Способ снижения заметности подвижного объекта для оптико-электронных систем наблюдения из космоса

Способ снижения заметности подвижного объекта для оптико-электронных систем наблюдения из космоса

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемый способ относится к области маскировки наземных подвижных объектов от космических систем оптико-электронного наблюдения.

Известны способы маскировки наземных подвижных объектов от различных систем наблюдения (патенты РФ №2.004.123.944, 2.005.129.373, 2.006.117.216, 2.006.124.136, 2.170.406 (10.07.2001), 2.178.136 (10.07.2001), 2.214.578 (20.10.2003), 2.248.002, 2.278.347, 2.284.002, 2.312.297 (12.10.2007), 2.313.056; патенты США №4.528.229 (09.07.1985), 4.640.851 (03.02.1987), 4.560.595 (24.12.1985), 5.077.101 (31.12.1989); WO 89/06338 (13.07.1989); Мухин В.И. Основы маскировки объектов. - М.: МО РФ, 1989. - С.24-38, и другие).

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является «Способ скрытия мобильного объекта от радиолокационного наблюдения из космоса» (патент РФ 2.312.297, МПК⁸ F41Н 3/00, 2006), который и выбран в качестве базового объекта.

Указанный способ основан на перемещении наземного мобильного объекта по маршруту движения с использованием зон скрытия. На основе априорно известных географического расположения маршрута движения объекта и параметров орбиты космического радиолокатора рассчитывают ориентацию и размеры зон скрытия для объектов участков местности, расположенных по маршруту движения. Перемещают мобильный объект по маршруту движения с учетом его скорости и расстояния между зонами скрытия в интервалах между моментами пролета космического радиолокатора и останавливают мобильный объект в моменты пролетов в зонах скрытия.

Однако возможности данного способа используются не в полной мере. Он не учитывает временные ограничения на передвижение мобильного объекта, а также ряд демаскирующих признаков, например цветовой контраст с окружающим фоном. Кроме того, он не может быть использован для снижения вероятности обнаружения наземного подвижного объекта путем выбора маршрута движения с рациональным вариантом использования маскирующих свойств местности.

Технической задачей изобретения является снижение вероятности обнаружения наземного подвижного объекта на кадровом снимке космической оптико-электронной системы наблюдения.

Поставленная задача решается тем, что способ скрытия мобильного объекта от радиолокационного наблюдения из космоса, заключающийся в соответствии с ближайшим аналогом в перемещении наземного мобильного объекта по маршруту движения с использованием зон скрытия, согласно которому на основе априорно известных географического расположения маршрута движения объекта и параметров орбиты космического радиолокатора рассчитывают моменты времени пролета радиолокатором точек минимальной дальности до него от объекта и соответствующие им углы места и азимута, на основе априорно известных параметров ориентации диаграммы направленности антенны космического радиолокатора определяют углы места и азимута направления радиолокационного наблюдения из множества углов места и азимута направлений на точки минимальной дальности до радиолокатора, на основе априорно известных местоположения и высоты искусственных и естественных объектов участков местности, расположенных по маршруту движения, угла места и угла азимута направления радиолокационного наблюдения для каждого момента пролета космического радиолокатора рассчитывают ориентацию и размеры зон скрытия - зон радиолокационных наложений и радиолокационных теней, осуществляют выбор зон скрытия, обеспечивающих снижение уровня обнаружения, с учетом габаритных размеров мобильного объекта осуществляют перемещение мобильного объекта по маршруту движения с учетом его скорости и расстояния между зонами скрытия в интервалах между моментами пролета космического радиолокатора и остановку мобильного объекта в моменты его пролета в зонах скрытия, отличается от ближайшего аналога тем, что на дорожной сети полевого района с учетом временных ограничений, накладываемых на передвижение, формируется множество маршрутов движения подвижного объекта, на основе параметров орбиты космического аппарата оптико-электронного наблюдения определяются временные интервалы пролета над территорией полевого района, формируется множество параметров взаимного пространственного положения космического аппарата оптико-электронного наблюдения и подвижного объекта для всех маршрутов, для каждого интервала пролета космического аппарата оптико-электронного наблюдения, формируются множества количественных оценок излучательно-отражательных характеристик подстилающей поверхности, проявляющихся в видимом оптическом диапазоне длин волн электромагнитного излучения, и характеристик зон оптической невидимости, образуемых объектами местности - естественными масками, определяется маршрут с наибольшими возможностями по использованию маскирующих свойств местности, подвижный объект перемещается по маршруту с допустимыми отклонениями по времени прохождения контрольных точек, необходимыми для использования маскирующих свойств местности.

Структурные элементы дорожной сети полевого района представлены на фиг.1. Графическое представление дальности по поверхности Земли и азимутальных углов показаны на фиг.2. Графическое представление наклонной дальности D_З, углов визирования ψ и углов места β приведено на фиг.3. Взаимное положение подвижного объекта, космического аппарата оптико-электронного наблюдения и естественной маски изображено на фиг.4. Графики результатов моделирования представлены на фиг.5 и фиг.6 соответственно.

Реализация изобретения осуществляется следующим образом.

Определяется дорожная сеть полевого района, которая представляет собой систему взаимосвязанных автомобильных дорог и представляется в виде графа (фиг.1)

V={v_n,n=1(1)N}, W={w_m,m=1(1)M},

где V - множество узлов графа;

W - множество ребер (дуг).

Пространственное расположение объектов графа дорожной сети G(V,W) задается метрикой М (множеством плановых прямоугольных координат). Для вершин задается точечная метрика M(v_n)=<X,Y,H>_n. Ребра графа G(V,W) аппроксимируются ломаной, при этом линейная метрика ребра графа содержит в себе множество линейных метрик отрезков ломаной (отрезков дорожной сети) M(w_m)={<X,Y,H>_l ^m, l=1(1)L^m}.

С точки зрения моделирования процесса обнаружения подвижного объекта космическим аппаратом оптико-электронного наблюдения каждое ребро графа G{V,W) представляется в виде множества участков дорожной сети этого ребра:

где w_m - m-ое ребро графа;

U^m - множество участков дорог w-го ребра.

Под участком дорожной сети понимается линейный объект, состоящий из множества расположенных последовательно друг за другом отрезков дорожной сети, для которых значения их дирекционных углов сводятся к среднему значению (дирекционному углу участка дорожной сети):

где γ_k - дирекционный угол k-го отрезка дорожной сети;

γ^УДС - дирекционный угол участка дорожной сети;

K - общее количество отрезков дорожной сети, входящих в участок дорожной сети.

На графе дорожной сети G(V,W) строятся возможные маршруты подвижного объекта

где Ω⁰ - множество маршрутов подвижного объекта;

ω_i - вариант i-го маршрута;

Т^тр - временные ограничения на передвижение;

T(ω_i) - время прохождения i-го маршрута.

Для каждого маршрута формируется множество контрольных точек, совпадающих с геометрическим центром участка дорожной сети. Рассчитывается время их прохождения подвижным объектом при средней скорости движения.

Для расчета пространственно-временных параметров взаимного положения космического аппарата оптико-электронного наблюдения и подвижного объекта в единой системе отсчета выполняются следующие процедуры. Расчет производится на момент времени t_i при условии, что заданы параметры кеплеровской орбиты космического аппарата оптико-электронного наблюдения и временной интервал пролета (t_o, t_K) над полевым районом.

Входные параметры по космическому аппарату оптико-электронного наблюдения:

а - большая полуось орбиты, км;

е - эксцентриситет орбиты (0<е<1, для круговых орбит е=0);

Ω - прямое восхождение восходящего узла орбиты (0<Ω≤2π);

I - наклонение орбиты (0≤i≤π);

ω - аргумент широты перигея (0<ω≤2π);

τ - время прохождения перигея (московское декретное время в секундах в заданной дате);

(t_о, t _К) - временной интервал пролета.

Входные параметры по подвижному объекту:

φ_N - широта, град;

λ_N - долгота, град;

Δh_N - высота расположения относительно уровня моря, км.

Выходные параметры:

ψ_м - угол визирования, град;

α_M,N - взаимный азимутальный угол, град;

D_H - наклонная дальность, км.

Высоты мест проекций космического аппарата оптико-электронного наблюдения и подвижного объекта (Δh_M, Δh_N) на земной поверхности относительно уровня моря определяются на основе цифровой модели местности для заданных географических координат подспутниковой точки космического аппарата оптико-электронного наблюдения и координат подвижного объекта.

Средний радиус Земли принимается равным R_З=6371 км.

Восточная долгота и северная широта принимаются со знаком «+» (плюс), а западная долгота и южная широта - со знаком «-» (минус).

Значение шага по времени (t_i+1-t_i) расчета параметров пространственного положения космического аппарата наблюдения зависит от параметров орбиты и в данном случае принимается ее среднее значение, равное 20 с.

Из уравнения Кеплера методом половинного деления шага определяется эксцентрическая аномаль E₀ на момент t₀

где - период обращения космического аппарата оптико-электронного наблюдения;

к=398602,5 км³/с² - гравитационная постоянная Земли.

Вычисляется аргумент широты космического аппарата оптико-электронного наблюдения

Вычисляется высота расположения космического аппарата оптико-электронного наблюдения

Широта и долгота подспутниковой точки вычисляются по следующим формулам:

Дальность прямой видимости D₀ рассчитывается по формуле:

Наклонная дальность D_H определяется по формуле:

где D_З - дальность по поверхности Земли между космическим аппаратом оптико-электронного наблюдения и подвижным объектом, задаваемая в качестве исходной величины либо при известных координатах, определяемая по формуле

θ - геоцентрический угол между точками проекции космического аппарата оптико-электронного наблюдения и подвижного объекта на поверхность Земли, определяемый по формуле

Угол места из точки расположения подвижного объекта

Угол места подвижного объекта (из точки расположения космического аппарата оптико-электронного наблюдения)

Углы визирования из точки расположения космического аппарата оптико-электронного наблюдения рассчитываются по формулам:

Взаимные азимутальные углы, град, рассчитываются по формуле:

где

На основе параметров пространственного положения космического аппарата оптико-электронного наблюдения и подвижного объекта рассчитываются зоны оптической невидимости, образуемые естественными масками.

Площадь поверхности подвижного объекта (S_N), которую не удалось расположить в зоне оптической невидимости, вычисляется по формуле

где (l, d, h) - длина, ширина, высота подвижного объекта соответственно;

(l_ом, h_OM) - длина, высота объекта местности соответственно.

При отсутствии возможностей по использованию объектов местности в качестве естественных масок (S_N≥l×d) вычисляют контраст подвижного объекта с дорожным покрытием и обочиной дороги

где r_O - коэффициент яркости объекта;

r_Ф - коэффициент яркости фона (подстилающей поверхности).

Вероятность обнаружения подвижного объекта функционально зависит от площади поверхности подвижного объекта и от его контраста с фоном.

Формируется множество маршрутов подвижного объекта, удовлетворяющих требованиям по скрытности передвижения

где Ω^C - множество маршрутов подвижного объекта;

ω_i - вариант i-го маршрута;

Р^TP - требуемая вероятность обнаружения подвижного объекта;

Р(ω_i) - вероятность обнаружения подвижного объекта на i-ом маршруте.

Для выбранных маршрутов корректируются графики их прохождения для максимального использования маскирующих свойств местности

где t_i - время прохождения i-ой контрольной точки маршрута ω_i;

- резерв времени по прохождению маршрута;

Δt_j - резерв времени по прохождению j-ой контрольной точки;

N - количество контрольных точек маршрута.

Выбирается маршрут с наибольшим количеством оценок вероятности обнаружения подвижного объекта меньше заданной величины.

Применение данного способа позволяет снизить заметность наземных подвижных объектов в ходе их целевого применения с помощью приемов организационной маскировки, таких как скрытие подвижного объекта с использованием естественных масок и цветового контраста с покрытием обочины дороги, требует замедления движения объекта или его полную остановку. Кроме того, представленный способ решает задачу обоснования выбора маршрута и графика его прохождения подвижным объектом.

Результаты математического моделирования показали, что предлагаемый способ обеспечивает снижение заметности подвижного объекта для оптико-электронного наблюдения из космоса в 1,3-1,6 раза.

Способ позволяет определять зависимость показателя скрытности (Р_ОБН) маневра от протяженности маршрута (D) при различных временных резервах (фиг.5) и при различных вариантах использования маскирующих свойств местности (фиг.6).

Преимущество способа заключается в исключении использования инженерно-технических мероприятий оптической маскировки, требующих существенных временных и ресурсных затрат.

Способ снижения заметности наземного подвижного объекта для систем наблюдения из космоса, включающий перемещение наземного подвижного объекта по маршруту движения с использованием маскирующих свойств местности, отличающийся тем, что при использовании систем оптико-электронного наблюдения, на основе априорно известных географического расположения дорожной сети и параметров орбиты космического аппарата оптико-электронного наблюдения и с учетом временных ограничений, накладываемых на передвижение подвижного объекта, формируют множество маршрутов его движения, разбивают дорожную сеть на участки, определяют время прохождения подвижным объектом контрольных точек, совпадающих с геометрическими центрами участков дорожной сети для каждого маршрута, на основе параметров орбиты космического аппарата с оптико-электронной системой наблюдения определяют временные интервалы пролета над территорией и для каждого интервала пролета формируют множество количественных оценок излучательно-отражательных характеристик подстилающей поверхности и характеристик зон оптической невидимости, образуемых естественными масками объектов местности, определяют маршрут с наибольшими возможностями по использованию маскирующих свойств местности, при этом подвижный объект с возможными замедлениями, ускорениями движения или остановками перемещают по маршруту с допустимыми отклонениями по времени прохождения контрольных точек для рационального использования маскирующих свойств местности.