Подвижная наземная двухкоординатная радиолокационная станция кругового обзора метрового диапазона волн

 

Полезная модель относится к радиолокации и может быть использована для обнаружения воздушных целей, измерения их координат и выдачи целеуказания по дальности и азимуту. Она позволяет уменьшить объем аппаратуры РЛС и улучшить ее тактико-технические и эксплуатационные характеристики по сравнению с прототипом за счет использования современной элементной базы, компьютерных технологий и цифровых методов обработки радиолокационных сигналов и включает в себя передающее устройство в виде твердотельного монопередатчика, два формирователя зондирующих сигналов, вращающуюся по азимуту основную антенну с датчиком азимута и стационарную компенсационную антенну, приемные устройства основного и компенсационного каналов, два аналого-цифровых преобразователя, автокомпенсатор шумовых активных помех, устройство первичной обработки, устройство отображения, управления и контроля, устройство вторичной обработки, устройство сопряжения и устройство имитации и тренажа, с соответствующими связями.

Полезная модель относится к радиолокации и может быть использована для обнаружения воздушных целей, измерения их координат и выдачи целеуказания по дальности и азимуту, как при автономной работе, так и при работе в составе автоматизированных систем управления.

Известны РЛС аналогичного назначения [1, 2], которые содержат антенну, передающее устройство на электровакуумных приборах, приемник, устройство первичной обработки радиолокационных сигналов, индикатор кругового обзора и другие необходимые системы, обеспечивающие работоспособность РЛС. Недостатком этих РЛС является низкая точность измерения координат, невысокая надежность и в целом не соответствующие современному уровню тактико-технические и эксплуатационные характеристики.

Наиболее близкой по технической сущности и назначению к заявляемой РЛС является подвижная наземная двухкоординатная РЛС кругового обзора метрового диапазона волн П-18 (индекс 1РЛ131) [3], принятая за прототип. В отличие от других аналогов эта РЛС имеет с заявляемой РЛС близкие среднюю мощность излучения, зону обзора и диапазон, а также одинаковые основную антенну и аппаратную кабину.

РЛС - прототип состоит из передающего устройства и формирователя зондирующих сигналов, использующих электровакуумные приборы, основной антенны с датчиком азимута, лампового приемного устройства, устройства первичной обработки

радиолокационных сигналов, устройства отображения, управления и контроля и устройства сопряжения.

Недостатком прототипа являются невысокие тактико-технические и эксплуатационные характеристики (точность, помехозащищенность, надежность и др.), что в значительной степени объясняется использованием устаревшей элементной базы и аналоговых способов обработки сигнала.

Техническим результатом полезной модели является уменьшение объема аппаратуры РЛС, повышение надежности, помехоустойчивости, улучшение точностных характеристик, обеспечение функционального и непрерывного контроля работоспособности аппаратуры и возможности тренажа операторов РЛС, улучшение эксплуатационных характеристик, возможность сопряжения с современными автоматизированными системами управления (АСУ).

Технический результат достигается тем, что в известную РЛС, содержащую передающее устройство, формирователь зондирующих сигналов, основную антенну с датчиком азимута, приемное устройство, устройство первичной обработки радиолокационных сигналов (УПО), устройство отображения, управления и контроля (ОУК) и устройство сопряжения, введены второй формирователь зондирующих сигналов, аналого - цифровой преобразователь (АЦП), компенсационная антенна, приемное устройство компенсационного канала, второй АЦП, автокомпенсатор шумовых активных помех (ШАП), устройство вторичной обработки (УВО) и устройство имитации и тренажа с соответствующими связями.

Для пояснения работы предлагаемой полезной модели приведены структурная схема РЛС (Фиг.1) и расчетные диаграммы направленности (ДН) основной и компенсационной антенн в азимутальной плоскости (Фиг.2).

На фиг.1 обозначены:

1 - передающее устройство;

2 - формирователь зондирующих сигналов;

3 - второй формирователь зондирующих сигналов;

4 - основная антенна с датчиком азимута;

5 - приемное устройство основного канала;

6 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

7 - компенсационная антенна;

8 - приемное устройство компенсационного канала;

9 - второй аналого-цифровой преобразователь (второй АЦП);

10 - автокомпенсатор ШАП;

11 - устройство первичной обработки (УПО);

12 - устройство отображения, управления и контроля (ОУК);

13 - устройство сопряжения;

14 - устройство вторичной обработки (У ВО);

15 - устройство имитации и тренажа.

Стрелками показаны связи между блоками и устройствами.

На фиг.2 показаны диаграммы направленности 17 основной антенны 4 и отдельных излучателей 18,19,20 компенсационной антенны 7, сплошной жирной линией показана объединенная ДН компенсационной антенны 7.

РЛС (Фиг.1) содержит передающее устройство 1, два формирователя зондирующих сигналов 2, 3, основную антенну с датчиком азимута 4, приемное устройство основного канала 5, аналого-цифровой преобразователь 6, компенсационную антенну 7, приемное устройство компенсационного канала 8, второй аналого-цифровой преобразователь 9, автокомпенсатор ШАП 10, устройство первичной обработки 11, устройство отображения, управления и контроля 12, устройство сопряжения 13, устройство вторичной обработки 14 и устройство имитации и тренажа 15, причем выходы

двух формирователей 2,3 зондирующих сигналов соединены с первым и вторым входами передающего устройства 1, выход которого соединен с входом основной антенны с датчиком азимута 4, первый выход которой через приемное устройство основного канала 5, АЦП 6 и автокомпенсатор ШАП 10 соединен последовательно с первым входом УПО 11, а второй - с пятым входом приемного устройства компенсационного канала 8, четыре первых входа которого соединены с четырьмя выходами компенсационной антенны 7, а три выхода - через второй АЦП 9 со вторым, третьим и четвертым входами автокомпенсатора ШАП 10, второй вход УПО 11 соединен с выходом АЦП 6, его первый выход через устройство ОУК 12 и сопряжения 13 последовательно соединен со вторым входом-выходом УВО 14, а второй - с первым входом УВО 14, первый вход - выход которого соединен с выходом-входом устройства ОУК 12, а второй вход - с первым выходом устройства имитации и тренажа 15, второй и третий выходы которого соединены, соответственно, со вторым входом приемного устройства основного канала 5 и шестым входом приемного устройства компенсационного канала 8.

Передающее устройство 1, размещаемое в аппаратной кабине РЛС, является твердотельным монопередатчиком, построенным по принципу суммирования мощности большого числа широкополосных транзисторных усилителей мощности, выполненных в виде герметичных модулей.

Основная антенна 4 представляет собой антенную решетку, состоящую из 16 излучателей, расположенных в два этажа по 8 излучателей в этаже, и установленную на мачтовом устройстве, размещенном на автомобиле. Основная антенна содержит датчик угла ее поворота - датчик азимута, с которым она сопряжена кинематически.

Компенсационная антенна 7 является стационарной и содержит четыре излучателя, расположенные попарно под углом 90° в горизонтальной плоскости на двух мачтах, установленных по разные стороны основной антенны так, чтобы угол между всеми четырьмя излучателями в горизонтальной плоскости составлял 90°.

Приемное устройство основного канала 5, в котором в отличие от прототипа используются малошумящие транзисторные усилители, кольцевые диодные смесители, фильтры на поверхостных акустических волнах и спиральные резонаторы, имеет большой динамический диапазон, который реализуется путем оптимального распределения усиления по тракту, сочетания транзисторов разной мощности, использования автоматической регулировки усиления, сужения полосы пропускания на несущей частоте за счет применения узкополосных фильтров на спиральных резонаторах.

Приемное устройство компенсационного канала 8 содержит переключатель «три из четырех» и три приемных устройства, аналогичных приемному устройству основного канала 5.

Автокомпенсатор ШАП 10 и УПО 11 выполнены на базе специализированной ЭВМ с использованием сигнальных процессоров.

УВО 14 и устройства ОУК 12, сопряжения 13, имитации и тренажа 15 реализованы на базе ЭВМ с цветным видеомонитором высокого разрешения.

На Фиг.1 для упрощения структурной схемы не показаны устройства и связи, осуществляющие временную и азимутальную синхронизацию, а также контроль работы различных устройств РЛС.

РЛС работает следующим образом.

С целью обеспечения требуемых значений разрешающей способности по дальности и зоны обнаружения цели на фоне местных предметов, зондирование пространства осуществляется двумя последовательностями импульсов: основной, длительность импульсов

которой выбирается из условия обеспечения требуемого энергетического потенциала РЛС, и дополнительной последовательностью коротких импульсов, имеющих меньшую среднюю мощность, предназначенной для обнаружения радиолокационных целей, находящихся в ближней зоне на дальностях, соответствующих длительности зондирующего импульса основной последовательности. Обе последовательности импульсов имеют одинаковую среднюю частоту повторения, но смещены во времени.

В качестве основной последовательности импульсов используются линейно-частотно-модулированные (ЛЧМ) сигналы, а в качестве дополнительной - сигналы, фазоманипулированные (ФМ) по закону Баркера [4]. Эти сигналы, формируемые, соответственно, блоками 2 и 3, усиливаются по высокой частоте передающим устройством 1 и через антенный коммутатор (на фиг.1 не показан) излучаются основной антенной 4 в пространство. Отраженные от цели эхосигналы, принятые основной антенной 4, через антенный коммутатор поступают в приемное устройство основного канала 5, где селектируются по частоте и усиливаются, а затем преобразуются в цифровой код в АЦП 6. Далее сигналы поступают на вход 1 автокомпенсатора ШАП 10, а на его входы 2, 3, 4 - преобразованные АЦП 9 в цифровой код сигналы с приемного устройства компенсационного канала 8, на которое поступают четыре сигнала активной помехи от стационарной компенсационной антенны 7.

При вращении основной антенны 4 через каждые 90° по сигналу датчика азимута основной антенны 4 в приемном устройстве компенсационного канала 8 при помощи переключателя «три из четырех» производится выбор тех трех из четырех сигналов излучателей компенсационной антенны 7, диаграммы направленности

которых в данный момент перекрывают переднюю полусферу основной антенны 4 (фиг.2).

Таким образом, с помощью переключения сигналов излучателей объединенная ДН компенсационной антенны 7 «вращается» в горизонтальной плоскости дискретно, синхронно с вращением основной антенны 4, обеспечивая прием сигналов активной помехи, приходящих с любого азимутального направления от 0 до 360.

При этом автокомпенсатор ШАП 10 обеспечивает защиту от шумовых активных помех, воздействующих по боковым лепесткам ДН основной антенны 4 с одного, двух или трех направлений [5].

УПО 11 осуществляет квазиоптимальную внутрипериодную (сжатие) и межпериодную (когерентное накопление азимутальной пачки) обработку поступающих с выхода авто компенсатора ШАП 10 на его первый вход сигналов, обнаружение и измерение координат цели, подавление сигналов, отраженных от местных предметов и гидрометеоров за счет их частотной режекции, обнаружение эхосигналов целей в условиях воздействия дипольных помех за счет их разрешения по доплеровской частоте, а также пеленгацию постановщиков шумовых активных помех и анализ помеховой обстановки на основании обработки сигналов, поступающих с выхода АЦП 6 на второй вход УПО 11 [6].

УВО 14 по информации, поступающей с УПО 11, обеспечивает автоматическую и полуавтоматическую завязку трасс и автоматическое сопровождение воздушных объектов с большой производительностью (до 120 трасс) [6, 7].

Устройство ОУК 12 обеспечивает отображение на видеомониторе ЭВМ радиолокационной (первичной и вторичной) и служебной информации, поступающей с УПО 11, УВО 14 и устройств сопряжения 13 и имитации и тренажа 15 (через УВО 14), управление режимами

работы РЛС и ее отдельных устройств, управление радиовысотомером и радиозапросчиком через устройство сопряжения 13, контроль основных параметров, определяющих тактико-технические характеристики РЛС, в том числе контроль ряда параметров без нарушения штатного режима работы РЛС, и автоматизированный поиск неисправностей, документирование и воспроизведение на видеомониторе ЭВМ всей необходимой информации [8, 9].

Устройство сопряжения 13 обеспечивает выдачу первичной и вторичной радиолокационной информации потребителям (автоматизированным системам управления), обмен информацией с радиовысотомером и радиозапросчиком.

Устройство имитации и тренажа 15 формирует до 60 независимых имитационных трасс воздушных объектов различных классов, что обеспечивает возможность тренажа операторов РЛС. Устройство имитации и тренажа 15 формирует также имитационные эхосигналы воздушных объектов и сигналы пассивных и активных помех, которые подаются, соответственно, на приемные устройства 5 и 8 ив дальнейшем обрабатываются штатной аппаратурой РЛС аналогично реальным сигналам, что позволяет проводить проверку работоспособности ряда основных устройств РЛС.

Из описания видно, что предлагаемая двухкоординатная РЛС кругового обзора метрового диапазона волн по сравнению с прототипом позволяет повысить технические (точность, помехозащищенность) и улучшить такие эксплуатационные характеристики, как простота, надежность, ресурс, ремонтопригодность (в том числе благодаря применению твердотельного передатчика вместо лампового), безопасность (из-за отсутствия высоковольтного напряжения) работы, при сравнительно

невысокой стоимости (с учетом всего жизненного цикла РЛС), тем самым повысив ее потребительский уровень.

Испытания опытного образца РЛС, изготовленного в соответствии с материалами заявки, подтвердили возможность достижения указанного технического результата.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что приведенные в формуле полезной модели признаки существенны и в целом полезная модель соответствует критериям промышленной применимости и патентоспособности. РЛС может производиться на серийно выпускаемой элементной базе при помощи стандартной технологической оснастки.

Источники информации

1 РЛС П-12, Интернет- сайт «Вестник ПВО» www. pvo. guns.ru.

2 РЛС 1Л13, Интернет- сайт «Вестник ПВО» www. pvo. guns.ru.

3 РЛС П-18,

3.1 Интернет - сайт «Вестник ПВО» www. pvo. guns.ru.

3.2. РЛС 1РЛ131,Техническое описание ч.1. Жг 1.231.001 ТО, Горький, 1974 г.

4 Справочник по радиолокации, под ред. М.Сколник, т, 3, М., Сов. Радио, 1979 г.

5 Радиоэлектронные системы. Основы построения и теория. Справочник. Ред. Я.Д.Ширман, ЗАО «МАКВИС», 1998 г.

6 С.З.Кузьмин. Цифровая радиолокация, Киев, КВИЦ, 2000 г.

7 С.З.Кузьмин. Цифровая обработка радиолокационной информации, М., Сов. Радио, 1967 г.

8 А.В.Фролов, Г.В.Фролов. Программирование видеоадаптеров, М., Диалог - МИФИ, 1995 г.

9 А.И.Заковряшин. Конструирование РЭА с учетом особенностей эксплуатации, М., Радио и связь, 1988 г.

1. Подвижная наземная двухкоординатная радиолокационная станция (РЛС) кругового обзора метрового диапазона волн, содержащая последовательно соединенные формирователь зондирующих сигналов, передающее устройство, основную антенну с датчиком азимута и приемное устройство основного канала, а также последовательно соединенные устройство первичной обработки (УПО), устройство отображения, управления и контроля (ОУК) и устройство сопряжения, отличающаяся тем, что в нее введены второй формирователь зондирующих сигналов, выход которого соединен со вторым входом передающего устройства, последовательно включенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и автокомпенсатор шумовой активной помехи (ШАП), соединяющие выход приемного устройства основного канала с первым входом УПО, компенсационная антенна, приемное устройство компенсационного канала и второй АЦП, причем четыре выхода компенсационной антенны соединены с четырьмя первыми входами приемного устройства компенсационного канала, пятый вход которого соединен со вторым выходом антенны с датчиком азимута, а три его выхода через второй АЦП - со вторым, третьим и четвертым входами автокомпенсатора ШАП, а также устройство вторичной обработки (УВО) и устройство имитации и тренажа, первый выход которого соединен со вторым входом УВО, а второй и третий его выходы - со вторым входом приемного устройства основного канала и шестым входом приемного устройства компенсационного канала соответственно, первый и второй входы-выходы УВО соединены соответственно с выходами-входами устройств ОУК и сопряжения, а первый вход - со вторым выходом УПО, второй вход которого соединен с выходом АЦП.

2. РЛС по п.1, отличающаяся тем, что передающее устройство, размещенное в аппаратной кабине РЛС, является твердотельным монопередатчиком, построенным по принципу суммирования мощности большого числа широкополосных транзисторных усилителей мощности, выполненных в виде герметичных модулей.

3. РЛС по п.1, отличающаяся тем, что компенсационная антенна является стационарной и содержит четыре излучателя, расположенные попарно под углом 90° в горизонтальной плоскости на двух мачтах, установленных по разные стороны основной антенны так, чтобы угол между всеми четырьмя излучателями в горизонтальной плоскости составлял 90°.

4. РЛС по п.1, отличающаяся тем, что приемное устройство основного канала имеет большой динамический диапазон, который реализуется путем оптимального распределения усиления по тракту, сочетания транзисторов разной мощности, сужения полосы пропускания на несущей частоте за счет применения узкополосных фильтров на спиральных резонаторах.

5. РЛС по п.1, отличающаяся тем, что приемное устройство компенсационного канала содержит переключатель “три из четырех” и три приемных устройства аналогичных приемному устройству основного канала.

6. РЛС по п.1, отличающаяся тем, что автокомпенсатор ШАП и УПО выполнены на базе специализированной ЭВМ с использованием сигнальных процессоров.

7. РЛС по п.1, отличающаяся тем, что УВО и устройства ОУК, сопряжения, имитации и тренажа реализованы на базе ЭВМ с цветным видеомонитором высокого разрешения.



 

Похожие патенты:

Активная дипольная антенна предназначена для измерения электрической составляющей напряженности электромагнитного поля, имеющая повышенную чувствительность в низкочастотном диапазоне, простую конструкцию с несложной технологией изготовления.

Приемник со стабилизированным источником питания постоянного тока относятся к устройствам, предназначенным для использования в навигационных системах в качестве датчика координат для определения текущих значений координат (широта, долгота, высота), вектора скорости, а также текущего времени по сигналам СНС ГЛОНАСС, GPS (включая их функциональные дополнения SBAS), GALILEO, COMPASS в любой точке земного шара, в любой момент времени. Технический результат заключается в повышении чувствительности и помехоустойчивости приемника навигационного с целью расширения применения в современных конечных устройствах, применяемых в различных условиях, в том числе, при высоких уровнях помех.
Наверх