РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ ДЛЯ ВЕРТОЛЕТА

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано на вертолетах.
Из уровня техники известны радиолокационные станции (РЛС) обзора земной и водной поверхности, осуществляющие обзор при секторном или круговом движении луча в азимутальной или угломестной плоскостях.
Известна, например, вертолетная радиолокационная станция (Патент RU №2173864, опубликовано 20.09.2001 г., МПК: G01S 13/90), содержащая последовательно включенные синхронизатор и генератор строб-импульсов, переключатель сектора обзора, индикатор и четыре канала, каждый из которых состоит из последовательно подключенных к выходу синхронизатора передатчика, антенного переключателя, вход-выход которого соединен с приемно-передающей антенной, а управляющий вход подключен к выходу переключателя сектора обзора, приемника, управляющий вход которого соединен с выходом генератора строб-импульсов, блока обработки, синхронизирующий вход которого соединен с выходом синхронизатора, и индикатора, синхронизирующий вход которого соединен с выходом синхронизатора. Вертолетная радиолокационная станция также включает пятую и шестую приемные антенны, два ключа, пятый приемник и блок регистрации. При этом к выходу пятой (шестой) приемной антенны последовательно подключены первый (второй) ключ, управляющий вход которого соединен с выходом переключателя сектора обзора, пятый приемник, третий и четвертый входы которого соединены с выходом первого и третьего антенных переключателей соответственно, и блок регистрации. Пятая приемная антенна размещена над втулкой винта вертолета на верхней части фюзеляжа, а шестая приемная антенна размещена на нижней части фюзеляжа вертолета.
Недостатком данной вертолетной РЛС является невозможность своевременного обнаружения и измерения высоты вертикально расположенных объектов, создающих препятствия маловысотному полету вертолета при огибании рельефа местности, так как введение дополнительных антенн и приемных каналов повышает точность пеленгования источников фазоманипулированных сигналов, но не повышает оперативность измерения высоты объектов, создающих отраженный сигнал.
Известна радиолокационная станция для вертолета (Патент RU №2206903, опубликовано 20.06.2003 г., МПК: G01S 13/00), состоящая из антенны, передающего устройства, циркулятора, приемного устройства, синхронизатора и индикатора. При этом вход-выход антенны через циркулятор соединен с первым входом приемного устройства, а выход передающего устройства через циркулятор соединен с входом-выходом антенны. Первый выход синхронизатора соединен с первым входом передающего устройства. Второй выход синхронизатора соединен со вторым входом передающего устройства. При этом антенна выполнена по структуре антенной решетки в L-диапазоне излучения волн из пленочного фольгированного диэлектрика с излучателем, в виде печатных вибраторов и размещена в лопасти вертолета в области максимального размера ее длины. РЛС также содержит цифровой процессор сигналов, цифровой процессор данных, задающий генератор и датчик угла. При этом третий выход синхронизатора соединен со вторым входом приемного устройства, четвертый выход синхронизатора соединен с третьим входом приемного устройства, пятый выход соединен с четвертым входом приемного устройства, шестой выход соединен со вторым входом цифрового процессора сигналов, а седьмой выход соединен с первым входом цифрового процессора данных, второй вход которого соединен с выходом датчика угла. Выход цифрового процессора данных соединен с третьим входом цифрового процессора сигналов, первый вход которого соединен с выходом приемного устройства, а выход цифрового процессора сигналов соединен с входом индикатора.
Недостатком данной РЛС является невозможность измерения высоты вертикально расположенных объектов, создающих препятствия маловысотному полету вертолета при огибании рельефа местности, из-за низкой скорости обзора по углу места.
Наиболее близкой к заявляемой радиолокационной станции для вертолета является вертолетная импульсно-доплеровская радиолокационная система (Патент RU №2191401, опубликовано 20.10.2002 г., МПК: G01S 13/06), которая выбрана в качестве прототипа. Она содержит первую антенну, соединенную с антенным плечом первого циркулятора, выход которого связан с первым входом первого приемника. Вход первого циркулятора соединен с выходом первого передатчика, вход которого подключен к первому выходу синхронизатора. Второй выход синхронизатора соединен со вторым входом первого приемника, выход которого соединен через последовательно соединенные синхронный детектор и аналого-цифровой преобразователь с процессором обработки сигналов, первый и второй выходы которого соединены, соответственно, с индикатором и с входом процессора данных, первый, второй и третий выходы которого соединены, соответственно, со вторым входом процессора обработки сигналов, входом синхронизатора и с комплексом бортового радиоэлектронного оборудования вертолета, а третий выход синхронизатора соединен со вторым входом синхронного детектора. РЛС содержит вторую антенну, вращение которой производят в круговой зоне по азимуту валом несущего винта вертолета. Вторая антенна соединена с антенным плечом второго циркулятора, вход которого подключен к выходу второго передатчика, вход которого подсоединен к четвертому выходу синхронизатора. В состав РЛС включен коммутатор сигналов, первый вход которого подключен к выходу первого приемника, второй вход - к четвертому выходу процессора данных, а выход - к входу синхронного детектора. А также в состав РЛС входит второй приемник, вход которого подключен к выходу второго циркулятора, выход - к третьему входу коммутатора сигналов, а пятый выход синхронизатора соединен со вторым входом второго приемника.
Существенным недостатком данной радиолокационной системы является большое время измерения вертикальной протяженности и угла места наземных объектов, что связано с малой скоростью механического сканирования антенны в угломестной плоскости.
Технический результат предлагаемого технического решения заключается в повышении вероятности обнаружения в сложных метеоусловиях малоразмерных наземных объектов, создающих препятствие движению вертолета при маловысотном полете, и измерении их высоты, а также улучшении разрешающей способности по углу места.
Технический результат достигается тем, что радиолокационная станция для вертолета содержит зеркальную антенну с облучателем, вход-выход которого соединен с входом-выходом волноводной секции, второй вход-выход которой соединен с входом-выходом антенного плеча циркулятора, выход которого соединен с первым входом приемника, а его вход соединен с выходом передатчика, вход которого соединен с первым выходом синхронизатора. Второй выход синхронизатора соединен со вторым входом приемника. Выход приемника соединен через аналого-цифровой преобразователь с входом процессора обработки сигналов, первый и второй выходы которого соединены, соответственно, с входом индикатора и с входом процессора данных, выходы которого соединены, соответственно, со вторым входом процессора обработки сигналов, входом синхронизатора и входом комплекса бортового радиоэлектронного оборудования. При этом радиолокационная станция для вертолета отличается от прототипа тем, что содержит волноводный распределитель, включенный между антенным плечом циркулятора и волноводной секцией, а также от одного до трех облучателей, соединенных с дополнительно введенными волноводными секциями разной длины, при этом вход-выход каждого из облучателей соединен с антенной, а вход-выход каждой волноводной секции соединен с входом-выходом волноводного распределителя.
Сущность изобретения поясняется рисунками Фиг.1 - Фиг.2.
На Фиг.1 представлена блок-схема предлагаемой РЛС для вертолета с двумя облучателями.
На Фиг.2 представлена схема расположения облучателей антенны для варианта двухэлементного облучателя.
Радиолокационная станция для вертолета (Фиг.1) содержит зеркальную антенну 1 (А) с первым облучателем 2 (O1), соединенным волноводной секцией 3 (ВС1) через введенный волноводный распределитель 12 с антенным плечом циркулятора 4 (Ц), выход которого соединен с первым входом приемника 5 (ПРМ). Вход циркулятора 4 соединен с выходом передатчика 6 (ПРД), вход которого соединен с первым выходом синхронизатора 7 (С), по которому в передатчик 6 подаются сигналы запуска. Второй выход синхронизатора 7, по которому передается гетеродинное напряжение, соединен со вторым входом приемника 5. Выход приемника 5 подключен к аналого-цифровому преобразователю 8 (АЦП), выход которого соединен с первым входом процессора обработки сигналов 9 (ПОС). Первый и второй выходы процессора обработки сигналов 9 соединены соответственно с индикатором 11 (И) и с входом процессора данных 10 (ПД). По первому выходу процессора данных 10, соединенному со вторым входом процессора обработки сигналов 9, передаются сигналы управления процессором обработки сигналов 9. По второму выходу процессора данных 10, соединенному с синхронизатором 7, передаются сигналы управления синхронизатором 7. По третьему выходу процессора данных 10, соединенному с комплексом бортового радиоэлектронного оборудования вертолета, передаются данные о координатах и скорости обнаруженных и отслеживаемых радиолокационной станцией целей.
РЛС содержит также второй облучатель 13 (O2), соединенный с одной стороны с антенной, а с другой стороны соединенный через вторую волноводную секцию 14 (ВС2) с волноводным распределителем 12 (ВР).
Линейка облучателей, состоящая из смещенных по вертикали на расстояние, меньшее половины длины волны излучаемых колебаний, первого облучателя 2 (Фиг.2) и дополнительных облучателей, например, второго облучателя 13, установлена в фокусе зеркала антенны 1. Второй облучатель подключен к волноводному распределителю 12 через волноводную секцию 14, длина которой отличается от длины волноводной секции 3, в результате чего получаем разные расстояния от волноводного распределителя 12 до облучателей 2 и 13.
Энергия зондирующих сигналов от передатчика 6 через циркулятор 4, волноводный распределитель 12, волноводную секцию 3 и волноводную секцию 14, а также облучатель 2 и облучатель 13 поступает на зеркало антенны 1. Облучатели 2 и 13 и зеркало антенны 1 обеспечивают формирование луча, как на передачу, так и на прием. Принятые эхо-сигналы от зеркала антенны 1 через облучатели 2 и 13, волноводные секции 3 и 14 и волноводный распределитель 12 поступают на антенное плечо циркулятора 4 и далее в приемник 5 РЛС.
Антенна размещается на стабилизированном подвесе под радиопрозрачным обтекателем и закрепляется на втулке несущего винта вертолета. Там же размещаются передатчик и приемник РЛС.
Таким образом, в предлагаемой РЛС для вертолета облучатель параболического зеркала антенны выполнен в виде вертикальной линейки из двух или более элементов, в волноводный тракт каждого из которых включается дополнительная волноводная секция, отличающаяся от других длиной, Все секции через волноводный распределитель подключены к циркулятору через одну волноводную линию. Это позволяет не усложнять волноводный тракт и конструкцию вращающегося волноводного соединения.
Предлагаемая радиолокационная станция для вертолета работает следующим образом.
Синхронизатор 7 обеспечивает согласованную работу составных частей РЛС для вертолета. Он содержит задающий генератор и устройства формирования высокостабильных колебаний для запуска передатчика 6 импульсных когерентных колебаний, а также опорных колебаний для приемника 5. С выхода передатчика 6 высокочастотные импульсы через циркулятор 4, волноводный распределитель 12, волноводные секции 3 и 14 и облучатели 2 и 13 подаются на зеркало антенны 1 и излучаются через нее. Момент излучения зондирующего импульса при каждом положении антенны определяет начало шкалы отсчета дальности.
1
2
При прохождении через волноводные секции 3 и 14 разной длины l и l высокочастотные колебания получают разную временную задержку, и на выходе облучателей 2 и 13 будут суммироваться с разными фазами. Амплитудное распределение поля для двух слабонаправленных излучателей, разнесенных на расстояние d, с токами, сдвинутыми по фазе на угол φ:
, k=2π/λ.
n
Если d=λ/2, то f(θ)=2·cos[(π·cosθ-φ)/2],
o
откуда связь между разностью фаз φ и угловым положением максимума θглавного лепестка диаграммы направленности антенны:
, или
.
1
2
1
2
Разность фаз колебаний на облучателях при работе на передачу и на входах волноводного распределителя при приеме зависит от разности хода колебаний (длины волноводных секций l и l, Δl=l-l) и от длины волны λ:
.
При изменении частоты высокочастотных колебаний будет меняться разность фаз колебаний на выходе волноводных секций, что приведет к отклонению луча РЛС в угломестной плоскости.
Отраженные от цели сигналы принимаются антенной 1 и через циркулятор 4 подаются на вход приемника 5. После чего сигналы усиливаются, преобразуются на промежуточную частоту и поступают в аналого-цифровой преобразователь 8, с выхода которого они в цифровом виде поступают на процессор обработки сигналов 9, где производится их цифровая обработка и подготовка к виду, удобному для отображения на индикаторе 11.
С выхода процессора обработки сигналов цифровые данные о параметрах цели, полученные в каждом обзоре, передаются в процессор данных 10 для слежения за трассами их движения по нескольким периодам обзора. Процессор данных 10 управляет работой синхронизатора 7 и процессора обработки сигналов 9 в различных режимах работы РЛС для вертолета, передает в процессор обработки сигналов 9 информацию об угломестном положении луча РЛС, соответствующем частоте зондирующего сигнала. Процессор данных 10 обеспечивает также информационные связи РЛС с комплексом (К) бортового радиоэлектронного оборудования вертолета.
Таким образом, в предлагаемой РЛС для вертолета обнаружение наземных объектов, измерение их высоты и определение опасности для движения вертолета при маловысотном полете происходит за один цикл обзора пространства по азимуту.
Сканирование луча по углу места позволяет получить информацию о наличии малоразмерных наземных объектов, создающих препятствие движению вертолета при маловысотном полете, измерить их высоты, а также улучшить разрешающую способность РЛС по углу места.
Предлагаемое техническое решение обеспечивает существенный выигрыш по времени обнаружения препятствий движению вертолета при маловысотном полете за счет частотного сканирования диаграммы направленности антенны в угломестной плоскости перестройкой частоты зондирующих сигналов по закону линейной частотной модуляции или частотной манипуляцией.