ОБЗОРНЫЙ РАДИОЛОКАТОР Советский патент 2014 года по МПК G01S13/74 

Предлагаемый радиолокатор относится к радиотехнике и может быть использован в системах вторичной радиолокации военного назначения, где требуется повышенная помехозащищенность аппаратуры.

С современной точки зрения помехозащищенность аппаратуры определяется ее двумя характеристиками: скрытностью работы и помехоустойчивостью (Г.Н. Громов и др. Количественный критерий оценки помехозащищенности радиосистем. Вопросы специальной радиоэлектроники, серия Радионавигационная техника, 1970, вып.3).

Действительно, если обеспечивается скрытная работа аппаратуры, то в большинстве случаев помехи ей не создаются, а если в отдельных случаях и создаются, то "вслепую", без учета тонкой структуры сигналов, так как станция помех не имеет возможности анализировать сигналы радиолокатора. А такие помехи имеют малую эффективность.

Помехоустойчивость же определяется работоспособностью аппаратуры при непосредственном воздействии на нее помех.

Во вторичной радиолокации одним из серьезнейших видов помехи является помеха, связанная с запуском маяков-ответчиков по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны первичного радиолокатора, создающие так называемый "кольцевой эффект" (один маяк создает на экране радиолокатора множество отметок, расположенных по многим азимутам, но на одинаковой дальности, на одном кольце дальности).

Известны радиолокаторы, где приняты меры по борьбе с указанными помехами (с "кольцевым эффектом"). Так в радиолокаторе, описанном в книге М.И. Финкельштейна «Основы радиолокации», М., "Сов. Радио", 1973, стр.454 и рис.11.21, прием ответных сигналов маяка осуществляют на остронаправленную антенну и на ненаправленную антенну, осуществляют вычитание и исключают из обработки сигналы отрицательной полярности, так как в данном случае они соответствуют боковым лепесткам. Однако для большинства случаев это техническое решение не годится, так как в связи с необходимостью использования остронаправленной антенны для приема сигналов от маяка эти сигналы должны передаваться на СВЧ, в то время как обычно в системах военного назначения они передаются на УКВ.

В радиолокаторе, описанном в той же книге на стр.455, использован способ борьбы с "кольцевым эффектом", основанный на сравнении в маяке амплитуд импульсов запросного сигнала, излучаемого направленной антенной, условно именуемых кодовыми импульсами, и импульса, излучаемого ненаправленной антенной, именуемого контрольным или импульсом подавления. Дешифратор маяка сравнивает кодовые и контрольный импульсы по амплитуде и обеспечивает ответ при двухимпульсном сигнале запроса, если кодовый импульс превышает контрольный или меньше его не более чем на 1 дБ. Ответ полностью отсутствует, если контрольный импульс превышает кодовый на 11 дБ и более, так как это свидетельствует о том, что запрос произведен по ненаправленной антенне.

Таким образом, в этом радиолокаторе уровень контрольного импульса, излучаемого по ненаправленной антенне, на 11 дБ превышает уровень кодовых импульсов, излучаемых по наибольшему боковому лепестку диаграммы направленности направленной антенны. Так как радиотехническая разведка осуществляется обычно не по главному лепестку (в связи с кратковременностью облучения им антенны приемника разведки), а по боковым, то скрытность этого варианта радиолокатора существенно снижена, так как разведка будет идти по сигналам контрольных импульсов, излучаемых одновременно по всем азимутам, причем уровень излучения на 11 дБ (в 12,6 раза по мощности) превышает уровень наибольшего бокового лепестка направленной антенны. Дальность разведки, являющаяся основной характеристикой скрытности, в данном случае увеличивается в 3,5 раза (в $$\sqrt{\mathrm{12,6}}$$ ), что является недостатком.

Вторым недостатком здесь является значительная вероятность ошибки в распознавании сигналов, идущих по основному и боковым лепесткам. Это связано с тем, что распознавание идет по соотношению уровней двух сигналов, кодового и контрольного, каждый из которых флюктуирует независимо в больших пределах.

Третьим недостатком этого радиолокатора является ограниченность области применения, так как для работы с этим радиолокатором требуется специальный маяк, имеющий канал приема контрольного сигнала и соответствующим образом выполненную логическую обработку (или дешифратор), сравнивающую уровни кодовых и контрольного сигналов и принимающую решение о необходимости ответа.

Наиболее близким к нашему предложению по технической сущности является радиолокатор, описанный в патенте Франции №2073354.

Этот радиолокатор содержит связанные через антенный переключатель передатчик, первую антенну СВЧ и приемник СВЧ, выход которого через сумматор соединен с сигнальным входом индикатора, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя кодов азимута (с датчиком азимута), вход которого соединен со вторым выходом первой антенны СВЧ, содержит вторую антенну СВЧ, вход которой соединен с вторым выходом передатчика, и соединенные последовательно антенну УВЧ и приемник УВЧ, причем выход приемника УВЧ соединен с вторым входом сумматора, а диаграмма направленности второй антенны СВЧ имеет минимум в направлении, совпадающем с основным лепестком диаграммы направленности первой антенны СВЧ.

Этот радиолокатор отличается от описанного на стр.455 книги М.И. Финкельштейна, по существу, только наличием минимума во второй антенне СВЧ. Но наличие этого минимума изменяет в лучшую сторону соотношение между кодовыми и контрольными сигналами, что существенно снижает вероятность ошибки в распознавании сигналов, идущих по главному и боковым лепесткам. Остальные же недостатки предыдущего радиолокатора (невысокая помехозащищенность, обусловленная малой скрытностью работы, а также ограниченность области применения) имеются и в этом радиолокаторе.

Целью настоящего изобретения является повышение помехозащищенности и расширение области применения.

Поставленная цель достигается тем, что во вторичный обзорный радиолокатор, содержащий связанные через антенный переключатель передатчик, антенну СВЧ и приемник СВЧ, выход которого через сумматор соединен с сигнальным входом индикатора, формирователь кодов азимута, синхронизатор и соединенные последовательно антенну УВЧ и приемник УВЧ, причем первый выход синхронизатора соединен с входом синхронизации передатчика, второй - со входом синхронизации индикатора, а вход формирователя кодов азимута соединен со вторым выходом антенны СВЧ, вводятся блок обработки пачки импульсов, формирователь кодов дальности, переключатель потенциала запроса, блок запоминания, селектор информации по кольцам дальности, формирователь строба и логический узел "И", причем первый вход блока обработки пачки импульсов соединяется с первым выходом формирователя кодов азимута, третий вход соединяется с первым выходом формирователя кодов дальности, четвертый вход соединяется со вторым выходам синхронизатора, пятый вход соединяется с первым выходом блока запоминания, второй выход блока запоминания соединяется с входом селектора информации по кольцам дальности, выход которого соединяется с первым входом блока запоминания, второй вход которого соединяется с первым выходом блока обработки пачки импульсов, второй выход которого через переключатель потенциала запроса соединяется с управляющим входом передатчика, а третий выход соединяется с одним входом логического узла "И", выход которого соединяется с вторым входом сумматора, а другой вход соединяется с выходом формирователя строба, первый, второй, третий, четвертый и пятый входы которого соединяются соответственно с вторым и третьим выходами формирователя кодов дальности, вторым и третьим выходами формирователя кодов азимута и с третьим выходом блока запоминания, при этом вход формирователя кодов дальности соединяется с вторым выходом синхронизатора.

Введенные блок запоминания, селектор информации по кольцам дальности, формирователь кодов дальности, переключатель потенциала запроса и соответствующие связи устраняют помехи, связанные с запросом маяка по боковым лепесткам, запоминая и совместно обрабатывая пачки импульсов, поступивших по каналу ответа, и относящиеся к одинаковым дальностям, переключая в течение длительности каждой пачки потенциал запроса на несколько фиксированных значений, из групп пачек, относящихся к равным дальностям, оставляя в блоке запоминания информацию только об ограниченном числе пачек, для которых достаточен меньший потенциал запроса.

Введенные блок обработки пачки импульсов, формирователь кодов дальности и соответствующие связи исключают из обработки те пачки импульсов, относящиеся к равным дальностям, в которых число импульсов меньше, чем должно быть при работе по главному лепестку, чем устраняет перегрузку помехами блока запоминания и последующих блоков, обеспечивает защиту от всех несинхронных помех и от синхронных помех в виде коротких пачек.

Введенные блок запоминания, формирователь строба, логический узел "И" и соответствующие связи устраняют помехи, связанные с тем, что при совместной работе блока запоминания и селектора информации по кольцам дальности возможно запоминание отдельных пачек импульсов синхронных помех по каналу ответа, поступающих с частотой повторения зондирующих импульсов первичной РЛС или с частотой, кратной частоте повторения, для чего используется (с учетом относительного движения маяка) межобзорная корреляция сигналов ответа.

Совокупность введенных признаков повышает помехозащищенность путем повышения скрытности работы аппаратуры, так как не содержит второй (всенаправленной) антенны СВЧ, излучающей контрольные сигналы, существенно превышающие уровень излучения по боковым лепесткам.

Совокупность введенных признаков расширяет область применения аппаратуры, т.к. он может работать с широко распространенными маяками.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого радиолокатора.

На фиг.2 представлена функциональная схема блока обработки пачки импульсов.

На фиг.3а представлена диаграмма направленности антенны СВЧ в горизонтальной плоскости, на фиг.3б - огибающие пачек импульсов ответа, соответствующие главному и боковым лепесткам диаграммы направленности антенны СВЧ.

Предлагаемый радиолокатор содержит связанные через антенный переключатель 1 передатчик 2, антенну СВЧ 3 и приемник СВЧ, выход которого через сумматор 5 соединен с сигнальным входом индикатора 6, синхронизатор 7, формирователь 8 кодов азимута, формирователь 9 кодов дальности, формирователь 10 строба, антенну УВЧ 12, блок 13 обработки пачки импульсов, блок 14 запоминания, селектор 15 информации по кольцам дальности логический узел "И" 16, переключатель потенциала запроса 17.

Формирователь 10 строба содержит узлы 18, 19, 20, 21 совпадения кодов, триггеры 22, 23 и логический узел "И" 24.

Первые входы узлов совпадения кодов 18, 19, 20, 21 являются, соответственно, первым, вторым, третьим и четвертым входами формирователя 10 строба. Вторые входы узлов совпадения кодов 18, 19, 20, 21 соединены между собой и являются пятым входом формирователя 10 строба. Входы триггера 22 соединены с выходами узлов 18 и 19 совпадения кодов. Входы триггера 23 соединены с выходами узлов 20 и 21 совпадения кодов. Входы логического узла "И" 24 соединены с выходами триггеров 22 и 23, а выход его является выходом формирователя 10 строба.

Блок 13 обработки пачки импульсов содержит адресные цепи 25, группу идентичных узлов обработки 25÷35 и два логических узла "ИЛИ" 36, 37.

Каждый из этих узлов обработки содержит счетчик 38 импульсов пачки, счетчик 39 импульсов потенциала, запоминающий узел 40 кода азимута, триггер 41, четыре коммутатора 42÷45, логический узел "2 из 2" 46, логический узел "И" 47, преобразователь код-напряжение 48 и пороговый узел 49.

Выполнение используемых узлов стандартное. Пороговый узел 49 имеет уровень срабатывания, соответствующий накоплению в счетчике 38 8 импульсов.

Формирователь 8 кодов азимута кроме цепей формирования кода азимута в каждый момент времени содержит цепи формирования кода "опережающего" и кода "отстающего" азимута, отличающегося от направления главного лепестка на ±15° на дальности до 15 км и линейно уменьшающего сдвиг до ±3° на дальности 150 км.

Формирователь 9 кодов дальности кроме цепей формирования кода дальности, начинающего отсчет от момента запуска системы синхроимпульсом, содержит цепи формирования кодов "опережающей" и "отстающей" дальности, отличающихся от дальности, задаваемой первым кодом, соответственно на +2 км и -2 км.

Частота повторения зондирующих импульсов радиолокатора F=1200 Гц.

Длительность зондирующего импульса τ_и=1,0 и 0,1 мкс.

Время одного оборота антенны Т=4 сек.

Ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости главного лепестка θ_гл.=1,9°,

боковых лепестков θ_бок.=0,95°.

Переключатель 17 потенциала запроса переключает длительность импульса (0 и 0,1 мкс) и расстояние между ними в паре (17 и 8 мкс). Переключается длительность только первого импульса пары, длительность второго сохраняется равной 1 мкс для обеспечения потенциала радиолокатора при обзоре.

Чувствительность маяка к сигналу с кодом 8 мкс на 20 дБ ниже, чем к сигналу с кодом 17 мкс. Приемник маяка по полосе пропускания согласован с импульсом τ_и=1 мкс, а при длительности импульса τ_и=0,1 мкс чувствительность приемника примерно на 10 дБ ниже, чем при τ_и=1 мкс.

Таким образом, переключатель потенциала запроса может задавать в передатчик следующие режимы:

τ_и=1 мкс, tкода = 17 мкс, (максимальный потенциал); τ_и=0,1 мкс; tкода = 17 мкс, (-10 дБ); τ_и=1 мкс; tкода = 8 мкс, (-20 дБ); τ_и=0,1 мкс, tкода = 8 мкс, (-30 дБ).

Импульс с первого выхода синхронизатора (опережающий) опережает импульс со второго выхода на 18 мкс.

Антенна УВЧ 11 - всенаправленная в горизонтальной плоскости. Индикатор 6 - индикатор кругового обзора. Передатчик 2 излучает пары импульсов кода на разнесенных частотах, приемник СВЧ 4 имеет соответственно два частотных канала приема и переключаемую линию задержки на 8 и 17 мкс, служащую для совмещения во времени отраженных сигналов пары, и линию задержки на 1 мкс на выходе для учета задержки сигнала ответа в маяке.

Работает предлагаемый радиолокатор следующим образом. Формируемая в передатчике 2 пара СВЧ импульсов через антенный переключатель поступает в антенну СВЧ 3 и излучается. Отраженные сигналы принимаются этой же антенной и через антенный переключатель 1 поступают в приемник СВЧ 4. В этом приемнике, в частности, происходит суммирование видеоимпульсов пары сигналов кода, принятых по разным частотным каналам и совмещенных во времени при помощи находящейся в приемнике СВЧ 4 линии задержки, и задержка выходного сигнала на 1 мкс, соответствующая задержке сигнала в маяке.

Второй импульс пары в передатчике всегда имеет длительность 1 мкс и начинается на 1 мкс раньше, чем начинается импульс на втором выходе синхронизатора. Первый импульс начинается одновременно с началом импульса на первом выходе синхронизатора, или с задержкой на 9 мкс. Задержка этого импульса и его длительность переключается переключателем 17 потенциала запроса.

Выходной сигнал приемника СВЧ 4 проходит далее через сумматор 5 и поступает на индикатор 6, где индицируется в виде яркостных отметок обычным образом, образуя на экране карту местности.

На эту карту наносятся отметки, соответствующие сигналам маяков, принимаемых антенной УВЧ 11 и приемником УВЧ 12.

Выходной видеоимпульс приемника УВЧ 12 поступает на первый вход блока 13 обработки сигналов, на второй и третий входы которого поступают коды дальности и азимута. Адресные цепи 25 направляют эти три сигнала в свободный узел обработки. Счетчик 38 импульсов пачки записывает импульс, ЗУ кода азимута 40 записывает код азимута, а код дальности присваивается адресным цепям, соответствующим данному узлу обработки. Вход данного узла обработки далее откроется адресными цепями в следующий период повторения в момент, когда код дальности, поступающий на адресные цепи 25, совпадет с кодом, присвоенным указанным адресным цепям. Если при этом с выхода приемника УВЧ 12 поступает импульс, то он записывается в счетчик импульсов пачки. Если же два периода подряд импульс не поступит, то срабатывает логический узел "2 из 2" 47, с выхода которого сигнал окончания пачки поступает на обнуляющие входы счетчиков 38, 39, на ЗУ кода азимута 40 и на один вход логического узла "И".

Если пачка была короткой (менее 16 импульсов), то пороговый уровень в узле 49 не превышен, на втором входе логического узла "И" 47 имеем нуль, на его выходе также нуль. Следовательно, при коротких пачках, соответствующих боковым лепесткам диаграммы направленности или коротким пачкам синхронных помех, происходит только обнуление узлов, а информация о параметрах пачки в блок запоминания 14 не передается, так как заперты коммутаторы 43, 44, 45.

После накопления счетчиком 38 16 импульсов подаются команда через логический узел "ИЛИ" на переключатель 17 потенциала запроса и команда запуска на счетчик 39 импульсов потенциала. В очередных периодах повторения излучается сигнал, потенциал которого уменьшается на 10 дБ, 20 дБ, 30 дБ, счетчик 39 запоминает число импульсов, поступающих по каналу ответа. Это число импульсов является мерой потенциала, достаточного для запуска данного маяка сигналами радиолокатора. В те периоды повторения, когда сигнал ответа не приходит из-за уменьшения потенциала запроса, в счетчик 38 через коммутатор 42 поступают импульсы со второго выхода синхронизатора 7, для чего коммутатор 42 переключается на время работы.

Радиолокатор излучает сигналы запроса с пониженным потенциалов (на 10, 20, 30 дБ) в течение трех смежных периодов повторения, на это время включается счетчик 39 импульсов потенциала, а коммутатор 42 переводится из режима пропускания видеоимпульсов из приемника УВЧ 12 в режим пропускания синхроимпульсов со второго выхода синхронизатора 7. Это исключает ошибку в подсчете числа импульсов пачки, связанную с тем, что при переключении потенциала запроса некоторые импульсы пачки могут не появиться в приемнике УВЧ 12.

Для работы радиолокатора нужно иметь информацию об азимуте, при котором пришел первый импульс пачки (он запоминается запоминающим узлом 40), и числе, равном половине числа импульсов пачки сигналов. Для получения этого числа счетчик 38 обрабатывает не непосредственно входные видеоимпульсы блока обработки 13, а прошедшие через триггер 41, работающий в режиме деления числа импульсов на два.

Поэтому пороговый уровень в узле 49, соответствующий 8 импульсам в счетчике 38, соответствует 16 входных видеоимпульсов блока 13.

При обработке длинной пачки импульсов (не менее 16) на логический узел "И" 47 поступает сигнал и на второй вход (от порогового узла 49), поэтому коммутаторы 43, 44 и 45 отпираются, пропуская в блок запоминания 14 информацию об обрабатываемой пачке: азимут первого импульса пачки, число, равное половине импульсов пачки; число режимов пониженного потенциала запроса, при которых есть ответ.

Эта информация обрабатывается с информацией, поступившей ранее и запомненной в блоке 14 запоминания, в селекторе 15 информации по кольцам дальности. Сравнивается по потенциалу запроса информация о пачках по кольцам дальности, т.е. пачках импульсов, приходящих на радиолокатор с одинаковой задержкой относительно момента излучения второго импульса радиолокатора. В памяти блока 14 оставляется информация о пачках, для получения которых достаточно было наименьшего потенциала запроса относительно других пачек кольца дальности. Оператор радиолокатора, исходя из ожидаемого числа маяков в зоне обзора и уровня помех, устанавливает число пачек, информацию о которых следует сохранить на данном этапе обработки, в пределах от 1 до 5. При большом числе маяков это число должно быть равным 3÷5, при малом достаточно 1÷2.

Информация об азимутах и дальности оставшихся в памяти блока 14 запоминания пачках поступает на узлы совпадения кодов 18, 19, 20, 21 формирователя 10 строба. На узлы совпадения кодов 18, 19 поступает из формирователя кодов дальности 9 код опережающий и код отстающий, эти коды изменяются во времени, в моменты совпадения этих кодов с запомненным на выходах узлов 18, 19 появляются импульсы, переключающие триггер 22 и формирующие строб по дальности. Аналогично в узлах 20, 21, 23 формируется строб по азимуту. Логический узел "И" 24 из этих двух стробов формирует один суммарный в виде площади. Этот суммарный строб поступает на логический узел "И" 16, разрешая прохождение на индикатор 6 сигналов маяков, расположенных в пределах стробов.

Из блока запоминания 14 в блок 13 обработки пачки импульсов на основании информации о половине числа импульсов пачки в прошлом обзоре поступает сигнал, переключающий выход счетчика 38, связанный с логическим узлом "ИЛИ" так, чтобы импульс на этом выходе появляется тогда, когда на счетчик 38 поступит импульс, соответствующий центру пачки в прошлом обзоре. Это позволяет выносить информацию на индикатор без задержки, требуемой для обработки всей текущей пачки, и соответствующих мер по коррекции этой задержки при индикации.

Если в предыдущем обзоре пачки сигналов в данном месте не было, то информация на экран не выносится, а только записывается в блоке 14 запоминания. Если пачка в предыдущем обзоре была, то текущая информация выносится на экран индикатора и записывается в блоке 14, а информация о пачке за прошедший период, соответствующей данному стробу, из памяти блока 14 исключается. В результате идет обновление информации об относительных координатах маяка, что позволяет, в частности, размещать предлагаемый радиолокатор и на движущихся объектах.

Число запоминаемых пачек по кольцу дальности (от 1 до 5) устанавливается оператором в зависимости от интенсивности активных помех. При увеличении интенсивности активных помех следует запоминать больше пачек (4, 5), чтобы в процессе обработки пачек импульсов по кольцам дальности не потерять основной сигнал от маяка, запомнив вместо него помеху. При запоминании более чем одной пачки, что одновременно с сигналом от маяка возможно запоминание и помехи, но она будет исключена в дальнейшем в логическом узле "И" 16 при сравнении информации за текущий обзор и за предыдущий.

Ширина главного лепестка диаграммы направленности антенны СВЧ 3 (фиг.3а) составляет 1,9°, а бокового лепестка 0,95°.

Число импульсов в пачке, возникающей при запросе маяка по основному лепестку, составит

$$n_{гл.}=\frac{{\theta }_{гл.}TF}{{360}^{о}}=\frac{{\mathrm{1,9}}^{о}\cdot 4с\cdot 1200\text{ Гц}}{{\text{360}}^{\text{о}}}\approx 25\text{ (имп}\text{.)}$$

а по боковому лепестку

$$n_{бок.}=\frac{{\theta }_{бок.}TF}{{360}^{о}}=\frac{{\mathrm{0,95}}^{о}\cdot 4с\cdot 1200\text{ Гц}}{{\text{360}}^{\text{о}}}\approx 13\text{ (имп}\text{.)}$$

Предлагаемый радиолокатор обладает повышенной помехозащищенностью, связанной как с уменьшенной в 3,55 раза дальностью обнаружения его работы средствами радиотехнической разведки противника, так и с подавлением несинхронных помех всех типов, синхронных многократных помех с числом импульсов в пачке, меньшем некоторого порога (16 в данном случае), подавлением всех помех, не коррелированных между обзорами.

Область применения предлагаемого радиолокатора расширена, так как он может работать с наиболее часто используемыми маяками-ответчиками.

Изобретение относится к области вторичной радиолокации. Достигаемый технический результат - повышение помехоустойчивости радиолокатора. Указанный результат достигается за счет того, что радиолокатор содержит приемопередающую антенну, антенный переключатель, передатчик, первый приемник, сумматор, индикатор, приемную антенну с вторым приемником, формирователь кодов азимута, блок обработки пачки импульсов, формирователь кодов дальности, блок запоминания, блок селекции сигналов. Блок стробирования и элемент И, выполненные и соединенные между собой определенным образом. 3 ил.

Обзорный радиолокатор, содержащий приемопередающую антенну, соединенную через антенный переключатель с передатчиком и первым приемником, выход которого через сумматор соединен с входом индикатора, приемную антенну с вторым приемником и формирователь кодов азимута, вход которого соединен с дополнительным выходом приемопередающей антенны, отличающийся тем, что, с целью повышения помехозащищенности радиолокатора, в него введены: блок обработки пачки импульсов, формирователь кодов дальности, блок запоминания, блок селекции сигналов, блок стробирования и элемент "И", при этом входы блока обработки пачки импульсов соединены с выходами соответственно второго приемника, формирователей кодов азимута и дальности и блока запоминания, а выходы - с первым входом элемента "И", вторым входом блока запоминания, и через коммутатор - с управляющим входом передатчика, второй и третий выходы формирователя кодов дальности соединены с соответствующими входами блока стробирования, выход которого через элемент "И" соединен с вторым входом сумматора, второй и третий выходы формирователя кодов азимута соединены с соответствующими входами блока стробирования, блок запоминания соединен с блоком селекции сигналов и с блоком стробирования, а вход блока обработки пачки импульсов, связанный с формирователем кодов азимута, соединен входом развертки индикатора.