РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС Российский патент 2015 года по МПК G01S7/40 

Изобретение относится к радиолокации, в частности к радиолокационным измерениям эффективной площади рассеяния (ЭПР) объектов, и может быть использовано на открытых радиоизмерительных полигонах.

Известна импульсная измерительная установка [Е.Н. Майзельс, В.А. Торгованов. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей. - М.: Советское радио. - 1972, 166 с.], содержащая импульсный передатчик, передающую антенну, приемную антенну, приемник, пульт управления, угломерное устройство, поворотное устройство, опору, рассеиватель и регистрирующее устройство.

Недостатком известного устройства является низкая точность измерений диаграммы ЭПР объектов, которая обусловлена влиянием зеркального отражения облучающего электромагнитного поля от подстилающей поверхности на формирование результирующего амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля в измерительном объеме и фонового отражения от элементов, находящихся за объектом в импульсном объеме.

Наиболее близким по технической сущности является комплекс 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 содержит последовательно соединенные приемник, вычислитель, импульсный передатчик, антенный переключатель и антенну, при этом второй выход антенного переключателя соединен с входом приемника, а также опорно-поворотное устройство с измеряемым объектом, размещенным в измерительном объеме и пульт управления, который первым, вторым и третьим выходами соединен со вторым входом передатчика, входом поворотного устройства и вторым входом вычислителя соответственно, кроме того, вычислитель третьим входом соединен с выходом поворотного устройства.

Устройство не обеспечивает устранения влияния зеркального отражения облучающего электромагнитного поля от подстилающей поверхности на формирование результирующего амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля в измерительном объеме и фонового отражения от элементов, находящихся за объектом в импульсном объеме, что обусловливает низкую точность измерений диаграммы ЭПР объектов.

Техническим результатом данного изобретения является повышение точности измерений диаграммы ЭПР объектов за счет устранения влияния зеркально отраженного облучающего электромагнитного поля от подстилающей поверхности на формирование результирующего амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля в измерительном объеме и фонового отражения от элементов, находящихся за объектом в импульсном объеме.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в известном устройстве, содержащем последовательно соединенные приемник, вычислитель, импульсный передатчик, антенный переключатель и антенну, при этом второй выход антенного переключателя соединен с входом приемника, а также опорно-поворотное устройство с измеряемым объектом, размещенным в измерительном объеме и пульт управления, который первым, вторым и третьим выходами соединен со вторым входом передатчика, входом поворотного устройства и вторым входом вычислителя соответственно, кроме того, вычислитель третьим входом соединен с выходом поворотного устройства, профиль измерительной трассы выполнен наклонным, при этом опорно-поворотное устройство с измеряемым объектом расположены в верхней точке измерительной трассы, а антенна - в нижней, кроме того, в него введено радиопоглощающее устройство, устанавливаемое на измерительной трассе на расстоянии от антенны, которое определяют по формуле

,

где H_A - высота фазового центра антенны над горизонтальной плоскостью, R - расстояние между фазовым центром антенны и вертикальной осью, проходящей через центр измерительного объема, D_P - размер измерительного объема в глубину, α - угол наклона профиля измерительной трассы к горизонту, H₀ - высота нижней границы измерительного объема относительно горизонтальной плоскости, H_P - размер измерительного объема по высоте, при этом ширину радиопоглощающего устройства выбирают не менее длины малой оси эллипса первой зоны Френеля антенны, а высоту определяют по формуле

.

Сущность изобретения поясняется фигурой, где представлено взаимное расположение элементов радиолокационного измерительного комплекса. На фигуре изображены: антенна - 1, фазовый центр которой расположен на высоте Н_А над горизонтальной плоскостью; опорно-поворотное устройство - 2, размещенное в «дальней зоне»; измеряемый объект - 3, размещенный в измерительном объеме - 4 с размерами: Н₀ - высота нижней границы измерительного объема относительно горизонтальной плоскости, Н_Р - размер измерительного объема по высоте и D_P - размер измерительного объема в глубину; радиопоглощающее устройство - 5, α - угол наклона профиля измерительной трассы к горизонту, кроме того, схематично изображена геометрия лучей, по которым распространяется энергия облучающего поля: А - прямого, Б - зеркально отраженного от подстилающей поверхности измерительной трассы и в отсутствие радиопоглощающего устройства попадающего в верхнюю ближнюю к антенне точку измерительного объема, В - прямого, проходящего через край радиопоглощающего устройства и попадающего в нижнюю дальнюю от антенны точку измерительного объема.

Для проведения измерения эффективной площади рассеяния объектов с высокой точностью необходимо, чтобы объект облучался электромагнитным полем с равномерным амплитудно-фазовым распределением по его поверхности, то есть объект должен находиться в измерительном (рабочем) объеме с равномерным амплитудно-фазововым распределением. Это достигается для объекта, который размещается не ближе «дальней зоны» антенны [Захарьев Л.Н., Леманский А.А., Турчин В.И., Цейтлин Н.М., Щеглов К.С. Методы измерения характеристик антенн СВЧ. - М.: Радио и связь, 1984, стр. 8] и облучается только прямым лучом. Однако на приземных трассах в силу многолучевого характера распространения радиоволн, результирующее амплитудно-фазовое распределение электромагнитного поля в измерительном объеме комплекса определяется интерференцией прямого и зеркально отраженного от подстилающей поверхности лучей. Кроме того, существенное влияние на точность измерения оказывает уровень фонового отражения от элементов (неровности подстилающей поверхности, растительность, столбы, различные строения и т.п.), находящихся за объектом в импульсном объеме радиолокационного измерительного комплекса.

В изобретении достигается повышение точности измерений за счет устранения влияния на результаты измерений обоих факторов путем выполнения профиля измерительной трассы радиолокационного измерительного комплекса наклонным и размещения опорно-поворотного устройства с измеряемым объектом в верхней точке измерительной трассы, антенны - в нижней, а также за счет размещения на измерительной трассе радиопоглощающего устройства в выбранном месте и определенных размеров.

К радиопоглощающему устройству предъявляются следующие требования: оно не должны затенять измерительный объем радиолокационного измерительного комплекса от облучающих электромагнитных волн, распространяющихся напрямую от антенны (луч А), и должно препятствовать попаданию в измерительный объем радиолокационного измерительного комплекса электромагнитных волн, излученных антенной и отраженных от подстилающей поверхности (луч Б).

Размеры и расположение радиопоглощающего устройства на измерительной трассе должно определяться следующим образом.

Ширину радиопоглощающего устройства выбирают не менее длины малой оси эллипса первой зоны Френеля антенны на подстилающей поверхности. При условии, что минимальная высота измерительного объема радиолокационного измерительного комплекса больше высоты фазового центра антенны НА (для исключения отражений от элементов трассы, находящихся за рабочим объемом), радиопоглощающее устройство не должно пересекать траекторию прямого луча от антенны в дальнюю нижнюю точку измерительного объема (луч В).

Исходя из данного условия, радиопоглощающее устройство должно устанавливаться в определенном месте измерительной трассы так, чтобы верхняя кромка радиопоглощающего устройства касалась луча В. При этом с учетом наклонного профиля измерительной трассы чем дальше от антенны расположить радиопоглощающее устройство, тем меньшую высоту оно будет иметь.

Из геометрических соотношений можно однозначно определить расстояние от антенны до радиопоглощающего устройства R_Э и его высоту H_Э, при которых обеспечивается перекрытие зеркально отраженного от подстилающей поверхности луча антенны, вплоть до прямой, соединяющей точку зеркального отражения луча и ближнюю к антенне точку измерительного объема с максимальной высотой (луч Б) и при этом радиопоглощающее устройство будет иметь минимально возможную высоту.

В случае когда подстилающая поверхность является плоской, наклоненной к горизонту под углом α (фигура), расстояние R_Э между антенной и радиопоглощающим устройством определяется по формуле

,

где H_A - высота фазового центра антенны над горизонтальной плоскостью, R - расстояние между фазовым центром антенны и вертикальной осью, проходящей через центр измерительного объема, D_P - размер измерительного объема в глубину, α - угол наклона профиля измерительной трассы к горизонту, Н₀ - высота нижней границы измерительного объема относительно горизонтальной плоскости, Н_Р - размер измерительного объема по высоте, при этом ширину радиопоглощающего устройства выбирают не менее длины малой оси эллипса первой зоны Френеля антенны, а высоту определяют по формуле, при этом высота радиопоглощающего устройства является минимальной из возможных.

Работа предлагаемого радиолокационного комплекса для измерения диаграммы эффективной площади рассеяния объектов ничем не отличается от работы прототипа. Отличие заключается в предварительной подготовке комплекса к проведению измерений [А.Б. Шмелев. Влияние подстилающей поверхности на работу наземных антенных систем. Радиотехника, №10, 1998, стр. 105-110]. Выполняют профиль измерительной трассы радиолокационного измерительного комплекса наклонным, при этом опорно-поворотное устройство с измеряемым объектом располагают в верхней точке измерительной трассы, а антенну - в нижней, определяют место установки радиопоглощающего устройства, его высоту и ширину.

Радиопоглощающее устройство может быть выполнено в виде широкополосного радиопоглощающего материала типа «Ворс» или «Терновник», который размещен на каркасе заданных размеров из фанеры, проволоки или капронового троса.

Проведенный анализ уровня техники позволяет установить, что заявляемое устройство, характеризующееся совокупностью признаков, идентичной 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 выполнение профиля измерительной трассы наклонным, при этом опорно-поворотное устройство с измеряемым объектом расположены в верхней точке измерительной трассы, а антенна - в нижней, кроме того, введение радиопоглощающего устройства, устанавливаемого на измерительной трассе на расстоянии от антенны, которое определяют по формуле

,

при этом ширину радиопоглощающего устройства выбирают не менее длины малой оси эллипса первой зоны Френеля антенны, а высоту определяют по формуле

.

Из уровня техники также не подтверждена известность влияния отличительных признаков заявляемого устройства на поставленную техническую задачу - повышение точности измерений диаграммы ЭПР объектов за счет устранения влияния зеркально отраженного облучающего электромагнитного поля от подстилающей поверхности на формирование результирующего амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля в измерительном объеме и фонового отражения от элементов, находящихся за объектом в импульсном объеме, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».

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

Изобретение относится к радиолокации, в частности к радиолокационным измерениям эффективной площади рассеяния (ЭПР) объектов, и может быть использовано на открытых радиоизмерительных полигонах. Достигаемый технический результат - повышение точности измерений диаграммы ЭПР объектов. Указанный результат достигается за счет того, что радиолокационный измерительный комплекс содержит последовательно соединенные приемник, вычислитель, импульсный передатчик, антенный переключатель и антенну, при этом второй выход антенного переключателя соединен с входом приемника, а также содержит опорно-поворотное устройство с измеряемым объектом, размещенным в измерительном объеме, и пульт управления, который первым, вторым и третьим выходами соединен со вторым входом передатчика, входом поворотного устройства и вторым входом вычислителя соответственно, кроме того, вычислитель третьим входом соединен с выходом поворотного устройства, а также содержит радиопоглощающее устройство, устанавливаемое на измерительной трассе на определенном расстоянии от антенны. 1 ил.

Радиолокационный измерительный комплекс, содержащий последовательно соединенные приемник, вычислитель, импульсный передатчик, антенный переключатель и антенну, при этом второй выход антенного переключателя соединен с входом приемника, а также опорно-поворотное устройство с измеряемым объектом, размещенным в измерительном объеме, и пульт управления, который первым, вторым и третьим выходами соединен со вторым входом передатчика, входом поворотного устройства и вторым входом вычислителя соответственно, кроме того, вычислитель третьим входом соединен с выходом поворотного устройства, отличающийся тем, что профиль измерительной трассы выполнен наклонным, при этом опорно-поворотное устройство с измеряемым объектом расположены в верхней точке измерительной трассы, а антенна - в нижней, кроме того, в него введено радиопоглощающее устройство, устанавливаемое на измерительной трассе на расстоянии от антенны, которое определяют по формуле

где H_A - высота фазового центра антенны над горизонтальной плоскостью, R - расстояние между фазовым центром антенны и вертикальной осью, проходящей через центр измерительного объема, D_P - размер измерительного объема в глубину, α - угол наклона профиля измерительной трассы к горизонту, Н₀ - высота нижней границы измерительного объема относительно горизонтальной плоскости, H_P - размер измерительного объема по высоте, при этом ширину радиопоглощающего устройства выбирают не менее длины малой оси эллипса первой зоны Френеля антенны, а высоту определяют по формуле .