых для прототипа. Расчетные диаграммы уровней равной мощности принимаемого эхо-сигнала (Рпр) в соответствии с уравнением [6]:The advantage of the proposed technical solution, in comparison with the prototype, is the technical feasibility of the remote detection line, at much lower technical costs, at ranges not achievable for the prototype. The calculated diagrams of levels of equal power of the received echo signal (Rpr) in accordance with equation [6]:

Figure 00000002
Figure 00000002

для прототипа и предлагаемого комплекса приведены на фиг. 5, где Ризл - эквивалентная мощность излучения БС, Ка - коэффициент усиления приемной антенны, R1, R2 - расстояние «БС-цель» и «цель - приемная антенна».for the prototype and the proposed complex are shown in FIG. 5, where Riesl is the equivalent BS radiation power, Ka is the gain of the receiving antenna, R1, R2 is the distance “BS-target” and “target is the receiving antenna”.

Исходные данные для расчета: мощность излучения БС Ризл=100 Вт, коэффициент усиления целевой антенны прототипа Кап=20 дБ, коэффициент усиления слабонаправленной антенны комплекса Кас=8 дБ, чувствительность приемного канала прототипа Рпрп=-140 дБ/Вт, чувствительность приемного канала комплекса Рпрс=-100 дБ/Вт, эффективная поверхность рассеяния (ЭПР) цели в переднем и боковых ракурсах наблюдения 0.01 м2, ЭПР в просветной зоне -1 м2, ЭПР цели в нижнем ракурсе наблюдения 0.1 м2, база между прототипом и БС - 20 км, база между комплексом и БС - 20 км.The initial data for the calculation: the radiation power of the BS Rizl = 100 W, the gain of the target antenna of the prototype Cap = 20 dB, the gain of the weak antenna of the complex Kas = 8 dB, the sensitivity of the receive channel of the prototype Rprp = -140 dB / W, the sensitivity of the receive channel of the complex Rprs = -100 dB / W, effective scattering surface (EPR) of the target in the front and side viewing angles of 0.01 m 2 , EPR in the clearance zone -1 m 2 , EPR of the target in the lower viewing angle of 0.1 m 2 , the base between the prototype and BS is 20 km, the base between the complex and the BS is 20 km.

Из приведенных на фиг 5, а) диаграмм следует, что зона обнаружения прототипом при Рпр <- 170 дБ/Вт фокусируется вокруг приемной позиции. Зона обнаружения заявляемым комплексом (фиг. 5) фокусируется в вертикальной плоскости и ограничивается уровнем Рпр <- 100 дБ/Вт. Однако конструктивные затраты и массогабаритные параметры заявляемого комплекса существенно меньше, чем требуются для реализации прототипа. Кроме того, задачи, возлагаемые на оконечное устройство, могут быть значительно сокращены, что упрощает его функциональную сложность. Так, функции отображения и отождествления целей могут быть исключены из задач оконечного устройства, поскольку информация будет передаваться на значительные расстояния по сети GSM и реализовываться в терминале потребителя, оснащенного модемом GPRS. Заявляемый комплекс может быть размещен на удалении гораздо большем от БС, чем прототип, что позволит решать задачу предупреждения о пролете маловысотных целей в наиболее опасных направлениях на гораздо большем удалении.From the diagrams shown in Fig. 5, a), it follows that the detection zone of the prototype at Ppr <- 170 dB / W focuses around the receiving position. The detection zone of the claimed complex (Fig. 5) is focused in a vertical plane and is limited by the level of Ppr <- 100 dB / W. However, the structural costs and overall dimensions of the claimed complex is significantly less than that required for the implementation of the prototype. In addition, the tasks assigned to the terminal device can be significantly reduced, which simplifies its functional complexity. So, the functions of displaying and identifying targets can be excluded from the tasks of the terminal device, since the information will be transmitted over considerable distances via the GSM network and implemented in a consumer terminal equipped with a GPRS modem. The inventive complex can be placed at a distance much greater from the BS than the prototype, which will solve the problem of warning about the flight of low-altitude targets in the most dangerous directions at a much greater distance.

Реализуемость заявляемого способа подтверждается экспериментальными данными обнаружения в зенитной плоскости цели с эталонной ЭПР 0.134 м2 комплексом, удаленным от БС СС на расстоянии 1.3 км, оснащенным антенной, имеющей коэффициент усиления в зенитной плоскости 14 дБ, приведенными на фиг. 5. На фиг. 5 приведены данные визуализации обнаружения доплеровским (верхний) и просветным (нижний) каналами обнаружения при двойном прохождении цели через зенитную плоскость приемной антенны с интервалом 8 сек.The feasibility of the proposed method is confirmed by the experimental detection data in the anti-aircraft plane of the target with a reference EPR of 0.134 m 2 complex, remote from the BS SS at a distance of 1.3 km, equipped with an antenna having a gain in the anti-aircraft plane of 14 dB, shown in FIG. 5. In FIG. Figure 5 shows the visualization data of detection by Doppler (upper) and translucent (lower) detection channels when the target double passes through the anti-aircraft plane of the receiving antenna with an interval of 8 seconds.

Научно-техническая литератураScientific and technical literature

1. Патент РФ №2440916, МПК B64D 27/20, B64D 33/02. Самолет интегральной аэродинамической компоновки. - ОАО «ОКБ «СУХОГО».1. RF patent No. 2440916, IPC B64D 27/20, B64D 33/02. Aircraft integrated aerodynamic layout. - OAO OKB SUKHOGO.

2. Патент РФ№154714, МПК G01S 13/06, G01S 7/42. Радиолокационная станция на базе сетей сотовой связи стандарта CSM с каналом обнаружения «на просвет». - ОАО «НПП «КАНТ».2. RF patent No. 154714, IPC G01S 13/06, G01S 7/42. A radar station based on cellular networks of the CSM standard with an open-loop detection channel. - OAO NPP KANT.

3. С.Р. Гейстер. Решение задачи обнаружения маловысотных легкомоторных летательных аппаратов путем использования акустических и сейсмических полей // Наука и военная безопасность, №1, 2008 г., стр. 42-46.3.S.R. Geister. Solution of the problem of detecting low-altitude light-engine aircraft by using acoustic and seismic fields // Science and Military Security, No. 1, 2008, pp. 42-46.

4. Автономный мобильный комплекс «Муром»/ttp://www.v4.stilsoft.ru/ru/4. Autonomous mobile complex "Murom" /ttp://www.v4.stilsoft.ru/ru/

5. Сайт российской военной техники, httpw://w w.rusarmy.com/sitemap.htm5. The site of Russian military equipment, httpw: // w w.rusarmy.com/sitemap.htm

6. Аверьянов В.Я. Разнесенные радиолокационные станции и системы. - Мн.: Наука и техника, 1978.6. Averyanov V.Ya. Diversity radar stations and systems. - Mn .: Science and technology, 1978.

Claims (1)

Комплекс барьерного зенитного обнаружения малозаметных в передний и боковые ракурсы наблюдения летательных аппаратов на базе сетей сотовой связи стандарта GSM, состоящий из целевого, просветного и опорного каналов, последовательно соединенных М-канального матричного коррелятора, оконечного устройства и модема GPRS, причем в целевом канале последовательно соединены супергетеродинный приемник, усилитель промежуточной частоты с логарифмической характеристикой усиления (УПЧЛ) на частоте усиления, в опорном канале последовательно соединены ориентированная на базовую станцию сотовой связи антенна, супергетеродинный приемник, УПЧЛ на частоте усиления, при этом М первых объединенных входов М-канального матричного коррелятора параллельно подключены к выходу УПЧЛ целевого канала, М вторых входов М-канального матричного коррелятора параллельно подключены к выходу УПЧЛ опорного канала, в канале обнаружения целей «на просвет» последовательно соединены слабонаправленная приемная антенна, супергетеродинный приемник, первый смеситель, два входа которого подключены к выходу супергетеродинного приемника, первый фильтр грубой селекции, регулируемый усилитель, вычитающее устройство, фильтр нижних частот, а также последовательно соединены второй смеситель и второй фильтр грубой селекции, причем два входа второго смесителя подключены к выходу супергетеродинного приемника опорного канала, выход второго фильтра грубой селекции подключен ко второму входу вычитающего устройства, а выход фильтра нижних частот подключен к входу оконечного устройства, отличающийся тем, что введена видеокамера, выход которой подключен к входу оконечного устройства, кроме того, выход слабонаправленной приемной антенны обнаружения целей «на просвет» подключен к входу супергетеродинного приемника целевого канала, при этом диаграмма направленности слабонаправленной приемной антенны и поле видимости видеокамеры перекрываются и ориентируются вертикально (в зенит).A complex of barrier anti-aircraft detection of stealth aircraft from the GSM standard cellular network, consisting of a target, an illumination and a reference channel, a series-connected M-channel matrix correlator, a terminal device and a GPRS modem, which are connected in series to the target channel superheterodyne receiver, an intermediate frequency amplifier with a logarithmic gain characteristic (AML) at the amplification frequency, in series in the reference channel an antenna, a superheterodyne receiver oriented to a cellular base station, an amplification amplifier with a frequency of amplification, while the M first combined inputs of the M-channel matrix correlator are connected in parallel to the output of the target channel, the M second inputs of the M-channel matrix correlator are connected in parallel to the output of the reference channel, in the channel for detecting targets “in the light”, a weakly directed receiving antenna, a superheterodyne receiver, a first mixer, two inputs of which are connected to the output from a perheterodyne receiver, a first coarse selection filter, an adjustable amplifier, a subtractor, a low-pass filter, and a second mixer and a second coarse filter are connected in series, the two inputs of the second mixer connected to the output of the reference channel superheterodyne receiver, the output of the second coarse filter the second input of the subtracting device, and the output of the low-pass filter is connected to the input of the terminal device, characterized in that a video camera is inserted, the output of which is connected is connected to the input of the terminal device, in addition, the output of the weakly directional receiving antenna for detecting targets “by the light” is connected to the input of the superheterodyne receiver of the target channel, while the radiation pattern of the weakly directional receiving antenna and the field of view of the camera overlap and are oriented vertically (at zenith).
RU2015155445A 2015-12-24 2015-12-24 Method and system of barrier air defence radar detection of stealth aircraft based on gsm cellular networks RU2615988C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015155445A RU2615988C1 (en) 2015-12-24 2015-12-24 Method and system of barrier air defence radar detection of stealth aircraft based on gsm cellular networks

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015155445A RU2615988C1 (en) 2015-12-24 2015-12-24 Method and system of barrier air defence radar detection of stealth aircraft based on gsm cellular networks

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2615988C1 true RU2615988C1 (en) 2017-04-12

Family

ID=58642520

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015155445A RU2615988C1 (en) 2015-12-24 2015-12-24 Method and system of barrier air defence radar detection of stealth aircraft based on gsm cellular networks

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2615988C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2744497C2 (en) * 2019-07-01 2021-03-10 Андрей Викторович Демидюк Method for protecting objects against penetration of remote controlled small low-altitude aircraft (uav type)
RU2814430C1 (en) * 2023-06-06 2024-02-28 Акционерное общество "Машиностроительное конструкторское бюро "Факел" имени академика П.Д. Грушина Method of target location
US11987355B2 (en) 2021-06-09 2024-05-21 Raytheon Company Method and flexible apparatus permitting advanced radar signal processing, tracking, and classification/identification design and evaluation using single unmanned air surveillance (UAS) device

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5036323A (en) * 1990-09-17 1991-07-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Active radar stealth device
RU2099737C1 (en) * 1994-08-18 1997-12-20 Научно-исследовательский институт измерительных приборов Method of detection of unobtrusive objects and measurement of their coordinates
RU2206104C2 (en) * 2001-05-28 2003-06-10 Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН Method for identification of distant aerial objects
US7012552B2 (en) * 2000-10-20 2006-03-14 Lockheed Martin Corporation Civil aviation passive coherent location system and method
EP1806596A1 (en) * 2005-12-30 2007-07-11 VALEO RAYTHEON SYSTEMS Inc. Method and system for generating a target alert
RU2534217C1 (en) * 2013-08-28 2014-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Смоленский научно-инновационный центр радиоэлектронных систем "Завант" Radar method of detecting low-visibility unmanned aerial vehicles
RU154714U1 (en) * 2015-04-29 2015-09-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Кант" (ОАО "НПП "КАНТ") RADAR STATION ON THE BASIS OF NETWORK COMMUNICATIONS NETWORKS OF THE GSM STANDARD WITH THE "LIGHT" DETECTION CHANNEL

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5036323A (en) * 1990-09-17 1991-07-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Active radar stealth device
RU2099737C1 (en) * 1994-08-18 1997-12-20 Научно-исследовательский институт измерительных приборов Method of detection of unobtrusive objects and measurement of their coordinates
US7012552B2 (en) * 2000-10-20 2006-03-14 Lockheed Martin Corporation Civil aviation passive coherent location system and method
RU2206104C2 (en) * 2001-05-28 2003-06-10 Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН Method for identification of distant aerial objects
EP1806596A1 (en) * 2005-12-30 2007-07-11 VALEO RAYTHEON SYSTEMS Inc. Method and system for generating a target alert
RU2534217C1 (en) * 2013-08-28 2014-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Смоленский научно-инновационный центр радиоэлектронных систем "Завант" Radar method of detecting low-visibility unmanned aerial vehicles
RU154714U1 (en) * 2015-04-29 2015-09-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Кант" (ОАО "НПП "КАНТ") RADAR STATION ON THE BASIS OF NETWORK COMMUNICATIONS NETWORKS OF THE GSM STANDARD WITH THE "LIGHT" DETECTION CHANNEL

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2744497C2 (en) * 2019-07-01 2021-03-10 Андрей Викторович Демидюк Method for protecting objects against penetration of remote controlled small low-altitude aircraft (uav type)
US11987355B2 (en) 2021-06-09 2024-05-21 Raytheon Company Method and flexible apparatus permitting advanced radar signal processing, tracking, and classification/identification design and evaluation using single unmanned air surveillance (UAS) device
RU2814430C1 (en) * 2023-06-06 2024-02-28 Акционерное общество "Машиностроительное конструкторское бюро "Факел" имени академика П.Д. Грушина Method of target location

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20170045613A1 (en) 360-degree electronic scan radar for collision avoidance in unmanned aerial vehicles
Skolnik Introduction to radar
Caris et al. Detection of small UAS with W-band radar
CN101256235B (en) Subsurface imaging radar
Rahman Fundamental principles of radar
GB2536043A (en) A counter-UAV system
Musa et al. A review of copter drone detection using radar systems
US11675353B2 (en) System and method for disrupting radio frequency communications of aircraft
Malanowski et al. Long range FM-based passive radar
Caris et al. Millimeter wave radar for perimeter surveillance and detection of MAVs (Micro Aerial Vehicles)
RU2324951C2 (en) Ground/space radar system
WO2019073230A1 (en) Aerial object monitoring system
Caris et al. Detection and tracking of micro aerial vehicles with millimeter wave radar
RU2344439C1 (en) Helicopter radar complex
RU2615988C1 (en) Method and system of barrier air defence radar detection of stealth aircraft based on gsm cellular networks
RU2769037C2 (en) Multifunctional complex of means of detection, tracking and radio countermeasures to the application of small-class unmanned aerial vehicles
Noetel et al. Detection of MAVs (micro aerial vehicles) based on millimeter wave radar
RU2578168C1 (en) Global terrestrial-space detection system for air and space objects
Nuzhdin et al. Radar of complex UAV detection and neutralization
Wang et al. Integrating ground surveillance with aerial surveillance for enhanced amateur drone detection
RU2444753C1 (en) Radio monitoring method of air objects
Bouzayene et al. Scan radar using an uniform rectangular array for drone detection with low rcs
CN209913833U (en) Low-altitude aircraft defense system
WO2015102695A2 (en) Virtual tracer methods and systems
RU2608338C1 (en) Signals processing device in ground and space forward-scattering radar system