РАДИОЛОКАТОР Российский патент 1997 года по МПК G01S5/00 

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано для исследования состояния воздушного слоя земли и в системах поиска и обнаружения целей.

Известен радиолокатор, описанный в книге "Основы радиолокации" Финкельштейн М. Сов.Радио, 1983, с. 21, рис. 1.5. Он работает в импульсном режиме и режиме кругового обзора и состоит из передатчика, синхронизатора, антенного переключателя, антенны, датчика азимута, индикатора, устройства вращения антенны и приемника. В зависимости от частоты следования электромагнитных волн они могут отражаться от ионосферы или проходить сквозь нее. Однако, с помощью данного радиолокатора невозможно определить состояние воздушного слоя земли.

Известен радиолокатор, описанный в книге "Радиотехнические системы" под редакцией Ю.М.Казаринова, М. Высшая школа, 1990, с. 194-197.

Принцип его работы заключается в следующем.

Передатчик по командам с синхронизатора формирует импульсный электромагнитный сигнал, который может иметь в зависимости от характера использования и частоту, необходимую для отражения от верхних слоев воздуха (ионосферы), для обеспечения локации объектов, находящихся за пределами горизонта. Влияние условий распространения электромагнитной энергии на точность определения дальности показано в этой же книге на с. 223-229. Сигнал с передатчика, пройдя через антенный переключатель, попадает в антенну, которая излучает этот сигнал. Вращение антенны осуществляется устройством вращения антенны. Отразившись от объекта, сигнал вновь попадает в антенну и, пройдя через антенный переключатель, осуществляющий разделение передающего от приемного сигнала, поступает в приемник, где выделяется на фоне других сигналов, усиливается и далее в виде электрического сигнала поступает в преобразователь дальности. Преобразователь дальности осуществляет определение временного рассогласования между моментом излучения импульса, т. е. сигналом, поступающим с синхронизатора, и моментом приема отраженного сигнала, то есть сигнала, поступающим с приемника.

Временное рассогласование с преобразователя дальности в виде кода дальности поступает в индикатор для отображения дальности. В индикатор поступает также код азимута с датчика азимута для отображения азимутальных положений объектов. Код угломестного положения антенны может поступать с датчика угла места в блок вторичной обработки, в который также поступают коды дальности с преобразователя дальности и коды азимута с датчика азимута. Блок вторичной обработки осуществляет построение траекторий движения целей, если они подвижные, и фиксирует неподвижные цели. Принципы работы датчиков азимута и угла места показаны в этой же книге на с. 413-415.

Однако с помощью данного радиолокатора также невозможно определить состояние воздушного слоя земли. С помощью предлагаемого устройства создается возможность определить состояние воздушного слоя земли. Достигается это введением двух вычитателей, двух схем совпадения, двух блоков сравнения; панели выдачи кода дальности, панели выдачи кода азимута, панели выдачи кода угла места, схемы "ИЛИ", дешифратора, индикатора состояния воздушного слоя, при этом выход преобразователя дальности соединен с первыми входами первой и второй схемы совпадения, вторые входы которых соответственно соединены с выходами первого и второго блоков сравнения, имеющих вторые входы, соответственно соединенные с выходом панели выдачи кода азимута и с выходом панели выдачи кода угла места, и имеющих выходы соответственно соединенные с первыми входами первого и второго вычитателей, вторые входы которых соединены с выходом панели выдачи кода дальности, а выходы соответственно соединены с первым и вторым входами схемы "ИЛИ", имеющей выход, соединенный через дешифратор с индикатором состояния воздушного слоя. Кроме того первые входы вышеупомянутых блоков сравнения соответственно соединены с выходом датчика азимута и с выходом датчика угла места.

На чертеже показана функциональная схема радиолокатора. На фиг. 1 и в тексте приняты следующие обозначения: 1 передатчик; 2 антенный переключатель; 3 антенна; 4 устройство вращения антенны; 5 - синхронизатор; 6 приемник; 7 датчик азимута; 8 датчик угла места; 9 - преобразователь дальности; 10 индикатор; 11 блок вторичной обработки; 12 - вычитатель; 13 схема совпадения; 14, 15 блоки сравнения; 16 панель выдачи кода дальности; 17 панель выдачи кода азимута; 18 схема совпадения; 19 панель выдачи кода угла места; 20 схема "ИЛИ"; 21 дешифратор; 22 - индикатор состояния воздушного слоя; 23 вычитатель, при этом выход преобразователя дальности 9 соединен с первыми входами схем совпадения 13 и 18, вторые входы которых соответственно соединены с выходами блоков сравнения 14 и 15, имеющих вторые входы, соответственно соединенные с выходом панели выдачи кода азимута 17 и с выходом панели выдачи кода угла места 19 и имеющих выходы соответственно соединенные с первыми входами вычитателей 12 и 23, вторые входы которых соединены с выходом панели выдачи кода дальности 16, а выходы соответственно соединены с первым и вторым входами схемы "ИЛИ" 20, имеющей выход, соединенный через дешифратор 21 с индикатором состояния воздушного слоя 22, кроме того, первый вход вышеупомянутого блока сравнения 14 соединен с выходом датчика азимута 7, соединенным также со вторым входом индикатора 10 и вторым входом блока вторичной обработки 11 и первый вход блока сравнения 15 соединен с выходом датчика угла места 8, соединенным так с первым входом блока вторичной обработки 11, третий вход которого соединен с вышеупомянутым выходом преобразователя дальности 9, имеющего первый и второй входы соединенные через приемник 6 со вторым выходом антенного переключателя 2 и с выходом синхронизатора 5, соединенным также через передатчик 1 с первым входом антенного переключателя, имеющий первый выход и второй вход соответственно соединенные с входом и выходом антенны 3, жестко связанной с датчиком азимута 7, датчиком угла места 8 и устройством вращения антенны 4.

Принцип работы устройства осуществляется следующим образом.

Передатчик 1 по командам с синхронизатора 5 формирует импульсный электромагнитный сигнал, который может иметь в зависимости от характера использования и частоту, необходимую для отражения от верхних слоев воздуха (ионосферы) для обеспечения локации объектов, находящихся за пределами горизонта. Сигнал с передатчика 1, пройдя через антенный переключатель 2, попадает в антенну 3, которая излучает этот сигнал.

Вращение антенны может осуществляться как в ручном режиме, так и автоматически в режиме кругового обзора с помощью устройства вращения антенны 4. Отразившись от объекта, сигнал вновь поступает в антенну 3 и, пройдя через антенный переключатель 2, осуществляющий разделение передающего и приемного сигналов, поступает в приемник 6, где выделяется на фоне других сигналов, преобразуется в электрический сигнал, усиливается и поступает в преобразователь дальности 9. Преобразователь дальности осуществляет определение временного рассогласования между моментом излучения импульса, то есть сигналом, поступающим с синхронизатора 5, и моментом приема отраженного сигнала, то есть сигнала, поступающего с приемника 6. Временное рассогласование с преобразователя дальности 9 в виде кода дальности поступает в индикатор 10 для отображения. В индикатор также поступает код азимута с датчика азимута 7 для отображения азимутального положения объектов. Код угломестного положения антенны 3 поступает с датчика угла места 8 в блок вторичной обработки 11, в который также поступает код дальности с преобразователя дальности 9 и код азимута с датчика азимута 7, и который осуществляет на основании этих данных построение траекторий движения целей, если они подвижные. Для определения влияния воздушной среды на скорость распространения электромагнитной энергии, что дает возможность судить о состоянии воздушного слоя, и определения высоты ионосферы, с помощью устройства вращения антенны 4, осуществляется вручную разворот антенны 3 в направлении контрольного объекта, дальность до которого заранее известна, или разворот антенны на угол места, равный 90^o (в зенит) для определения высоты ионосферы, находящейся непосредственно над антенной 3. Высоту ионосферы можно также определить, если частота электромагнитных волн позволяет им отражаться от ионосферы. При этом нет необходимости разворачивать антенну на 90^o по углу места, но должно быть заранее известно азимутальное направление и дальность до контрольного объекта.

Если частота электромагнитных волн не позволяет им отражаться от ионосферы, то контрольный объект должен располагаться на горе (возвышенности) или на высокой мачте высотой 50^oC100 метров. После разворота антенны 3 в азимутальном направлении, соответствующем известному расположению контрольного объекта с помощью устройства вращения антенны 4, в блоке сравнения 14 осуществляется сравнение азимутального кода с датчика азимута 7, соответствующее направлению на контрольный объект, и кода азимута, набранного на панели выдачи кода азимута 17. В случае равенства этих кодов, блок сравнения 14 срабатывает и выдает сигнал, разрешающий прохождение кода дальности с преобразователя дальности на первый вход вычитателя 12. На второй вход вычитателя 12 поступает набранный код дальности на панели выдачи кода дальности 16, соответствующей известной дальности до контрольного объекта при строго определенном состоянии атмосферы и строго определенной высоте ионосферы. Код, соответствующий фактической дальности до контрольного объекта может отличаться от кода дальности, набранного на панели выдачи кода дальности 16, так как состояние атмосферы и высота ионосферы могут отличаться от состояния атмосферы и высоты ионосферы, соответствующие этому набранному коду дальности на панели 16. Разность кодов с вычитателя 12 через элемент ИЛИ 20 поступает в дешифратор 21, где выделяются только те разности кодов, которые не превышают по абсолютной своей величине максимально возможную разность кодов с вычитателя 12, возникшую из-за отклонения состояния атмосферы и высоты ионосферы от значений, соответствующих дальности до контрольного объекта, набранной заранее на панели выдачи кода дальности 16.

Выделенные разности кодов с дешифратора 21 поступают в индикатор состояния воздушного слоя 22, где отображается величина кода, характеризующая это состояние. Если осуществляется отображение электромагнитной энергии от ионосферы, то выделенная разность кодов будет зависеть в основном от высоты ионосферы. Если же в радиолокаторе используется частота электромагнитных волн, при которой не осуществляется отражение от ионосферы, то выделенная разность в дешифраторе 21 будет зависеть в основном от состояния атмосферы. При этом, если отражение осуществляется от ионосферы, то контрольный объект, облучаемый электромагнитной энергией, отраженной от ионосферы, может располагаться неподвижно на земле. При этом в зоне расположения этого объекта не должно быть других объектов, отражения от которых могут создавать помехи для выделения сигнала от контрольного объекта в приемнике 6. При увеличении эффективной поверхности отражения от контрольного объекта по сравнению с окружающими его объектами влияние помех в приемнике 6 уменьшается. Если отсутствует отражение от ионосферы, то контрольный объект также может располагаться неподвижно. Например, на мачте высотой 50^oC100 метров или на возвышенности. При нахождении радиолокатора на подвижных носителях (корабле, машине и т. д. ) необходимо учитывать при наборе кодов на панелях 16 и 17 смещение этого носителя.

Для определения высоты ионосферы, находящейся над антенной 3, она разворачивается, как уже отмечалось, по углу места с помощью устройства вращения антенны 4 на 90 градусов. При этом с датчика угла места 8 на первый вход блока сравнения 15 поступает код угла места, а на второй вход поступает набранный код, с панели выдачи кода угла места 19. При совпадении кодов, поступающих на первый и второй входы блока сравнения 15, с его выхода поступает разрешающий сигнал на прохождение через схему совпадения 18 кода дальности с преобразователя дальности 9 на первый вход вычитателя 23, на другой вход которого поступает эталонный код дальности с вышеупомянутой панели выдачи кода дальности 15. Разность в результате вычитания этих кодов поступает через элемент ИЛИ 20, дешифратор 21 в вышеупомянутый индикатор состояния воздушного слоя 22 для отображения информации, характеризующей высоту ионосферы. В таком режиме при использовании радиолокатора на подвижных носителях (железнодорожной платформе, корабле, машине и т.д.) обеспечивается в процессе движения определение высот ионосферы.

При вращении антенны 3 в режиме кругового обзора осуществляется построение траекторий движения целей с помощью блока вторичной обработки 11. Знание состояния воздушного слоя и высоты ионосферы на разных направлениях позволит определить поправку по дальности и учитывать ее при поиске и сопровождении целей.

В режиме кругового обзора прекращается выдача кодов с панелей 16, 17 и 19 и запомненные значения состояния воздушного слоя, учитываются при отображении дальности на индикаторе и при построении траекторий движения целей в блоке вторичной обработки 11.

Предлагаемое устройство может быть использовано при исследовании состояния воздушного слоя и высоты ионосферы. При этом знание состояния воздушного слоя может иметь значение для различных областей науки и техники, а также для введения поправок при определении дальности до объектов.

В предлагаемом изобретении осуществляется определение состояния воздушного слоя благодаря введению: двух схем совпадения, двух блоков сравнения, панели выдачи кода дальности, панели выдачи кода азимута, панели выдачи кода угла места, двух вычитателей, схемы ИЛИ, дешифратора и индикатора состояния воздушного слоя, при этом выход преобразователя дальности соединен с первыми входами первой и второй схемы совпадения, вторые входы которых соответственно соединены с выходами первого и второго блоков сравнения, имеющих вторые входы, соответственно соединенные с выходом панели выдачи кода азимута и с выходом панели выдачи кода угла места, и имеющих выходы соответственно соединенные с первыми входами первого и второго вычитателей, вторые входы которых соединены с выходом панели выдачи кода дальности, а выходы соответственно соединены с первым и вторым входами схемы "ИЛИ", имеющей выход, соединенный через дешифратор с индикатором состояния воздушного слоя. Кроме того, первые входы вышеупомянутых блоков сравнения соответственно соединены с выходом датчика азимута и с выходом датчика угла места. 1 ил.

Радиолокатор, состоящий из передатчика, антенного переключателя, антенны, жестко связанных с антенной устройства вращения антенны, датчика азимута, датчика угла места, из синхронизатора, приемника, преобразователя дальности, индикатора и блока вторичной обработки, при этом выход синхронизатора соединен с первым входом преобразователя дальности и входом передатчика, выход которого соединен с первым входом антенного переключателя, имеющего второй вход, первый и второй выходы, соответственно соединенные с выходом антенны, с входом антенны и с входом приемника, выход которого соединен с вторым входом преобразователя дальности, имеющего выход, соединенный с первым входом индикатора, второй вход которого соединен с выходом датчика азимута, соединенным также с первым входом блока вторичной обработки, второй вход которого соединен с выходом датчика угла места, а третий вход соединен с вышеупомянутым выходом преобразователя дальности, отличающийся тем, что осуществляется определение состояния воздушного слоя за счет введения двух вычитателей, двух схем совпадения, двух блоков сравнения, панели выдачи кода дальности, панели выдачи кода азимута, панели выдачи кода угла места, схемы ИЛИ, дешифратора и индикатора состояния воздушного слоя, при этом выход преобразователя дальности соединен с первыми входами первой и второй схем совпадения, вторые входы которых соответственно соединены с выходами первого и второго блоков сравнения, имеющих вторые входы, соответственно соединенные с выходом панели выдачи кода азимута и с выходом панели выдачи кода угла места, а выходы первой и второй схем совпадения соответственно соединены с первыми входами первого и второго вычитателей, вторые входы которых соединены с выходом панели выдачи кода дальности, а выходы соответственно соединены с первым и вторым входами схемы ИЛИ, имеющей выход, соединенный через дешифратор с индикатором состояния воздушного слоя, кроме того, первые входы вышеупомянутых блоков сравнения соответственно соединены с выходом датчика азимута и с выходом датчика угла места.