Радиолокационное устройство обнаружения беспилотных летательных аппаратов

Радиолокационное устройство обнаружения беспилотных летательных аппаратов. Полезная модель относится к системам радиолокационного обнаружения воздушных объектов и в частности - к устройствам обнаружения беспилотных летательных аппаратов с малой радиолокационной заметностью. Задачей полезной модели является совершенствование известного устройства резонансного обнаружения малозаметных беспилотных летательных аппаратов, обеспечивающее просмотр всего диапазона частот и перебор всех значений длин волн, соизмеримых с удвоенными размерами воздушных объектов и элементами их конструкции. Для решения этой задачи предлагается в состав известного устройства-прототипа дополнительно ввести аналого-цифровой преобразователь, перестраиваемый гетеродин, последовательно подключенные цифро-аналоговый преобразователь, первый фильтр сигналов промежуточной частоты, первый усилитель промежуточной частоты, первый смеситель, первый управляемый фильтр и предварительный усилитель мощности, а также ввести вычислитель на программируемых логических интегральных схемах, имеющий в своем составе схему управления, генератор тактовых сигналов, формирователь импульсных сигналов, последовательно соединенные цифровой фазовый детектор, блок первичного суммирования, блок вторичного суммирования, блок быстрого преобразования Фурье, блок сложения спектров, причем типовой приемник прототипа предлагается дополнить установленными на входе последовательно соединенными широкополосным усилителем высокой частоты и вторым управляемым фильтром. Предлагается также изменить межблочные связи и проводить обработку радиолокационной информации в цифровом виде. Предложенное устройство может качественно выполнять функцию обнаружения беспилотных летательных аппаратов и типовых воздушных объектов, причем цифровое управление позволяет выбирать нужную резонансную частоту зондирования и повышать достоверность решения путем сравнения результатов последовательных этапов обнаружения. Изменяя шаг перестройки частоты, можно изменять детальность просмотра полосы частот поиска резонанса отражений.

Полезная модель относится к системам радиолокационного обнаружения воздушных объектов (ВО) и в частности - к устройствам обнаружения и распознавания беспилотных летательных аппаратов (БЛА) с малой радиолокационной заметностью.

Известно радиолокационное устройство обнаружения малозаметных ВО, в том числе и БЛА [1], содержащее генератор, соединенный своим выходом со входами G умножителей частоты (УЧ), выход каждого g-го из которых связан с первым входом соответствующего g-го усилителя мощности (УМ), второй вход каждого g-го из G УМ подключен к выходу модулятора, а выход каждого g-го из G УМ соединен через соответствующий g-й вход антенного переключателя (АП) с антенной, содержащее также О приемников, вход каждого g-го из которых подключен к соответствующему выходу АП, а выход каждого g-го из которых - к первому входу соответствующего g-го фазового детектора (ФД), второй вход каждого g-го из G ФД связан с выходом соответствующего g-го УЧ, выход каждого из которых соединен со входом соответствующего g-го пересчетного устройства, выход каждого g-го пересчетного устройства с первого по (G-1)-е подключен к первому входу соответствующего g-го усилителя разностного сигнала (УРС), а выход каждого g-го пересчетного устройства со второго по G-е соединен со вторым входом соответствующего (g-1)-го УРС, причем выход каждого g-го из (G-1) УРС подключен к соответствующему g-му входу электронно-вычислительной машины (ЭВМ), выход которой соединен со входом устройства отображения (УО).

Данное устройство обнаружения использует для своей работы эффект возрастания мощности отраженных ВО сигналов при возникновении резонанса рассеяния радиоволн. Для получения резонансного отражения радиоволн в устройстве [1] формируются зондирующие сигналы на кратных частотах. Генератор формирует электромагнитные колебания на частоте f₀, а с помощью умножителей частоты они преобразуются в колебания на частотах 3f₀, 4f₀, 5f₀, gf₀ . Предполагается, что длина волны на выходе одного из УЧ будет совпадать с удвоенным размером ВО, что обеспечит возникновение резонансного отражения (рассеяния) [2]. Для типовых ВО (самолет, аэростат, вертолет) проявление резонансного отражения или рассеяния приведет к резкому возрастанию мощности (амплитуды) отраженных радиолокационных сигналов. А в случае облучения слабоотражающих ВО резонанс приведет к возможности их обнаружения по критерию превышения отраженным сигналом порогового уровня, определяемого чувствительностью приемников [3]. При отсутствии резонанса на выходе соответствующего приемника полезный сигнал будет отсутствовать и ВО не будет обнаруживаться. Устройство-прототип [1], кроме того, может быть применено для классификации ВО по размерам. Для этого длины волн излучения подбирают таким образом, чтобы они были соизмеримы с удвоенным поперечным размером ВО разных классов. При совпадении размера ВО с половиной длины волны /2 одного из разночастотных сигналов, объект проявляет себя как параллельный контур с резонансом токов. Резкое изменение фазы отраженных волн при резонансе фиксируется выходным напряжением одного из фазовых детекторов, что позволяет отличать полудлинноволновый ВО на одной из частот от остальных ВО, т.е. различать объекты по размеру.

При классификации объектов пачка преобразованных отраженных сигналов, снятая с выходов (G-1) УРС, по близости к одному из эталонов характеризует принадлежность ВО к определенному классу или типу, а при обнаружении - возникновение откликов на выходе одного или двух УРС позволяет зафиксировать факт наличия слабоотражающего ВО в поле зрения радиолокационного устройства.

Недостатком устройства [1] является то, что частота зондирующих сигналов, сформированных в разных УЧ, меняется дискретно с шагом перестройки, равным начальной частоте f₀=50 МГц. Зондирующие сигналы формируются в устройстве [1] на частотах 150 МГц, 200 МГц, 250 МГц, 300 МГц и т.д. до 50·G МГц. Это соответствует возникновению резонанса при поперечных размерах ВО 1 м; 0,75 м; 0,6 м; 0,5 м; 0,43 м и т.д. Таким образом, существуют пропуски в диапазонах частот излучения, что не позволяет гарантировать выявления отражений в резонансной области. В то же время ВО, изменяя свой ракурс относительно радиолокатора, могут характеризоваться разными поперечными размерами, не совпадающими с установленной шкалой резонансных размеров. А при уменьшении частоты f₀ с целью более детального анализа отражений на различных частотах число УЧ, приемников, УМ, ФД и т.д. (т.е. каналов обработки) становится слишком большим, что приводит к громоздкости устройства обнаружения [1]. К тому же согласно схеме радиолокационные сигналы на разных частотах излучаются в пространство одновременно, что может приводить к возникновению при отражении биений, комбинационных составляющих и т.п., проникающих в соответствующие приемники и приводящие к ошибкам обнаружения ВО.

Задачей полезной модели является совершенствование известного устройства резонансного обнаружения малозаметных БЛА, обеспечивающее просмотр всего диапазона частот и перебор всех значений длин волн, соизмеримых с удвоенными размерами ВО и элементами их конструкции.

Для решения этой задачи предлагается в состав известного устройства [1] дополнительно ввести аналого-цифровой преобразователь, перестраиваемый гетеродин, последовательно подключенные цифро-аналоговый преобразователь, первый фильтр сигналов промежуточной частоты, первый усилитель промежуточной частоты, первый смеситель, первый управляемый фильтр и предварительный усилитель мощности, а также ввести вычислитель на программируемых логических интегральных схемах, имеющий в своем составе схему управления, генератор тактовых сигналов, формирователь импульсных сигналов, последовательно соединенные цифровой фазовый детектор, блок первичного суммирования, блок вторичного суммирования, блок быстрого преобразования Фурье, блок сложения спектров, причем типовой приемник устройства [1] предлагается дополнить последовательно соединенными широкополосным усилителем высокой частоты и вторым управляемым фильтром, выход которого предлагается подключить к первому входу второго смесителя, выход генератора тактовых сигналов - соединить со вторым входом цифрового фазового детектора и входом формирователя импульсных сигналов, выход блока сложения спектров - связать со входом электронно-вычислительной машины, выход которой - подключить ко входу схемы управления, выход которой - соединить с вторыми входами первого и второго управляемых фильтров и со входом перестраиваемого гетеродина, выход которого - связать со вторыми входами первого и второго смесителей, выход антенного переключателя предлагается подключить ко входу широкополосного усилителя высокой частоты, выход второго фильтра сигналов промежуточной частоты - связать с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого - подключить к первому входу цифрового фазового детектора, выход формирователя импульсных сигналов предлагается соединить со входом цифро-аналогового преобразователя, а выход предварительного усилителя мощности - подключить ко входу усилителя мощности.

За счет такого дополнения и изменения схемы новое устройство будет способно качественно обнаруживать слабозаметные БЛА, не теряя при этом возможности обнаруживать типовые ВО.

Функциональная схема предлагаемого радиолокационного устройства обнаружения БЛА показана на фиг. 1. Предлагаемое устройство обнаружения БЛА включает антенну 1, АП 2, УМ 3, предварительный усилитель мощности (ПУМ) 4, первый и второй смесители 6 и 12, первый и второй управляемые фильтры 5 и 11, первый и второй усилители промежуточной частоты (УПЧ) 7 и 13, первый и второй фильтры сигналов промежуточной частоты (ФСПЧ) 8 и 14, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 9, широкополосный усилитель высокой частоты (ШУВЧ) 10, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 15, вычислитель на программируемых логических интегральных схемах (ВПЛИС) 26, ЭВМ 25, перестраиваемый гетеродин 24. В состав ВПЛИС 26 входят: формирователь импульсных сигналов (ФИС) 16, генератор тактовых сигналов (ГТС) 17, схема управления 18, цифровой ФД 19, блок сложения спектров (БСС) 20, блок быстрого преобразования Фурье (БПФ) 21, блок первичного суммирования (БПС) 23 и блок вторичного суммирования (БВС) 22. При этом последовательно соединенные блоки с 10-го по 14-й объединены в приемнике 27.

Радиолокационное устройство обнаружения БЛА работает следующим образом. Генератор таковых сигналов 17, собранный на программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС), вырабатывает тактовые сигналы в цифровом виде и направляет их на вход ФИС 16. Конструктивно и программно ФИС 16 выполнен на ПЛИС. Частота повторения тактовых сигналов составляет величину порядка единиц ГГц. Тактовые сигналы выполняют роль синхронизирующих сигналов, по которым ведется отсчет времени, отсчеты периодов повторения импульсов, назначается начало и конец импульсов и т.д. Синхронизируясь по тактовым сигналам, ФИС 16 формирует огибающие прямоугольных импульсов без радиочастотного заполнения длительностью _и порядка долей микросекунд (например, _и=0,5 мкс) с периодом повторения T_и порядка единиц-десятков микросекунд (например, T_и =5 мкс). Период повторения T_и и длительность _и с течением времени не меняются. Период повторения T_и определяет однозначно измеряемую дальность R действия устройства обнаружения БЛА.

Огибающие импульсов поступают из ФИС 16 (второй выход всего ВПЛИС) в ПАП 9, в котором из цифровых прямоугольных сигналов формируются аналоговые радиоимпульсы на промежуточной частоте f_пч. Для заполнения импульсов колебаниями высокой частоты в составе ЦАП 9 имеется собственный встроенный генератор. Величина промежуточной частоты f_пч может равняться десяткам или сотням МГц (например, f_пч =206 МГц). Для устранения проникновения в передающий тракт сигналов других частот на выходе ЦАП 9 предусмотрен первый ФСПЧ 8. Полоса пропускания ФСПЧ равна 1 МГц, средняя частота полосы пропускания точно настроена f_пч Сигналы на промежуточной частоте f_пч проходят усиление в первом УПЧ 7 (первая фаза усиления) и поступают с его выхода на первый управляемый смеситель 6, на второй вход которого поступают также сигналы несущей частоты, вырабатываемые перестраиваемым гетеродином 24. При формировании сигналов на первой частоте зондирования f_н1 на входе перестраиваемого гетеродина 24 сигналы управления являются обнуленными и его частота равна 1,5 ГГц. Сигналы управления с выхода схемы управления 18 определяют частоту выходных сигналов перестраиваемого гетеродина 24, которая может изменяться с дискретностью 10 или более мегагерц. Если обозначить через i номер частоты, то сигналы i-й по счету несущей частоты f_нi должны иметь частоту f_нi=(1500+101) МГц.

В первом смесителе 6 сигналы на частотах f_пч и f_нi смешиваются и в результате формируются радиоимпульсы на частоте (f_нi +f_пч), которые поступают из смесителя 6 в первый управляемый фильтр 5. Этот фильтр перестраивает свою полосу пропускания так, чтобы средняя частота полосы пропускания совпадала с частотой (f_нi+f_пч). Ширина полосы пропускания перестраиваемого управляемого фильтра 5 равна 1 МГц. Перестройка полосы пропускания происходит под действием сигналов управления с выхода схемы управления 18, поступающих на второй вход управляемого фильтра 5.

Сигналы с выхода 1-го управляемого фильтра 5 поступают на вход ПУМ 4, где несколько усиливаются по мощности (вторая фаза усиления сигналов) и поступают далее на основной УМ 3. После основного усиления (третья фаза усиления) в УМ 3 мощные сверхвысокочастотные импульсы на частоте (f_нi+f_пч) поступают на АП 2 и перенаправляются им в антенну для излучения в пространство. Отраженные от местных предметов, ВО и БЛА сигналы улавливаются антенной 1 и через АП 2 поступают на ШУВЧ 10, в котором происходит их предварительное усиление. Широкополосность необходима по той причине, что зондирующие сигналы разных частот должны проходить усиление с одинаковым коэффициентом. Далее сигналы с выхода ШУВЧ 10 поступают на первый вход второго управляемого фильтра 11, на второй вход которого поступают сигналы управления с выхода схемы управления 18. Второй управляемый фильтр 11 имеет постоянную полосу пропускания шириной 5 МГц и среднюю частоту полосы пропускания, равную частоте излучаемого в данном периоде повторения зондирующего сигнала (f_нi+f_пч). Схема управления 18 своими сигналами управления назначает частоту перестраиваемого гетеродина 24 и фильтров 5 и 11. Таким образом, при изменении частоты перестраиваемого гетеродина 24 полосы фильтров 5 и 11 перемещаются по шкале частот так, чтобы их средние частоты f _ср в любом периоде повторения были равны сумме промежуточной частоты f_пч и частоты сигналов гетеродина 24, т.е. f_ср=f_нi+f_пч. Полоса второго управляемого фильтра 11 выбрана с учетом необходимости пропускания сигналов с различными доплеровскими добавками (положительными и отрицательными в зависимости от направления движения ВО). Основной функцией второго управляемого фильтра 11 является задержка сигналов, излученных в смежных периодах повторения на другой частоте зондирования, т.е. исключение из обработки сигналов, отраженных крупными объектами с большой эффективной площадью рассеяния (ЭПР) [4-6] на дальности, превышающей однозначно измеряемую в периоде повторения T _и дальность.

С выхода 2-го управляемого фильтра 11 отраженные сигналы поступают на первый вход второго смесителя 12, на второй вход которого подаются сигналы несущей частоты соответствующего периода повторения. Смеситель 12 обеспечивает выделение сигналов на разностной частоте (f_нi+f _пч+f_д)-f_нi=f_пч+f_д , где f_д - доплеровская частота отраженных сигналов. На выходе второго смесителя 12 предполагается наличие фильтра (на фиг.1 не показан). Этот фильтр настроен на частоту f _пч и имеет полосу, ширина которой равна удвоенной максимально возможной частоте Доплера движущегося ВО.

С выхода второго смесителя 12 отраженные сигналы поступают на вход второго УПЧ 13, в котором осуществляется их основное усиление. Затем усиленные сигналы с выхода 2-го УПЧ 13 поступают для фильтрации на вход второго ФСПЧ 14. Как вариант полоса пропускания второго ФСПЧ 14 может иметь значение 5 или 10 МГц. Функционально последовательно соединенные ШУВЧ 10, 2-й управляемый фильтр 11, 2-й смеситель 12, 2-й УПЧ 13 и 2-й ФСПЧ 14 представляют собой приемник, отличающийся от типового приемника устройства-прототипа [1] наличием не обычного узкополосного, а широкополосного усилителя высокой частоты, а также наличием управляемого фильтра 11 взамен типового аналогового фильтра с постоянной полосой пропускания и неизменной средней частотой этой полосы.

Выход второго ФСПЧ 14 связан с первым входом АЦП 15, в котором с частотой дискретизации и синхронизирующей, навязываемыми по второму входу сигналами ГТС 17, происходит перевод усиленных и отфильтрованных аналоговых отраженных сигналов в цифровую форму. Причем операция перевода в цифровой вид проводится до выделения огибающей отраженных сигналов, т.е. на промежуточной частоте с доплеровской частотной добавкой. Частота дискретизации f_ацп в АЦП 15 должна быть вдвое больше значения промежуточной частоты, т.е. f_ацп2f_пч.

Оцифрованные на промежуточной частоте отраженные сигналы с выхода АЦП 15 поступают на первый вход цифрового ФД 19, который предназначен для разложения оцифрованных сигналов на квадратурные составляющие: действительную Re и мнимую Im. Цифровой ФД 19 имеет в своем составе цифровой генератор опорного напряжения частоты f_пч, сигналы которого синхронизируются таковыми сигналами ГТС 17, поступающими на второй вход цифрового ФД 19. Опорные сигналы подаются в каналы цифрового ФД 19 со сдвигом фазы на /2, что позволяет получить на выходе детектора квадратурные составляющие отражений [4, 5], необходимые для проведения дальнейшего цифрового векторного сложения отражений разных периодов повторения и осуществления спектрального анализа просуммированных отражений. Цифровой ФД входит в состав ВПЛИС 26 и конструктивно выполнен на типовых ПЛИС.

С выхода цифрового ФД 19 цифровые уровни действительной (косинусной) и мнимой (синусной) составляющих поступают на БПС 23, в котором для каждого строба дальности формируется суммарный отраженный сигнал. Для этого вся линейка дальности заблаговременно делится на соответствующее число стробов, каждый из которых перекрывается со смежным наполовину. Ширина строба дальности равна длительности зондирующего импульса _и. После перевода в цифровую форму в каждом периоде повторения T_и будет получено 8 комплексных отсчетов отражений, причем S=T_и/t_ацп, где t_ацп - период дискретизации АЦП 15. В пределах длительности импульса _и при этом будет укладываться S_и отсчетов, причем S_и=S/Q, где Q - скважность. Например, при наличии в периоде T_и 640 отсчетов и скважности Q=10 в каждом стробе дальности уместятся 64 комплексных отсчета отражений.

С учетом того, что на время излучения зондирующего сигнала приемник закрывается, число стробов, для которых производится нахождение суммарного отсчета, равно 2Q-2. Порядок нахождения суммарных отсчетов стробов следующий. Первым или начальным стробом признается строб, начинающийся с (S _и+1)-го отсчета, так как на время излучения зондирующего сигнала приемник закрывается и отраженные от ВО сигналы не фиксируются. В отдельный рабочий массив Y заносятся (записываются) S_и очередных отсчетов, начиная с (S_и+1)-го, и вычисляется модуль их векторной суммы [7]. Для этого вычисляется сначала сумма Re всех действительных частей Re, записанных в рабочий массив Y комплексных отсчетов по формуле , где Re_k величина действительной (косинусной) составляющей k-го отсчета, записанного в рабочий массив Y, а затем аналогичным образом вычисляется сумма мнимых частей по формуле , после чего вычисляется модуль и фаза итогового суммарного комплексного отсчета, которые направляются с выхода БПС 23 на вход БВС 22, также выполненного на ПЛИС. Далее в БПС 23 осуществляется смещение выбираемых для суммирования отсчетов отраженных сигналов на S_и/2 отсчетов, и операция вычисления суммы очередных S_и отсчетов, начиная с (S_и+1+S_и /2)-го отсчета, повторяется. Так, передвигаясь с дискретностью в S_и/2 отсчетов (т.е. смещаясь на очередном шаге на половину ширины строба), вычисляется 2Q-2 комплексных сумм отраженных сигналов, которые направляются на вход БВС 22. Например, при скважности Q=10 и наличии в периоде повторения 640 отсчетов на выходе БПС 23 будет сформировано 18 суммарных комплексных отсчетов.

Число пачек W сигналов одной частоты выбирается равным W=8. Число периодов T_и в пачке сигналов одной несущей частоты выбирается равным M=2560. Значит, для каждой пачки отраженных сигналов на выходе БПС 23 будет получено (2Q-2)×2560 суммарных отсчетов или 2560 массивов E суммированных сигналов, содержащих по 2Q-2 комплексных отсчетов (чисел) в каждом.

В блоке 22 производится вторичное суммирование отражений для каждой серии из 10 периодов зондирования. Для этого в пределах каждой пачки из 2560 периодов зондирования T_и выделяются 256 фракций, включающих отсчеты очередных 10 периодов повторения. Согласно принципу суммирования по времени или по отсчетам фракции не пересекаются. В пределах каждой фракции вычисляются суммы десяти комплексных отсчетов одноименных стробов дальности. Иначе говоря, в пределах фракции выбираются 10 отсчетов, принадлежащих первому стробу дальности и вычисляется их комплексная сумма, затем вычисляется аналогичная сумма для отсчетов второго строба дальности и так далее до (2Q-2)-го строба. Значит, в пределах каждой из 256 фракций получают 2Q-2 комплексных отсчетов, каждый из которых представляет векторную собой сумму отражений в 10-ти смежных периодах повторения. Таким образом, на выходе БВС 22 формируют 256 массивов 2, в каждом из которых содержится по 20-2 комплексных суммарных отраженных сигналов. Каждый массив 2 может быть записан в виде

,

где - суммарный комплексный отсчет k-го строба дальности, полученный сложением отраженных сигналов этого строба в 10 смежных периодах зондирования.

С выхода БВС 22 эти массивы Z поступают в блок БПФ 21, в котором формируются спектры отражения сигналов одноименных стробов дальности. Для этого из 256 массивов Z, полученных для очередной пачки отраженных сигналов, формируются k-e массивы-столбцы Z1_k, в каждый из которых записываются комплексные суммарные отражения, полученные в 256 фракциях одночастотной пачки для соответствующего k-го строба дальности:

,

где k - номер строба дальности; верхний индекс при обозначает номер фракции, в которой предварительно произведено вторичное суммирование.

С каждым массивом Z1 _k проводится операция комплексного БПФ с предварительным добавлением 256-ти нулей в начале массива. Результатом БПФ является соответствующий спектральный массив или цифровой спектр отражений в соответствующем стробе дальности, т.е. результирующий массив Z2 из 512-ти элементов. Понятно, что для каждой пачки одночастотных отражений будет получено 2Q-2 массивов Z2. Эти массивы в цифровом виде поступают из блока 21 в БСС 20, в котором обобщаются результаты спектрального анализа отражений, полученных в восьми пачках, излучаемых на одной частоте.

Для каждой из 8 пачек процедура формирования спектров каждого k-го строба дальности едина. После формирования массивов Z2 комплексных векторов спектров фазовая информация в БСС 20 обнуляется и обработка осуществляется только с модульными (амплитудными) значениями спектральных массивов. В БСС 20 для удобства последующего приятия решений об обнаружении БЛА или иного ВО формируется итоговый двумерный массив, в 2Q-2 столбцах которого фиксируются спектры отражений, обобщенные по восьми излученным одночастотным пачкам. Итоговый обобщенный двумерный спектральный массив формируется путем сложения амплитуд спектров восьми одноименных стробов дальности и объединения просуммированных спектральных массивов-столбцов в двумерный массив. Например, для получения обобщенного спектрального массива Z2₇ 7-го строба дальности (из 2Q-2 стробов) вычисляется массив

,

а для k-го строба дальности - соответственно массив вида

,

где - модульное (амплитудное) значение x-го по счету элемента s-го спектрального массива Z2_s k-го строба дальности, полученного из отраженных сигналов соответствующей s-й пачки одночастотных излучений.

Объединяя k-е массивы-столбцы в двумерном массиве Z, в котором номера столбцов соответствуют номерам стробов дальности, в БСС 20, выполненном на ПЛИС, формируют итоговый двумерный массив Z вида

.

Этот массив в цифровом виде с выхода блока 20 передается на вход ЭВМ 25, в которой в последующем осуществляется анализ результирующих спектрально-дальностных массивов Z в интересах обнаружения ВО и БЛА. Управляющая и индицирующая ЭВМ 25 представляет собой специализированный ноутбук, сопряженный по линиям связи с блоками 18 и 20. По истечении обработки восьми пачек сигналов одной частоты по сигналу из блока 18 частота излучения изменяется и процесс формирования матрицы Z, соответствующей очередной частоте, повторяется. Так последовательно в ЭВМ 25 поступают двумерные спектрально-дальностные массивы отражений, полученные для всех частот зондирования.

При превышении каким-либо элементом массива (где верхний индекс указывает на соответствие пачкам сигналов i-й частоты), полученном при обработке сигналов i-й частоты, установленного порога обнаружения, принимается предварительное решение об обнаружении какого-либо ВО. Если превышение порога для одного и того же элемента массивов Z происходит на большом числе частот, т.е. в нескольких массивах , то принимается решение об обнаружении типового ВО с ЭПР не менее единиц квадратных метров. Если же превышение порогового уровня происходит только в одном из поочередно формируемых массивов , то для уточнения наличия в зоне поиска слабоотражаю-

щего БЛА, по команде оператора (нажатие на соответствующую кнопку или иконку) ЭВМ 25 передает на схему управления 18 цифровую команду для перехода на излучение сигналов только той резонансной частоты, на которой произошло превышение порога обнаружения. Несколько раз (например, 3 раза) подряд из отраженных сигналов резонансной частоты формируются двумерные спектрально-дальностные массивы Z и результаты их анализа сравниваются. При совпадении номеров элементов, превысивших пороговый уровень, принимается решение об обнаружении БЛА, что маркируется на экране ЭВМ 25 соответствующим символом. Вариант оформления экрана ЭВМ, с помощью которого информация об обнаруженных БЛА и ВО доводится до персонала, представлен на фиг. 2. Рядом с отметкой об обнаруженном БЛА выводится информация о его радиальной скорости по номеру строки элемента с отметкой о наличии обнаруженного БЛА и о его дальности по номеру столбца этого элемента, соответствующего номеру строба дальности. Например, на фиг. 2 рядом с отметкой об обнаруженном БЛА (когда его спектрально-временной отклик превысил порог, его срез превышения порога маркируется особым цветом) выведена информация о том, что радиальная скорость БЛА V_r равна 75 м/с, а дальность R соответственно равна 6 км.

Если обнаружение ни на одной из (предположительно резонансных) частот не произошло, то процесс поиска БЛА в режиме изменения частоты с периодичностью в 8 пачек сигналов повторяется.

Блоки с 16-го по 23-й конструктивно входят в вычислитель на ПЛИС [8], первым входом которого является вход цифрового ФД 19, вторым входом -вход схемы управления 18, первым выходом - выход БСС 20, а вторым выходом - выход ФИС 16.

Сущность новизны предложенного технического решения состоит в следующем. Имеется существенная разница между возникающим резонансным дифракционным полем и дифракционными полями квазиоптической и рэлеевской областей рассеяния. В высокочастотном приближении рассеянное электромагнитное поле состоит из следующих компонентов [2, с. 21-30]: зеркальные отражения; поле на участках разрыва гладкой поверхности ВО (ребро, кромка крыла) и на участках разрыва производной функции, которая описывает поверхность рассеяния; рассеяние на границе «свет-тень», т.е. ползущие волны; бегущие волны, возникающие при наклонном падении ЭМВ на слабовыпуклые поверхности; отражения от вогнутых участков поверхности ВО.

Основными составляющими рассеянного поля в резонансной области являются зеркальные отражения, краевые волны и поверхностные волны. Существенную роль при этом играют ползущие волны, вклад которых особенно возрастает на стыке рэлеевской и резонансной областей. При облучении сосредоточенных ВО с направлений, где зеркальное и краевое рассеяния слабы, в совокупное обратное рассеяние определяющий вклад вносят ползущие волны. Суммарное поле рассеяния при этом формируется в основном из дифрагированной ползущей ЭМВ и поля зеркально рассеянной ЭМВ. Диаграмма рассеяния слабо зависит от ракурса ВО по сравнению с квазиоптической областью, но также является многолепестковой [6]. Интенсивность отражения от каждого токопроводящего объекта зависит от его формы, размеров и длины волны зондирующего сигнала. На низких частотах, когда произведение волнового числа k=2/, на поперечный размер объекта L много меньше единицы, большинство объектов электромагнитные волны (ЭМВ) не отражает, а лишь преломляет их. При повышении частоты и переходе в резонансную область (kL1) ЭПР облучаемого объекта резко увеличивается [9, с. 81-83]. При L/2 наблюдается максимизация величины ЭПР. Экспериментальные зависимости изменения ЭПР объекта (шара, конуса, стержня) от изменения kL, приведенные в [9, рис. 3.22-3.24], подтверждают вышесказанное.

Хорошо известно, что современные БЛА могут быть как с металлическим каркасом, так и полностью из композитных и пластичных материалов [10, 11]. Поэтому их эквивалентный поперечный размер, определяемый металлизированными элементами (плата управления, двигатель, крепление оптической линзы, антенна) может отличаться в десятки и более раз. Особенно трудно обнаруживать БЛА, если в его конструкции и оборудовании мало металлических частей и их размеры незначительны. В этом случае отраженные ЭМВ могут быть зафиксированы приемником РЛС только при определенных ракурсах и в условиях возникновения резонансного отражения. А поскольку истинный поперечный размер отражающего элемента БЛА неизвестен, то необходимо осуществлять поиск резонанса путем плавного или ступенчатого изменения частоты зондирования с шагом не более десятков МГц, что и предполагается осуществлять предложенным устройством.

Все вновь введенные элементы схемы являются известными, что говорит о технической реализуемости предлагаемого устройства обнаружения БЛА. Из описания работы устройства следует, что оно действительно может качественно выполнять функцию обнаружения БЛА и типовых ВО, причем цифровое управление позволяет выбирать нужную резонансную частоту зондирования и повышать достоверность решения путем сравнения результатов последовательных этапов обнаружения. Изменяя шаг перестройки частоты, можно изменять детальность просмотра полосы частот поиска резонанса отражений. Предлагаемое устройство рекомендуется для применения в комплексах радиолокационного контроля воздушного пространства и радиолокационных станциях обнаружения специального или двойного назначения. Предложенное устройство может также использоваться в качестве отдельного радиолокационного модуля в составе цилиндрической фазированной антенной решетки для обзора пространства электронным образом, т.е. без вращения антенного кронштейна.

Источники информации

1. Небабин В.Г., Сергеев В.В. Методы и техника радиолокационного распознавания. М.: Радио и связь, 1984. С. 78-81, рис. 3.21 (прототип).

2. Радиолокационные характеристики летательных аппаратов / Под ред. Л.Т. Тучкова. М.: Радио и связь, 1985. 236 с.

3. Справочник по основам радиолокационной техники / Под ред. В.В. Дружинина. М., Воениздат, 1967. 768 с.

4. Справочник по радиолокации / Под ред. М.И. Сколника. Пер. с англ. М.: Сов. радио, 1967. Том 1. Основы радиолокации. 456 с.

5. Теоретические основы радиолокации / Под ред. Я.Д. Ширмана. М.: Сов. радио, 1970. - 560 с.

6. Охрименко А.Е. Основы радиолокации и радиоэлектронная борьба. Часть 1. Основы радиолокации. М.: Воениздат, 1983. - 456 с.

7. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М.: АСТ: Астрель, 2005. 991 с.

8. Суворова Е.А., Шейнин Ю.Е. Проектирование цифровых систем на VHDL. СПб.: БХВ-Петербург, 2003. 576 с.

9. Небабин В.Г., Сергеев В.В. Методы и техника радиолокационного распознавания. М.: Радио и связь, 1984. 152 с.

10. Мосов С.П. Беспилотная разведывательная авиация стран мира: история создания, опыт боевого применения, современное состояние, перспективы развития. Монография. Киев: Изд. дом «Румб», 2008. 160 с.

11. Василии Н.Я. Беспилотные летательные аппараты. Минск: ООО «Попурри», 2003. 272 с.

Радиолокационное устройство обнаружения беспилотных летательных аппаратов, содержащее антенну, вход-выход которой соединен с вход-выходом антенного переключателя, а также содержащее электронно-вычислительную машину, связанный своим выходом со входом антенного переключателя усилитель мощности, приемник, в состав которого входят последовательно соединенные второй смеситель, второй усилитель промежуточной частоты и второй фильтр сигналов промежуточной частоты, отличающееся тем, что в состав устройства дополнительно введены аналого-цифровой преобразователь, перестраиваемый гетеродин, последовательно подключенные цифро-аналоговый преобразователь, первый фильтр сигналов промежуточной частоты, первый усилитель промежуточной частоты, первый смеситель, первый управляемый фильтр и предварительный усилитель мощности, а также вводят вычислитель на программируемых логических интегральных схемах, имеющий в своем составе схему управления, генератор тактовых сигналов, формирователь импульсных сигналов, последовательно соединенные цифровой фазовый детектор, блок первичного суммирования, блок вторичного суммирования, блок быстрого преобразования Фурье, блок сложения спектров, причем приемник дополняют последовательно соединенными широкополосным усилителем высокой частоты и вторым управляемым фильтром, выход которого подключают к первому входу второго смесителя, выход генератора тактовых сигналов соединяют со вторым входом цифрового фазового детектора, вторым входом аналого-цифрового преобразователя и входом формирователя импульсных сигналов, выход блока сложения спектров связывают со входом электронно-вычислительной машины, выход которой подключают ко входу схемы управления, выход которой соединяют с вторыми входами первого и второго управляемых фильтров и со входом перестраиваемого гетеродина, выход которого связывают с вторыми входами первого и второго смесителей, выход антенного переключателя подключают ко входу широкополосного усилителя высокой частоты, выход второго фильтра сигналов промежуточной частоты связывают с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключают к первому входу цифрового фазового детектора, выход формирователя импульсных сигналов соединяют со входом цифро-аналогового преобразователя, а выход предварительного усилителя мощности подключают ко входу усилителя мощности.