МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ РАДИОЛОКАТОР Российский патент 2008 года по МПК G01S13/93 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиолокации, и может быть использовано для обзора передней полусферы и измерения высоты полета легких маневренных самолетов и вертолетов, имеющих минимум приборного оборудования. Кроме того, изобретение может быть использовано для предупреждения столкновений с другими летательными аппаратами, высоковольтными линиями электропередач, вышками, трубами и т.д.

Наиболее близким к изобретению является многофункциональный радиолокатор, содержащий первые и вторые: фазированные антенные решетки, опорные кварцевые генераторы, импульсные усилители мощности, антенные переключатели, малошумящие усилители, видеодетекторы, а также цифровое вычислительное устройство и жидкокристаллический индикатор, при этом первый выход цифрового вычислительного устройства через управляющие входы первого и второго усилителей мощности и через первый и второй антенные переключатели входом/выходом соединен с первой и второй фазированной антенной решеткой соответственно, выходы первого и второго антенного переключателя через первый и второй малошумящие усилители и видеодетекторы соединены соответственно с первым и четвертым входом цифрового вычислительного устройства, второй выход которого соединен с жидкокристаллическим индикатором, выход второго малошумящего усилителя и выход второго опорного кварцевого генератора дополнительно соединены со вторым и третьим входом цифрового вычислительного устройства, первый и второй опорные кварцевые генераторы соединены с частотными входами первого и второго усилителей мощности соответственно, обе фазированные антенные решетки состоят из четырех диполей, расположенных ромбом, а точки возбуждения этих диполей соединены с выходами диаграммообразующих схем антенных переключателей таким образом, что первый и второй диполи образуют линейку горизонтальной составляющей поляризации, а третий и четвертый - вертикальной, первая фазированная антенная решетка расположена в носовой части перпендикулярно продольной оси самолета, а вторая - под или за пассажирской кабиной параллельно горизонтальной плоскости самолета, жидкокристаллический индикатор имеет с краю вертикальную ленточную шкалу, на которой высвечивается текущая высота полета, и сегментную шкалу по центру, на которой высвечивается радиолокационная обстановка передней полусферы, причем сближение с самолетом или препятствием высвечивается яркостной отметкой цели красного цвета, а удаление - зеленого, также рядом или над яркостной отметкой высвечивается дальность до цели и скорость сближения или удаления (Патент на изобретение РФ № 2280264, кл. G01S 13/56, G01S 13/93, 20.03.2006 г.).

Недостатком данного многофункционального радиолокатора является отсутствие индикации на выполнения маневра антистолкновения в случае приближения к движущемуся объекту или препятствию на минимальную безопасную дальность, а также отсутствие индикации полета на опасной высоте.

Целью изобретения является повышения безопасности полетов за счет осуществления автоматической сигнализации о полете в зоне опасных высот и выдачи команды об осуществлении своевременного выполнения команды «отворот» для исключения столкновений с летательными аппаратами и препятствиями.

Для решения технической задачи предлагается многофункциональный радиолокатор, содержащий первые и вторые: фазированные антенные решетки, опорные кварцевые генераторы, импульсные усилители мощности, антенные переключатели, малошумящие усилители, видеодетекторы, а также цифровое вычислительное устройство и жидкокристаллический индикатор, при этом первый выход цифрового вычислительного устройства через управляющие входы первого и второго усилителей мощности и через первый и второй антенные переключатели входом/выходом соединен с первой и второй фазированной антенной решеткой соответственно, выходы первого и второго антенного переключателя через первый и второй малошумящие усилители и видеодетектор соединены соответственно с первым и четвертым входом цифрового вычислительного устройства, второй выход которого соединен с жидкокристаллическим индикатором, выход второго малошумящего усилителя и выход второго опорного кварцевого генератора дополнительно соединены со вторым и третьим входом цифрового вычислительного устройства, первый и второй опорные кварцевые генераторы соединены с частотными входами первого и второго усилителей мощности соответственно, обе фазированные антенные решетки состоят из четырех диполей, расположенных ромбом, а точки возбуждения этих диполей соединены с выходами диаграммообразующих схем антенных переключателей таким образом, что первый и второй диполи образуют линейку горизонтальной составляющей поляризации, а третий и четвертый - вертикальной, первая фазированная антенная решетка расположена в носовой части перпендикулярно продольной оси самолета, а вторая - под или за пассажирской кабиной параллельно горизонтальной плоскости самолета, жидкокристаллический индикатор имеет с краю вертикальную ленточную шкалу, на которой высвечивается текущая высота полета, и сегментную шкалу по центру, на которой высвечивается радиолокационная обстановка передней полусферы, причем сближение с самолетом или препятствием высвечивается яркостной отметкой цели красного цвета, а удаление - зеленого, также рядом или над яркостной отметкой высвечивается дальность до цели и скорость сближения или удаления, дополнительно введены блок обработки информации, индикатор «опасная высота» и индикатор сигнализации команды «отворот», при этом блок обработки информации состоит из первого и второго триггеров, первого, второго и третьего элементов И, первого и второго порогового устройства, первого и второго задатчиков сигналов, первого и второго делителей, сдвигового регистра, генератора импульсов, счетчика, причем первый, четвертый вход и второй выход цифрового вычислительного устройства соединены соответственно с первым, вторым и третьим входом блока обработки информации, первый и второй выходы которого соединены с индикатором «опасная высота» и индикатором команды «отворот», первый, второй и третий входы блока обработки информации соединены соответственно с входом первого триггера, вторыми входами первого и второго элемента И, с входом второго триггера, выход первого триггера через первый элемент И соединен с первым входом первого порогового устройства, второй вход которого соединен с выходом задатчика сигналов, выход порогового устройства соединен со входом первого элемента И-НЕ, выход которого является первым выходом блока обработки информации, выход второго триггера через второй элемент И соединен одновременно с входом сдвигового регистра, вторым входом второго делителя и первым входом первого делителя, второй вход которого через счетчик соединен с выходом третьего элемента И, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом сдвигового регистра и генератора импульсов, выход первого делителя соединен с первым входом второго делителя, выход которого соединен с первым входом второго порогового устройства, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика сигналов, выход второго порогового устройства соединен со входом элемента И-НЕ, выход которого является вторым выходом блока обработки сигналов.

На фиг.1 показана структурная схема многофункционального радиолокатора, на фиг.2 - панель ЖКИ с отметками высоты и целей, на фиг.3 - схема расположения диполей фазированных антенных решеток, на которых изображены: 1 и 2 - опорные кварцевые генераторы (ОКГ) (первый и второй соответственно), 3 и 4 - усилители мощности, 5 и 6 - первый и второй антенные переключатели (АП) с диаграммообразующими схемами, 7 и 8 - первый и второй малошумящие усилители (МШУ), 9 и 10 - первый и второй видеодетекторы (ВД), 11 - цифровое вычислительное устройство (ЦВУ), 12 - жидкокристаллический индикатор (ЖКИ), 13 и 14 - первая и вторая фазированные антенные решетки (ФАР), на фиг.4 - блок обработки информации.

Многофункциональный радиолокатор содержит фазированные антенные решетки 13 и 14, опорные кварцевые генераторы 1 и 2, импульсные усилители мощности 3 и 4, антенные переключатели 5 и 6, малошумящие усилители 7 и 8, видеодетекторы 9 и 10, цифровое вычислительное устройство 11, жидкокристаллический индикатор 12, блок 13 обработки информации, индикатор 14 «опасная высота», индикатор 15 команды «отворот», блок 13 обработки информации состоит из первого 16 и второго 17 триггеров, первого 18, второго 19 и третьего 20 элементов И, первого 21 и второго 22 пороговых устройств, первого 23 и второго 24 задатчиков сигналов, первого 25 и второго 26 делителей, сдвигового регистра 27, генератора 28 импульсов, счетчика 29, первого 30 и второго 31 элементов И-НЕ, при этом первый выход цифрового вычислительного устройства 11 через управляющие входы первого и второго усилителей мощности 3, 4 и через первый и второй антенные переключатели 5, 6 входом/выходом соединен с первой и второй фазированными антенными решетками 13, 14 соответственно; выходы первого и второго антенных переключателей 5, 6 через первый и второй малошумящие усилители 7, 8 и видеодетекторы 9, 10 соединены с цифровым вычислительным устройством 11, выход которого соединен с жидкокристаллическим индикатором 12, выход второго малошумящего усилителя 8 и выход второго опорного кварцевого генератора 2 дополнительно соединены с цифровым вычислительным устройством 11, первый и второй опорные кварцевые генераторы 1, 2 соединены с частотными входами первого и второго усилителей мощности 3, 4 соответственно, причем первый, четвертый вход и второй выход цифрового вычислительного устройства 11 соединены соответственно с первым, вторым и третьим входом блока 13 обработки информации, первый и второй выходы которого соединены с индикатором 14 «опасная высота» и индикатором 15 команды «отворот», первый, второй и третий входы блока 13 обработки информации соединены соответственно с входом первого 16 триггера, вторыми входами первого 18 и второго 19 элемента И, с входом второго 17 триггера, выход первого 16 триггера через первый 18 элемент И соединен с первым входом первого 21 порогового устройства, второй вход которого соединен с выходом задатчика 23 сигналов, выход порогового устройства 21 соединен с входом первого элемента И-НЕ, выход которого является первым выходом блока 13 обработки информации, выход второго 17 триггера через второй 19 элемент И соединен одновременно с входом сдвигового регистра 27, вторым входом второго 26 делителя и первым входом первого 25 делителя, второй вход которого через счетчик 29 соединен с выходом третьего 20 элемента И, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами сдвигового регистра 26 и генератора 28 импульсов, выход первого 25 делителя соединен с первым входом второго 26 делителя, выход которого соединен с первым входом второго 22 порогового устройства, второй вход которого соединен с выходом второго 24 задатчика сигналов, выход второго 22 порогового устройства соединен с входом второго элемента И-НЕ 31, выход которого является вторым выходом блока обработки сигналов.

Многофункциональный радиолокатор работает следующим образом.

ЦВУ определяет все временные соотношения радиолокатора в целом и его частот между собой. Подается сигнал на управляющие входы импульсных усилителей мощности 3 и 4, по которому на их выходах образуются радиоимпульсы с частотами заполнения f₁ и f₂ соответственно, которые через АП1 и АП2 поступают на первую 13 и вторую 14 антенны, где через диполи излучаются в пространство. Первая антенна 13 вместе с АП5, МШУ 7, ВД9, ОКГ1 и импульсным усилителем мощности 3 образует тракт радиовысотомера, а вторая антенна 14 с АП5, МШУ 8, ВД 10 и импульсным усилителем мощности 4 образует дальномерный тракт. После излучения радиоимпульса в каждом тракте по сигналу ЦВУ 11 антенные переключатели 5 и 6 переключаются на прием.

Отраженные радиоимпульсы от земной поверхности и от цели, например, встречного самолета принимаются антеннами 13 и 14 соответственно и через АП5 и АП поступают на МШУ 7 и МШУ 8 также соответственно, где усиливаются, затем детектируются на ВД 9 и ВД 10 и поступают на ЦВУ 11, где по известной формуле L=vt/2 определяется расстояние до земной поверхности (высота) и до цели, а по эффекту Доплера определяется скорость сближения (в дальномерном тракте).

L - расстояние до земной поверхности (высота) и до цели, км;

v - скорость распространения радиоволн 300000 км/сек;

t - время между излучаемым и отраженным радиоимпульсами, сек.

Обработанные импульсы поступают на ЖКИ 12, где высвечивается индикация: радиовысота в виде вертикального столбца с цифровой индикацией, а дальность до цели в виде яркостной отметки с указанием скорости сближения.

Предлагаемый радиолокатор позволяет дополнительно автоматически определять момент выполнения команды «отворот» для предотвращении столкновения летательного аппарата и, кроме того, автоматически обеспечивает выдачу информации о полете в зоне опасных высот, за счет индикации «опасная высота», что позволит повысить безопасность полета.

С первого, второго и третьего входов блока 13 обработки информации поступают сигналы соответственно на вход первого 16 триггера, второй входы первого 18 и второго 19 элемента И, на вход второго 17 триггера.

С выхода первого 16 триггера через первый 18 элемент И поступает на первый вход первого 21 порогового устройства, на второй вход которого поступает сигнал с выхода задатчика 23 сигналов.

В случае уменьшения величины сигнала до заданного уровня с выхода порогового устройства 21 сигнал снимается, что приведет к появлению сигнала на выходе элемента И-НЕ, с выхода которого сигнал поступает на вход индикатора 14 «опасная высота».

С выхода второго 17 триггера через второй 19 элемент И сигнал поступает одновременно на вход сдвигового регистра 27, второй вход второго 26 делителя и первый вход первого 25 делителя, на второй вход которого через счетчик 29 поступает сигнал с выхода третьего 20 элемента И, на первый и второй входы которого поступают сигналы соответственно с выходов сдвигового регистра 26 и генератора 28 импульсов.

С выхода первого 25 делителя сигнал поступает на первый вход второго 26 делителя, с выхода которого сигнал поступает на первый вход второго 22 порогового устройства, на второй вход которого поступает сигнал с выхода второго 24 задатчика сигналов.

В случае достижения значений сигнала уровня, характеризующего минимальный временной интервал, необходимый для выполнения маневра антистолкновения, с выхода второго 22 порогового устройства сигнал поступает через элемент И-НЕ 31 на вход индикатора 15 команды «отворот».

Таким образом, обеспечивается повышение безопасности движения за счет автоматического определения полета в зоне опасных высот и своевременного выдачи команды отворот для исключения столкновений с движущимся летательным аппаратом и препятствиями.

Источники информации

1. Патент на изобретение РФ № 2280264, кл. G01S 13/56, G01S 13/93 20.03.2006 г. (прототип).

Изобретение относится к радиотехнике для определения местоположения объектов с использованием радиолокационных систем и может быть использовано для обзора передней полусферы, измерения высоты полета легких маневренных самолетов и вертолетов, имеющих минимум приборного оборудования, а также для предупреждения столкновений с другими летательными аппаратами, высоковольтными линиями электропередач, вышками, трубами и т.п. Техническим результатом является повышение безопасности полета легкомоторного самолета за счет радиолокатора, определяющего минимально безопасное расстояния до движущегося объекта или преграды, а также минимально безопасную высоту полета. Многофункциональный радиолокатор содержит первые и вторые опорные кварцевые генераторы, усилители мощности, антенные переключатели с диаграммообразующими схемами, фазированные антенные решетки, малошумящие усилители видеодетекторы а также - цифровое вычислительное устройство, жидкокристаллический индикатор, блок обработки информации, индикатор «опасная высота» и индикатор «отворот». 4 ил.

Многофункциональный радиолокатор, содержащий первые и вторые фазированные антенные решетки, опорные кварцевые генераторы, импульсные усилители мощности, антенные переключатели, малошумящие усилители видеодетекторы, а также цифровое вычислительное устройство и жидкокристаллический индикатор, при этом первый выход цифрового вычислительного устройства через управляющие входы первого и второго усилителей мощности и через первый и второй антенные переключатели входом/выходом соединен с первой и второй фазированной антенной решеткой соответственно, выходы первого и второго антенного переключателя через первый и второй малошумящие усилители и первый и второй видеодетекторы соединены соответственно с первым и четвертым входом цифрового вычислительного устройства, второй выход которого соединен с жидкокристаллическим индикатором, выход второго малошумящего усилителя и выход второго опорного кварцевого генератора дополнительно соединены со вторым и третьим входом цифрового вычислительного устройства, первый и второй опорные кварцевые генераторы соединены с частотными входами первого и второго усилителей мощности соответственно, обе фазированные антенные решетки состоят из четырех диполей, расположенных ромбом, а точки возбуждения этих диполей соединены с выходами диаграммообразующих схем антенных переключателей таким образом, что первый и второй диполи образуют линейку горизонтальной составляющей поляризации, а третий и четвертый - вертикальной, первая фазированная антенная решетка расположена в носовой части перпендикулярно продольной оси самолета, а вторая - под или за пассажирской кабиной параллельно горизонтальной плоскости самолета, жидкокристаллический индикатор имеет с краю вертикальную ленточную шкалу, на которой высвечивается текущая высота полета, и сегментную шкалу по центру, на которой высвечивается радиолокационная обстановка передней полусферы, причем сближение с самолетом или препятствием высвечивается яркостной отметкой цели красного цвета, а удаление - зеленого, также рядом или над яркостной отметкой высвечивается дальность до цели и скорость сближения или удаления, при этом с помощью цифрового вычислительного устройства определяется расстояние до земной поверхности (высота) и до цели, а также скорость сближения, отличающийся тем, что имеет блок обработки информации индикатор «опасная высота» и индикатор команды «отворот», при этом блок обработки информации состоит из первого и второго триггеров, первого, второго и третьего элементов И, первого и второго порогового устройства, первого и второго задатчиков сигналов, первого и второго делителей, сдвигового регистра, генератора импульсов, счетчика, причем первый, четвертый вход и второй выход цифрового вычислительного устройства соединены соответственно с первым, вторым и третьим входом блока обработки информации, первый и второй выходы которого соединены с индикатором «опасная высота» и индикатором команды «отворот» первый, второй и третий входы блока обработки информации соединены соответственно с входом первого триггера, вторыми входами первого и второго элемента И, с входом второго триггера, выход первого триггера через первый элемент И соединен с первым входом первого порогового устройства, второй вход которого соединен с выходом задатчика сигналов, выход первого порогового устройства соединен со входом первого элемента И-НЕ, выход которого является первым выходом блока обработки информации, выход второго триггера через второй элемент И соединен одновременно с входом сдвигового регистра, вторым-входом второго делителя и первым входом первого делителя, второй вход которого через счетчик соединен с выходом третьего элемента И, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом сдвигового регистра и генератора импульсов, выход первого делителя соединен с первым входом второго делителя, выход которого соединен с первым входом второго порогового устройства, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика сигналов, выход второго порогового устройства соединен со входом второго элемента И-НЕ, выход которого является вторым выходом блока обработки информации.