УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ С ШЕРОХОВАТЫМ ЗЕРКАЛОМ

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в пассивной радиолокации любого базирования и пеленгационных системах для измерения углового положения источника излучения.
Как правило, измерение углового положения источника излучения производится путем сравнения разности фаз колебаний в точках разнесенных на некоторое расстояние. При этом точность оценки углового положения источника излучения растет при увеличении расстояния между точками приема. Недостатком устройства является необходимость использовать больших в длинах волн, апертур приемной антенны для обеспечения высокой точности измерения.
Наиболее близким к изобретению является способ измерения углового положения источника излучения с помощью амплитудных методов пеленгации (см. Радиолокационные устройства (теория и принципы построения)/Под ред. В.В.Григорина-Рябова. - М.: Советское радио, 1970. - 680 с.), используемый в радиолокации. Амплитудные методы пеленгации основаны на использовании направленных свойств антенны, и основными методами амплитудной пеленгации являются метод максимума, метод минимума, равносигнальный метод. При пеленгации излучающей цели используются направленные свойства приемной антенны. В этом методе для улучшения направленных свойств приемной антенны применяется антенна в виде параболического зеркала. Блок-схема устройства-прототипа изображена на фиг.1.
Устройство-прототип, изображенное на фиг.1, включает: приемную антенную систему в виде гладкого параболического зеркала (блок 1), механизм поворота антенны (блок 2), указатель поворота антенны θ (блок 3), приемник для обработки принятых радиолокационных сигналов в виде расположенного в фокусе параболического зеркала коллектора излучения компонент поля переизлученного параболой (блок 4), амплитудный детектор (блок 5) и вольтметр (блок 6).
В устройстве-прототипе измерение углового положения источника излучения происходит следующим образом: сигнал от источника излучения приходит на приемную антенну в виде параболического зеркала, за тем переизлученный сигнал принимается расположенным в фокусе параболы коллектором излучения, который может выполняться обеспечивающим прием сигналов как одной, так и двух компонент поляризационного базиса (см. Нарбут В.П.Поляризация излучения
зеркальных антенн. - Киев: "Вища школа", 1978. - 280 с.). Далее принятый сигнал подается на амплитудный детектор, с выхода которого поступает на вход вольтметра.
При пеленгации с помощью амплитудных методов плавно изменяется угловое положение антенны, и она в течение некоторого времени принимает сигналы цели. Отчет угловой координаты цели производится: по методу максимума в тот момент, когда амплитуда сигнала на выходе приемника достигает наибольшего значения; по методу минимума, когда амплитуда принимает минимальное значение; в равносигнальном методе экстремальная точка выходного напряжения приемника определяется по двум равным отсчетам напряжений получающихся при повороте антенны. Механизм поворота вращает антенну; одновременно приводится в действие указатель поворота, по шкале которого отсчитывается направление оси антенны.
Для уменьшения размеров апертуры приемной антенны при одновременном увеличении мобильности измерительного устройства и повышения точности измерения угловых координат источника излучения предлагается использовать поляризационные параметры переизлученного поля, в которых заложена информация об угловом положении источника излучения.
Известен метод измерения углового положения источника излучения по поляризационной структуре поля (см. Лукин А.Н., Швырев Б.А. Измерение углового положения источника излучения по поляризационной структуре поля//"Радиотехника". - 1998. - №6.). Суть метода состоит в различной угловой зависимости компонент поляризационного базиса электромагнитного поля при прохождении (отражении) колебаний через анизотропные или неоднородные среды. По этому методу предложено устройство измерения углового положения источника излучения, где в качестве среды, изменяющей поляризационную структуру поля- в зависимости от угла падения, используется магнитоактивная плазма (Свид. на П.М. №14785 РФ, 7 G 01 S 3/04 Устройство для измерения углового положения источника излучения / Лукин А.Н., Швырев Б.А. -№2000107707/20; Заявл. 03.04.2000; Опубл. 28.08.2000. - Бюль. №24). В данном методе для уменьшения размеров апертуры приемной антенны при одновременном увеличении мобильности измерительного устройства перед приемной антенной расположен газоразрядный прибор, находящийся в магнитном поле.
В устройстве реализовано два основных режима. Первый режим -режим измерения поляризации принимаемого сигнала от источника излучения. Он выполняется при отсутствии холодной магнитоактивной плазмы в газоразрядном приборе и учитывает прохождение сигнала через стеклянную колбу. Второй режим - режим измерения сдвига фаз между вертикальной и горизонтальной компонентами сигнала источника
излучения прошедшего через слой магнитоактивной плазмы. При этом сигнал от источника излучения приходит на газоразрядный прибор, с зажженной плазмой находящейся в магнитном поле. Пройдя через слой холодной магнитоактивной плазмы сигнал получает сдвиг фаз между вертикальной и горизонтальной компонентами сигнала. Антенная система обеспечивает раздельный прием вертикальной и горизонтальной компонент поля приходящей волны от источника излучения. Далее в спецвычислителе измеренная разность фаз ставится в соответствие угловому положению источника излучения. В данном устройстве, для измерения углового положения источника излучения необходима нормировка на сдвиг фаз, вносимый стеклянной колбой газоразрядного прибора с не зажженной холодной магнитоактивной плазмой, которая реализована в первом режиме измерений.
Технически использование магнитоактивной плазмы не всегда возможно, также весьма затруднительно обеспечение контроля стабильного состояния магнитоактивной плазмы, поэтому представляется целесообразным использовать другие технические решения по измерению углового положения источника излучения этим методом.
Существенным отличием предлагаемого метода измерения является то, что в качестве среды, изменяющей поляризационную структуру поля в зависимости от угла падения, предлагается использовать неоднородность среды распространения в виде проводящей параболической антенны с шероховатым зеркалом. Потенциальная точность измерения предлагаемого метода может быть значительно выше за счет увеличения разности скоростей изменения фаз поляризационных компонент поля, путем использования неровной поверхности, и за счет большого сбора энергии (отношения сигнал-шум) переизлученного поля, что обеспечивает использование металлического зеркала в виде параболоида вращения.
При этом относительно устройства-прототипа возрастает точность измерения углового положения источника излучения, поскольку за счет использования параболической антенны с шероховатым зеркалом, представляющим собой металлическое зеркало в виде параболоида вращения с расположенными периодическим образом выступами в виде проводящих полусфер, лежащих плоским срезом на внутренней поверхности зеркала, обеспечивается значительная трансформация положения волнового вектора в поляризационную структуру поля в зависимости от угла падения.
Целью предлагаемого технического решения является повышение точности измерения углового положения источника излучения, путем заменены параболического зеркала на шероховатое параболическое зеркало, а измерителя суммарного выходного напряжения на блок измерения разности фаз между сигналами каналов, что в совокупности представляет собой параболическую антенну с шероховатым зеркалом.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения углового положения источника излучения по поляризационной структуре поля принимаемого сигнала, содержащее приемную антенную систему, обеспечивающую раздельный прием вертикальной и горизонтальной компонент поля волны от источника излучения, соединенную с двухканальным приемником, выход каждого канала которого соединен с фазометром, измеряющим сдвиг фаз между вертикальной и горизонтальной компонентами принятого сигнала, введена параболическая антенна с шероховатым зеркалом. Приемная антенная система представляет собой круглую рупорную антенну с поляризационным расщепителем.
В предложенном методе реализованы два режима измерения:
1) режим измерения поляризации принимаемого сигнала от источника излучения, он выполняется при отсутствии параболической антенны с шероховатым зеркалом; 2) режим измерения сдвига фаз между вертикальной и горизонтальной компонентами поляризационного базиса при переизлучении сигнала источника излучения параболической антенной с шероховатым зеркалом. При этом сигнал от источника излучения приходит на параболическую антенну с шероховатым зеркалом, переизлученный ей сигнал получает сдвиг фаз между вертикальной и горизонтальной компонентами. Антенная система представляет собой круглую рупорную антенну с поляризационным расщепителем вертикальной и горизонтальной компонент поля приходящей переизлученной волны. Далее в спецвычислителе измеренная разность фаз ставится в соответствие угловому положению источника излучения. На фиг.2 представлена блок-схема предложенного устройства для измерения углового положения источника излучения с помощью параболической антенны с шероховатым зеркалом.
Решение со сходными признаками не известно заявителю, из чего можно сделать вывод, что предлагаемое решение обладает существенными отличиями.
Устройство для измерения углового положения источника излучения содержит (фиг.2) круглую рупорную антенну 4, помещенную в фокусе параболоида вращения, расположенной перед ней параболической антенны с шероховатым зеркалом 1, механизм поворота антенны 2, указатель поворота антенны 3. Круглая рупорная антенна 4 через круглый волновод соединена с поляризационным расщепителем 5, который в свою очередь связан системой прямоугольных волноводов с аттенюаторами 6, 7, расположенных в каждом из пространственно-ортогональных плечах волноводного тракта для выравнивания амплитуды в обоих каналах. Далее сигнал поступает на смеситель 9, потом на амплитудный детектор 10. Угловое положение источника излучения ставится в соответствие показаниям вольтметра 8.
Устройство для измерения углового положения источника излучения работает следующим образом. На параболическую антенну с шероховатым зеркалом под углом θ падает плоская электромагнитная волна от источника излучения, имеющего круговую частоту ω.
Параболическая антенна с шероховатым зеркалом расположена перед круглой рупорной антенной помещенной так, что фазовый центр круглой рупорной антенны совмещен с фокусом параболоида вращения параболической антенны.
Известно, что в радиодиапазоне существенно различное воздействие на компоненты поляризационного базиса электромагнитного поля оказывают проводящие сферы и полусферы. Таким образом, применяя в качестве неоднородности среды распространения переизлучатель в виде параболической антенны с шероховатым зеркалом, получим переизлученную волну с эллиптической поляризацией. Представим сигнал переизлученный параболической антенной с шероховатым зеркалом в фокусе параболоида вращения в следующем виде:
0
0
A
где E и φ - амплитуда и начальная фаза сигнала,  - комплексные коэффициенты, характеризующие полное поле переизлученное параболической антенной с шероховатым зеркалом; θ - угол поворота антенны.
Действительные значения компонент полного поля после переизлучения параболической антенной с шероховатым зеркалом:
таким образом
где  и  - модули комплексных коэффициентов  и ; и  - аргументы соответствующих коэффициентов.
Данные коэффициенты , , ,  могут быть измерены для конкретной параболической антенны с шероховатым зеркалом или аппроксимированы.
x
y
Сигнал поступает на антенную систему, которая обеспечивает прием в двух ортогональных плоскостях. В один канал приемника поступает компонента Е а в другой компонента Е. Регулируемыми
аттенюаторами обеспечивается выравнивание амплитуды сигналов в обоих каналах. Таким образом, сигналы, прошедшие аттенюаторы с
коэффициентами ослабления соответственно
В смесителе сигналы суммируются, т.е.
Далее суммарный сигнал поступает на квадратичный детектор. Сигнал на выходе детектора при квадратичном детектировании определяется соотношением
где Т - постоянная времени входной цепи вольтметра.
В результате анализа прохождения сигнала (3) переизлученного параболической антенной с шероховатым зеркалом через типовые блоки устройства на выходе получим амплитуду напряжения изменяющуюся в зависимости от угла падения электромагнитной волны по закону (6).
Доказательством возможности осуществления предлагаемого устройства является то, что вводимые блоки типовые и просты по конструкции. Для однозначного определения углового положения источника излучения необходимо обеспечить, чтобы уравнение (6) имело единственное решение в рабочем секторе углов измерителя.
Таким образом, применение предлагаемого устройства для измерения углового положения источника излучения позволит повысить точность измерения углового положения источника излучения, путем заменены гладкого параболического зеркала на шероховатое параболическое зеркало, а измерителя суммарного выходного напряжения на блок измерения разности фаз между сигналами каналов, что в совокупности представляет собой параболическую антенну с шероховатым зеркалом.