ПЕРЕНОСНАЯ РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ "РОСА"

Полезная модель относится к средствам обнаружения, распознавания и сопровождения различных типов объектов (людей, техники и др.) с использованием отраженных радиоволн, а именно к твердотельной цифровой когерентной радиолокационной станции (РЛС) слежения за движущимися и неподвижными целями, в том числе в условиях отсутствия оптической видимости и сложных гидрометеорологических условиях, таких как: туман, осадки и т.п. РЛС может использоваться для контроля за наземной (надводной) обстановкой на дальности до 15 км., например, на сухопутных (водных) участках государственной границы.
Предложенная РЛС может осуществлять все свои функции при работе по надводным целям, однако в этом случае количественные характеристики по дальностям и вероятностям обнаружения и сопровождения целей не нормируются.
Известна радиолокационная станция, включающая антенный пост, аппаратный контейнер, вышку, колесные тягачи и средство электропитания, связанное с генератором отбора мощности от двигателей этих тягачей (RU 54212, кл. G01S 13/04, опубликован 10.06.2006).
Известная РЛС предназначена для слежения за летательными аппаратами, такими, как: самолеты, вертолеты и т.д. в условиях сложной и быстроменяющейся обстановки противовоздушного боя. Станция характеризуется большими габаритами, весом и потребляемой электроэнергией, что предусматривает ее использование только в комплекте с крупногабаритным наземным транспортным средством, например, в виде шасси тягача КРА3-260 (255), к которым подключено ее энергообеспечение, позволяющее, в частности, осуществлять свертывание-развертывание этой станции.
Технический результат полезной модели состоит в расширении эксплуатационных возможностей РЛС, связанных с обеспечением возможности ее работы как в стационарных, так и в полевых условиях, а также с повышением ее мобильности, снижением веса и потребляемой мощности, габаритов, автономностью и др. При этом обеспечивается достаточная дальность и точность обнаружения объектов слежения в наземной (надводной) обстановке, а также возможность одновременного сопровождения до 50 целей. Так, например, дальность обнаружения человека составляет не менее 7,5 км, а автомобиля - 13 км.
Названный технический результат достигнут в полезной модели посредством следующей совокупности признаков.
Переносная радиолокационная станция для слежения за наземными и/или надводными объектами содержит антенный пост, включающий твердотельный транзисторный приемо-передающий модуль, и связанное с антенным постом опорно-поворотное устройство, выполненное с возможностью закрепления на штативе. Антенный пост соединен кабельной сетью с блоком электропитания и рабочим местом оператора, представляющим собой геоинформационную систему, сопряженную с встроенной в станцию системой спутниковой навигации.
Согласно одному из вариантов полезной модели опорно-поворотное устройство выполнено разъемным в эксплуатации, однокоординатным с возможностью наклона в угломестной плоскости посредством фиксатора-эксцентрика, на котором закреплен антенный пост.
Согласно другому варианту полезной модели опорно-поворотное устройство выполнено неразъемным в эксплуатации, двухкоординатным с возможностью вращения в двух плоскостях: азимутальной и угломестной посредством автоматического управления приводом.
Станция обеспечивает вращение подвижной части опорно-поворотного устройства по азимуту до 350 градусов (±175), по углу места - в диапазоне ±20 градусов со скоростью до 60 градусов в секунду.
Штатив выполнен в виде телескопической треноги с размещенной в верхней ее части опорной площадкой для установки опорно-поворотного устройства.
В верхней части штатива под опорной площадкой закреплены компас и уровень, при этом каждая нога треноги снабжена фиксирующими гайками и съемными наконечниками в виде упругого колпачка и шипа, что предусматривает надежную установку станции на различной по характеру опорной поверхности (грунт, песок, лед и др.).
Рабочее место оператора выполнено в виде ноутбука, заключенного в ударопрочный металлический корпус.
Детали станции выполнены разъемными с возможностью их упаковки в носимые емкости (рюкзак, чехол и чемодан).
Основные характеристики РЛС
Диапазон частот (длин волн), используемый станцией - 9440…9470 MHz.
Радиолокационные станции, как активные устройства, а также в силу преимуществ диапазона излучаемой СВЧ-энергии, имеют большую дальность обнаружения объектов и максимальную всепогодность, и поэтому являются основным средством обнаружения объектов (целей) на поверхности земли или водной поверхности.
Переносная радиолокационная станция «Роса» по своим тактико-техническим характеристикам позволяет осуществлять работу в автоматизированном режиме, как источник информации о наземной (надводной) обстановке в тактическом звене автоматизированной системы технического контроля обстановки подразделений заказчика. С этой целью программное обеспечение изделия и интерфейс пользователя имеют специальный блок, позволяющий выдавать на последовательный порт RS 232 рабочего места станции кодограммы установленного типа.
Нормальное функционирование изделия возможно только в пределах прямой радио видимости. Наиболее эффективное применение изделия обеспечивается на открытой, преимущественно равнинной местности (на суше) или на морском побережье. Чем сложнее рельеф местности, тем меньше величина такого параметра, как коэффициент вскрытия обстановки, и менее эффективным становится ее применение.
Станция имеет следующие дальности обнаружения наземных движущихся целей с вероятностью не ниже 0,9:
- человек - до 7,5 км;
- легковой автомобиль - до 10 км;
- грузовой автомобиль - до 13 км.
Станция «Роса» имеет режимы селекции движущихся целей, автоматического сопровождения и целеуказания.
Антенный пост размещен на штативе (треноге). Станция выпускается в двух вариантах исполнения: с двухкоординатным опорно-поворотным устройством (ОПУ 2) и с однокоординатным опорно-поворотным устройством (ОПУ 1).
ОПУ 2 позволяет изменять положение электрической оси антенны изделия в пределах:
- по азимуту - до 270 градусов (по команде оператора);
- по углу места ±20 градусов (по команде оператора).
ОПУ 1 позволяет изменять положение электрической оси антенны изделия в пределах:
- по азимуту - до 270 градусов (по команде оператора);
- по углу места ±20 градусов (вручную).
В режиме работы сканирования величина сектора обзора по азимуту может быть установлена программно: 15, 45, 90, 180 или 270 градусов.
Станция имеет систему электропитания с двойным резервированием: от промышленной сети напряжением 220 V 50 Hz или от аккумуляторов.
Аппаратура станции потребляет мощность не более 220 W (в максимальном режиме) при напряжении питания 24 V.
Вес станции с кабелем длиной 20 м составляет не более 31 кг.
Упаковка станции состоит из:
- заплечного рюкзака из водоотталкивающей высокопрочной ткани, в котором размещаются:
- в варианте ОПУ 2 неразъемная в эксплуатации сборка РЛС, состоящая из: антенного поста, опорно-поворотного устройства и цилиндрической опоры;
- в варианте ОПУ 1 разъемная в эксплуатации сборка РЛС, состоящая из антенного поста и опорно-поворотного устройства;
- защитного герметичного чемодана (контейнера) из ударопрочного пластика, в котором размещается рабочее место (ноутбук) и кабели изделия;
- чехла из водоотталкивающей высокопрочной ткани, предназначенного для переноски в руке или на плече, в котором размещается тренога.
Общий вес станции с упаковкой составляет - не более 42 кг.
Время подготовки к работе при положительных температурах окружающей среды - не более 5 мин.
Время непрерывной работы от комплекта полностью заряженных аккумуляторов при положительных температурах окружающей среды - не менее 8 часов, при температуре минус 30°С - не менее 3 часов. Ограничений по времени непрерывной работы при работе от промышленной сети - нет.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 схематично изображен вариант РЛС с ОПУ 1 в развернутом (рабочем) положении; на фиг.2 - то же для варианта РЛС с ОПУ 2; на фиг.3 - представлена структурная схема антенного поста РЛС.
Изображенная на фиг.1 радиолокационная станция состоит из антенного поста 1, установленного с помощью фиксатора-эксцентрика 2 на опорно-поворотном устройстве (ОПУ 1), обозначенном позицией 3, закрепленном на штативе в виде телескопической треноги 4 посредством стопорной гайки 5. Антенный пост 1 соединен кабелями управления 6 и питания 7 с рабочим местом оператора (ноутбуком) 8 и вторичным блоком питания 9 соответственно.
Изображенная на фиг.2 радиолокационная станция отличается от описанной выше другим конструктивным выполнением опорно-поворотного устройства (ОПУ 2), обозначенного позицией 12.
Описание конструкции РЛС
Конструктивно станция состоит из четырех функционально законченных частей: радиолокационного модуля (РЛМ), штатива (треноги), рабочего места оператора (ноутбук в промышленном исполнении) и источника вторичного электропитания.
В состав РЛМ входят: антенный пост (АП) 1 и опорно-поворотное устройство 3, 12 (ОПУ 1 или ОПУ 2 в зависимости от варианта исполнения).
Конструктивно блоки и узлы аппаратуры РЛМ закрепляются на штативе (треноге) 4.
Аппаратура, размещенная на ОПУ 2, имеет возможность вращаться в двух плоскостях (азимутальной и угломестной) в пределах допустимых углов поворота. В результате вращения электрическая ось антенны РЛМ перемещается в пространстве и имеет возможность занимать положение, требуемое для обнаружения или распознавания наземных целей.
Поворот в двух плоскостях для варианта станции с ОПУ 2 осуществляется путем автоматического управления приводом, а для варианта станции с ОПУ 1 наклон в угломестной плоскости выполняется вручную с помощью фикстора-эксцентрика 2, на котором закреплен блок АП 1.
Точность съема показаний датчиков угла составляет не хуже 0,1 градуса.
Конструкция обеспечивает вращение подвижной части ОПУ по азимуту - до 350 градусов (±175), по углу места - в диапазоне ±20 градусов со скоростями до 60 градусов в секунду. Рабочие значения секторов вращения и скорости устанавливаются программным путем.
Рабочее место оператора (РМО) 8 предназначено для осуществления управления режимами работы станции. РМО представляет собой персональный компьютер (ноутбук) промышленного исполнения типа Bit-RNB 1416-A790, выполненный в ударопрочном металлическом корпусе.
Управление ОПУ и АП осуществляется по кабелю 6. Изделие комплектуется двумя кабелями: один длиной 20 м (для работы РЛС в переносном варианте) и второй - длиной 100 м (для работы РЛС в стационарном варианте). Указанные кабели позволяют осуществить вынос рабочего места оператора от треноги с РЛМ на расстояния до 20 м и до 100 м соответственно.
Размер монитора РМО по диагонали составляет 14 дюймов. В корпус ноутбука встроена клавиатура стандартной конфигурации.
Напряжение питания 24 V подается на аппаратуру РЛС от блока вторичного питания по кабелю.
Система электропитания станции состоит из двух сменных блоков, каждый из которых обеспечивает электропитание станции от различных источников. Первый блок питания содержит две аккумуляторные батареи типа СSB GP 12120 напряжением 12 V, емкостью 12 A/h каждая и служит для работы станции на неподготовленных позициях в автономном режиме. Второй блок питания представляет собой преобразователь напряжения переменного тока 220 V 50 Hz в постоянное напряжение 24 V и служит для подключения станции к промышленной сети при ее использовании в стационарном варианте или на позициях, где имеется напряжение промышленной сети.
В состав системы электропитания станции входят также: второй комплект аккумуляторов для первого из вышеназванных блоков, комплект аккумуляторных батарей ноутбука рабочего места оператора и зарядное устройство аккумуляторов РМО.
Описание и работа составных частей станции
1. Тренога
Для размещения антенного поста в станции в рабочем положении служит тренога (штатив) 4.
Фиксация ног треноги и центральной опоры, на которой закреплено опорно-поворотное устройство 3, осуществляется вращением гаек 10, причем вращение секций ног опоры даже в освобожденном состоянии гаек исключено. Специальная конструкция сочленений защищает от проникновение в узлы крепления воды, пыли, и грязи в зафиксированном состоянии. Верхняя часть штатива снабжена пузырьковым уровнем и компасом (не показаны). Нижние секции ног штатива снабжены комбинированными наконечниками, позволяющими легко переходить с резиновых колпачков 11 на стальные нержавеющие шипы, входящие в состав изделия. На одной из ног имеется ручка из пористой резины, которая облегчает работу в зимних условиях. Штатив снабжен чехлом для переноски из высокопрочного материала.
Основные технические характеристики треноги приведены в таблице 1.
Таблица 1
Наименование характеристики
Значение
Количество секций
4
Максимальный диаметр трубок, мм
32
Минимальный диаметр трубок, мм
20
Высота максимальная, мм
1575
Высота минимальная, мм
260
Длина в сложенном виде, мм
610
2. Опорно-поворотное устройство
Для обеспечения перемещения в пространстве электрической оси антенны РЛМ в станции применено опорно-поворотное устройство типа «Driveman». ОПУ 2 управляется в горизонтальной (азимутальной) и вертикальной (угломестной) плоскостях с помощью электрического интерфейса, командами управления, поступающими с РМО станции. ОПУ 1 в вертикальной (угломестной) плоскости устанавливается оператором вручную.
Технические характеристики ОПУ приведены в таблице 2.
Таблица 2
Наименование характеристики
Значение для ОПУ2
Значение для ОПУ1
Собственная масса, кг
4,5
3,0
Грузоподъемность, кг
10,0
8,0
Пределы наклона качалки в угломестной плоскости, град
±20
Пределы сектора вращения поазимуту, град
350 (±175)
Пределы изменения скорости сканирования, %
0,1…60
0,1…20
Номинальная скорость сканирования, %
10,0
10,0
Точность отсчета азимутального угла, град
0,1
0,1
Напряжение питания, в
12…24
12…36
Интерфейс управления
RS422 Ethernet
RS422 Ethernet
Диапазон рабочих температур, °С
от минус 32 до плюс 71
от минус 40 до плюс 60
3. Антенный пост
Антенный пост 1 является основным блоком когерентной твердотельной цифровой радиолокационной станции и служит для формирования и излучения в пространство зондирующего СВЧ-сигнала, а также для приема и обработки сигналов, отраженных от целей. АП имеет четыре перестраиваемые литерные частоты: 9440, 9450, 9460 и 9470 MHz.
АП определяет все основные характеристики РЛМ в целом, которые приведены ниже.
Дальности обнаружения целей:
- человек
до 7,5 км
- легковой автомобиль
до 10 км
- грузовой автомобиль
до 13 км
Приборная дальность
15 км
Точность измерения координат и параметров движения целей:
- по азимуту
не хуже 1,0°
- по дальности
не хуже 5 м
- по скорости
не хуже 0,4 км/ч
Разрешающая способность:
- по дальности
не хуже 15 м
- по азимуту
не хуже 6°
Скорость обзора
10±1%
АП предназначен для работы в составе РЛМ в качестве источника радиолокационной информации и обеспечивает:
- формирование, излучение и прием СВЧ сигналов в соответствии с информацией, поступающей по линии связи от РМО РЛМ;
- цифровую согласованную фильтрацию принятых сигналов, обнаружение и измерение координат и скорости движущихся целей;
- прием значений углов азимутального датчика от ОПУ;
- выдачу первичной и вторичной радиолокационной информации с координатами и скоростями целей в реальном времени в процессорный модуль РМО;
- выделение доплеровского сигнала цели (спектра) и выдачу его в процессорный модуль РМО;
- автоматическую калибровку по дальности и доплеровской частоте;
- автоматический контроль и выдачу в процессорный модуль РМО сообщений о техническом состоянии собственной аппаратуры.
Конструктивно АП представляет собой герметичный корпус с размещенными в нем модулями. Все внешние связи осуществляются через два разъема, расположенных на задней стенке.
Передней стенкой АП является радиопрозрачное полотно, защищающее антенну от внешних воздействий.
В состав АП входят следующие основные части (модули):
- антенный модуль (AM);
- приемо-передающий модуль (ППМ);
- модуль цифровой фильтрации и обработки сигналов (МЦФОС);
- модуль коммутации (МК);
- модуль вторичного питания (МВПИК);
- модуль генератора опорных частот (ГОЧ).
Структурная схема АП приведена на фиг.3.
AM предназначен для обеспечения направленного зондирования, производимого АП, и последующей пространственной фильтрации эхо-сигналов. AM состоит из микрополосковых СВЧ-элементов, совместная работа которых обеспечивает требуемые характеристики антенного модуля: ширину диаграммы направленности в двух плоскостях, коэффициент усиления, коэффициент стоячей волны (КСВ) и др.
ППМ предназначен для усиления сигналов, преобразования несущей и промежуточной частот сигналов, синтеза опорных частот АП. ППМ состоит из приемного и передающего модулей. ППМ обеспечивает усиление сигнала и преобразование промежуточной частоты сигнала в несущую частоту. Приемный модуль обеспечивает усиление сигнала и преобразование несущей частоты сигнала в промежуточную частоту.
опорн
Модуль генератора опорных частот обеспечивает синтез опорных частот гетеродинов приемного и передающего модулей (9440-75 MHz) и опорной частоты для цифрового синтеза и дискретизации эхо-сигналов (F= 60 MHz).
МЦФОС предназначен для синтеза, цифровой обработки эхо-сигналов и управления составными частями АП. МЦФОС состоит из аналого-цифровой многослойной платы с размещенными на ней микросхемами. МЦФОС производит синтез зондирующего сигнала на промежуточной частоте, который подается на вход ППМ. Эхо-сигналы подаются на вход МЦФОС с выхода ППМ на промежуточной частоте 75 MHz.
Далее происходит дискретизация сигнала с использованием опорной частоты генератора ППМ 60 MHz. Дискретизованный сигнал подвергается цифровой обработке в реальном времени, заключающейся в цифровой согласованной фильтрации, адаптивном обнаружении, определении координат и спектров целей, с последующей их выдачей в ЭВМ РМО.
МК предназначен для коммутации сигналов управления и передачи данных от МЦФОС и МВПИК на внутренние и внешние устройства, связанные с АП. МК состоит из цифровой многослойной платы с микросхемами и обеспечивает прохождение цифровых сигналов управления (опорной частоты и переключения литерных частот) и напряжения питания от МЦФОС к модулям АП. В изделии возможна установка четырех значений литерных частот излучения: 9440; 9450; 9460 и 9470 MHz. Литерные частоты устанавливаются в технологическом режиме и их изменение недоступно оператору. По требованиям потребителя режим установки литерных частот может быть активирован и стать доступным оператору, кроме того, в АП заложена возможность реализации автоматического переключения литерных частот в ходе работы РЛМ.
МВПИК предназначен для преобразования напряжения питания АП к номинальным напряжениям питания модулей АП. МВПИК состоит из многослойной платы с модулем преобразователя напряжения и производит преобразование напряжения +12 V к номинальному значению +5 V. По команде с МЦФОС, МВПИК переводит аппаратуру АП в режим ожидания, характеризующийся минимальным потреблением энергии модулями АП.
Обмен информацией между АП и процессорным блоком РЛМ осуществляется по интерфейсу RS 485 через ОПУ, консоль-2 и преобразователь интерфейсов, который подключен к USB-порту процессора.
Приемо-передающий модуль (ППМ) конструктивно выполнен в виде одного модуля и содержит приемник и передатчик. Оба устройства выполнены с одним преобразованием частоты. Частота гетеродина 9365 MHz на основной литере 9440 MHz (основная литера определяется настройками ВЧ фильтров приемника и передатчика). Циркулятор находится внутри ППМ. Сигналы стробирования и управления (ССУ), соответственно ПРМ для приемника и ПРД для передатчика, предназначены для стробирования усилителя мощности и, одновременно, для включения защиты МШУ в момент излучения.
-8
-9
Генератор опорных частот формирует опорные частоты для приемника и передатчика, а также для МЦФОС. Все частоты формируются от одного опорного генератора 30 MHz, находящегося в термостате и обладающего кратковременной стабильностью 10-10 (на интервале накопления 140 ms). Именно такое время требуется для обработки информации с одного углового направления. Опорная частота МЦФОС-60 MHz, этой частотой стробируется АЦП и цифровой синтезатор сигналов.
Синтезатор частот гетеродина цифровой, управляется сигналами от МЦФОС. В данной системе возможна перестройка частоты гетеродина (и соответственно несущей) в пределах 50 MHz.
На МЦФОС производится формирование излучаемого сигнала на ПЧ 75 MHz (частота цифро-аналогового преобразователя синтезатора 300 MHz) и оцифровка сигнала на ПЧ 75 MHz с частотой дискретизации 60 MHz. Также на МЦФОС выполняется согласованная фильтрация сигналов и формирование замеров.
Блоки приемно-передающего модуля и генератора опорной частоты выполнены в отдельных герметизированных корпусах. Для формирования замеров и их привязки к угловым направлениям на МЦФОС подаются сигналы с датчиков углового положения ОПУ.
Обмен с рабочим местом оператора осуществляется по интерфейсу RS 485 со скоростями от 2 до 10 Mb/s.
4. Блок вторичного питания
Блок вторичного питания 9 предназначен для обеспечения электропитанием - напряжением постоянного тока 24 V аппаратуры изделия, исключая рабочее место (ноутбук), который имеет свои встроенные аккумуляторные батареи.
Блок 9 представляет собой герметичную конструкцию (металлический корпус) с двумя крышками - верхней, через которую аккумуляторы устанавливаются внутрь блока, и боковой отвинчивающейся на резьбе крышкой для обеспечения доступа к разъемам подключения кабелей. Кабель питания изделия подключается к разъему Ш1, а разъем Ш2 служит для подключения дополнительных внешних устройств. Например, при работе изделия в составе автоматизированных систем управления заказчика, к этим гнездам может быть подключено питание аппаратуры передачи данных.
5. Рабочее место оператора
Рабочее место оператора представляет собой компьютер (ноутбук) 8 промышленного исполнения, который обеспечивает работу оператора с изделием во всех режимах работы.
Таким образом преимущества предлагаемой конструкции РЛС, предназначенной для обнаружения и слежения за наземными и/или надводными целями, сводятся в следующим:
- наличие твердотельного транзисторного приемо-передающего модуля, позволяющего при минимальных габаритах и потребляемой мощности получить дальность обнаружения человека не менее 7,5 км, автомобиля - 13 км.;
- наличие в системе обработки радиолокационной информации РЛС режима кластеризации, что позволяет при ограниченных размерах антенны (ширине ее диаграммы направленности около 4,5 градуса) и при размере элемента разрешения по дальности 15 метров получить точность измерения азимута не хуже 1 градуса и точность измерения дальности не хуже 5 метров;
- рабочее место изделия представляет собой специализированную геоинформационную систему (ГИС), позволяющую отображать информацию и производить решение информационно-расчетных задач с использованием цифровых карт местности;
- изделие имеет встроенную систему спутниковой навигации, информационно сопряженную с ГИС рабочего места оператора;
- конструктивные возможности РЛС позволяют использовать ее в носимом (переносном), мобильном (на базовом автомобильном шасси) и стационарном вариантах применения;
- изделие имеет систему автоматического сопровождения наземных движущихся целей, позволяющую одновременно сопровождать (на проходе) до 50 целей;
- изделие имеет специальные программные алгоритмы передачи информации в автоматизированные системы управления эксплуатирующей организации и режим дистанционного управления по радиоканалу с дальностей до 30 км.