РЛС с последовательным секторным круговым электромагнитным сканированием пространства, неподвижными фазированными антенными решётками Российский патент 2018 года по МПК G01S13/66 H01Q3/26 

1. Предназначение.

Радиолокационная станция с последовательным секторным круговым электромагнитным сканированием пространства (далее РЛС с ПСКЭСП), неподвижными фазированными антенными решетками (далее НФАР), разнонаправленными в пространстве по секторам, предназначена для обнаружения, измерения координат и определения свойств космических и воздушных объектов.

Радиолокационная станция с круговым электромагнитным сканированием пространства, неподвижными фазированными антенными решетками, разнонаправленными в пространстве по секторам, относится к области науки и техники, объединяющей методы и средства локации (обнаружения и измерения координат) и определяющей свойства различных объектов с помощью радиоволн.

Является изобретением двойного предназначения.

Возможно применение в военной и гражданской областях.

2. Уровень техники.

В настоящее время радиолокационные станции подразделяют на активную, полуактивную, активную с пассивным ответом и пассивную радиолокацию.

Для просмотра окружающего пространства РЛС используют различные способы обзора за счет перемещения направленного луча антенны РЛС: круговой, секторный, обзор по винтовой линии, конический, по спирали, «V» обзор, линейный обзор.

В соответствии с видом излучения РЛС делятся на РЛС непрерывного излучения и импульсные РЛС.

Для кругового просмотра пространства используют два варианта обзора. В подавляющем большинстве РЛС используют механическое вращение антенны. Во втором варианте, неподвижные антенные плоскости с ФАР (от 4 и более) создают по секторальною, постоянную, круговую диаграмму направленности.

Примером кругового просмотра пространства, неподвижными ФАР является РЛС дальнего обнаружения «Дон-2Н».

Каждая антенна с ПФАР или АФАР имеет свой приемопередающий, преобразующий канал и блок управления, то есть РЛС с 4 неподвижными антеннами с ФАР имеет 4 приемопередающих, 4 преобразующих и 4 блока управления, что делает такую РЛС штучным, очень дорогим изделием.

РЛС с механическим круговым вращением ФАР на несколько порядков дешевле, но уступает по своим функциональным и информационным возможностям РЛС с неподвижными ФАР.

3. Сущность изобретения.

Сущность изобретения заключается в возможности кругового обзора пространства, путем: последовательным, секторным, круговым, электромагнитным сканированием пространства, используя один аналого-цифровой преобразователь (АЦП), один цифро-аналоговый преобразователь, один приемопередающий канал, один блок управления режимами работы РЛС с 4 и более неподвижными ФАР.

Так же, как и в существующих РЛС с неподвижными антеннами с ФАР, в создании кругового радиолокационного поля участвуют четыре и более неподвижные антенны с ФАР, размещенные по внешнему периметру РЛС. Для достижения эффекта кругового вращения диаграммы направленности неподвижных ФАР в изобретении используется коммутатор последовательного переключения приемопередающего сигнала на один из секторов обзора. При этом оптимальный вариант размещения коммутатора или коммутаторов в схеме приемопередающего канала или каналов зависит от вида ФАР (активная, пассивная), диапазона применяемых СВЧ частот и т.д.

Использование одного приемопередающего канала на 4 и более антенные плоскости с ФАР позволит:

минимум в три раза уменьшить стоимость, по сравнению с РЛС постоянного кругового обзора с четырьмя неподвижными ФАР, классического построения с 4 приемопередающими и 4 преобразующими каналами;

приравнять по стоимости к РЛС с ФАР кругового механического вращения, повысив информационные возможности.

4. Принципы устройства и функционирования РЛС с ПСКЭСП неподвижными фазированными антенными решетками.

Основные составляющие РЛС с ПСКЭСП, неподвижными фазированными антенными решетками:

- четыре и более плоскости с ФАР;

- один приемопередающий модуль с одним аналого-цифровым и одним цифро-аналоговым преобразователями;

- блок управления и отображения полученной цифровой информации.

Основой обнаружения воздушных, наземных объектов являются 4 и более плоскостные антенны с ФАР. Антенные плоскости с ФАР размещаются по внешнему периметру РЛС. Основной режим работы антенной плоскости с ФАР: вертикальное сканирование сектора обзора, что позволяет с первого полученного сигнала определять высоту цели и указать на ее приоритет в дальнейшем сопровождении.

Конструктивной особенностью антенных плоскостей с ФАР является возможность создания горизонтальной плоскостной диаграммы направленности в секторе до 100 градусов, что позволит перекрыть четырьмя антеннами все круговое пространство.

Одним приемопередающим каналом при помощи коммутатора или коммутаторов обеспечивается последовательное переключение приемопередающего сигнала на антенные плоскости с ФАР по кругу. Период сканирования одного сектора обзора должен позволять произвести минимум один проход горизонтальной диаграммы направленности по всему углу места.

5. Преимущество РЛС с ПСКЭСП неподвижными фазированными антенными решетками.

- в три раза дешевле по сравнению с РЛС с четырьмя неподвижными антеннами с ФАР постоянного кругового просмотра пространства;

- уменьшенные габаритные размеры приемопередающего модуля позволяют создать высокомобильную РЛС (для сухопутных войск ПВО);

- при разработке длиннофидерной или длинноволноводной схемы подключения возможен подъем антенной системы на мачту (для войск ПВО);

- уменьшенное на порядок энергопотребление;

- применение вертикального сканирования, сжатого по сектору приемопередающего радиолокационного луча, увеличивает дальность обнаружения воздушных объектов, т.к. в основном все летательные объекты вытянуты в длину и совершают горизонтальный полет, максимальная отражающая поверхность летательного объекта;

- нет демаскирующих факторов вращения антенны;

- не зависит от метеоусловий, скорости ветра, обледенения;

- не требуется отдельная РЛС или перестройка ФАР для определения высоты цели;

- возможность одновременного, двойного применения как в военной, так и в гражданской области.

6. Принципиальные отличия РЛС с ПСКЭСП НФАР от существующих систем РЛС.

Существующие РЛС используют круговое или секторальное механическое вращение антенн с набором ФАР. Круговое вращение антенны требует значительных пространственных и энергетических затрат.

Наличие одного общего приемопередающего канала для 4 и более антенн с ФАР позволяет сделать малоразмерную РЛС с ПСКЭСП НФАР, относительно не дорогую в производстве и эксплуатации.

Возможна маскировка ФАР под антенные излучатели сотовых операторов, а также маскировка антенных систем радиопрозрачными маскировочными сетями.

РЛС с ПСКЭСП НФАР позволяет обеспечивать обнаружение и сопровождение не только маловысотных целей, а также высотных целей до 350 км, что позволяет использовать ее информационное поле в средствах ПКО.

Базовые проектные характеристики РЛС с ПСКЭСП НФАР предполагают проектирование и создание автономной, малогабаритной, максимально эффективной, несложной и надежной в эксплуатации, при ограниченной стоимости, современной РЛС для войск ПВО и ПКО.

7. Осуществление изобретения.

Основная задача при осуществлении изобретения состоит в возможности создания максимально эффективной, при ограниченной стоимости, автономной РЛС с ПСКЭСП НФАР, предназначенной для войск ПВО и подразделений раннего обнаружения ПКО.

По своему предназначению РЛС с ПСКЭСП НФАР является разведывательной РЛС обнаружения и цели указания средствам уничтожения.

В зависимости от необходимой дальности обнаружения, требуемого качества РЛИ, выбирается оптимальный частотный диапазон волн.

Используются все современные наработки в области проектирования и строительства РЛС с ПФАР и АФАР.

Возможно полное копирование действующих РЛС с ПФАР и АФАР со следующими доработками:

обязательное условие, наличие 4 и более ФАР, для создания кругового электромагнитного сканирования пространства;

построение РЛС с одним приемопередающим трактом с последовательной СВЧ- нагрузкой на 4 и более антенны с ФАР, для чего использовать СВЧ-коммутатор или коммутаторы, согласованные с ФАР;

конструирование СВЧ фидерных и волновых трактов для удаленных от коммутаторов антенн с ФАР.

Предполагается основное использование РЛС с ПСКЭСП НФАР осуществить в войсках ПВО и подразделениях раннего обнаружения ПКО. Это должна быть единая система РЛС с СПКЭСП НФАР, с необходимым покрытием воздушного и космического пространства, что позволит беспровально отслеживать спуск орбитальных объектов, вплоть до касания земли.

Для РТВ ПВО, на антенных мачтах высотой от 20 до 30 м устанавливаются модули с фазированными антенными решетками, приемо-передающей СВЧ-аппаратурой, аналоговым преобразователем и средствами связи.

Количество неподвижных ФАР на антенной мачте рассчитывается исходя из требований, предъявляемых к получаемой радиолокационной информации от одной ФАР - обнаружение факта нарушения охраняемой границы до четырех ФАР на каждой антенной мачте, обеспечивающие создание последовательного кругового электромагнитного РЛ поля.

При необходимости обнаружения летательных объектов в ближнем космосе на расстоянии до 2000 км и высоте полета до 300 км ряд ФАР оборудовать мощными излучателями, что позволит обнаруживать и сопровождать космические объекты над территорией страны.

Изобретение относится к радиолокационным станциям с последовательным сканированием пространства неподвижными фазированными антеннами решетками, разнонаправленными в пространстве по секторам, и может быть использовано для обнаружения, измерения координат и определения свойств космических и воздушных объектов. Достигаемый технический результат – обнаружение воздушных и космических объектов, уменьшение габаритных размеров приемопередающего модуля, уменьшение энергопотребления, отсутствие зависимости от погодных условий, уменьшение стоимости. Указанный результат достигается за счет того, что круговое электромагнитное сканирование пространства осуществляют на необходимой высоте и дальности двумя и более неподвижными фазированными антенными решетками, разнонаправленными в пространстве по секторам и последовательно согласованными сверхвысокочастотной нагрузкой с одним приемопередающим каналом.

Радиолокационная станция с последовательным круговым электромагнитным сканированием пространства неподвижными фазированными антенными решетками, отличающаяся тем, что круговое электромагнитное сканирование пространства, на необходимой высоте и дальности, для обнаружения воздушных и космических объектов, осуществляется двумя и более неподвижными фазированными антенными решетками, разнонаправленными в пространстве по секторам, последовательно согласованными сверхвысокочастотной нагрузкой с одним приемопередающим каналом.