УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ МНОГОКАСКАДНОЙ СТАЦИОНАРНОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ С БЕЗЗАТЕНЕННОЙ ЗОНОЙ ОБЗОРА ОКРУЖАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 2018 года по МПК G01S13/74 H04B7/14 

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к радиолокационным станциям (РЛС) освещения обстановки.

В настоящее время проводка судов по сложным фарватерам и в порту в условиях плохой видимости осуществляется с помощью специальных береговых РЛС, которые обладают высокой разрешающей способностью по пеленгу и расстоянию. (Г.Г. Ермолаев, Е.С. Зотеев, Основы морского судовождения, под ред. Г.Г. Ермолаева, изд. Пятое М., «Транспорт» 1988, стр. 139). При этом возникает задача создания систем, обеспечивающих оперативное наблюдение и проводку целей (судов) по всей длине фарватера. При этом система должна быть надежной, как можно более простой и дешевой, потребляющей минимальное количество энергии.

Так, в отдаленном аналоге заявляемой полезной модели для обеспечения оперативного наблюдения и проводки судов по всей длине фарватера с использованием обзорной радиолокационной станции (РЛС) размещают антенну обзорной РЛС на местности в точке, обеспечивающей максимально возможный незатененный обзор окружающего пространства, и осуществляют обзор фарватера. В случае невозможности по условиям рельефа местности (например, извилистого фарватера реки) с помощью одной РЛС из-за наличия закрытых препятствиями участков фарватера для наблюдения устанавливаются дополнительные РЛС с автоматизированной или неавтоматизированной передачей необходимых данных об обстановке на подлежащем контролю участке фарватера на центральный пункт наблюдения с основной РЛС с устройством ввода передаваемой информации в индикатор основной РЛС (Лентарев А.А. Развитие средств и методов управления движением судов, автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук, Владивосток 2002, УДК 656.052.4(043), стр. 22).

Эта система имеет следующие недостатки:

- низкую надежность, обусловленную наличием большого количества дополнительных РЛС и аппаратуры для передачи данных от дополнительных РЛС на индикатор основной РЛС;

- техническую сложность неавтоматизированной или автоматизированной системы, а также сложность обслуживания таких систем;

- низкую оперативность и точность передачи данных неавтоматизированной системой;

- большой объем обслуживания;

- высокую стоимость оборудования;

- большую мощность питания;

- ухудшение экологической обстановки в районе установки такой системы из-за установки в системе дополнительных РЛС.

Более близким аналогом, выбранным в качестве прототипа в связи со сходством выполняемой технической задачи, является устройство для формирования многокаскадной стационарной радиолокационной станции с беззатененной зоной обзора окружающей поверхности, включающее обзорную радиолокационную станцию с круговым обзором пространства земной и водной поверхности с антенной, установленной на местности в точке, обеспечивающей обзор максимально возможной площади окружающего пространства, включенные дополнительно в состав обзорной РЛС системы ретрансляторов, устанавливаемые на вершинах препятствий, вызывающих затенение целей, в линию, перпендикулярную направлению излучения антенны РЛС, причем каждый из ретрансляторов системы включает две антенны - переднюю и заднюю, соединенные своими входами-выходами сверхвысокочастотными (СВЧ) трактами, без усилителей СВЧ или с ними, при этом передние антенны ретрансляторов направлены на антенну РЛС, а оси задних антенн ретрансляторов направлены строго в противоположную от антенны РЛС сторону в горизонтальной плоскости и вниз, в сторону находящихся в области тени целей, что обеспечивает прием, с использованием указанных систем ретрансляторов, излучаемых антенной РЛС прямых радиолокационных сигналов, трансляцию, с усилением или без усиления, через систему ретрансляторов принятых сигналов, излучение принятых сигналов с изменением направления в вертикальной плоскости в сторону затененного данным препятствием участка пространства, облучение ретранслированными сигналами находящихся в зоне тени целей, прием, трансляцию, с усилением или без усиления, через систему ретрансляторов принятых отраженных сигналов, излучение с помощью ретрансляторов в сторону антенны РЛС переотраженных находящимися в зоне тени целями сигналов, прием антенной РЛС, усиление и воспроизведение на экране индикатора РЛС отраженных закрытыми целями сигналов, определение направления на обнаруженные цели и расстояния до них, с учетом временных задержек сигналов в ретрансляторах, при распространении радиоволн в сторону цели и обратно. (Пат RU №2206904 МКИ G01S 13/74, G01S 13/06, H04B 7/14, 2003).

Данная система имеет:

- большую надежность функционирования

- высокую оперативность и точность получения информации о закрытых препятствиями целях, не отличающуюся от этих показателей для видимых целей;

- меньший объем обслуживания;

- меньшую стоимость оборудования;

- меньшую мощность питания;

- большую, в числе дополнительно используемых РЛС в системе-прототипе, экологическую чистоту.

Однако этому устройству присущи следующие недостатки:

- ограниченные возможности применения, вызванные необходимостью устанавливать систему ретрансляторов на вершинах препятствий и отклонять угломестную диаграмму направленности, то есть устанавливать систему в таких местах и таким образом, что при их использовании будет отсутствовать область пространства, где существует интерференция сигналов, приходящих от РЛС и от ретрансляторов. Требования по месту установки приводят к тому, что могут возникать трудности при установке системы ретрансляторов и на вершинах препятствий и в тех случаях, если, например, препятствие имеет сложный рельеф, не позволяющий осуществить ретрансляцию сигналов РЛС в затененную область установкой одной системы ретранслятора. В этом случае, для установки одной системы ретрансляторов необходимо возводить высокую опору, либо использовать каскад ретрансляторов, что значительно снижает дальность обнаружения целей (см. Пат RU №2206904 МКИ G01S 13/74, G01S 13/06, Н04В 7/14, 2003). В случае построения системы на острове (при построении речной диспетчерской системы) могут также возникать трудности (прокладка кабеля, установка генераторов, аккумуляторов и т.п.), для обеспечения системы ретрансляторов энергией в случае использования в этой системе активных устройств (усилителей) (см п. 5 формулы изобретения Пат RU №2206904 МКИ G01S 13/74, G01S 13/06, Н04В 7/14, 2003). Кроме того, остров может уходить под воду во время половодья, следовательно, возникает необходимость дополнительной защиты аппаратуры;

- необходимость использования задних антенн ретрансляторов с узкой диаграммой направленности в вертикальной плоскости для излучения сигналов вниз, в сторону находящихся в области тени целей. Как правило, антенны с узкой диаграммой направленности имеют сложную конструкцию и большие массо-габариты показатели;

- уменьшение зоны обзора при наличии дождя (Справочник по радиолокации, редактор М. Сколник пер. с английского, изд. «Советское Радио» М. 1977 т. 4 стр. 115, 116).

Технический результат предлагаемого изобретения - расширение возможностей применения за счет установки ретрансляторов не только на вершинах препятствий, вызывающих затенение целей, в линию, перпендикулярную направлению излучения антенны РЛС, то есть в местах, где отсутствует интерференция сигналов, приходящих от РЛС и от ретрансляторов, но и в местах, где невозможна установка ретранслятора, взятого за прототип из-за интерференции сигналов, приходящих от РЛС и от ретрансляторов, мешающих нормальной работе РЛС и ретрансляторов, при упрощении конструкции и уменьшения массо-габаритных показателей ретрансляторов за счет упрощении конструкции и уменьшения массо-габаритных показателей антенн для излучения сигналов, в сторону находящихся в области тени целей.

Дополнительный технический результат - уменьшение габаритов

Другой дополнительный технический результат - увеличение зоны обзора при наличии дождя.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве, реализующем способ формирования многокаскадной стационарной радиолокационной станции с беззатененной зоной обзора окружающей поверхности, включающем обзорную радиолокационную станцию с антенной, установленной на местности в точке, обеспечивающей обзор максимально возможной площади окружающего пространства, дополнительно включенные в состав обзорной РЛС системы ретрансляторов, устанавливаемые в местах, обеспечивающих прием прямых сигналов от РЛС и их трансляцию в сторону находящихся в области тени целей, а также прием отраженных целями сигналов и их ретрансляцию в сторону антенны РЛС, при этом антенны ретрансляторов направлены на антенну РЛС, и в сторону находящихся в области тени целей, что обеспечивает прием, с использованием указанных систем ретрансляторов, излучаемых антенной РЛС прямых радиолокационных сигналов, трансляцию, с усилением или без усиления, через систему ретрансляторов принятых сигналов, излучение принятых сигналов в сторону затененного данным препятствием участка пространства, облучение ретранслированными сигналами находящихся в зоне тени целей, прием, трансляцию, с усилением или без усиления, через систему ретрансляторов принятых отраженных сигналов, излучение с помощью ретрансляторов в сторону антенны РЛС переотраженных находящимися в зоне тени целями сигналов, прием антенной РЛС, усиление и воспроизведение на экране индикатора РЛС отраженных закрытыми целями сигналов, определение направления на обнаруженные цели и расстояния до них, с учетом временных задержек сигналов в ретрансляторах, при распространении радиоволн в сторону цели и обратно, дополнительно введены поляризаторы, соединенные с антеннами ретрансляторов.

Дополнительный технический результат достигается за счет использования в ретрансляторе одной зеркальной антенны, одновременно и принимающей сигнал от РЛС и ретранслирующей преобразованный сигнал от РЛС в сторону области тени, причем поляризатор установлен перед антенной.

Другой дополнительный технический результат достигается за счет применения в ретрансляторе поляризаторов, преобразующих сигналы РЛС линейной поляризации, в сигналы круговой поляризации, ретранслируемые в сторону находящихся в области тени целей.

Сущность изобретения будет более понятна из приведенного описания и прилагаемых к нему чертежей, на которых изображено следующее:

На Фиг. 1 - пример использования заявляемой многокаскадной РЛС для расширения зоны обзора речной диспетчерской системы.

На Фиг. 2 - схема предлагаемого устройства ретранслятора с двумя антеннами;

На Фиг. 3 - схема предлагаемого устройства ретранслятора с одной антенной.

На чертежах и в тексте приняты следующие обозначения:

1 РЛС;

2 система ретрансляторов

3 1-ая антенна;

4 2-ая антенна;

5 сверхвысокочастотный тракт;

6 поляризатор;

7 препятствие (остров);

8 цель.

Устройство для формирования многокаскадной стационарной радиолокационной станции с беззатененной зоной обзора окружающей поверхности (Фиг. 1) содержит: РЛС 1, систему ретрансляторов 2.

Ретранслятор (Фиг. 2) содержит: две антенны 3, 4, соединенные своими входами-выходами сверхвысокочастотным (СВЧ) трактом 5, который содержит поляризатор 6. Поляризатор 6, в данном случае проходного типа, может иметь разное конструктивное исполнение (Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств, Жук М.С. и Молочков Ю.Б. М., «Энергия», 1973 стр. 129-132). Наиболее простой способ изменения поляризации (поворот плоскости поляризации) - это поворот волноводного тракта (Волноводы, коаксиальные и полосковые линии, Изюмова Т.И., Свиридов В.Т. М., «Энергия», 1975 стр. 40-41).

При использовании поляризатора 6, установленного перед антенной 3 появляется возможность использования ретранслятора с одной антенной (Фиг. 3), которая является одновременно и принимающей сигнал от РЛС, и транслирующей его в сторону области тени. В таких ретрансляторах используется только одна антенна вместо двух (антенны 3, 4), отсутствует СВЧ тракт 3, соединяющий антенны 3, 4 с поляризатором 6. Причем поляризатор 6 установлен перед антенной 3. Антенна 3 может быть выполнена в виде зеркала. Одним из вариантов исполнения такого ретранслятора является ретранслятор с использованием поляризатора 6 отражательного типа (Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств, Жук М.С. и Молочков Ю.Б. М., «Энергия», 1973 стр. 133-134).

Ретрансляторы, использующие поляризаторы 6, установленные перед антенной 3 (использующие только одну антенну), особенно удобно использовать в местах, где направление излучения сигнала, транслируемого в сторону области тени совпадает с направлением на антенну РЛС 1 (Фиг. 1).

Для увеличения зоны обзора при наличии дождя поляризатор 6 должен преобразовывать сигналы РЛС линейной поляризации в сигналы круговой поляризации (Справочник по радиолокации, редактор М. Сколник пер. с английского, изд. «Советское Радио» МЛ 977 т. 4 стр. 117). Поляризатор 6, преобразующий сигналы РЛС линейной поляризации в сигналы круговой поляризации, могут быть как проходного типа, так и отражательного (Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств, Жук М.С. и Молочков Ю.Б. М., «Энергия», 1973 стр. 129-134).

Все типы используемых поляризаторов являются взаимными устройствами.

Поясним, как работает устройство для формирования многокаскадной стационарной радиолокационной станции с беззатененной зоной обзора окружающей поверхности.

Размещают обзорную радиолокационную станцию 1 (антенну) в точке на местности, обеспечивающей максимально возможный незатененный обзор окружающего пространства, и осуществляют последовательный круговой обзор. Выявляют наличие и размещение на местности (фиг. 1) относительно антенны РЛС 1 естественных препятствий, закрывающих находящееся за ними пространство и образующих зону тени (в данном случае это остров 7, закрывающий полностью цель 8 для диаграммы направленности антенны РЛС 1). Размещают в точке (это может быть мыс, другой берег реки, другой остров и т.п.) систему ретрансляторов радиолокационных сигналов 2. В результате на антенну 3 ретранслятора 2 поступает сигнал от РЛС 1 (сплошная линия). Проходя по СВЧ тракту 5 через поляризатор 6, сигнал меняет свою поляризацию и излучается антенной 4 в сторону затененного данным препятствием (островом 7) участка пространства (пунктирная линия). Облучают ретранслированными сигналами цель 8, находящуюся в зоне тени. Отраженные находящейся в зоне тени целью 8 сигналы поступают на вход антенны 4 ретранслятора 2 (пунктирная линия), проходят по СВЧ тракту 5 через поляризатор 6, где сигнал меняет свою поляризацию и излучается антенной 3 ретранслятора в сторону РЛС 1 (сплошная линия). Отраженные закрытой целью 8 сигналы воспроизводятся штатным способом на экране индикатора РЛС 1. Определяют дальность, с учетом дополнительного времени задержки сигнала в системе ретрансляторов 2 при его прохождении в прямом и обратном направлениях, до обнаруженных в зоне тени цели 8. С учетом местоположения системы ретрансляторов 2 и дальности цели, определяют местоположение обнаруженной закрытой цели 8.

В случае использования системы ретрансляторов 2 с одной антенной, сигнал от РЛС 1 (сплошная линия), через поляризатор 6 поступает на антенну 3 переизлучается, далее через поляризатор 6, изменив плоскость поляризации, излучается в сторону затененного препятствием участка пространства (пунктирная линия). Отраженный от цели 8 сигнал (пунктирная линия) принимается этой же антенной 3, и этой же антенной сигнал с измененной поляризацией (такой же, как и поляризация сигнала, излучаемого РЛС 1) излучается в сторону РЛС 1 (сплошная линия). Так как, в этом случае используется только одна антенна, габариты такой системы ретрансляторов меньше, чем системы ретрансляторов с двумя антеннами.

Так как сигналы РЛС 1 и ретрансляторов 2 имеют разные (ортогональные) поляризации, то мешающая интерференция сигналов, приходящих от РЛС 1 и от ретрансляторов 2, будет отсутствовать, следовательно, ретрансляторы 2 можно размещать не только на вершинах указанных препятствий (острове 7), но и в других местах (на мысе, другом берегу реки, другом острове и т.п.) (Фиг. 1), и при этом не требуется изменения направления излучения сигналов в вертикальной плоскости в сторону затененного данным препятствием участка пространства, как это было необходимо в прототипе. Следовательно, происходит расширение возможностей применения за счет использования ретрансляторов 2 в местах, где установка ретранслятора, взятого за прототип, из-за интерференции сигналов, приходящих от РЛС 1 и от ретрансляторов, была бы невозможна. Так как интерференция сигналов, приходящих от РЛС 1 и от ретрансляторов 2 отсутствует, то и нет необходимости в антенне 4 с узкой диаграммой направленности в вертикальной плоскости. За счет этого возможно использование более простой по конструкции и имеющей меньшие массогабаритные показатели антенны 2, излучающей сигнал в сторону затененного данным препятствием (островом 7) участка пространства.

Ретрансляторы, использующие поляризаторы 6, установленные перед антенной 3 (использующие только одну антенну) имеют меньшие габариты и меньшую массу за счет использования только одной антенны и отсутствия сверхвысокочастотного тракта. Кроме того, происходит еще большее расширение возможностей применения за счет установки ретрансляторов 2 в местах, где направление излучения сигнала, транслируемого в сторону области тени совпадает с направлением на антенну РЛС 1. Меньшие габариты и масса упрощают устройства установки (мачту, на которой крепится ретранслятор) устройство крепления и т.п.

Известно, что для СВЧ сигнала, имеющего круговую поляризацию, можно получить во время дождя лучшее отношение сигнал/шум, чем СВЧ сигналы, имеющие линейную поляризацию (Справочник по радиолокации, редактор М. Сколник пер. с английского, изд. «Советское Радио» МЛ 977 т. 4 стр. 117). Следовательно, использование ретрансляторов 2, преобразующих сигналы РЛС 1 линейной поляризации, в сигналы круговой поляризации, излучаемые антенной 4, в сторону затененного данным препятствием (островом 7) участка пространства увеличивают зоны обзора при наличии дождя. В качестве антенны 4 можно использовать, например, обратимую антенну с круговой поляризацией (Микроволновые антенны, Р. Кюн, пер с немецкого, Ленинград, изд. «Судостроение», 1967 г. стр. 247-249).

Так как потери в поляризаторах малы, например, в том случае, где для изменения поляризации (поворот плоскости поляризации) используется поворот волноводного тракта (Волноводы, коаксиальные и полосковые линии, Изюмова Т.И., Свиридов В.Т. М., «Энергия», 1975 стр. 40-41.) поляризатор является просто частью волноводного тракта и потери сигнала в нем, по сути, являются потерями сигнала в части фидерного тракта, то и расчеты дальности обнаружения закрытых целей многокаскадной РЛС с системы ретрансляторов, приведенные в материалах изобретения (Пат RU №2206904 МКИ G01S 13/74, G01S 13/06, Н04В 7/14, 2003), верны и для заявляемого способа и устройств. Так как поляризатор имеет высокую надежность и малую стоимость, то и надежность и стоимость предложенных устройств мало отличается от надежности, стоимости ретранслятора-прототипа (ретранслятора без поляризатора). Таким образом, выполнение устройства для формирования многокаскадной стационарной радиолокационной станции с беззатененной зоной обзора окружающей поверхности с использованием предложенных технических решений, при сохранении всех преимуществ прототипа позволяет расширить технические возможности РЛС наблюдения за счет увеличения возможностей выбора места установки ретрансляторов и уменьшить габариты устройства за счет использования ретранслятора, имеющего антенну для излучения сигналов в сторону находящихся в области тени целей, упрощенной конструкции и с меньшими массогабаритными показателями. Еще большее уменьшение габаритов ретранслятора может быть получено за счет применения одной антенны, принимающей сигнал от РЛС и ретранслирующей преобразованный сигнал от РЛС в сторону области тени, с установленным перед зеркалом антенны поляризатором. Применение в ретрансляторе поляризаторов, преобразующих сигналы РЛС линейной поляризации, в сигналы круговой поляризации, ретранслируемые в сторону находящихся в области тени целей позволяет увеличить зону обзора при наличии дождя

Использование предложенных технических решений также позволяет уменьшить стоимость, как самой системы, так и стоимость эксплуатации.

Кроме того, использование предложенного технического решения позволит применять ретрансляторы не только совместно с береговыми РЛС (для проводки судов по сложным фарватерам и т.п.), но и для расширения зоны обзора совместно с РЛС иного назначения, установленных на позициях со сложным рельефом, например, в горах.

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к радиолокационным станциям (РЛС) освещения обстановки. Достигаемые технические результаты - расширение возможностей применения за счет установки ретрансляторов не только на вершинах препятствий, вызывающих затенение целей, в линию, перпендикулярную направлению излучения антенны РЛС, то есть в местах, где отсутствует интерференция сигналов, приходящих от РЛС и от ретрансляторов, но и в местах, где невозможна установка ретранслятора из-за интерференции сигналов, приходящих от РЛС и от ретрансляторов, мешающих нормальной работе РЛС и ретрансляторов, а также уменьшение габаритов и увеличение зоны обзора при наличии дождя. Указанные результаты достигаются тем, что устройство для формирования многокаскадной стационарной РЛС с беззатененной зоной обзора окружающей поверхности включают обзорную РЛС с антенной и системой ретрансляторов, а также поляризаторы, соединенные с антеннами ретрансляторов, при этом поляризаторы обеспечивают возможность установки ретрансляторов не только в местах отсутствия интерференции сигналов, приходящих от РЛС, но и в местах наличия интерференции сигналов, приходящих от РЛС и ретрансляторов, при этом в ретрансляторе применяется одна антенна, кроме того применяются поляризаторы, преобразующие сигналы РЛС линейной поляризации, в сигналы круговой поляризации. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для формирования многокаскадной стационарной радиолокационной станции (РЛС) с беззатененной зоной обзора окружающей поверхности, включающее обзорную радиолокационную станцию с антенной, установленной на местности в точке, обеспечивающей обзор максимально возможной площади окружающего пространства, дополнительно включенные в состав обзорной РЛС системы ретрансляторов, устанавливаемые в местах, обеспечивающих прием прямых сигналов от РЛС и их трансляцию в сторону находящихся в области тени целей, а также прием отраженных целями сигналов и их ретрансляцию в сторону антенны РЛС, при этом антенны ретрансляторов направлены на антенну РЛС и в сторону находящихся в области тени целей, что обеспечивает прием с использованием указанных систем ретрансляторов, излучаемых антенной РЛС прямых радиолокационных сигналов, трансляцию, с усилением или без усиления, через систему ретрансляторов принятых сигналов, излучение принятых сигналов в сторону затененного данным препятствием участка пространства, облучение ретранслированными сигналами находящихся в зоне тени целей, прием, трансляцию, с усилением или без усиления, через систему ретрансляторов принятых отраженных сигналов, излучение с помощью ретрансляторов в сторону антенны РЛС переотраженных находящимися в зоне тени целями сигналов, прием антенной РЛС, усиление и воспроизведение на экране индикатора РЛС отраженных закрытыми целями сигналов, определение направления на обнаруженные цели и расстояния до них, с учетом временных задержек сигналов в ретрансляторах, при распространении радиоволн в сторону цели и обратно, отличающееся тем, что введены поляризаторы, соединенные с антеннами ретрансляторов, при этом поляризаторы обеспечивают возможность установки ретрансляторов не только в местах отсутствия интерференции сигналов, приходящих от РЛС и от ретрансляторов, но и в местах наличия интерференции сигналов, приходящих от РЛС и от ретрансляторов.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в ретрансляторе применяется одна антенна, принимающая сигнал от РЛС и ретранслирующая преобразованный сигнал от РЛС в сторону области тени, с установленным перед антенной поляризатором.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в ретрансляторах применяются поляризаторы, преобразующие сигналы РЛС линейной поляризации, в сигналы круговой поляризации, ретранслируемые в сторону находящихся в области тени целей.