Рлс виявлення літака

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для обнаружения самолета, тип которого заранее известен. Известен усилитель с обратной связью для усиления несинусоидальных периодических сигналов произвольной формы [1, с.23, рис.1.3.1]. Этот аналог можно использовать, например, в РЛС обнаружения с несинусоидальным импульсным зондирующим сигналом в виде периодической последовательности видеоимпульсов поля радиоволн наносекундной длительности без несущей частоты. В состав этого устройства входят следующие элементы: широкополосный усилитель несинусоидальных сигналов; неискажающая линия задержки, время задержки которой равно периоду усиливаемого сигнала (эта линия образует кольцо обратной связи усилителя); входное устройство связи, связывающее вход усилителя с источником сигнала и выходом линии задержки; выходное устройство связи, связывающее выход усилителя со входом линии задержки и с потребителем усиленного сигнала. Этот аналог работает следующим образом. Импульс напряжения наносекундной длительности от источника сигнала поступает через входное устройство связи на вход усилителя видеоимпульсов, усиливается и через выходное устройство связи поступает на вход линии задержки. Эта линия задерживает сигнал на период следования, Задержанный импульс через входное устройство связи поступает на вход усилителя и в это же время на вход усилителя приходит второй импульс периодической последовательности от источника сигнала через входное устройство связи, Эти импульсы складываются, снова усиливаются и процесс повторяется. В результате многократного прохождения сигнала по цепи обратной связи сигнал накапливается и усиливается, а усиленный сигнал можно выделить на выходе выходного устройства связи на фоне собственный шумов устройства. Такой усилитель накапливает и усиливает только периодические сигналы, период следования которых равен времени задержки линии задержки. Другие непериодические сигналы и шумы не будут накапливаться и усиливается. То есть устройство обладает избирательностью. РЛС обнаружения с описанным выше усилителем имеет следующий недостаток при измерении дальности цели. В такой РЛС период следования зондирующих импульсов выбирают из соотношения где - максимальная дальность обнаружения, - скорость света, а меньше этого период брать нельзя из-за возникающей при этом неоднозначности определения дальности цели. Линия задержки в цепи обратной связи должна обеспечивать задержку на период следования то есть длина линии должна быть почти вдвое больше максимальной дальности обнаружения При больших дальностях неискажающую линию задержки наносекундных импульсов выполнить нельзя, так как длина ее и потери в ней будут очень велики. Это ограничивает возможность использования такого усилителя в РЛС. Известна вибраторная антенна с плоским апериодическим рефлектором [2, с.239, рис.12.14], которую можно выполнить, например, на волне микроволнового диапазона и использовать в качестве антенны РЛС обнаружения. Такая антенна содержит решетку проволочных вибраторов, питаемых двухпроводными фидерными линиями, и апериодический рефлектор в виде плоской сетки проводов. Расстояние от вибратора до рефлектора выбирают порядка четверти длины волны Рефлектор экранирует излучение в заднюю полусферу, а максимум излучения антенны в свободном пространстве направлены перпендикулярно плоскости рефлектора. При отражении радиоволн, излучаемых вибраторами, от металлического плоского рефлектора фаза радиоволн изменяется на 180°. В результате прямые радиоволны вибраторов и отраженные от рефлектора волны в направлении оси антенны будут складываться в фазе и амплитуда сигнала возрастает в два раза. Возможный вариант подобной антенны для излучения несинусоидальных импульсных сигналов наносекундной длительности описан также в литературе [1, с.104, 1.5, рис.3.2.22в, рис.3.2.33а]. В этом случае питание вибратора осуществляется по двухпроводной линии, подключенной к концам вибратора, а эту линию можно выполнить из двух коаксиальных кабелей одинаковой длины. При этом питание подводится по внутренним жилам этих кабелей, а наружные оболочки кабелей экранируют излучение фидерной линии. Длина вибратора такой антенны где длительность зондирующего видеоимпульса поля радиоволн, а расстояние от вибратора до рефлектора выбирают для того, чтобы отраженный от рефлектора импульс не подавлял импульс прямой волны вибраторов в направлении оси антенны. Недостаток РЛС обнаружения с такой вибраторной антенной в случае использования несинусоидальных импульсных сигналов состоит в следующем. Отраженные от рефлектора импульсы поля радиоволн запаздывают относительно импульса прямых радиоволн вибратора, что не позволяет удвоить амплитуду сигнала, как это было в такой антенне с синусоидальным сигналом. Поэтому дальность действия РЛС обнаружения с рассматриваемой антенной при использовании несинусоидальных импульсов наносекундной длительности будет меньше, чем при использовании синусоидальных сигналов. Этот недостаток затрудняет использование вибраторной антенны с рефлектором в РЛС обнаружения с несинусоидальным сигналом. Использование же наносекундных импульсов без несущей частоты зачастую бывает необходимо для улучшения точности и разрешающей способности РЛС по дальности. В качестве прототипа выбрана импульсная РЛС обнаружения [3]. В состав прототипа входят следующие элементы: приемо-передающая антенна с переключателем прием-передача, приемник, передатчик зондирующих сигналов в виде периодической последовательности радиоимпульсов микросекундной длительности на несущей частоте микроволнового диапазона с периодом следования синхронизатор и индикаторное устройство. В такой РЛС измеряют время запаздывания импульса эхо-сигнала цели относительно зондирующего импульса, а дальность цели определяют путем умножения этого времени на половину скорости света. Синхронизатор обеспечивает синхронную работу всех систем прототипа, а индикаторное устройство используется для визуального наблюдения эхосигналов цели и отсчета дальности. Недостатком прототипа является то, что такая РЛС имеет малую дальность обнаружения самолетов, имеющих поглощающие покрытия, которые поглощают радиоволны на несущей частоте РЛС. Другой недостаток прототипа состоит в том, что такая РЛС имеет низкую точность измерения дальности и низкую разрешающую способность по дальности по сравнению с РЛС с несинусоидальным импульсным сигналом наносекундной длительности. Это объясняется тем, что зондирующий импульс на несущей частоте микроволнового диапазона имеет длительность порядка нескольких мкс и сделать его короче обычно не удается. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования РЛС обнаружения самолета, в которой за счет использования секвентного передатчика, а также дополнительного включения в состав РЛС устройства вычитания и усилителя с обратной связью в виде кабельной линии задержки обеспечивается накопление и усиление видеоимпульсов эхо-сигналов, отраженных от крыльев и хвостового оперения самолета известного типа, что увеличивает дальность обнаружения самолета и улучшает разрешающую способность РЛС по дальности. Поставленная задача решается тем, что в РЛС обнаружения самолета, содержащей передатчик импульсных зондирующих сигналов, приемник, вибраторную приемо-передающую антенну с плоским металлическим рефлектором, антенный переключатель и индикатор, согласно изобретению передатчик выполнен для несинусоидальных импульсных сигналов наносекундной длительности без несущей частоты, расстояние от вибратора до рефлектора антенны равно одной трети длины фюзеляжа самолета от крыльев до хвостового оперения, на выходе приемника параллельно включены два широкополосных диода противоположной полярности, связанные со входом устройства вычитания, выход которого связан через входное устройство связи со входом широкополосного усилителя видеоимпульсов с обратной связью в виде линии задержки из отрезка коаксиального кабеля длиной где - длина фюзеляжа самолета, скорость распространения радиоволн в линии, - скорость света, вход этой линии связан через выходное устройство связи с выходом усилителя, а выход через входное устройство связи - со входом этого же усилителя, выход которого через выходное устройство связи связан также с индикатором. При этом полагается, что тип обнаруживаемого самолета заранее известен и самолет летит курсом на РЛС. Выполнение передатчика РЛС с несинусоидальным импульсным сигналом и выполнение антенны в виде вибратора с плоским металлическим рефлектором и указанным расстоянием между ними, а также дополнительное включение в состав РЛС двух диодов для разделения положительных и отрицательных импульсов сигнала, устройства вычитания этих импульсов и усилителя с обратной связью в виде кабельной линии задержки обеспечивается накопление и усиление видеоимпульсов эхосигналов, отраженных от крыльев и хвостового оперения самолета известного типа, что увеличивает дальность обнаружения самолета и улучшает разрешающую способность РЛС по дальности. Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняется чертежами. На фиг.1 представлена упрощенная структурная схема предложенной РЛС обнаружения самолета, а также условно показаны вибраторная антенна с рефлектором, цель и упрощенные эпюры зондирующего сигнала, эхо-сигнала цели и сигнала на выходе приемника. На фиг.2 представлены упрощенные эпюры зондирующих сигналов, эхосигналов цели, сигнала на выходе приемника, сигнала на выходе устройства вычитания и сигнала на входе индикатора. В состав предложенного устройства на схеме фиг.1 входят следующие основные элементы: - вибраторная антенна из вибратора 1 длиной и плоского металлического рефлектора 2 (на фиг.1 для упрощения рисунка показан только один вибратор, хотя антенна может представлять собой плоскую решетку из множества таких вибраторов); - антенный переключатель 3, подключающий антенну к передатчику при передаче и к приемнику при приеме сигналов; - передатчик 4 несинусоидальных импульсных сигналов в виде периодической последовательности видеоимпульсов длительностью порядка 1нс и менее и периодом следования - приемник 5 таких сигналов; - широкополосные диоды 6, 7, подключенные к выходу приемника параллельно в противоположной полярности и разделяющие положительные и отрицательные импульсы сигнала; - широкополосное устройство вычитания 8, вычитающее из положительных импульсов сигнала отрицательные импульсы; - широкополосный усилитель видеоимпульсов 9 с обратной связью и входным 10 и выходным 11 устройствами связи; - линия задержки 12 в цепи обратной связи усилителя 9 в виде отрезка коаксиального кабеля длиной задерживающая сигналы на время - индикатор 13; - фидерная линия 14. Принцип действия предложенного устройства поясняется следующим. Передатчик 4 формирует, а вибратор 1 излучает зондирующий сигнал в виде видеоимпульсов поля радиоволн без несущей частоты длительность и менее с периодом следования Этот сигнал показан на фиг.2а. Импульс радиоволн вибратора 1 от ражается от рефлектора 2 и изменяет свою полярность при отражении. В результате в направлении цели будет излучаться зондирующий сигнал, показанный на фиг.2б и представляющий собой периодическую последовательность пары видеоимпульсов поля радиоволн, первый из которых положительный, а второй отрицательный и отстает от первого на время где расстояние от вибратора до рефлектора. Самолет представляет собой протяженную цель, состоящую из нескольких "блестящих точек. Обычно главными из этих точек являются две, первая из которых соответствует крыльям самолета, а вторая хвостовому оперению, и расстояние между этими точками равно длине фюзеляжа самолета от крыльев до хвоста. При этом условно полагается, что самолет летит курсом на РЛС. При отражении зондирующего сигнала от самолета каждому зондирующему импульсу будут соответствовать в основном два импульса эхо-сигнала, первый из которых соответствует отражению от крыльев, а второй - отражению от хвоста самолета. Время запаздывания этих импульсов равно где длина фюзеляжа самолета от крыльев до хвоста. При отражении от самолета полярность импульса поля радиоволн изменяется на противоположную. В результате эхо-сигнал от самолета будет состоять из четырех видеоимпульсов поля радиоволн как показано на фиг.2в. При приеме такого эхо-сигнала с помощью вибраторной антенны с рефлектором количество импульсов удваивается, так как каждый импульс принимается дважды - до и посла отражения от рефлектора. С учетом того, что при отражении от рефлектора полярность импульса изменяется и второй импульс последовательности складывается в вибраторе с первым импульсом, отраженным от рефлектора, сигнал на выходе приемника будут состоять из шести импульсов как показано на фиг.2г. Суть работы предложенного устройства состоит в том, чтобы преобразовать эти шесть импульсов сигнала в периодическую последовательность импульсов одинаковой полярности с малым периодом тогда их можно будет в дальнейшем накопить и усилить с помощью описанного выше усилителя с обратной связью [1] и тем самым улучшить отношение сигнал/шум в канале приема. Это достигается благодаря тому, что расстояние от вибратора до рефлектора антенны выбирают равным одной трети длины фюзеляжа самолета тогда три первых импульса сигнала на выходе приемника объединяются с тремя последующими импульсами в одну последовательность шести импульсов с периодом Одинаковую полярность этих шести импульсов обеспечивают путем разделения положительных и отрицательных импульсов широкополосными диодами 6, 7, подключенными к выходу приемника 5 в противоположной полярности, и вычитания из положительной группы импульсов отрицательной группы с помощью устройства вычитания 8. Сигнал из шести положительных импульсов с периодом следования на выходе устройства вычитания показан на фиг.2д. Такой сигнал из шести импульсов одинаковой полярности можно накопить и усилить с помощью усилителя 9 с обратной связью в виде линии задержки 12, время задержки которой равно Сигнал на входе индикатора 13 при этом будет выглядеть примерно так, как показано на фиг.2е. Такие техническое решение позволяет накопить и усилить слабые импульсы эхо-сигнала и выделить усиленный сигнал на фоне собственных шумов приемника. Требуемая для этого линия задержки 12 усилителя с обратной связью 9 имеет сравнительно небольшую приемлемую длину и может быть реализовано в виде отрезка коаксиального кабеля. Для самолетов неизвестного типа с другой длиной фюзеляжа и иным курсом полета предложенное устройство также будет давать положительный эффект и увеличивать отношение сигнал/шум в канале приема. Однако в этом случае положительный эффект будет вдвое меньше, так как в усилителе с обратной связью будут накапливаться только три импульса последовательности из шести импульсов принимаемого сигнала в каждом периоде зондирования. Для реализации предложенного устройства принципиально необходимо использовать несинусоидальные импульсные сигналы в виде видеоимпульсов поля радиоволн длительностью 1нс и менее без несущей частоты. Обычные радиоимпульсные сигналы имеют длительность импульса порядка мкс и усилитель 9 с линией задержки 12 с такими сигналами работать не сможет. Таким образом, предложенное устройство может быть практически реализовано, а отмеченные выше отличительные признаки являются существенными и принципиально необходимы для реализации этого устройства. Основные элементы предложенного устройства на схеме фиг.1 выполнены следующим образом. Антенны с антенным переключателем 3, передатчик 4 и приемник 5 выполнены для излучения и приема несинусоидальных импульсных сигналов наносекундной длительности без несущей частоты. Такие системы могут быть практически реализованы, так как физические основы и принципы их построения известны и описаны в литературе [1]. Длину вибратора выбирают а запитку вибратора осуществляют с концов по внутренним жилам двух коаксиальных кабелей одинаковой длины фидерной линии 14. Наружные оболочки этих кабелей не являются несущими сигнал элементами, экранируют излучение фидерной линии и могут быть заземлены. Диоды 6, 7 и устройство вычитания 8 должны иметь широкую полосу пропускания приемника 5. Принципы построения широкополосного усилителя видеоимпульсов 9 с обратной связью в виде линии задержки 12 и входным 10 и выходным 11 устройствами связи описаны в литературе [1]. При этом линия задержки 12 может быть выполнена в виде отрезка коаксиального кабеля приемлемой длины. Индикатор 13 аналогичен индикаторному устройству прототипа. Динамика работы предложенного устройства осуществляется следующим образом. Вибратор 1 антенны излучает периодическую последовательность импульсов поля радиоволн наносекундной длительности с периодом следования Эти импульсы отражаются от металлического рефлектора 2 антенны и изменяют свою полярность при отражении, а зондирующий сигнал антенны будет состоять из двух разнополярных импульсов в каждом периоде следования, запаздывающих друг относительно друга на время Радиоволны отражаются от самолета, который приближенно можно рассматривать как две главные "блестящие точки", первая из которых соответствует крыльям самолета, а вторая - хвостовому оперению. В результате эхо-сигнал самолета в каждом периоде следования будет состоять из четырех видеоимпульсов. Эти импульсы принимаются вибратором 1, отражаются от рефлектора 2 и снова принимаются вибратором 1. В результате количество импульсов удваивается, но две пары из этих импульсов совпадут по времени и сложатся в вибраторе, а эхо-сигнал на выходе приемника будет состоять из 6 импульсов разной полярности. Диоды 6, 7 разделяют положительные и отрицательные импульсы сигнала, а устройство вычитания 8 вычитает группу отрицательных импульсов из положительных импульсов сигнала. Сигнал на выходе устройства вычитания 8 будет представлять собой последовательность из шести импульсов положительной полярности, смещенных друг относительно друга на время Усилитель 9 с обратной связью в виде линии задержки 12 с временем задержки накапливает эти 6 импульсов и усиливает их. При этом шумы приемника не накапливаются, так как они имеют случайную непериодическую структуру. В результате сигнал на выходе устройства возрастет и может быть обнаружен на фоне собственных шумов приемника. Таким образом, предложенное устройство обеспечивает решение поставленной задачи, устраняет отмеченные недостатки аналогов и прототипа и значительно улучшает отношение сигнал/шум в канале приема.