МОБИЛЬНАЯ ТРЕХКООРДИНАТНАЯ РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ (РЛС)

Предлагаемая полезная модель относится к области радиотехники, в частности, к радиолокации и может быть использована для обнаружения, опознавания, измерения координат, сопровождения и распознавания на малой и средней дальности (до 80 км) широкого класса воздушных объектов.
Известны современные мобильные радиолокационного средства кругового обзора для обнаружения воздушных целей малой и средней дальности с антенно-мачтовым устройством (АМУ), аналогичные по назначению, такие как GIRAFFE 50АТ и GIRAFFE АМВ (Ericsson Microwave Systems АВ, Швеция) [1], TRS 2620/2630 Gerfaut (Thomson-CSF AIRSYS, Франция), AE-480 (ADARS, ОАЭ) [2], позволяющие обнаруживать и сопровождать воздушные объекты (самолеты, вертолеты, беспилотные летательные аппараты, крылатые ракеты и другое). Недостатками данных средств являются рабочий диапазон частот, превышающий 2 ГГц, что снижает эффективность их работы при неблагоприятных погодных условиях (дождь, снег, туман и т.д.) и приводит к уменьшению дальности обнаружения из-за возрастания затухания радиоволн в атмосфере. Кроме того, для обеспечения сопоставимых характеристик обнаружения по дальности эти средства требуют большего энергопотребления из-за меньшей величины эффективной площади рассеяния целей по сравнению со средствами, работающими в L-диапазоне.
Из известных мобильных трехкоординатных РЛС наиболее близкой по технической сущности, схематическому решению, тактико-техническим и эксплуатационным характеристикам является РЛС [3], содержащая опорно-поворотное устройство (ОПУ), аппаратуру канала опознавания государственной принадлежности (ОГП), установленную на вращающейся части ОПУ фазированную антенную решетку (ФАР), содержащую приемопередающие линейки вибраторов локационного канала, встроенную антенну канала ОГП и блок приемопередающих модулей (ППМ), а также процессор (ПР), индикатор (ИНД), угломестный привод ФАР, размещенный так же, как и ПР, на вращающейся части ОПУ, аппаратуру спутниковой навигации (АСН), а также аппаратуру электроснабжения, жизнеобеспечения, управления, контроля, синхронизации, ориентирования, связи и передачи данных потребителям.
Недостатками прототипа являются невысокая точность и разрешающая способность по угловым координатам из-за работы в более низком частотном диапазоне, а также большие углы закрытия, уменьшающие предел прямой радиовидимости.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является улучшение тактико-технических характеристик РЛС, а именно, повышение точности и разрешающей способности, увеличение эффективности при работе по низколетящим целям и расширение предела прямой радиовидимости за счет размещения ФАР на антенно-мачтовом устройстве (АМУ).
Указанный технический результат достигается благодаря тому, что РЛС, содержащая опорно-поворотное устройство (ОПУ), фазированную антенную решетку (ФАР), установленную на вращающейся горизонтальной опорной площадке ОПУ, аппаратуру опознавания государственной принадлежности (ОГП), аппаратуру спутниковой навигации (АСН), процессор (ПР) и индикатор (ИНД), а также аппаратуру электроснабжения, контроля, управления, синхронизации, ориентирования, связи и передачи данных, работает на частотах L-диапазона и в ней применено антенно-мачтовое устройство (АМУ), на вершине которого размещено ОПУ с ФАР, позволяющее поднять фазовый центр ФАР на заданную высоту.
На фигуре 1 представлена структурная схема предлагаемой РЛС, где обозначены:
1 - фазированная антенная решетка (ФАР);
2 - опорно-поворотное устройство (ОПУ);
3 - аппаратура спутниковой навигации (АСН);
4 - аппаратура опознавания государственной принадлежности (ОГП);
5 - процессор (ПР);
6 -антенно-мачтовое устройство (АМУ);
7 - индикатор (ИНД).
На фигурах 2 и 3 представлены виды мобильной трехкоординатной РЛС на гусеничном носителе, соответственно, в транспортном положении и в положении «работа на ходу». На фиг. 4 представлен вид РЛС в развернутом положении.
Предлагаемая мобильная трехкоординатная РЛС включает опорно-поворотное устройство (ОПУ) 2, на вращающейся части которого установлена фазированная антенная решетка (ФАР) 1, аппаратура опознавания государственной принадлежности (ОГП) 4 и процессор (ПР) 5, аппаратуру спутниковой навигации (АСН) 3, индикатор (ИНД) 7, а также антенно-мачтовое устройство (АМУ) 6, на вершине которого располагается ОПУ 2, при этом первый вход-выход ОГП 4 соединен с ФАР 1, вход и n+m выходов которой соединены, соответственно, с выходом и n+m входами ПР 5, а первый и второй входы-выходы ПР 5 соединены, соответственно, со вторым входом-выходом ОГП 4 и первым входом-выходом ОПУ 2, второй, третий и четвертый входы-выходы которого соединены, соответственно, с первым входом-выходом АМУ 6, первым входом-выходом ИНД 7 и входом-выходом АСН 3, при этом второй вход-выход ИНД 7 соединен со вторым входом-выходом АМУ 6, а выход ИНД 7 является выходом РЛС.
РЛС содержит также аппаратуру электроснабжения, контроля, управления, синхронизации и передачи данных потребителям, которые для упрощения понимания работы РЛС не показаны на фигуре.
ФАР 1 представляет собой плоскую антенную решетку, включающую n идентичных горизонтальных приемопередающих линеек вибраторов локационного канала и n НИМ, m идентичных приемных линеек вибраторов компенсационного канала и m приемников компенсационного канала, а также содержит антенну канала опознавания аппаратуры ОГП 4 и блок формирования и приема сигналов. Каждый ППМ содержит усилитель мощности, антенный переключатель и малошумящий усилитель и соединен с одной из приемопередающих линеек вибраторов локационного канала. Блок формирования и приема сигналов состоит из возбудителя, предварительного широкополосного усилителя мощности, делителя мощности на n, n аналоговых фазовращателей и аттенюаторов, n+m аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Вся аппаратура ФАР 1 с лицевой стороны закрыта радиопрозрачным укрытием.
ОПУ 2 предназначено для силового крепления и вращения ФАР 1, ОГП 4 и ПР 5 в требуемых режимах и включает в себя (см. фиг. 4):
- электропривод наклона 8;
- датчик наклона 9;
- электропривод вращения, совмещенный с датчиком азимута (внутри ОПУ 2);
- низкочастотный токосъемник (внутри ОПУ 2).
АМУ 6 каркасного типа установлено на опорной раме 10 борта носителя, состоит из трех колен мачты 11, гидроцилиндра подъема 12, аппаратуры гидросистемы 13 и датчика подъема 14. На вершине АМУ 6 смонтировано ОПУ 2. Развертывание АМУ 6 на высоту при неподвижном носителе обеспечивается одним гидроцилиндром, шарнирно закрепленным на основании и одном из трех колен мачты 11 (Фиг. 4).
В качестве датчика азимута может быть использован вращающийся трансформатор, а в качестве датчиков наклона и подъема - акселерометр.
Благодаря простой и надежной конструкции АМУ 6 время свертывания/развертывания станции на стоянке с поднятым АМУ 6 составляет не более 5 минут.
Аппаратура ОГП 4 является приемопередающим блоком стандартного наземного радиозапросчика, антенна которого встроена в ФАР 1.
ПР 5 реализует цифровую обработку радиолокационной информации, а также цифровое формирование диаграммы направленности на прием.
АСН 3 состоит из антенны и вычислителя для ориентирования и топопривязки РЛС при ее работе как в стационарном положении, так и на марше, и размещена непосредственно на носителе.
ИНД 7 представляет собой рабочее место оператора, включающее устройство отображения информации, операционную систему реального времени и пульт управления работой РЛС. С выхода ИНД 7, являющимся выходом всей РЛС, происходит передача информации о воздушном пространстве вторичным пользователям (потребителям).
Предлагаемая мобильная РЛС размещается на подвижном наземном носителе, обеспечивает работу на стоянке при поднятом и опущенном АМУ 6, а также работу на марше при опущенном АМУ 6.
РЛС работает следующим образом.
Обзор пространства по азимуту осуществляется путем кругового вращения основания ОПУ 2 с ФАР 1 по команде, поступающей с первого входа-выхода ИНД 7.
В режиме передачи зондирующие импульсы с требуемыми характеристиками по команде с выхода ПР 5 формируются в ФАР 1: сформированный возбудителем и усиленный по мощности широкополосным усилителем блока формирования и приема сигналов, при помощи делителя мощности на n, аналоговых аттенюаторов и фазовращателей распределяется по величине и фазе между входами n ППМ. Каждый НИМ усиливает по мощности входные импульсы и через антенные переключатели подает их на «свою» идентичную горизонтальную приемопередающую линейку вибраторов локационного канала. В итоге в пространстве формируется диаграмма направленности на передачу косекансного вида.
Эхосигналы принимаются n линейками вибраторов локационного канала и m линейками вибраторов компенсационного канала и подаются соответственно, на входы n ППМ локационного канала и m приемников компенсационных каналов, где принятые сигналы фильтруются, усиливаются, а затем смесителем в результате однократного преобразования частоты переносятся на промежуточную частоту и поступают на блок формирования и приема сигналов. В блоке формирования и приема сигналов происходит оцифровка принятых сигналов и с n+m выходов ФАР 2 цифровые сигналы поступают на n+m входов ПР 5. В режиме приема ПР 5 осуществляет цифровое диаграммообразование с одновременным формированием набора отдельных (парциальных) лучей по углу места, тем самым происходит электронное сканирование по углу места.
По запросу с первого входа-выхода ПР 5 аппаратурой ОГП 4 и антенной ОГП 4, входящей в ФАР 1, через второй вход-выход ОГП 4 формируется информация о государственной принадлежности воздушных объектов, которая поступает обратно на ПР 5. По запросу со второго входа-выхода ПР 5 через ОПУ 2 с входа-выхода АСН 3 через ОПУ 2 на ПР 5 поступает информация о курсе, крене и дифференте носителя, а также с первого входа-выхода ОПУ 2 на второй вход-выход ПР 5 поступает информация об азимутальном и угломестном положении ФАР 1 с датчиков азимута и наклона 9, входящих в ОПУ 2.
С первого входа-выхода АМУ 6 через низкочастотный токосъемник ОПУ 2 на второй вход-выход ПР 5 поступает информация о высоте фазового центра ФАР 1 с датчика подъема 14.
На основании полученных данных ПР 5 производит пространственно-временную обработку отраженных сигналов (первичная обработка), осуществляя защиту РЛС от пассивных и активных помех, обнаружение, и измерение координат воздушных объектов. Затем информация в виде кодограмм со второго входа-выхода ПР 5 через низкочастотный токосъемник ОПУ 2 поступает на первый вход-выход ИНД 7.
ИНД 7 осуществляет вторичную обработку информации (сопровождение траекторий воздушных объектов и распознавание типов воздушных целей), автоматическое управление работой РЛС, отображение информации на жидкокристаллическом дисплее под управлением операционной системы реального времени и управление работой РЛС оператором через токосъемник, находящийся в ОПУ 2, с помощью ПР 5. По командам, полученным от ИНД 7 на второй вход-выход АМУ 6 осуществляется управление высотой подъема АМУ 6 с помощью аппаратуры гидросистемы 13 и гидроцилиндра подъема 12 и управление наклоном ФАР 1 с помощью электропривода наклона 8.
Применение АМУ 6 позволило увеличить эффективность РЛС при работе по низколетящим целям и расширить предел прямой радиовидимости, обеспечивая работы в сложных погодных условиях.
Использование L-диапазона дало возможность увеличить точность и разрешающую способность.
Дополнительным техническим результатом является увеличение вероятности промаха противорадиолокационной ракеты в зависимости от селектирующей способности головки самонаведения ракеты за счет образования зеркального (мнимого) фазового центра антенны из-за влияния земной поверхности [4, стр. 160], повышение живучести расчета станции при попадании противорадиолокационной ракеты в фазовый центр антенной решетки, а также возможность работы из-под укрытия за счет применения АМУ 6.
Результаты испытаний РЛС подтвердили эффективность подъема фазового центра антенны при обнаружении низколетящих целей, особенно на позициях с большими углами закрытия.
Таким образом, применение АМУ 6 и использование L-частотного диапазона позволили улучшить тактико-технические характеристики РЛС, а именно, повысить точность и разрешающую способность, увеличить эффективность при работе по низколетящим целям и расширить предел прямой радиовидимости.
Источники информации:
1. www.saabgroup.com;
2. www.adars.ae;
3. Патент на полезную модель №96664, опубликовано 10.08.2010 - прототип;
4. Радиоэлектронные системы: Основы построения и теория. Справочник. Изд. 2-е, перераб. и доп. / под ред. Я.Д. Ширмана. - М.: Радиотехника, 2007. - 512 с.