РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ МОДУЛЬ И ИЗВЕЩАТЕЛИ ОХРАНЫ НА ЕГО ОСНОВЕ Российский патент 2010 года по МПК G08B13/18 G01S13/00 

Изобретение относится к области охранной сигнализации, в частности к устройствам и средствам (извещатели, датчики, сенсоры, детекторы и т.п.) радиоволнового обнаружения нарушителя, основанным на свойствах физических тел рассеивать высокочастотные электромагнитные поля направленного излучения и приема и предназначенным для регистрации фактов вторжения посторонних лиц на территорию охраняемого объекта через его периметр. По способу регистрации рассеянного целью поля радиоволновые средства обнаружения можно разделить на два известных класса: «радиолучевые» и «радиолокационные».

Радиолучевые средства являются «двухпозиционными» системами и представлены конструктивами передатчика и приемника радиолокационных сигналов, размещаемыми на противоположных сторонах охраняемого рубежа. При вторжении цели в пространство, существенное для распространения радиоволн между позициями передачи и приема сигналов, приемник принимает излученное передатчиком зондирующее поле, регистрирует рассеянное (дифрагированное) целью поле по направлению «вперед» в качестве полезного сигнала и вырабатывает сигнал тревоги. Каждая из частей системы обычно содержит СВЧ-антенну направленного радиоизлучения и электронный блок, т.е. представляет собой самостоятельный модульный конструктив: «радиолокационный модуль». Передающий радиолокационный модуль отличается от приемного, в основном, только составом и функциональным назначением наборов радиоэлектронных компонент, объединенных печатными платами и электросвязями в радиоэлектронные узлы или «радиомодемы». На передающей стороне в электронном блоке модуля размещают «передающий радиомодем», реализующий функции модуляции, генерации и усиления мощности зондирующего сигнала. На приемной стороне в электронном блоке размещают «приемный радиомодем», реализующий функции приема, усиления, фильтрации и пороговой обработки отличительных признаков полезного сигнала с формированием сигнала тревоги на своем выходе.

Высокая надежность обнаружения, стабильность линейных размеров зоны обнаружения и простота обслуживания обусловили широкое применение радиолучевых систем в охране периметров объектов. Вместе с тем этим системам присущи известные недостатки: существуют рубежи, где вторую позицию невозможно реализовать (береговая линия, городские застройки и т.п.); в пределах охраняемого рубежа система не фиксирует конкретного местонахождения цели; требуется проведение трудоемких работ по нивелировке подстилающей поверхности на рубеже, высота зоны обнаружения неравномерна вдоль рубежа и т.п.

Упомянутые недостатки частично устраняют радиолокационные извещатели охраны «однопозиционного» типа, когда позиции передачи и приема радиосигналов совмещены в одной точке пространства, а обнаружение основано на регистрации рассеянных (отраженных) целью СВЧ полей в направлении «назад». Приемо-передатчик (радиолокационный модуль) такой системы содержит СВЧ антенну направленного радиоизлучения и электронный блок, содержащий: СВЧ циркулятор, передающий и приемный радиомодемы, в совокупности представляющие собой «приемо-передающий радиомодем».

Недостаток известных радиолокационных извещателей состоит в низкой разрешающей способности при оценке дальности до цели при тангенциальных (поперечных) направлениях движения цели через охраняемый рубеж, поскольку в данном случае отсутствуют характерные составляющие частот первичного эффекта Доплера, имеющие место при радиальном (продольном) направлении движения цели. Из-за низкой разрешающей способности существенно увеличена частота ложных тревог, вызываемых крупногабаритными объектами (например, транспортом, движущимся за пределами зоны обнаружения). Упомянутый недостаток устранен в наиболее близком по технической сущности к заявляемому техническом решении устройства «Радиолучевой датчик охраны» по патенту RU №2079889 МКИ G08 13/18, 13/24, 1997 г. Это устройство относится к радиолокационным извещателям периметровой охраны и содержит СВЧ антенну с подключенным к ее входу приемо-передающим радиомодемом, содержащим: СВЧ циркулятор, передающий и приемный радиомодемы, и обеспечивающим расширенные функциональные возможности по обнаружению цели при тангенциальном направлении ее движения с разрешающей способностью дальности обнаружения не хуже 5,0 метров. Это достигнуто на базе использования в устройстве сверхширокополосных линейночастотномодулированных (ЛЧМ) радиосигналов и диапазонов несущих радиочастот 10,0…35,0 ГГц.

Сходными техническими признаками вышеупомянутого устройства с признаками настоящего изобретения являются: приемо-передатчик, содержащий СВЧ антенну, работающую на передачу и прием радиосигналов в сверхшироком частотном спектре; приемо-передающий радиомодем, подключенный своим СВЧ входом к входу антенны. Основными недостатками прототипа являются:

- отсутствие технических признаков, характеризующих конструктивные параметры СВЧ антенны и модульного конструктива устройства в целом;

- ограниченные функциональные возможности определения направления движения цели через охраняемый рубеж.

Другим близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство «Радиолучевой извещатель охраны, способ его установки и узел крепления СВЧ диода для него», описанное в патенте RU №2103743 МКИ G08B 13/18, 13/24, 1998 г., в котором предложен модульный конструктив, частично устраняющий недостатки ранее упомянутого извещателя. Это устройство относится к радиолучевым двухпозиционным системам периметровой охраны и содержит передатчик и приемник, размещаемые на противоположных сторонах рубежа охраны. Передатчик представлен модульным конструктивом, содержащим СВЧ антенну, реализующую функцию направленного излучения зондирующего радиосигнала и подключенный к антенне электронный блок с размещенным в блоке передающим радиомодемом. Приемник представлен модульным конструктивом, содержащим СВЧ антенну, реализующую функцию направленного приема зондирующего и рассеянного целью радиосигналов, и подключенный к СВЧ входу антенны электронный блок с размещенным в нем приемным радиомодемом. Сходные существенные признаки вышеупомянутого устройства с признаками заявляемого изобретения: модульный конструктив и приемника, и передатчика, содержащий первый (или приемный, или передающий) радиомодем и СВЧ антенну, содержащую: обтекатель, зеркальный отражатель СВЧ поля с поверхностью в форме прямоугольного сегмента усеченного параболического цилиндра; первый облучатель в виде линейной фазированной решетки элементарных излучателей СВЧ поля, электродинамически подключенных к первому питающему волноводу; первый и второй концевые СВЧ входы первого питающего волновода, являющиеся первым и вторым СВЧ входами первого облучателя и СВЧ антенны соответственно подключенными к СВЧ входу первого радиомодема и к согласованной СВЧ нагрузке соответственно; упомянутая антенна, формирующая первую диаграмму коэффициента направленного действия (КНД) в открытом пространстве вдоль охраняемого рубежа. Основными недостатками устройства являются:

- отсутствие технических признаков, определяющих возможность унификации по применению единого модульного конструктива для создания радиоволновых и радиолокационных извещателей охраны различного функционального назначения с использованием высокопроизводительных технологий производства (штамповка, литье под давлением, и т.д.);

- отсутствие функциональных возможностей определения направления движения цели через охраняемый рубеж.

Целью настоящего изобретения является устранение упомянутых недостатков, а именно:

- создание единого модульного конструктива для построения радиолучевых и радиолокационных извещателей охраны различного функционального назначения с возможностью использования высокопроизводительных технологий их изготовления;

- создания нового семейства радиоволновых извещателей охраны с расширением функциональных возможностей в части повышения информативности и помехоустойчивости.

Для реализации этой цели поставлены следующие технические задачи:

во-первых - усовершенствовать модульную конструкцию радиолучевого извещателя охраны по патенту RU №2103743 с расширением функциональных возможностей формирования диаграммы СВЧ антенны и технологических возможностей изготовления конструктива в целом;

во-вторых - на базе вариантов единого унифицированного конструктива радиолокационного модуля создать семейство радиолучевых и радиолокационных извещателей охраны с расширенными функциональными возможностями по обнаружению направления движения цели через рубеж, повышению точности целеуказания места вторжения и устойчивости к помехам от движущегося крупногабаритного транспорта.

Первая задача решена тем, что в известном конструктиве радиолокационного модуля по ранее упомянутому патенту RU №2103743 несущий корпус устройства выполнен в форме цельнометаллического стакана, днище которого имеет форму выпуклого прямоугольного сегмента усеченного параболического цилиндра, и его внутренняя поверхность является зеркальным отражателем антенны; на краях боковых стенок корпуса закреплен радиопрозрачный обтекатель; внутренняя полость несущего корпуса разделена на аппаратный отсек и антенный отсек экранирующим СВЧ поле ребром жесткости, закрепленным на боковых стенках и на днище стакана перпендикулярно фокальной оси зеркального отражателя, при этом антенный отсек представляет собой согласованный с внешним пространством открытый многомодовый СВЧ резонатор; облучатель размещен вдоль фокальной оси зеркального отражателя в антенном отсеке, а первый радиомодем размещен в аппаратном отсеке.

Кроме того, предусмотрен второй вариант конструктива, когда в устройство дополнительно введен второй радиомодем, размещенный в аппаратном отсеке и подключенный своим СВЧ входом через первый и второй СВЧ входы второго питающего волновода ко второму СВЧ входу первого облучателя, при этом упомянутая СВЧ антенна формирует в контролируемом пространстве вторую диаграмму КНД; первая и вторая диаграммы КНД антенны в азимутальной плоскости смещены друг относительно друга на величину угла, задаваемого выбором величины коэффициентов электродинамической связи элементарных излучателей линейного облучателя с питающим волноводом и выбором отношения длины линейного шага фазированной решетки излучателей к длине волны СВЧ поля.

Кроме того, предусмотрен третий вариант конструктива, когда второй питающий волновод выполнен как составная часть второго облучателя в виде линейной фазированной решетки элементарных излучателей СВЧ поля и размещен рядом с первым облучателем вдоль фокальной оси зеркального отражателя в антенном отсеке, а к его второму СВЧ входу подключена согласующая нагрузка, при этом упомянутая СВЧ антенна формирует в контролируемом пространстве вторую диаграмму КНД; первая и вторая КНД антенны в азимутальной плоскости смещены друг относительно друга на величину угла, задаваемого выбором коэффициентов электродинамической связи элементарных излучателей с первым и вторым питающими волноводами соответственно, а так же выбором величины разницы в длинах линейного шага фазированных решеток первого и второго облучателей соответственно.

Кроме того, предусмотрен четвертый вариант конструктива, когда в антенный отсек над боковой цилиндрической поверхностью параллельно фокальной оси зеркального отражателя дополнительно введена изменяющая геометрию зеркального отражателя пластина-отражатель, которая формирует диаграмму КНД типа «cosec²» в плоскости угла места, перпендикулярной фокальной оси зеркального отражателя.

Кроме того, предусмотрен пятый вариант конструктива, когда корпус устройства выполнен из ударопрочного пластмассового токонепроводящего материала, а на внутренних поверхностях стенок, днища корпуса и экранирующего ребра жесткости нанесена токопроводящая металлическая пленка.

Вторая задача решена тем, что в двухпозиционных радиолучевых и однопозиционных радиолокационных извещателях охраны конструктивы передатчика, приемника и приемо-передатчика, содержащие СВЧ антенны направленного излучения, выполнены с отличительными признаками конструктивов вышеупомянутого радиолокационного модуля.

Кроме того, предложена новая пространственно-структурная схема двухрубежного радиолучевого извещателя охраны, в которой приемник и передатчик направленного излучения представлены конструктивами первого и второго радиолокационных модулей, размещаемых на противоположных сторонах охраняемого рубежа и выполненных либо по второму, либо по третьему вышеупомянутому варианту конструктива, при этом в первом модуле представлены первый и второй передающие радиомодемы, а во втором модуле представлены первый и второй приемные радиомодемы, выходы которых являются выходами первого и второго сигналов тревоги соответственно; второй передающий и второй приемный радиомодемы формируют вдоль охраняемого рубежа вторую радиолучевую зону обнаружения; при движении цели через охраняемый рубеж в соответствии с очередностью времени появления первого и второго сигналов тревоги принимают решение о направлении движения цели «от нас» или «к нам».

Кроме того, предложена новая пространственно-структурная схема радиолокационного извещателя охраны, содержащего конструктив радиолокационного модуля, выполненного по второму либо по третьему вышеупомянутому варианту, при этом первый и второй радиомодемы являются приемопередающими, второй радиомодем формирует вторую радиолокационную зону обнаружения вдоль охраняемого рубежа; при движении цели через рубеж в соответствии с очередностью времени появления первого и второго сигналов тревоги на выходах приемо-передающих радиомодемов соответственно принимают решение о направлении движении цели «от нас» или «к нам».

Кроме того, тем, что в вышеупомянутых радиолокационных модулях применены приемо-передающие радиомодемы, реализующие функции генерации, приема и обнаружения радиолокационных сигналов в сверхширокой полосе радиочистот Δf>с/4Δr, и обеспечивают ограничение предельной дальности обнаружения цели величиной r_max≥r±Δr, где r - дальность до цели, с - скорость света, Δr - разрешающая способность оценки дальности до цели не хуже 0,8…3,0 метров, соизмеримых с размерами тела человека.

Сущность настоящего изобретения поясняется чертежами фиг.1…фиг.3.

На фиг.1. представлен схематический конструктив радиолокационного модуля, где изображены: на фиг.1а - корпус модуля со снятым обтекателем, вид сверху; на фиг.1б - поперечное сечение корпуса модуля в плоскости XOZ; на фиг.1в - конструкция волноводно-щелевого облучателя; на фиг.1г - диаграммы фронтальных линий равнофазного радиоизлучения облучателя в плоскости YOZ.

На фиг.2 представлена диаграмма коэффициентов направленного действия СВЧ антенны демонстрационного образца радиолокационного модуля в сечениях: фиг.2а - по углу места; фиг.2б - по углу места с изменением геометрии зеркального отражателя; фиг.2в - по азимуту при противоположных направлениях запитки первого питающего волновода по входу 1 или входу 2 с измененной геометрией зеркального отражателя.

На фиг.3 представлены пространственно-структурные схемы радиоволновых извещателей охраны, в том числе: на фиг.3а, фиг.3б - однорубежные структуры, а на фиг.3в, фиг.3г - двухрубежные структуры радиолучевого и радиолокационного извещателей охраны соответственно.

Несущий корпус 1 (фиг.1a) радиолокационного модуля выполнен в форме цельнометаллического стакана с прямоугольными стенками 2. Днище 3 корпуса выгнуто в форме выпуклого прямоугольного сегмента поверхности усеченного параболического цилиндра, ограниченного раствором угла φ. Внутренняя поверхность днища с высокой чистотой обработки поверхности является зеркальным отражателем 4 СВЧ антенны. На краях стенок 2 в плоскости ХОУ закреплен радиопрозрачный обтекатель 5. Внутренняя полость 6 корпуса 1 разделена экранирующим СВЧ поле и закрепленным на стенках 2 и днища 3 перпендикулярно фокальной оси F и оси Y ребром жесткости 7 на антенный отсек 8 и аппаратный отсек 9. В аппаратном отсеке размещены первый и второй радиомодемы 10 и 11 соответственно со своими первыми СВЧ входами. Антенный отсек представляет собой открытый многомодовый радиоволновой резонатор с размерами апертуры Dx, Dy, в котором вдоль фокальной оси F зеркального отражателя 4 установлены питающие волноводы 12 и 13, первые входы которых подключены к первым СВЧ входам первого и второго радиомодемов 10 и 11 соответственно. Вторые входы питающих волноводов 12 и 13 в зависимости от варианта применения модульного конструктива антенны либо соединяют между собой волноводным соединителем, либо каждый нагружают на линейную фазированную решетку электромагнитных извещателей и на общеизвестную согласованную волноводную нагрузку (не показано), обычно встроенную непосредственно в волновод.

Антенная линейная фазированная решетка представлена набором элементарных (например, щелевых) излучателей, размещенных вдоль линии и отстоящих друг от друга на расстоянии «d», называемом «линейным шагом» фазированной решетки (см. «Антенны и устройства СВЧ. Расчет и проектирование антенных решеток и их излучающих элементов» под ред. Д.И.Воскресенского, М.: Сов. Радио, 1972 г.). Выбор отношения k=2d/λ, где λ - длина волны, определяет форму фазового распределения СВЧ поля вдоль решетки. Выбор коэффициента электромагнитной связи каждого элементарного излучателя с питающим волноводом определяет форму амплитудного распределения энергии СВЧ поля вдоль решетки.

В конструктивной совокупности питающий волновод и набор из 1, 2, …, N элементарных излучателей (фиг.1в) представляют собой «облучатель» антенны, радиоизлучение которого направлено в сторону зеркального отражателя 4. Облучатели антенны могут быть выполнены в различных конструктивных вариантах исполнения питающего волновода и линейной фазированной решетки элементарных излучателей, например в микрополосковом металлодиэлектрическом и т.п.

В демонстрационном образце устройства каждая фазированная решетка излучателей представлена набором из 1, 2, …, N щелей 15, прорезанных в узкой стенке линейного отрезка прямоугольного питающего волновода 14 (фиг.1в), обращенной в сторону зеркального отражателя 4. Продольная ось вдоль узкой стенки совмещена с фокальной осью F зеркального отражателя 4 и параллельна оси Y апертуры антенны. Коэффициент электродинамической связи каждой щели с питающим волноводом определяется величиной угла наклона «β» щели по отношению к нормали оси F. Угол φ - раствора КНД облучателя антенны в демонстрационном образце устройства составляет величину ~130 град, в пределах которого свыше 90% излученной облучателем энергии поля отражается зеркальным отражателем в направлении оси Z.

Размещение фазированной линейной решетки излучателей в конструктивно выделенном многомодовом волноводном резонаторе обеспечивает высокую стабильность электромагнитных связей и параметров антенны при воздействии гидрометеоров и климатических факторов в условиях эксплуатации на открытом воздухе. Кроме того, в устройстве обеспечены условия многолучевого волнового согласования объема резонатора с открытым пространством общеизвестными способами размещения на боковых стенках 2 режекторных радиоволновых фильтров, ползущих вдоль стенок радиоволн (не показано).

Предложенный конструктив радиолокационного модуля обеспечивает формирование нижеследующих вариантов диаграмм КНД:

а) По углу места в плоскости XOZ. В отсутствие пластины - отражателя 16 (фиг.1б) максимум энергии излучения совпадает с направлением оси Z. Форма диаграммы КНД симметрична, обычно ее называют формой типа «игла». При установке дополнительной пластины - отражателя 16 изменяется геометрия зеркального отражателя и в апертуре антенны формируется второй когерентный радиолуч с энергией . При их векторном суммировании в резонаторном объеме антенного отсека 8 диаграмма КНД антенны в целом приобретает несимметричную форму, называемую обычно формой типа «cosec²».

б) По азимутальному углу в плоскости YOZ. При запитке, например, волновода 12 СВЧ энергией поля со стороны входа 1 и в зависимости от выбора величины отношения: k=2d/λ, где λ - длина волны; максимум первой диаграммы КНД, формируемый первой фазированной линейной решеткой, направлен следующим образом:

- совпадает с направлением оси Z при k=1;

- отклоняется на угол +θ₁ при k₁>1;

- отклоняется на угол -θ₂ при k₂<1;

- при этом, если k₁·k₂≈1, то

Угловые отклонения θ₁ и θ₂ диаграммы КНД объясняются появлением набегов разности фаз при последовательной запитке элементарных излучателей 1,2,…,N линейных фазированных решеток (фиг.1г) бегущей волной. При опережающем набеге (k₁>1) и отстающем набеге (k₂<1) фазы радиоволны линии равнофазных фронтов 17 и 18 излучения отклоняются в противоположные стороны на углы «+θ₁» и «-θ₂». Соответственно точками на линиях пространственных фронтов равных фаз изображены фазы каждого из 1…N излучателей решетки. Диаграмма КНД антенны формируется в направлениях нормалей по отношению к линиям равнофазных фронтов радиоизлучения 17 и 18. Таким образом, в варианте конструкции радиолокационного модуля, в котором первый и второй питающие волноводы 12 и 13 и соответственно связанные с ними линейные фазированные решетки излучателей конструктивно удовлетворяют условию (1), антенна формирует две диаграммы КНД по каждому из входов антенны с отклонением максимумов их излучения на величину

Другой предложенный в настоящем изобретении вариант формирования двухлучевой диаграммы КНД антенны в азимутальной плоскости заключен в следующем. СВЧ вход второго радиомодема через питающий волновод 13 подключен ко второму СВЧ входу питающего волновода 12. В этом случае при последовательном во времени подключении упомянутых СВЧ входов в формировании двухлучевой КНД участвует только фазированная решетка излучателей первого волновода 12, которая последовательно во времени формирует два линейных фронта 18 и 19 равнофазного излучения соответственно с углами отклонения фазового фронта θ₁ и θ₃=θ₁+π. Величина дополнительного угла π здесь характеризует пространственное изменение направления движения бегущей волны в волноводе 12 на противоположное при его запитке СВЧ энергией со стороны его второго СВЧ входа при λ=const. Результирующая диаграмма КНД содержит два максимума, разнесенных на азимутальный угол θ=θ₁+θ₃=2θ₁.

СВЧ антенна демонстрационного образца усовершенствованного радиолокационного модуля с конструктивными параметрами: D_X=0,19 м, f≅24,0ГГц=const, D_Y=0,25 м, N=23, k≈0,9 и формирует диаграммы КНД, представленные на фиг.2 со следующими параметрами:

фиг.2а - раствор диаграммы КНД по углу места в плоскости XOZ составляет величину ≈5° на уровне -3 дбм;

фиг.2б - раствор диаграммы КНД по углу места в плоскости XOZ при измененной геометрии зеркального отражателя 4 (фиг.1б) путем дополнительной установки пластины - отражателя 16 составляет величину ~10° на уровне - 4 дбм, при этом диаграмма имеет асимметричную форму типа «cosec²»;

фиг.2в - СВЧ антенна формирует в плоскости YOZ две диаграммы КНД с шириной раствора ~3,5° при запитке волновода 12 (фиг.1а) по первому и второму СВЧ входам поочередно во времени со стороны первого или второго радиомодема соответственно. При этом максимумы КНД диаграммы смещены на углы θ₁=θ₃≈2° по отношению к оси Z и на угол θ=θ₁+θ₃≈4° между максимумами излучения.

Следует указать, что двухлучевой вариант диаграммы КНД в предложенном конструктиве может быть получен без введения второго питающего волновода 13 и второй фазированной решетки излучателей, а так же без запитки волновода 12 с противоположных входов, если подключенный к первому СВЧ входу волновода 12 радиомодем 10 будет периодически с позиционированием во времени менять длину волны излучения λ₁ на волну λ₂ при λ₁≠λ₂ и выполнении условия (2d/λ₁)·(2d/λ₂)≈1 и d=const. Недостатком данного варианта является необходимость расширения, по крайней мере, в два раза спектра используемых устройством радиочастот. Применение в устройстве радиомодемов двухчастотного ряда не изменяет сущности настоящего изобретения.

Принципиальный технический результат создания радиолокационного модуля заключается во вновь открывшейся возможности создания ряда радиолучевых и радиолокационных извещателей охраны различного функционального назначения на базе единого модульного конструктива с расширенными функциональными возможностями формирования однолучевых и двухлучевых диаграмм направленного радиоизлучения, и прогрессивных технологий его изготовления (литье под давлением, штамповка и т.д.). По настоящему изобретению предложены следующие пространственно - структурные схемы принципов построения однорубежных и двурубежных радиолучевых и радиолокационных извещателей охраны (фиг.3):

фиг.3а - представлена пространственно-структурная схема радиолучевой двухпозиционной однорубежной системы (извещателя) охраны в сечении плоскостью XOZ угла места, отличающаяся тем, что ее передатчик и приемник представлены первым и вторым унифицированными конструктивами радиолокационных модулей РМ1 и РМ2, размещенными на противоположных сторонах охраняемого рубежа, протяженностью r_max. В демонстрационном образце однорубежного радиолучевого извещателя использованы функциональные схемы передающего Т и приемного R радиомодемов соответственно, выполненных по ранее упомянутому патенту RU №2103743. Зона обнаружения ЗО нарушителя (цели) H образована пространственным пересечением диаграмм КНД СВЧ антенн РМ1 и РМ2 представленной на фиг.2а формы, взаимно юстированных в пространстве по максимумам излучения. При этом максимальная протяженность рубежа r_max составила величину не менее 500 метров;

фиг.3б - представлена пространственно-структурная схема радиолокационного однопозиционного однорубежного извещателя охраны в сечении плоскостью XOZ угла места, отличающаяся тем, что его приемо-передатчик представлен конструктивом усовершенствованного радиолокационного модуля РМ по настоящему изобретению. В демонстрационном образце этого извещателя использована функциональная схема приемопередающего радиомодема TR, выполненная по основным признакам ранее упомянутого патента RU №2079889. Форма диаграммы КНД СВЧ антенны демонстрационного образца извещателя представлена на фиг.2б. Измененная геометрия зеркального отражателя введением пластины - отражателя 16 (фиг.1б) обеспечила возможность исключения «мертвой зоны» МЗ по обнаружению H вблизи позиции места установки радиолокационного модуля путем пространственного сопряжения диаграммы КНД антенны типа «cosec²» с подстилающей поверхностью охраняемого рубежа. Упомянутая функциональная схема приемо-передающего радиомодема применена в демонстрационном образце со следующим вариантом технических параметров: несущая частота f≅24,0 ГГц, линейно-частотная девиация частоты в сверхширокой полосе радиочастот

где с - скорость света, Δr - разрешающая способность радиолокационного извещателя не хуже ~0,8 метра (соответствует размерам тела человека). Это обеспечило возможность установки высокоточной предельной протяженности охраняемого рубежа r_max≅100±1 метр и исключения ложных тревог от помех П, создаваемых потоками крупногабаритных транспортных средств, движущихся по шоссейным и железным дорогам за границей предельной дальности обнаружения. Кроме того, высокая разрешающая способность радиолокационного извещателя охраны обеспечила возможность выделения дополнительных существенных признаков для повышения надежности обнаружения тангенциального движения цели через охраняемый рубеж в виде спектра частот вторичного эффекта Доплера. Этот спектр определен случайными законами локомоций отдельных частей тела человека. Отраженный целью сигнал представлен векторной суммой взаимно-интерферирующих сигналов со случайными фазами, отраженных множеством отдельных «блестящих» точек, поскольку длина волны зондирующего сигнала много меньше отдельных размеров частей тела человека. Следует отметить, что высокая разрешающая способность обнаружения целей по дальности может быть так же достигнута при использовании других принципов сверхширокополосной модуляции зондирующих сигналов, например радиоимпульсном при выполнении условия (3). В этом случае приемопередающий радиомодем по классической схеме однопозиционной радиолокации должен обеспечивать излучение и прием сверхкоротких радиоимпульсов наносекундной длительности и обеспечивать измерение временных задержек отраженных сигналов с точностью не хуже 3…6 нс.

На фиг.3в представлена пространственно-структурная схема радиолучевой двухпозиционной системы (извещателя) охраны двухрубежного типа в сечении плоскостью азимутальных углов YOZ, отличающаяся возможностью оценки направления тангенциального движения цели через рубеж. В этой схеме конструктивы передатчика и приемника извещателя представлены первым и вторым радиолокационными модулями РМ1 и РМ2 соответственно, выполненными в двухлучевом варианте (фиг.2в), каждый РМ1 содержит первый и второй передающий радиомодемы Т1 и Т2 соответственно, а РМ2 содержит первый и второй приемные радиомодемы R1 и R2 соответственно. Каждая пара: Т1 и R1, Т2 и R2 - по первым и соответственно вторым диаграммам КНД модулей РМ1 и РМ2 формирует радиолучевую зону обнаружения ЗО1 и ЗО2 соответственно, смещенные параллельно вдоль оси Y. При поперечном движении цели через сигнальные рубежи на выходах радиомодемов R1 и R2 вырабатываются сигналы тревоги СТ1 и СТ2. Очередность их появления во времени определяет направления движения цели, например, по алгоритмам:

а) если сначала сигнал СТ1, а затем в интервале времени τ_зад появляется СТ2, то направление движения «от нас»;

б) если сначала сигнал СТ2, а затем в интервале времени τ_зад появляется СТ1, то направление движения «к нам».

На фиг.3г представлена пространственно-структурная схема радиолокационного извещателя охраны двухрубежного типа в сечении плоскостью азимутальных углов YOZ, отличающаяся возможностью оценки направления тангенциального движения цели через рубеж. В этой схеме конструктив извещателя охраны представлен радиолокационным модулем РМ, выполненном в двухлучевом варианте (фиг.2в) и содержащим первый и второй приемо-передающие радиомодемы TR1 и TR2, формирующие первую и вторую зоны обнаружения ЗО1 и ЗО2 по каждому радиолучу соответственно. При поперечном движении цели через сигнальные рубежи на выходах радиомодемов TR1 и TR2 вырабатываются сигналы тревоги СТ1 и СТ2. Очередность их появления во времени определяет направление движения «от нас» или «к нам» по ранее упомянутым алгоритмам а) и б).

Следует отметить, что в описании настоящего изобретения принята условная классификация радиомодемов по одноканальному признаку: каждый радиомодем - один канал обработки сигналов, однако радиомодемы могут быть выполнены и в многоканальных вариантах обработки сигналов с позиционированием каналов, например по времени или другим признакам. В этом случае каждая пара радиомодемов или Т1 и Т2, или R1 и R2, или TR1 и TR2 могут быть заменены одним радиомодемом со схемой двухканальной обработки сигналов, размещаемом в аппаратном отсеке 9 (фиг.1), что не изменяет принципиальной сущности настоящего изобретения.

Техническим результатом предложенного по настоящему изобретению семейства радиолучевых и радиолокационных извещателей охраны является расширение функциональных возможностей устройств в части:

- получения дополнительной информации о направлении движения цели через охраняемый рубеж;

- точной оценки дальности места вторжения цели на рубеже;

- повышении надежности обнаружения и устойчивости к помехам, вызываемым движением крупногабаритного транспорта за пределами зоны обнаружения;

- унификация конструктивов извещателей.

Изобретение относится к охранной сигнализации, предназначено для регистрации фактов вторжения посторонних лиц (нарушителей) на территорию объекта через его периметр с использованием высокочастотных электромагнитных полей направленного радиоизлучения. Технический результат - усовершенствован конструктив радиолокационного модуля с использованием зеркальной антенны типа «параболический цилиндр», и расширены возможности формирования однолучевых и двухлучевых диаграмм направленного радиоизлучения; расширены функциональные возможности однорубежных и двухрубежных радиолучевых (двухпозиционных) и радиолокационных (однопозиционных) извещателей охраны по формированию продольно-объемной зоны обнаружения, регистрации нарушителя с целеуказанием места вторжения и направления движения цели через рубеж, с высокой стабильностью предельных размеров зон обнаружения и устойчивостью к помехам от крупногабаритного транспорта, движущегося за пределами зоны, с повышенной надежностью обнаружения при тангенциальном (поперечном) направлении движения нарушителя через рубеж. Результаты достигнуты путем: объединения электронного блока, зеркального отражателя антенны и корпуса модуля в единый конструктив, использования свойств фазированной линейной решетки облучателя антенны изменять направление радиоизлучения с изменением направления его запитки высокочастотным полем, а так же с изменением отношения линейного шага решетки к длине радиоволны и с изменением геометрической формы поверхности зеркального отражателя. Высокая разрешающая способность по оценке дальности достигнута применением в радиолокационных извещателях приемо-передающих радиомодемов со сверхширокой полосой радиочастот излучаемых и принимаемых радиосигналов, обеспечивающих возможность уменьшения объема радиолокационного разрешения цели до размеров, соизмеримых с размерами тела человека. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Радиолокационный модуль для радиоволновых систем охраны периметров объектов, содержащий первый радиомодем и СВЧ антенну, содержащую: обтекатель; зеркальный отражатель СВЧ поля с поверхностью в форме прямоугольного сегмента усеченного параболического цилиндра; первый облучатель в виде линейной фазированной решетки элементарных излучателей СВЧ поля, электродинамически подключенных к первому питающему волноводу; первый и второй концевые СВЧ входы первого питающего волновода, являющиеся первым и вторым СВЧ входами первого облучателя и СВЧ антенны, соответственно подключенными к СВЧ входу первого радиомодема и к согласованной СВЧ нагрузке соответственно; упомянутая антенна, формирующая первую диаграмму коэффициента направленного действия (КНД) в открытом пространстве вдоль охраняемого рубежа, отличающийся тем, что несущий корпус устройства выполнен в форме цельнометаллического стакана, днище которого имеет форму выпуклого прямоугольного сегмента усеченного параболического цилиндра и его внутренняя поверхность является зеркальным отражателем антенны; на краях боковых стенок корпуса закреплен радиопрозрачный обтекатель; внутренняя полость несущего корпуса разделена на аппаратный отсек и антенный отсек экранирующим СВЧ поле ребром жесткости, закрепленным на боковых стенках и на днище корпуса перпендикулярно фокальной оси зеркального отражателя, при этом антенный отсек представляет собой согласованный с внешним пространством открытый многомодовый СВЧ резонатор; облучатель размещен вдоль фокальной оси зеркального отражателя в антенном отсеке, а первый радиомодем размещен в аппаратном отсеке.

2. Радиолокационный модуль по п.1, отличающийся тем, что в устройство дополнительно введен второй радиомодем, размещенный в аппаратном отсеке и подключенный своим СВЧ входом через первый и второй СВЧ входы второго питающего волновода ко второму СВЧ входу первого облучателя, при этом: упомянутая СВЧ антенна формирует в контролируемом пространстве вторую диаграмму КНД; первая и вторая диаграммы КНД антенны в азимутальной плоскости смещены относительно друг друга на величину угла, задаваемого выбором величины коэффициентов электродинамической связи элементарных излучателей линейного облучателя с питающим волноводом и выбором отношения длины линейного шага фазированной решетки излучателей к длине волны СВЧ поля.

3. Радиолокационный модуль по п.2, отличающийся тем, что второй питающий волновод выполнен как составная часть второго облучателя в виде линейной фазированной решетки элементарных излучателей СВЧ поля, и размещен рядом с первым облучателем вдоль фокальной оси зеркального отражателя в антенном отсеке, а к его второму СВЧ входу подключена согласующая нагрузка, при этом упомянутая СВЧ антенна формирует в контролируемом пространстве вторую диаграмму КНД; первая и вторая КНД антенны в азимутальной плоскости смещены относительно друг друга на величину угла, задаваемого выбором коэффициентов электродинамической связи элементарных излучателей с первым и вторым питающими волноводами соответственно, а также выбором величины разницы в длинах линейного шага фазированных решеток первого и второго облучателей соответственно.

4. Радиолокационный модуль по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в антенный отсек над боковой цилиндрической поверхностью параллельно фокальной оси зеркального отражателя дополнительно введена изменяющая геометрию зеркального отражателя пластина-отражатель, которая формирует диаграмму КНД типа «cosec²» в плоскости угла места, перпендикулярной фокальной оси зеркального отражателя.

5. Радиолокационный модуль по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что его корпус выполнен из ударопрочного пластмассового токонепроводящего материала, а на внутренних поверхностях стенок, днища корпуса и экранирующего ребра жесткости нанесена токопроводящая металлическая пленка.

6. Радиолучевой извещатель охраны, содержащий размещенные на противоположных сторонах охраняемого рубежа передатчик и приемник направленного радиоизлучения, формирующие вдоль рубежа первую радиолучевую зону обнаружения; упомянутый передатчик, содержащий первую СВЧ антенну с подключенными к ее первому СВЧ входу первым передающим радиомодемом; упомянутый приемник, содержащий вторую СВЧ антенну с подключенным к ее первому СВЧ входу первым приемным радиомодемом, выход которого является выходом первого сигнала тревоги, отличающийся тем, что упомянутые передатчик и приемник представлены конструктивами первого и второго радиолокационных модулей соответственно, содержащими первый приемный и первый передающий радиомодемы соответственно и выполненными по п.1.

7. Радиолучевой извещатель охраны по п.6, отличающийся тем, что приемник и передатчик направленного радиоизлучения представлены конструктивами первого и второго радиолокационных модулей, выполненных по п.2 или по 3, при этом в первом модуле представлены первый и второй передающие радиомодемы, а во втором модуле представлены первый и второй приемные радиомодемы, выходы которых являются выходами первого и второго сигналов тревоги соответственно; второй передающий и второй приемный радиомодемы формируют вдоль охраняемого рубежа вторую радиолучевую зону обнаружения; при движении цели через охраняемый рубеж в соответствии с очередностью времени появления первого и второго сигналов тревоги принимают решение о направлении движения цели «от нас» или «к нам».

8. Радиолокационный извещатель охраны, содержащий приемопередатчик с первым приемопередающим радиомодемом, подключенным к первому входу СВЧ антенны, и формирующий первую радиолокационную зону обнаружения вдоль охраняемого рубежа, отличающийся тем, что его конструктив представлен конструктивом радиолокационного модуля, выполненного по п.1.

9. Радиолокационный извещатель охраны по п.8, отличающийся тем, что его конструктив представлен конструктивом радиолокационного модуля, выполненного по п.2 или 3, при этом первый и второй радиомодемы являются приемопередающими, второй радиомодем формирует вторую радиолокационную зону обнаружения вдоль охраняемого рубежа; при движении цели через рубеж в соответствии с очередностью времени появления первого и второго сигналов тревоги на выходах приемопередающих радиомодемов соответственно принимают решение о направлении движении цели «от нас» или «к нам».

10. Радиолокационный извещатель охраны по п.8 или 9, отличающийся тем, что первый и второй приемопередающие радиомодемы устройства реализуют функции генерации, приема и обнаружения радиолокационных сигналов в сверхширокой полосе радиочастот Δf> с/4Δr и обеспечивают ограничение предельной дальности обнаружения цели величиной r_max≥r±Δr, где r - дальность до цели; с - скорость света, Δr - разрешающая способность оценки дальности до цели не хуже 0,8…3,0 м.