МОБИЛЬНАЯ РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ Российский патент 2020 года по МПК G01S15/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано при определении параметров траектории объектов с помощью обзорных радиолокационных станций с каскадируемой активной фазированной щелевой антенной решеткой.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В ходе создания радиолокационной станции решаются многие проблемы, в данном случае предлагаемое изобретение направлено на решение совокупности функциональных, конструктивных и иных технических задач, обеспечивающее повышение технических, эксплуатационных и конструктивных параметров радиолокационных станции и их оптимизации.

Из источника RU2274875 известен способ радиолокационного обзора пространства для построения многофункционального радиолокатора, заключающийся в электронном сканировании по углу места при одновременном вращении антенны по азимуту, отличающийся тем, что используют две антенны в различных диапазонах волн с электронным управлением диаграммой в угломестной плоскости, при этом антенну с большей длиной волны используют для обзора пространства и обнаружения целей, а антенну с более короткой волной - для измерения ошибок сопровождения целей, размещают антенны на одном вращающемся основании, быстро и непрерывно вращают их, излучают обнаружительной антенной квазинепрерывный сигнал, обнаруживают отраженный от цели сигнал, запоминают в момент обнаружения азимут, угол места и радиальную скорость цели, вычисляют угловые интервалы совпадения азимута диаграммы измерительной антенны с азимутом обнаруженной цели, скачком перемещают на этих интервалах ее диаграмму на угол места цели и, зондируя это пространство сигналом с однозначной дальностью, осуществляют с учетом измеренной при обнаружении цели ее радиальной скорости допоиск цели по углу места в пределах ширины диаграммы обнаружительной антенны, определяют дальность цели и измеряют ошибки сопровождения цели по азимуту, углу места, дальности и скорости и рассчитывают текущие координаты и вектор скорости цели.

Из источника RU2274875 также известен радиолокатор на двух быстровращающихся одномерных фазированных активных решетках с электронным управлением диаграммой в плоскости угла места, со ступенчатым обзором пространства и сигналом, обеспечивающим однозначное измерение скорости и дальности цели. Одна антенна выполняет функцию обзора пространства и обнаружения целей, а вторая - измерительные функции. Ее можно использовать не только для измерения ошибок сопровождения цели, но и для обзора наземной поверхности и наблюдения метеорологической обстановки. Одномерная ФАР с управлением лучом только в одной угломестной плоскости в десятки раз дешевле двухмерной.

Из уровня техники также известно техническое решение согласно патенту RU2292563 Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано при определении параметров траектории движущихся объектов с помощью обзорной радиолокационной станции с фазированной антенной решеткой. Согласно RU2292563 предложена Обзорная радиолокационная станция, содержащая антенну, устройство управления лучом, выход которого соединен с антенной, последовательно соединенные передатчик, антенный переключатель, приемник и вычислитель, предназначенный для выполнения операций обнаружения объекта в процессе осмотра зоны обзора и сопровождения обнаруженного объекта, а также синхронизатор, при этом сигнальный вход/выход антенны соединен со входом/выходом антенного переключателя, а координатный ее выход - со вторым входом указанного вычислителя, четыре выхода синхронизатора соединены соответственно со входом устройства управления лучом, входом передатчика, вторым входом приемника и с третьим входом указанного вычислителя, отличающаяся тем, что первый выход указанного вычислителя, являющийся выходом сигнала, пропорционального значению несущей частоты зондирующего сигнала, соединен с третьим входом приемника и вторым входом передатчика для обеспечения их настройки на несущую частоту зондирующего сигнала, соответствующую положению луча антенны по азимуту, второй выход указанного вычислителя, являющийся выходом сигнала, разрешающего или запрещающего перемещение луча антенны по углу места, соединен с вторым входом устройства управления лучом антенны.

В изобретении согласно RU2292563 использована фазированная антенная решетка, имеющая одномерное фазовое электронное сканирование по углу места, частотную чувствительность азимутального положения луча и осуществляющей механическое вращение по азимуту.

Кроме того, из источника RU2577845 также известна активная фазированная антенная решетка, выполненная с возможностью двумерного электронного сканирования.

→ Недостатками являются отсутствие возможности электронного сканирования по трем координатам.

По меньшей мере в указанных источниках описаны принципы работы и построения радиолокационных станций, частности станций с активными фазированными антенными решетками: О. Г. Вендик, «Фазированная антенная решетка - глаза радиотехнической системы», 1997 г.; О.Г. Вендик, М.Д. Парнес, «Антенны с электрическим сканированием», 2001 г.; В.З. Кацнельсон, Н.И. Тимченко, В.В. Волков, «Основы радиолокации и импульсной техники», 1985 г.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение габаритных размеров мобильной радиолокационной станции с сокращением ее веса.

Предложена мобильная радиолокационная станция, содержащая комбинацию из антенных секций, каждая из которых включает активную волноводно-щелевую антенную решетку; распределенный усилитель мощности; межсекционную волноводно-распределительную систему, работающую на прием и передачу; блок несущей частоты; блок формирования и обработки сигналов; узел сопряжения и преобразования; предварительный усилитель мощности, отличающаяся тем, что

антенная решетка представляет собой каскадируемую активную фазированную щелевую антенную решетку и включает: множество резонансных волноводно-щелевых излучателей, множество модулей управления фазой с циркулятором, причем каждый модуль управления фазой имеет входной канал приема сигналов и входной канал передачи сигналов, волноводно-распределительную систему, причем входные каналы приема сигналов объединены при помощи волноводно-распределительной системы, распределенный усилитель мощности, множество узлов хранения кодов управления фазой с записанными в них фазовыми распределениями для каждого положения луча, причем к каждому входному каналу передачи сигналов присоединены усилители мощности.

Технический результат достигается благодаря тому, что компонентами предлагаемой радиолокационной станции обеспечена возможность как электронного сканирования по одной координате, так и электронного сканирования по двум координатам. Таким образом, обеспечена возможность использования одного набора унифицированных элементов для управления электронным лучом по одной оси с определением дальности и углу места, а также для управления электронным лучом по двум осям, т.е. в одной плоскости. Следовательно, возможно охватить все три координаты для получения радиолокационного изображения местности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами:

на Фиг. 1 представлена структурная схема мобильной радиолокационной станции;

на Фиг. 2 изображен резонансный излучатель;

на Фиг. 3 изображен модуль управления фазой;

на Фиг. 4 изображен узел хранения кодов управления фазой;

на Фиг. 5 изображен блок несущей частоты;

на Фиг. 6 изображен блок формирования и обработки радиолокационного сигнала.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагаемая мобильная радиолокационная станция содержит комбинацию из антенных секций 1, каждая из которых включает активную волноводно-щелевую линейную решетку (на чертеже не показана), распределенный усилитель 2 мощности, межсекционную волноводно-распределительную систему 3, работающую на прием и передачу; блок 4 несущей частоты, блок 5 формирования и обработки радиолокационных сигналов, узел сопряжения и преобразования, предварительный усилитель мощности.

На Фиг. 1 представлена структурная схема мобильной радиолокационной станции.

Антенная решетка 1 представляет собой активную фазированную решетку и включает в себя множество резонансных волноводно-щелевых излучателей 6. В рассматриваемом варианте осуществления используется восемьдесят резонансных волноводно-щелевых излучателей 6, на чертеже излучатели 6 изображены в виде прямоугольников и условно пронумерованы 1, 2 … 79, 80.

Далее, антенная решетка 1 содержит множество модулей 7 управления фазой, в схему которого добавлен циркулятор, причем каждый модуль 7 управления фазой имеет входной канал приема сигналов и входной канал передачи сигналов, обозначенные стрелками. В рассматриваемом варианте осуществления используется двадцать модулей 7 управления фазой, на чертеже модули 7 изображены в виде прямоугольников и условно пронумерованы 1 … 20. При этом входные каналы приема сигналов модуля 7 управления фазой объединены при помощи волноводно-распределительной системы 3.

Кроме того, антенная решетка 1 содержит три узла 8 хранения кодов управления фазой, в которых записаны фазовые распределения для каждого положения луча. На Фиг. 1 представлено только два узла 8 хранения кодов управления фазой, что сделано для упрощения структурной схемы мобильной радиолокационной системы. Причем к каждому входному каналу передачи сигналов модуля 8 управления фазой присоединены усилители мощности распределенного усилителя 2 мощности.

Связь между мобильной радиолокационной станцией и внешней аппаратурой осуществляется по стандарту Ethernet и обмену информацией в мультиплексном канале информационного обмена.

Резонансный излучатель 6, проиллюстрированный на Фиг. 2, состоит из семи перпендикулярных щелей с шагом λ_g/2, прорезанных в узкой стенке прямоугольного волновода. На расстоянии λ_g/4 от центра последней щели волновод короткозамкнут. Возбуждение каждой щели осуществляется с помощью двух одинаковых диафрагм, расположенных внутри волновода симметрично относительно геометрического центра щели. Такое построение излучателя обеспечивает минимальное излучение на кросс-поляризации.

Модуль 7 управления фазой (МУФ), проиллюстрированный на Фиг. 3, предназначен для установки фазового сдвига в излучателях антенной решетки. Один МУФ содержит четыре выходных волноводных канала, присоединяемых непосредственно к четырем излучателям. В каждом канале установлен дискретный четырехразрядный (16 фазовых состояний) фазовращатель (ФВ) на p-i-n диодах, обеспечивающий создание фазового распределения, формирующего нужное направление максимума диаграммы направленности. На управляющие контакты ФВ подаются соответствующие сигналы управления, формируемые из подаваемых на МУФ кодов управления фазой в драйвере, который является составной частью МУФ.

Узел 8 хранения кодов управления фазой, изображенный на Фиг. 4, предназначен для работы в составе электронно-управляемой фазированной антенной решетки и служит для обеспечения формирования и управления ее диаграммой направленности. Узел 9 хранения кодов управления фазой управляет драйверами p-i-n диодов фазовращателей элементов ФАР, непосредственно формирующих ее диаграмму направленности, в соответствии с управляющими сигналами, принимаемыми из блока 6 формирования и обработки радиолокационного сигнала.

В предлагаемой радиолокационной станции используется десять четырехканальных усилительных модулей с последующим суммированием мощностей их выходных сигналов и образованием двадцати выходных каналов. При этом конструктивное решение радиолокационного модуля обеспечивает размещение необходимого количества модулей (в одном из предпочтительных вариантов осуществления - восьми) на плоской поверхности, одновременно выполняющей функцию теплоотвода. При этом каждый выход распределенного усилителя 2 мощности подключен к входу соответствующего модуля 8 управления фазой.

Блок 4 несущей частоты, изображенный на Фиг. 5, предназначен для формирования и предварительного усиления зондирующего сигнала передатчика на несущей частоте и преобразования и усиления сигналов, поступающих на вход приемника. Режимы работы бока 5 несущей частоты устанавливаются внешними управляющими сигналами.

Блок 5 формирования и обработки радиолокационного сигнала, изображенный на Фиг. 6 (см. также Фиг. 1), выполняет следующее:

- формирование модулированного сигнала f_МС на опорной частоте f_ОП с задаваемой длительностью, периодом повторения, законом и параметрами внутриимпульсной модуляции и передачу его в блок 5 несущей частоты;

- приём, фазовое детектирование, аналого-цифровое преобразование и согласованную фильтрацию радиолокационных сигналов;

- обработку радиолокационных сигналов в соответствии с алгоритмами обработки;

- формирование опорного сигнала синтезатора f_ОС и передачу его в блок 5 несущей частоты;

- формирование опорного сигнала фазового детектора f_ОП;

- формирование сигнала синхронизации для обеспечения функционирования блока 6 формирования и обработки радиолокационного сигнала и изделия в целом;

- формирование кода модуляции сигнала;

- формирование кода управления частотой опорного сигнала;

- формирование сигналов управления лучом диаграммы направленности антенны и передачу их в узел 9 хранения кодов управления фазой;

- формирование сигналов импульса запуска передатчика (ИЗП1, ИЗП2) и передачу их в блок 5 несущей частоты и распределенный усилитель 2 мощности;

- формирование разовых команд управления;

- выдачу пакетов с результатами вычислений для передачи на рабочее место оператора, для записи на регистрирующее устройство.

Алгоритм обработки сигнала для получения радиолокационного изображения местности по трем координатам заключается в аналого-цифровом преобразовании на промежуточной частоте принятого сигнала, что позволяет реализовывать программно широкий спектр алгоритмов по цифровой обработке сигналов, в частности, реализованы программно критерии оптимального обнаружения, быстрого преобразования Фурье, селекции движущихся объектов за счет выделения частоты Доплера. В результате получают радиолокационное изображение местности.

В зависимости от тактики применения предлагаемая мобильная радиолокационная станция может работать в двух основных режимах:

- в режиме обзора земной (водной) поверхности, обеспечивающем высокую производительность по площади осматриваемой поверхности в единицу времени при поиске и сопровождении крупных радиолокационно-контрастных подвижных и неподвижных целей, и при поиске и сопровождении малоразмерных малоподвижных и воздушных скоростных целей.

- в режиме обзора с остановленной антенной, обеспечивающем наблюдение поверхности с высоким разрешением по дальности и азимуту.

Кроме этого возможна реализация вспомогательных режимов обеспечивающих решение задач классификации и измерения угла сноса и путевой скорости носителя.

Предлагаемая радиолокационная станция является программируемой по широкому набору параметров, основными из которых являются:

→ длительность, несущая частота, тип и закон внутриимпульсной модуляции, мгновенная полоса частот излучаемых сигналов, включая возможность изменения параметров модуляции от импульса к импульсу.

→ ширина сектора и скорость электронного сканирования луча диаграммы направленности антенны, включая возможность переброса луча и его остановку на любом направлении в пределах допустимого сектора обзора.

→ ширина луча диаграммы направленности антенны на передачу.

→ тип излучаемых последовательностей импульсов, период повторения импульсов.

→ время наблюдения, средняя мощность излучения.

В сочетании с высокопроизводительной согласованной цифровой обработкой и навигационной поддержкой это позволяет реализовывать практически полную номенклатуру возможных режимов работы бортовых мобильных радиолокационных станций, в том числе обеспечивающих высокую помехоустойчивость.

Специалисту в данной области техники очевидно, что возможны и другие варианты осуществления предлагаемого изобретения без выхода за рамки формулы изобретения, которой ограничен объем охраны предлагаемого изобретения.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение габаритных размеров мобильной радиолокационной станции с сокращением ее веса. Предложена мобильная радиолокационная станция, содержащая комбинацию из антенных секций, каждая из которых включает активную волноводно-щелевую антенную решетку; распределенный усилитель мощности; межсекционную волноводно-распределительную систему, работающую на прием и передачу; блок несущей частоты; блок формирования и обработки сигналов; узел сопряжения и преобразования; предварительный усилитель мощности, отличающаяся тем, что антенная решетка представляет собой каскадируемую активную фазированную щелевую антенную решетку и включает: множество резонансных волноводно-щелевых излучателей, множество модулей управления фазой с циркулятором, причем каждый модуль управления фазой имеет входной канал приема сигналов и входной канал передачи сигналов, волноводно-распределительную систему, причем входные каналы приема сигналов объединены при помощи волноводно-распределительной системы, распределенный усилитель мощности, множество узлов хранения кодов управления фазой с записанными в них фазовыми распределениями для каждого положения луча, причем к каждому входному каналу передачи сигналов присоединены усилители мощности. 6 ил.

Мобильная радиолокационная станция, содержащая:

- комбинацию из антенных секций, каждая из которых включает активную волноводно-щелевую антенную решетку;

- распределенный усилитель мощности;

- межсекционную волноводно-распределительную систему, работающую на прием и передачу;

- блок несущей частоты;

- блок формирования и обработки сигналов;

- узел сопряжения и преобразования;

- предварительный усилитель мощности,

отличающаяся тем, что антенная решетка представляет собой каскадируемую активную фазированную щелевую антенную решетку

и включает:

множество резонансных волноводно-щелевых излучателей,

множество модулей управления фазой с циркулятором, причем каждый модуль управления фазой имеет входной канал приема сигналов и входной канал передачи сигналов,

волноводно-распределительную систему, причем входные каналы приема сигналов объединены при помощи волноводно-распределительной системы,

множество узлов хранения кодов управления фазой с записанными в них фазовыми распределениями для каждого положения луча,

причем к каждому входному каналу передачи сигналов присоединены усилители мощности.