УГЛОВОЙ ДИСКРИМИНАТОР Российский патент 2003 года по МПК G01S13/44 G01S13/68 G01S7/36 

Предлагаемое устройство относится к области радиолокационной техники и представляет собой угловой дискриминатор, предназначенный для применения в составе радиолокационных систем различного назначения, использующих единую приемопередающую антенну для излучения зондирующего и приема отраженного радиолокационного сигналов.

Известны угловые дискриминаторы, входящие в состав радиолокационных систем, например представленные на рис. 4.1 стр.67, рис.4.2 стр.68, рис.4.5 стр. 71 в работе "Моноимпульсная радиолокация", авторы: А.И. Леонов, К.И. Фомичев, М. : "Радио и связь", 1984 г. и на рис.13.9а стр.379 в работе "Теоретические основы радиолокации" Под ред. В.Е. Дулевича, М.: "Сов. радио" 1978 г.

Однако подобные устройства не являются достаточно защищенными от действия кросс-поляризационных помех. Основной причиной действия помехи на кросс-поляризации является искажение амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля, возбуждаемого в раскрыве приемной антенны, что приводит к искажению диаграмм направленности и, как следствие, к искажению пеленгационных характеристик угломерной системы. Поскольку помеха на кросс-поляризации приводит к искажению диаграммы направленности антенны, она действует на радиолокационные угломерные устройства любого типа. Результат воздействия помехи - аномальные ошибки или сброс сопровождения радиолокационного объекта.

Так как кросс-поляризационная помеха отличается от полезного отраженного сигнала своей поляризацией, то для защиты от нее применяют методы поляризационной селекции, которые (а соответственно, и устройства, их реализующие) условно можно разделить на две основные группы.

Первая группа - методы, направленные на снижение тем или иным способом относительного уровня кросс-поляризационной диаграммы направленности приемной антенны, вторая - методы, основанные на использовании в радиолокационной системе разнесенных по поляризации передающей и приемной антенн, что препятствует возникновению условий формирования кросс-поляризационных помех, так как положение плоскости поляризации приемной антенны в общем случае не определяется положением плоскости поляризации зондирующего сигнала.

Первую группу методов реализуют следующие устройства:
- устройство, использующее возбудитель антенны сложной конструкции, в который помимо основного активного вибратора входят четыре пассивных компенсационных элемента, расположенных в максимумах поля, возбуждаемого в раскрыве антенны на кросс-поляризации (Ghobrial S.J., Futufh M.M. Cross-polarisation measurements using a composite feed with parasitiо elements., Electronics letters 1975, V. 11, 20, рр.481-482);
- устройство, использующее параболическую антенну и рупорный облучатель с круглой апертурой, позволяющий снизить уровень относительной кросс-поляризационной диаграммы до минус (30...35) дБ (Bielli P. Axially symmetrical reflectors depolarisation IEEE Int.Symp., Session 14, 19 May 1978, pp.337-380);
- устройство, в котором для уменьшения относительного уровня кросс-поляризационной диаграммы применены диэлектрические вставки в раскрыве облучателя антенны (Martin F.G. Summetrical low cross-polarisation from a dielectric spher loaded horn IEEE Trans, 1979, V АР-27, 6, рр.862-863);
- устройство, в котором для уменьшения относительного уровня кросс-поляризационной диаграммы используются гофрированные волноводные или конические облучатели антенны или облучатели с гофрированным дроссельным кольцом (Guili D. , Tiberio R. A modified monopulse technique for radar trackind with low-angle multipath IEEE Trans, 1975, V AES-11, 35, pp.741-747; Kumar A. Wavequide feed reduces cross-polarisation levels. - Microwave J., 1978, V.21, 3, pp.86-88);
- устройство, использующее параболическую антенну с облучателем, представляющим комбинацию электрического и магнитного диполей, расположенных под прямым углом (Dijk J. et al. The polarisation losses of offset paraboloid antennas IEEE Trans, 1974, V. АР-22 4, рр.513-520).

Краткое описание конструкции вышеперечисленных устройств приведено также в работе "Моноимпульсная радиолокация" (Авт. А.И. Леонов, К.И. Фомичев, М.: "Радио и связь", 1984 г., стр.159, 169-164).

Однако указанные устройства недостаточно защищены от действия кросс-поляризационных помех, значительно превышающих уровень мощности отраженного сигнала согласованной поляризации. Кроме того, приведенные технические решения обуславливают использование определенных типов антенн, что не всегда приемлемо в силу других требований к радиолокационной системе.

Методы же, основанные на повороте плоскости поляризации приемной антенны, например использованные в устройстве с перестраиваемой поляризацией приемной антенны (А.И. Леонов, К.И. Фомичев, "Моноимпульсная радиолокация", М. : "Радио и связь", 1984 г., стр.149), применимы только для защиты радиолокационных систем, использующих для передачи и приема сигналов антенны с несовпадающими положениями плоскости поляризации.

Таким образом, существующие устройства углового сопровождения, использующие единую приемопередающую антенну для излучения зондирующего и приема отраженного радиолокационного сигналов, не обладают достаточной защищенностью от действия помех на кросс-поляризации, и существует потребность в разработке более помехозащищенных устройств.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является угловой дискриминатор, приведенный на рис.8.19а стр.299 в работе "Пространственно-временная теория радиосистем" (Авт. А.А. Коростелев, М.: "Радио и связь", 1987 г.), выбранный в качестве прототипа.

Это устройство содержит приемопередающую антенну с формирователем суммарного и разностного сигналов, которые образуют антенный блок, к суммарному выходу которого подключены последовательно соединенные антенный переключатель и приемник опорного канала, а к разностному выходу подключены последовательно соединенные антенный переключатель и приемник измерительного канала, передатчик, подключенный ко второму входу антенного переключателя, соединенного с суммарным выходом антенного блока, блок автоматической регулировки усиления, вход которого соединен с выходом приемника опорного канала, а выход подключен ко входам регулировки приемников опорного и измерительного каналов, синхронный детектор, входы которого соединены с выходами приемников опорного и измерительного каналов, а выход является выходом сигнала углового рассогласования.

Защищенность данного устройства от кросс-поляризационных помех определяется относительным уровнем кросс-поляризационной диаграммы направленности антенны, для снижения которого могут быть использованы технические решения, приведенные выше.

Однако применимые в данном устройстве технические решения не обеспечивают показателей поляризационной селекции, достаточных для защиты от кросс-поляризационных помех, значительно превышающих уровень полезного отраженного сигнала согласованой поляризации.

При создании данного изобретения стояла задача разработки конструкции углового дискриминатора с высокой степенью защищенности от действия кросс-поляризационных помех.

Для решения этой задачи в известном устройстве-прототипе, содержащем приемопередающую антенну с формирователем суммарного и разностного сигналов, которые образуют антенный блок, к суммарному выходу которого подключены последовательно соединенные антенный переключатель и приемник опорного канала, а к разностному выходу подключены последовательно соединенные антенный переключатель и приемник измерительного канала, передатчик, блок автоматической регулировки усиления, вход которого соединен с выходом приемника опорного канала, а выход подключен ко входам регулировки приемников опорного и измерительного каналов, синхронный детектор, входы которого соединены с выходами приемников опорного и измерительного каналов, а выход является выходом сигнала углового рассогласования, дополнительно введены направленный ответвитель, включенный между выходом передатчика и вторым входом антенного переключателя, соединенного с суммарным выходом антенного блока, и последовательно соединенные фазовращатель, вход которого подключен ко второму выходу направленного ответвителя, и дополнительная передающая антенна, конструктивно входящая в состав антенного блока и имеющая поляризацию, ортогональную поляризации основной приемопередающей антенны.

Введение этих блоков и связей обеспечивает за счет излучения части мощности через дополнительную антенну на поляризации, ортогональной к рабочей поляризации основной приемопередающей антенны, пространственный поворот плоскости поляризации суммарного излучаемого зондирующего сигнала относительно плоскости поляризации основной приемопередающей антенны углового дискриминатора. Это обеспечивает защищенность предлагаемого устройства от кросс-поляризационных помех, так как положение плоскости поляризации демаскирующего радиолокационную систему сигнала не совпадает с положением плоскости поляризации основной приемопередающей приемной антенны углового дискриминатора, осуществляющей прием сигнала, отраженного от радиолокационного объекта.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на чертеже.

В состав предлагаемого устройства входят образующие антенный блок 1 приемопередающая антенна 2 и формирователь суммарного и разностного сигналов 3, к суммарному Σ выходу которого подключены последовательно соединенные антенный переключатель 4 и приемник опорного канала 5, а к разностному Δ выходу подключены последовательно соединенные антенный переключатель 6 и приемник измерительного канала 7, передатчик 8, блок автоматической регулировки усиления 9, вход которого соединен с выходом приемника опорного канала 5, а выход подключен ко входам регулировки приемников опорного 5 и измерительного 7 каналов, синхронный детектор 10, входы которого соединены с выходами приемников опорного 5 и измерительного 7 каналов, а выход является выходом сигнала углового рассогласования, формируемого устройством.

Помимо этого в данное устройство для защиты от действия кросс-поляризационных помех путем увода плоскости поляризации помехи на направление, не совпадающее с плоскостью кросс-поляризации основной приемопередающей антенны 2, входят направленный ответвитель 11, включенный между выходом передатчика 8 и вторым входом антенного переключателя 4, и последовательно соединенные фазовращатель 12, вход которого подключен ко второму выходу направленного ответвителя 11, и дополнительная передающая антенна 13, конструктивно входящая в состав антенного блока 1 и имеющая поляризацию, ортогональную поляризации основной приемопередающей антенны 2.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Сигнал передатчика 8 разделяется направленным ответвителем 11, при этом большая его часть поступает для излучения на основную приемопередающую антенну 2, а небольшая часть через фазовращатель 12 на дополнительную передающую антенну 13, плоскость поляризации которой ортогональна плоскости поляризации основной антенны 2.

Фазовращатель 12, который может быть управляемым или предварительно настраиваемым, служит для обеспечения синфазности сигналов, излучаемых через основную и дополнительную антенны. Излучение сигналов на двух ортогональных поляризациях приводит к тому, что положение плоскости поляризации суммарного излученного устройством зондирующего сигнала будет определяться соотношением мощностей указанных сигналов, и эта плоскость будет повернута относительно плоскости поляризации основной приемопередающей антенны 2 углового дискриминатора в соответствии с отношением мощностей, излучаемых через основную 2 и дополнительную 13 антенны.

При этом помеховый (кросс-поляризационный) сигнал будет излучаться на поляризации, ортогональной к поляризации суммарного зондирующего сигнала и не будет являться кросс-поляризационной помехой для углового дискриминатора, так как плоскость поляризации этого сигнала выведена из опасной зоны на ложное поляризационное направление.

Формирование сигнала углового рассогласования будет осуществляться аналогично тому, как описано, например, в работах "Моноимпульсная радиолокация" (Авт. А. И. Леонов, К.И. Фомичев, М.: "Радио и связь", 1984 г.) и "Пространственно-временная теория радиосистем" (Авт. А.А. Коростелев, М.: "Радио и связь", 1987 г.) для беспомеховой ситуации.

Мощность Рд сигнала, который должен быть излучен через дополнительную антенну для увода ответной кросс-поляризационной помехи из опасной зоны, по отношению к мощности Ро сигнала, излученного через основную антенну, определяется соотношением

где G_o - коэффициент усиления основной антенны;
G_д - коэффициент усиления дополнительной антенны;
Δα - угол, характеризующий размер области действия кросс-поляризационной помехи.

Например, при G_д/G_о=0,1 и Δα ≈ 3^° мощность Р_д составляет около 3% от мощности Р_о.

При постоянстве суммарной излучаемой мощности соответствующая потеря мощности, излучаемой через основную приемопередающую антенну, незначительна и практически не сказывается на характеристиках системы.

Таким образом, введение в предлагаемое устройство дополнительных, по сравнению с прототипом, блоков и связей обеспечивает пространственный поворот плоскости поляризации результирующего (суммарного) зондирующего сигнала.

При этом кросс-поляризационная помеха, ортогональная по поляризации зондирующему сигналу, не будет таковой для основной приемопередающей антенны и, как следствие, не будет действовать на угловой дискриминатор.

Изобретение представляет собой угловой дискриминатор для применения в составе радиолокационных систем различного назначения, использующих единую приемопередающую антенну. Сущность изобретения заключается в том, что оно содержит приемопередающую антенну с формирователем суммарного и разностного сигналов, которые образуют антенный блок, к суммарному выходу которого подключены последовательно соединенные антенный переключатель и приемник опорного канала, а к разностному выходу подключены последовательно соединенные антенный переключатель и приемник измерительного канала, передатчик, блок автоматической регулировки усиления, вход которого соединен с выходом приемника опорного канала, а выход подключен ко входам регулировки приемников опорного и измерительного каналов, синхронный детектор, входы которого соединены с выходами приемников опорного и измерительного каналов, а выход является выходом сигнала углового рассогласования, направленный ответвитель, включенный между выходом передатчика и вторым входом антенного переключателя, соединенного с суммарным выходом антенного блока, и последовательно соединенные фазовращатель, вход которого подключен ко второму выходу направленного ответвителя, и дополнительная передающая антенна, конструктивно входящая в состав антенного блока и имеющая поляризацию, ортогональную поляризации основной приемопередающей антенны, что обеспечивает пространственный поворот плоскости поляризации результирующего зондирующего сигнала, при этом кросс-поляризационная помеха, ортогональная по поляризации зондирующему сигналу, не будет таковой для основной приемопередающей антенны и, как следствие, не будет действовать на угловой дискриминатор, что и является достигаемым техническим результатом. 1 ил.

Угловой дискриминатор, содержащий приемопередающую антенну с формирователем суммарного и разностного сигналов, которые образуют антенный блок, к суммарному выходу которого подключены последовательно соединенные антенный переключатель и приемник опорного канала, а к разностному выходу подключены последовательно соединенные антенный переключатель и приемник измерительного канала, передатчик, блок автоматической регулировки усиления, вход которого соединен с выходом приемника опорного канала, а выход подключен ко входам регулировки приемников опорного и измерительного каналов, синхронный детектор, входы которого соединены с выходами приемников опорного и измерительного каналов, а выход является выходом сигнала углового рассогласования, отличающийся тем, что в него дополнительно введены направленный ответвитель, включенный между выходом передатчика и вторым входом антенного переключателя, соединенного с суммарным выходом антенного блока, и последовательно соединенные фазовращатель, вход которого подключен ко второму выходу направленного ответвителя, и дополнительная передающая антенна, конструктивно входящая в состав антенного блока и имеющая поляризацию, ортогональную поляризации основной приемопередающей антенны.