РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ СОПРОВОЖДЕНИЯ С МНОГОЧАСТОТНЫМ ЗОНДИРУЮЩИМ СИГНАЛОМ

Полезная модель относится к радиолокации и может быть использована в импульсных радиолокационных станциях (РЛС) сопровождения с многочастотным зондирующим сигналом.
Одним из наиболее эффективных средств получения радиолокационной информации в настоящее время являются многофункциональные РЛС (МРЛС) с активными фазированными антенными решетками с двумерным электронным сканированием, которые могут одновременно решать задачи поиска целей и осуществлять их сопровождение с высокоточным измерением координат.
Одной из наиболее важных характеристик МРЛС сопровождения является ее производительность, определяемая как количество целей, сопровождаемых за один обзор. В свою очередь, производительность определяется временем, затрачиваемым МРЛС сопровождения на одну цель. На практике на производительность МРЛС оказывает влияние ряд факторов, одним из которых являются флуктуации эффективной площади рассеяния (ЭПР) сопровождаемых объектов, которые приводят к увеличению среднего времени, необходимого для обнаружения цели и, соответственно, к снижению количества сопровождаемых целей за один обзор.
Для уменьшения временных потерь при обнаружении цели, вызванных флуктуациями ЭПР, как правило, используются многочастотные способы зондирования [1], благодаря которым происходит усреднение амплитуды отраженного сигнала, что приводит к уменьшению времени облучения цели и, соответственно, к увеличению производительности РЛС сопровождения.
Известны РЛС [2, 3,4], использующие многочастотный зондирующий сигнал.
Наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому решению по техническому исполнению является «Подвижная наземная двухкоординатная РЛС кругового обзора метрового диапазона» [4]. Эта РЛС содержит основную и компенсационную антенны, формирователь зондирующих сигналов, передатчик, приемники основного и компенсационного каналов, два автокомпенсатора, два устройства первичной обработки, устройство объединения и отождествления информации и устройство вторичной обработки. Зондирование пространства производится на двух несущих частотах, изменяющихся от такта к такту. Приемники основного и компенсационного каналов являются приемниками прямого усиления, где эхосигналы селектируют по частоте, усиливают и преобразуют в цифровой код с помощью быстродействующего аналого-цифрового преобразователя (АЦП).
Устройства первичной обработки производят обнаружение, измерение координат и радиальной скорости воздушных объектов (каждое в полосе своей несущей частоты), а также осуществляют измерение амплитуды сигналов, накопление, подавление сигналов, принятых боковыми лепестками диаграммы направленности основной антенны. При этом накопление и обнаружение эхо-сигнала в устройствах первичной обработки происходит на каждой рабочей частоте независимо. После чего в устройстве объединения и отождествления информации отбираются координаты обнаруженного объекта на той частоте работы РЛС, на которой амплитуда обнаруженного сигнала больше, а затем измеренные координаты и радиальные скорости объекта подаются на последующую обработку.
Данный способ облучения и обработки сигнала может быть использован и в РЛС сопровождения с многочастотным сигналом. Однако в прототипе имеется ряд недостатков.
Во-первых, в результате облучения цели на двух частотах для обнаружения используется сигнал, накопленный когерентно на одной частоте, т.е. только половина пачки отраженных от цели импульсов. Это приводит к энергетическим потерям и, соответственно, к уменьшению дальности обнаружения цели. Более рациональным было бы использовать некогерентное сложение сигналов, накопленных когерентно на каждой из двух частот с последующим использованием суммарного сигнала для обнаружения цели.
Во-вторых, использование только лишь двух частот для облучения является недостаточным с точки зрения компенсации флуктуаций ЭПР целей [1].
Указанные недостатки могут быть устранены при использовании адаптивного алгоритма облучения цели многочастотным сигналом, при котором на начальном этапе излучается небольшое количество импульсов на нескольких частотах (более двух) и определяется частота, на которой мощность отраженного сигнала максимальна. Дальнейшее облучение цели осуществляется на выбранной частоте, которая считается наилучшей с точки зрения максимальной ЭПР, с последующим когерентным накоплением отраженных на этой частоте сигналов.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является увеличение производительности РЛС сопровождения за счет снижения временных потерь, вызванных как флуктуациями ЭПР сопровождаемого объекта, так и способом обработки отраженного сигнала.
N
N
N
Указанный технический результат достигается тем, что в известную РЛС, содержащую основную (OA) и компенсационную (КА) антенны, передающее устройство (ПДУ), выход которого соединен с входом OA, формирователь сложных сигналов (ФСС), приемники основного (ПРО) и компенсационного (ПРК) каналов, первые входы которых соединены, соответственно, с выходами OA и КА, устройство первичной обработки (УПО) в составе последовательно соединенных автокомпенсатора (АК), первый и второй входы которого соединены, соответственно, с выходами ПРО и ПРК, устройства защиты от несинхронных импульсных помех (ЗНП) и оптимального фильтра (ОФ), а также последовательно соединенных, порогового устройства (ПУ), устройства подавления сигналов, принятых боковыми лепестками диаграммы направленности OA (ПБЛ), и устройства измерения координат (УИК), выход которого соединен с входом устройства вторичной обработки (УВО), выход которого является выходом РЛС, введены формирователь гетеродинного сигнала (ФГС), смеситель (СМ) и схема управления (СУ), а в состав УПО - устройство распределения сигнала (УРС), N когерентных накопителей по частоте F (KHF), устройство оценки мощности (УОМ) и некогерентный накопитель (НН), причем выход ФСС соединен через первый вход и выход СМ с входом ПДУ, а выход ФГС - со вторыми входами СМ, ПРО и ПРК, выход ОФ соединен с первым входом УРС, N выходов которого через N KHF соединены с N входами НН, выход которого соединен с входом ПУ, и УОМ, выход которого соединен с первым входом СУ, соединенного первым выходом с входом ФГС, вторым - со вторым входом УРС, а вторым входом - с источником целеуказания (ЦУ).
На фигуре приведена структурная схема предлагаемой полезной модели, где обозначено:
1 - смеситель (СМ);
2 - формирователь сложного сигнала (ФСС);
3 - схема управления (СУ);
4 - устройство распределения сигнала (УРС);
5 - устройство вторичной обработки (УВО);
6 - передающее устройство (ПДУ);
7 - формирователь гетеродинных сигналов (ФГС);
8 - оптимальный фильтр (ОФ);
1
1
9 - когерентный накопитель по частоте F (KHF);
N
N
10 - когерентный накопитель по частоте F (KHF);
11 - устройство измерения координат (УИК);
12 - основная антенна (OA);
13 - приемник основного канала (ПРО);
14 - устройство защиты от несинхронных импульсных помех (ЗНП);
15 - устройство оценки мощности (УОМ);
16 - устройство подавления сигналов, принятых боковыми лепестками диаграммы направленности OA (ПБЛ);
17 - компенсационная антенна (КА);
18 - приемник компенсационного канала (ГТРК);
19 - автокомпенсатор (АК);
20 - устройство первичной обработки (УПО);
21 - некогерентный накопитель (НН);
22 - пороговое устройство (ПУ).
На фигуре для упрощения не показаны сигналы синхронизации работы РЛС.
Как видно из структурной схемы, устройство состоит из основной и компенсационной антенн OA 12 и КА 17, соответственно, передающего устройства ПДУ 6, выход которого соединен с входом OA 12, смесителя СМ 1, формирователя сложных сигналов ФСС 2, формирователя гетеродинных сигналов ФГС 7, приемников основного канала ПРО 13 и компенсационного канала ГТРК 18, схемы управления СУ 3, устройства первичной обработки УПО 20 и устройства вторичной обработки УВО 5.
1
N
1
N
В состав УПО 20 входят автокомпенсатор АК 19, устройство защиты от несинхронных импульсных помех ЗНП 14, оптимальный фильтр ОФ 8, устройство распределения сигнала УРС 4, N когерентных накопителей по частотам F…F-KHF 9…KHF 10, устройство оценки мощности УОМ 15, некогерентный накопитель НН 21, пороговое устройство ПУ 22, устройство подавления сигналов, принятых боковыми лепестками диаграммы направленности OA ПБЛ 16 и устройство измерения координат УИК 11. При этом выход ФСС 2 через СМ 1 соединен с входом ПДУ 6, выход ФГС 7 соединен со вторыми входами СМ 1, ПРО 13 и ГТРК 18, первые входы ПРО 13 и ГТРК 18 соединены, соответственно, с выходами OA 12 и КА 17, а выходы - с первым и вторым входами АК 19, выход которого через ЗНП 14 и ОФ 8 соединен с первым входом УРС 4; N выходов УРС 4 через N KHFN соединены с N входами УОМ 15 и НН 21, выход которого последовательно соединен с ПУ 22, ПБЛ 16, УИК 11 и УВО 5, выход которого является выходом РЛС, первый вход СУ 3 соединен с выходом УОМ 15, первый выход - со входом ФГС 7, второй - со вторым входом УРС 4, а второй вход - с источником сигнала ЦУ.
В отличие от прототипа формирование сложного сигнала (линейно-частотномодулированного, фазоманипулированного и др.) в ФСС 2 осуществляется на промежуточной частоте, а приемный и передающий тракты выполнены по супергетеродинной схеме с использованием ФГС 7 с перестраиваемой частотой, СМ 1 и смесителей, имеющихся в ПРО 13 и ПРК 18, не показанных на фигуре.
Предлагаемая РЛС сопровождения с патентуемым устройством работает следующим образом.
По целеуказанию от источника ЦУ луч РЛС сопровождения устанавливается в заданное угловое направление на выбранную цель. В данном направлении излучается пачка импульсов на N частотах по M импульсов на каждой частоте (N>2, M≥1).
Формирование сигналов на каждой рабочей частоте осуществляется следующим образом. Сигналы на промежуточной частоте с ФСС 2 поступают на вход СМ 1, где вместе с гетеродинным сигналом с ФГС 7 преобразуются на высокую (рабочую) частоту и подаются на ПДУ 6, которое усиливает, фильтрует и через антенный коммутатор (не показан на фигуре) передает их на OA 12, откуда сформированный зондирующий сигнал излучается в пространство. Выбор рабочей частоты осуществляется с помощью сигнала управления, формируемого с выхода 1 схемы управления СУЗ.
Отраженные от цели эхосигналы на каждой из N частот через основную OA 12 и компенсационную КА 17 антенны поступают в приемники основного и компенсационного каналов ПРО 13 и ПРК 18, на вторые входы которых подается гетеродинный сигнал, сформированный в ФГС 7. В приемниках основного и компенсационного каналов ПРО 13 и ПРК 18 отраженные эхосигналы переносятся на промежуточную частоту, усиливаются, селектируются по частоте и преобразуются в цифровой код, после чего поступают на вход устройства первичной обработки информации УПО 20.
1
N
1
N
В каждом такте зондирования, не зависимо от частоты излучаемого сигнала, в УПО 20 реализуется внутрипериодная обработка, включающая в себя защиту от активный шумовых помех, защиту от несинхронный импульсных помех и оптимальную фильтрацию эхо-сигнала. Далее на каждой частоте производится когерентное накопление отраженных от цели сигналов в когерентных накопителях KHF 9…KHF 10. Количество когерентных накопителей определяется количеством используемых для облучения цели частот. Распределение принимаемых сигналов по KHF 9….KHF 10 в зависимости от рабочей частоты осуществляется в УРС 4.
1
N
Сигнал с выхода когерентных накопителей KHF 9...KHF 10 поступает на устройство УОМ 15, осуществляющее оценку мощности отраженного от цели сигнала на каждой из N частот. Полученные оценки мощностей поступают на первый вход схемы управления СУ 3, на второй вход которой подается целеуказание, содержащее информацию о координатах сопровождаемого объекта. В схеме управления СУ 3 производится выбор частоты работы РЛС, соответствующей максимальной мощности отраженного сигнала. Дальнейшее облучение цели осуществляется на выбранной оптимальной частоте, для чего в СУ 3 формируются соответствующие сигналы управления, поступающие на входы ФГС 7 и УРС 4. Устройство распределения сигналов УРС 4 подключает когерентный накопитель, настроенный на оптимальную рабочую частоту, и дальнейшее накопление отраженных сигналов происходит в выбранном КН.
При этом для сокращения времени, необходимого для обнаружения цели, сигналы, накопленные в N когерентных накопителях на этапе поиска оптимальной частоты, суммируются в некогерентном накопителе НН 21 с отраженными сигналами, накапливаемыми когерентно на оптимальной частоте. Результирующий сигнал с выхода некогерентного накопителя используется для обнаружения цели. Для этого сигнал поступает на пороговое устройство ПУ 22, устройство ПБЛ 16 и УИК 11, в которых, соответственно, реализуются сравнение с порогом обнаружения (измерения), подавление сигналов, принятых по боковым лепесткам диаграммы направленности и измерение координат сопровождаемого объекта. Далее информация о измеренных параметрах цели поступает на УВО 5, где осуществляется вторичная обработка информации, выдаваемая на конечного потребителя.
N
Таким образом, введение в прототип, содержащий OA, KA, ПДУ, ФСС, ПРО, ПРК, УПО и УВО, дополнительно ФГС, СМ и СУ, а в УПО-УРС, N KHF, НН и УОМ с соответствующими связами, позволило создать устройство, использование которого в РЛС сопровождения с многочастотным зондирующим сигналом позволяет повысить ее производительность, что достигается за счет уменьшения временных потерь, вызванных как флуктуациями ЭПР цели, так и способом накопления сигнала.
Список литературы:
1. Г.М. Вишин. Многочастотная радиолокация. М.: Воениздат, 1973.
2. Способ построения двумерного радиолокационного изображения воздушной цели, патент РФ №2234110, опубл. 10.08.2004.
3. Устройство распознавания воздушных целей двухчастотным способом, патент РФ №2407033, опубл. 20.12.2010.
4. Подвижная наземная двухкоординатная РЛС кругового обзора метрового диапазона (прототип), патент РФ №2341813, опубл. 20.12.2008.