Секвентний трикоординатний радіолокатор

Секвентный трехкоординатный радиолокатор, содержащий передатчик периодических видеоимпульсов наносекундной длительности без несущей частоты, приемник, индикатор и антенную систему из четырех разнесенных вибраторов, один из которых является приемснпередающим и связан с антенным переключателем, а другие вибраторы-приемные, отличающийся тем, что в состав антенной системы радиолокатора дополнительно включены плоский металлический рефлектор и устройство поворота антенной системы по угловым координатам, а фидерные линии всех вибраторов при приеме подключены параллельно ко входу приемника и отличаются по длине от фи дера приемопередающего вибратора на величину А1ф - _ 6d(n — \) где d - расстояние от вибраторов до рефлектора, V- скорость распространения радиоволн в фидерной линии, с - скорость света, п- номер вибратора, к выходу приемника подключены параллельно два широкополосных диода противоположной полярности, выходы которых связаны с устройством вычитания отрицательных импульсов сигнала из положительных импульсов, на выходе устройства вычитания установлен широкополосный усилитель видеоимпульсов с входным и выходным устройствами связи и обратной связью в виде кабельной линии задержки, длина которой равна _2dV с О вход усилителя через входное устройство связи связан с выходами устройства вычитания и линии задержки, а выход усилителя через выходное устройство связи связан со входом линии задержки и индикатором (О Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в секвентных радиолокаторах с зондирующим сигналом в виде периодических видеоимпульсов наносекундной длительности без несущей частоты для измерения трех координат цели Известен трехкоординатный радиолокатор с качающейся по углу места антенной системой, содержащий приемо-передающую зеркальную антенну с антенным переключателем, передатчик, приемник и индикатор [1] Зондирующий сигнал такого радиолокатора представляет периодическую последовательность радиоимпульсов микросекундной длительности на несущей частоте микроволнового диапазона В аналоге антенна радиолокатора имеет узкую диаграмму направленности, а для сканирования антенны используют устройство поворота и качания антенны по угловым координатам В аналоге дальность цели определяют по измерению времени запаздывания импульса эхосигнала относительно зондирующего импульса, а угловые координаты - по положению антенны в момент приема максимального сигнала Недостатком этого устройства является то, что такой радиолокатор имеет малую дальность обнаружения целей с поглощающими покрытиями, которые поглощают радиоволны на несущей частоте зондирующего сигнала 17674 только такие видеоимпульсы, период следования которых точно равен времени задержки линии в цепи обратной связи То есть усилитель обладает избирательностью по периоду следования импульсов В результате слабые импульсы эхосигнала могут быть накоплены и результирующий сигнал можно выделить на выходе выходного устройства связи на фоне собственных шумов приемника При этом шумы и помехи с иным периодом следования не будут накапливаться Такой усилитель с обратной связью широко используется в секвентных радиолокаторах Недостатком секвентного дальномера с таким усилителем с обратной связью является следующее Период следования Т зондирующих видеоимпульсов дальномера определен соотношением (1) и имеет порядок мс Такое же время задержки должна иметь линия задержки усилителя с обратной связью То есть требуется линия задержки очень большой длины, либо придется уменьшать Дальность цели в прототипе определяют по период следования Т зондирующих импульсов и измерению времени запаздывания импульса эходальность действия радиолокатора сигнала цели относительно зондирующего видеоимпульса передатчика Для обеспечения одноНедостатком прототипа является то, что такой значности измерения дальности период следоварадиолокатор при отсутствии усилителя с обратния зондирующих видеоимпульсов передатчика ной связью имеет низкую направленность дейстдолжен удовлетворять соотношению вия При приеме сигналов антенная система радиолокатора будет принимать так же помехи T>2rm/c, (1) (наносекундные видеоимпульсы) в широком секгде Т - период следования зондирующих виторе угловых координат и такие помехи будут медеоимпульсов, шать измерять координаты цели rm - максимальная дальность обнаружения, с - скорость света В основу изобретения поставлена задача усоДля определения угловых координат цели в вершенствования секвентного трехкоординатного прототипе измеряют дальности п, гг, гз, Г от четы4 радиолокатора, в котором за счет выполнения рех разнесенных антенн до цели и по этим дальантенны в виде четырех вибраторов с рефлектоностям находят азимут и угол места цели ром и использования усилителя с обратной связью в виде линии задержки обеспечивается накоДля усиления периодических видеоимпульсов пление и усиление импульсов прямых и эхо-сигнала в прототипе иногда можно использоотраженных от рефлектора радиоволн с помощью вать секвентный усилитель несинусоидальных этого усилителя, что позволяет выделить слабый сигналов с обратной связью в виде линии задержсигнал цели на фоне собственных шумов приемки на период следования видеоимпульсов [2, с ника и улучшить направленные свойства радиоло22, 23, рис 1 3 1] Такой усилитель содержит слекатора при приеме сигналов дующие элементы широкополосный усилитель видеоимпульсов, входное устройство связи, выПоставленная задача решается тем, что в сеходное устройство связи и кабельную линию заквентном трехкоординатном радиолокаторе, содержки сигнала на период следования импульсов, держащем передатчик периодических видеоимкоторая образует петлю обратной связи усилитепульсов наносекундной длительности без ля Такой усилитель работает следующим обранесущей частоты, приемник, индикатор и антензом Видеоимпульс сигнала через входное устную систему из четырех разнесенных вибраторов, ройство связи поступает на вход усилителя, один из которых является приемопередающим и усиливается и через выходное устройство связи связан с антенным переключателем, а другие попадает на вход неискажающей линии задержки, вибраторы приемные, согласно изобретению в выполненной из отрезка коаксиального кабеля состав антенной системы радиолокатора дополВремя задержки линии задержки должно быть нительно включены плоский металлический рефточно рвано периоду следования усиливаемых лектор и устройство поворота антенной системы видеоимпульсов по угловым координатам, а фидерные линии всех вибраторов при приеме подключены параллельно Импульс с выхода усилителя задерживается ко входу приемника и отличаются по длине от филинией задержки на период следования и через дера приемо-передающего вибратора на величину входное устройство связи снова попадает на вход А1Ф усилителя В это же время на вход усилителя через входное устройство связи поступает второй Д1Ф = 6d (n-1) V/c, (2) импульс периодической последовательности Эти где d - расстояние от вибраторов до рефлекимпульсы складываются, снова усиливаются и тора, процесс повторяется В результате усилитель с V - скорость распространения радиоволн в обратной связью накапливает и усиливает периофидерной линии, дически повторяющиеся видеоимпульсы с - скорость света, Такой усилитель усиливает и накапливает П - номер вибратора, к выходу приемника подВ качестве прототипа выбран трехкоординатный секвентный радиолокатор с разнесенной антенной системой и несинусоидальным зондирующим сигналом, содержащий антенную систему из четырех разнесенных по горизонтали и вертикали вибраторов, один из которых является приемопередающим и связан с антенным переключателем для переключения этого вибратора с передачи на прием, а другие вибраторы являются приемными, передатчик периодических видеоимпульсов наносекундной длительности без несущей частоты, четыре приемника, связанные со своими вибраторами антенной системы, индикатор для визуального наблюдения видеоимпульсов, принятых приемниками [2] Зондирующий сигнал прототипа представляет периодическую последовательность видеоимпульсов поля радиоволн наносекундной длительности без несущей частоты 17674 ключены параллельно два широкополосных диода противоположной полярности, выходы которых связаны с устройством вычитания отрицательных импульсов сигнала из положительных импульсов, на выходе устройства вычитания установлен широкополосный усилитель видеоимпульсов с входным и выходным устройствами связи и обратной связью в виде кабельной линии задержки, длина которой равна 1 = 2dV / с, л (3) вход усилителя через входное устройство связи связан с выходами устройства вычитания и линии задержки, выход усилителя через выходное устройство связи связан со входом линии задержки и индикатором При этом дальность цели определяют результату измерения времени запаздывания импульса эхо-сигнала относительно зондирующего импульса, а угловые координаты цели - по положению антенной системы в момент приема максимального сигнала В предложенном устройстве использован один приемник, а три другие приемника прототипа не используются Выполнение антенны и использование в РЛС усилителя с обратной связью с линией задержки, устройства поворота антенны по угловым координатам и устройства вычитания обеспечивают измерение трех координат цели и улучшают направленные свойства радиолокатора Техническая сущность и принцип действия заявленного устройства поясняются чертежами На фиг 1 представлена упрощенная структурная схема заявленного секвентного трехкоординатного радиолокатора и условно показаны конструкция его антенной системы с рефлектором и схема запитки вибраторов фидерными линиями На фиг 2 условно показаны упрощенные эпюры зондирующего сигнала, а также сигналов на выходе приемника и на входе индикатора На фиг 3 представлена расчетная характеристика направленности радиолокатора при приеме сигналов в зависимости от азимутального угла р В состав предложенного устройства на схеме фиг 1 входят следующие основные элементы приемо-передающий вибратор 1, разнесенные приемные вибраторы антенной системы 2, 3, 4, антенный переключатель 5 для переключения приемо-передающего вибратора 1 с передачи на прием, плоский металлический рефлектор 6 антенной системы, фидерные линии 7 из двух коаксиальных кабелей каждая (эти линии запитывают вибраторы с концов по внутренним жилам этих кабелей, наружные оболочки кабелей заземлены, а длины фидерных линий отличаются от длины линии вибратора 1 на величину, определенную соотношением (2), при приеме все фидерные линии подключены параллельно ко входу приемника), устройство 8 поворота антенной системы с рефлектором по азимуту и углу места, передатчик 9 несинусоидальных импульсных сигналов в виде периодической последовательности видеоимпульсов наносекундной длительности без несущей частоты, приемник 10 в виде широкополосного усилителя наносекундных импульсов, широкополосные диоды 11,12 противоположной полярности для разделения положительных и отрицательных видеоимпульсов эхо-сигналов с выхода приемника, устройство вычитания 13 отрицательных видеоимпульсов сигнала из положительных импульсов, широкополосный усилитель 14 периодических видеоимпульсов с входным 15 и выходным 16 устройствами связи и линией задержки 17 из отрезка коаксиального кабеля, длина которого определена соотношением (3), индикатор 18 для визуального наблюдения импульсов сигнала и измерения времени запаздывания этих импульсов относительно зондирующего импульса передатчика Ниже поясняется принцип действия заявленного устройства и обосновываются его существенные отличительные признаки Сначала рассмотрим случай, когда направление на цель совпадаете направлением оси антенной системы Радиоволны от антенны до цели и обратно распространяются следующими четырьмя путями 1) вибратор - цель - вибратор, 2) вибратор - цель - рефлектор - вибратор, 3) вибратор - рефлектор - цель - вибратор, 4) вибратор - рефлектор - цель - рефлектор вибратор При отражении от рефлектора или цели полярность видеоимпульса поля радиоволн изменяется на противоположную Самым коротким является путь 1), а самым длинным - путь 4) Второй и третий пути одинаковы по длине и импульсы этих путей складываются в вибраторе и образуют один импульс положительной полярности, который запаздывает относительно импульса прямой волны (путь 1)) на время t3=2d/ с, (4) где d - расстояние от вибраторов до рефлектора В результате одному зондирующему видеоимпульсу в каждом вибраторе при приеме будет соответствовать три импульса эхо-сигнала, два из которых отрицательные и один положительный Предлагается задержать импульсы эхосигналов вибраторов 1, 2, 3, 4 с помощью фидерных линий различной длины таким образом, чтобы эти импульсы образовывали периодическую последовательность с периодом t3 Необходимые разности длин фидерных линий вибраторов Д ф 1 определены соотношением (2), смысл которого ясен из геометрии антенной системы и соотношения (4) Все фидерные линии при приеме подключены параллельно ко входу приемника 10 В результате эхо-сигнал на выходе приемника 10 будет выглядеть примерно так, как показано на фиг 26 То есть при совпадении оси антенны с направлением на цель эхо-сигнал на выходе приемника будет представлять периодическую последовательность с периодом t3 = 2d / с из 12 импульсов, 4 из которых положительные и 8 отрицательные Для усиления и накопления этой последовательности из 12 импульсов предлагается исполь зовать описанный выше усилитель с обратной связью в виде кабельной линии задержки с временем задержки t3 Необходимая длина этой линии задержки определена соотношением (3), которое получено из (4) Однако для использования усилителя с обратной связью необходимо, чтобы импульсы в периодической последовательности имели одинаковую полярность Для обеспечения этого положительные и отрицательные импульсы с выхода приемника 10 разделяют с помощью широкополосных диодов 11, 12 противоположной полярности и вычитают отрицательные импульсы из положительных с помощью устройства вычитания 13 В результате получим периодическую последовательность из 12 положительных видеоимпульсов с периодом t3 Эти импульсы усиливают и накапливают с помощью широкополосного усилителя 14 с обратной связью в виде линии задержки 17 на время t3 При этом сигнал на выходе усилителя 17 и входе индикатора 18 будет выглядеть примерно так, как показано на фиг 2в Такой накопленный сигнал можно выделить на фоне собственных шумов приемника, которые не накапливаются усилителем 14 Такой вид сигнал будет иметь при совпадении оси антенны с направлением на цель При отличии этих направлений периодичность 12 импульсов эхо-сигнала нарушается и усилитель 14 перестает накапливать сигнал Заявленное техническое решение улучшает направленные свойства радиолокатора при приеме сигналов и использовании слабо направленной антенны Для подтверждения этого на фиг 3 представлена расчетная характеристика направленности заявленного радиолокатора в зависимости от азимутального угла цели р (то есть зависимость амплитуды накопленного импульса эхо-сигнала цели на входе индикатора 18 от азимута р) Эти расчеты выполнены при следующих значениях исходных параметров радиолокатора длительность зондирующего импульса х = 0,5 не, расстояние от вибраторов до рефлектора d = 1,5м , расстояние между вибраторами по горизонтали d2 = Зм Высокие направленные свойства радиолокатора при приеме сигналов получены при сравнительно небольших размерах слабо направленной антенной системы Эти свойства позволяют определять угловые координаты цели путем вращения антенной системы по азимуту и качания по углу места с помощью устройства 8 Рефлектор антенны 6, фидерные линии разной длины 7 и усилитель 14 с линией задержки 17 принципиально необходимы для получения периодической последовательности импульсов эхосигналов и обеспечения высоких направленных свойств радиолокатора при приеме сигналов Диоды 11, 12 и устройство вычитания 13 требуются для преобразования разнополярных импульсов в последовательность положительных импульсов, что также принципиально необходимо для работы устройства Таким образом, заявленное устройство может быть практически реализовано, а отмеченные 8 17674 выше отличительные признаки являются существенными и принципиально необходимы для реализации этого устройства Основные элементы заявленного устройства на схеме фиг 1 выполнены следующим образом Передатчик 9, антенный переключатель 5, приемник 10 и индикатор 18 аналогичны соответствующим устройствам прототипа Устройство поворота антенны 8 аналогично соответствующему устройству описанного выше аналога Вибраторы 1, 2, 3, 4 антенной системы выполнены в виде коротких проволочных вибраторов длиной 1 < сх и запитываются с концов фидерными линиями из двух коаксиальных кабелей каждая Сигнал подводится по внутренним жилам этих кабелей, а наружные оболочки кабелей заземлены Длины фидерных линий определены соотношением (2) Фидерные линии приемных вибраторов подключены параллельно ко входу приемника 10 Диоды 11,12 подключены ко входу приемника 10 параллельно и имеют противоположную полярность Диоды 11, 12 и устройство вычитания 13 должны иметь широкую полосу пропускания Линия задержки 17 выполнена из отрезка коаксиального кабеля, длина которого определена соотношением (3) Принцип действия и устройство усилителя 14 с входным 15 и выходным 16 устройствами связи описан в литературе [2] Динамика работы заяленного устройства осуществляется следующим образом Передатчик 9 формирует, а передающий вибратор 1 излучает зондирующие видеоимпульсы поля радиоволн наносекундной длительности Радиоволны от вибратора до цели и обратно распространяются четырьмя путями с отражениями и без отражений от рефлектора антенны В результате одному зондирующему видеоимпульсу соответствует три импульса эхо-сигнала разной полярности в каждом вибраторе антенны (всего 12 импульсов) Благодаря фидерным линиям разной длины эти 12 импульсов образуют периодическую последовательность разнополярных импульсов на выходе приемника 10 в случае совпадения направления оси антенны с направлением на цель Диоды 11, 12 разделяют положительные и отрицательные импульсы, а устройство вычитания 13 преобразует разнополярные импульсы в последовательность положительных импульсов Усилитель 14 с обратной связью в виде линии задержки 17 накапливает и усиливает эхо-сигналы цели Накопленный сигнал наблюдают на индикаторе 18, измеряют время запаздывания накопленного импульса эхо-сигнала относительно зондирующего видеоимпульса и по результату измерения определяют дальность цели Антенную систему радиолокатора поворачивают по азимуту и углу места с помощью устройства поворота 8 , а угловые координаты цели определяют по положению антенны в момент приема максимального эхо-сигнала Помехи (наносекундные видеоимпульсы), направление прихода которых отличается от направления оси антенны, не будут накапливаться усилителем с обратной связью 14 ввиду отличия их периода следования от t3 Поэтому радиолокатор имеет высокие направленные свойства при 9 17674 10 приеме сигналов и использовании слабо направбыть устраняет отмеченные недостатки прототипа ленной антенной системы и аналога и улучшает направленные свойства Таким образом, заявленное устройство может секвентного радиолокатора при приеме сигналов 11 17674 12 13 17674 14 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90