Радиолокатор для ближней радиолокации
Настоящее устройство относится к области ближней радиолокации, а именно к устройствам определения расстояния до цели. Технической задачей, решаемой заявляемой полезной моделью является расширение поля зрения радиолокатора ближнего радиуса действия. Техническая задача в заявляемом радиолокаторе для ближней радиолокации, содержащем первую приемную антенну, соединенную с первым приемным усилителем, последовательно соединенные стробоскопический преобразователь, согласованный фильтр, устройство синхронизации и обработки сигнала, управляющий выход которого соединен с управляющим входом стробоскопического преобразователя, генератор видеоимпульсов, вход которого подключен к сигнальному выходу устройства синхронизации и обработки сигнала, и первую передающую антенну, решается за счет того, что введены вторая приемная антенна, соединенная со вторым приемным усилителем, балансный детектор, вход которого соединен с выходами первого и второго приемных усилителей, а сигнальный выход подключен к входу стробоскопического преобразователя, дифференцирующая цепь, соединенная с генератором видеоимпульсов, а выход дифференциальный цепи подключен к первой передающей антенне через прямо включенный диод и ко второй передающей антенне через обратно включенный диод. В радиолокатор для ближней радиолокации (фиг.1) входят: 11 - первая приемная антенна; 1 2 - вторая приемная антенна; 21 - первый приемная усилитель; 22 - второй приемный усилитель; 3 - стробоскопический преобразователь; 4 - устройство синхронизации и обработки сигнала; 5 - генератор видеоимпульсов; 61 - первая передающая антенна; 62 - вторая передающая антенна; 7 - согласованный фильтр; 8 - балансный детектор; 9 - дифференцирующая цепь; 10 1 и 102 - диоды. Блоки, изображенные на блок-схеме имеют систему электропитания, не отображенную на схеме.
Настоящее устройство относится к области ближней радиолокации, а именно к устройствам определения расстояния до цели.
Известно устройство, осуществляющее излучение короткого видеоимпульса и регистрирующее время запаздывания отраженного сигнала, (Астанин Л.Ю., Костылев А.А. «Основы сверхширокополосных радиолокационных измерений». - М.: Радио и связь, 1989 - 190 с), входящее в общий сверхширокополосный измерительно-вычислительный комплекс. Устройство содержит стробоскопический осциллограф, цифровой осциллограф, микро ЭВМ, широкополосную ЛБВ для подачи ударного возбуждения, генератор импульсов и две широкополосные рупорные антенны. Устройство предназначено для измерения радиолокационных характеристик моделей целей.
Для подобных устройств важным параметром является широкий угол зрения, малые габариты и высокая чувствительность, ограниченная шириной диаграммы направленности используемой в устройстве антенны. При использовании рупорных антенн, предложенных в устройстве, не обеспечивается требуемое поле зрения.
Широкое поле зрение обеспечивается в устройствах, использующих метод вращающихся лучей и обзор пространства, например «Радиолокатор» (патент RU 2178185, опубликован 10.01.2002). Данное устройство содержит задающий генератор, блок формирования напряжения несущей частоты, узел формирования напряжений синхронизации, узел формирования сигналов излучения, узел формирования вращающихся лучей, узел кругового обзора пространства и узел индикации и измерения параметров сигналов приема. Узел формирования вращающихся лучей содержит синтезатор группы кратных частот излучения, состоящий из группы умножителей частоты излучения, блок согласования частот излучения, группу преобразователей частот излучения и группу антенн излучения. Узел кругового обзора содержит синтезатор группы кратных частот приема, состоящий из группы умножителей частоты приема, блок согласования частот приема, группу антенн приема, группу преобразователей частоты приема, группу фильтров приема и сумматор приема.
Устройство, предназначено для обзорного радиолокационного обнаружения группы объектов и измерения их пространственных параметров с использованием вращающихся лучей и кругового обзора пространства и обеспечивает высокое быстродействие и надежность. Основным недостатком в таком случае является техническая сложность и габариты устройства.
Наиболее близким по технической сущности является устройство согласно патенту «Радиолокатор подповерхностного зондирования» (RU 74484, опубликован 27.06.2008), являющееся более простым и малогабаритным. Устройство содержит приемную антенну, усилитель, стробоскопический преобразователь, последовательно соединенные друг с другом, устройство синхронизации и обработки сигнала, управляющий выход которого соединен с управляющим входом стробоскопического преобразователя, генератор видеоимпульсов, вход которого подключен к сигнальному выходу устройства синхронизации и обработки сигнала, и передающую антенну, вход которой соединен с генератором видеоимпульсов, отличающийся тем, что в радиолокатор введен согласованный фильтр, выполненный в виде синхронного накопителя, вход которого подключен к выходу стробоскопического преобразователя, а выход - к входу устройства синхронизации и обработки сигнала.
Недостатком указанного устройства является то, что при использовании известных широкополосных антенн, описанных в ряде работ (Licul S. Ultra wide band antenna characterization and measurement Virginia Polytechnic Institute, Blacksburg, Virginia. 2004-164 p.), поле зрения оказывается недостаточным, например, для использования радиолокатора в качестве устройства определения промаха в мишенных воздушных комплексах. Ширина диаграммы направленности по широкополосному сигналу для указанных антенн составляет порядка 50-80 градусов, что является недостаточным.
Технической задачей, решаемой заявляемой полезной моделью является расширение поля зрения радиолокатора для ближней радиолокации (направление в радиолокации, занимающееся радиолокационными средствами малой дальности действия).
Техническая задача в заявляемом радиолокаторе для ближней радиолокации, содержащем первую приемную антенну, соединенную с первым приемным усилителем, последовательно соединенные стробоскопический преобразователь, согласованный фильтр, устройство синхронизации и обработки сигнала, управляющий выход которого соединен с управляющим входом стробоскопического преобразователя, генератор видеоимпульсов, вход которого подключен к сигнальному выходу устройства синхронизации и обработки сигнала, и первую передающую антенну, решается за счет того, что введены вторая приемная антенна, соединенная со вторым приемным усилителем, балансный детектор, вход которого соединен с выходами первого и второго приемных усилителей, а сигнальный выход подключен к входу стробоскопического преобразователя, дифференцирующая цепь, соединенная с генератором видеоимпульсов, а выход дифференциальный цепи подключен к первой передающей антенне через прямо включенный диод и ко второй передающей антенне через обратно включенный диод.
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами:
На фиг.1 показана структурная схема полезной модели, на фиг.2 - временные диаграммы сигналов, на фиг.3 - схема балансного детектора, на фиг.4 - схема дифференцирующей цепи.
В радиолокатор для ближней радиолокации (фиг.1) входят: 11 - первая приемная антенна; 1 2 - вторая приемная антенна; 21 - первый приемная усилитель; 22 - второй приемный усилитель; 3 - стробоскопический преобразователь; 4 - устройство синхронизации и обработки сигнала; 5 - генератор видеоимпульсов; 61 - первая передающая антенна; 62 - вторая передающая антенна; 7 - согласованный фильтр; 8 - балансный детектор; 9 - дифференцирующая цепь; 10 1 и 102 - диоды. Блоки, изображенные на блок-схеме, имеют систему электропитания, не отображенную на схеме.
На фиг.2 показаны временные диаграммы сигналов в заявляемом радиолокаторе: 11 - импульсы, создаваемые генератором импульсом; 12 - импульсы на выходе дифференцирующей цепи; 131 и 132 - возбуждающие импульсы передающих антенн; 141 и 142 - выходные импульсы, на приемных антеннах; 15 - выходной сигнал балансного детектора
На фиг.3 представлена схема возможной реализации балансного детектора. Схема балансного детектора содержит трансформатор со средней точкой 16, диод 17 и нагрузочное сопротивление 18.
На фиг.4 представлена схема возможной реализации дифференцирующей цепи. Схема дифференцирующей цепи содержит конденсатор 19 и сопротивление 20.
На фиг.5 представлена блок схема алгоритма работы устройства обработки сигнала.
Радиолокатор работает следующим образом. Генератор видеоимпульсов 5 формирует видеоимпульсы, например, в виде меандра, длительность которых соответствует максимальной дальности до цели:
где S - максимальное расстояние обнаружения и измерения;
tи - длительность возбуждающего импульса;
tдмакс - максимальная периодичность импульсов;
С - скорость света.
Видеоимпульсы проходят на вход дифференцирующей цепи 9, формирующей по их фронтам разнополярные импульсы наносекундной длительности, поступающие на первую передающую антенну 61 и вторую передающую антенну 62 через диоды 101 и 102 соответственно. В результате, каждая из передающих антенн возбуждается своим импульсом в определенный момент времени и в определенном направлении. При попадании объекта в радиус действия локатора, сигналы будут отражаться от него, претерпевая изменения определяемые характеристикой его эквивалентной поверхности рассеивания.
Отраженный сигнал с определенного направления будет приниматься преимущественно первой приемной антенной 11, либо второй приемной антенной 12 и усиливаться соответственно в первом приемном усилителе 2 1 или втором приемном усилителе 22. При прохождении через балансный детектор 8 будет происходить преобразование отраженных импульсов в однополярный сигнал, поступающий на вход стробоскопического преобразователя 3. Дальнейшая обработка заключается в накоплении заданного числа входных импульсов в согласованном фильтре 7, обнаружении отраженного сигнала по критерию превышения заданного порога и измерению дальности до цели по временной задержке отраженного сигнала в устройстве синхронизации и обработки сигнала 4. Таким образом, за счет наличия двух разнонаправленных передающих и приемных антенн достигается решение технической задачи - расширение поля зрения радиолокатора.
Устройство может быть реализовано следующим образом:
Генератор видеоимпульсов может быть создан как на базе электронных приборов с нано- и пикосекундной коммутацией токов, например, лавинных диодов, так и мультивибратора - релаксационного генератора импульсов почти прямоугольной формы, выполненной в виде усилительного устройства с цепью положительной обратной связи.
Балансный детектор может быть реализован по традиционной схеме со средней точкой либо по мостовой схеме.
В качестве дифференцирующей цепи может быть использована RC-цепь. При этом произведения сопротивления и емкости должно быть меньше длительности поступающего ей на вход видеоимпульса.
Учитывая использования пикосекундных возбуждающих импульсов передающих антенн, для развязки разнополярных импульсов необходимо использовать сверхбыстрые диоды, обеспечивающих быстрое переключение.
Стробоскопический преобразователь может быть реализован по современной технологии прямого преобразования аналогового входного сигнала быстродейсвующими АЦП, или по схеме аналогичной применяемым в цифровых стробоскопических осциллографах
Согласованный фильтр может представлять собой синхронный накопитель (З.М.Каневский, М.И.Финкельштейн, «Флуктуационная помеха и обнаружение импульсных радиосигналов», Госэнергоиздат, 1963 г., стр.169-179.) и состоять из суммирующего устройства и линий задержки.
Первая приемная антенна, вторая приемная антенна, первый приемный усилитель, второй приемный усилитель, стробоскопический преобразователь, согласованный фильтр и устройство синхронизации и обработки сигнала имеют известные опубликованные в литературе варианты реализации.
Данный радиолокатор может быть использован в устройствах ближней радиолокации, в частности, в аппаратуре определения промаха, применяемой в стрельбовых мишенных комплексах. Для подобной аппаратуры остро стоит вопрос о снижении габаритов с наименьшей потерей в чувствительности и угле зрения. При использовании устройства по патенту RU 74484 для обеспечения повышения угла зрения необходимо использовать ненаправленные или слабонаправленные антенны. При этом для сохранения дальности работы, необходимо будет повышать мощность излучаемых импульсов. При использовании предложенного устройства появляется возможность использовать более эффективные антенны. Антенны могут устанавливаться непосредственно в хвостовой части самолета или же на специально буксируемом объекте. При этом диаграммы направленности излучателей должны перекрываться по уровню - 3дБ. Ширина диаграммы направленности при этом может быть определена с использованием методики, учитывающей специфику работы по СШП сигналу, как описано, например, в (М.М.Булатов, А.П.Овчаров, Ю.Е.Седельников. «Характеристики направленности антенн сверхширокополосных радиосредств», Вестник МарГТУ, 
1 2011. - Йошкар-Ола). Предложенное устройство не увеличивает габариты, позволяя при этом повысить чувствительность и снизить излучаемую мощность. В таком случае будет обеспечено достижение технического результата изобретения - расширение поля зрения радиолокатора.
Радиолокатор для ближней радиолокации, содержащий первую приемную антенну, соединенную с первым приемным усилителем, последовательно соединенные стробоскопический преобразователь, согласованный фильтр, устройство синхронизации и обработки сигнала, управляющий выход которого соединен с управляющим входом стробоскопического преобразователя, генератор видеоимпульсов, вход которого подключен к сигнальному выходу устройства синхронизации и обработки сигнала, и первую передающую антенну, отличающийся тем, что введены вторая приемная антенна, соединенная со вторым приемным усилителем, балансный детектор, вход которого соединен с выходами первого и второго приемных усилителей, а сигнальный выход подключен к входу стробоскопического преобразователя, дифференцирующая цепь, соединенная с генератором видеоимпульсов, а выход дифференциальный цепи подключен к первой передающей антенне через прямо включенный диод и ко второй передающей антенне через обратно включенный диод.
