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 приемно-передающим 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 с рефлектором по угловым координатам, а фидерные линии всех вибраторов при приеме подключены параллельно ко входу приемника и отлича 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 В качестве прототипа выбран трехкоординатный секвентный радиолокатор с разнесенной антенной системой и несинусоидальным зондирующим сигналом [1] Зондирующий сигнал прототипа представляет периодическую последовательность видеоимпульсов поля радиоволн наносекундной длительности без несущей частоты В состав прототипа входят следующие основные элементы ВШ ются по длине от фидера приемно-передающего вибратора на величину ДІф Д1Ф = 6d(n-1)V 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 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 антенная система из четырех разнесенных по горизонтали и вертикали элементов (например, 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 и индикатор для визуального наблюдения видеоимпульсов, принятых приемниками Дальность цели в прототипе определяют по изменению времени запаздывания импульса эхо О го Ю 17453 сигнала цели относительно зондирующего видеоимпульса передатчика Для обеспечения однозначности измерения дальности период следования зондирующих видеоимпульсов передатчика должен удовлетворять соотношению Т> 2гп где Т - период следования зондирующих видеоимпульсов, rm - максимальная дальность обнаружения, с - скорость света Для определения угловых координат цели в прототипе измеряют дальности п, гг, гз, Г от че4 тырех разнесенных антенн до цели и по этим дальностям находят азимут и угол места цели Для усиления периодических видеоимпульсов эхо-сигналов в прототипе иногда можно использовать секвентныи усилитель несинусоидальных сигналов с обратной связью в виде линии задержки на период следования видеоимпульсов [2] Такой усилитель содержит следующие элементы широкополосный усилитель видеоимпульсов, входное устройство связи, выходное устройство связи и кабельную линию задержки сигнала на период следования импульсов, которая образует петлю обратной связи усилителя Такой усилитель работает следующим образом Видеоимпульс сигнала через входное устройство связи поступает на вход усилителя, усиливается и через выходное устройство связи попадает на вход неискажающей линии задержки, выполненной из отрезка коаксиального кабеля Время задержки линии задержки должно быть точно равно периоду следования усиливаемых видеоимпульсов Импульс с выхода усилителя задерживается линией задержки на период следования и через входное устройство связи снова поступает на вход усилителя В это же время на вход усилителя через входное устройство связи поступает второй импульс периодической последовательности Эти импульсы складываются, снова усиливаются и процесс повторяется В результате усилитель с обратной связью накапливает и усиливает периодически повторяющиеся видеоимпульсы Такой усилитель усиливает и накапливает только такие видеоимпульсы, период следования которых точно равен времени задержки линии в цепи обратной связи, т е усилитель обладает избирательностью по периоду следования импульсов В результате слабые импульсы эхо-сигнала могут быть накоплены и результирующий сигнал можно выделить на выходе выходного устройства связи на фоне собственных шумов 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 период следования Т зондирующих импульсов и дальность действия дальномера Недостатком прототипа является то, что такой радиолокатор, при отсутствии усилителя с обратной связью, имеет низкую направленность действия При приеме сигналов антенная система радиолокатора будет принимать также помехи (наносекундные видеоимпульсы) в широком секторе угловых координат и такие помехи будут мешать измерять координаты цели В основу изобретения поставлена задача устранения отмеченных недостатков прототипа, и улучшения направленных свойств секвентного трехкоординатного радиолокатора при приеме сигналов цели Поставленная задача решается тем, что в секвентном трехкоординатном радиолокаторе, содержащем передатчик периодических видеоимпульсов наносекунд ной длительности без несущей частоты, приемник, индикатор и антенную систему из четырех разнесенных вибраторов, один из которых является приемо-передающим и связан с антенным переключателем, а другие вибраторы приемные, согласно изобретению в состав антенной системы радиолокатора дополнительно включены плоский металлический рефлектор и устройство поворота антенной системы с рефлектором по угловым координатам, а фидерные линии всех вибраторов при приеме подключены параллельно ко входу приемника и отличаются по длине от фидера приемо-передающего вибратора на величину ДІф Д1Ф = 6d(n-1)V (2) 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 (3) 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 При этом дальность цели определяют по результату измерения времени запаздывания импульса эхо-сигнала относительно зондирующего 17453 импульса, а две 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 Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются рисунками на фиг 1, 2, 3 На фиг 1 представлена упрощенная структурная схема предложенного трехкоординатного секвентного радиолокатора и условно показаны конструкция его антенной системы с рефлектором и схема запитки вибраторов фидерными линиями На фиг 2а,б,в представлены упрощенные эпюры зондирующего сигнала, а также сигналов на выходе приемника и на входе индикатора при совпадении направления оси антенной системы с направлением на цель На фиг 3 представлена расчетная характеристика направленности радиолокатора при приеме сигналов в зависимости от азимутального угла р ны 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 В состав предложенного устройства на схеме фиг 1 входят следующие основные элементы приемопередающий вибратор 1, разнесенные приемные вибраторы антенной системы 2, 3, 4, антенный переключатель 5 для переключения приемопередающего 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 наносекунд ной длительности без несущей частоты, приемник 10 в виде широкополосного усилителя наносекундных видеоимпульсов, широкополосные диоды 11, 12 противоположной полярности для разделения положительных и отрицательных видеоимпульсов эхосигналов с выхода приемника 10, устройство вычитания 13 отрицательных импульсов 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 предложенного устройства и обосновываются его существенные отличительные признаки Сначала рассмотрим случай излучения и приема эхо-сигналов цели, когда направление на цель совпадает с направлением оси антенной системы Радиовол 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 эхо-сигналов вибраторов 1, 2, 3, 4 с помощью фидерных линий различной длины таким образом, чтобы эти импульсы образовали периодическую последовательность с периодом t 3 Необходимые разности длин фидерных линий вибраторов ДІф 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 входе 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= 2dlc из 12 импульсов, 4 из которых положительные и 8 отрицательные t, = 2d (4) Для усиления и накопления этой последовательности из 12 импульсов предлагается использовать описанный выше усилитель с обратной связью в виде кабельной линии задержки с временем задержки t 3 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 t 3 Эти импульсы усиливают и накапливают с помощью широкополосного усилителя 14 с обратной связью в виде линии задержки 17 на время t 3 При этом сигнал на выходе усилителя 17 и входе индикатора 18 будет выглядеть примерно так, как показано на фиг2в Такой накопленный сигнал можно выделить на фоне собст 17453 венных шумов приемника, которые не накапливаются усилителем 14 Такой вид сигнала будет при совпадении оси антенны с направлением на цель При отличии этих направлений периодичность 12 импульсов эхо-сигнала нарушается и усилитель 14 перестает накапливать сигнал Предложенное техническое решение улучшает направленные свойства радиолокатора при приеме сигналов и использовании слабо направленных антенн Дляподтверждения этого на фигЗ представлена расчетная характеристика направленности предложенного 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 вибратора до рефлектора d = 1,5м, - расстояние между вибраторами по горизонтали d2 = 3 м 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 эхо-сигналов 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, предложенное устройство может быть практически реализовано, а отмеченные выше отличительные признаки являются существенными и принципиально необходимы для реализации устройства Основные элементы предложенного 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 [2] Вибраторы 1, 2, 3, 4 антенной системы выполнены в виде коротких проволочных вибраторов длиной 12rJc - Т~НС б) Эхо-сигная на выходе приемника Импульсы 1-го вибратора Импульсы 2-го вибратора Импульсы 3-го вибратора в) Сигнал на входе индикатора Фиг. 2 Импульсы 4-го вибратора 17453 1OU 15" Азимутальный угол f$, град. Фиг. 3 Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122) 3-72-89 (03122) 2-57-03 20й 17453