УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ПЛОЩАДИ РАССЕЯНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2008 года по МПК G01R29/08 G01S13/00 

Изобретения относится к радиолокации, в частности к радиолокационным измерениям, и может быть использовано на открытых радиоизмерительных полигонах.

Измерения эффективной площади рассеяния (ЭПР) на открытых радиоизмерительных полигонах характеризуются большим объемом подготовительных работ, одной из которых является установка объекта на опорно-поворотное устройство, которое находится в измерительном объеме. При этом в ходе измерений необходимо удалять измеряемый объект из измерительного объема и заменять его эталонным отражателем для калибровки. Периодичность выполнения калибровки обусловлена метрологическими характеристиками измерительного комплекса и для достижения требуемой точности результатов измерений должна быть не более интервала долговременной нестабильности параметров измерительной аппаратуры комплекса. Однако для некоторых типов натурных крупногабаритных объектов, не обладающих возможностью автономного маневрирования (в дальнейшем называемых крупногабаритными объектами), время выполнения процедуры замещения на эталонный отражатель и последующей повторной установки объекта на поворотную платформу существенно превышает интервал долговременной нестабильности основных метрологических характеристик измерительной аппаратуры комплекса, что приводит к увеличению погрешности измерений.

Известно устройство для измерения ЭПР объектов (Экспресс-информация, серия «Радиолокация, телевидение, радиосвязь», 1974 г., №24, стр.3), содержащее приемную антенну, передатчик, приемник и вычислитель, при этом выход передатчика соединен со входом передающей антенны, выход приемной антенны соединен со входом приемника, выход которого соединен с вычислителем.

Известное устройство работает следующим образом. Вначале производится калибровка устройства. Для чего в направлении объекта с известной ЭПР (эталона) с помощью передающей антенны излучается сформированный передатчиком зондирующий сигнал. Отраженный сигнал принимается и измеряется его мощность.

Затем в измерительный объем помещается измеряемый объект и тоже измеряется мощность отраженного сигнала. Путем сравнения мощностей от эталона и объекта в вычислителе определяется ЭПР объекта.

Недостатком известного устройства является то, что в полигонных условиях при определении ЭПР крупногабаритных объектов не удается за короткое время менять местами эталон и объект измерения, что снижает точность измерения ЭПР.

Наиболее близким по технической сущности является комплекс RAT SCAT для измерения радиолокационного поперечного сечения целей (Марлоу, Ватсон и Ван-Хозер. Комплекс RAT SCAT для измерения радиолокационного поперечного сечения целей. ТИИЭР, 1965, т.53, №8, стр.1085).

Комплекс RAT SCAT содержит импульсный передатчик, антенный переключатель, антенну, опорно-поворотное устройство, объект измерения, эталонный отражатель, приемник, вычислитель, пульт управления, при этом импульсный передатчик соединен со входом антенного переключателя, выход которого соединен со входом антенны, второй выход антенного переключателя соединен с приемником, выход которого соединен со входом вычислителя, второй вход вычислителя соединен с опорно-поворотным устройством.

Измерения ЭПР с помощью комплекса RAT SCAT производятся следующим образом. Вначале производится калибровка аппаратуры. Методика калибровки заключается в следующем: измеряется ЭПР убирающегося уголкового отражателя относительно сферы; для поддержания калибровки в процессе измерений этот отражатель устанавливается в ячейке разрешения по дальности, отличной от той, в которой находится подлежащий измерению объект.

Установка эталонного отражателя в другой ячейке разрешения по дальности приводит к ошибкам измерения, обусловленным разным уровнем фона в месте размещения объекта и эталонного отражателя, а также электродинамическим взаимодействием измеряемого объекта с опорно-поворотным устройством.

Таким образом, решаемой задачей (техническим результатом) является повышение точности измерения ЭПР крупноразмерных объектов за счет размещения эталонного отражателя в непосредственной близи с измеряемым объектом и проведения калибровки без удаления измеряемого объекта из рабочего объема.

Новый технический результат достигается за счет того, что в известное устройство для измерения ЭПР крупногабаритных объектов, содержащее последовательно соединенные импульсный передатчик, антенный переключатель, антенну, приемник и вычислитель, ко второму входу которого подсоединен пульт управления, вторые вход-выход которого соединены с основным опорно-поворотным устройством, на котором установлен измеряемый объект и эталонный отражатель, введены дополнительное опорно-поворотное устройство с платформой и подъемник, причем на платформе дополнительного опорно-поворотного устройства эксцентрично установлен эталонный отражатель, а дополнительное опорно-поворотное устройство расположено на подъемнике, который установлен между основным опорно-поворотным устройством и передатчиком в одном импульсном объеме с объектом измерения, при этом третьи вход-выход пульта управления соединены с дополнительным опорно-поворотным устройством.

Поясним сущность предлагаемого технического решения.

В заявляемом техническом решении для проведения калибровки применяют дополнительное опорно-поворотное устройство с платформой для установки эталонного отражателя. При этом эталонный отражатель на платформе устанавливается эксцентрично для моделирования смещения вдоль линии визирования на два периода облучающей электромагнитной волны.

Дополнительное опорно-поворотное устройство устанавливается на подъемнике для того, чтобы поднимать эталонный отражатель до линии визирования передатчика во время калибровки и опускать вниз, когда калибровка закончилась. При опускании вниз эталонный отражатель выводится из измерительного объема.

Подъемник устанавливается между основным опорно-поворотным устройством и передатчиком в одном импульсном объеме с измеряемым объектом. Для управления подъемником и дополнительным опорно-поворотным устройством в пульт управления введен третий вход-выход.

Проведенный анализ уровня техники позволяет установить, что заявляемое устройство, характеризующееся совокупностью признаков, идентичных всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, отсутствует, что указывает на соответствие заявляемого изобретения критерию «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличными признаками заявляемого устройства, показали, что в общедоступных источниках информации не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками, а именно - дополнительное введение опорно-поворотного устройства с платформой и подъемник, причем на платформе дополнительного опорно-поворотного устройства эксцентрично установлен эталонный отражатель, а дополнительное опорно-поворотное устройство расположено на подъемнике, который установлен между основным опорно-поворотным устройством и передатчиком в одном импульсном объеме с объектом измерения, при этом третьи вход-выход пульта управления соединены с дополнительным опорно-поворотным устройством. Из уровня техники также не подтверждена известность влияния отличительных признаков заявляемого устройства на поставленную техническую задачу - повышение точности измерения крупногабаритных объектов, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».

Изобретение «Устройство для измерения ЭПР крупногабаритных объектов» промышленно применимо, так как совокупность характеризующих его признаков обеспечивает возможность его осуществления, работоспособность и воспроизводимость для измерения ЭПР крупногабаритных объектов на радиоизмерительных полигонах, так как для реализации заявленного устройства могут быть использованы известные материалы и оборудование.

На фиг.1 представлено устройство для измерения ЭПР крупногабаритных объектов. Устройство для измерения ЭПР крупногабаритных объектов состоит из импульсного передатчика - 1, антенного переключателя - 2, антенны - 3, основного опорно-поворотного устройства - 4, измеряемого объекта - 5, эталонного отражателя - 6, приемника - 7, вычислителя - 8, пульта управления - 9, дополнительного опорно-поворотного устройства - 10 с платформой - 11 и подъемника - 12.

Импульсный передатчик - 1, антенный переключатель - 2, антенна - 3, приемник - 7, вычислитель - 8 соединены последовательно. Измеряемый объект - 5 установлен на основном опорно-поворотном устройстве - 4, эталонный отражатель - 6 установлен на платформе - 11 дополнительного опорно-поворотного устройства - 10, которое размещено на подъемнике - 12. Пульт управления - 9 соединен с вычислителем - 8, вторые вход-выход соединены с основным опорно-поворотным устройством - 4, а третьи вход-выход пульта управления - 9 соединены с дополнительным опорно-поворотным устройством - 10.

Устройство для измерения ЭПР крупногабаритных объектов работает следующим образом. На основное опорно-поворотное устройство - 4 устанавливается измеряемый объект - 5. С пульта управления - 9 одновременно включается импульсный передатчик - 1 и основное опорно-поворотное устройство - 4. Импульсный передатчик - 1 через антенный переключатель - 2 и антенну - 3 излучает сигнал в направлении измеряемого объекта - 5. При этом измеряемый объект - 5 вращается на платформе основного опорно-поворотного устройства - 4. С помощью приемника - 7 принимаются отраженные сигналы от объекта измерения - 5 (P_n) в процессе всего оборота поворотной платформы на 360 градусов и подаются на вычислитель - 8. Одновременно с этим на вычислитель - 8 с основного опорно-поворотного устройства - 4 приходит информация о ракурсе ϕ измеряемого объекта - 5 и в результате получают круговую диаграмму ЭПР объекта по мощности Р_n. После этого продолжают вращать измеряемый объект - 5 до тех пор, пока уровень мощности отраженного сигнала от него не будет примерно равен уровню мощности сигнала от эталонного отражателя Р_эт, причем это значение известно и получается расчетным путем.

Затем на платформу - 11 дополнительного опорно-поворотного устройства - 10 на расстоянии R от центра платформы - 11 устанавливается эталонный отражатель - 6 с известной ЭПР σ_ЭТ (фиг.2). С пульта управления - 9 вначале включается подъемник - 12, который поднимает эталонный отражатель - 6 по высоте на уровень объекта измерения - 5 и далее включается вращение дополнительного опорно-поворотного устройства - 10. Затем с помощью приемника - 7 принимаются отраженные сигналы и подаются на вычислитель - 8, где определяется максимум отраженного от эталонного отражателя - 6 сигнала Р_max. С учетом того, что круговое перемещение эталонного отражателя - 6 вблизи линии визирования в малом интервале углов можно считать линейным, с помощью приемника - 7 регистрируется уровень мощности векторной суммы сигналов, отраженных от измеряемого объекта - 5 и вращающегося эталонного отражателя - 6, и подаются на вычислитель - 8, где выбирается максимальное Р_max и минимальное Р_min значения уровней мощности отраженных сигналов, с помощью которых определяется ЭПР в точке взаимодействия измеряемого объекта - 5 с эталонным отражателем - 6 по формуле

Данная формула получается из решения системы уравнений (2) и (3) для взаимодействия двух отражателей

После этого с пульта управления - 9 отключается вращение дополнительного опорно-поворотного устройства - 10 с эталонным отражателем - 6 и включается подъемник - 12, который опускает эталонный отражатель - 6 вниз по высоте до его выхода из зоны облучения. Точку на объекте с ЭПР σ_ВЗ используют в качестве эталона. А затем вычислитель - 8 вычисляет ЭПР измеряемого объекта - 5 для любого ракурса ϕ, используя ЭПР в точке взаимодействия σ_ВЗ и мощность взаимодействия Р_ВЗ по формуле

Величина расстояния R, на которое может быть вынесен эталонный отражатель - 6 от центра платформы - 11, определяется условием:

Это условие определено следующим соображением, что в пределах сектора анализа 2Δϕ должно быть не менее двух периодов интерференции колебаний электромагнитной волны.

Например, для трехсантиметрового диапазона длин волн при Δϕ=0,1 рад величина расстояния выноса эталонного отражателя от центра платформы составит R=32 см, что приемлемо для проводимых измерений.

Применение заявляемого устройства при измерении ЭПР позволяет повысить точность измерения ЭПР крупногабаритных объектов за счет размещения эталонного отражателя в непосредственной близи с измеряемым объектом и проведения калибровки без удаления измеряемого объекта из рабочего объема. Это позволяет устранить составляющую ошибки измерения, обусловленную разным уровнем фона в месте размещения объекта и эталонного отражателя, а также снизить электродинамическое взаимодействие измеряемого объекта с опорно-поворотным устройством.

Устройство может быть использовано на открытых радиоизмерительных полигонах для измерения эффективной площади рассеяния (ЭПР) крупногабаритных объектов и содержит последовательно соединенные импульсный передатчик, антенный переключатель, антенну, приемник и вычислитель, ко второму входу которого присоединен пульт управления, вторые вход-выход которого соединены с основным опорно-поворотным устройством, на котором установлен измеряемый объект, и эталонный отражатель, а также содержит дополнительное опорно-поворотное устройство с платформой и подъемник. На платформе дополнительного опорно-поворотного устройства эксцентрично установлен эталонный отражатель, подъемник дополнительного опорно-поворотного устройства установлен между основным опорно-поворотным устройством и передатчиком в одном импульсном объеме с объектом измерения, а третьи вход-выход пульта управления соединены с дополнительным опорно-поворотным устройством. Устройство позволяет повысить точность измерения ЭПР крупногабаритных объектов за счет размещения эталонного отражателя в непосредственной близи с измеряемым объектом и проведения калибровки без удаления измеряемого объекта из рабочего объема, а также устранить составляющую ошибки измерения, обусловленную разным уровнем фона в месте размещения объекта и эталонного отражателя, и снизить электродинамическое взаимодействие измеряемого объекта с опорно-поворотным устройством. 2 ил.

Устройство для измерения эффективной площади рассеяния крупногабаритных объектов, содержащее последовательно соединенные импульсный передатчик, антенный переключатель, антенну, приемник и вычислитель, ко второму входу которого присоединен пульт управления, вторые вход-выход которого соединены с основным опорно-поворотным устройством, на котором установлен измеряемый объект, и эталонный отражатель, отличающееся тем, что в него введены дополнительное опорно-поворотное устройство с платформой и подъемник, причем на платформе дополнительного опорно-поворотного устройства эксцентрично установлен эталонный отражатель, а дополнительное опорно-поворотное устройство расположено на подъемнике, который установлен между основным опорно-поворотным устройством и передатчиком в одном импульсном объеме с объектом измерения, при этом третьи вход-выход пульта управления соединены с дополнительным опорно-поворотным устройством.