ДВУХДИАПАЗОННАЯ АКТИВНАЯ РАДИОЛОКАЦИОННАЯ ГОЛОВКА САМОНАВЕДЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК F41G7/22 

Данное изобретение относится к области радиолокационных систем, позволяющих осуществить точное, всепогодное самонаведение на цель в условиях радиолокационного противодействия.

Известна активная радиолокационная головка самонаведения (патент США №6806823 В1 (45)) с дополнительным пассивным каналом, работающим в диапазоне частот радиолокационных систем противника. Антенна пассивного канала вынесена на корпус ракеты и служит для предварительного наведения ракеты на пеленгуемую РЛС. Недостатком этой двухдиапазонной системы является возможность использования второго пассивного канала только при наличии излучения пеленгуемой РЛС, что существенно снижает область ее применения.

Известна трехрежимная головка самонаведения (патент США №6606066), использующая приемник лазерного сигнала подсвета, приемник инфракрасного излучения и приемопередатчик сигнала миллиметрового диапазона. Недостаток этой системы состоит в том, что она не является всепогодной, в отличие от предлагаемой двухдиапазонной активной радиолокационной головки самонаведения, работающей в радиочастотном диапазоне в любых погодных условиях применения.

Известна активная радиолокационная головка самонаведения (патент RU 2313054), содержащая щелевую антенную решетку моноимпульсного типа, механически закрепленную на гироплатформе, передатчик, приемное устройство, циркулятор, синхронизатор, цифровую вычислительную машину. Это техническое решение является наиболее близким (прототипом) для предлагаемого изобретения. Его недостатком является возможность работать только в одном диапазоне волн, низкая точность наведения, ограниченные возможности разрешения цели по дальности и скорости, а также недостаточная скрытность и помехоустойчивость, что существенно снижает область его применения.

Задачей изобретения является увеличение точности наведения и разрешающей способности по дальности и скорости целей, повышение скрытности и помехоустойчивости работы, а также надежности функционирования во всепогодных условиях применения.

Поставленная задача решается тем, что в двухдиапазонную активную радиолокационную головку самонаведения, содержащую приемопередающую антенну, установленную на электромеханическом координаторе и расположенную внутри радиопрозрачного обтекателя, циркулятор/коммутатор прием-передача, синтезатор частот, усилитель мощности, программный модуль обработки сигналов, программный модуль управления электромеханическим координатором, дополнительно введены: программный модуль выбора рабочих частот, радиопрозрачный обтекатель выполнен двухдиапазонным, обеспечивающим работоспособность в нижнем и верхнем диапазонах волн, в качестве приемопередающей антенны используется двухдиапазонная антенная решетка, раскрыв которой содержит излучатели щелевого и/или вибраторного типа, обеспечивающими ее функционирование в нижнем и верхнем диапазонах волн, причем раскрыв антенной решетки нижнего диапазона волн разделен на четыре квадранта, каждый выход которого соединен с входом циркулятора/переключателя прием-передача нижнего диапазона, раскрыв антенной решетки верхнего диапазона волн также разделен на четыре квадранта, каждый выход которого соединен с входом циркулятора/переключателя прием-передача верхнего диапазона волн, выходы циркуляторов/переключателей прием-передача нижнего диапазона подключены к входам четырехканального приемника СВЧ нижнего диапазона, выходы которого подключены соответственно к четырем приемным входам программного модуля обработки сигналов нижнего диапазона, выходы циркуляторов/переключателей прием-передача верхнего диапазона подключены к входам четырехканального приемника СВЧ верхнего диапазона, выходы которого подключены соответственно к четырем приемным входам программного модуля обработки сигналов верхнего диапазона, вход синтезатора частот нижнего диапазона подключен к низкочастотному выходу программного модуля выбора рабочих частот, а выход подключен к входу четырехканального усилителя мощности нижнего диапазона и к гетеродинному входу четырехканального приемника СВЧ нижнего диапазона, вход синтезатора частот верхнего диапазона подключен к

высокочастотному выходу программного модуля выбора рабочих частот, а выход подключен к входу четырехканального усилителя мощности верхнего диапазона и к гетеродинному входу четырехканального приемника СВЧ верхнего диапазона, входы программного модуля выбора рабочих частот соединены с выходами программных модулей обработки сигналов нижнего и верхнего диапазонов, выходы программного модуля выбора рабочих частот соединены с входами программного модуля управления электромеханическим координатором.

На рис. 1 приведена общая структурная схема двухдиапазонной активной радиолокационной головки, где обозначено: 1 - приемопередающая антенна; 2 - радиопрозрачный обтекатель; 3 - электромеханический координатор; 4, 5, 6, 7 - циркулятор/коммутатор прием-передача верхнего диапазона; 8 - четырехканальный усилитель мощности верхнего диапазона; 9 - четырехканальный приемник СВЧ верхнего диапазона; 10 - четырехканальный приемник СВЧ нижнего диапазона; 11, 12, 13, 14 - циркулятор/коммутатор прием-передача нижнего диапазона; 15 - четырехканальный усилитель мощности нижнего диапазона; 16 - синтезатор частот верхнего диапазона; 17 - синтезатор частот нижнего диапазона; 18 - программный модуль обработки сигналов верхнего диапазона; 19 - программный модуль обработки сигналов нижнего диапазона; 20 - программный модуль управления электромеханическим координатором; 21 - программный модуль выбора рабочих частот.

Приемопередающая антенна 1 содержит антенную решетку нижнего диапазона волн и антенную решетку верхнего диапазона волн. Каждая антенная решетка содержит излучатели щелевого и/или вибраторного типа и разбита на четыре квадранта. Радиопрозрачный обтекатель 2 обеспечивает работоспособность двухдиапазонной активной радиолокационной головки самонаведения в нижнем и верхнем диапазонах волн. Приемопередающая антенна 1 установлена на электромеханическом координаторе 3, который обеспечивает слежение за целями. Применение циркуляторов/коммутаторов прием-передача верхнего диапазона 4, 5, 6, 7 и циркуляторов/коммутаторов прием-передача нижнего диапазона 11, 12, 13, 14 позволяют обеспечить режимы прием-передача для пеленгации целей в нижнем и верхнем диапазонах волн, а также снизить требования к максимально допустимому уровню мощности циркулятор/коммутатора, так как вместо одного циркулятора/коммутатора, применяемого в традиционных пеленгаторах, используются по четыре циркулятора/коммутатора в каждом диапазоне волн, подключаемых к выходам антенных решеток верхнего и нижнего диапазона. Четырехканальный усилитель мощности верхнего диапазона 8 и четырехканальный усилитель мощности нижнего диапазона 15 применяются в качестве выходных ступеней передатчика и реализуют усиление сигналов, формируемых синтезатором частот верхнего диапазона 16 и синтезатором частот нижнего диапазона 17. Четырехканальный приемник СВЧ верхнего диапазона 9 и четырехканальный приемник СВЧ нижнего диапазона 10

осуществляют усиление и преобразование на промежуточную частоту сигналов, принятых приемопередающей антенной 1 в нижнем и верхнем диапазонах волн. Программный модуль обработки сигналов верхнего диапазона 18 и программный модуль обработки сигналов нижнего диапазона 19 предназначены для суммарно-разностной обработки сигналов в верхнем и нижнем диапазонах волн. Программный модуль управления электромеханическим координатором 20 предназначен для формирования команд управления поворотом приемопередающей антенны 1 в режимах наведения и сопровождения. Программный модуль выбора рабочих частот 21 предназначен для управления синтезатором частот верхнего диапазона 16 и синтезатором частот нижнего диапазона 17.

Работает предлагаемое устройство следующим образом. На этапе предварительной настройки в режиме передачи добиваются синфазного излучения отдельных квадрантов для верхнего и нижнего диапазонов волн. В программном модуле выбора рабочих частот 21 с помощью специальных алгоритмов обработки информации, получаемой с выходов программного модуля обработки сигналов нижнего диапазона 19 и с выходов программного модуля обработки сигналов верхнего диапазона 18, проводится анализ внешней электромагнитной обстановки и на основе проведенного анализа выбираются оптимальные рабочие частоты. При типичном алгоритме наведения на начальном этапе осуществляется поиск и захват целей на рабочей частоте нижнего диапазона волн, где антенна имеет широкий угол обзора по

основному лепестку, что позволяет существенно уменьшить время поиска и захвата цели и тем самым повысить скрытность работы. Однако в этом режиме имеет место достаточно высокий уровень демаскирующего излучения по боковым лепесткам антенны, поэтому после обнаружения и захвата цели с помощью команд управления, формируемых программным модулем выбора рабочих частот 21 для синтезатора частот верхнего диапазона 16 и синтезатора частот нижнего диапазона 17, осуществляется переход на рабочую частоту верхнего диапазона волн, где реализуется высокая точность самонаведения за счет повышения угловой чувствительности моноимпульсного пеленгатора, так как при уменьшении длины рабочей волны зондирующего сигнала увеличивается соотношение диаметра антенной решетки к длине волны, что позволяет уменьшить ширину главного лепестка диаграммы направленности антенны, уменьшить уровень ее боковых лепестков и увеличить коэффициент усиления антенны по направлению на цель. Уменьшение рабочей длины волны также приводит к пропорциональному увеличению крутизны пеленгационной характеристики и повышению точности пеленгации сопровождаемой цели.

В реальных условиях применения возможны несколько режимов работы: а) режим работы в нижнем диапазоне волн; б) режим работы в верхнем диапазоне волн; в) режим работы одновременно в нижнем и верхнем диапазонах волн. В программном модуле выбора рабочих частот 21 производится анализ реальной электромагнитной обстановки, текущих внешних команд и

установок, наличие и уровень сигналов в нижнем или верхнем диапазоне волн и принимается решение о использовании одного из указанных выше режимов.

Для упрощения конструкции, снижения стоимости изготовления и комплексирования отдельных блоков синтезатор частот верхнего диапазона может быть выполнен в виде умножителя частоты. Блок схема двухдиапазонной активной радиолокационной головки самонаведения для этого случая приобретает вид, представленный на рис. 2, где обозначено: 1 - приемопередающая антенна; 2 - радиопрозрачный обтекатель; 3 - электромеханический координатор; 4, 5, 6, 7 - циркулятор/коммутатор прием-передача верхнего диапазона; 8 - четырехканальный усилитель мощности верхнего диапазона; 9 - четырехканальный приемник СВЧ верхнего диапазона; 10 - четырехканальный приемник СВЧ нижнего диапазона; 11, 12, 13, 14 - циркулятор/коммутатор прием-передача нижнего диапазона; 15 - четырехканальный усилитель мощности нижнего диапазона; 16 - умножитель частоты; 17 - синтезатор частоты нижнего диапазона; 18 - программный модуль обработки сигналов верхнего диапазона; 9 - программный модуль обработки сигналов нижнего диапазона; 20 - программный модуль управления электромеханическим координатором; 21 - программный модуль выбора рабочих частот.

Вход умножителя частоты 16 подключен к выходу синтезатора частот нижнего диапазона, а выход к входу четырехканального усилителя мощности верхнего диапазона и к гетеродинному входу четырехканального приемника СВЧ верхнего диапазона. При этом

для минимизации искажений фронта волны радиолокационного сигнала и потерь его мощности в радиопрозрачном обтекателе толщина стенки радиопрозрачного обтекателя выбирается кратной половине средней длины волны нижнего диапазона, а коэффициент умножения частоты n умножителя частоты выбирается целочисленным, из условия: n≥2. В простейшем случае при выборе n=2, радиопрозрачный обтекатель 2 может иметь монолитную конструкцию стенки с толщиной, равной половине длины волны в нижнем диапазоне волн («полуволновый обтекатель»), при этом для верхнего диапазона волн толщина стенки становится равной длине волны («волновый обтекатель»), что позволяет обеспечить работоспособность в нижнем и верхнем диапазонах волн.

Изобретение относится к области радиолокационных систем, позволяющих осуществить точное, всепогодное самонаведение на цель в условиях радиолокационного противодействия.

Реализация изобретения заключается в том, что в двухдиапазонную активную радиолокационную головку самонаведения, содержащую приемопередающую антенну, расположенную внутри радиопрозрачного обтекателя, синтезатор частот, усилитель мощности, программный модуль обработки сигналов, дополнительно введены программный модуль выбора рабочих частот, радиопрозрачный обтекатель и приемопередающая антенна выполнены двухдиапазонными, совмещенный раскрыв двухдиапазонной антенной решетки излучателей щелевого и/или вибраторного типа верхнего и нижнего диапазонов разделен на четыре квадранта, выход каждого квадранта через циркулятор/коммутатор прием-передача соответствующего диапазона подключен ко входам четырехканальных приемников и четырехканальных усилителей мощности соответствующих диапазонов, выходы четырехканальных приемников соединены со входами программных модулей обработки сигналов, выходы синтезатора подключены ко входам усилителей мощности и гетеродинным входам приемников, а входы синтезаторов соответствующих диапазонов подключены к высокочастотному выходу программного модуля выбора рабочих частот. Для упрощения конструкции за счет комплексирования отдельных блоков и снижения стоимости изготовления в головке самонаведения по второму варианту исполнения синтезатор частот верхнего диапазона выполнен в виде умножителя частоты, вход которого подключен к выходу синтезатора частот нижнего диапазона, а выход - ко входу четырехканального усилителя мощности верхнего диапазона и к гетеродинному входу четырехканального приемника СВЧ верхнего диапазона, при этом коэффициент умножения частоты выбирается целочисленным n≥2, а толщина стенки радиопрозрачного обтекателя выбирается кратной половине средней длины волны нижнего диапазона. Технический результат заключается в увеличении точности наведения и разрешающей способности по дальности и скорости целей, повышении скрытности, помехоустойчивости и надежности работы в любых погодных условиях. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Двухдиапазонная активная радиолокационная головка самонаведения, содержащая приемопередающую антенну, установленную на электромеханическом координаторе и расположенную внутри радиопрозрачного обтекателя, циркулятор/коммутатор прием-передача, синтезатор частот, усилитель мощности, программный модуль обработки сигналов, программный модуль управления электромеханическим координатором, отличающаяся тем, что для увеличения точности наведения и разрешающей способности по дальности и скорости целей, повышения скрытности и помехоустойчивости работы, а также надежности функционирования в любых погодных условиях, дополнительно введены: программный модуль выбора рабочих частот, радиопрозрачный обтекатель выполнен двухдиапазонным, обеспечивающим работоспособность в нижнем и верхнем диапазонах волн, в качестве приемопередающей антенны используется двухдиапазонная антенная решетка, раскрыв которой содержит излучатели щелевого и/или вибраторного типа, обеспечивающими ее функционирование в нижнем и верхнем диапазонах волн, причем раскрыв антенной решетки нижнего диапазона волн разделен на четыре квадранта, каждый выход которого соединен с входом циркулятора/переключателя прием-передача нижнего диапазона, раскрыв антенной решетки верхнего диапазона волн также разделен на четыре квадранта, каждый выход которого соединен с входом циркулятора/переключателя прием-передача верхнего диапазона волн, выходы циркуляторов/переключателей прием-передача нижнего диапазона подключены к входам четырехканального приемника СВЧ нижнего диапазона, выходы которого подключены соответственно к четырем приемным входам программного модуля обработки сигналов нижнего диапазона, выходы циркуляторов/переключателей прием-передача верхнего диапазона подключены к входам четырехканального приемника СВЧ верхнего диапазона, выходы которого подключены соответственно к четырем приемным входам программного модуля обработки сигналов верхнего диапазона, вход синтезатора частот нижнего диапазона подключен к низкочастотному выходу программного модуля выбора рабочих частот, а выход подключен к входу четырехканального усилителя мощности нижнего диапазона и к гетеродинному входу четырехканального приемника СВЧ нижнего диапазона, вход синтезатора частот верхнего диапазона подключен к высокочастотному выходу программного модуля выбора рабочих частот, а выход подключен к входу четырехканального усилителя мощности верхнего диапазона и к гетеродинному входу четырехканального приемника СВЧ верхнего диапазона, входы программного модуля выбора рабочих частот соединены с выходами программных модулей обработки сигналов нижнего и верхнего диапазонов, выходы программного модуля выбора рабочих частот соединены с входами программного модуля управления электромеханическим координатором.

2. Двухдиапазонная активная радиолокационная головка самонаведения, содержащая приемопередающую антенну, установленную на электромеханическом координаторе и расположенную внутри радиопрозрачного обтекателя, циркулятор/коммутатор прием-передача, синтезатор частот, усилитель мощности, программный модуль обработки сигналов, программный модуль управления электромеханическим координатором, отличающаяся тем, что дополнительно введены: программный модуль выбора рабочих частот, радиопрозрачный обтекатель выполнен двухдиапазонным, обеспечивающим работоспособность в нижнем и верхнем диапазонах волн, в качестве приемопередающей антенны используется двухдиапазонная антенная решетка, раскрыв которой содержит излучатели щелевого и/или вибраторного типа, обеспечивающими ее функционирование в нижнем и верхнем диапазонах волн, причем раскрыв антенной решетки нижнего диапазона волн разделен на четыре квадранта, каждый выход которого соединен с входом циркулятора/переключателя прием-передача нижнего диапазона, раскрыв антенной решетки верхнего диапазона волн также разделен на четыре квадранта, каждый выход которого соединен с входом циркулятора/переключателя прием-передача верхнего диапазона волн, выходы циркуляторов/переключателей прием-передача нижнего диапазона подключены к входам четырехканального приемника СВЧ нижнего диапазона, выходы которого подключены соответственно к четырем приемным входам программного модуля обработки сигналов нижнего диапазона, выходы циркуляторов/переключателей прием-передача верхнего диапазона подключены к входам четырехканального приемника СВЧ верхнего диапазона, выходы которого подключены соответственно к четырем приемным входам программного модуля обработки сигналов верхнего диапазона, вход синтезатора частот нижнего диапазона подключен к низкочастотному выходу программного модуля выбора рабочих частот, а выход подключен к входу четырехканального усилителя мощности нижнего диапазона и к гетеродинному входу четырехканального приемника СВЧ нижнего диапазона, вход синтезатора частот верхнего диапазона который выполнен в виде умножителя частоты с коэффициентом умножения частоты n, подключен к выходу синтезатора частот нижнего диапазона, а выход подключен к входу четырехканального усилителя мощности верхнего диапазона и к гетеродинному входу четырехканального приемника СВЧ верхнего диапазона, входы программного модуля выбора рабочих частот соединены с выходами программных модулей обработки сигналов нижнего и верхнего диапазонов, выходы программного модуля выбора рабочих частот соединены с входами программного модуля управления электромеханическим координатором, при этом толщина стенки монолитного радиопрозрачного обтекателя выбирается кратной половине средней длины волны нижнего диапазона, а коэффициент умножения частоты n умножителя частоты выбирается целочисленным, из условия: n≥2.