ИМИТАТОР ДВИЖУЩЕЙСЯ ЦЕЛИ Советский патент 2015 года по МПК F41J2/00 H01Q15/18 

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано в качестве устройства для имитации движущейся радиолокационной цели при отработке и регулировке допплеровских систем радиолокационных станций, систем селекции движущихся целей (СДЦ), а также при юстировке антенн РЛС, в том числе с фазированной решеткой (ФАР), в случае если необходимо выделить системами СДЦ на фоне местных предметов или отражений от морской поверхности.

В радиолокационной технике нашли широкое применение стационарные отражатели электромагнитных волн, имитирующие при своем неподвижном положении движение реального объекта (цели) путем преобразования частоты переизлученного сигнала, т.е. путем изменения частоты сигнала РЛС на частоту Допплера либо путем образования в составе отраженного сигнала составляющей допплеровской частоты.

Известен стационарный имитатор движущейся цели под названием "Радиолокационный отражатель для получения допплеровского радиолокационного эхо" (патент ФРГ №3027058, опубл. 1982 г., МКИ H01Q 15/14), представляющий собой рупорную антенну, у основания которой находится волновод, длина которого периодически меняется с помощью апертуры. В одном из вариантов по патенту апертура выполняется в виде вращающегося отражательного диска, имеющего пазы, согласованные с размерами сечения волновода, и периодически закрывающего и открывающего путь для прохода радиоволн к торцевому короткозамкнутому четвертьволновому отрезку волновода. При этом образуется фазовая манипуляция отраженного сигнала, имитирующая допплеровский эффект.

К достоинствам этого имитатора следует отнести возможность получения периодической фазовой манипуляции отраженного сигнала, осуществляющей постоянный сдвиг фазы на 180°, наиболее эффективный для работы СДЦ радиолокационной станции.

Недостатками описанного устройства являются:

1. Низкая точность имитации движения цели, заключающаяся в значительных искажениях спектра сигнала облучающей РЛС, обусловленных сложной картиной отражения радиоволн при промежуточных положениях апертуры в раскрыве волновода.

2. Узкий диапазон рабочих частот по отношению к облучающей РЛС, что обуславливается критичностью настройки рупорно-волноводной системы.

3. Сложность первичной настройки системы, необходимость периодической перенастройки.

4. Необходимость точной синхронизации частоты и фазы смены состояний апертуры в раскрыве рупора с частотой повторения сигналов импульсной РЛС, что сопряжено со значительными трудностями.

Известен также метод преобразования отраженного сигнала (В.О. Кобак "Радиолокационные отражатели", М., "Сов. радио", 1975 г., с. 234), согласно которому необходимая для получения допплеровской частоты фазовая (частотная) модуляция отраженного радиолокационного сигнала получается путем перемещения граней уголковых отражателей (УО) или перемещением отражателей в целом.

К достоинствам указанного метода следует отнести простоту конструктивного исполнения, отсутствие элементов настройки, возможность использования в широком диапазоне радиоволн, возможность имитации широкого диапазона скоростей.

Однако, из описания этого метода в указанной литературе неясно устройство и принцип действия имитатора, а именно:

1. Отсутствует описание способа (характера, направления) перемещения подвижных граней относительно неподвижных, что не позволяет определить параметры и виды модуляции отраженного сигнала и судить о точности имитации движения цели.

2. Отсутствует указание на количество подвижных граней.

Наиболее близким к заявляемому является устройство под названием "Устройство калибровки допплеровской антенны" (патент США №3787866, МКИ G01S 7/40, опубл. 1974 г.). Устройство содержит замкнутую диэлектрическую ленту с нанесенными на ее поверхность хаотически расположенными отражающими элементами, расположенную с натяжением между двумя параллельными валами, приводимыми во вращение от привода, размещенную между слоями диэлектрической ленты радиопоглощающую пластину, при этом указанная лента для получения допплеровского эффекта отраженного сигнала располагается в непосредственной близости от раскрыва радиолокационной антенны.

Данное техническое решение предназначено для применения в лабораторных условиях и работоспособно при расположении плоскости, в которой происходит движение отражающих элементов, в непосредственной близости от раскрыва антенны РЛС, т.е. в ближней зоне радиолокационного поля, в которой упомянутая плоскость пересекает сферический фронт радиоволны, излучаемой РЛС. Образующийся при этом набег фазы, необходимый для получения допплеровского эффекта, пропорционален крутизне пересечения фронта с плоскостью и изменяется по нелинейному закону от края к центру раскрыва антенны.

К недостаткам технического решения относятся:

1. Низкая точность имитации, выражающаяся в неоднозначном характере имитируемой скорости движения цели.

При равномерной скорости перемещения отражающих элементов в плоскости движения ленты в непосредственной близости от раскрыва антенны РЛС величина допплеровского сдвига частоты отраженного сигнала уменьшается от края раскрыва антенны к его центру по нелинейному закону, причем приближающиеся к центру отражающие элементы образуют положительный набег фазы (приводящий к увеличению частоты отраженного сигнала), а удаляющийся - отрицательный. Нелинейный закон изменения допплеровского сдвига частоты обусловлен сферичностью фронта радиоволны в ближней зоне антенны РЛС.

2. Невозможность использования в качестве локальной цели, расположенной в дальней зоне РЛС.

В дальней зоне данное техническое решение неработоспособно, т.к. по условиям применения плоскость с отражающими элементами должна располагаться перпендикулярно направлению на антенну РЛС, а при этом в связи с отсутствием пересечения с плоским фронтом радиоволны отсутствуют условия для образования допплеровского эффекта. Взаимное пересечение упомянутых плоскостей в дальней зоне также не дает положительного эффекта, т.к. при этом радиолокационный сигнал отражается от плоскости с отражающими элементами по законам оптики и не возращается к приемнику РЛС.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности имитации движения цели.

Поставленная цель достигается тем, что в имитатор, содержащий гибкую замкнутую диэлектрическую ленту, на поверхности которой выполнены хаотически расположенные отражающие элементы, охватывающую с натяжением два расположенных параллельно друг другу вала, размещенную между двумя слоями упомянутой ленты радиопоглощающую пластину, привод для вращения одного из валов, - введен уголковый отражатель, выполненный в виде двух соединенных по одной стороне взаимно перпендикулярных друг другу металлических пластин, закрепленных совместно с радиопоглощающей пластиной, валами и приводом на общей раме, и расположенных с зазором и перпендикулярно относительно плоскости ленты, при этом третьей гранью уголкового отражателя является часть плоскости ленты, ограниченная площадью внутренней полости уголкового отражателя.

Такое исполнение имитатора позволяет повысить точность имитации движения цели за счет возможности обеспечения постоянства величины допплеровского сдвига отраженного радиолокационного сигнала при условии постоянства скорости линейного перемещения ленты с отражающими элементами, сообщаемой приводом, а также за счет возможности использования в качестве локальной цели при размещении имитатора в дальней зоне РЛС.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что введение двух граней к плоскости, образованной известной диэлектрической лентой с расположенными на ее поверхности отражающими элементами, привело к созданию имитатора подвижной цели в виде трехгранного уголкового отражателя, в плоскости одной (диэлектрической) грани которого происходит движение множества дискретных отражающих элементов, обуславливающих переизлучение сигнала РЛС с одновременным приданием ему допплеровского признака, что обеспечивает получения положительного эффекта, а именно:

- возможности повышения точности имитации движения цели за счет повышения линейности набега фазы и однозначности допплеровского сдвига частоты при условии обеспечения неподвижного положения имитатора относительно РЛС и стабилизации скорости линейного перемещения ленты с отражающими элементами;

- возможности размещения имитатора в дальней зоне РЛС и использования его в качестве локальной цели, создающей при своем неподвижном положении относительно облучающей РЛС допплеровский признак движения;

- возможности применения имитатора при проведении юстировочных работ РЛС в качестве "блестящей точки", выделяемой из фона местных предметов или отражений от морской поверхности системами СДЦ;

- возможности определения (контроля) зон подавления систем СДЦ путем регулирования имитируемой скорости движения цели.

Кроме того, имитатор не содержит элементов настройки, работоспособен в широком диапазоне частот РЛС, прост в эксплуатации.

Таким образом, отличительные признаки заявляемого технического решения являются существенными, позволяющими получить положительный эффект. Заявляемое устройство соответствует критерию изобретения по новизне, авторам не известны аналогичные технические решения с указанной совокупностью признаков.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан предлагаемый имитатор движущейся цели, а на фиг. 2 - принцип работы имитатора.

Предлагаемый имитатор движущейся цели (см. фиг. 1) содержит гибкую замкнутую диэлектрическую ленту 1, на поверхности которой выполнены хаотически расположенные отражающие элементы 2, охватывающую с натяжением два расположенные параллельно друг другу вала 3, 4, оси которых посредством подшипников 5 и механизма натяжения 6 соединяются с общей рамой 7, на которой также укреплены: размещенная между двумя слоями упомянутой ленты 1 радиопоглощающая пластина 8, две соединенные по одной стороне взаимно перпендикулярные друг другу металлические пластины 9, привод 10 для вращения вала 4.

Замкнутая диэлектрическая лента 1, содержащая отражающие элементы 2, образует плоскую поверхность, расположенную с зазором 11 (см. Фиг. 2) перпендикулярно двум соединенным по одной стороне металлическим пластинам 9. При этом расположенные взаимно перпендикулярно друг другу - плоскость диэлектрической ленты 1 и металлические пластины 9 образуют трехгранный уголковый отражатель (фиг. 1), раскрыв которого ориентируется перпендикулярно к направлению на облучающую РЛС 12. (см. фиг. 1, фиг. 2). Металлические пластины 9 могут быть выполнены, например, в виде двух равнобедренных прямоугольных треугольников, соединенных между собой сваркой под прямым углом друг к другу сторонами, примыкающими к прямому углу, либо методом гибки из цельного листа.

Работа имитатора заключается в следующем.

Привод 10 придает вращательное движение валу 4, являющемуся ведущим, и увлекающему за собой охватывающую с натяжением валы 3 и 4 гибкую замкнутую диэлектрическую ленту 1, придавая ей скорость линейного перемещения, равную скорости движения поверхности вала 4.

С целью снижения проскальзывания ленты 1 и приходящихся на нее механических усилий вращательное движение ведомому валу 3 от ведущего 4 может передаваться с помощью специальной передачи, например, ременной.

Упомянутая лента 1 образует плоскую движущуюся поверхность, находящиеся на которой отражающие элементы 2 создают допплеровский эффект движения цели относительно облучающей РЛС 12 со скоростью

V_r=V Cosα

где: V_r - радиальная скорость движения цели в направлении РЛС;

V - скорость перемещения отражающих элементов в плоскости движения диэлектрической ленты;

α - угол наклона плоскости диэлектрической ленты к направлению на РЛС.

Полученная при этом частота Допплера в точке наблюдения равна

$$f_d\approx -\frac{2V}{\lambda }Cos\alpha$$

Наиболее благоприятным с точки зрения условий формирования отраженного сигнала является перпендикулярное положение плоскости раскрыва уголкового отражателя (например, с треугольными гранями) к направлению на облучающую РЛС 12 (фиг. 2). При этом грань, образуемая плоскостью ленты 1 с отражающими элементами, будет располагаться под углом по отношению к РЛС α=35,25° (фиг. 2).

Тогда $$f_d\approx -\frac{2V}{\lambda }Cos{\mathrm{35,25}}^o=-\mathrm{1,63}\frac{V}{\lambda }$$ .

Отражающие элементы имеют случайную форму с максимальными размерами порядка $$\raisebox{1ex}{$\lambda $}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$4$}\right.$$ , выполняются путем нанесения металлической пленки на поверхность гибкой диэлектрической ленты. Для устранения эффекта "сплошного отражающего поля" расстояния между элементами выбираются из условия превышения 0,2÷0,25λ.

Размеры зазора 11 между нижней кромкой двух соединенных по одной стороне пластин 9 (граней уголкового отражатели) и плоскостью диэлектрической ленты 1 (фиг. 2) выбираются минимально возможными с точки зрения обеспечения условий беспрепятственного движения ленты и в соответствии с условиями минимального просачивания радиоволн во внешнюю полость уголкового отражателя. Для рабочих длин волн РЛС λ=3÷10 см достаточно выбрать размер зазора не более 3 мм, что обеспечивает нормальные условия для прохождения применяемой, например, лавсановой ленты толщиной 90÷100 мкм.

Таким образом, предлагаемый имитатор позволяет повысить точность имитации движущейся цели. Повышение точности имитации движения цели, обеспечиваемое предлагаемым техническим решением, по сравнению с прототипом при соблюдении равных условий поддержания стабильности скорости линейного перемещения подвижных элементов обусловлено снижением изменения допплеровского сдвига частоты переизлученного сигнала в дальней зоне РЛС.

Как это следует из условия применения прототипа, при размещении устройства вблизи раскрыва испытываемой антенны, имеющей ширину диаграммы направленности, например, θ=2°, сферичность фронта электромагнитной волны вызовет изменение допплеровской частоты в пределах ширины диаграммы направленности на величину:

Δf_Д=f_Д(1-tgθ)=f_Д(1-0,035)=0,065f_Д

Считая фронт электромагнитной волны в дальней зоне РЛС плоским, повышение точности имитации при оговоренной ширине диаграммы направленности антенны по предлагаемому техническому решению составит 6,5%.

Предлагаемое техническое решение отличается простотой реализации, позволяет получить высокие эксплуатационные характеристики. Малая инерционность движущихся частей устройства позволяет получить широкие возможности регулирования и стабилизации имитируемой скорости движения цели. Устройство отличается компактностью, простотой обслуживания, не требует первичной настройки и подстройки во время эксплуатации.

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано в устройствах для имитации движущейся радиолокационной цели. Имитатор движущейся цели для доплеровских систем содержит замкнутую диэлектрическую ленту с хаотически размещенными отражающими элементами, два параллельных вала, раму с приводом вращения валов, уголковым отражателем в виде металлических пластин и пластиной из радиопоглощающего материала. Изобретение позволяет повысить точность имитации движения цели. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Имитатор движущейся цели для доплеровских систем, содержащий отражающие элементы, хаотически размещенные на гибкой замкнутой диэлектрической ленте, охватывающей с натяжением два расположенных параллельно друг другу вала, пластину из радиопоглощающего материала, размещенную между ветвями диэлектрической ленты, привод вращения валов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности имитации, он снабжен уголковым отражателем в виде двух металлических пластин, соединенных под прямым углом и установленных с зазором над плоскостью ленты перпендикулярно к ней.

2. Имитатор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик устройства, уголковый отражатель и пластина из радиопоглощающего материала закреплены на общей раме с приводом вращения валов.