ВЕРТОЛЕТНЫЙ РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС Российский патент 2015 года по МПК G01S13/00 

Предлагаемое изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано на вертолетах, дирижаблях и других летательных аппаратах для обнаружения наземных объектов.

Известна радиолокационная станция (РЛС) для вертолета (патент №2256939 G01S 13/04, 13/90, опубл. 20.07.2005), работающая в L диапазоне радиоволн, предназначенная для обнаружения наземных и воздушных объектов. В этой РЛС в качестве сканирующих антенн используются лопасти вертолета с размещенными в них линейными антенными решетками. Ее недостатком является большая величина угла диаграммы направленности (ДН) сканирующей антенной решетки в угломестной плоскости, не позволяющая отселектировать наземные и воздушные цели, а также недостаточная разрешающая способность по азимуту и радиальной скорости.

Известна также мобильная РЛС кругового обзора для вертолета (патент №2289825 G01S 13/90, опубл. 20.04.2006), работающая также в L диапазоне радиоволн, предназначенная для обнаружения воздушных и надводных объектов в секторе 360 град. В этой РЛС антенна выполнена в виде фазированной антенной решетки размером 6×1 м, размещенной под фюзеляжем вертолета и вращающейся в азимутальной плоскости со скоростью 6 об/мин. Недостатками этой РЛС являются невысокие точностные характеристики, разрешающая способность и темп выдачи данных, а также невозможность обнаружения наземных малоскоростных целей.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по назначению, построению и техническим характеристикам является вертолетный радиолокационный комплекс (РЛК) Horizon (Франция) [1, 2], который предназначен для наблюдения за районом боевых действий на суше и море.

Комплекс состоит из бортовой РЛС (БРЛС), наземного поста (НП), широкополосной и узкополосной линий связи (ШЛС) и (УЛС). В состав БРЛС входят фазированная антенная решетка (ФАР) размером 3,5×0,5 м, приемно-передающее устройство, процессор бортовой (ПБ) и рабочее место оператора (РМО).

В состав НП входят процессор наземный (ПН), рабочие места операторов (РМО), система ориентации и топопривязки (СОТ) и генератор мощности (ГМ).

ШЛС расположена как на БРЛС в составе антенны круговой направленности, механически соединенной с осью вращения ФАР, и бортовой аппаратуры связи, так и на НП в составе направленной антенны и наземной аппаратуры связи, и служит для двусторонней передачи радиолокационной, навигационной и полетной информации.

УЛС представляет собой радиооборудование для связи НП с вертолетом, БРЛС и командованием.

БРЛС работает в Х диапазоне радиоволн в двух режимах: как доплеровская РЛС с селекцией движущихся целей (СДЦ) и определением их координат и скорости в режиме сканирования (механического и электронного) в пределах 360 град. и в режиме синтезированной апертуры (РСА) с определением координат неподвижных и малоподвижных целей.

Для ориентации БРЛС в пространстве используется информация, поступающая с пилотажно-навигационного комплекса (ПНК) вертолета, имеющего спутниковую навигационную связь.

Недостатками прототипа являются:

- невысокие точностные характеристики из-за ошибок ориентации в пространстве между вертолетом и ФАР в процессе движения вертолета и вращения ФАР;

- низкая разрешающая способность по угловым координатам из-за небольших размеров ФАР;

- низкая помехозащита ШЛС из-за круговой направленности бортовой антенны ШЛС;

- невозможность корректировать стрельбу артиллерии, т.к. прототип не обнаруживает разрывы снарядов;

- ухудшение технических характеристик прототипа при неустойчивой спутниковой навигационной связи, ведущей к нарушению ориентации вертолета;

- невозможность быстрого устранения возникшей неисправности аппаратуры, в т.ч. генератора мощности наземного поста;

- отсутствие комфортных условий жизнедеятельности обслуживающего персонала, что затрудняет эксплуатацию комплекса.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение технико-эксплуатационных характеристик вертолетного РЛК.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в известный вертолетный РЛК, содержащий БРЛС в составе антенно-приемопередающего устройства с ФАР, бортового процессора и рабочего места оператора, наземный пост (НП) в составе наземного процессора, рабочих мест операторов, системы ориентации и топопривязки и генератора мощности, широкополосную и узкополосную линии связи, дополнительно введены система ориентации и навигации, а также модуль жизнеобеспечения и технического обслуживания в составе жилого отсека, второго генератора мощности и отсека технического обслуживания. Кроме того, увеличены размеры ФАР, в программное обеспечение бортового процессора введена специальная программа для обнаружения разрывов снарядов, антенна бортовой части широкополосной линии связи выполнена в виде четырех направленных антенн, расположенных по бортам передней и задней частей фюзеляжа вертолета, каждая из которых имеет ширину диаграммы направленности в азимутальной плоскости 100 град., а направленная антенна наземной части широкополосной линии связи является реперным отражателем вертолетного РЛК.

На фигуре представлена структурная схема предлагаемого вертолетного РЛК, где обозначено:

1 - бортовая радиолокационная станция (БРЛС);

2 - антенно-приемопередающее устройство (АППУ);

3 - процессор бортовой (ПБ);

4 - рабочее место оператора бортовое (РМОБ);

5 - система ориентации и навигации (СОН);

6 - широкополосная линия связи, бортовая часть (ШЛСБ);

7 - узкополосная линия связи, бортовая часть (УЛСБ);

8 - наземный пост (НП);

9 - рабочие места операторов наземные (РМОН);

10 - широкополосная линия связи, наземная часть (ШЛСН);

11 - узкополосная линия связи, наземная часть (УЛСН);

12 - система ориентации и топопривязки (СОТ);

13 - процессор наземный (ПН);

14 - генератор мощности (ГМ);

15 - модуль жизнеобеспечения и технического обслуживания (МЖТО);

16 - жилой отсек (ОЖ);

17 - второй генератор мощности (ГМ);

18 - отсек технического обслуживания (ОТО).

Предлагаемый вертолетный РЛК состоит из бортовой РЛС БРЛС 1, наземного поста НП 8 и модуля жизнеобеспечения и технического обслуживания МЖТО 15.

В состав БРЛС 1 входят АППУ 2, ПБ 3, РМОБ 4, СОН 5, ШЛСБ 6 и УЛСБ 7, в состав НП 8 - РМОН 9, ШЛСН 10, УЛСН 11, СОТ 12, ПН 13 и ГМ 14, а в состав МЖТО 15 - ОЖ 16, второй ГМ 17 и ОТО 18.

При этом первый вход ПБ 3 соединен с выходом ПНК вертолета, второй вход - с выходом СОН 5, первый и второй входы-выходы ПБ 3 соединены соответственно со входами-выходами АППУ 2 и РМОБ 4, а третий и четвертый его входы-выходы соответственно - с первыми входами-выходами УЛСБ 7 и ШЛСБ 6, вторые входы-выходы которых по радиолинии связи соединены соответственно с первыми входами-выходами УЛСН 11 и ШЛСН 10, вторые входы-выходы которых соединены соответственно с третьим и вторым входами-выходами ПН 13, первый вход-выход ПН 13 соединен с входом-выходом РМОН 9, первый вход - с выходом СОТ 12, а выход является выходом вертолетного РЛК. Первый выход ГМ 14 соединен со входами УЛСН 11, ШЛСН 10, РМОН 9, СОТ 12 и вторым входом ПН 13, а второй его выход - со входом МЖТО 15. Первый и второй выходы ГМ 17 соединены соответственно с входами ОЖ 16 и ОТО 18, а третий его вход - со входом НП 8.

На фигуре для упрощения не показаны связи по сигналам синхронизации и связи по электропитанию в БРЛС (БРЛС запитывается от первичных источников электроэнергии вертолета).

АППУ 2 состоит из фазированной антенной решетки (ФАР) размером 5,5×0,8 м, расположенной под фюзеляжем вертолета, передатчика, приемника, привода вращения, обеспечивающего механическое вращение ФАР, и диаграммо-образующего устройства, обеспечивающего электронное сканирование. В рабочем положении ФАР развернута, а при взлете и посадке вертолета - сложена вдоль оси фюзеляжа. Увеличение размеров ФАР по сравнению с размерами ФАР прототипа позволяет повысить разрешающую способность БРЛС по угловым координатам.

СОН 5 включает в себя бесплатформенную инерциальную навигационную систему (БИНС), размещенную в ФАР, ЭВМ и навигационный приемник сигналов систем ГЛОНАСС/НАВСТАР [3, 4] и служит для точного определения направления луча ФАР, что позволяет повысить точность определения координат целей и устранить ошибки ориентации, возникающие между вертолетом и ФАР в процессе движения вертолета.

ШЛС (в составе ШЛСБ и ШЛСН) предназначена для обеспечения двустороннего обмена информацией между БРЛС 1 и НП 8. С БРЛС 1 на НП 8 передается радиолокационная, навигационная и полетная информация. С НП 8 на БРЛС 1 передается информация о координатах назначенных зон работы БРЛС. Антенна ШЛСБ 6 представляет собой четыре направленные антенны, расположенные по бортам передней и задней частей фюзеляжа вертолета таким образом, чтобы (при ширине диаграммы направленности в азимутальной плоскости каждой антенны 100 град.), перекрывать все направления в пределах 360 град. В отличие от прототипа, где используется бортовая антенна ШЛС круговой направленности, это позволяет повысить помехозащиту ШЛС.

Наземная антенна ШЛСН 10 является направленной антенной, расположенной на телескопической мачте высотой ~ 8 м, и может устанавливаться с помощью электроприводов в направлении вертолета, координаты которого поступают от ПНК вертолета через ПБ 3 на ПН 13 по УЛСБ 7 и УЛСН 11.

СОТ 12, содержащая навигационную аппаратуру потребителей систем ГЛОНАСС/GPS с угломерным каналом [5], служит для ориентации и топопривязки НП 8 и определяет координаты НП 8. При этом антенна ШЛСН 10 в диапазоне длин волн БРЛС 1 является идеальным реперным отражателем. Наличие реперного отражателя с известными координатами позволяет сохранить высокие точностные характеристики РЛК при нарушении функционирования СОН 5.

УЛС (в составе УЛСБ 7 и УЛСН 11) представляет собой радиооборудование для связи НП 8 с вертолетом, БРЛС 1 и командованием и предназначена для управления работой БРЛС 1 с помощью команд, отправляемых с РМОН 9 и командного пункта, и получения ответных квитанций, например команд на включение, выпуск антенны, включение излучения, установку рабочей частоты, режимов работы и других. Кроме того, по УЛС (по запросу БРЛС 1) передаются координаты реперной точки НП 8 для ввода их в ПБ 3, которая в этом случае является точкой отсчета координат обнаруженных целей и отображается на экране РМОБ 4, а с БРЛС 1 поступает информация о местонахождении вертолета, которое отображается на экране РМОН 9.

При эксплуатации вертолетного РЛК большую роль играют условия жизнеобеспечения личного состава и технического обслуживания РЛК. Для создания этих условий в РЛК введен МЖТО 15 с жилым помещением для комфортных условий обитания (отдыха и питания) личного состава (жилой отсек ОЖ 16), технической мастерской для ремонта и технического обслуживания аппаратуры (отсек технического обслуживания ОТО 18) и источником электроснабжения ГМ 17, который снабжает электроэнергией МЖТО 15, а также служит резервом для электроснабжения НП 8. МЖТО 15 при необходимости получает электроэнергию от ГМ 14 НП 8.

БРЛС 1, как и прототип, работает в Х диапазоне радиоволн в двух режимах: как доплеровская РЛС с селекцией движущихся целей (СДЦ) и определением их координат и скорости в режиме сканирования ФАР (механического и электронного) в пределах 360 град. и в режиме синтезированной апертуры (РСА) с определением координат неподвижных и малоподвижных целей.

При работе в режиме СДЦ вертолетный комплекс РЛК может обнаруживать разрывы снарядов благодаря введению в программное обеспечение ПБ 3 специальной программы, основанной на особенностях доплеровского спектра сигналов, отраженных от разрывов снарядов. Одновременное обнаружение целей, по которым производится стрельба, и разрывов снарядов позволяет корректировать стрельбу артиллерии.

Радиолокационная информация, полученная при локации земной поверхности, с учетом данных от СОН 5 проходит первичную обработку в ПБ 3 и выдается на РМОБ 4 и на НП 8 по ШЛСБ 6 и ШЛСН 10. При этом наземная антенна ШЛСН 10 с помощью электроприводов по азимуту и углу места устанавливается в направлении вертолета, координаты которого постоянно передаются на НП 8 от ПНК вертолета через ПБ 3 и ПН 13 по УЛС, а радиолокационная и иная информация передается на НП 8 и принимается от НП 8 по ШЛС одной их четырех антенн ШЛСБ 6, обращенной в сторону НП 8 независимо от ориентации вертолета. Радиолокационная информация, полученная НП 8 по ШЛС, проходит вторичную обработку в ПН 13 и выдается на РМОН 9 и на выход всего РЛК для использования абонентами и командованием.

Таким образом, введение в известный вертолетный РЛК, содержащий БРЛС с АППУ, ПБ, РМОБ, НП с РМОН, СОТ, ПН и ГМ, а также широкополосную и узкополосную линии связи, дополнительно СОН, БИНС которого встроена в ФАР, МЖТО в составе ОЖ, второго ГМ и ОТО, новой специальной программы для обнаружения разрывов снарядов в ПО бортового процессора, а также увеличение размеров ФАР, выполнение бортовой антенны ШЛС в виде четырех направленных антенн, расположенных по бортам передней и задней частей фюзеляжа вертолета, и использование направленной наземной антенны ШЛС в качестве реперного отражателя позволяет устранить указанные выше недостатки прототипа и тем самым улучшить технико-эксплуатационные характеристики предлагаемого вертолетного радиолокационного комплекса.

Источники информации

1. Рекламный проспект HORIZON (фирмы EUROCOPTER и THOMSON-CSF, Франция), 1998.

2. JANE′S AVIONICS 2001-2002, DATE: 2001 JAN 15, FRANCE, «Horizon battlefield surveillance radar».

3. Бабич О.А. Обработка информации в навигационных комплексах. М., Машиностроение, 1991.

4. Устройство для определения направления луча, координат и скорости движения антенны РЛС. Патент РФ №127502, з. №2012152239, приоритет от 04.12.2012, МПК G08C 19/00.

5. Глобальная спутниковая радионавигационная система «ГЛОНАСС» под редакцией В.Н. Харисова, А.И. Петрова, В.А. Болдина, Москва, ИМПЖР, 1998.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано на вертолетах и других летательных аппаратах для обнаружения наземных объектов. Достигаемый технический результат - улучшение технико-эксплуатационных характеристик. Указанный результат достигается за счет того, что вертолетный радиолокационный комплекс (РЛК) содержит бортовую радиолокационную станцию (БРЛС) в составе антенно-приемопередающего устройства (АППУ) с фазированной антенной решеткой (ФАР), бортового процессора (ПБ), бортового рабочего места оператора (РМОБ), бортовой части широкополосной линии связи (ШЛСБ), включающей антенну и аппаратуру связи, и бортовой части узкополосной линии связи (УЛСБ), а также наземный пост (НП) в составе рабочих мест операторов (РМОН), наземной части ШЛС (ШЛСН), включающей направленную антенну, расположенную на телескопической мачте, и аппаратуру связи, наземной части УЛС (УЛСН), системы ориентации и топопривязки (СОТ), наземного процессора (ПН) и генератора мощности (ГМ) с соответствующими связями, содержит также систему ориентации и навигации (СОН) в составе бесплатформенной инерциальной системы (БИНС), встроенной в ФАР, навигационного приемника сигналов и электронно-вычислительную машину, а также модуль жизнеобеспечения и технического обслуживания (МЖТО) в составе жилого отсека, второго ГМ и отсека технического обслуживания с соответствующими связями. Кроме того, в программное обеспечение ПБ введена программа для обнаружения разрывов снарядов, основанная на особенностях доплеровского спектра отраженных от них сигналов, увеличены размеры ФАР, антенна ШЛСБ выполнена в виде четырех направленных антенн, расположенных по бортам вертолета, а направленная антенна ШЛСН является реперным отражателем вертолетного РЛК. 1 ил.

Вертолетный радиолокационный комплекс (РЛК), содержащий бортовую радиолокационную станцию (БРЛС) в составе антенно-приемопередающего устройства (АППУ) с фазированной антенной решеткой (ФАР), бортового процессора (ПБ), бортового рабочего места оператора (РМОБ), бортовой части широкополосной линии связи (ШЛСБ), включающей антенну и аппаратуру связи, и бортовой части узкополосной линии связи (УЛСБ), а также наземный пост (НП) в составе рабочих мест операторов (РМОН), наземной части ШЛС (ШЛСН), включающей направленную антенну, расположенную на телескопической мачте, и аппаратуру связи, наземной части УЛС (УЛСН), системы ориентации и топопривязки (СОТ), наземного процессора (ПН) и генератора мощности (ГМ), при этом первый вход ПБ соединен с выходом пилотажно-навигационного комплекса (ПНК) вертолета, первый и второй входы-выходы ПБ соединены соответственно со входами-выходами АППУ и РМОБ, а третий и четвертый соответственно - с первыми входами-выходами УЛСБ и ШЛСБ, вторые входы-выходы которых по радиоканалу соединены соответственно с первыми входами-выходами УЛСН и ШЛСН, вторые входы-выходы которых соединены соответственно с третьим и вторым входами-выходами ПН, первый вход-выход ПН соединен со входом-выходом РМОН, первый вход - с выходом СОТ, а выход является выходом вертолетного РЛК, кроме того, первый выход ГМ соединен со входами УЛСН, ШЛСН, РМОН, СОТ и вторым входом ПН, отличающийся тем, что в него введены система ориентации и навигации (СОН) в составе бесплатформенной инерциальной системы (БИНС), встроенной в ФАР, ЭВМ и навигационного приемника сигналов, а также модуль жизнеобеспечения и технического обслуживания (МЖТО) в составе жилого отсека (ОЖ), второго ГМ и отсека технического обслуживания (ОТО), при этом выход СОН соединен со вторым входом ПБ, второй выход ГМ соединен со входом МЖТО, первый и второй выходы второго ГМ соединены соответственно со входами ОЖ и ОТО, а третий его выход - со входом НП, кроме того, в программное обеспечение ПБ введена программа для обнаружения разрывов снарядов, основанная на особенностях доплеровского спектра отраженных от них сигналов, увеличены размеры ФАР, антенна ШЛСБ выполнена в виде четырех направленных антенн, расположенных по бортам вертолета, а направленная антенна ШЛСН является реперным отражателем вертолетного РЛК.