Локаційний комплекс з цифровою фазованою антенною решіткою високої розрізнювальності

Локаційний комплекс з цифровою фазованою антенною решіткою високої розрізняльності, що включає m канальну антенну систему приймачіввипромінювачів, m керованих комутаторів "Випромінювання - Приймання", підключених своїми входами - виходами до відповідних приймачіввипромінювачів, m каналів випромінювання, з'єднаних своїми виходами з входами "Випромінювання" відповідних керованих комутаторів "Випромінювання - Приймання", а входами підключених до відповідних перших m виходів m+1 канального генератора сигналів випромінювання, m приймальних підсилювачів, кожний з яких включає з'єднані послідовно перший підсилювач високої частоти (ВЧ), вхід якого є входом приймального каналу, преселектор, атенюатор автоматичного регулювання посилення (АРП), другий підсилювач ВЧ, перший змішувач, гетеродинний вхід якого "Перетворення частоти 1" ("Пр.Ч.1") з'єднано з входами "ПрЧ.1" перших змішувачів інших приймальних підсилювачів і підключено до виходу "Частота 1" ("Чст.1") гетеродина, фільтр першої проміжної частоти (ПЧ), підсилювач сигналу першої ПЧ, другий змішувач, гетеродинний вхід якого "Пр.Ч.2" з'єднано з входами "Пр.Ч.2" других змішувачів інших приймальних підсилювачів і підключено до виходу "Чст.2" гетеродина, фільтр другої ПЧ, підсилювач сигналу другої ПЧ, вихід якого є виходом приймального каналу, цифрову обчислювальну систему обробки сигналів (ЦОСОС), m аналогових входів якої зв'язані з виходами m приймальних каналів, центральну, обчислювальну систему управління, вимірювання параметрів (ЦОСУВП), підключену входом "Азимут" цифровим каналом обміну до навігаційного комплексу носія, виходом "Команди" 2 (19) 1 3 42595 льності сполучені магістраллю управління з виходом "Команди" ЦОСУВП. Корисна модель належить до радіолокації, акустики, гідроакустики і призначена для використання в локаційних комплексах з циліндричними, фазованими, антенними решітками (ФАР), розрізнювальність (da) і точність пеленгації (s(П) яких є найважливішими характеристиками локаційних комплексів. Релєєвська розрізнювальність da однопроменевої антенної системи є функцією її хвильових розмірів d/l і визначається як найменша різниця кутів приходу j1, j2 двох плоских хвиль, при якій мінімум вихідного сигналу скануючої антени за потужністю дорівнює папівсумі двох сусідніх максимумів і для безперервної, лінійної антени складає [1]. da » 0,8 × Da ; 0,5 (1) D(j) = sin[p × (d / l ) × sin j] / [p × (d / l ) × sin j] , де Da - ширина діаграми спрямованості (ДС) 0,5 D(j) на рівні половинної потужності d - лінійний розмір розкриву антени l - довжина хвилі Помилка пеленгації s(П) визначається шириною ДН на рівні половиннім потужності і дорівнює [2]. (2) s(P ) » 0,6 × Da 0,5 ×q -1/ 2., де q - відношення сигнал - завада за потужністю на вході вимірювального пристрою. Просторова вибірковість в сучасних локаційних комплексах з ФАР, що включають, систему дискретних приймальників-випромінювачів і пристрій обробки сигналів, забезпечується цифровим формуванням променів. Відомий пристрій цифрового формування променя для гідроакустичної станції. Пристрій містить з'єднані послідовно комутатор 2·р +1 каналів, аналого-цифровий перетворювач (АЦП), перший помножувач, сигнальний вхід якого з'єднаний з виходом АЦП, суматор, з'єднані послідовно, блок затримки, з'єднаний входом з виходом АЦП, другий помножувач, сигнальний вхід якого з’єднаний з виходом блока затримки, віднімач, з'єднані послідовно, блок комплексного формування променя, підключений першим входом до виходу суматора, другим входом до виходу віднімача, другий вхід якого з’єднаний з виходом першого помножувача, перший блок пам'яті коефіцієнтів, з'єднаний з другим входом другого помножувача, підключеного виходом до другого входу суматора, другий блок пам'яті коефіцієнтів, з'єднаний з другим входом першого помножувача. підключеного до другого входу віднімача. Особливістю пристрою є можливість формування синфазного і квадратурного канальних сигналів спеціальною вибіркою частоти дискретизації Fд з несучої сигналу foFд=4·fo·(2·р+1), при якій різниця фаз двох сусідніх відліків в одному каналі дорівнює p/2, з утворен 4 ням двох променів дійсного і уявного сигналів розгорнених симетрично щодо осі антени на виході блока комплексного формування променя. Надмірна в порівнянні до Котельніковської приблизно у два рази частота дискретизації і цифрове утворення променя фазовим методом, яке обмежує область використання вузько смуговими системами, є недоліками пристрою. Мри цьому розрізнювальність da і точність пеленгації s(П) визначаються хвильовими розмірами антени, що при малих хвильових розмірах 2·r/l≈2 антенного пристрою у багатьох випадках є недостатніми (А.С. №1070494, МПК G01S3/80). Відомий спосіб підвищення розрізнювальності ФАР при бічному і передньобічному огляді (метод синтезованої апертури), заснований на когерентній обробці луносигналів, прийнятих антеною що переміщується у просторі протяжністю ∆L на відрізку траєкторії L>>∆L з теоретичним стисненням променя в L/∆L раз. [3]. Метод синтезованої апертури лежить в основі патенту Японії № 4 - 48192, MПK G01S7/62, 15/89, в якому заявлено гідролокатор, що містить сонар бічного огляду, який зондує водне середовище в широкому секторі упоперек судна з відображенням рельєфу дна на першому індикаторі, скануючий сонар, який зондує широкий сектор під судном, з відображенням карти рівних глибин на другому індикаторі та відображенням масштабної шкали відстаней, загальної для обох зображень на третьому індикаторі. Згаданий метод вимагає розміщення антени на рухомому носії і не працює, якщо антена встановлена стаціонарно, не забезпечує кругового огляду простору та стиснення променя в пасивному режимі при обробці шумових сигналів смугою DF з інтервалом кореляції Dt набагато меншим ніж інтервал когерентної, просторової обробки ∆T, визначуваний швидкістю V носія антени, шириною діаграми спрямованості Da, максимальним віддаленням Н. ∆t≈DF-1>m високо ідентичних променів, необхідних для складання і розв'язання системи рівнянь (4), чутливої до помилок вхідних даних. При цьому одночасний прийом сигналів статичною системою М ідентичних променів, що перекриває зону огляду 2·p з кутовим дискретом db=2·p/М забезпечує: - круговий огляд і стиснення променя в пасивному режимі при виявленні випадкових сигналів з невідомими напрямом і моментом приходу; - круговий огляд і стиснення променя в активному режимі ненаправленого опромінювання всього простору при локації динамічних об'єктів з кутовим зсувом за азимутом на величину dj»db у двох суміжних циклах, що неможливе в однопроменевих системах з дискретним механічним, як у патенті РФ №2287879, або електронним скануванням у випадку з ФАР прототипу для отримання системи рівнянь (4). Компенсація кутових розворотів кругової антени, яка реалізується зсувом приймальних елементів по дузі в напрямі протилежному обертанню, шляхом інтерполяційною формування просторових сигналів в М розставлених з кроком db=2·p/М «фантомних вузлах» кругової решітки за миттєвими значеннями сигналів в m фізичних приймальних елементах з між елементною відстанню 2·p/m, забезпечує електронну стабілізацію кругової бази за даними щодо поточного азимуту антени фn, який надходить від датчика кутового положення а також неспотворене формування статичної системи М високо ідентичних, що перекриваються з кроком db=2·p/М променів, що робить можливим круговий огляд із стисненням променя в локаційних комплексах, розміщуваних на виконуючих інтенсивне маневрування в горизонтальній площині носіях. В однопроменевій системі з механічним скануванням променя, призначеній для огляду в обмеженому передньому секторі кутів на літаку, який виконує мало висотний, прямолінійний полії, як наведено в патенті РФ № 2287879, відсутній канал стабілізації променя за кутовими збуреннями, і круговий огляд з високою розрізнювальністю за рахунок стиснення променя на маневруючому об'єкті неможливий. 19 В режимі високої розрізнювальності з амплітудно-фазовим коригування каналів приймання і стисненням проміння приблизно у 6 разів пропорційна ширині ДС на рівні половинної потужності, помилка пеленгування є в стільки ж разів меншою, кутова розрізнювальність, визначувана як якнайменше значення різниці кутів приходу двох сигналів. при якому мінімум вихідного сигналу дорівнює напівсумі двох сусідніх максимумів вище приблизно у 4 рази, ніж в комплексі прототипі з ідентичними каналами приймання. Ослаблення сигналу калібрування в антенних решітках з екраном має кінцеву величину приблизно -(40-50) дБ і компенсується рівнем випромінювання в режимі «Калібрування» і вибором коефіцієнта підсилення приймальних підсилювачів. Просторова обробка високої розрізнювальності з низьким рівнем ореолу ДН дозволяє: зменшити розміри антени при збереженні характеристик, виключити екран з складу антенного пристрою, джерело нестабільності параметрів гідроакустичних антен, що в решті-решт спрощує конструкцію, зменшує масу пристрою. 42595 20 Джерела інформації: 1. Царьков Н.М. Многоканальные радиолокационные измерители. М. «Советское радио». 1980. с. 60; 2. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. М. «Радио и связь» 1983. с. 63, с. 421; 3. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны. Антипов В.Н.; Горяинов В.Т., Кулин А.Н и др. М. Радио и связь. 1988; 4. Верлань А.Ф., Сизиков B.C. Интегральные уравнения: Методы. Алгоритмы. Программы. Справочное пособие. Киев. Наукова думка. 1986. с. 225-230, с. 289-291; 5. Придэм Р.Г., Муччи Р.А. Цифровой интерполяционный метод формирования пуча для низкочастотных и полосовых сигналов. / ТИИЭР т. 67 № 6 1979 с. 29-48; 6. Корнеев В.В., Киселёв А.В. Современные процессоры. 3-е издание. Санкт-Петербург. «БХВ Петербург» 2003. с. 309-320. 21 42595 22 23 42595 24 25 42595 26 27 42595 28 29 Комп’ютерна верстка В. Мацело 42595 Підписне 30 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601