УСТРОЙСТВО УГЛОВОГО СОПРОВОЖДЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК G01S13/68 G01S13/44 

Изобретение относится к области радиолокационной техники и представляет собой устройство углового сопровождения, предназначенное для использования в составе радиолокационных систем сопровождения по направлению с доплеровской селекцией.

Известны устройства углового сопровождения, 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., на рис.13.9а стр.379 и на рис.13.10 стр.382 в работе "Теоретические основы радиолокации" Под ред. В.Е. Дулевича, М. : Сов. радио, 1978 г., на рис.2.40 стр.69 в работе "Методы и устройства селекции движущихся целей", авторы П.А. Бакулев, В.М. Степин, М.: Радио и связь, 1986г. и на рис.6.1 и 6.3 стр.223 в работе "Радиоэлектронные системы самонаведения", авторы М. В. Максимов, Г.И. Горгонов, М.: Радио и связь, 1982 г.

Однако подобные устройства не являются достаточно защищенными от действия кроссполяризационных помех. Основной причиной действия помехи на кроссполяризации 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 кроссполяризации 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 кроссполяризационная 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 кроссполяризационной диаграммы направленности приемной антенны, вторая - методы, основанные на использовании в радиолокационной системе разнесенных по поляризации передающей и приемной антенн, что препятствует возникновению условий формирования кроссполяризационных 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 кроссполяризации (Ghobrial S.J., Futufh M.M. Cross-polarisation measurements using a composite feed with parasitiо elements, Electronics letters 1975, V.ll, 20, pp 481-482);
- устройство, использующее параболическую антенну и рупорный облучатель с круглой апертурой, позволяющий снизить уровень относительной кроссполяризационной 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 кроссполяризационной 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 AP-27, 6, pp 862-863);
- устройство, в котором для уменьшения относительного уровня кроссполяризационной диаграммы используются гофрированные волноводные или конические облучатели антенны или облучатели с гофрированным дроссельным кольцом (Guili D. , Tiberio R. A modified mono-pulse technique for radar trackind with low-angle multipath -IEEE Trans, 1975, V AES-11, 35, pp 741-747; Kumar A. Waveguide 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. AP-22 4, pp 513-520).

Краткое описание 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 кроссполяризационных 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 не обладают достаточной защищенностью от действия помех на кроссполяризации, и существует потребность в разработке более помехо-защищенных устройств.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство углового сопровождения, приведенное на рис.2.41 стр.70 в работе "Методы и устройства селекции движущихся целей", авторы: П.А. Бакулев, В.М. Степин, М.: Радио и связь, 1986г., выбранное в качестве прототипа.

Это устройство содержит антенну с подключенным к ней суммарно-разностным преобразователем, к суммарному и разностному выходам которого подключены соответственно две цепи, каждая из которых содержит последовательно соединенные смеситель, усилитель промежуточной частоты (УПЧ), фазовый детектор, детектор огибающей и доплеровский фильтр, гетеродин, подключенный к опорным входам обоих смесителей, формирователь стробирующих импульсов, подключенный к управляющим входам обоих УПЧ, и когерентный гетеродин, выход которого подключен к опорным входам обоих фазовых детекторов, фазовый детектор сигнала ошибки, входы которого подключены к выходам обоих доплеровских фильтров, а к выходу подключены последовательно соединенные усилитель и двигатель, механически связанный через редуктор с антенной.

Защищенность данного устройства от действия помех на кроссполяризации определяется относительным уровнем кроссполяризационной диаграммы направленности антенны. Однако, как было отмечено выше, известные технические решения, направленные на снижение этого уровня, не обеспечивают требуемых показателей поляризационной селекции от помех на кроссполяризации, либо не могут быть использованы в силу конструктивных ограничений, связанных с необходимостью использования определенных типов антенн.

При создании данного изобретения стояла задача разработки конструкции устройства углового сопровождения для радиолокационной системы с доплеровской селекцией, обладающего высокой степенью защищенности от действия кроссполяризационных помех. При этом использовалось то обстоятельство, что в спектре сигнала, отраженного от радиолокационных объектов, наряду с отражениями от корпуса, присутствуют составляющие, обусловленные отражениями от вращающихся элементов конструкций винтов, лопаток компрессоров реактивных двигателей и т. п. (Справочник по радиолокации: Пер. с англ. Под ред. М. Скольника - М.: Сов. радио, 1979, рис.17, стр.421). Причем, в силу природы ее формирования, воздействующая на устройства с доплеровской селекцией кроссполяризационная помеха может быть только на частоте, соответствующей частоте спектральной составляющей отраженного сигнала, обусловленной отражениями от корпуса и совпадающей с частотой настройки доплеровских фильтров.

Для решения поставленной задачи в известном устройстве-прототипе, содержащем антенну с подключенным к ней суммарно-разностным преобразователем, к суммарному и разностному выходам которого подключены соответственно две цепи, каждая из которых содержит последовательно соединенные смеситель, усилитель промежуточной частоты (УПЧ), фазовый детектор, детектор огибающей и доплеровский фильтр, гетеродин, подключенный к опорным входам обоих смесителей, формирователь стробирующих импульсов, подключенный к управляющим входам обоих УПЧ, и когерентный гетеродин, выход которого подключен к опорным входам обоих фазовых детекторов, фазовый детектор сигнала ошибки, входы которого подключены к выходам обоих доплеровских фильтров, а также последовательно соединенные усилитель и двигатель, механически связанный через редуктор с антенной, дополнительно введены подключенные к выходам обоих детекторов огибающей отстроенные по частоте от уже имеющихся доплеровских фильтров полосовые фильтры, дополнительный фазовый детектор сигнала ошибки, подключенный к выходам полосовых фильтров, решающее устройство, к сигнальным входам которого подключены выходы обоих фазовых детекторов сигнала ошибки, а выход соединен со входом усилителя, а также компаратор, выход которого соединен с управляющим входом решающего устройства, а вход через амплитудный детектор подключен к выходу доплеровского фильтра цепи, подключенной к суммарному выходу суммарно-разностного преобразователя, и последовательно соединенные приемная антенна ортогональной поляризации, конструктивно объединенная с основной антенной, приемник и второй амплитудный детектор, выход которого подключен ко второму входу компаратора.

Введение этих блоков и связей позволяет:
- во-первых, обнаружить факт появления помехи на кроссполяризации (сигнал на выходе второго амплитудного детектора пропорционален мощности помехи) и блокировать использование искаженного действием помехи сигнала углового рассогласования;
- во-вторых, при наличии кроссполяризационной помехи, действующей на частоте, соответствующей отражениям от корпуса объекта, перейти на его сопровождение по направлению, используя информацию, получаемую при обработке составляющих спектра отраженного сигнала, выделяемых отстроенными по частоте полосовыми фильтрами, перекрывающими участок спектра сигнала, отраженного от сопровождаемого объекта, за исключением области частот, соответствующей отражениям от корпуса.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на чертеже.

Предлагаемое устройство содержит антенну 1 с подключенным к ней суммарно-разностным преобразователем 2, к суммарному и разностному выходам которого подключены соответственно две цепи, каждая из которых содержит последовательно соединенные смеситель 3,4, усилитель промежуточной частоты (УПЧ) 5,6, фазовый детектор 7,8, детектор огибающей 9,10 и доплеровский фильтр 11,12, гетеродин 13, подключенный к опорным входам обоих смесителей 3,4, формирователь стробирующих импульсов 14, подключенный к управляющим входам обоих УПЧ 5,6, и когерентный гетеродин 15, выход которого подключен к опорным входам обоих фазовых детекторов 7,8, фазовый детектор сигнала ошибки 16, входы которого подключены к выходам обоих доплеровских фильтров 11, 12, а также последовательно соединенные усилитель 17 и двигатель 18, механически связанный через редуктор 19 с антенной 1.

Помимо этого в устройство для защиты от действия кроссполяризационных помех дополнительно введены подключенные к выходам детекторов огибающей 9,10 отстроенные по частоте от уже имеющихся доплеровских фильтров 11,12 полосовые фильтры 20 и 21, перекрывающие участок спектра сигнала, отраженного от сопровождаемого объекта, за исключением области частот, соответствующей отражениям от корпуса, дополнительный фазовый детектор сигнала ошибки 22, подключенный к выходам полосовых фильтров 20 и 21, решающее устройство 23, к сигнальным входам которого подключены выходы обоих фазовых детекторов сигнала ошибки 16,22, а выход соединен со входом усилителя 17, а также компаратор 24, выход которого соединен с управляющим входом решающего устройства 23, а вход через амплитудный детектор 25 подключен к выходу доплеровского фильтра 11 цепи, подключенной к суммарному выходу суммарно-разностного преобразователя 2, и последовательно соединенные приемная антенна ортогональной поляризации 26, конструктивно объединенная с основной антенной 1, приемник 27 и второй амплитудный детектор 28, выход которого подключен ко второму входу компаратора 24.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При отсутствии кроссполяризационной помехи, о чем свидетельствует отсутствие сигнала на выходе второго амплитудного детектора 28, сопровождение радиолокационного объекта осуществляется по сигналу углового рассогласования с выхода фазового детектора сигнала ошибки 16, поступающему на управление антенной через решающее устройство 23. Этот сигнал формируется при обработке сигнала отраженного от корпуса сопровождаемого объекта. Процедура формирования сигнала углового рассогласования и его использования для управления подробно описана в работе "Моноимпульсная радиолокация" (Авт. А.И. Леонов, К.И. Фомичев, М.: "Радио и связь", 1984г).

При наличии кроссполяризационной помехи на выходе второго амплитудного детектора 28 появляется сигнал, при достижении которым определенной величины по отношению к сигналу на выходе амплитудного детектора 25, срабатывает компаратор 24, управляющий сигнал с его выхода поступает на решающее устройство 23, в результате чего последнее в качестве сигнала углового рассогласования выбирает сигнал с выхода второго фазового детектора сигнала ошибки 22, сформированный путем обработки спектральных составляющих отраженного сигнала, выделенных полосовыми фильтрами 20 и 21 и не подверженных воздействию кроссполяризационной помехи. Процесс формирования углового рассогласования по этим составляющим отраженного сигнала полностью аналогичен процессу формирования его по корпусной составляющей, когда та не прикрыта помехой.

Математические ожидания получаемых оценок совпадают, так как все спектральные составляющие имеют единый (с точностью до размеров радиолокационного объекта) пространственный источник, что обеспечивает сопровождение одного и того же радиолокационного объекта.

Сопровождение по скорости сближения (доплеровской частоте) и дальности (при необходимости) в любом случае осуществляется по спектральной составляющей, обусловленной отражениями от корпуса, так как кроссполяризационные помехи на соответствующие измерительные каналы не действуют.

Таким образом обеспечивается непрерывное получение неискаженной действием кроссполяризационной помехи информации об угловом рассогласовании сопровождаемого объекта и, следовательно, исключение аномальных ошибок при сопровождении.

Изобретение относится к области радиолокационной техники и представляет собой устройство углового сопровождения, предназначенное для использования в составе радиолокационных систем сопровождения по направлению с доплеровской селекцией. Устройство углового сопровождения включает в себя антенну с подключенным к ней суммарно-разностным преобразователем, два смесителя, два усилителя промежуточной частоты, два фазовых детектора, два детектора огибающей, два доплеровских фильтра, гетеродин, формирователь стробирующих импульсов, когерентный гетеродин, фазовый детектор сигнала ошибки, усилитель, двигатель, механически связанный через редуктор с антенной, два отстроенных по частоте от уже имеющихся доплеровских фильтров полосовых фильтра, дополнительный фазовый детектор сигнала ошибки, решающее устройство, компаратор и амплитудный детектор, а также последовательно соединенные приемная антенна ортогональной поляризации, конструктивно объединенная с основной антенной, приемник и второй амплитудный детектор. Достигаемым техническим результатом изобретения является разработка конструкции устройства углового сопровождения для радиолокационной системы с доплеровской селекцией, обладающего высокой степенью защищенности от действия кросс-поляризационных помех. 1 ил.

Устройство углового сопровождения, содержащее антенну с подключенным к ней суммарно-разностным преобразователем, к суммарному и разностному выходам которого подключены соответственно две цепи, каждая из которых содержит последовательно соединенные смеситель, усилитель промежуточной частоты (УПЧ), фазовый детектор, детектор огибающей и доплеровский фильтр, гетеродин, подключенный к опорным входам обоих смесителей, формирователь стробирующих импульсов, подключенный к управляющим входам обоих УПЧ, и когерентный гетеродин, выход которого подключен к опорным входам обоих фазовых детекторов, фазовый детектор сигнала ошибки, входы которого подключены к выходам обоих доплеровских фильтров, а также последовательно соединенные усилитель и двигатель, механически связанный через редуктор с антенной, отличающееся тем, что в него дополнительно введены подключенные к выходам обоих детекторов огибающей отстроенные по частоте от уже имеющихся доплеровских фильтров полосовые фильтры, дополнительный фазовый детектор сигнала ошибки, подключенный к выходам полосовых фильтров, решающее устройство, к сигнальным входам которого подключены выходы обоих фазовых детекторов сигнала ошибки, а выход соединен со входом усилителя, а также компаратор, выход которого соединен с управляющим входом решающего устройства, а вход через амплитудный детектор подключен к выходу доплеровского фильтра цепи, подключенной к суммарному выходу суммарно-разностного преобразователя, и последовательно соединенные приемная антенна ортогональной поляризации, конструктивно объединенная с основной антенной, приемник и второй амплитудный детектор, выход которого подключен ко второму входу компаратора.