Біімпульсний кутомірний радіолокатор

Реферат: Винахід належить до радіолокації НВЧ діапазону і може бути використаний в бортових радіолокаторах, де необхідні малі габарити і маса. Біімпульсний радіолокатор складається з 4рупорного опромінювача; дзеркальної системи; 2-канального підсилювальноперетворювального пристрою; 2-канального передавача; першого сумарно-різницевого пристрою, другого сумарно-різницевого пристрою та суматора. Виходи двох каналів передавачів безпосередньо під'єднані до двох діагонально розміщених рупорів опромінювача. Входи двох каналів підсилювально-перетворювального пристрою безпосередньо під'єднані до інших двох діагонально розміщених рупорів опромінювача. Винахід дозволяє спростити конструкцію радіолокатора, зменшити габарити і масу при збереженні високих точнісних характеристик по кутах. UA 104779 C2 (12) UA 104779 C2 UA 104779 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до радіолокації НВЧ діапазону, і може бути використаний в бортових радіолокаторах, де необхідні малі габарити і вага. Відомі радіолокаційні кутомірні системи, в яких для формування сумарної і різницевих діаграм направленості (ДН) антени використовується моноімпульсний чотирирупорний опромінювач і сумарно-різницеві мости [1], [2]. Основними недоліками таких систем є: - необхідність трьох (або чотирьох) приймальних каналів; - ускладнення конструкції і додаткові похибки пеленгації при об'єднанні двох різницевих і сумарного каналів у два приймальні канали методом часового, частотного, кодового або іншого ущільнення каналів; - суміщення входу передавального і сумарного виходу приймального каналів, через що виникає необхідність використання Y-циркуляторів для забезпечення режимів роботи прийомпередача. Однак за рахунок малої розв'язки в Y-циркуляторі це приводить в режимі передачі до "просочення" сигналу передавача в тракт приймача і вимагає додаткового захисту приймача, що, як наслідок, приводить до додаткових втрат в приймальному тракті, які погіршують електричні характеристики радіолокатора, а також ускладнює конструкцію; - використання для формування ДН сумарно-різницевих мостів на основі подвійних хвилеводних трійників ускладнює конструкцію опромінювана, збільшує довжину хвилеводних трактів, що приводить до збільшення затухання сигналу в тракті і зростання габаритів і маси. Найбільш близькими до запропонованого винаходу за технічним рішенням є моноімпульсна антена [3] і моноімпульсний опромінювач для приймально-передавальної системи з чотириканальним цифровим приймачем [4]. Моноімпульсна антена [3], схема електрична якої приведена на кресленні 1, містить вузол опромінювачів 1; вузол поляризаторів 2; перший сумарно-різницевий вузол збудження 3; другий сумарно-різницевий вузол збудження 4; третій сумарно-різницевий вузол збудження 5. Антена складається з чотирьох хвилевідних каналів, до складу кожного з яких входить хвилевідний опромінювач квадратного січення і хвилевод каналу з двома збуджуючими хвилеводами; перший і другий сумарно-різницеві вузли збудження, чотири хвилеводи кожного з яких з'єднані з першими і другими збуджуючими хвилеводами каналів відповідно. В кожний хвилевідний канал між хвилевідним опромінювачем і хвилеводом каналу, виконаним квадратним або круглим, зі збуджуючими хвилеводами, виконаними прямокутними і з повздовжніми осями, перпендикулярними до повздовжньої осі хвилеводу каналу введений поляризатор, який забезпечує перетворення в режимі передачі, наприклад, вертикально-поляризованої хвилі, яка збуджується першим збуджуючим хвилеводом у хвилю, поляризовану по колу, а в режимі прийому - поляризованої по колу хвилі в горизонтально-поляризовану хвилю другого збуджуючого хвилевода. Введення чотирьох поляризаторів розділяє вхід передавального каналу і вихід сумарного приймального каналу. Основним недоліком даної системи є складність конструкції і велика довжина хвилевідних трактів, що призводить до значної величини затухання в тракті і до збільшення габаритів і ваги. Моноімпульсна система з чотириканальним цифровим приймачем [4] прийнята за прототип. Схема побудови такої системи приведена на кресленні 2. Система складається з моноімпульсного опромінювача 1, який містить чотири ідентичних рупори, до виходу кожного з яких підключений поляризатор, і чотири селектори поляризації для розділення приймального і передавального трактів. В передавальному тракті опромінювача, до складу якого входять три подвійних хвилевідних трійники, відбувається розподіл енергії передавача на чотири канали опромінювачів для формування сумарної ДН в режимі передачі. В режимі прийому, сигнали, прийняті чотирма опромінювачами, надходять в приймальний модуль 2, який складається з чотирьох однакових каналів. В них відбувається підсилення сигналу, його фільтрація і перенос на проміжну частоту. Далі сигнал надходить в модуль цифрового формування і обробки сигналів 3. В даному модулі сигнал на проміжній частоті оцифровується і тут же відбувається формування приймальних сумарної і двох різницевих діаграм направленості антени і подальша обробка сигналу. В цьому ж модулі формується сигнал передавача на проміжній частоті. В передавальному модулі 4 відбувається формування опорного сигналу для модуля цифрового формування і обробки сигналів і сигналу гетеродину для приймального модуля, перенос на НВЧ і підсилення сигналу передавача, який подається на передавальний вхід моноімпульсного опромінювана. В цьому ж модулі формується сигнал калібровки, який надходить на окремий опромінювач, що розташований перед розкривом моноімпульсного опромінювача. Еталонний сигнал калібровки приймається чотирма рупорами моноімпульсного опромінювача і проходить по чотирьох приймальних каналах в модуль цифрового формування і обробки сигналу, де по зміні параметрів сигналу в чотирьох каналах визначаються їх відмінності і обчислюються поправочні коефіцієнти. 1 UA 104779 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Основним недоліком такої системи є складність конструкції, обумовлена наявністю 4-х приймальних каналів і використанням чотирьох поляризаторів та чотирьох селекторів поляризації для розділення приймального і передавального каналів і трьох подвійних хвилевідних трійників для розподілу енергії передавача на чотири канали опромінювачів. В основу винаходу поставлено задачу спрощення конструкції радіолокатора, зменшення його габаритів і маси при збереженні високих точнісних характеристик по кутах. Поставлена задача вирішується з допомогою біімпульсного сигналу, що дало можливість використати два приймальні канали для пеленгації в одній із площин і два передавальні канали для пеленгації в ортогональній площині. Оскільки передавальні і приймальні канали під'єднані до різних рупорів, то відпала потреба в розв'язці між ними. Крім того, два передавальні канали дозволяють досягнути більшої сумарної потужності передавача при обмеженій допустимій потужності його вихідних каскадів. Згідно з винаходом один із імпульсів випромінюється одним із рупорів, а другий діагонально розміщеним рупором, причому вхід запуску передавача, вихід якого під'єднаний до першого рупора, з'єднаний з запускаючим пристроєм безпосередньо, а вхід запуску передавача, вихід якого під'єднаний до другого рупора - через лінію затримки (ЛЗ). Входи двох каналів підсилювально-перетворювального пристрою безпосередньо під'єднані до інших двох діагонально розміщених рупорів, причому підсумовуючий вихід першого сумарно-різницевого пристрою під'єднаний до одного входу другого сумарно-різницевого пристрою через ЛЗ, а до іншого - безпосередньо. Різницевий вихід першого сумарно-різницевого пристрою під'єднаний до одного входу суматора безпосередньо, а до іншого - через лінію затримки. Завдяки такому виконанню розділення виходів передавальних каналів і входів підсилювально-перетворювальних пристроїв радіолокатора відбувається без використання перемикачів, циркуляторів або поляризаторів. Технічним результатом, що досягається при всій сукупності заявлених ознак, є спрощення конструкції радіолокатора за рахунок використання біімпульсного зондуючого сигналу та використання для прийому і передачі різних рупорів опромінювача радіолокатора. Функціональна схема біімпульсного радіолокатора приведена на фіг. 2. Запропонований радіолокатор складається з таких блоків: антени 1, що містить чотирирупорний опромінювач і дзеркальну систему, 2-канального підсилювальноперетворювального пристрою 2, 2-канального передавача 3, блока цифрової обробки сигналу 4. Структурна схема радіолокатора показана на фіг. 3. Радіолокатор працює наступним чином. В режимі передачі кожен з двох ідентичних каналів передавача 3, що під'єднані до діагональних рупорів з парціальною ДН, випромінює періодичні зондуючі радіоімпульси, причому послідовність зондуючих радіоімпульсів другого каналу передавача зсунена в часі на  відносно послідовності зондуючих радіоімпульсів першого. Інтервал часу  вибирається таким, що би бути більшим від часу запізнення між відбитими сигналами від найближчої і найдальшої цілі, які знаходяться в ДН антени для уникання накладання відбитих від цілей радіоімпульсів. В режимі прийому радіоімпульси, прийняті двома іншими діагональними рупорами, надходять на входи двох ідентичних каналів підсилювально-перетворювального пристрою 2, де відбувається перенос на проміжну частоту і підсилення сигналу. Далі сигнали надходять на два входи блока цифрової обробки сигналу 4, де відбувається оцифровування, формування приймальних цифрових сумарної і двох різницевих ДН антени, подальша обробка сигналу згідно з заданими алгоритмами. При цьому формування сигналу різницевої ДН в площині кута ε відбувається в сумарно-різницевому пристрої 5 відніманням сигналів з виходів двох каналів підсилювально-перетворювального пристрою і додаванням до такого ж сигналу, затриманого на інтервал часу . Формування різницевої ДН в ортогональній площині (площина кута β) відбувається за рахунок віднімання в сумарно-різницевому пристрої 7 сумарного сигналу блока 5 від цього ж сигналу, затриманого на інтервал часу , тобто відніманням сигналів, одержаних від випромінення діаметрально розміщених рупорів. Сумарний сигнал радіолокатора отримується додаванням в блоці 7 вихідного сумарного сигналу блоку 5 і цього ж сигналу, затриманого на інтервал часу . Тобто, сумарний сигнал є еквівалентним сумарному сигналу, прийнятому по 4 рупорах опромінювача. Таким чином, завдяки біімпульсному режиму роботи, при двох приймальних каналах, отримуємо ефект 4-канального прийому і обробки сигналів. Крім того, має місце високий ступінь розв'язки між приймальними і передавальними каналами, що досягається за рахунок використання для передачі і прийому різних рупорів опромінювача. Технічна суть запропонованого біімпульсного радіолокатора пояснюється схемами, на яких: 2 UA 104779 C2 5 10 15 20 25 30 35 Фіг. 1 - показана схема електрична функціональна моноімпульсної антени [3], де 1 - вузол опромінювачів; 2 - вузол поляризаторів; 3 - перший сумарно-різницевий вузол збудження; 4 другий сумарно-різницевий вузол збудження; 5 - третій сумарно-різницевий вузол збудження. Фіг. 2 - показана схема моноімпульсної системи з чотириканальним цифровим приймачем [4], де 1 - моноімпульсний опромінювач; 2 - приймальний модуль; 3 - модуль цифрового формування і обробки сигналів; 4 - передавальний модуль. Фіг. 3 - показана схема пропонованого біімпульсного радіолокатора, де 1 - антена; 2 двоканальний підсилювально-перетворювальний пристрій; 3 - двоканальний передавач; 4 блок цифрової обробки сигналу; 5 - перший сумарно-різницевий пристрій; 6 - суматор; 7 другий сумарно-різницевий пристрій. Джерела інформації: 1. Сколник М. Справочник по радиолокации / Пер. с англ. под ред. К.Н. Трохимова. Т. 4. - М: Сов. Радио, 1978. - 376 с. 2. Леонов А.И., Фомичев К.И. Мононимпульсная радиолокация. - М: Радио и связь, 1984. 312 с. 3. Моноимпульсная антенна. Пат. № 2370863 Россия, МПК H01Q 13/02. Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" г. Тула. В.И. Образумов, В.М. Крехтунов, О.Ю. Шевцов, Ю.С. Русов, М.Е. Голубцов. № 2008132287/09; опубл. 20.10.2009. Бюл. № 29. 4. 77-30569/248250 Моноимпульсный облучатель для приемо-передающей системы с четырехканальным цифровым приемником / Русов Ю.С., Голубцов М.Е., Овечкин B.C. / УДК 621.396.677.73, Электронное научно-техническое издание НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ, № 1, январь 2012. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Біімпульсний радіолокатор, який складається з 4-рупорного опромінювача; дзеркальної системи; 2-канального підсилювально-перетворювального пристрою; 2-канального передавача; першого сумарно-різницевого пристрою, другого сумарно-різницевого пристрою та суматора, який відрізняється тим, що виходи двох каналів передавачів безпосередньо під'єднані до двох діагонально розміщених рупорів опромінювача, а входи двох каналів підсилювальноперетворювального пристрою безпосередньо під'єднані до інших двох діагонально розміщених рупорів опромінювача, вхід запуску одного із передавачів під'єднаний безпосередньо до запускаючого пристрою, вхід запуску іншого - через лінію затримки, причому підсумовуючий вихід першого сумарно-різницевого пристрою під'єднаний безпосередньо до входу другого сумарно-різницевого пристрою і через ЛЗ до іншого входу другого сумарно-різницевого пристрою, а різницевий вихід першого сумарно-різницевого пристрою під'єднаний до одного входу суматора безпосередньо, а до іншого - через лінію затримки. 3 UA 104779 C2 4 UA 104779 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5