СПОСОБ РАДИОЛОКАЦИИ С ФАР Российский патент 2009 года по МПК G01S13/02 

Изобретение относится к системам радиолокации и может быть использовано для подводного (ультразвук) и наземного видения.

Известен способ радиолокации (импульсная радиолокация), когда применяют систему из фазированных антенных решеток (ФАР), [1, стр.72-73]. составленной из множества разнесенных в пространстве антенных излучателей. При этом каждый излучатель снабжен фазовращателем, управляемым по особому алгоритму, позволяющему манипулировать в пространстве общей диаграммой направленности ФАР для посылки и принятия радиолокационных импульсов. При этом работа проходит по алгоритму: установление диаграммы направленности (˜50 мкс для pin-диодов), посылка импульса, ожидание прихода импульса на время дальности сканирования пространства, прием отраженного сигнала. Время, скорость и точность (количество посылок на сектор обзора радара) лимитируются скоростью света в пространстве (до границы обзора и обратно), дальностью обзора и временем установления и смены диаграммы направленности и шириной ее лепестка, причем все эти величины связаны едиными соотношениями. Кроме того, имеются ограничения по мощности для некоторых типов антенных излучателей.

Принцип работы изобретения основан на том, что излучение и прием отраженного сигнала осуществляется разными антеннами, причем излучение осуществляется не импульсно, а непрерывно (непрерывная радиолокация) всенаправленной антенной (или сконцентрировано в зоне сканирования приемной ФАР), а прием осуществляется ФАР. Теперь мощность излучаемой антенны ничем не ограничена. Причем сканирование пространства ФАР осуществляется непрерывно и может быть синхронизировано с передающей антенной линейно-частотно-модулированным импульсом (ЛЧМ-импульс), излучаемым антенной (имеется в виду непрерывная частотная модуляция за период модулирующей частоты с периодом модуляции, где частота модуляции может изменяться произвольным образом). Передающей антенной создается в приемной точке пространства непрерывное во времени и пространстве электромагнитное поле, созданное из отраженного от целей излучения, пришедшего с разных сторон к ФАР. При этом селекция целей по дальности осуществляется выделением частотной составляющей в принятом сигнале. Селекция по направлению и дальности может быть как совместной, так и с отсутствием одного из параметров, (допустим, требуется только направление на цель) или раздельной. Непрерывный способ излучения и сканирования пространства позволит резко увеличить скорость, частоту и разрешающую способность радиолокации одновременно и снять их зависимость от дальности и телесного угла обзора пространства при одновременном увеличении последних. Возможно совмещение непрерывной радиолокации с выделением доплеровской частоты. Возможно размещение приемной и излучающей антенны в разных местах.

Данный метод можно применить для защиты бронетехники и летательных аппаратов. Известны [4, 5] системы активной защиты (САЗ) «Арена» и «Дрозд», применяемые для защиты бронетанковой техники, но не ставшие массовыми для применения и являющимися скорее опытными образцами для отработки отдельных элементов системы в целом. Способы применения САЗ можно в общем разделить на две группы: обнаружения ПТУРС (противотанкового управляемого снаряда) и его уничтожения. Предлагаемое изобретения можно применить в качестве способа обнаружения (и сопровождения) цели (ПТУРС). Современные ПТУРС имеют скорости 300-500 м/с. Но уже появились ПТУРС со скоростями более 1 км/с. Например, ПТУРС «Гермес» [6, 7] уже имеет скорость 1300 м/с, не исключено появление целей с более высокими скоростными характеристиками. В то же время для поражения цели в основном используются осколочные боеприпасы. Не останавливаясь на эффективности подобного метода, следует заметить, что не исключено создание полностью легкобронированных ПТУРС, что потребует перейти от осколочного уничтожения ПТУРС к кинетическому или фугасно-кумулятивному. Для реализации таких методов невозможно будет использовать импульсную радиолокацию, так как потребуется намного более точное знание местоположения цели в пространстве в ближней зоне защищаемого объекта, что не реализуется импульсной радиолокацией ввиду больших затрат времени на ожидание отраженного сигнала из-за возможности прихода ранее посланных и отраженных импульсов. Отчасти это и обуславливает применение осколочных методов [4] уничтожения ПТУРС в большом объеме пространства, где предположительно и находится цель. Более точное угловое положение цели может обеспечить только непрерывная радиолокация.

В радиусе примерно 1 км при непрерывно излучаемой мощности порядка 1 кВт распределение энергии по площади составит примерно 1/20000 Вт/м². Если цель представляет собой ПТУРС, изготовленный по технологии «Стелс», то при его калибре порядка 120-150 мм (площадь сечения ˜0,0225 м²) Эффективную Поверхность Рассеивания (ЭПР) можно принять равной 0,001 м². Следовательно, будет отражена энергия от цели в окружающее пространство равномерно по всем углам с площади ЭПР 0,001 м² и только 1/20000000 ее дойдет до приемного устройства - ФАР. То есть на входе ФАР будет действовать отраженный сигнал мощностью 10^-15 Вт, что сравнимо [6; 3, стр.343] с современными параметрами приемных устройств, которые по причинам секретности могут быть занижены. На расстоянии 100 м мощность отраженного сигнала возрастет на два порядка пропорционально расстоянию. Учитывая, что цель летит к объекту защиты, цель определяется по доплеровскому смещению частоты, которая для РЛС диапазона 3 мм составит от 100 кГц до 4 МГц при скоростях цели от 100 до 2000 м/с. Применение обнаружения цели по ее доплеровской частоте позволит избежать засветки ФАР излучением передающих антенн близкорасположенных танков и от отражения своего же собственного излучения от окружающей местности [3, стр.59]. Для реализации электромагнитной совместимости достаточно сдвинуть частотный диапазон в подразделении на частоту, большую в 2 раза доплеровской частоты от самой быстрой цели. Частотный диапазон доплеровского излучения позволяет применить для его обработки полупроводниковые изделия, например полевые транзисторы. Применение во входном каскаде для усиления доплеровской частоты каскада на полевом транзисторе с входным сопротивлением 100 кОм позволит получить входное напряжение 10 мкВ при входной мощности 10^-15 Вт. Современные связные приемники [2, стр.237] обладают чувствительностью до 0,25 мкВ и это обуславливается только практической необходимостью. То есть данный способ непрерывной радиолокации теоретически возможен и промышленно применим.

Возможно применение вышеуказанного метода непрерывной радиолокации в сочетании с импульсной ФАР с широкой диаграммой направленности для определения дальности до цели по ее доплеровскому смещению частоты.

Данный способ непрерывной радиолокации возможно применить в системах видеоконтроля, в том числе скрытых. При этом излучение осуществляется на микроволнах или ультразвуке, а принятое отраженное излучение проходит селекцию по дальности, углу и силе отраженного сигнала и преобразуется в видимое телеизображение. В малых дозах микроволны неопасны для человека, а разная отражающая способность стройматериалов, тканей живых организмов, предметов быта и одежды, металлических и прочих предметов (а также сознательная модификация таких свойств у этих предметов) позволит более информативно и управляемо вести методы контроля и видеонаблюдения. Данный способ применим и акустике, позволяя создать, например, приборы видения под водой (дальность неограничена, в том числе и в коллоидных и вязких средах), как обычные, так и стереоскопические.

Применение стереоскопических способов (в том числе трех- (и более) -мерных) позволит создать более совершенные приборы для диагностики объемных и поверхностных свойств и границ пространства в электромагнитном, акустическом и оптическом диапазоне.

Список литературы

1. В.В.Пясецкий. Спутниковое телевидение и телевизионные антенны, Минск, Полымя, 1999 г.

2. В.Т.Поляков. Радиолюбителям о технике прямого преобразования, Москва, Патриот, 1990.

3. Справочник по основам радиолокационной техники под ред. В.В. Дружинина, Военное издательство Министерства Обороны СССР, Москва, 1967 г.

Информация на прилагаемом магнитном носителе (сохраненные веб-страницы и рисунок):

4. «Танку ПТУР не страшен!» - 1, 4, 5, 6.

5. Гермес 1.

6. Вооружение войск ПВО (РТВ) РЛС ЗРК Оса.

7. hermes-a.

Изобретение относится к системам радиолокации. Техническим результатом является увеличение скорости, частоты и разрешающей способности радиолокации. Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ радиолокации с использованием фазированной антенной решетки (ФАР), причем всенаправленная передающая антенна осуществляет непрерывное излучение с возможностью создания в зоне приема, осуществляемого ФАР, непрерывного во времени и пространстве электромагнитного поля, созданного из отраженных от разных целей импульсов, излучаемых всенаправленной передающей антенной, и принятых ФАР, при этом сканирование зоны обзора пространства ФАР при приеме осуществляется непрерывно и синхронизированно с непрерывным излучением линейно-частотно-модулированного импульса (ЛЧМ-импульса) всенаправленной передающей антенной, что обеспечивает селекцию целей по направлению и дальности, а также с возможностью одновременного увеличения скорости, частоты и разрешающей способности радиолокации целей вне зависимости их от дальности и телесного угла обзора пространства при одновременном увеличении последних.

Способ радиолокации с использованием фазированной антенной решетки (ФАР), отличающийся тем, что всенаправленной передающей антенной осуществляется непрерывное излучение с возможностью создания в зоне приема, осуществляемого ФАР, непрерывного во времени и пространстве электромагнитного поля, созданного из отраженных от разных целей импульсов, излучаемых всенаправленной передающей антенной, и принятых ФАР, при этом сканирование зоны обзора пространства ФАР при приеме осуществляется непрерывно и синхронизировано с непрерывным излучением линейно-частотно модулированного импульса (ЛЧМ-импульса) всенаправленной передающей антенной, что обеспечивает селекцию целей по направлению и дальности, а также с возможностью одновременного увеличения скорости, частоты и разрешающей способности радиолокации целей вне зависимости их от дальности и телесного угла обзора пространства при одновременном увеличении последних.