ИМПУЛЬСНАЯ РЛС Российский патент 1998 года по МПК G01S13/00 

Изобретение относится к импульсной радиотехнике, а более конкретно к конструкциям радиолокационных систем (РЛС), и может быть использовано в авиации, на морском и речном транспорте и в других транспортных средствах для целей радиолокации, а также для картографирования земной поверхности, метеорологических, экологических и других исследований атмосферы и в других целях. Наиболее перспективно применение данного изобретения в наземной аппаратуре малых и средних аэропортов, во всепогодной навигационной аппаратуре самолетов и вертолетов, в том числе пожарных и предназначенных для работы в горах, при тумане и низкой облачности.

Известны импульсные РЛС, созданные на базе перестраиваемых магнетронов, с использованием слежения за резонансной частотой колебательной системы магнетрона в паузе между импульсами ("холодной" частотой магнетрона). Например, в РЛС, построенной на базе магнетрона YJ 1172 фирмы "Филипс" [1] или [2], являющейся прототипом и базовым объектом настоящего изобретения, в паузе между импульсами на быстроперестраиваемый магнетрон подается сигнал от маломощного источника сигнала (местного гетеродина), перестраиваемого по варакторной схеме. Слежение за частотой магнетрона в паузе между импульсами осуществляется путем наложения сигнала частотой 4 МГц на напряжение подстройки местного гетеродина и измерения фазы результирующего сигнала частотой 4 МГц, поступающего от следящего детектора после отражения от магнетрона.

Примерно за 1 мкс до излучения импульса магнетроном начинается грубая подстройка частоты гетеродина синхронизирующим импульсом, а более точная подстройка частоты гетеродина осуществляется в процессе излучения этого импульса.

Такая конструкция РЛС позволяет довольно точно установить местный гетеродин на частоту, обеспечивающую промежуточную частоту приемника при близости промежуточной частоты приемника разности "холодной" частоты магнетрона в паузе между импульсами и частоты сигнала, генерируемого магнетроном.

Однако эта конструкция не обеспечивает работу РЛС на заранее заданных частотах каждого импульса, особенно при значительных дестабилизирующих факторах и изменении в процессе работы скорости перестройки частоты. Это приводит к ограничению информативности РЛС, уменьшению ее частотной маневренности и снижению надежности в работе.

Кроме того, необходимость быстрой подстройки частоты магнетрона в паузе между импульсами делает невозможным использование наиболее стабильных, фиксированных или медленно перестраиваемых гетеродинов, а система подстройки с использованием дополнительного источника сигнала частотой 4 МГц и измерение после следящего детектора фазы результирующего сигнала значительно усложняет конструкцию РЛС и делает ее работу менее надежной из-за дополнительной возможности отказов в системе слежения и подстройки.

Существенным недостатком является и то, что при наличии дестабилизирующих факторов, например вибрации, приводящих к изменению частоты магнетрона, невозможно осуществить переход на работу на одной или нескольких фиксированных с высокой точностью частотах, что дополнительно снижает универсальность и надежность РЛС.

Целью настоящего изобретения является повышение информативности и надежности РЛС, а также получение возможности быстрого (в течение одного периода следования импульсов) перехода от работы с перестройкой частоты от импульса к импульсу к работе на одной или нескольких фиксированных частотах и обратно.

Указанная цель достигается тем, что в известной РЛС, содержащей магнетрон, имеющий вход для подачи напряжения питания перестройки частоты, связанный с магнетроном модулятор, формирующий импульсы напряжения питания магнетрона, и связанный с магнетроном маломощный источник СВЧ-сигнала, подаваемого на магнетрон в паузе между импульсами, этот маломощный источник сигнала в отличие от прототипа имеет фиксированную в течение каждого периода следования импульса магнетрона частоту, отличающуюся от частоты, генерируемой магнетроном, и РЛС содержит преобразователь сигнала, способный принимать отраженный от магнетрона маломощный сигнал источника и преобразовывать его в связанный по времени с моментом совпадения частот маломощного источника и колебательной системы магнетрона сигнал запуска связанного с преобразователем модулятора.

Вариант импульсной РЛС. предназначенный не только для излучения сигнала, но и для приема отраженного от "объекта" сигнала, включает также приемник, предназначенный для обработки отраженного от "объекта" сигнала, и связанную с приемником антенну, принимающую упомянутый сигнал.

Другой предназначенный для излучения и приема сигнала вариант отличается от предыдущего тем, что приемник связан с маломощным источником СВЧ-сигнала, передавая в него синхронизирующий сигнал для переключения его частоты.

Еще один вариант отличается от двух предыдущих тем, что приемник связан с упомянутым маломощным источником СВЧ-сигнала, который в данном случае является также гетеродином приемника и передает в приемник свой сигнал.

Возможны и другие варианты предложенной РЛС, позволяющие на основе изложенных выше существенных признаков решить поставленную задачу повышения информативности и надежности РЛС.

Предложенное изменение конструкции обеспечивает существенные преимущества предложенной РЛС перед прототипом, в частности:
- РЛС излучает сигнал заранее известной частоты, которая может быть самостоятельным источником информации;
- излучаемая частота определяется только частотой маломощного источника СВЧ-сигнала и может легко изменяться от паузы между импульсами к паузе по произвольному, в том числе случайному, закону или при необходимости поддерживаться постоянной;
- излучаемая частота не зависит ни от дестабилизирующих факторов ни от изменения скорости перестройки или перехода на работу при фиксированной частоте и обратно, что повышает информативность и надежность РЛС, благодаря использованию точно заданной частоты в качестве дополнительного источника информации и значительному повышению надежности РЛС путем быстрого перехода от одного режима работы к другому;
- имеется возможность очень простым способом - изменяя напряжение питания привода механизма перестройки магнетрона, т.е. изменяя скорость перестройки, одновременно изменять и расстановку импульсов, что дополнительно повышает информативность и надежность РЛС.

На фиг.1 изображена блок-схема одного из возможных вариантов предложенной в настоящем изобретении и предназначенной только для излучения сигнала РЛС.

На фиг.2 изображена блок-схема одного из возможных вариантов предложенной в настоящем изобретении и предназначенной для излучения и приема сигнала РЛС.

Возможно множество вариантов осуществления данного изобретения. Рассмотрим некоторые из них.

РЛС, представленная на фиг. 1 и предназначенная только для излучения сигнала, содержит перестраиваемый магнетрон 1, имеющий вход 2 для подачи напряжения питания перестройки частоты магнетрона, связанный с магнетроном модулятор 3, формирующий импульсы напряжения питания магнетрона, связанный с магнетроном через циркулятор 4 маломощный источник СВЧ-сигнала 5, подаваемого на магнетрон в паузе между импульсами, отличающегося по частоте от генерируемого магнетроном сигнала и имеющего фиксированную в течение каждого периода следования импульса магнетрона частоту, и преобразователь сигнала 6, способный принимать отраженный от магнетрона сигнал и преобразовывать его в связанный по времени с моментом совпадения частот маломощного источника 5 и колебательной системы магнетрона 1 сигнал запуска связанного с ним модулятора 3. Кроме того, в рассматриваемом варианте РЛС имеются связи преобразователя сигнала 6 с маломощным источником сигнала 5 для синхронизации переключения частот источника 5 с запуском модулятора и, следовательно, излучением сигнала РЛС и магнетрона 1 с антенной 7, излучающей сигнал РЛС.

Однако возможны варианты предложенной РЛС, в которых отсутствуют циркулятор, антенна и связь преобразователя сигнала с источником сигнала 5, так как источник 5 может быть связан с магнетроном непосредственно, например, через дополнительный вход магнетрона, антенна может быть исключена, так как излучать сигнал РЛС может непосредственно магнетрон или один из выходов циркулятора, а связь преобразователя сигнала 6 с источником 5 может быть заменена последовательным автономным переключением частот источника без сигнала синхронизации или использованием в качестве сигнала синхронизации другого сигнала, например импульса магнетрона.

Возможны и другие варианты предложенной РЛС, работающей только на излучение.

Если к РЛС, представленной на фиг.1, добавить приемник отраженного от "объекта" сигнала с собственной приемной антенной, то мы получим вариант предложенного изобретения с излучением и приемом сигнала РЛС.

Однако раздельные антенны в одной РЛС применяются довольно редко, поэтому более подробно рассмотрим РЛС с общей антенной для излучения и приема сигнала, представленную на фиг.2. РЛС содержит перестраиваемый магнетрон 1, имеющий вход 2 для подачи напряжения питания механизма перестройки частоты, связанный с магнетроном 1 модулятор 3, формирующий импульсы напряжения питания магнетрона, связанный с магнетроном 1 через циркулятор 4, маломощный источник СВЧ-сигнала 5, подаваемого на магнетрон 1 в паузе между импульсами, отличающегося по частоте от генерируемого магнетроном сигнала и имеющего фиксированную в течение каждого периода следования импульса магнетрона частоту, преобразователь сигнала 6, способный принимать отраженный от магнетрона 1 маломощный сигнал и преобразовывать его в связанный по времени с моментом совпадения частот маломощного источника 5 и колебательной системы магнетрона 1 сигнал запуска связанного с преобразователем модулятора 3. Кроме того, этот вариант РЛС содержит антенну 7 для излучения сигнала и приема отраженного от "объекта" сигнала, связанный с антенной через разрядник-переключатель 8 приемник 9, который также дважды связан с маломощным источником 5, одна связь для использования сигнала маломощного источника 5 в качестве гетеродина приемника и вторая связь для подачи на источник 5 синхронизирующего сигнала от приемника 9 с целью переключения частоты источника 5. Источник сигнала 5 в этом случае может располагаться как в передатчике, так и в приемнике РЛС. При этом магнетрон связан с преобразователем сигнала 6 также через разрядник-переключатель 8. Следует отметить, что связь магнетрона с преобразователем не обязательно должна осуществляться какой-либо передающей линией. Сигнал, отраженный от магнетрона после прохождения разрядника, может быть принят преобразователем, как это показано на фиг.2, с помощью собственной дополнительной антенны, например, рупорной, расположенной около одного из волноводных сочленений. Это позволяет упростить конструкцию РЛС.

Следует отметить также, что в РЛС, приведенных на фиг.1 и 2, предполагается, что модулятор 3, маломощный источник сигнала 5 и приемник 9 имеют собственные источники питания, но возможны и варианты с общим или раздельными внешними источниками питания этих элементов.

Рассмотрим теперь предложенные варианты РЛС в работе.

Работа РЛС, приведенной на фиг.1, начинается с включения модулятора 3 в режим ожидания импульса запуска и с подачи напряжения питания на вход 2 перестройки частоты магнетрона, что приводит к перестройке частоты колебательного контура магнетрона 1. Затем включается маломощный источник СВЧ-сигнала 5, фиксированный по частоте сигнал которого через циркулятор 4 поступает на магнетрон 1, отражается от него и поступает в преобразователь сигнала 6. При этом, когда резонансная частота колебательного контура магнетрона при перестройке совпадает с частотой источника сигнала 5, отраженный от магнетрона сигнал резко уменьшается по амплитуде. Это позволяет преобразовать отраженный от магнетрона сигнал в связанный по времени с моментом совпадения частот маломощного источника 5 и колебательной системы магнетрона 1 сигнал запуска модулятора 3. По сигналу запуска модулятор 3 формирует импульс напряжения питания магнетрона 1, который генерирует мощный СВЧ-импульс в направлении "объекта" через антенну 7. Одновременно с запуском модулятора 3 этот же сигнал переключает, если это необходимо, частоту маломощного источника сигнала 5. Новый цикл работы РЛС опять начинается с совпадения частот колебательного контура магнетрона и маломощного источника 5.

Частота излучаемого РЛС сигнала не зависит от влияния дестабилизирующих факторов и определяется только частотой маломощного источника 5 и разностью частоты колебательного контура магнетрона и частоты, генерируемой при этом данным магнетроном. Преимущества РЛС сохраняются и при работе на одной частоте, так как частота поддерживается очень стабильно при любых дестабилизирующих факторах.

Работа РЛС, предназначенной для излучения и приема сигнала и имеющей не связанный с остальной частью РЛС приемник сигнала с собственной приемной антенной, точно повторяет описанную выше работу с тем только отличием, что после излучения сигнала РЛС и его отражения от "объекта" сигнал принимается приемной антенной и передается в приемник, где он обрабатывается и результаты этой обработки выводятся на индикатор или используются другим способом.

Все преимущества предложенной РЛС при этом, естественно, сохраняются.

Работа РЛС, представленной на фиг.2 и имеющей общую излучающую и приемную антенну, начинается с включения модулятора 3 и приемника 9, подачи напряжения на вход 2 перестройки частоты магнетрона 1 и включения маломощного источника СВЧ-сигнала 5. При этом частота колебательного контура магнетрона начинает перестраиваться по периодическому закону, а фиксированный по частоте сигнал маломощного источника 5 через циркулятор 4 поступает на магнетрон 1 и отражается от него. Отраженный от магнетрона сигнал источника 5 в момент совпадения его частоты с частотой колебательного контура магнетрона резко уменьшается по амплитуде из-за резкого изменения сопротивления магнетрона на резонансной частоте его колебательного контура.

Отраженный от магнетрона сигнал, заданный источником 5 частоты, поступает через разрядник-переключатель 8 в преобразователь сигнала, который преобразует этот сигнал в связанный по времени с моментом совпадения частот маломощного источника 5 и колебательного контура магнетрона 1 сигнал запуска модулятора 3.

Модулятор 3 по сигналу запуска формирует импульс напряжения магнетрона 1, который генерирует мощный импульсный СВЧ-сигнал, который через циркулятор 4 и разрядник-переключатель 8 попадает в антенну 7.

Импульсный СВЧ-сигнал излучается антенной 7 и после отражения от "объекта" снова попадает в антенну 7. Из антенны 7 принятый сигнал через разрядник-переключатель 8 попадает в приемник 9. В приемнике принятый сигнал обрабатывается и результаты обработки выводятся на индикатор или используются другим способом. При обработке сигнала используется либо собственный гетеродин приемника, либо, как это показано на фиг.2, в качестве гетеродина приемника используется упомянутый выше маломощный источник 5. После обработки принятого сигнала приемник 9 выдает сигнал синхронизации на маломощный источник 5 для переключения его частоты. С переключения частоты источника 5 и нового совпадения его частоты с частотой колебательного контура магнетрона начинается новый цикл работы РЛС.

Конечно, следует иметь ввиду, что настоящее изобретение может быть реализовано множеством других вариантов, не рассмотренных выше, в том числе с помощью вариации несущественных признаков, приведенных в рассмотренных конструкциях.

Изобретение относится к импульсной радиотехнике, а более конкретно к конструкциям радиолокационных систем (РЛС). Цель изобретения - повышение информативности и надежности РЛС, а также получение возможности быстрого (за один период следования импульсов) перехода от работы с перестройкой частоты от импульса к импульсу к работе на одной или нескольких фиксированных частотах и обратно. Импульсная РЛС содержит перестраиваемый магнетрон, имеющий вход для подачи напряжения питания перестройки частоты, связанный с магнетроном модулятор, формирующий импульсы напряжения питания магнетрона, связанный с магнетроном маломощный источник СВЧ-сигнала, подаваемого на магнетрон в паузе между импульсами, отличающего по частоте от генерируемого магнетроном сигнала и имеющего фиксированную в течение каждого периода следования импульса магнетрона частоту, и преобразователь сигнала, способный принимать отражаемый от магнетрона маломощный сигнал и преобразовывать его в связанный по времени с моментом совпадения частот маломощного источника и колебательной системы магнетронат сигнал запуска связанного с преобразователем модулятора. Варианты РЛС содержат также приемник, связанный с приемной антенной и упомянутым маломощным источником СВЧ-сигнала. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Имульсная РЛС, содержащая магнетрон, имеющий вход для подачи напряжения питания перестройки частоты, связанный с магнетроном модулятор, формирующий импульсы напряжения питания магнетрона, связанный с магнетроном маломощный источник СВЧ-сигнала, подаваемого на магнетрон в паузе между импульсами, отличающаяся тем, что упомянутый маломощный источник СВЧ-сигнала имеет фиксированную в течение каждого периода следования импульса магнетрона частоту, отличающуюся от генерируемой магнетроном частоты, и РЛС содержит преобразователь сигнала, способный принимать отраженный от магнетрона маломощный сигнал источника и преобразовывать его в связанный по времени с моментом совпадения частот маломощного источника СВЧ-сигнала и колебательной системы магнетрона сигнал запуска связанного с преобразователем модулятора. 2. РЛС по п.1, отличающаяся тем, что она содержит приемник, предназначенный для обработки отраженного от "объекта" сигнала, и связанную с приемником антенну, принимающую упомянутый сигнал. 3. РЛС по п.2, отличающаяся тем, что приемник связан с упомянутым маломощным источником СВЧ-сигнала, передавая в него синхронизирующий сигнал для переключения его частоты. 4. РЛС по п.2 или 3, отличающаяся тем, что приемник связан с упомянутым маломощным источником СВЧ-сигнала, который в данном случае является также гетеродином приемника и передает в приемник свой сигнал.