УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТЫ Российский патент 1998 года по МПК G01S13/94 G01S13/12 

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано в системах поиска и сопровождения воздушных объектов.

Известно устройство определения высоты, описанное в справочнике по радиоэлектронике под редакцией В.М.Захарова, т. 1, 1979, с. 46. Оно состоит из импульсного передатчика, фазированной антенной решетки, приемника, блока фазирования, блока управления фазированием. Дальность определяется по времени запаздывания отраженного от объекта сигнала, и по известной дальности и углу места определяется высота. После каждой остановки луча фазированной антенной решетки осуществляется излучение импульса. Луч может перемещаться, например на величину 1/10 собственной ширины. Однако, устройство имеет большое время обзора из-за необходимости, остановки луча в каждом из направлений.

Известно устройство определения высоты, описанное в патенте N 2002277, автор Часовской А.А. (бюл. 39, 40 1993). Оно состоит из импульсного передатчика, формирователя импульсов, блока управления фазированием при возвратно-поступательном перемещении луча, блока фазирования, фазированной антенной решетки, приемной антенны, приемника и вычислителя высоты.

В состав устройства может входить блок определения центра отгибающей, блок определения временного рассогласования между началом сканирования и центром огибающей, блок определения временного рассогласования между центром огибающей и концом сканирования, вычитатель-делитель на два, сумматор и индикатор.

Принцип его работы заключается в следующем. Формирователь импульсов формирует управляющие импульсы блоку управления фазированием при возвратно-поступательном перемещении луча, который выдает команды на скачкообразные перемещения луча в прямом и обратном направлении с остановками в конце перемещения на время максимального запаздывания отраженного от объекта сигнала. После каждой остановки луча осуществляется излучение импульса с помощью импульсного передатчика, работающего в частотой излучения импульсов 10 - 50 кГц. Луч может перемещаться на величину, например 1/10 ширины диаграммы направленности.

Отраженные от объекта сигналы поступают в приемную антенну, общий угол поля зрения которой равен углу поля зрения фазированной антенной решетки. Далее электромагнитные сигналы поступают в приемник, где преобразуются в электрические сигналы, которые могут поступать в блок определения центра огибающей, который определяет импульс соответствующему центру огибающей. Временные рассогласования между началом сканирования и импульсом центра огибающей, и импульсом центра огибающей и концом сканирования определяется в блоке определения временного рассогласования между началом сканирования и центром огибающей и в блоке определения временного рассогласования, между центром огибающей и концом сканирования, куда так же поступает импульс начала и конца сканирования с формирователя импульсов. Далее с помощью вычитателя, делителя на два и сумматора определяются несколько предполагаемых направлений на цели, и осуществляется поочередное зондирование этих направлений с частотой, например 1 кгц, зависящей от максимального времени запаздывания отраженного от объекта сигнала, и в зависимости от величины запаздывания этого сигнала определяется дальность. По данным направления и дальности в вычислителе высоты определяется высота. Тем не менее при увеличении количества объектов уменьшается время обзора.

Для уменьшения времени обзора, независящее от количества объектов в зоне сканирования, необходимо вводить сложные обрабатывающие узлы. С помощью предлагаемого устройства уменьшается время обзора без сложных обрабатывающих узлов.

Достигается это введением блока определения амплитуды огибающей и оперативного запоминающего устройства, при этом выход приемника через блок определения амплитуды огибающей соединен с первым входом оперативного запоминающего устройства, второй, третий и четвертый входы которого соответственно соединены с выходом блока определения временного рассогласования между началом сканирования и центром огибающей и третьим и четвертым выходами блока управления фазированием при возвратно-поступательном перемещении луча, а выход оперативного запоминающего устройства соединен с вторым входом вычитателя.

На фиг. 1 и в тексте приняты следующие обозначения:
1 - блок определения центра огибающей;
2 - блок определения амплитуды огибающей;
3 - оперативное запоминающее устройство;
4 - вычитатель;
5 - делитель на два;
6 - сумматор;
7 - вычислитель высоты;
8 - блок определения временного рассогласования между началом сканирования и центром огибающей;
9 - индикатор;
10 - блок определения временного рассогласования между центром огибающей и концом сканирования;
11 - формирователь импульсов;
12 - блок управления фазированием при возвратно-поступательном перемещении луча;
13 - блок фазирования;
14 - фазированная антенная решетка;
15 - импульсный передатчик;
16 - приемник;
17 - приемная антенна.

При этом выход формирователя импульсов 11 соединен с первыми входами блока определения временного рассогласования между началом сканирования и центром огибающей 8 и блока определения временного рассогласования между центром огибающей и концом сканирования 10, выход которого соединен с первыми входами сумматора 6 и вычитателя 4, а второй вход вместе с вторым входом блока определения временного рассогласования между началом сканирования и центром огибающей 8 соединен через блок определения центра огибающей 1, приемник 16 с выходом приемной антенны 17, кроме того вышеупомянутый выход формирователя импульсов 11 соединен с входом блока управления фазированием при возвратно-поступательном перемещении луча 12, первый выход которого через блок фазирования 13 соединен с первым входом фазированной антенной решетки 14, а второй выход через импульсный передатчик 15 соединен со вторым входом фазированной антенной решетки 14, а выход вычислителя 4 соединен с первыми входами вычислителя высоты 7, и индикатора 9 и через делитель на два 5 соединен с вторым входом сумматора 6, выход которого соединен со вторыми входами индикатора 9 и вычислителя высоты 7, выход которого соединен с третьим входом индикатора 9, к тому же вышеупомянутый выход приемника 16 через блок определения амплитуды огибающей 2 соединены с первым входом оперативного запоминающего устройства 3, второй, третий и четвертый входы которого соответственно соединены с выходом блока определения временного рассогласования между началом сканирования и центром огибающей 8, и с третьим и четвертым выходами блока управления фазированием при возвратно-поступательном перемещении луча 12, а выход оперативного запоминающего устройства 3 соединен со вторым входом вычислителя 4.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Формирователь импульсов 11 формирует импульсы для запуска блока управления фазированием при возвратно-поступательном перемещении луча 12, который выдает команды блоку фазирования 13 на скачкообразное перемещение луча с помощью фазированной антенной решетки 14 на величину, например, 1/10 ширины диаграммы направленности сначала в прямом направлении, а затем в обратном, с остановками в конце перемещения, на время максимального запаздывания отраженного от объекта сигнала. Исполнение этого блока и блока фазирования 13 аналогично прототипу. Одновременно с командами блоку фазирования 13, блок 12 выдает сигнал-команды на излучение импульсов импульсному передатчику 15, которые излучаются с помощью фазированной антенной решетки 14 после каждого скачка луча. Частота излучения зондирующих импульсов может составлять 5 - 50 кГц. На время остановки в конце перемещения так же излучается один импульс. Если принять время остановки луча после скачка в процессе перемещения - 50 мкс, что соответствует задаваемой частоте импульсному передатчику 20 кГц, то при ширине луча 1^o, величина одного смещения луча - 6 мин, зоне сканирования по вертикали - 50^o - время движения луча в каждом из направлений будет составлять 25 мс. При максимальной дальности обнаружения 150 км, с учетом остановок луча в конце перемещений, общее время возвратно-поступательного перемещения луча будет составлять 52 мс, что является временем обзора. Таким образом, импульсный передатчик 15, работающий в идущем режиме, излучает пачки импульсов, в нашем примере по 500 импульсов, скважность 1 мс из-за остановок в конце перемещения луча на время 1 мс.

Прием отраженной электромагнитной энергии происходит с помощью приемной антенны 17, общий угол поля зрения которой равен зоне обзора фазированной антенной решетки 14. Далее электромагнитная энергия поступает в приемник 16, где преобразуется в электрические сигналы, которые так же выделяются в приемнике по необходимым характеристикам относительно других сигналов. Выделенные сигналы с приемника поступают в блок определения центра огибающей 1 и блок определения амплитуды огибающей 2. В блок 1 поступает запускающий импульс с формирователя импульсов 11, являющийся так же импульсом начала и конца возвратно-поступательного перемещения луча. Две пачки импульсов 18 и 19 (фиг. 2) образованных в связи с облучением объекта соответственно при прямом и обратном перемещении луча показаны на фиг. 2. Здесь так же показаны две другие пачки импульсов 20 и 21, образованных в связи с облучением другого объекта. Таким образом количество пар пачек импульсов будет зависеть от количества объектов в зоне обзора. Блок определения центра огибающей 1 выдает импульсы, соответствующие центрам пачек, в блок определения временного рассогласования между началом сканирования и центром огибающей 8 и блок определения временного рассогласования между центром огибающей и концом сканирования 10. Время начала и конца сканирования совпадает. Импульс начала и конца сканирования поступает в эти блоки с вышеупомянутого формирователя импульсов. Этот импульс соответствует моменту окончания максимального времени отраженного от объекта сигнала в период остановки луча в конце перемещения. Импульсы 22 - 25, соответствующие центрам огибающих, показаны на фиг. 2, где показаны так же временные рассогласования Δt₁ и Δt₂ между началом сканирования t₁ и центрами 23 и 25 огибающих 19 и 21, определяемые в блоке 8 и временные рассогласования Δt₃ и Δt₄ между центрами 22, 24 огибающих 18, 20 и концом сканирования, определяемое в блоке 10. Как видно из фиг. 2 между огибающими 18 и 19, а так же 20 и 21 имеется расходимость a и b, пропорциональная дальности. Она определяется по формулам: a= Δt₁- Δt₃ (1) и b = Δt₂- Δt₄ (2), а направление определяется по формулам

Амплитуда огибающих сигналов, поступающих с приемника 16, определяется в блоке определения амплитуды огибающей 2.

Примеры исполнения блока определения центра огибающей 1 и блока определения амплитуды огибающей 2 представлены. Например, в книге "Радиотехнические системы", 1990, М. Высшая школа, Ю.М.Казаринов, с. 383 рис. 18.2. Исполнение же блоков 8, 10 аналогичны преобразователю дальности, представленном, например в книге: Васин В.В., Степанов Б.М. "Справочник-задачник по радиолокации", М., 1977, с. 214, фиг. 9, 7.

Как видно из фиг. 2 амплитуда V₁, пачек 18 и 19 равны, а амплитуды V₂ пачек 21 и 22 так же равны. Это свидетельствует о том, что пачки 18 и 19 относятся к одной цели, а пачки 20 и 21 к другой. Поэтому в период движения луча в прямом направлении значения амплитуд пачек 19 и 21 записываются на адресный вход в оперативное запоминающее устройство 3, при наличии сигнала "запись" в период прямого направления движения луча с блока управления фазированием при возвратно-поступательном перемещении луча 12.

По этим адресам в оперативное запоминающее устройство 3 записываются значения Δt₁ и Δt₂ с блока определения временного рассогласования между началом сканирования и центром огибающей 8. В период обратного движения луча на адресный вход оперативного запоминающего устройства 3 поступает значение амплитуд пачек 18 и 20, которые будут соответственно равны амплитудам пачек 19 и 21 и при наличии сигнала "считывание" с блока 12 и период обратного движения луча происходит считывание с ОЗУЗ запомненных значений Δt₁ и Δt₂ в вычитатель 4.

На другой вход вычислителя одновременно с Δt₁ и Δt₂ поступают значения Δt₃ и Δt₄ с блока определения временного рассогласования между центром огибающей и концом сканирования 10 и последовательно определяются разности a и по формулам (1) и (2). Количество определяемых разностей зависит от количества целей в зоне обзора. Абсолютная величина этих разностей прямо-пропорциональна дальностям до целей и поступает в индикатор 9 для отображения, а также в вычислитель высоты 7 и в делитель на два 5, где делится на два и поступает далее в сумматор 6, где осуществляется последовательное определение направления C и d по формулам (3) и (4). Количество направлений равно количеству целей в зоне сканирования.

Информация о направлениях поступает в индикатор 9 для отображения и вычислитель высоты 7, где по формулам H=dsinα определяется высота соответствующей цели, где d - дальность, α-- направление. Информация о высоте поступает в индикатор 9 для отображения.

Предлагаемое устройство можно использовать в обзорных радиолокаторах. Устройство можно использовать в радиолокаторах слежения. Сохраняется достоверность обнаружения объектов без уменьшения скорости обзора и введения сложных обрабатывающих узлов.

Изобретение относится к радиолокации и может использоваться в системах поиска и сопровождения воздушных объектов. Технический результат заключается в уменьшении времени обзора. Это достигается благодаря введению блока определения амплитуды огибающей и оперативного запоминающего устройства, при этом выход приемника через блок определения амплитуды огибающей соединен с первым входом оперативного запоминающего устройства, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с выходом блока определения временного рассогласования между началом сканирования и центром огибающей и с третьим и четвертым выходами блока управления фазированием при возвратно-поступательном перемещении луча, а выход запоминающего устройства соединен с вторым входом вычитателя. 2 ил.

Устройство определения высоты, состоящее из блока определения центра огибающей, вычитателя, делителя на два, сумматора, вычислителя высоты, индикатора, формирователя импульсов, блока управления фазированием при возвратно-поступательном перемещении луча, блока фазирования, фазированной антенной решетки, антенны, где вход блока определения центра огибающей соединен с выходом приемника, вход которого соединен с выходом приемной антенны, а выход формирователя импульсов соединен с входом блока управления фазированием при возвратно-поступательном перемещении луча, первый выход которого через блок фазирования соединен с первым входом фазированной антенной решетки, а второй выход через импульсный передатчик соединен со вторым входом фазированной антенной решетки, а выход вычитателя соединен с первыми входами вычислителя высоты, индикатора и через делитель на два соединен со вторым входом сумматора, выход которого соединен с вторыми входами индикатора и вычислителя высоты, выход которого соединен с третьим входом индикатора, отличающееся тем, что введены блок определения временного рассогласования между началом сканирования и центром сгибающей, блок определения временного рассогласования между центром огибающей и концом сканирования, блок определения амплитуды огибающей и оперативное запоминающее устройство, при этом выход приемника через блок определения амплитуды огибающей соединен с первым входом оперативного запоминающего устройства, второй, третий и четвертый входы которого соответственно соединены с выходом блока определения временного рассогласования между началом сканирования и центром сгибающей, и с третьим и четвертым выходами блока управления фазированием при возвратно-поступательном перемещении луча, а выход оперативного запоминающего устройства соединен с вторым входом вычитателя, первый вход которого вместе с первым входом сумматора соединен с выходом блока определения временного рассогласования между центром огибающей и концом сканирования, первый и второй входы которого вместе с первым и вторым входами блока определения временного рассогласования между началом сканирования и центром огибающей соответственно соединены с выходом формирователя импульсов и с выходом блока определения центра огибающей.