Радиолокационная система
RADAR SYSTEM

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокационных системах (РЛС), содержащих наземный вторичный радиолокатор (радиозапросчик).
Радиолокационные системы состоят из активного первичного локатора, который определяет координаты цели, и наземного вторичного радиолокатора (радиозапросчика), позволяющего определить государственную принадлежность летательного аппарата, рейсовый номер, данные о высоте, на которой находится летательный аппарат, и т.п.
Радиолокационные системы с системой опознавания работают следующим образом.
В первичном радиолокаторе радиолокационные сигналы, передаваемые антенной, отражаются удаленной целью, такой как летательный аппарат, формируя ответный сигнал. Соединенный с антенной приемник обрабатывает ответные сигналы и определяет ее координаты (дальность до цели, азимут, высоту).
Вторичный радиолокатор (наземный радиозапросчик) - это радиолокационная система с активным ответом. Вторичный радиолокатор передает радиосигналы, которые принимаются ответчиком, установленном на летательном аппарате. Ответный сигнал, формируемый ответчиком и принимаемый наземным вторичным радиолокатором, позволяет получать информацию о летательном аппарате (государственная принадлежность летательного аппарата, рейсовый номер, данные о высоте и т.п.).
При работе радиолокационных систем возникает задача обнаружения и определения координат на малых дальностях, в том числе и в условиях больших пассивных помех (например, в горах), обнаружения целей, имеющих малую в диапазоне первичного радиолокатора эффективную поверхность рассеяния (ЭПР).
Возможности обнаружения и определения координат на малых дальностях определяются, прежде всего, минимальным расстоянием обнаружения («слепой зоной») РЛС, которое зависит от длительности зондирующего импульса, времени срабатывания переключателей «прием-передача». Так как в современных РЛС для получения необходимой дальности и разрешения используются сложные сигналы, которые обладают для увеличения энергии большой длительностью (М.И. Финкельштейн «основы радиолокации: Учебник для вузов - 2изд. М Радио и Связь 1983 г. стр. 382), то минимальное расстояние обнаружения («слепая зона») для таких РЛС определяется, прежде всего, длительностью сигнала (во время излучения сигнала приемник отключен). В условиях же больших пассивных помех, вызванных близко расположенными местными предметами (например, в горах, обнаружение сигнала на фоне склона горы), обнаружение затруднено еще и тем, что в РЛС, использующих сложные сигналы, не удается эффективно выделить и обработать сигнал, отраженный от цели (из-за наложения сигнала от помехи на полезный сигнал от цели). Для РЛС, использующих сигналы с малой длительностью и большой импульсной мощностью (для получения необходимой дальности), минимальное расстояние обнаружения («слепая зона») ограничивается большим временем срабатывания переключателей «прием-передача» (СВЧ фазовращатели и переключатели. Особенности создания на p-i-n диодах в интегральном исполнении. Хижа Г.С, Вендик И.Б., Серебрякова Е.А. - М., «Радио и связь», 1984 стр. 161). Все это затрудняет обнаружение и определение координат на малых дальностях.
Обнаружение и определение координат целей, имеющих малую в диапазоне первичного радиолокатора эффективную поверхность рассеяния (ЭПР) достигается обычно либо за счет повышения излучаемой мощности, либо за счет использования дополнительного первичного радиолокатора, имеющего другой рабочий диапазон. Все это приводит к значительному повышению потребляемой мощности, увеличению аппаратуры, и как следствие, к значительному повышению стоимости радиолокационной системы.
В качестве аналога рассмотрим радиолокационную систему П-18, содержащую активный первичный радиолокатор, работающий в метровом диапазоне волн, а также наземный радиозапросчик, работающий в дециметровом диапазоне волн и имеющий передающие устройства, приемные устройства, антенны (антенну основного канала и антенну канала подавления боковых лепестков) (Г.П. Бендерский, С.Б. Самойлов, О.Д. Грачев, В.М. Кореньков. «Подвижная радиолокационная станция метрового диапазона волн РЛС П-18 (изделие 1РЛ 131Р) Учебное пособие. Стр. 27).
Первичный радиолокатор (активный) метрового диапазона волн работает как обычный активный локатор. Радиолокационные сложные сигналы большой длительности, сформированные передатчиком, излучаются антенной. Сигналы, отраженные целью, поступают через антенну в приемник, который обрабатывает эти сигналы и определяет координаты (дальность до цели, азимут, высоту) цели.
Наземный радиозапросчик (вторичный радиолокатор) работает следующим образом.
Передающее устройство наземного радиозапросчика передает радиосигналы, которые принимаются ответчиком, установленном на летательном аппарате. Ответный сигнал, формируемый ответчиком и принимаемый приемной системой запросчика, позволяет определить государственную принадлежность летательного аппарата («свой-чужой»). Наземный радиозапросчик имеет свои передающие и приемные устройства как для основного канала, так и для канала подавления боковых лепестков, а также антенны, создающие диаграммы направленности специальной формы, которые обеспечивают превышение уровня сигналов запроса основного канала над уровнем сигнала канала подавления боковых лепестков в области основного лепестка диаграммы направленности и превышение уровня сигналов канала подавления боковых лепестков над уровнем сигналов запроса (основного канала) в области боковых лепестков антенны основного канала (канала запроса) (Авиационная радиолокация, Давыдов П.С, Сосновский А.А., Хаймович И.А., Справочник, М., Транспорт 1984 стр. 67-68, 75-79).
Данная радиолокационная система обеспечивает контроль воздушной обстановки и определение государственной принадлежности летательных аппаратов.
Однако указанная радиолокационная система имеет следующие недостатки.
- невозможность обнаружения и определения координат целей на малых дальностях, в том числе, в условиях больших пассивных помех (например, в горах, обнаружение сигнала на фоне склона горы), из-за большой длительности зондирующего сигнала первичной РЛС.
- сложность в обнаружении и определении координат целей, имеющих малую в метровом диапазоне волн первичного радиолокатора эффективную поверхность рассеяния (ЭПР), в том числе и на малых дальностях.
Более близким аналогом, выбранным в качестве прототипа в связи со сходством выполняемой технической задачи, является радиолокационная система ДРЛ-7С, содержащая активный первичный радиолокатор, наземный радиозапросчик, содержащий два вторичных канала, причем один канал работает на частотах отечественного диапазона УВД, второй канал работает на частотах RBS. Первичный радиолокатор и первый канал наземного радиозапросчика работают на частотах отечественного диапазона УВД и имеют общую аппаратуру (передатчики, приемники и т.п.) (Авиационная радиолокация, Давыдов П.С, Сосновский А.А., Хаймович И.А., Справочник, М., Транспорт 1984 стр. 101-107).
Система ДРЛ-7С работает в 3-х разных режимах: «Пассив», «СДЦ» и «Актив». Наиболее сходной с выполняемой технической задачи является режим работы «Актив» (Авиационная радиолокация, Давыдов П.С., Сосновский А.А., Хаймович И.А., Справочник, М., Транспорт 1984 стр. 102). Рассмотрим этот режим. В данном режиме работает только передатчик первого канала наземного радиозапросчика (он же передатчик первичного радиолокатора). Передатчик излучает парные импульсы запроса бортовых ответчиков большой импульсной мощности (230 кВт), работающих на частотах отечественного диапазона. Сигналы канала ПБЛ («подавление по запросу») не излучаются. Передатчики второго канала отключаются. В этом режиме приемник обеспечивает обнаружение отраженных сигналов, а также ответных сигналов бортовых ответчиков, для чего в нем предусмотрены устройства декодирования этих сигналов.
Данная радиолокационная система обеспечивает контроль воздушной обстановки и определение государственной принадлежности летательных аппаратов.
Однако данная радиолокационная система имеет следующие недостатки:
- невозможность обнаружения и определения координат целей на малых дальностях, в том числе, в условиях больших пассивных помех, обусловленная большим временем срабатывания переключателей «прием-передача»;
- сложность в обнаружении и определении координат целей, имеющих малую в диапазоне первичного радиолокатора эффективную поверхность рассеяния (ЭПР), в том числе и на малых дальностях, так как данная радиолокационная система работает только в одном рабочем диапазоне волн;
- «искажение угломерной информации, получаемой запросчиком, и перегрузке ответчика» в связи с тем, что «существует вероятность того, что ответчиком будет принят сигнал запроса, излучаемый по боковому лепестку ДН» (Авиационная радиолокация, Давыдов П.С., Сосновский А.А., Хаймович И.А., Справочник, М., Транспорт 1984 стр. 75). (ГОСТ Р 51845-2001 СИСТЕМЫ ВТОРИЧНОЙ РАДИОЛОКАЦИИ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ Общие технические условия, пп.. 5.2.5, 5.2.7, 5.2.8, 7.1.4.12), так как в режиме работы «Актив» отсутствует «подавление по запросу»;
- невозможность использования всех кодов запроса (используется только один из кодов запроса - «ЗК2» (Авиационная радиолокация, Давыдов П.С., Сосновский А.А., Хаймович И.А., Справочник, М., Транспорт 1984 стр. 69).
Технический результат предлагаемого технического решения – обнаружение и определение координат целей на малых дальностях, в том числе имеющих малую в диапазоне первичного радиолокатора, но бо'льшую в рабочем диапазоне наземного радиозапросчика эффективную поверхность рассеяния (ЭПР) радиолокационной системой без ограничения использования всех кодов запроса.
Указанный технический результат достигается тем, что в радиолокационной системе с системой опознавания, содержащей активный первичный радиолокатор и наземный радиозапросчик, диапазон рабочих частот которого отличен от диапазона рабочих частот активного первичного радиолокатора, причем наземный радиозапросчик имеет передающее устройство основного канала, антенну основного канала, приемное устройство основного канала для обработки сигналов ответа, в наземном радиозапросчике установлено дополнительное приемное устройство для приема отраженных от цели сигналов запроса и обнаружения и определения координат целей, работающее на частоте сигналов запроса и присоединенное к антенне основного канала через переключатель «прием-передача», причем антенна основного канала наземного радиозапросчика выполнена с возможностью излучения в режиме обнаружения и определения координат целей как импульсов запроса, так и импульсов подавления боковых лепестков, которые имеют одинаковую амплитуду.
Обычно для получения радиолокационной информации (обнаружение и определение координат целей) используется активный первичный радиолокатор, излучающий сигналы отличные от сигналов запросчика. Однако в радиолокационной системе (ДРЛ-7С) для получения аналогичной радиолокационной информации в одном из режимов работы используются сигналы запроса вторичного локатора. Антенной основного канала вторичного локатора излучаются парные импульсы запроса бортовых ответчиков большой импульсной мощности (230 кВт), при этом импульсы подавления не излучаются. Это приводит к тому, что ответчиком принимается сигнал запроса, излучаемый по боковому лепестку ДН (особенно при большой импульсной мощности) и выдается сигнал ответа.
Первичный радиолокатор обязательно должен иметь диапазон рабочих частот, совпадающий с диапазоном частот вторичного локатора.
В заявленном устройстве излучаются как импульсы запроса бортовых ответчиков, так и импульсы подавления, причем одинаковой амплитуды. Это приводит к тому, что ответчик определяет данные сигналы как сигналы запроса, излучаемые по боковому лепестку ДН, следовательно, сигнал ответа не вырабатывается (Авиационная радиолокация, Давыдов П.С., Сосновский А.А., Хаймович И.А., Справочник, М., Транспорт 1984 стр. 77, 78).
Кроме того, в заявленном устройстве диапазон рабочих частот первичного радиолокатора никак не связан с диапазоном рабочих частот вторичного локатора, и может существенно отличатся от диапазона рабочих частот вторичного локатора, что повышает возможности радиолокационной системы по обнаружению целей, имеющих различные ЭПР в разных диапазонах частот.
Отличием от наземного радиозапросчика, примененного в радиолокационной системе П-18 также является еще и наличие в заявленном устройстве дополнительного приемного устройства (кроме приемного устройства обрабатывающие сигналы ответа), работающего на частоте сигналов запроса и присоединенного к антенне основного канала через переключатель «прием-передача», что позволяет использовать сигналы радиозапросчика для получения радиолокационной информации (обнаружение и определение координат целей), причем на другой частоте, которая существенно отличается от частоты первичного радиолокатора.
Все это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
На фиг. 1 показана структурная схема заявляемого устройства.
На чертеже и в тексте приняты следующие обозначения:
1 первичный радиолокатор;
2 наземный радиозапросчик (вторичный радиолокатор);
3 передатчик основного канала наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора);
4 антенна основного канала наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора);
5 дополнительное приемное устройство, работающее на частоте сигналов запроса радиозапросчика (вторичного радиолокатора), принимающее сигналы, имеющие частоту сигналов запроса;
6 переключатель «прием-передача».
Радиолокационная система (см. фиг. 1) содержит первичный радиолокатор 1, наземный радиозапросчик (вторичный радиолокатор) 2, включающий в себя передатчик основного канала 3, антенну основного канала 4, дополнительное приемное устройство 5, работающее на частоте сигналов запроса радиозапросчика (вторичного радиолокатора) и принимающее отраженные от цели сигналы запроса передающей части наземного радиозапросчика, причем дополнительное приемное устройство 5 присоединено к антенне основного канала через переключатель «прием-передача» 6.
Радиолокационная система работает следующим образом.
Первичный радиолокатор 1 работает как обычный локатор.
Наземный радиозапросчик (в заявляемом устройстве) работает следующим образом.
Наземный радиозапросчик (вторичный радиолокатор) 2 передает радиосигналы, которые принимаются ответчиком, установленном на летательном аппарате. Ответный сигнал, формируемый ответчиком и принимаемый наземным радиозапросчиком (вторичным радиолокатором) 2, позволяет определить государственную принадлежность летательного аппарата («свой-чужой»). Для надежной работы наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора) 2 необходимо исключить влияние синхронных помех, возникающих вследствие передачи и приема сигналов наземного запросчика по боковым лепесткам диаграммы направленности (ДН).
Для этого используются 2 канала (основной канал и канал подавления боковых лепестков (на фиг. не показано), каждый из которых имеет свое передающее и приемное устройства, а также 2 антенны (антенна канала подавления боковых лепестков на фиг. не показана). В ответчике (радиозапросчике) сравниваются поступающие сигналы основного канала и канала подавления боковых лепестков. В случае превышения уровня сигналов запроса основного канала над уровнем сигнала канала подавления боковых лепестков ответчик формирует сигнал ответа, а радиозапросчик обрабатывает сигнал ответа. В случае превышения уровня сигнала канала подавления боковых лепестков над уровнем сигналов запроса основного канала ответчик не формирует сигнал ответа (радиозапросчик не обрабатывает сигнал ответа). Для этого используются 2 антенны, создающие диаграммы направленности специальной формы, которые обеспечивают превышение уровня сигналов запроса основного канала над уровнем сигнала канала подавления боковых лепестков в области основного лепестка диаграммы направленности и обеспечивают превышение уровня сигналов канала подавления боковых лепестков над уровнем сигналов запроса основного канала в области боковых лепестков антенны основного канала. Сигналы основного канала и канала подавления боковых лепестков имеют одинаковую амплитуду, но разнесены по времени (ГОСТ Р 51845-2001 СИСТЕМЫ ВТОРИЧНОЙ РАДИОЛОКАЦИИ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ Общие технические условия, пп..5.2.5, 5.2.7, 5.2.8, 7.1.3.4, 7.1.4.6.4).
Для получения радиолокационной информации (обнаружение и определение координат целей) в передатчике основного канала 3 формируются импульсы одинаковой амплитуды, как основного канала, так и импульсы канала подавления боковых лепестков (взаимное расположение сигналов соответствует расположению сигналов основного канала и канала подавления боковых лепестков), которые излучаются антенной основного канала 4. Излученные импульсы отражаются от цели, принимаются антенной основного канала 4 и через переключатель «прием-передача» 6 поступают на вход дополнительного приемного устройства 5 для дальнейшей обработки. Обработка может осуществляться аппаратурой первичного радиолокатора 1. Эти же радиосигналы принимаются ответчиком, установленным на летательном аппарате. Так как все принятые сигналы имеют одинаковую амплитуду, ответчик летательного аппарата воспринимает полученные сигналы, как сигналы, излученные боковыми лепестками диаграммы направленности антенны основного канала и, следовательно, ответный сигнал не формируется (ГОСТ Р 51845-2001 СИСТЕМЫ ВТОРИЧНОЙ РАДИОЛОКАЦИИ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ Общие технические условия, пп. 5.2.5, 5.2.7, 5.2.8, 7.1.3.4, 7.1.4.6.4). Время излучения этих импульсов выбирается таким образом, чтобы не мешать приему сигналов ответчика летательного аппарата. Причем получение таким образом радиолокационной информации не зависит от режимов работы запросчика, т.е. возможно использование запросчиком любых кодов запроса.
В радиолокационных системах, как правило, первичный радиолокатор и радиозапросчик имеют различные диапазоны рабочих частот, например, РЛС П-18 (Г.П. Бендерский, С.Б. Самойлов, О.Д. Грачев, В.М. Кореньков. «Подвижная радиолокационная станция метрового диапазона волн РЛС П-18 (изделие 1РЛ 131Р) Учебное пособие. Стр. 28) (ГОСТ Р 51845-2001 СИСТЕМЫ ВТОРИЧНОЙ РАДИОЛОКАЦИИ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ Общие технические условия, пл.. 5.2.1, 5.2.2). Использование сигналов, имеющих частоту наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора) позволяет радиолокационной системой обнаруживать цели на малых дальностях, в том числе имеющих малую в диапазоне первичного радиолокатора, но бо'льшую в рабочем диапазоне наземного радиозапросчика эффективную поверхность рассеяния (ЭПР). Кроме того, часто первичный радиолокатор и наземный радиозапросчик часто имеют разную поляризацию излучаемых сигналов, что приводит к дополнительному расширению возможностей радиолокационной системы по обнаружению.
Таким образом, использование наземного радиозапросчика (вторичного радиолокатора) для обнаружения целей, позволяет расширить возможности радиолокационной системы за счет расширения диапазона рабочих частот (в некоторых случаях поляризации) без существенного увеличения потребляемой мощности, количества аппаратуры и как следствие, без значительного повышения стоимости радиолокационной системы.
Таким образом, использование данного изобретения позволит значительно повысить возможности радиолокационных систем по обнаружению и определению координат целей на малых дальностях, в том числе имеющих малую в диапазоне первичного радиолокатора, но бо'льшую в рабочем диапазоне наземного радиозапросчика эффективную поверхность рассеяния (ЭПР) радиолокационной системой без ограничения использования всех кодов запроса, в том числе в условиях больших пассивных помех (например, в горах, повышаются возможности обнаружение сигнала на фоне склона горы).