АНТЕННАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ Российский патент 2020 года по МПК H01Q21/29 H01Q25/04 G01S13/00 

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано при построении вращающихся многофункциональных радиолокационных станций (РЛС) дальнего обнаружения целей с электронным сканированием луча для обзора воздушного пространства и одновременного точного сопровождения целей.

Из уровня техники известна мобильная трехкоординатная радиолокационная станция по патенту RU 2594285 С2 от 10.08.2016, содержащая радиолокационный канал дальномера метрового диапазона в составе антенны дальномера (АД), приемно-передающего устройства (ППУД) и устройства первичной обработки (УПОД), антенны наземного радиозапросчика (АНРЗ) и антенны многофункционального радионавигационного комплекса (АМРК), а также устройство отображения, управления и контроля (УОУК) и устройство связи с потребителем (УСП), в которой дальномер вместе с АНРЗ и АМРК входит в антенно-аппаратный комплекс (ААК), размещенный на первом транспортном средстве и включающий антенно-мачтовое устройство (АМУ), которое расположено на вращающейся части опорно-поворотного устройства (ОПУ) транспортного средства и на вертикальной мачте которого закреплены АД, АНРЗ, направленные в одну и ту же сторону, и АМРК, гидравлическую систему свертывания-развертывания, при помощи которой АМУ в транспортном положении укладывают на платформу транспортного средства, и аппаратный контейнер (АК) с входящими в него ППУД и УПОД, при этом вход-выход АД через первый и третий входы-выходы ППУД соединен с первым входом-выходом УПОД, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены радиолокационный канал высотомера дециметрового диапазона в составе антенны высотомера (АВ), приемно-передающего устройства (ППУВ) и устройства первичной обработки (УПОВ), а также устройство управления, контроля и передачи радиолокационной информации (УУКПИ), устройство вторичной обработки (УОВО) сигналов дальномера и высотомера, поступающих через УУКПИ, и кабина управления (КУ), размещенная на втором транспортном средстве, при этом АВ и ППУВ входят в АМУ, АВ развернута на 180° относительно АД и закреплена на вертикальной мачте АМУ, УПОВ и УУКПИ входят в АК, расположенный на вращающейся части ОПУ первого транспортного средства, а УОУК, УОВО и УСП расположены в КУ, причем вход-выход АВ через первый и третий входы-выходы ППУВ соединен с первым входом-выходом УПОВ, вход УУКПИ соединен с выходом АМРК, выход - с входом ППУВ, а входы-выходы 1, 2, 3, 4, 5 и 6 УУКПИ соединены соответственно со вторым входом-выходом ППУД, вторым входом-выходом УПОД, входом-выходом АНРЗ, вторым входом-выходом ППУВ, вторым входом-выходом УПОВ и первым входом-выходом УОВО, второй вход-выход которого соединен с входом-выходом УОУК, а выход - с входом УСП, выход которого является выходом РЛС.

Недостатком известных РЛС является низкая надежность.

Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков аналогов.

Техническим результатом является повышение надежности, а также повышение энергетических характеристик антенной системы РЛС.

Технический результат достигается в антенной системе, включающей твердотельную фазированную антенную решетку, антенну наземного радиолокационного запросчика, установку автоматической компенсации помех и подавления боковых лепестков и антенну топопривязки и ориентирования, твердотельная фазированная антенная решетка представляет собой совокупность двух плоских фазируемых антенных решеток: приемной твердотельной фазированной антенной решетки и передающей твердотельной фазированной антенной решетки с аналоговым фазовым управлением в вертикальной плоскости, аппаратура фазированной антенной решетки содержит шестнадцать передающих и сорок восемь приемных диаграммообразующих строк.

Кроме того, предусмотрена возможность переключения знака девиации ЛЧМ.

Кроме того, перед ЛЧМ сигналом излучается монохроматический радиоимпульс.

Кроме того, излучающее полотно антенны закрыто радиопрозрачным укрытием.

Кроме того, твердотельная приемопередающая антенна построена по схеме, когда приемная и передающая части решетки разнесены в пространстве.

Технический результат достигается за счет разделения приемной и передающей частей ФАР, построения многоканального передатчика, а также исключением отдельных СВЧ элементов, приводящих к увеличению омических потерь.

Также технический результат достигается в способе работы антенной системы, заключающемся в том, что формируют одну, сканирующую по углу места, диаграмму направленности на передачу, пять сканирующих по углу места диаграмм направленности на прием для основных каналов и диаграмму направленности одного канала подавления боковых лепестков в вертикальной плоскости, образуемую из части элементов антенной решетки, при этом применяют сложный импульсный сигнал с внутренней линейно-частотной модуляцией (ЛЧМ) с положительным и отрицательным знаком девиации с изменяемой длительностью импульсов в зависимости от режима обзора и номера угломестного положения (УМП), используемый как в амплитудном, так и в когерентном каналах РЛС, для обеспечения обнаружения целей на дальностях менее 10 км перед ЛЧМ сигналом излучают монохроматический радиоимпульс с фиксированной длительностью, смену частоты повторения зондирующего сигнала производят при каждом изменении УМП.

Кроме того, выбор несущей частоты зондирующего сигнала осуществляют вручную оператором с рабочего места оператора со статусом «командир» или автоматически,

Кроме того, при автоматическом выборе смену несущих частот производят по случайному закону или по результатам анализа помеховой обстановки.

Антенная система предназначена для обнаружения и проводки целей в условиях воздействия отражений от местных предметов, гидрометеоров, дискретных мешающих образований и организованных дипольных помех, а также огневого подавления.

Антенная система РЛС предназначена для излучения зондирующих импульсов (ЗИ); приема и первичной обработки эхо-сигналов; излучения и приема сигналов опознавания государственной принадлежности целей (ОГП); приема эхо-сигналов для системы подавления боковых лепестков; приема сигналов для автокомпенсации помех в основных радиолокационных каналах приема; приема сигналов для канала разведки помеховой обстановки (РК).

Антенная система состоит из твердотельной фазированной антенной решетки, антенн наземного радиолокационного запросчика (НРЗ), установки автоматической компенсации помех и подавления боковых лепестков (АКП-ПБЛ) и антенн топопри вязки и установлена на крыше кузова-контейнера (кабины) с аппаратурой обработки. Излучающее полотно антенной решетки закрыто радиопрозрачным укрытием (РПУ), которое защищает от прямого попадания дождя, снега и гололедно-изморозевых отложений, а сзади закрыто съемными крышками.

В РЛС применен сложный импульсный сигнал с внутренней линейно-частотной модуляцией (ЛЧМ) с положительным и отрицательным знаком девиации (с изменяемой длительностью импульсов в зависимости от режима обзора и номера угломестного положения (УМП)), используемый как в амплитудном, так и в когерентном каналах РЛС. Сигнал представляет собой радиоимпульс с ЛЧМ заполнением.

Для улучшения электромагнитной совместимости (ЭМС) РЛС при работе в плотных группировках радиоэлектронных средств (РЭС) предусмотрена возможность переключения знака девиации ЛЧМ. Для обеспечения обнаружения целей на минимальных дальностях (менее 10 км) перед ЛЧМ сигналом излучается монохроматический радиоимпульс с фиксированной длительностью. В РЛС предусмотрена работа на любой из имеющихся рабочих частот. Выбор несущей частоты зондирующего сигнала осуществляется вручную оператором с рабочего места оператора (РМО) со статусом «командир» или автоматически. При автоматическом выборе, смена несущих частот производится по случайному закону или по результатам анализа помеховой обстановки. Смена частоты повторения зондирующего сигнала производится при каждом изменении УМП.

Антенная система, установленная с возможностью вращения для обзора пространства по азимуту, при этом обзор угломестной зоны производится посредством фазового электронного сканирования одного передающего луча и синхронно с ним пяти приемных лучей в заданном угломестном секторе.

В состав установки антенной системы входят:

- антенная решетка, формирующая одну, сканирующую по углу места, диаграмму направленности на передачу, пять сканирующих по углу места диаграмм направленности на прием для основных каналов и диаграмму направленности одного канала подавления боковых лепестков ПБЛ (ПБЛВ) в вертикальной плоскости, образуемую из части элементов антенной решетки. В состав антенной решетки входит стойка (размещается в раме антенной решетки) с вторичными приемными устройствами основных и вспомогательных каналов, а также элементами аппаратуры функционально-диагностического контроля антенной решетки;

- установка АКП-ПБЛ;

- антенна ОГП;

- установка антенн топопривязки и ориентирования.

Установка АКП-ПБЛ предназначена для приема помеховых сигналов с целью их автокомпенсации в основных приемных радиолокационных каналах, а также для бланкирования сигналов помех, принимаемых боковыми лепестками ДНА антенной решетки. Установка АКП-ПБЛ формирует одиннадцать диаграмм направленности автокомпенсации помех и одну диаграмму направленности подавления боковых лепестков в горизонтальной плоскости. Диаграммы направленности каналов установки АКП-ПБЛ обеспечивают перекрытие боковых лепестков пространственной диаграммы направленности антенной решетки.

Установка АКП-ПБЛ состоит из двенадцати горизонтальных панелей печатных вибраторных субблоков (излучателей), параллельных поверхности земли, располагающихся на внешней боковой стенке контейнера и образующих установку АКП-ПБЛ. Шаг излучателей по вертикали (в столбце), совпадает с шагом строк основной передающей антенны.

Антенна наземного радиозапросчика (НРЗ) предназначена для формирования диаграммы направленности (ДН) канала опознавания государственной принадлежности.

Антенна наземного радиозапросчика включает в себя:

- решетку основного канала, состоящую из двадцати двух субблоков, соединенных с помощью фидеров с соответствующими выходами горизонтального делителя;

- антенну канала подавления, состоящую из одного крайнего столбца;

- антенну симметрирующего канала, состоящую из другого крайнего столбца, нагруженного на согласованную нагрузку.

Антенна наземного радиозапросчика устанавливается сверху рамы антенной решетки так, чтобы их апертуры были ориентированы в одном направлении в азимутальной плоскости.

Для защиты от внешних воздействий предусмотрено радиопрозрачное укрытие.

Установка антенн топопривязки и ориентирования предназначена для решения следующих задач в ходе развертывания РЛС на позиции и в процессе работы:

- определение и передача на комплекс вычислительных средств (КВС) РЛС или выносной пульт управления координат точки стояния антенной системы базового шасси либо в географической системе координат (широта, долгота, высота), либо в прямоугольной системе координат Гаусса-Крюгера (абсцисса, условная ордината);

- определение и передача на КВС РЛС азимута продольной оси базового шасси антенного модуля РЛС по отношению к направлению на север;

- выдача на КВС РЛС информации о времени системы единого времени и эталона частот (СЕВ ЭЧ).

Заявленное изобретение поясняется чертежами:

- Фиг. 1 - машина с установкой антенной системы в транспортном положении;

- Фиг. 2 - машина с антенной системой в рабочем положении;

- Фиг. 3 - установка антенной системы;

- Фиг. 4 - антенная решетка; где:

1 - Верхняя рама;

2 - Нижняя рама;

3 - Приемная часть нижней рамы;

4 - Передающая часть нижней рамы;

5 - Установка антенн топопривязки и ориентирования.

Антенная система включает антенную решетку, формирующая одну, сканирующую по углу места, диаграмму направленности на передачу, пять сканирующих по углу места диаграмм направленности на прием для основных каналов и диаграмму направленности одного канала подавления боковых лепестков ПБЛ (ПБЛВ) в вертикальной плоскости, образуемую из части элементов антенной решетки. В состав антенной решетки входит стойка (размещается в раме антенной решетки) с вторичными приемными устройствами основных и вспомогательных каналов, а также элементами аппаратуры функционально-диагностического контроля антенной решетки; установкуАКП-ПБЛ; антеннуОГП; установку антенн топопривязки и ориентирования.

При этом антенная решетка представляет собой совокупность двух плоских фазируемых антенных решеток: приемной твердотельной фазированной антенной решетки (ФАР) и передающей твердотельной ФАР с аналоговым фазовым управлением в вертикальной плоскости, аппаратура ФАР, содержащая шестнадцать передающих и сорок восемь приемных диаграммобразующих строки (ДОСС), располагается в двух частях рамы - верхней и нижней. Передающие диаграммообразующие строки ФАР располагаются в нижней части нижней рамы ФАР, сорок восемь приемных ДОСС, из которых шестнадцать расположены в верхней части нижней половины рамы и тридцать две приемные ДОСС находятся в верхней части рамы ФАР.

Система работает следующим образом.

Аппаратура установки антенн топопривязки и ориентирования работает по радиосигналам навигационных космических аппаратов (НКА) глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США).

В состав установки антенн топопривязки и ориентирования входят антенные модули, три из которых располагаются на боковом торце антенной решетки, а один - сверху антенны ОГП.

Радиосигналы от НКА принимаются либо тремя разнесенными антенными модулями при развертывании и ориентировании РЛС на позиции, либо антенным модулем при боевой работе.

Предусмотрена возможность переключения знака девиации ЛЧМ.

Перед ЛЧМ сигналом излучается монохроматический радиоимпульс.

Излучающее полотно антенны закрыто радиопрозрачным укрытием.

Твердотельная приемопередающая антенна построена по схеме, когда приемная и передающая части решетки разнесены в пространстве.

Антенная решетка представляет собой совокупность двух плоских фазируемых антенных решеток: приемной твердотельной фазированной антенной решетки (ФАР) и передающей твердотельной ФАР с аналоговым фазовым управлением в вертикальной плоскости. Аппаратура ФАР, содержащая шестнадцать передающих и сорок восемь приемных диаграммобразующих схем строки (ДОСС), располагается в двух частях рамы - верхней и нижней. Передающие диаграммообразующие схемы строк ФАР располагаются в нижней части нижней рамы ФАР. Сорок восемь приемных ДОСС, из которых шестнадцать расположены в верхней части нижней половины рамы и тридцать две приемные ДОСС находятся в верхней части рамы ФАР.

Обзор пространства по азимуту обеспечивается равномерным вращением антенной решетки.

ДОСС выполнены по технологии крупноразмерных печатных плат на основе симметричных полосковых линий. Передающие ДОСС содержат по тридцать два излучателя, конструктивно объединенными с делителями строк. Коэффициенты передачи делителей синфазны и имеют равномерное амплитудное распределение.

Приемные ДОСС содержат по сорок шесть излучателей, конструктивно объединенными с делителями строк. Коэффициенты передачи делителей синфазны, но имеют амплитудное распределение, спадающее от середины ДОСС к ее краям.

Поляризация излучателей - горизонтальная.

Апертура передающей ФАР 1000 мм (по вертикали) × 3000 мм (по горизонтали).

Апертура приемной ФАР 3000 мм (по вертикали) × 4000 мм (по горизонтали).

Наклон нормали полотна ФАР относительно горизонта составляет 18°.

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано при построении вращающихся многофункциональных радиолокационных станций (РЛС) дальнего обнаружения целей с электронным сканированием луча для обзора воздушного пространства и одновременного точного сопровождения целей. Техническим результатом является повышение надежности, а также повышение энергетических характеристик антенной системы РЛС. Предложена антенная система включающая твердотельную фазированную антенную решетку, антенну наземного радиолокационного запросчика, установку автоматической компенсации помех и подавления боковых лепестков и антенну топопривязки и ориентирования. Способ работы антенной системы заключается в том, что формируют одну, сканирующую по углу места, диаграмму направленности на передачу, пять сканирующих по углу места диаграмм направленности на прием для основных каналов и диаграмму направленности одного канала подавления боковых лепестков в вертикальной плоскости, образуемую из части элементов антенной решетки, при этом применяют сложный импульсный сигнал с внутренней линейно-частотной модуляцией (ЛЧМ) с положительным и отрицательным знаком девиации с изменяемой длительностью импульсов в зависимости от режима обзора и номера угломестного положения (УМП), используемый как в амплитудном, так и в когерентном каналах РЛС, для обеспечения обнаружения целей на дальностях менее 10 км перед ЛЧМ сигналом излучают монохроматический радиоимпульс с фиксированной длительностью, смену частоты повторения зондирующего сигнала производят при каждом изменении УМП. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Антенная система, включающая твердотельную фазированную антенную решетку, антенну наземного радиолокационного запросчика, установку автоматической компенсации помех и подавления боковых лепестков и антенну топопривязки и ориентирования, отличающаяся тем, что твердотельная фазированная антенная решетка представляет собой совокупность двух плоских фазируемых антенных решеток: приемной твердотельной фазированной антенной решетки и передающей твердотельной фазированной антенной решетки с аналоговым фазовым управлением в вертикальной плоскости, аппаратура фазированной антенной решетки содержит шестнадцать передающих и сорок восемь приемных диаграммообразующих строк.

2. Антенная система по п. 1, отличающаяся тем, что предусмотрена возможность переключения знака девиации ЛЧМ.

3. Антенная система по п. 1, отличающаяся тем, что перед ЛЧМ сигналом излучается монохроматический радиоимпульс.

4. Антенная система по п. 1, отличающаяся тем, что излучающее полотно антенны закрыто радиопрозрачным укрытием.

5. Антенная система по п. 1, отличающаяся тем, что твердотельная приемопередающая антенна построена по схеме, когда приемная и передающая части решетки разнесены в пространстве.

6. Способ работы антенной системы, заключающийся в том, что формируют одну, сканирующую по углу места, диаграмму направленности на передачу, пять сканирующих по углу места диаграмм направленности на прием для основных каналов и диаграмму направленности одного канала подавления боковых лепестков в вертикальной плоскости, образуемую из части элементов антенной решетки, при этом применяют сложный импульсный сигнал с внутренней линейно-частотной модуляцией (ЛЧМ) с положительным и отрицательным знаком девиации с изменяемой длительностью импульсов в зависимости от режима обзора и номера угломестного положения (УМП), используемый как в амплитудном, так и в когерентном каналах РЛС, для обеспечения обнаружения целей на дальностях менее 10 км перед ЛЧМ сигналом излучают монохроматический радиоимпульс с фиксированной длительностью, смену частоты повторения зондирующего сигнала производят при каждом изменении УМП.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что выбор несущей частоты зондирующего сигнала осуществляют вручную оператором с рабочего места оператора со статусом «командир» или автоматически.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что при автоматическом выборе смену несущих частот производят по случайному закону или по результатам анализа помеховой обстановки.