Радиолокационный запросчик с системой активных фазированных решеток
RADAR INTERROGATOR WITH SYSTEM OF ACTIVE PHASED ARRAYS

Изобретение относится к активной радиолокации и может быть использовано в системах опознавания объектов, снабженных радиолокационными ответчиками, по целеуказаниям от внешних систем.
Из уровня техники известен запросчик (патент RU №1835931, МПК: G01S 13/75, G01S 13/79, опубликован 10.09.1995 Бюл. №25), содержащий антенну, передатчик, приемник, два циркулятора, амплитудный селектор и дешифратор, позволяющие провести полный процесс обнаружения и измерения координат цели по азимуту и дальности в нескольких режимах за один цикл обзора, ограничившись небольшим количеством запросов.
Известен запросчик радиолокационной системы активного запроса-ответа (патент RU №2029972, МПК: G01S 13/75, G01S 13/79, опубликован 27.02.1995), содержащий передатчик, два циркулятора, антенну с суммарно-разностной диаграммой направленности, приемник, высокочастотный и детектирующий суммарно-разностные мосты, пороговые устройства по мощности и по отношению, управляемый аттенюатор и блок управления.
Известен запросчик вторичной радиолокационной системы (авторское свидетельство СССР SU №1309754, МПК: G01S 13/87, опубликовано 22.08.1985), содержащий циркулятор, приемопередающую антенну, приемник ответного сигнала, дешифратор ответного сигнала, блок памяти, блок отображения информации, передатчик, шифратор запросного сигнала и блок задержки.
Наиболее близким аналогом заявляемого радиолокационного запросчика, принятым за прототип, является мобильный радиолокационный запросчик (патент RU №2420757, МПК: G01S 13/75, опубликован 10.06.2011), содержащий приемо-передающее антенно-фидерное устройство с суммарно-разностной диаграммой направленности, соединенное каналом двухсторонней связи с передатчиком и разностным каналом с первым входом приемника, последний вторым входом соединен суммарным каналом с выходом передатчика, шифратор, который выходом соединен каналом односторонней связи с входом передатчика, последовательно соединенные устройство задания режимов и кодов, блок соответствий «запрос-ответ», дешифратор, устройство оценки ответных сигналов, блок индикации и последовательно соединенные устройство управления и распределительный блок вторичного электропитания составных частей запросчика, при этом устройство задания режимов и кодов первым выходом соединено с входом шифратора и вторым выходом - со вторым входом дешифратора, устройство управления содержит узел контроля работоспособности составных частей запросчика.
Техническая проблема, решаемая созданием данного изобретения, заключается в несовершенстве антенной системы известных радиолокационных запросчиков, что ограничивает их тактико-технические характеристики и тем самым снижает качество их работы.
Технический результат заявляемого изобретения направлен на увеличение зоны опознавания по дальности и углам, расширение функциональных возможностей радиолокационных запросчиков, а также на обеспечение электромагнитной совместимости при одновременной работе запросчиков и бортовых радиолокационных станций на излучение.
Указанный технический результат достигается тем, что радиолокационный запросчик с системой активных фазированных решеток содержит последовательно соединенные приемное устройство, дешифратор ответных сигналов и устройство оценки пачки ответных сигналов и выработки критерия, последовательно соединенные шифратор и передатчик, а также источник вторичного электропитания, выходы дифференцированного напряжения которого подключены к составным частям запросчика. При этом он отличается от прототипа тем, что дополнительно содержит устройство управления и выбора антенн, антенно-коммутирующее устройство, компенсационную антенну, предназначенную для отсеивания сигналов, приходящих с боковых направлений, а также систему активных фазированных антенных решеток, включающую в себя N антенн, обеспечивающих набор суммарно-разностных диаграмм направленности, и установленных на летательном аппарате таким образом, чтобы их секторы работы по углам взаимно перекрывались и обеспечивался заданный суммарный угловой рабочий сектор. При этом все антенны системы активных фазированных антенных решеток соединены своими входами-выходами с соответствующими входами-выходами антенно-коммутирующего устройства. Вход устройства управления и выбора антенн соединен с выходом устройства оценки пачки ответных сигналов и выработки критерия, первый его выход подключен к входу источника вторичного электропитания, второй выход соединен с входом шифратора, а третий выход соединен с первым входом антенно-коммутирующего устройства, второй вход которого соединен с выходом передатчика. При этом вход-выход устройства управления и выбора антенн предназначен для связи с внешними системами. Первый выход антенно-коммутирующего устройства является суммарным выходом и соединен с первым входом приемного устройства, а второй его выход является разностным и подключен ко второму входу приемного устройства, причем к третьему входу приемного устройства подключен выход компенсационной антенны.
Сущность заявляемого изобретения поясняется рисунком, на котором представлена функциональная схема радиолокационного запросчика с системой активных фазированных решеток.
Заявляемый радиолокационный запросчик с системой активных фазированных решеток содержит последовательно соединенные приемное устройство (ПУ) 1, дешифратор ответных сигналов (ДОС) 2 и устройство оценки пачки ответных сигналов и выработки критерия (УОПОС и ВК) 3, последовательно соединенные шифратор 4 и передатчик 5, а также источник вторичного электропитания (ИВЭ) 6, выходы дифференцированного напряжения (Ui) которого подключены к составным частям запросчика. Кроме этого он дополнительно содержит устройство управления и выбора антенн (УУВА) 7, антенно-коммутирующее устройство (АКУ) 8 и компенсационную антенну (КА) 9. АКУ 8 рассчитано на подключение ПУ 1 и передатчика 5 к системе активных фазированных антенных решеток (САФАР) 10, включающей в себя N антенн, обеспечивающих набор суммарно-разностных диаграмм направленности. Антенны САФАР 10 устанавливаются на летательном аппарате таким образом, чтобы их секторы работы по углам взаимно перекрывались и обеспечивался заданный суммарный угловой рабочий сектор. При этом все N антенн САФАР 10 соединены своими входами-выходами с соответствующими входами-выходами АКУ 8. Вход УУВА 7 соединен с выходом У ОПОС и ВК 3, первый его выход подключен к входу ИВЭ 6, второй выход соединен с входом шифратора 4, а третий выход соединен с первым входом АКУ 8, второй вход которого соединен с выходом передатчика 5. При этом вход-выход УУВА 7 предназначен для связи с внешними системами. Первый выход АКУ 8 является суммарным выходом и соединен с первым входом ПУ 1, а второй выход АКУ 8 является разностным и подключен ко второму входу ПУ 1. Причем к третьему входу ПУ 1 подключен выход КА 9.
КА 9 предназначена для отсеивания сигналов, приходящих с боковых направлений. За счет того, что диаграмма направленности КА 9 превышает диаграмму направленности антенн САФАР 10 во всей зоне углов, за исключением главного луча диаграммы направленности, все сигналы, для которых амплитуда с выхода КА 9 будет превышать амплитуду с выхода антенн САФАР 10, будут считаться пришедшими с боковых направлений.
Предложенный радиолокационный запросчик с системой активных фазированных решеток работает следующим образом.
В основе работы данного радиолокационного запросчика лежит принцип активного запросно-ответного радиолокационного опознавания объектов. Запуск запросчика осуществляется после подачи команды включения с первого выхода УУВА 7 на вход ИВЭ 6, при помощи которого выполняется распределение питания (подача напряжения Ui) на составные части запросчика. При получении от внешних систем команды с целеуказанием на проведение опознавания обнаруженного объекта УУВА 7 на основании полученных данных об азимуте и угле места цели, а также данных о пространственной ориентации объекта, на котором установлен запросчик, вычисляет пространственный сектор, в котором находится опознаваемый объект, и определяет антенну из N антенн в САФАР 10, через которую будет производиться опознавание. После чего УУВА 7 подключает ПУ 1 и передатчик 5 к выбранной антенне путем соответствующих команд управления, подаваемых на первый вход АКУ 8. Затем УУВА 7 инициирует излучение пачки запросных сигналов, для чего передает в шифратор 4 необходимую последовательность команд. Шифратор 4 на основании полученных данных запускает передатчик 5, формирующий мощный СВЧ сигнал запроса, передаваемый через выбранную антенну САФАР 10. Радиолокационный ответчик, установленный на опознаваемом объекте, через известный фиксированный интервал времени после принятия запроса формирует ответный сигнал, который принимается выбранной суммарно-разностной антенной и в виде суммарного и разностного сигналов поступает через АКУ 8 на первый и второй входы ПУ 1. При этом ПУ 1 производит усиление и детектирование принятых сигналов, после чего передает их в ДОС 2. Одновременно с этим принимается сигнал КА 9, имеющей диаграмму направленности, превышающую по своему уровню диаграмму направленности любой из антенн САФАР 10 во всей зоне углов за исключением основного лепестка антенн. ДОС 2 осуществляет отсеивание сигналов, приходящих с боковых направлений и фиксацию факта приема правильного ответного сигнала. УОПОС и ВК 3 осуществляет статистическую обработку принятых сигналов, вырабатывает на ее основе соответствующий критерий опознавания цели и передает полученные данные в УУВА 7.
УУВА 7 осуществляет контроль над процессом радиолокационного опознавания путем проведения стартовой проверки исправности всех составных частей запросчика перед началом опознавания, текущей оценки исправности в ходе опознавания, а также оценки полученных результатов. Если критерий опознавания цели сформирован не был и при этом был зафиксирован отказ антенны, через которую производилось излучение запросных и прием ответных сигналов, то УУВА 7 производит анализ того, попадает ли направление на опознаваемую цель в зону работы другой антенны САФАР 10 (область перекрытия). Если попадает, то процесс опознавания повторяется через другую антенну, в чью зону работы так же попадает опознаваемая цель. После завершения процесса опознавания УУВА 7 передает внешним системам информацию о выработанном критерии с привязкой к соответствующим данным целеуказания.
Предложенный радиолокационный запросчик с системой активных фазированных решеток обеспечивает большую дальность и высокую надежность работы за счет использования преимуществ активных фазированных решеток перед пассивными антенными системами, уменьшения влияния надежности АФАР на общее качество работы радиолокационного запросчика за счет перекрывающихся зон работы антенных систем, а также может работать одновременно с излучением бортовых радиолокационных станций (БРЛС) (без прерывания режимов сопровождения и подсвета целей БРЛС) за счет пространственного разнесения излучателей антенных систем запросчика и БРЛС, работающих в разных диапазонах длин волн, без дополнительных мер по обеспечению электромагнитной совместимости.
Для подтверждения возможности реализации технического решения был изготовлен опытный образец радиолокационного запросчика с системой активных фазированных решеток, при этом конструктивно все его узлы реализованы из элементов, выпускаемых промышленностью, и выполнены в соответствии с конкретными техническими требованиями.