РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩИЙ МОДУЛЬ Российский патент 2001 года по МПК G01S13/08 

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в импульсных радиолокационных системах миллиметрового или сантиметрового диапазона, применяемых для обнаружения надводных и береговых целей, измерения их координат и параметров движения.

Радиолокационный приемопередающий модуль (далее РЛППМ) предназначен для генерирования зондирующих радиоимпульсных сигналов и формирования отраженного радиолокационного видеосигнала в режиме кругового обзора, передаваемого по каналу связи во внешний радиолокационный индикатор, в совокупности с которым РЛППМ образует радиолокационную станцию (далее РЛС) полного состава.

РЛППМ также вырабатывает сигналы, задающие период повторения зондирующих радиоимпульсов и синхронизирующие работу узлов и подсистем РЛС, в том числе сигналы, управляющие работой внешнего индикатора, соединенного с РЛППМ каналом связи.

В известных конструкциях радиолокационной приемопередающей аппаратуры для выработки синхронизирующих импульсов, управляющих работой внешнего индикатора, как правило, используются следующие схемы синхронизации [см., например, кн. П.А. Бакулева, А.А. Сосновского, "Радиолокационные и радионавигационные системы", М.: Радио и связь, 1994 г., с. 162-166]:
- схема внешней синхронизации, в которой используется специальный задающий генератор, генерирующий синхроимпульсы, управляющие работой внешнего индикатора, и пусковые импульсы, управляющие работой модулятора, формирующего импульс запуска генератора зондирующего сигнала;
- схема внутренней синхронизации, в которой синхроимпульсы, управляющие работой внешнего индикатора, вырабатываются модулятором. При этом при разбросе начала импульса модулятора одновременно осуществляется смещение начала шкалы измерения временных параметров в индикаторе.

Точность синхронизации работы входящих в состав РЛС узлов и подсистем в значительной степени влияет на точность измерения координат наблюдаемых целей.

При использовании описанных выше схем точность синхронизации снижается из-за возможных случайных отклонений по времени сигналов, вырабатываемых генератором зондирующих радиоимпульсов, по отношению к импульсам запуска, вырабатываемым модулятором, а при внешней синхронизации дополнительно из-за инерционности модулятора. Указанная временная задержка приводит к запаздыванию момента запуска индикатора по отношению к началу генерации передатчиком зондирующего радиосигнала, что негативно сказывается на точности работы РЛС в целом.

В качестве прототипа авторами выбран РЛППМ, описанный в патенте РФ N 2155354, G 01 S 13/08, публ. 27.08 2000 г.

Данная приемопередающая аппаратура содержит антенный блок с приводом вращения, СВЧ-тракт, передатчик, вырабатывающий зондирующий СВЧ-радиосигнал, приемник, преобразующий отраженный от цели радиосигнал в видеосигнал, а также блок связи и синхронизации, предназначенный для выработки сигналов управления передатчиком и приемником. В качестве генератора зондирующих СВЧ-радиосигналов использован магнетрон.

Часть энергии излучаемого зондирующего радиоимпульса снимается с магнетрона и с помощью блока формирования синхронизирующего импульса преобразуется в синхронизирующий импульсный сигнал, задний фронт которого совпадает с передним фронтом импульсного сигнала, отраженного от цели и обработанного приемником. Сформированный указанным образом синхронизирующий импульс поступает в блок связи и синхронизации, где в свою очередь вырабатывается импульс синхронизации, который впоследствии смешивается с видеосигналом. Видеосигнал и смешенный с ним импульс синхронизации далее по каналу связи поступают во внешний радиоиндикатор. Подача указанных сигналов осуществляется по одному кабелю.

Достоинством рассматриваемого приемопередающего модуля является то, что синхронизирующие импульсные сигналы, управляющие работой внешнего индикатора, вырабатываются генератором зондирующего радиосигнала - магнетроном. При этом повышается точность синхронизации за счет исключения возможных "плавающих" задержек времени генерации СВЧ-радиоимпульсов относительно времени прихода импульсов запуска магнетрона.

Однако выработка синхронизирующих импульсов, совпадающих по времени с отраженными от целей сигналами, из энергии СВЧ-радиосигнала требует применения дополнительных элементов высокочастотного тракта в блоке формирования синхронизирующего импульса, что усложняет конструкцию изделия.

Кроме того, привязка синхронизирующих импульсов к отраженному от цели сигналу приводит к тому, что начало шкалы измерения дальности до цели в индикаторе ставится в зависимость от расстояния до цели, и для реализации процесса измерения координат цели требуется специальная обработка поступающих в индикатор сигналов, предусматривающая изменение времени выработки синхронизирующих импульсов в зависимости от изменения расстояния до цели. Указанное обстоятельство также усложняет конструкцию изделия.

Задачей предлагаемого изобретения является создание радиолокационного приемопередающего модуля, обладающего высокими эксплуатационными характеристиками.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в радиолокационном приемопередающем модуле, содержащем антенный блок с приводом вращения, соединенный через вращательный переход и СВЧ-тракт с передатчиком, включающим магнетрон, генерирующий зондирующие СВЧ-радиоимпульсные сигналы, и приемником, включающим схему преобразования отраженного от цели радиосигнала в видеосигнал, подаваемый по каналу связи на внешний радиолокационный индикатор, а также блок связи и синхронизации, связанный с приемником и передатчиком и предназначенный для выработки сигналов управления приемником и передатчиком, причем указанный передатчик содержит связанный с магнетроном блок формирования синхронизирующих импульсных сигналов, подаваемых на внешний радиолокационный индикатор, согласно изобретению блок формирования синхронизирующих импульсных сигналов включен в цепь питания магнетрона и содержит схему выработки синхронизирующих импульсных сигналов из анодного тока или напряжения питания магнетрона, так что время выработки указанных импульсных сигналов привязано ко времени генерации магнетроном зондирующих СВЧ-радиоимпульсных сигналов.

Целесообразно передачу видеосигнала и синхронизирующего импульсного сигнала к внешнему радиолокационному индикатору осуществлять по одному кабелю, при этом передаваемые по кабелю указанные сигналы имеют противоположную полярность.

Целесообразным является использование в РЛППМ излучателя и отражателя контрольного СВЧ-радиоимпульсного сигнала той же частоты, что и зондирующий СВЧ-радиоимпульсный сигнал, но задержанного относительно последнего на фиксированное время.

Целесообразным является, чтобы приемник, передатчик, СВЧ-тракт и блок связи и синхронизации конструктивно были выполнены в виде единого модуля, съемно устанавливаемого в корпусе.

Целесообразным является, чтобы привод вращения антенного блока конструктивно был выполнен в виде единого модуля, съемно устанавливаемого в корпусе.

Включение блока формирования синхронизирующих импульсных сигналов в цепь питания магнетрона позволяет осуществить выработку сигналов, управляющих работой внешнего индикатора, от генератора зондирующих СВЧ-радиосигналов и тем самым повысить точность синхронизации за счет исключения временных задержек между началом протекания тока в магнетроне и моментом поступления на его вход импульса запуска. При этом время выработки синхронизирующих импульсов оказывается строго привязанным ко времени генерации магнетроном зондирующих СВЧ-радиоимпульсов, что обуславливает запуск индикатора непосредственно в момент посылки зондирующего радиосигнала, а следовательно, обеспечивает точность измерения дальности до цели, определяемую по времени запаздывания отраженного от цели радиосигнала относительно излученного зондирующего радиосигнала. Другим положительным фактором является то, что привязка синхронизирующего импульсного сигнала к зондирующему радиосигналу (а не к отраженному радиосигналу) обеспечивает независимость начала отсчета дальности в индикаторе от расстояния до целей, что упрощает процесс обработки сигналов, поступающих на вход внешнего индикатора, и тем самым способствует повышению надежности работы РЛППМ.

Выработка синхронизирующих импульсных сигналов из анодного тока или напряжения питания магнетрона исключает необходимость использования в блоке формирования синхронизирующих импульсных сигналов элементов СВЧ-тракта, что обеспечивает упрощение конструкции изделия и положительно сказывается на его точности и надежности работы.

Для исключения рассогласования по времени поступающих во внешний индикатор видеосигналов и синхронизирующих сигналов, при прохождении их по каналу связи, а также для экономии материала линий связи целесообразно передачу указанных сигналов в индикатор осуществлять по одному и тому же кабелю. При этом для обеспечения возможности последующего разделения указанных сигналов необходимо, чтобы при поступлении их в канал связи они имели противоположную полярность. Это может быть реализовано, в частности, путем включения в состав блока связи и синхронизации средства для изменения полярности поступающего сигнала, с помощью которого синхроимпульс, вырабатываемый из анодного тока или напряжения питания магнетрона и имеющий положительную полярность, преобразуется в соответствующий импульсный сигнал отрицательной полярности.

Включенные в состав РЛППМ излучатель и отражатель контрольного сигнала, который имеет ту же частоту, что и зондирующий СВЧ-радиоимпульсный сигнал, но задержан относительно последнего на фиксированное время, служат для имитации процесса прохождения сигналов до цели и обратно и предназначены для комплексной проверки работоспособности узлов и блоков РЛППМ. Указанная система контроля повышает эксплуатационную надежность изделия.

Конструктивное выполнение основных узлов приемопередающего тракта, таких как приемник, передатчик, СВЧ-тракт, блок связи и синхронизации, в виде единого модуля, а также конструктивное выполнение привода вращения антенного блока в виде единого модуля, которые съемно установлены в корпусе РЛППМ, способствует удобству эксплуатации и ремонта изделия.

На чертеже представлена функциональная схема заявляемого устройства.

Антенный блок 1, приводимый во вращение приводом 2, соединен через вращательный переход 3 и СВЧ-тракт 4 с передатчиком 5 и приемником 6. СВЧ-тракт 4 включает циркулятор 7, обеспечивающий разделение сигналов на передачу и прием в цепи антенного фидера, ответвитель 8, аттенюатор 9, предназначенный для подачи части энергии излучаемого передатчиком 5 радиосигнала на вход приемника 6. СВЧ-тракт 4 дополнительно содержит циркулятор 10, относящийся к системе автоподстройки частоты и к системе контроля работоспособности РЛППМ.

Передатчик 5 содержит последовательно соединенные схему 11 управления, модулятор 12 и магнетрон 13. Цепь анодного питания магнетрона 13 связана с выходом модулятора 12 посредством трансформатора 14. К магнетрону 13 подключен блок 15 формирования синхронизирующих импульсных сигналов (БФСИ), который содержит трансформатор 16 тока, включенный в цепь анодного питания магнетрона 13, а также транзистор V17 с подключенным к его базе сопротивлением R18.

Приемник 6 содержит последовательно соединенные устройства 19 защиты, малошумящий усилитель 20, смеситель 21, предварительный усилитель 22 промежуточной частоты (ПУПЧ), основной усилитель 23 промежуточной частоты (ОУПЧ), детектор 24 и видеоусилитель 25. Гетеродинный вход смесителя 21 соединен с гетеродином 26. Гетеродин 26 также включен в канал автоподстройки частоты, содержащий дополнительный смеситель 27 и блок 28 автоматической подстройки частоты (АПЧ) гетеродина 26. Смеситель 27 используется также в схеме контроля работоспособности РЛППМ.

Вход схемы 11 управления передатчика 5 и вход видеоусилителя 25 приемника 6 соединен с блоком 29 связи и синхронизации (БСС). На вход блока 29 связи и синхронизации поступает выходной сигнал транзистора V17 блока 15 формирования синхроимпульсов для последующего суммирования его с видеосигналом. Выход видеоусилителя 25 соединен высокочастотным (коаксиальным) каналом связи с внешним индикатором (на схеме не показан).

Устройство дополнительно содержит систему контроля работоспособности РЛППМ, включающую отражатель 30 контрольного сигнала, излучатель 31 контрольного сигнала, соединенный с циркулятором 10, а также смеситель 27, соединенный с циркулятором 10 и через коммутатор 32 с линией 33 задержки.

Устройство работает следующим образом.

Блок 29 связи и синхронизации подает командный сигнал в схему 11 управления, в соответствии с которым модулятор 12 вырабатывает импульс запуска магнетрона 13. При подаче на магнетрон 13 с помощью трансформатора 14 модулирующего импульсного напряжения через магнетрон 13 протекает импульсный анодный ток. Магнетрон 13 генерирует зондирующий СВЧ-радиоимпульс, который поступает через ответвитель 8 и циркулятор 7 СВЧ-тракта 4 и через вращательный переход 3 в антенный блок 1, который осуществляет излучение зондирующего сигнала в пространство. В качестве антенного блока 1 использован волноводно-щелевой излучатель с рупором, снабженный установленным на выходе рупора печатным поляризационным фильтром и вращателем поляризации.

При протекании через магнетрон 13 импульсного анодного тока в блоке 15 формирования синхроимпульсов с помощью трансформатора 16 формируется импульс напряжения, величина которого пропорциональна величине протекающего тока. Указанный импульс с помощью транзистора V17 преобразуется в импульс напряжения прямоугольной формы. Сформированный синхроимпульс подается в блок 29 связи и синхронизации, где осуществляется изменение его полярности на противоположную. С выхода блока 29 связи и синхронизации синхронизирующий импульсный сигнал отрицательной полярности поступает в видеоусилитель 25.

Отраженный от цели радиосигнал принимается антенным блоком 1 и через вращательный переход 3 и циркулятор 7 СВЧ-тракта 4 поступает в приемник 6, на входе которого установлено устройство 19 защиты, предназначенное для защиты малошумящего усилителя 20 от радиосигнала, просачивающегося с выхода передатчика 5 на вход приемника 6 в момент прохождения зондирующего импульса по СВЧ-тракту 4.

С выхода устройства 19 защиты отраженный СВЧ-сигнал поступает на малошумящий усилитель 20, установленный для усиления слабого отраженного сигнала и увеличения динамического диапазона приемника 6. Далее сигнал поступает на основной вход смесителя 21, на гетеродинный вход которого подается сигнал с гетеродина 26. В смесителе 21 происходит преобразование отраженного СВЧ-сигнала в сигнал промежуточной частоты, который усиливается в предварительном усилителе 22 промежуточной частоты, а затем в основном усилителе 23 промежуточной частоты. Далее осуществляется детектирование и усиление отраженного сигнала с помощью детектора 24 и видеоусилителя 25 соответственно. Сформированный указанным образом видеосигнал совместно с синхронизирующим импульсным сигналом, имеющим противоположную по отношению к видеосигналу полярность, с выхода видеоусилителя 25 подаются в канал связи с внешним индикатором.

Для поддержания постоянного значения разности между частотой вырабатываемого передатчиком 5 радиосигнала и частотой гетеродина 26 применяется схема автоподстройки частоты. На основной вход дополнительного смесителя 27 подается незначительная часть мощности генерируемого передатчиком 5 сигнала посредством ответвителя 8, аттенюатора 9 и циркулятора 10. На гетеродинный вход смесителя 27 поступает сигнал от гетеродина 26. Смеситель 27 преобразует СВЧ- радиоимпульс в радиоимпульс промежуточной частоты, который поступает в блок 28 автоматической подстройки частоты гетеродина 26. В случае отклонения частоты указанного радиоимпульса от номинального значения блок 28 автоматической подстройки частоты вырабатывает управляющее напряжение, которое поступает на варактор гетеродина 26, перестраивая его таким образом, чтобы промежуточная частота соответствовала номинальному значению.

Включение режима контроля работоспособности РЛППМ осуществляется при замыкании с помощью коммутатора 32 цепи, соединяющей циркулятор 10, смеситель 27 и линию 33 задержки. При этом сформированный в смесителе 27 и подаваемый в блок 28 автоматической подстройки частоты сигнал промежуточной частоты поступает также на линию 33 задержки отражательного типа. Задержанный в линии 33 задержки на фиксированное время (порядка 5- 50 мкс) сигнал подается обратно в смеситель 27, вновь преобразуется в СВЧ-радиосигнал той же частоты, что и генерируемый передатчиком 5 зондирующий радиосигнал, и через циркулятор 10 поступает на излучатель 31 контрольного сигнала. Излучатель 31 контрольного сигнала облучает отражатель 30 контрольного сигнала, расположенный на фиксированном расстоянии от антенного блока 1. Отраженный контрольный сигнал попадает на антенный блок 1, а затем поступает в приемник 6. В результате на выходе РЛППМ появляется сигнал, задержанный по времени относительно зондирующего радиоимпульса на фиксированное время, тем самым имитируется процесс отражения излучаемого передатчиком 5 сигнала от реальной цели. По результатам сравнения параметров указанного контрольного сигнала с номинальными значениями делается вывод об исправности работы узлов и блоков РЛППМ.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в импульсных радиолокационных системах миллиметрового или сантиметрового диапазона, применяемых для обнаружения надводных и береговых целей, измерения их координат и параметров движения. Достигаемым техническим результатом является создание радиолокационного приемопередающего модуля, обладающего высокими эксплуатационными характеристиками. Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в радиолокационном приемопередающем модуле, содержащем антенный блок с приводом вращения, соединенный через вращательный переход и СВЧ-тракт с передатчиком, включающим магнетрон, генерирующий зондирующие СВЧ-радиоимпульсные сигналы, и приемником, включающим схему преобразования отраженного от цели радиосигнала в видеосигнал, подаваемый по каналу связи на внешний радиолокационный индикатор, а также блок связи и синхронизации, связанный с приемником и передатчиком и предназначенный для выработки сигналов управления приемником и передатчиком, причем указанный передатчик содержит связанный с магнетроном блок формирования синхронизирующих импульсных сигналов, подаваемых на внешний радиолокационный индикатор, согласно изобретению блок формирования синхронизирующих импульсных сигналов включен в цепь питания магнетрона и содержит схему выработки синхронизирующих импульсных сигналов из анодного тока или напряжения питания магнетрона, так что время выработки указанных импульсных сигналов привязано ко времени генерации магнетроном зондирующих СВЧ-радиоимпульсных сигналов. Целесообразно передачу видеосигнала и синхронизирующего импульсного сигнала к внешнему радиолокационному индикатору осуществлять по одному кабелю, при этом передаваемые по кабелю указанные сигналы имеют противоположную полярность. Целесообразным является использование в РЛППМ излучателя и отражателя контрольного СВЧ-радиоимпульсного сигнала той же частоты, что и зондирующий СВЧ-радиоимпульсный сигнал, но задержанного относительно последнего на фиксированное время. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Радиолокационный приемопередающий модуль (РЛППМ), содержащий антенный блок с приводом вращения, соединенный через вращательный переход и СВЧ-тракт с передатчиком, включающим магнетрон, генерирующий зондирующие СВЧ-радиоимпульсные сигналы, и приемником, включающим схему преобразования отраженного от цели радиосигнала в видеосигнал, подаваемый по каналу связи на внешний радиолокационный индикатор, а также блок связи и синхронизации, связанный с приемником и передатчиком и предназначенный для выработки сигналов управления приемником и передатчиком, при этом передатчик содержит связанный с магнетроном блок формирования синхронизирующих импульсных сигналов, подаваемых на внешний радиолокационный индикатор, отличающийся тем, что блок формирования синхронизирующих импульсных сигналов включен в цепь питания магнетрона и содержит схему выработки синхронизирующих импульсных сигналов из анодного тока или напряжения питания магнетрона, так что время выработки указанных импульсных сигналов привязано ко времени генерации магнетроном зондирующих СВЧ-радиоимпульсных сигналов. 2. РЛППМ по п.1, отличающийся тем, что передача видеосигнала и синхронизирующего импульсного сигнала к внешнему радиолокационному индикатору осуществляется по одному кабелю, при этом передаваемые по кабелю указанные сигналы имеют противоположную полярность. 3. РЛППМ по п.1 или 2, отличающийся тем, что он снабжен излучателем и отражателем контрольного СВЧ-радиоимпульсного сигнала той же частоты, что и зондирующий СВЧ-радиоимпульсный сигнал, но задержанного относительно последнего на фиксированное время. 4. РЛППМ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что приемник, передатчик, СВЧ-тракт и блок связи и синхронизации конструктивно выполнены в виде единого модуля, съемно устанавливаемого в корпусе РЛППМ. 5. РЛППМ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что привод вращения антенного блока конструктивно выполнен в виде единого модуля, съемно устанавливаемого в корпусе РЛППМ.