Устройство пеленгации малозаметных радиолокационных станций
Устройство для амплитудной моноимпульсной пеленгации малозаметных радиолокационных станций относится к области радиотехники и может быть использовано в пассивной радиолокации, в том числе в средствах радиотехнической разведки. Устройство содержит фазированную антенную решетку в виде усеченной шестигранной пирамиды, которая выполнена с возможностью поворота вокруг вертикальной оси. Выходы каждой грани ФАР подключены к четырем корреляторам, в которых осуществляют построение корреляционных функций сигналов на основе попарно совмещенных диаграмм направленности. С выхода каждого коррелятора корреляционные функции сигналов поступают на суммарно-разностное устройство.
Заявленное техническое решение относится к области радиотехники и может быть использовано в пассивной радиолокации, в том числе в средствах радиотехнической разведки.
Известен моноимпульсный радиолокатор, содержащий 4 приемные антенны [1]. Выходы всех антенн подключены к суммарно-разностному устройству, образующему суммарный канал, разностный канал по азимуту и разностный канал по углу места.
С помощью вышеуказанного устройства реализуется амплитудный моноимпульсный способ пеленгации радиолокационных целей, заключающийся в формировании в каждой из угломерных плоскостей (азимутальной и угломестной) двух пересекающихся на уровне половинной мощности диаграмм направленности антенн, формирующих равносигнальное направление, последующей суммарно-разностной обработке принятых сигналов, определение пеленга по полученным дискриминаторным характеристикам.
Амплитудный моноимпульсный способ пеленгации реализуется не в передающем устройстве, а в приемных устройствах. На передающее устройство возлагается лишь функция излучения зондирующего сигнала. В связи с этим амплитудный моноимпульсный способ пеленгации и устройства его реализующие нашли применение в пассивной радиолокации, в том числе в средствах радиотехнической разведки (РТР). Однако, при построении устройств, реализующих амплитудный моноимпульсный способ пеленгации, в активных и пассивных системах радиолокации имеются принципиальные различия. В активных системах ожидаемый отраженный сигнал известен. В таком случае оптимальная обработка сигнала может быть сведена к вычислению корреляционного интеграла вида
где Z - значение корреляционной функции, x(t) - принимаемый сигнал,
u(t) - опорный сигнал, Т - время интегрирования.
При практической реализации оптимальной обработки сигнала строят оптимальный фильтр [1,с.27]. В этом случае точность определения пеленга зависит не от пиковой мощности, а от энергии сигнала.
Иначе обстоит дело в пассивной радиолокации, поскольку обработка информации проводится при априорной неопределенности частотно-временной структуры сигналов источников радиоизлучения (оптимальный фильтр, применяемый в активных РЛС, известными методами невозможно построить). В этом случае точность определения пеленга зависит не от энергии сигнала, а от его пиковой мощности. В современных станциях РТР получают хорошие качественные показатели пеленгации источников радиоизлучения на основе прямого применения способа амплитудной моноимпульсной пеленгации. Это объясняется тем, что принимаемые сигналы, например, излучаемые бортовыми РЛС, имеют достаточно большую пиковую мощность.
В конце прошлого столетия созданы малозаметные РЛС (МРЛС). В отличие от традиционных радиолокационных станций их шумоподобные сигналы имеют большую длительность и малую пиковую мощность. Работает МРЛС почти в непрерывном режиме.
Недостаток известного устройства [1], реализующего амплитудный моноимпульсный способ пеленгации, при прямом применении в станциях РТР заключается в том, что возникают серьезные проблемы обнаружения и пеленгации сигналов МРЛС с малой пиковой мощностью. Именно по этой причине созданные в конце прошлого столетия РЛС называют малозаметными (в зарубежной печати их называют LPI-radar).
Наиболее близким к заявленному техническому решению, выбранным за прототип, является устройство пеленгации малозаметных радиолокационных станций, позволяющее решать задачу пеленгации сигналов с малой пиковой мощностью и сложным законом модуляции [2]. Устройство по прототипу содержит четыре основные антенны и четыре дополнительные антенны, каждая из которых установлена в паре с основной антенной, с условием попарного совмещения диаграмм направленности, четыре коррелятора, суммарно-разностное устройство, при этом выходы каждой пары антенн (основной и дополнительной) соединены с соответствующим коррелятором, а выходы каждого из четырех корреляторов соединены с суммарно-разностным устройством. В прототипе на суммарно-разностное устройство поступают не сигналы с антенн, а корреляционные функции сигналов, что равносильно созданию оптимальной корреляционной обработки сигналов в соответствии с формулой (1) и возможности измерения угловых координат при малой пиковой мощности сигнала. При этом в формуле (1) под x(t) и y(t) следует понимать сигналы, принятые разными антеннами, один из которых можно считать опорным по отношению к другому.
Недостатком этого устройства является необходимость увеличения числа антенн вдвое, что приводит к громоздкости и удорожанию антенной системы в целом.
Задачей предложенной полезной модели является устранение указанного недостатка.
Задача решается путем замены громоздкой антенной системы, предложенной в прототипе, фазированной антенной решеткой (ФАР), что позволяет формировать в каждой из угломерных плоскостей (азимутальной и угломестной) две пересекающиеся на уровне половинной мощности диаграммы направленности электронным методом.
Предложенное устройство для амплитудной моноимпульсной пеленгации малозаметных радиолокационных станций, содержащее корреляторы, выход каждого из которых соединен с суммарно-разностным устройством, в отличие от прототипа содержит:
- фазированную антенную решетку (ФАР) в виде усеченной шестигранной пирамиды, которая выполнена с возможностью поворота вокруг вертикальной оси;
- излучающие элементы раскрыва расположены на поверхности граней пирамиды, при этом удаление подрешеток от торца верхней и нижней граней составляет 0,5
д, шаг размещения излучателей в горизонтальной плоскости составляет 0,5д, в вертикальной плоскости - 0.55д, где д - расстояние между подрешетками;
- выходы каждой грани фазированной антенной решетки подключены к четырем корреляторам, что позволяет формировать в каждой из угломерных плоскостей (азимутальной и угломестной) две пересекающиеся на уровне половинной мощности диаграммы направленности, обеспечивающие равносигнальное направление, и четыре дополнительные диаграммы направленности, каждая из которых попарно совмещена с основными диаграммами направленности.
Устройство характеризуют изображения, представленные на следующих фигурах:
Фиг.1. Геометрия несущей конструкции фазированной антенной решетки в виде усеченной пирамиды;
Фиг.2. Угломестное сечение диаграммы направленности одной из граней;
Фиг.3. Азимутальное сечение диаграммы направленности одной из граней;
Фиг.4. Изменение диаграммы направленности в азимутальной плоскости при суммировании сигналов подрешеток, размещенных на поверхности шестигранной пирамиды;
Фиг.5. Изменение диаграммы направленности в угломестной плоскости при суммировании сигналов подрешеток, размещенных на поверхности шестигранной пирамиды.
Работа заявленного технического решения осуществляется следующим образом.
Каждая грань фазированной антенной решетки (фиг.1) формирует две пересекающиеся на уровне половинной мощности диаграммы направленности.
На фиг.2 и 3 показаны соответственно угломестное и азимутальное сечения диаграммы направленности одной из граней фазированной антенной решетки. Диаграммы направленности остальных граней получают последовательным поворотом на угол 60° вокруг вертикальной оси.
Однако при суммировании сигналов подрешеток, размещенных на поверхности шестигранной пирамиды, наблюдается изменение диаграммы направленности в азимутальной плоскости, как показано на фиг.4. Кривые 1-6 соответствуют углам места 10°, 20°; 30°, 40°, 50° и 60°. В угломестной плоскости диаграмма направленности сохраняется неизменной. Кривые 1-4 при этом соответствуют углам азимута 0°, 10°, 20° и 30°.
Значение коэффициента направленного действия (КНД) в канале пеленгования по углу азимута составляет 16,4дБ.
Следует отметить, что в случае размещения излучающего раскрыва на несущей конструкции в виде усеченной пирамиды коэффициент направленного действия (КНД) составляет: для канала пеленгования по углу азимута - 8.4 дБ; для канала пеленгования по углу места - 6.9 дБ.
Наряду с этим ФАР формирует четыре дополнительные диаграммы направленности, каждая из которых попарно совмещена с основными диаграммами направленности. Выходы каждой грани ФАР подключены к четырем корреляторам, в которых осуществляют построение корреляционных функций сигналов на основе попарно совмещенных диаграмм направленности. Затем корреляционные функции сигналов поступают на суммарно-разностное устройство.
Таким образом, предложенное устройство по сути дела позволяет формировать опорный сигнал, что эквивалентно созданию оптимального фильтра. В результате чего потенциальные точности измерения угловых координат, как и в активных РЛС, зависят не от пиковой мощности, а от энергии сигнала. В конечном итоге LPI-radar становятся заметными.
Литература:
1. А.И.Леонов, К.И.Фомичев «Моноимпульсная радиолокация», изд. «Советское радио», Москва-1970 г.
2. Патент РФ 
2343500 на изобретение «Устройство пеленгации малозаметных радиолокационных станций», опубл. 20.11.09
Устройство для амплитудной моноимпульсной пеленгации малозаметных радиолокационных станций, содержащее четыре коррелятора, выход каждого из которых соединен с суммарно-разностным устройством, отличающееся тем, что содержит фазированную антенную решетку в виде усеченной шестигранной пирамиды, которая выполнена с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, а излучающие элементы раскрыва расположены на поверхности граней пирамиды, при этом удаление подрешеток от торца верхней и нижней граней составляет 0,5д, шаг размещения излучателей в горизонтальной плоскости составляет 0,5д, в вертикальной плоскости - 0,5д, где д - расстояние между подрешетками, при этом выходы каждой грани фазированной антенной решетки подключены к вышеуказанным корреляторам.
