Радіолокатор з пристроєм компенсації активних завад відніманням

Радіолокатор з пристроєм компенсації активних завад відніманням, що містить передавач з передавальною антеною, приймальну апертурну антену з круглим хвилеводом, приймач сигналу, пристрій віднімання і індикатор, який відрізняється тим, що до складу радіолокатора додатково включений вимірювач відношення амплітуд і зсуву фаз вертикальної і горизонтальної складових завад, що складається з розташованих у хвилеводі приймальної антени вертикального і горизонтального штирів завад, двох однакових приймачів завад, входи яких пов'язані ВІДПОВІДНО ЗІ штирями завад коаксіальними фідерними ЛІНІЯМИ, при цьому приймачі завад з'єднані з фазометром зсуву фаз завад, радіолокатор також містить пристрій повороту площини поляризації радіохвиль на основі ефекту Фарадея, що складається з розташованого на осі круглого хвилеводу феритового стержня і зовнішнього соленоїда підмагнічування фериту, за яким в круглому хвилеводі приймальної антени встановлені вертикальний і горизонтальний штирі сигналу, які пов'язані коаксіальними і фідерними ЛІНІЯМИ ЗІ входами високочастотного пристрою віднімання, вихід якого пов'язаний зі входом приймача сигналу, а вихід приймача пов'язаний з індикатором радіолокатора, виходи приймачів завад і фазометра пов'язані з обчислювачем значення струму підмагнічування в обмотці соленоїда, ВІДПОВІДНОГО a= Винахід належить до області радіолокації і може бути використаний для захисту імпульсних радіолокаторів мікрохвильового діапазону від активних завад, що приходять по головній пелюстці або по боковим пелюсткам діаграми спрямування антени і тих що мають лінійну або еліптичну поля 4 P, при 2 • і sin 2 P и иГ иГ • и— 51П2рС05ф + 9 UD cos z p+—^-sin2pcoscp + и Г с Зті n або дорівнює а = — - p у противному разі, 1 де p = -arctg 2 2 — coscp Ur — uB 1- 2 иг кут нахилу до горизонталі осі еліпса поляризації завади, ив —— - відношення амплітуд вихідних напруг прии иг мачів завад вертикальної і горизонтальної поляризації, Ф - зсув фаз напруги завади вертикальної поляризації відносно напруги завади горизонтальної поляризації, на виході обчислювача додатково встановлений цифро-аналоговий перетворювач струму, вихід якого пов'язаний з обмоткою соленоїда пристрою повороту площини поляризації радіохвиль ризацію, що відрізняється від поляризації зондуючого сигналу радіолокатора Відомий компенсатор радюзавад з кореляційним зворотним зв'язком Аналог містить два канали прийому, загальний суматор і пристрій обчислення кореляційного моменту із зворотним зв'язком Завада додаткового компенсаційного 1 CO о> (О 46937 каналу використовується в аналозі для подавления завади в основному каналі прийому шляхом протифазного складання в загальному суматорі [1] Недоліком цього аналогу є те, що він може разом із завадою подавляти також корисний сигнал у випадках, коли завада і сигнал не мають значних часових відмінностей Аналог може ефективно працювати тільки у випадках, коли завада протяжна, а корисний сигнал у вигляді коротких радіоімпульсів, і не може - за відсутністю таких часових відмінностей Як прототип обраний радіолокатор з пристроєм компенсації завад відніманням Принцип дії прототипу полягає втому, що із сукупності завади і корисного сигналу віднімають заваду, яку приймають по додатковому каналу До складу прототипу входять наступні основні елементи імпульсний передавач мікрохвильового діапазону, приймально-передавальна антена сигналу з антенним перемикачем "прийом-передача", допоміжна приймальна антена завад компенсаційного каналу, супергетеродинний приймач сигналу в основному каналі, супергетеродинний приймач завад в компенсаційному каналі, обмежувач знизу (пороговий пристрій) в компенсаційному каналі, пристрій віднімання завад з виходів приймачів на відеочастоті, індикатор сигналу Обидва приймачі прототипу однакові і мають загальний гетеродин і широкий динамічний діапазон Основна приймально-передавальна антена прототипу має вузьку діаграму спрямування, а допоміжна приймальна антена завад має широку діаграму спрямування, що охоплює бокові пелюстки основної антени Прототип захищає радіолокатор від завад, що приходять по бокових пелюстках основної антени Заваду подавляють в пристрої віднімання на відеочастоті При цьому використовують просторові ВІДМІННОСТІ завади і корисного луна-сигналу ЦІЛІ Пристрій віднімання прототипу подавляє заваду в тих випадках, коли рівень завади в компенсаційному каналі буде вище, ніж рівень завади в основному каналі прийому В роботі прототипу принципово нічого не зміниться, якщо використати для передачі зондуючого сигналу окрему передавальну антену, а антенний перемикач із складу прототипу виключити Тому умовно будемо вважати, що в прототипі є окрема передавальна антена, крім того, для визначеності будемо вважати, що приймальна антена прототипу виконана у вигляді апертурної антени з круглим хвилеводом [2] Недоліком прототипу є те, що він не захищає від завад, що приходять по головній пелюстці діаграми спрямування основної антени В основу винаходу поставлена задача вдосконалення радіолокатора з пристроєм компенсації активних завад відніманням, в якому на основі включення до складу радіолокатора вимірювача відношення амплітуд і зсуву фаз вертикальної і горизонтальної складових завад, керованого феритового пристрою повороту площини поляризації радіохвиль в круглому хвилеводі приймальної антени, вертикальних і горизонтальних штирів в цьому хвилеводі і обчислювача струму в обмотці соленоїда підмагнічування фериту забезпечується такий кут повороту площини поляризації, при якому завади в вертикальному і горизонтальному штирях будуть однакові Це дозволяє подавити завади за допомогою високочастотного пристрою віднімання до входу приймача і завдяки цьому покращити завадозахищеність радіолокатора від активних завад, що приходять по головній пелюстці діаграми спрямування антени у випадках, коли поляризація завади відрізняється від поляризації зондуючого сигналу радіолокатора Поставлена задача вирішується тим, що в радіолокаторі з пристроєм компенсації активних завад відніманням, який містить передавач з передавальною антеною, приймальну апертупну антену з круглим хвилеводом, приймач сигналу, пристрій віднімання і індикатор, згідно з винаходом до складу радіолокатора додатково включено вимірювач відношення амплітуд і зсуву фаз вертикальної і горизонтальної складових завад, що складається з розташованих в хвилеводі приймального вертикального і горизонтального штирів завад, двох однакових приймачів завад, входи яких пов'язані ВІДПОВІДНО З ЦИМИ штирями коаксіальними фідерними ЛІНІЯМИ, і пов'язаного з цими приймачами фазометра зсуву фаз завад, до складу радіолокатора включено також пристрій повороту площини поляризації радіохвиль на основі ефекту Фарадея, який складається із розташованого на осі круглого хвилеводу феритового стержня і зовнішнього соленоїда підмагнічування фериту, за яким в круглому хвилеводі приймальної антени встановлені вертикальний і горизонтальний штирі сигналу, пов'язані коаксіальними фідерними ЛІНІЯМИ зі входами високочастотного пристрою віднімання, приймача сигналу, індикатором радіолокатора, виходи приймачів завад і фазометра пов'язані з обчислювачем значення струму підмагнічування в обмотці соленоїда, який відповідає куту а повороту проти годинникової стрілки площини поляризації радіохвиль завад, що дорівнює а = ^ - р (1) при ,2 о -0 9 UD ^D 9 cos; z p + — u^ - s m 2 p c o s c p + — 2E f s m z p r u T або дорівнює a - — - R Ґ31 /I в противному випадку, де (2) 46937 (4) 1 U кут нахилу до горизонталі осі еліпса поляризації завади, ив —— - відношення амплітуд вихідних напруг приймачів завад вертикальної і горизонтальної поляризації, Ф - зсув фаз напруги завади вертикальної поляризації відносно напруги завади горизонтальної поляризації, а на виході обчислювача додатково встановлено цифро - аналоговий перетворювач струму, вихід якого пов'язаний з обмоткою соленоїду пристрою повороту площини поляризації радіохвиль При цьому наявні в прототипі компенсаційна антена і приймач компенсаційного каналу з обмежувачем знизу зі складу запропонованого пристрою виключені Для завадозахисту запропонованого радіолокатора використаний принцип компенсації завад відніманням, а завадозахист засновано на управлінні поляризацією завад, що приймаються таким чином, щоб завади у вертикальному і горизонтальному штирях сигналу стали однаковими, тоді ці завади можна подавити шляхом віднімання у високочастотному пристрої віднімання до входу приймача сигналу Включення до складу запропонованого пристрою вимірювача відношення амплітуд і зсуву фаз складових завади й обчислювача за даними цих вимірів необхідного кута повороту площини поляризації завади за допомогою феритового пристрою і необхідного для цього струму соленоїда підмагнічування фериту забезпечують вирівнювання напруг завад в приймальних штирях сигналів і наступне подавления завад в високочастотному пристрої віднімання Для реалізації запропонованого технічного рішення принципово необхідні поляризаційні ВІДМІННОСТІ завади і сигналу, а просторові ВІДМІННОСТІ не потрібні Тому запропонований пристрій може забезпечити завадозахист радіолокатора від активних завад, що приходять по головній пелюстці діаграми спрямування антени, в тому числі, і від ВІДПОВІДНИХ імпульсних завад Технічна сутність і принцип дії запропонованого пристрою пояснюються фіг, де дана спрощена структурна схема запропонованого радіолокатора До складу запропонованого пристрою на фіг входять наступні основні елементи передавач імпульсного сигналу 1, передавальна антена 2, приймальна антена 3 (наприклад, рупорна антена у вигляді конічного рупора з круглою апертурою), круглий хвилевід 4 приймальної антени, вертикальний штир завад 5, що встановлений у круглому хвилеводі приймальної антени відразу після рупору, горизонтальний штир завад 6, встановлений у круглому хвилеводі в перетині вертикального штиря 5, пристрій повороту площини поляризації радіохвиль на основі ефекту Фарадея, встановлено в круглому хвилеводі приймальної антени після штирів завад і складається з розташованого на осі цього хвилеводу феритового стержня 7 і зовнішнього соленоїда 8 підмагнічування фериту (обмотка соленоїда намотана зверху круглого хвилеводу, а струм в обмотці встановлюють рівним значенню, обчисленому обчислювачем по даним виміру параметрів завад), вертикальний штир сигналу 9, що встановлений в круглому хвилеводі приймальної антени після феритового стержня 7, горизонтальний штир сигналу 10, встановлений у круглому хвилеводі в перетині вертикального штиря 9, коаксиальні фідерні лінії 11 однакової довжини, що пов'язують штирі завад зі входами ВІДПОВІДНИХ приймачів завад і штирі сигналів - зі входами високочастотного пристрою віднімання, високочастотний пристрій віднімання 12, вихід якого пов'язаний зі входом приймача сигналу, приймач сигналу 13, індикатор радіолокатора 14, приймач завад вертикальної поляризації 15, приймач завад горизонтальної поляризації 16 (входи приймачів 15, 16 пов'язані коаксіальними фідерними ЛІНІЯМИ 11 зі штирями завад 5, 6 ВІДПОВІДНО, а ці приймачі являють собою однакові супергетеродині приймачі з широким динамічним діапазоном і загальним гетеродином, який на схемі фіг 1 не показаний), фазометр 17 зсуву фаз е напруги UB завади р вертикальної поляризації з виходу приймача 15 по проміжній частоті відносно напруги Ur завади горизонтальної поляризації з виходу приймача 16, обчислювач 18 кута повороту а площини поляризації радіохвиль в круглому хвилеводі приймальної антени за результатами виміру зсуву фаз ф і відношення амплітуд UB / Ur завад за допомогою співвідношень (1 - 4) і необхідного для цього значення струму І в обмотці соленоїда 8 підмагнічування фериту 7 (входи обчислювача 18 пов'язані з виходом фазометра 17 і виходами приймачів завад 15, 16 на відеочастоті), цифро - аналоговий перетворювач струму 19, який перетворює цифрове значення струму І, обчисленого обчислювачем 18, в аналогове значення струму, що надходить в обмотку соленоїда 8 для підмагнічування фериту 7 Принцип дії та ІСТОТНІ ВІДМІТНІ ознаки запропонованого приладу пояснюються наступним Відомо, що в загальному випадку еліптичної поляризації завади вектор напруги електричного поля завади описує в просторі еліпс, положення і розміри якого визначені амплітудами і фазами вертикальної і горизонтальної складових завади Для визначення положення поляризаційного еліпса достатньо виміряти зсув фаз ф і відношення амплітуд UB / Ur вертикальної і горизонтальної складових завади При цьому кут нахилу р однієї з осей поляризаційного еліпса до горизонталі і відношення осей еліпса визначене співвідношеннями (4), (2), вивід яких є в літературі [3] В окремому випадку довільної лінійної поляризації завади (при зсуві фаз складових ф = 0° або ф = 180°) поляри 46937 зацшнии еліпс перетворюється в пряму в площини поляризації завади Пропонується розмістити в круглому хвилеводі приймальної антени феритовий пристрій повороту площини поляризації завади на основі ефекту Фарадея і встановити за допомогою цього приладу площину поляризації завади при ЛІНІЙНІЙ поляризації (або більшу вісь еліпса поляризації при еліптичний поляризації завади) під кутом 45° до вібраторів сигналів 9, 10 Тоді амплітуди завад у вертикальному вібраторі 9 і горизонтальному вібраторі 10 будуть рівні і заваду можна буде подавити шляхом віднімання вихідних напруг цих вібраторів у високочастотному пристрої віднімання 12 до входу приймача сигналів Необхідний для цього кут повороту а площини поляризації завади визначений співвідношеннями (1), (3), що отримані з геометрії розташування штирів сигналів 9, 10 в круглому хвилеводі приймальної антени і відомого положення площини поляризації (або великої осі еліпса поляризації) завади до феритового пристрою повороту площини поляризації Знаючи характеристики феритового стержня 7, можна за необхідним кутом повороту а площини поляризації визначити необхідну величину струму І в обмотці соленоїду 8 підмагнічування фериту Принцип дії і конструкція феритового пристрою повороту площини поляризації на основі ефекту Фарадея ВІДОМІ І описані в літературі [4] Для реалізації запропонованого принципу завадозахисту потрібно забезпечити можливість виміру поляризаційний характеристик завади і можливість постановки площини поляризації (або великої осі еліпса поляризації) завади під кутом 45° до вібраторів сигналів 9, 10 Для виміру зсуву фаз е і відношення р амплітудUB / Ur вертикальної і горизонтальної складових завади використаний вимірювач, що складається з непорухомих взаємно перпендикулярних штирів завади 5, 6, двох однакових супергетеродинних приймачів завад 15, 16 завад вертикальної і горизонтальної поляризації і фазометра 17 Співвідношення (4) визначає кут нахилу до горизонталі однієї з осей поляризаційного еліпса завади, а яка ця ось (мала або велика) визначають за співвідношенням (2) Якщо співвідношення (2) менше 1, то під кутом [3 нахилена більша вісь еліпса і її слід повернути на кут а, визначений співвідношенням (1), проти годинникової стрілки, а якщо навпаки, то під кутом [3 розміщена мала ось еліпса і її слід повернути на кут а, визначений співвідношенням (3) Кут [3 відраховується від горизонталі проти годинникової стрілки, якщо дивитися вздовж напрямку осі приймального рупора З В запропонованому пристрої горизонтальна складова завади (після повороту площини поляризації) використовується для компенсації відніманням вертикальної складової завади Включення до складу запропонованого пристрою вимірювача характеристик завади, феритового пристрою повороту площини поляризації на основі ефекту Фарадея, обчислювача куту повороту площини поляризації і ВІДПОВІДНОГО струму підмагнічування фериту, а також визначені зв'язки між цими елементами принципово необхідні для реалізації ком 8 пенсації завад відніманням на високій частоті до входу приймача сигналу Для того, щоб пристрій віднімання 12 подавляв заваду, але не подавляв корисний лунасигнал ЦІЛІ, вимагається, щоб завада і сигнал мали різноманітні поляризаційні характеристики Тобто наявність поляризаційних відмінностей завади і сигналу принципово необхідно для роботи запропонованого пристрою Слід відзначити, що запропонований пристрій забезпечує ефективний захист від завад довільної лінійної поляризації, менш ефективний - від завад еліптичний поляризації і не захищає від завад з круговою поляризацією Тому в запропонованому пристрої доцільно використати зондуючий сигнал кругової поляризації При цьому завада може приходити як по боковим, так і по головній пелюстці діаграми спрямування приймальної антени, тобто наявність просторових відмінностей завади і сигналу в даному випадку не обов'язково Це представляє істотну перевагу у порівнянні з прототипом, який не захищає від завад, які приходять по головній пелюстці діаграми спрямування антени Для роботи запропонованого пристрою також не потрібно обов'язкової наявності часових відмінностей завади і сигналу, а використовуються поляризаційні ВІДМІННОСТІ Таким чином, запропонований пристрій може бути практично реалізований, а відзначені вище його ВІДМІТНІ ознаки є істотними і принципово необхідні для реалізації цього пристрою Основні елементи запропонованого пристрою, умовно показані на Фіг, виконані таким чином Передавач 1 з окремою передавальною антеною 2 виконані для випромінювання зондуючого сигналу кругової поляризації у вигляді радіоімпульсів на несучій частоті мікрохвильового діапазону Приймальна антенна 3 може бути виконана, наприклад, у вигляді конічного рупора з круглою апертурою і круглим хвилеводом Штирі завад 5, 6 взаємно перпендикулярні і розміщені в круглому хвилеводі приймальної антени поблизу місця підключення цього хвилеводу до антени Пристрій повороту площини поляризації радіохвиль на основі ефекту Фарадея, що складається з феритового стержня 7 і соленоїда 8 підмагнічування фериту, встановлено в круглому хвилеводі 4 приймальної антени після штирів завад 5, 6, але перед штирями сигналів 9, 10 Фідерні лінії 11, пов'язані зі штирями 5, 6 і 9, 10,можуть бути виконані з відрізків коаксіального кабелю однакової довжини Високочастотний пристрій віднімання 12 не повинен вносити додаткового зсуву фаз у віднімальні напруги Приймачі завад 15, 16 виконані у вигляді однакових супергетеродинних приймачів з загальним гетеродином, який на схемі Фіг не показаний Ці приймачі повинні мати однакові амплітудно-фазові характеристики і широкий динамічний діапазон Фазометр 17 вимірює зсув фаз е вихідних напруг р приймачів завад 15, 16 на проміжній частоті і має відому конструкцію Обчислювач 18 виконаний в вигляді мікроЕОМ для обчислення кута повороту а площини поляризації радіохвиль по зміряним значенням ер, UB / Ur за допомогою співвідношень (1 - 4) і ВІДПОВІДНОГО 46937 цьому куту струму І в обмотці соленоїда 8 підмагнічування фериту 7 Для введення в обчислювач 18 значень амплітуд вихідних напруг UB, Ur приймачів завад 15, 16 і зсув фаз е цих напруг з вихор ду фазометра 17 доцільно використати в обчислювачі аналого-цифрові перетворювачі, а для виведення розрахованого значення струму І в обмотку соленоїда 8 використаний цифроаналоговий перетворювач 19 Приймач сигналу 13 й індикатор 14 не відрізняються від ВІДПОВІДНИХ елементів прототипу Динаміка роботи запропонованого пристрою здійснюється таким чином Приймальна антенна З і вібратори 4, 5 приймають вертикальну і горизонтальну складові завади лінійної або еліптичної поляризації Напруги завад від вібраторів 4, 5 по фідерним ЛІНІЯМ 11 надходять на входи приймачів завад 15, 16, посилюються цими приймачами і перетворюються на проміжну частоту Фазометр 17 вимірює зсув фаз е напруги завади вертикальр ної поляризації відносно напруги завади горизонтальної поляризації ВИХІДНІ напруги UB, Ur приймачів завад 15, 16 і результат виміру зсуву фаз е р з виходу фазометра 17 надходять на вхід обчислювача 18, що обчислює кут повороту а площини поляризації завад за результати виміру зсуву фаз Ф і відношення амплітуд UB / Ur завад за допомогою співвідношень (1 - 4) і відповідне цьому куту необхідне значення струму І підмагнічування фериту Результат обчислення струму І перетворюється в аналогову форму за допомогою цифроаналогового перетворювача 19 і струм надходить в обмотку соленоїда 8 підмагнічування фериту Пристрій повороту площини поляризації повертає площину поляризації завад на кут а, в результаті чого площина поляризації завади (або велика вісь еліпса поляризації) буде нахилена до вібраторів 9, 10 під кутом 45°, а амплітуди завад в цих вібрато 10 рах стануть однаковими Високочастотний пристрій віднімання 12 віднімає від складової завади вертикальної поляризації рівну їй складову завади горизонтальної поляризації, в результаті чого завада на виході пристрою віднімання буде подавлена Після ЦЬОГО передавач 1 формує, а передавальна антена 2 випромінює зондуючий імпульсний сигнал поляризації Приймальна антенна 3 і штирі сигналу 9, 10 приймають лунасигнали ЦІЛІ, який через пристрій віднімання 12 надходять до приймача сигналу 13 і далі на індикатор радіолокатора 14 При цьому пристрій віднімання 12 не буде подавляти луна-сигнали ЦІЛІ, бо вони мають кругову поляризацію, що відрізняється від поляризації завади Таким чином, запропонований пристрій вирішує поставлене завдання, усуває відмічений недолік прототипу і забезпечує захист радіолокатора від активних завад лінійної і еліптичної поляризації, що приходять по головній пелюстці або бокових пелюстках діаграми спрямування антени При цьому для роботи пристрою не вимагається обов'язкової наявності просторових і часових відмінностей завади і сигналу Джерела інформації 1 Теоретические основы радиолокации Под ред Я Д Ширмана Учебное пособие для вузов - М Сов радио, 1970 2 Васин В В , Власов О В и др Радиолокационные устройства (теория и принципы построения) Под ред В В Григорина-Рябова - М Сов радио, 1970, с 518, рис 18 21, (прототип) 3 Канарейкин Д Б , Павлов Н Ф , Потехин В А Поляризация радиолока-ционных сигналов - М Сов радио, 1966, с 19 4 Сазонов Д М Антенны и устройства СВЧ Учеб для радиотехнич спец вузов - М Высш шк, 1988, с 170, рис 6 15 46937 11 Горизоніадьний шіирсиїнаду 10 п. ґ 12 Прнимальш зчієна З Коаксиальна а л і н і я 11 Вертикальний штир сшишу Ч Вертикальний штир завад 5 Високочастотний пристрій віднімання 1 2 Приймач сигналу Цкфроаналоговий перетворювач струму ш Коакшадьна Обчислювач кута повороту Ци струму І підаагнічування фериту Приймач завад вертикальної поляризації Фазометр зсуву фаз завад Ф Приймач завад горизонтальної поляризації 1 5 Передавальна антена 2 Передавач імпульсного сигналу 1 Фіг. ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71