СПОСОБ РАДИОЛОКАЦИИ ОБЪЕКТОВ С РАДИОПОГЛОЩАЮЩИМ ПОКРЫТИЕМ Российский патент 2014 года по МПК G01S13/02 

Изобретение относится к области активной радиолокации и касается обнаружения и определения координат объектов, покрытых радиопоглощающим материалом, например самолетов типа «стелс».

Обычно радиолокация объектов осуществляется посылкой передатчиком в окружающее пространство через определенный промежуток времени (период повторения) зондирующих импульсных электромагнитных сигналов сверхвысокочастотного диапазона и регистрацией приемником отраженного объектом эхо-сигнала. По интервалу времени между излученным и принятым импульсами определяется расстояние до объекта (цели), а по направлению антенны - его азимут и угол места. Если отраженного сигнала нет, то делается вывод, что небо чисто. Однако отраженного сигнала может не быть и при наличии объектов с радиопоглощающим покрытием. В этом случае зондирующий сигнал поглощается покрытием и не отражается обратно, в результате чего цель не обнаруживается.

Для радиолокации объектов с радиопоглощающим покрытием повышают мощность передатчика и чувствительность приемника [1]. Однако постоянно совершенствуется форма укрываемых объектов, а коэффициент отражения покрытий становится все ниже и в более широкой полосе частот (например, самосогласованные покрытия [2]). Поэтому такой способ радиолокации в дальнейшем может оказаться бесперспективным.

Известен способ радиолокации объектов с радиопоглощающим покрытием, называемый способом «одной волны», в котором передатчик и приемник локатора расположены по разные стороны от обнаруживаемого объекта, например передатчик находится на спутнике в космосе, а приемник - на поверхности земли [3]. Если между передатчиком и приемником окажется некоторый объект, то принимаемый сигнал уменьшится из-за рассеяния или поглощения им радиоволн. При этом не важно имеет он покрытие или нет, прохождение сигнала будет прервано в любом случае. Оператор сделает вывод о появлении в небе какого-то объекта между передатчиком и приемником.

Недостаток способа заключается в том, что часть радиолокатора (передатчик или приемник) приходится размещать на спутнике. Система также усложнена необходимостью большого числа приемников (или передатчиков) на поверхности земли для покрытия всей области наиболее вероятного нарушения воздушного пространства.

Радиопоглощающие материалы - это обычно композиты, содержащие ферриты, сегнетоэлектрики, частицы металла, полупроводников, углерода (графит, сажа, фуллерены) и полимерное связующее [4]. Они принципиально нелинейны, так как ферриты обладают магнитной нелинейностью, сегнетоэлектрики - диэлектрической, а полупроводники и металлы в местах контакта частичек образуют электронно-дырочные переходы с нелинейными вольт-амперными характеристиками. Поэтому в принципе возможна нелинейная радиолокация объектов с такими покрытиями.

Известна система обнаружения объектов, включающих нелинейные элементы [5]. Примененный в ней способ радиолокации заключается в облучении объекта импульсным передатчиком и регистрации приемником эхо-сигнала на частоте второй и третьей гармоник сигнала передатчика (прототип).

Недостатками данного способа являются низкая чувствительность и малая дальность обнаружения, обусловленные, во-первых, неизбежным наличием в собственном излучении передатчика 2-й и 3-й гармоник, которые создают шумы на входе приемника, и, во-вторых, сильным поглощением гармоник в радиопоглощающем покрытии объекта ввиду малой длины волны, что приводит к низкой мощности эхо-сигнала.

Задача изобретения заключается в повышении чувствительности и соответственно дальности радиолокации объектов с радиопоглощающим покрытием.

Это достигается тем, что облучение объекта ведут на двух близких частотах, а прием эхо-сигнала - на разностной частоте.

Для этого импульсный передатчик радиолокационной станции выполняется на двух генераторах (магнетронах), работающих от одного модулятора на близких частотах f₁, f₂. Излучение генераторов направляется на общую излучающую антенну. Приемник имеет отдельную антенну и настроен на разностную частоту f₁-f₂. Обе антенны соединены механически на общей оси. Излучение передатчика лежит в сантиметровом диапазоне длин волн, а приемника - в метровом.

При облучении объекта на частотах f₁ и f₂ излучение передатчика поглощается материалом покрытия. Ввиду нелинейности этого материала в нем генерируются комбинационные частоты, включая разностную частоту f₁-f₂, на которую настроен приемник. Сигнал разностной частоты практически не поглощается материалом покрытия ввиду того, что его длина волны (метры) оказывается значительно больше толщины слоя (миллиметры). Он отражается от металла объекта, излучается в окружающее пространство и регистрируется приемником. Расстояние до цели определяется по времени прихода сигнала на приемник, а азимут и угол места - по направлению узконаправленной излучающей антенны. При этом приемная антенна может быть ненаправленной или иметь широкую диаграмму направленности.

Повышение чувствительности и дальности радиолокации по сравнению с прототипом связано со значительно более низкой частотой отраженного сигнала, который практически не поглощается тонким слоем покрытия. Точность измерения координат цели при этом не падает, так как азимут и угол места находятся по коротковолновой излучающей антенне.

Способ может быть использован для радиолокации даже таких объектов, которые покрыты совершенно не отражающими материалами.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. П.А.Бакулев. Радиолокационные системы. М., Радиотехника, 2003.

2. Д.И.Мировицкий, В.М.Петров. Самосогласованное поглощение электромагнитных волн слоем сегнетомагнитодиэлектрика. Радиотехника, 1989, №3, с.60-62.

3. А.Цуриков. Можно ли увидеть невидимку? Инженер, 2008, №11, с.32, 33.

4. В.М.Петров, В.В.Гагулин. Радиопоглощающие материалы. Изв. РАН. Неорганич. материалы, 2001, т.37, №2, с.135-141.

5. Пат.РФ №2166769, кл. G01S 13/02. Заявл. 9.10.2000, опубл. 10.05.2001.

Изобретение относится к области активной радиолокации и касается обнаружения объектов, покрытых радиопоглощающим материалом, в частности самолетов типа «стелс». Достигаемый технический результат - повышение чувствительности и дальности действия. Способ заключается в облучении объекта сверхвысокочастотными импульсами передатчика и регистрации отраженного эхо-сигнала приемником, при этом облучение ведут на двух близких частотах, а регистрацию эхо-сигнала на их разностной частоте. Генерация разностной частоты происходит в композиционном материале покрытия ввиду его нелинейности. В связи с тем, что передатчик работает в сантиметровом диапазоне длин волн, а приемник в метровом, то поглощения эхо-сигнала тонким слоем покрытия практически не происходит, причем точность определения координат цели не уменьшается, так как азимут и угол места находятся по направлению коротковолновой и узконаправленной антенны передатчика.

Способ радиолокации объектов с радиопоглощающим покрытием, включающий облучение объекта сверхвысокочастотными импульсами передатчика и регистрацию отраженного эхо-сигнала приемником, отличающийся тем, что облучение ведут узконаправленной антенной в сантиметровом диапазоне на двух близких частотах f₁ и f₂, а прием и регистрацию эхо-сигнала - на их разностной частоте f₁-f₂, где длина волны значительно больше толщины радиопоглощающего покрытия.