САМОЛЕТНАЯ РЛС С ЩЕЛЕВОЙ АНТЕННОЙ

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована для радиотехнического обзора передней полусферы легкомоторных самолетов с высоко расположенным крылом.
Современные самолетные РЛК обладают высокими габаритно-массовыми характеристиками, что препятствует их применению на легкомоторных самолетов, хотя необходимость их применения давно назрела. До настоящего времени не существует приемлемого по габаритам антенны такой РЛС. Дело в том, что широко распространенные параболические антенны обладают большим диаметром, даже на частоте ЗмГц диаметр составляет не менее 50 см, плюс обтекатель и антенная колонка, ну не вписывается такая антенна в конструкцию самолета.
Сейчас нашли широкое применение фазированные антенные решетки (ФАР), но и они, при всех своих положительных качествах довольно громоздки и сложны.
При высоком уровне развития микроэлектроники, особенно изделий СВЧ на микрополосковых линиях (МПЛ), передающе-приемная часть РЛК может быть минимизирована до очень малых габаритов.
Остается антенна, но «новое - хорошо забытое старое», поэтому вернемся к щелевой антенне незаслуженно забытой.
Если ограничить обзор передней полусферы конусом 45°, дальностью 10-12 км, частотой 3 мГц, то получим:
- щелевая колонка не нужна;
- мощность в импульсе не более 100 Вт;
- частота следования импульсов 10 кГц.
При этих данных можно сконструировать мини-РЛС в очень небольших габаритах с вполне приемлемыми техническими характеристиками, которые позволяют «видеть» впереди летящие самолеты, вышки ЛЭП, трубы, грозы, радиолокационный рельеф (холмы, горы) и пр., что значительно повысит безопасность полета, особенно в условиях ограниченной видимости (туман, ночь, плохая погода).
Технической задачей является повышение безопасности полетов. Для решения поставленной задачи предлагается самолетная РЛС с щелевой антенной содержащая собственную антенну, антенный переключатель предающе-приемную часть, микропроцессор и индикатор, отличающаяся тем, что щелевая антенна выполнена из двух частей:
горизонтальной - размещенной в передней части крыли и вертикальной, размещенной в носу самолета; вертикальная часть состоит из двух половин, расположенных симметрично по направлению полета, а горизонтальная часть выполнена полностью цельной; индикатор выполнен на жидкокристаллическом дисплее; щелевая антенна выполнена в горизонтальной и вертикальной частях в виде стенок полого резонатора или боковых стенок полого волновода; на металлической поверхности антенн вырезаны группы щелей для обеспечения острой направленности в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
На фиг.1 показана структурная схема самолетной РЛС, на фиг.2 -схема размещения антенны на самолете, на которых изображено:
1 - щелевая антенна в азимутальной плоскости; 2 и 3 - половинки щелевой антенны по углу места; 4 - антенный переключатель (АП); 5 -приемопередатчик (Пр.пер); 6 - микропроцессор; 7 -жидкокристаллический индикатор; 8 - генератор ВЧ (ГВЧ). Самолетная РЛС по фиг.1 имеет следующие соединения: АП4 первой шиной входа/выхода соединен с первой щелевой антенной 2 и 3, а второй шиной входа/выхода - соединен с МП 6, последний первой шиной управления соединен с АП4, второй шиной управления - с ЖКИ 7, ГВЧ 8
шиной ВЧ соединен с ПрПер 5, шины синхронизации питания и пр. на фиг.2 условно не показаны.
Узлы самолетной РЛС могут быть выполнены по следующим схемам: щелевые антенны 1, 2 и 3, см. М.П.Долуханов «Антенны излучают», М., «Связь», 1973, стр.81-82; АП4, см. «Антенны и устройства СВЧ» под.ред. Д.И.Воскресенского, М, Р и С, 1994, стр.329-333; ПрПер 5, см.»микроэлектронные устройства СВЧ», под.ред. Г.Н.Веселова, М., Высшая школа, 1988, стр.173, 201 225; ГВЧ 8, см. там же, стр.158-160; МП 6 - это, напримр, микропроцессор фирмы Intel 80C 188 ТС-16? См каталог «Сектор электронных компьютеров. Россия-99» М., ДО ДЕКА, 1999, стр.487; ЖКИ -фирмы POVERTYPPG-12864A 128х64 точки с подсветкой, CM.Aktiv-Matrix-LCD′s LDE052T - 12320×40 5,1 №46029, TECHNISCHER KATALOG 96/97г, фирмы Setzon, стр.466 38032, Brauhschveig, Germani.
Самолетная РЛС с щелевой антенной работает следующим образом. МП6 определяет все временные соотношения работы РЛС в целом и его частей между собой. Подается сигнал с мП6 по третьей шине вх/вых. На ПрПер3, который открывается на передачу, пропуская сигнал с ГВЧ8 на время следования запросного импульса. Одновременно с мП6 по первой шине управления открывается АП4 на передачу. Т.о сигнал с ГВЧ8 проходит на щелевые антенны, которые через группы отверстий возбуждают электромагнитное поле в пространстве перед антеннами, данное поле в виде радиоимпульса излучается в пространство передней полусферы. Этот радиоимпульс отразившись от цели, например, встречного самолета, возвращается в антенны, которые после излучения радиоимпульса, как АП; и ПрПер5 уже переключены на прием. После преобразования на ПрПер5 (усиление на МШУ, видеодетектирования, фильтрации и пр. на фиг.1 условно это не показано) этот видеоимпульс поступает по третьей шине вх/вых на МП6, где происходит его цифровая обработка в реальном масштабе времени, которая включает в себя вычисление расстояния до цели и условные координаты цели, которые по второй шине управления (это
может быть последовательный интерфейс, например RS432) поступают на ЖКИ 7, где и отображается на индикаторе в виде яркостной отметки с указанием текущей информации о цели: дальность, скорость сближения (удаление), угловых координат и пр.
В данной заявке найден один из оптимальных вариантов антенной системы с учетом имеющихся возможностей ее размещения и условий работы всего радиолокатора. Оптимизация состоит в приближении значений реализуемых характеристик к предельно допустимым, найденным для выбранных критериев оптимальности, такими как максимальный коэффициент усиления щелевых антенн в секторе сканирования.
На фиг.2 показан пример размещения антенных подрешеток в носовой части фюзеляжа и в крыле, собственно управляюще-вычислительный блок выполнен в виде отдельного конструктива (блока) за приборной панелью ближе к обеим фазированным антенным подрешеткам, ЖКИ 7 непосредственно на приборной панели.
2
Примерные данные предлагаемого радиаторы следующие (при λ=см): каждая антенна 1, 2 и 3 имеет площадь ≈800 см (длина и ширина варьируются, глубина порядка 15 см, общий вес радиолокатора не более 1,5-2 кг дальность радиолокатора 12-15 км, мощность в импульсе менее 100Вт, τимп=100 мкс (с перестройкой во времени), частота повторения 10 кГц, ширина ДН игольчатая не менее 5° по вертикали и горизонтали, сложение мощностей излучателей - пространственное.
Построение конструктива по предложенному способу, т.е. совмещение по месту каждой антенны с общим блоком управления на микрополосковых линиях позволяет рассосредоточить антенны, что приводит к значительному снижению ГМХ при вполне удовлетворительных технических характеристиках. Данный конструктив радиолокатора позволяет оснастить ими большинство самолетов малой авиации, что значительно повысит безопасность полетов. Предлагаемый радиолокатор позволяет дополнительно
отслеживать радиорельеф местности (суша/вода) и обнаруживать грозовые фронты, что еще более увеличивает комфортность управления.
Большим конструктивным достоинством щелевых антенн является отсутствие выступающих частей, следовательно, и обтекателей.
Конечно, данная самолетная РЛС имеет ограниченное применение, т.к. самолет должен иметь высоко расположенное крыло и свободный от двигателя с винтом нос, но даже в этом случае РЛС найдет широкое применение, т.к. самолетов легкомоторной авиации с высоко расположенным крылом и свободным носом почти половина.