Патент на изобретение №2273861

(54) ДВУХДИАПАЗОННЫЙ ИМПУЛЬСНО-ДОПЛЕРОВСКИЙ РАДИОЛОКАТОР

(57) Реферат:

Изобретение относится к радиолокационной технике, к двухдиапазонным импульсно-доплеровским радиолокаторам (РЛ), используемым преимущественно в радиолокационных системах высокомобильных объектов, например летательных аппаратов, катеров и др. Достигаемым техническим результатом является повышение эксплуатационной технологичности РЛ за счет введения встроенных имитаторов цели для первого и второго микроволновых диапазонов и имитатора сигналов промежуточной частоты, обеспечивающих сквозной контроль РЛ от антенны до индикатора. В результате использования изобретения существенно повышается эксплуатационная технологичность РЛ на этапе его подготовки к применению или его восстановления, а также обеспечивается возможность повышения его эксплуатационной технологичности в режиме применения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к радиолокационной технике, к импульсно-доплеровским радиолокационным устройствам, а более конкретно – к двухдиапазонным импульсно-доплеровским радиолокаторам, применяемым в системах обнаружения и сопровождения различного назначения.

Изобретение может быть использовано преимущественно в радиолокационных системах (РЛС) высокомобильных объектов, например летательных аппаратов, катеров, наземных самоходных установок и т.п. объектов, требующих повышенной эксплуатационной технологичности (ЭТ) и готовности к действию (применению).

ЭТ – это свойство конструкции РЛС, которое характеризует их приспособленность к проведению работ по техническому обслуживанию, по подготовке к применению, в режиме применения и в режиме восстановления (Эксплуатация радиотехнических комплексов. Под ред. А.И.Александрова. М., “Сов. радио”, 1976. Эксплуатационная технологичность, стр.41).

Известны двухдиапазонные импульсно-доплеровские РЛС (ДИДРЛС), работающие в микроволновых диапазонах К, X, S, L (По отечественной терминологии: в диапазонах от миллиметровых до дециметровых длин волн или в диапазонах ультра- и сверхвысоких частот – УСВЧ и СВЧ).

Условно известные ДИДРЛС составляют две группы.

ДИДРЛС одной группы, работающие в разных парах диапазонов из указанных выше, представляют собой комбинации из двух разнодиапазонных радиолокаторов (РЛ), один из которых предназначен для обнаружения цели, а другой – для ее сопровождения. Оба РЛ работают на общий антенный блок и раздельные индикаторы. Аналоги этой группы описаны в источниках: Зенитные ракетные и ракетно-пушечные комплексы капиталистических стран (Обзор по материалам иностранной печати). Под ред. Е.А.Федосеева, М., НИЦ (770) – ГосНИИАС, 1986. ЗРПК “Флайкетчер”, стр.143. Радиолокатор управления оружием. Wang Yui, Peng Jiating, CIE int, Conf. Radar Nan-jing. Now 4.07.86 – Beijng 1986. p 27-32 (Англия).

ДИДРЛС другой группы, работающие в диапазонах К и X, содержат когерентный РЛ с двумя диапазонными приемно-передающими каналами (ДППК), которые через блок коммутации связаны с общим трактом синхронного детектирования и выделения сигналов цели и с общим индикатором.

Оба ДППК имеют выходы на одинаковой промежуточной частоте (ПЧ). Варианты ДППК этой группы содержат как отдельные диапазонные антенны, так и антенны, объединенные одной антенной колонкой. Аналоги этой группы описаны в источниках: Двухдиапазонный моноимпульсный радиолокатор со встроенным контролем. Заявка №2001104500 от 20.02.2001. Заявитель ОАО “Корпорация “Фазотрон – НИИР”. БИ №5 (февраль) 2003 г. Вертолетная импульсно-доплеровская радиолокационная система. Патент РФ №2191401 с приоритетом от 09.07.2001 г. Заявитель ОАО “Корпорация “Фазотрон – НИИР”.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленного изобретения является ДИДРЛС, описанная в указанном выше патенте РФ №2191401.

Прототип – это двухдиапазонный импульсно-доплеровский радиолокатор (ДИДРЛ), содержащий микроволновые первый и второй ДППК, каждый из которых содержит антенну со встроенным устройством связи и дополнительным входом, соединенную с антенным плечом циркулятора (антенного переключателя), выход которого подключен к первому входу приемника, вход циркулятора присоединен к выходу передатчика. Выходы приемников первого и второго ДППК подключены соответственно к первому и второму информационным входам коммутатора сигналов (КС).

Выход КС является входом последовательно соединенных синхронного детектора (СД), аналого-цифрового преобразователя (АЦП), процессора обработки сигналов (ПОС) и индикатора. При этом второй выход ПОС соединен с первым входом процессора данных (ПД), первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с вторым входом ПОС, управляющим входом КС и первым выходом синхронизатора.

В технической литературе ПОС называется также процессором цифровой обработки сигналов, а ПД – электронно-вычислительной машиной или ЭВМ (соответствующая литература приведена ниже).

Выходы синхронизатора с первого по пятый подключены соответственно к первому входу передатчика первого ДППК, первому входу передатчика второго ДППК, к второму входу СД, к второму входу приемника первого ДППК и второму входу приемника второго ДППК. Для связи с внешним электронным оборудованием в ПД предусмотрен отдельный выход.

Для обеспечения когерентности импульсных сигналов передатчиков, опорных сигналов приемников ДППК и опорных сигналов СД в синхронизаторе содержатся задающие генераторы (ЗГ) первого и второго ДППК и источники опорного сигнала для СД, а также их источники (генераторы) опорных задающих частот (ОЗЧ).

(Размещение ЗГ устройств первого и второго ДППК в составе синхронизатора не имеет принципиального значения для режима применения ДИДРЛ. ЗГ обычно входит в состав передатчика, который содержит соединенные между собой усилитель мощности (УМ) и ЗГ, являющийся также источником опорного сигнала и для приемника ДППК. Встроенным устройством связи в антенне ДППК обычно является петля связи, направленный ответвитель, вспомогательный излучатель и т.п. устройства.)

Известный ДИДРЛ в режиме применения работает следующим образом.

Синхронизатор обеспечивает согласованную работу составных частей РЛ, включающих первый и второй ДППК и общий тракт синхронного детектирования и выделения сигналов цели.

Управление синхронизатором осуществляется от ПД. Синхронизатор вырабатывает высокостабильные импульсные сигналы с высокочастотным заполнением для запуска передатчиков и высокостабильные опорные сигналы для приемников первого и второго ДППК, а также для СД. Сигналы передатчиков через циркуляторы поступают в антенны и излучаются ими.

Отраженные от цели сигналы принимаются теми же антеннами и через циркуляторы передаются на входы приемников, откуда после преобразования на ПЧ и усиления поступают на информационные входы КС. Управление КС осуществляется от ПД через его другой выход. При этом обеспечивается подключение в СД сигналов на ПЧ с выходов либо первого, либо второго ДППК. После детектирования в СД сигналы цели поступают в АЦП, где производится их преобразование в цифровую форму для ввода в ПОС. В последнем производится их накопление, свертка, пороговая обработка, а также доплеровские и дальномерные измерения. В нем же производится привязка к угловому положению антенны при совпадении ее диаграммы направленности с целью. В результате определяются координаты и радиальная скорость цели с использованием либо первого, либо второго ДППК. Кроме того, в ПОС формируется видеоинформация для отображения на индикаторе. С другого выхода ПОС цифровые данные о параметрах цели передаются в ПД, где обнаруженная цель берется на автоматическое сопровождение по координатам и скорости.

Связь с внешним радиоэлектронным оборудованием осуществляется через отдельный выход ПД.

Двухдиапазонность РЛ вызывает повышенные требования к его ЭТ не только в режиме прямого применения, когда, например, требуется текущая проверка работы приемников первого и второго ДППК, но и в режиме подготовки к применению, когда необходим сквозной контроль РЛ с использованием внешних контрольно-измерительных приборов. Данное обстоятельство существенно ограничивает ЭТ РЛ на высокомобильных носителях. По этой причине ЭТ известного ДИДРЛ в ряде случаев оказывается недостаточной.

Таким образом, технической задачей изобретения является повышение эксплуатационной технологичности двухдиапазонного импульсно-доплеровского радиолокатора и его готовности к применению.

Одним из путей повышения ЭТ ДИДРЛ является использование встроенных средств, обеспечивающих сквозной контроль РЛ от его антенны до индикатора.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в ДИДРЛ, содержащий генератор ОЗЧ, микроволновые первый и второй ДППК, каждый из которых содержит антенну со встроенным устройством связи и дополнительным входом, соединенную с антенным плечом циркулятора, выход которого подключен к первому входу приемника, вход циркулятора присоединен к выходу передатчика, состоящего из соединенных между собой усилителя мощности и ЗГ, второй выход которого соединен со вторым входом приемника, выходы приемников первого и второго ДППК подключены соответственно к первому и второму информационным входам КС, выход которого является входом последовательно соединенных СД, АЦП, ПОС и индикатора, при этом второй выход ПОС соединен с первым входом ПД, первый, второй и третий выходы ПД соединены соответственно со вторым входом ПОС, управляющим входом КС и первым входом синхронизатора, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к первым входам передатчиков первого и второго ДППК и второму входу СД, введены имитатор цели первого диапазона (ИЦПД), имитатор цели второго диапазона (ИЦВД) и имитатор сигналов ПЧ (ИСПЧ), причем КС выполнен трехпозиционным и снабжен третьим информационным входом, к которому подключен выход ИСПЧ, первый вход которого соединен с четвертым выходом ПД, выходы ИЦПД, ИЦВД подключены соответственно к дополнительным входам антенн первого и второго ДППК, первые входы ИЦПД и ИЦВД подключены соответственно к четвертому и пятому выходам синхронизатора, а вторые входы ИЦПД, ИЦВД, ИСПЧ, передатчиков первого и второго ДППК и синхронизатора соединены с выходом генератора ОЗЧ.

Кроме этого, ЭТ ДИДРЛ дополнительно повышается за счет того, что ИЦПД и ИЦВД выполняются конструктивно совмещенными с конструкциями ЗГ соответственно передатчиков первого и второго ДППК.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого ДИДРЛ, на фиг.2 – схема конструктивного совмещения ИЦПД (ИЦВД) с ЗГ передатчика первого (второго) ДППК.

Предлагаемый ДИДРЛ (фиг.1) содержит генератор 1 ОЗЧ, являющейся общей опорной задающей частотой, обеспечивающей когерентность сигналов микроволновых первого и второго ДППК, работающих, например, в диапазонах К и Х или К и S.

Первый ДППК содержит антенну 2 со встроенным устройством связи и дополнительным входом 3, циркулятор 4 (антенный переключатель), антенное плечо которого связано с антенной 2, а его выход соединен с первым входом приемника 5. Вход циркулятора 4 соединен с выходом передатчика 6, состоящего из соединенных между собой усилителя 7 мощности и задающего генератора 8. Второй выход ЗГ 8 соединен со вторым входом приемника 5.

Второй ДППК содержит аналогичным образом соединенные антенну 9 со встроенным устройством связи и дополнительным входом 10, циркулятор 11, приемник 12, передатчик 13 с усилителем 14 мощности и ЗГ 15.

Передатчики 6 и 13 имеют первые и вторые входы, предназначенные соответственно для ввода импульсов запуска передатчиков (ИЗП) и сигналов генератора 1 ОЗЧ. В усилителе 7 (14) мощности ИЗП определяют время работы последнего в режиме усиления мощности, а ОЗЧ используется в ЗГ 8 (15) для формирования несущей частоты передатчиков и опорных сигналов приемников ДППК РЛ.

Выходы приемников 5 и 12 на одинаковой ПЧ подключены соответственно к первому и второму информационным входам коммутатора 16 сигналов. Выход КС 16 является входом последовательно соединенных синхронного детектора 17, аналого-цифрового преобразователя 18, процессора 19 обработки сигналов и индикатора 20.

Для управления работой РЛ предусмотрен процессор 21 данных. Его первый вход соединен со вторым выходом ПОС 19, предназначенным для выдачи цифровой информации об обработанных сигналах цели, а первый, второй и третий выходы ПД 21 соединены соответственно со вторым входом ПОС 19, управляющим входом КС 16 и первым входом синхронизатора 22 для управления ими. Связи ПД 21 с перечисленными устройствами осуществляются с использованием стандартных интерфейсов преимущественно параллельного обмена.

Синхронизатор 22 содержит устройства, формирующие ИЗП и импульсы запуска имитаторов цели (ИЗИЦ), а также формирует опорный сигнал для синхронного детектирования. Первый и второй выходы синхронизатора 22 (с ИЗП) подключены соответственно к первому входу передатчика 6 и первому входу передатчика 13, третий выход синхронизатора 22 (с опорным сигналом) подключен к второму входу СД 17, а четвертый и пятый выходы синхронизатора 22 (с ИЗИЦ) подключены соответственно с первому входу имитатора 23 цели первого диапазона и имитатора 24 цели второго диапазона.

Для имитации сигналов ПЧ предусмотрен имитатор 25 сигналов ПЧ, первый вход которого (управляющий) соединен с четвертым выходом ПД 21, обеспечивающим его включение-выключение в режиме использования. Выход ИСПЧ 25 соединен с третьим информационным входом КС 16, который выполнен трехпозиционным. Одной позиции КС 16 соответствует подключение к СД 17 выхода на ПЧ приемника 5, другой – выхода на ПЧ приемника 13, третий – выхода ИСПЧ 25.

Выходы ИЦПД 23 и ИЦВД 24 соединены соответственно с дополнительными входами 3 и 10 антенн 2 и 9. (Последние снабжены приводами, на чертеже не показанными.)

Выход генератора 1 ОЗЧ соединен со вторыми входами, предназначенными для ввода ОЗЧ: синхронизатора 22, передатчиков 6, 13, ИЦПД 23, ИЦВД 24, ИСПЧ 25.

ИЦПД (ИЦВД) может быть совмещен механически в конструкции 26 (фиг.2) с конструкцией ЗГ передатчика первого (второго) ДППК без изменения приведенных выше связей.

В режиме прямого применения работа предлагаемого ДИДРЛ не имеет существенных отличий от работы прототипа, описанного выше.

В режиме подготовки к применению (действию) работа предлагаемого ДИДРЛ осуществляется следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает высокостабильную ОЗЧ, которая кроме передатчика 6 с ЗГ 8, передатчика 13 с ЗГ 15 и синхронизатора 22 поступает также в ИЦПД 23, ИЦВД 24 и ИСПЧ 25.

В синхронизаторе 22 ОЗЧ путем ее деления используется для формирования ИЗП для передатчиков первого и второго ДППК и ИЗИЦ (в интервалах между ИЗП) для ИЦПД 23 и ИЦВД 24. В синхронизаторе 22 путем умножения ОЗЧ формируется опорный сигнал для СД 17.

В ИЦПД 23 и ИЦВД 24 путем умножения ОЗЧ формируются частоты имитируемых целей, отличающиеся от несущих частот передатчиков первого и второго ДППК на определенный доплеровский сдвиг частоты для первого и второго диапазонов РЛ. Во время поступления ИЗИЦ на выходах указанных имитаторов появляются импульсные сигналы с микроволновым заполнением и доплеровским сдвигом частоты цели, которые вводятся во встроенные в антенны 2 и 9 устройства связи через дополнительные входы 3 и 10. Далее через устройства первого или второго ДППК сигналы соответственно ИЦПД 23 или ИЦВД 24 проходят через КС 16, СД 17, АЦП 18, ПОС 19 и в виде соответствующих отметок поступают на вход индикатора 20. Этим обеспечивается сквозной контроль (СК) РЛ от антенны до индикатора. СК выполняется поочередно: сначала для одного, а затем для другого диапазона. Включение ИЦПД 23 и ИЦВД 24 происходит за счет поступления ИЗИЦ из синхронизатора 22, управляемого командами от ПД 21. СК возможен и при работе передатчиков первого или второго ДППК, когда в интервалах между ИЗП в имитаторы цели поступают ИЗИЦ. Оценка результатов СК производится по отметкам цели на индикаторе 20.

При отрицательном результате СК используется ИСПЧ 25. В нем ОЗЧ умножается до значения ПЧ, соответствующей ПЧ на выходах приемников 5 и 12. Подключение ИСПЧ 25 к СД 17 производится через третью позицию КС 16, которая задействуется командой с второго выхода ПД 21, с четвертого выхода которого включается умножитель ОЗЧ в ИСПЧ 25. Этим обеспечивается частичный СК общего тракта синхронного детектирования и выделения сигналов цели.

По соображениям производственной технологичности и ЭТ предлагается конструктивное совмещение ИЦПД (ИЦВД) с конструкцией ЗГ передатчика первого (второго) ДППК в виде конструкции 26 (фиг.2), которая более удобна для изготовления и эксплуатации ДППК предлагаемого ДИДРЛ. Схемо-конструктивное выполнение большинства устройств и блоков предложенного ДИДРЛ достаточно подробно описано в общедоступной технической литературе и дополнительных пояснений для специалиста не требует. (Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника. Пер. с английского (в 4-х томах) под общ. ред. К.Н.Трофимова. Том III. Радиолокационные устройства. М., “Сов. радио”, 1979 г. (РЛ передатчики: с.с.7-127, РЛ приемники: с.с.135-195, РЛ индикаторы: с.с.197-232, импульсно-доплеровские РЛС: с.с.363-399. М.С.Куприянов, Б.Д.Матюшкин. Цифровая обработка сигналов: процессоры, алгоритмы, средства проектирования. СПб. Политехника, 1999 – 592 с ил. Б.М.Качан. Электронные вычислительные машины и системы. Учебное пособие для ВУЗов. – М., Энергоатомиздат, 1991. – 592 с.)

Антенны первого и второго ДППК в зависимости от задач, решаемых объектом размещения ДИДРЛ, могут быть объединены общей антенной колонкой, либо выполнены в виде одной двухдиапазонной антенны, что существо заявки не изменяет. Один из вариантов встроенного устройства связи описан в источнике: Устройство ввода СВЧ сигналов имитатора цели и помех в составе бортовой РЛС. Патент РФ №2207587 с приоритетом от 13.04.2000 г. Заявитель ОАО “Корпорация “Фазотрон – НИИР”.

Имитаторы цели и сигналов ПЧ (ИЦПД, ИЦВД, ИСПЧ), кроме общих вариантов, приведенных в настоящем описании, могут быть выполнены с использованием материалов, указанных в источнике: Способ имитации цели и ее имитатор в импульсно-доплеровской РЛС’ (варианты). Патент РФ №2234107 с приоритетом от 20.12.2002 г. Заявитель: ОАО “Корпорация “Фазотрон – НИИР”.

В результате использования изобретения существенно повышается ЭТ ДИДРЛ на этапе его подготовки к применению или восстановления, а также обеспечивается возможность повышения его ЭТ и в режиме применения.

Формула изобретения

1. Двухдиапазонный импульсно-доплеровский радиолокатор, содержащий генератор опорной задающей частоты, микроволновые первый и второй диапазонные приемно-передающие каналы (ДППК), каждый из которых содержит антенну со встроенным устройством связи и дополнительным входом, соединенную с антенным плечом циркулятора, выход которого подключен к первому входу приемника, вход циркулятора присоединен к выходу передатчика, состоящего из соединенных между собой усилителя мощности и задающего генератора, второй выход которого соединен со вторым входом приемника, выходы приемников первого и второго ДППК подключены соответственно к первому и второму информационным входам коммутатора сигналов, выход которого является входом последовательно соединенных синхронного детектора, аналого-цифрового преобразователя, процессора обработки сигналов (ПОС) и индикатора, при этом второй выход ПОС соединен с первым входом процессора данных, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно со вторым входом ПОС, управляющим входом коммутатора сигналов и первым входом синхронизатора, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к первым входам передатчиков первого и второго ДППК и к второму входу синхронного детектора, отличающийся тем, что введены имитатор цели первого диапазона (ИЦПД), имитатор цели второго диапазона (ИЦВД) и имитатор сигналов промежуточной частоты (ИСПЧ), а коммутатор сигналов выполнен трехпозиционным и снабжен третьим информационным входом, к которому подключен выход ИСПЧ, первый вход которого соединен с четвертым выходом процессора данных, выходы ИЦПД и ИЦВД подключены соответственно к дополнительным входам антенн первого и второго ДППК, первые входы ИЦПД и ИЦВД подключены соответственно к четвертому и пятому выходам синхронизатора, а вторые входы ИЦПД, ИЦВД, ИСПЧ, передатчиков первого и второго ДППК и синхронизатора соединены с выходом генератора опорной задающей частоты.

2. Радиолокатор по п.1, отличающийся тем, что ИЦПД и ИЦВД выполнены конструктивно совмещенными с конструкциями задающих генераторов соответственно передатчиков первого и второго ДППК.

РИСУНКИ