ПРИЕМНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ МАЛОВЫСОТНОЙ РЛС ОБНАРУЖЕНИЯ МАЛОСКОРОСТНЫХ ЦЕЛЕЙ НА ФОНЕ ИНТЕНСИВНЫХ ПОМЕХОВЫХ ОТРАЖЕНИЙ ОТ ЗЕМЛИ Российский патент 1995 года по МПК G01S13/02 

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для защиты наземных маловысотных РЛС от интенсивных обратных помеховых отражений зондирующих сигналов от земной поверхности при обнаружении маловысотных малоскоростных воздушных целей в области этих отражений.

Известны способ и устройство подавления пассивных помех в доплеровском радиолокаторе. Это устройство предназначено для обнаружения целей на фоне пассивных помех, например обратных помеховых отражений от земной поверхности. Устройство содержит приемник, принимающий эхо-сигналы цели и пассивные помехи, доплеровский процессор, отфильтровывающий составляющие принимаемого сигнала, имеющие доплеровское смещение частоты, устройство амплитудного сравнения принятых и отфильтрованных сигналов и стробирующее устройство, управляемое специальными сигналами, вырабатываемыми устройством амплитудного сравнения. В устройстве амплитудного сравнения сравнивают сигнал, отфильтрованный доплеровским процессором, с принятым приемником сигналом. В результате этого сравнения вырабатывается управляющий сигнал того или иного уровня, открывающий или запирающий стробирующее устройство. Последнее пропускает на выход сигнал, отфильтрованный доплеровским процессором, лишь в том случае, когда отношение прошедшего через фильтр сигнала к принятому сигналу превысит заданный уровень. При отсутствии эхо-сигнала цели достаточного уровня помеха не пройдет на выход стробирующего устройства.

Недостатком этого устройства является то, что он не может обнаруживать малоскоростные цели на фоне интенсивных пассивных помех. Эхо-сигналы малоскоростных целей (как и обратные помеховые отражения от земли) почти не содержат доплеровского смещения частоты. Поэтому сигнал на выходе доплеровского процессора будет близок к нулю, стробирующее устройство будет всегда закрыто и малоскоростная цель не будет обнаружена.

Известна амплитудно-разностная РЛС, которую можно использовать, например, для обнаружения целей, измерения дальности и угла места цели и сопровождения цели по углу места. В этом случае зеркальная приемная антенна содержит два одинаковых разнесенных по высоте облучателя, первый из которых расположен выше фокуса параболического зеркала,а второй ниже фокуса. Зеркальная антенна формирует две одинаковые смещенные по углу места диаграммы направленности, первая из которых смещена по углу места вниз от оси зеркала, а вторая вверх. Равносигнальное направление совпадает с осью зеркала антенны.

Принимаемые эхо-сигналы с выходов первого и второго облучателей антенны подаются соответственно в первый и второй каналы приема. В этих двух приемных каналах сигналы усиливаются, преобразуются, детектируются амплитудными детекторами и подаются на устройство вычитания. Напряжение на выходе устройства вычитания содержит информацию об угле места цели и пропорционально этому углу. Это напряжение может быть также использовано в системе управления антенной при автосопровождении цели по углу места. Импульсный эхо-сигнал цели, принимаемый по одному из двух приемных каналов до устройства вычитания, можно использовать также для обнаружения цели измерения дальности цели.

Недостатком прототипа является то, что он не может обнаруживать маловысотные цели и измерять их координаты на фоне интенсивных обратных помеховых отражений зондирующих сигналов от земной поверхности и не имеет средств защиты от таких пассивных помех.

Целью изобретения является защита от интенсивных обратных помеховых отражений землей зондирующих сигналов РЛС в обеспечение обнаружения маловысотных малоскоростных целей в области этих отражений.

Это достигается благодаря тому, что в устройстве, содержащем двухлучевую приемную зеркальную антенну с двумя облучателями, один из которых выше фокуса параболического зеркала, а другой ниже, два приемных канала, входы которых связаны с соответствующими облучателями антенны, амплитудный детектор и устройство вычитания, вычитающее выходные напряжения приемных каналов, верхний луч двухлучевой приемной антенны направлен горизонтально, а нижний луч смещен вниз по углу места на четверть угломестной ширины его диаграммы направленности по нулям, на выходах каждого приемника по промежуточной частоте перед устройством вычитания установлены амплитудные ограничители с одинаковым порогом ограничения, а общий единственный амплитудный детектор установлен на выходе устройства вычитания.

При этом приемную антенну РЛС по углу места не вращают и цель по углу места не сопровождают, так как задача предложенной импульсной РЛС состоит только в обнаружении маловысотных целей в области обратных помеховых отражений от земли и измерении дальности и азимута таких целей. Ось зеркала приемной антенны наклонена вниз от горизонтали на 1/8 угломестной ширины диаграммы направленности нижнего угла по нулям. Кроме того, из состава устройства-прототипа исключены один из двух амплитудных детекторов и схема управления антенной по углу места.

На фиг. 1 представлена упрощенная структурная схема приемной части предложенного устройства, а также условно показаны двухлучевая приемная зеркальная антенна с двумя облучателями, диаграммы направленности верхнего и нижнего лучей антенны, цель и пути радиоволн, проходящих к антенне от цели с дальности и от разрешаемого момента на земной поверхности с той же дальности.

Предложенное устройство состоит из двухлучевой приемной зеркальной антенны с параболическим зеркалом антенны 1, облучателей 2 и 3, приемников 4 и 5 верхнего и нижнего лучей, амплитудных ограничителей 6 и 7, блока вычитания 8, амплитудного детектора 9.

Обратное помеховое отражение зондирующего сигнала РЛС от элемента разpешения на земной поверхности приходит к приемной антенне только прямой волной, поэтому фазы напряжений помехи на выходе одинаковых приемников верхнего и нижнего лучей будут одинаковы, а амплитуды этих напряжений помехи могут отличаться друг от друга.

Эхо-сигнал маловысотной воздушной цели приходит к антенне РЛС как прямой, так и отраженной от земли радиоволнами. Разнос диаграмм направленности лучей антенны РЛС по углу места приводит к тому, что напряжение эхо-сигнала на выходах приемников 4, 5 верхнего и нижнего лучей будут отличаться друг от друга как по фазе, так и по амплитуде. Кроме того, интенсивность обратных помеховых отражений от земли обычно значительно превышает уровень полезного эхо-сигнала.

Амплитудные ограничители 6, 7 с одинаковым порогом ограничения выравнивают интенсивные помеховые отражения от земли по амплитуде. В результате вычитания помех в блоке вычитания 8 помеха на выходе этого устройства будет почти полностью подавлена, так как фазы и амплитуды помех после ограничения одинаковы.

Слабый эхо-сигнал маловысотной цели не будет полностью подавлен на выходе блока вычитания 8, так как эхо-сигналы в приемных каналах верхнего и нижнего лучей отличаются друг от друга по фазе и амплитуде. На выходе блока вычитания 8 возможно как увеличение, так и частичное ослабление полезного эхо-сигнала цели в зависимости от сдвига фаз эхо-сигналов цели в приемных каналах.

Расчеты показали, что практически во всех случаях ослабление полезного эхо-сигнала на выходе блока вычитания 8 не превышает 50 дБ. При почти полностью подавленной пассивной помехе и высокой чувствительности приемников это позволяет обнаруживать маловысотные малоскоростные цели в области помеховых отражений от земли на фоне собственных шумов приемников.

Разнос по углу места диаграммы направленности лучей двухлучевой приемной антенны принципиально необходим для работы предложенного устройства, так как при отсутствии разноса эхо-сигналы цели в приемных каналах будут одинаковы по фазе и амплитуде и устройство будет полностью подавлять как помеху, так и эхо-сигнал цели.

Расчеты показали, что наибольшая возможная дальность обнаружения маловысотных целей будет обеспечена, когда верхний луч направлен горизонтально, а нижний луч смещен по углу места вниз на четверть угломестной ширины его диаграммы направленности по нулям. При этом в секторе очень малых углов места будет расположен участок диаграммы направленности нижнего луча с наибольшей крутизной, что приводит к увеличению результирующего эхо-сигнала цели на выходе устройства.

У прототипа амплитудные детекторы приемных каналов включены перед блоком вычитания. В предложенном устройстве это недопустимо, так как в этом случае при наличии интенсивной пассивной помехи напряжение на выходе устройства вычитания было бы близко к нулю и обнаружение цели стало бы практически невозможно. Следовательно, в предложенном устройстве следует использовать только один амплитудный детектор и включить его на выходе блока вычитания 8.

Амплитудные ограничители 6, 7 должны иметь обязательно одинаковый порог ограничения, так как в противном случае амплитуды интенсивных пассивных помех в приемных каналах не будут выровнены и помеха не будет подавлена на выходе устройства.

Для сравнительной оценки выигрыша предложенного устройства по сравнению с прототипом были рассчитаны отношения Рс/Рп мощности сигнала к мощности пассивной помехи на выходе предложенной РЛС и на выходе верхнего приемного канала прототипа при прочих равных условиях в зависимости от горизонтальной дальности R маловысотной малоскоростной цели, летящей на высоте h_ц 100 м над морем и имеющей эффективную отражающую поверхность σ_ц= 0,1 м². Расчеты проведены с учетом нормальной рефракции радиоволн в атмосфере.

Результаты расчетов представлены на фиг.2, где сплошными кривыми 1, 2 показаны зависимости отношения Р_с/Р_п сигнал/помеха от горизонтальной дальности цели Р для предложенного устройства, а штриховой кривой 3 для верхнего канала прототипа.

Эти расчеты проведены для частной реализации предложенного устройства со следующими параметрами:
длина волны λ= 0,35 м;
высота подъема антенны h 30 м;
вертикальный размер параболического зеркала антенны L 3 м;
угол наклона оси зеркала антенны вниз θ_o= 2,5^о;
угломестная ширина одного луча диаграммы направленности, антенны по нулям 8θ_o= 20^о;
смещение нижнего луча по углу вниз 2θ_o= 5^о;
горизонтальный размер зеркала антенны 6 м;
азимутальная ширина диаграммы направленности антенны по половинной мощности 2 Δα_0,5p 4^o;
коэффициент усиления антенны θ_m=800;
длительность радиоимпульса τ= 10 мкс;
импульсная мощность передатчика Р 1000 кВт;
чувствительность приемника 0,5 мкВ;
угломестный рабочий сектор РЛС θ=0-8^о;
поляризация радиоволн горизонтальная.

При этом для передачи зондирующих сигналов был использован нижний облучатель 2 двухлучевой зеркальной антенны, формирующий верхний луч. Порог ограничения амплитудных ограничителей 6, 7 был принят равным максимальному уровню эхо-сигнала на выходе приемника 4 верхнего луча при дальности цели R 5 км (кривая 1 на фиг. 2) и на 20 дБ ниже этого уровня (кривая 2). Выигрыш предложенного устройства существенно зависит от порога ограничения, который должен быть меньше уровня пассивной помехи и по возможности близок к уровню эхо-сигнала цели. При этом полагалось, чтобы коэффициент обратного радиолокационного рассеяния радиоволн от взволнованной поверхности моря был равен σ_o= -40 дБ.

Как видно из графиков на фиг.2, предложенное устройство обеспечивает выигрыш отношения Р_с/Р_п сигнал/помеха от 10 до 50 дБ по сравнению с прототипом.

Элементы структурой схемы предложенного устройства выполнены следующим образом. Двухлучевая зеркальная антенна имеет два одинаковых (например, рупорных) облучателя, один из которых смещен вниз из фокуса параболического зеркала, а другой на такое же расстояние вниз. Величина смещения облучателей из фокуса выбрана так, чтобы нижний луч был смещен по углу места относительно верхнего луча на четверть угломестной ширины диаграммы направленности луча по нулям. Ось зеркала смещена вниз по углу места на 1/8 угломестной ширины этой диаграммы направленности. При этом верхний луч антенны будет направлен горизонтально.

Приемники 4, 5, амплитудные ограничители 6, 7, устройство вычитания 8 и амплитудный детектор 9 выполнены по обычным известным схемам. Приемники 4, 5 одинаковы. Высокая идентичность коэффициентов усиления этих приемников не требуется, но требуется высокая идентичность порогов ограничения амплитудных ограничителей 6, 7.

Динамика работы предложенного устройства осуществляется следующим образом. Передатчик с передающей антенной излучает импульсный зондирующий сигнал в секторе малых углов места. Приемная антенна РЛС принимает эхо-сигналы маловысотной цели и обратные помеховые отражения от земной поверхности. Принятый сигнал усиливается в двух приемных каналах и преобразуется на промежуточную высоту. При этом помехи в двух приемных каналах будут синфазны, а эхо-сигналы маловысотной цели будут сдвинуты по фазе. Амплитудные ограничители 6, 7 выравнивают амплитуды интенсивных помех. После этого принятые сигналы и помехи вычитаются блоком вычитания 8. На выходе блока вычитания 8 пассивная помеха будет почти полностью подавлена, а полезный эхо-сигнал маловысотной цели не будет подавлен. Эхо-сигнал с выхода блока вычитания 8 детектируется амплитудным детектором 9 и используется далее в тракте обнаружения цели и измерения дальности цели.

Для эффективной работы предложенного устройства подавления пассивных помех не требуется обязательного наличия доплеровского смещения частоты эхо-сигналов цели, т. е. предложенное устройство может обнаруживать малоскоростные цели в области обратных помеховых отражений от земной поверхности.

Использование: для защиты наземных маловысотных РЛС от интенсивных обратных помеховых отражений зондирующих сигналов от земной поверхности. Сущность изобретения: приемная система для маловысотных РЛС обнаружения маловысотных целей на фоне интенсивных помеховых отражений от земли содержит двухлучевую приемную зеркальную антенну 1, облучатели 2, 3, приемники 4, 5 верхнего и нижнего лучей диаграммы направленности двухлучевой приемной зеркальной антенны с двумя облучателями, амплитудные ограничители 6, 7, блок вычитания 8, амплитудный детектор 9, что позволяет подавить пассивную помеху. 1 3 5 7 8 9, 1 2 4 6 8. 2 ил.

ПРИЕМНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ МАЛОВЫСОТНОЙ РЛС ОБНАРУЖЕНИЯ МАЛОСКОРОСТНЫХ ЦЕЛЕЙ НА ФОНЕ ИНТЕНСИВНЫХ ПОМЕХОВЫХ ОТРАЖЕНИЙ ОТ ЗЕМЛИ, содержащая двулучевую приемную зеркальную антенну с двумя облучателями, один из которых расположен выше фокуса параболического зеркала, а другой ниже, приемник нижнего луча диаграммы направленности двулучевой приемной зеркальной антенны с двумя облучателями и приемник верхнего луча диаграммы направленности двулучевой приемной зеркальной антенны с двумя облучателями, входы которых связаны с соответствующими облучателями антенны, амплитудный детектор и блок вычитания, отличающаяся тем, что верхний луч диаграммы направленности двулучевой приемной зеркальной антенны с двумя облучателями направлен горизонтально, а нижний луч смещен вниз по углу места на четверть угломестной ширины его диаграммы направленности по нулям, в систему введены два амплитудных ограничителя с одинаковым порогом ограничения, при этом вход первого амплитудного ограничителя соединен с выходом приемника нижнего луча, вход второго амплитудного ограничителя с выходом приемника верхнего луча, выходы обоих амплитудных ограничителей соединены с соответствующими входами блока вычитания, выход блока вычитания соединен с входом амплитудного детектора, выход которого является выходом системы.