РЛС с последовательным секторным круговым электромагнитным сканированием пространства, неподвижными фазированными антенными решётками
RADAR WITH SEQUENTIAL SECTOR CIRCULAR MAGNETIC SCANNING OF SPACE BY STATIONARY PHASED ANTENNA ARRAYS

1. Предназначение.
Радиолокационная станция с последовательным секторным круговым электромагнитным сканированием пространства (далее РЛС с ПСКЭСП), неподвижными фазированными антенными решетками (далее НФАР), разнонаправленными в пространстве по секторам, предназначена для обнаружения, измерения координат и определения свойств космических и воздушных объектов.
Радиолокационная станция с круговым электромагнитным сканированием пространства, неподвижными фазированными антенными решетками, разнонаправленными в пространстве по секторам, относится к области науки и техники, объединяющей методы и средства локации (обнаружения и измерения координат) и определяющей свойства различных объектов с помощью радиоволн.
Является изобретением двойного предназначения.
Возможно применение в военной и гражданской областях.
2. Уровень техники.
В настоящее время радиолокационные станции подразделяют на активную, полуактивную, активную с пассивным ответом и пассивную радиолокацию.
Для просмотра окружающего пространства РЛС используют различные способы обзора за счет перемещения направленного луча антенны РЛС: круговой, секторный, обзор по винтовой линии, конический, по спирали, «V» обзор, линейный обзор.
В соответствии с видом излучения РЛС делятся на РЛС непрерывного излучения и импульсные РЛС.
Для кругового просмотра пространства используют два варианта обзора. В подавляющем большинстве РЛС используют механическое вращение антенны. Во втором варианте, неподвижные антенные плоскости с ФАР (от 4 и более) создают по секторальною, постоянную, круговую диаграмму направленности.
Примером кругового просмотра пространства, неподвижными ФАР является РЛС дальнего обнаружения «Дон-2Н».
Каждая антенна с ПФАР или АФАР имеет свой приемопередающий, преобразующий канал и блок управления, то есть РЛС с 4 неподвижными антеннами с ФАР имеет 4 приемопередающих, 4 преобразующих и 4 блока управления, что делает такую РЛС штучным, очень дорогим изделием.
РЛС с механическим круговым вращением ФАР на несколько порядков дешевле, но уступает по своим функциональным и информационным возможностям РЛС с неподвижными ФАР.
3. Сущность изобретения.
Сущность изобретения заключается в возможности кругового обзора пространства, путем: последовательным, секторным, круговым, электромагнитным сканированием пространства, используя один аналого-цифровой преобразователь (АЦП), один цифро-аналоговый преобразователь, один приемопередающий канал, один блок управления режимами работы РЛС с 4 и более неподвижными ФАР.
Так же, как и в существующих РЛС с неподвижными антеннами с ФАР, в создании кругового радиолокационного поля участвуют четыре и более неподвижные антенны с ФАР, размещенные по внешнему периметру РЛС. Для достижения эффекта кругового вращения диаграммы направленности неподвижных ФАР в изобретении используется коммутатор последовательного переключения приемопередающего сигнала на один из секторов обзора. При этом оптимальный вариант размещения коммутатора или коммутаторов в схеме приемопередающего канала или каналов зависит от вида ФАР (активная, пассивная), диапазона применяемых СВЧ частот и т.д.
Использование одного приемопередающего канала на 4 и более антенные плоскости с ФАР позволит:
минимум в три раза уменьшить стоимость, по сравнению с РЛС постоянного кругового обзора с четырьмя неподвижными ФАР, классического построения с 4 приемопередающими и 4 преобразующими каналами;
приравнять по стоимости к РЛС с ФАР кругового механического вращения, повысив информационные возможности.
4. Принципы устройства и функционирования РЛС с ПСКЭСП неподвижными фазированными антенными решетками.
Основные составляющие РЛС с ПСКЭСП, неподвижными фазированными антенными решетками:
- четыре и более плоскости с ФАР;
- один приемопередающий модуль с одним аналого-цифровым и одним цифро-аналоговым преобразователями;
- блок управления и отображения полученной цифровой информации.
Основой обнаружения воздушных, наземных объектов являются 4 и более плоскостные антенны с ФАР. Антенные плоскости с ФАР размещаются по внешнему периметру РЛС. Основной режим работы антенной плоскости с ФАР: вертикальное сканирование сектора обзора, что позволяет с первого полученного сигнала определять высоту цели и указать на ее приоритет в дальнейшем сопровождении.
Конструктивной особенностью антенных плоскостей с ФАР является возможность создания горизонтальной плоскостной диаграммы направленности в секторе до 100 градусов, что позволит перекрыть четырьмя антеннами все круговое пространство.
Одним приемопередающим каналом при помощи коммутатора или коммутаторов обеспечивается последовательное переключение приемопередающего сигнала на антенные плоскости с ФАР по кругу. Период сканирования одного сектора обзора должен позволять произвести минимум один проход горизонтальной диаграммы направленности по всему углу места.
5. Преимущество РЛС с ПСКЭСП неподвижными фазированными антенными решетками.
- в три раза дешевле по сравнению с РЛС с четырьмя неподвижными антеннами с ФАР постоянного кругового просмотра пространства;
- уменьшенные габаритные размеры приемопередающего модуля позволяют создать высокомобильную РЛС (для сухопутных войск ПВО);
- при разработке длиннофидерной или длинноволноводной схемы подключения возможен подъем антенной системы на мачту (для войск ПВО);
- уменьшенное на порядок энергопотребление;
- применение вертикального сканирования, сжатого по сектору приемопередающего радиолокационного луча, увеличивает дальность обнаружения воздушных объектов, т.к. в основном все летательные объекты вытянуты в длину и совершают горизонтальный полет, максимальная отражающая поверхность летательного объекта;
- нет демаскирующих факторов вращения антенны;
- не зависит от метеоусловий, скорости ветра, обледенения;
- не требуется отдельная РЛС или перестройка ФАР для определения высоты цели;
- возможность одновременного, двойного применения как в военной, так и в гражданской области.
6. Принципиальные отличия РЛС с ПСКЭСП НФАР от существующих систем РЛС.
Существующие РЛС используют круговое или секторальное механическое вращение антенн с набором ФАР. Круговое вращение антенны требует значительных пространственных и энергетических затрат.
Наличие одного общего приемопередающего канала для 4 и более антенн с ФАР позволяет сделать малоразмерную РЛС с ПСКЭСП НФАР, относительно не дорогую в производстве и эксплуатации.
Возможна маскировка ФАР под антенные излучатели сотовых операторов, а также маскировка антенных систем радиопрозрачными маскировочными сетями.
РЛС с ПСКЭСП НФАР позволяет обеспечивать обнаружение и сопровождение не только маловысотных целей, а также высотных целей до 350 км, что позволяет использовать ее информационное поле в средствах ПКО.
Базовые проектные характеристики РЛС с ПСКЭСП НФАР предполагают проектирование и создание автономной, малогабаритной, максимально эффективной, несложной и надежной в эксплуатации, при ограниченной стоимости, современной РЛС для войск ПВО и ПКО.
7. Осуществление изобретения.
Основная задача при осуществлении изобретения состоит в возможности создания максимально эффективной, при ограниченной стоимости, автономной РЛС с ПСКЭСП НФАР, предназначенной для войск ПВО и подразделений раннего обнаружения ПКО.
По своему предназначению РЛС с ПСКЭСП НФАР является разведывательной РЛС обнаружения и цели указания средствам уничтожения.
В зависимости от необходимой дальности обнаружения, требуемого качества РЛИ, выбирается оптимальный частотный диапазон волн.
Используются все современные наработки в области проектирования и строительства РЛС с ПФАР и АФАР.
Возможно полное копирование действующих РЛС с ПФАР и АФАР со следующими доработками:
обязательное условие, наличие 4 и более ФАР, для создания кругового электромагнитного сканирования пространства;
построение РЛС с одним приемопередающим трактом с последовательной СВЧ- нагрузкой на 4 и более антенны с ФАР, для чего использовать СВЧ-коммутатор или коммутаторы, согласованные с ФАР;
конструирование СВЧ фидерных и волновых трактов для удаленных от коммутаторов антенн с ФАР.
Предполагается основное использование РЛС с ПСКЭСП НФАР осуществить в войсках ПВО и подразделениях раннего обнаружения ПКО. Это должна быть единая система РЛС с СПКЭСП НФАР, с необходимым покрытием воздушного и космического пространства, что позволит беспровально отслеживать спуск орбитальных объектов, вплоть до касания земли.
Для РТВ ПВО, на антенных мачтах высотой от 20 до 30 м устанавливаются модули с фазированными антенными решетками, приемо-передающей СВЧ-аппаратурой, аналоговым преобразователем и средствами связи.
Количество неподвижных ФАР на антенной мачте рассчитывается исходя из требований, предъявляемых к получаемой радиолокационной информации от одной ФАР - обнаружение факта нарушения охраняемой границы до четырех ФАР на каждой антенной мачте, обеспечивающие создание последовательного кругового электромагнитного РЛ поля.
При необходимости обнаружения летательных объектов в ближнем космосе на расстоянии до 2000 км и высоте полета до 300 км ряд ФАР оборудовать мощными излучателями, что позволит обнаруживать и сопровождать космические объекты над территорией страны.