ИМИТАТОР РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ЦЕЛИ
RADAR TARGET SIMULATOR

Предлагаемое изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для настройки и испытаний РЛС, предназначенных для работы по низколетящим целям.
Особенностью сопровождения низколетящих целей является то, что сигналы, отраженные от них, поступают к РЛС двумя путями: непосредственно от цели и посредством переизлучения их подстилающей (морской) поверхностью, причем переизлучение может быть как зеркальным, так и диффузным, характер его зависит от большого числа факторов, некоторые из которых в натурных условиях наблюдаются крайне редко.
Поэтому при разработке (и серийных поставках) РЛС ПВО, предназначенных для сопровождения по угловым координатам низколетящих целей, необходимы большие затраты времени и средств для настройки и испытаний их в натурных условиях.
Для проведения этих испытаний необходима организация выходов кораблей, на которых установлены испытуемые РЛС ПВО, полетов самолетов-мишеней и пусков ракет-мишеней на малых и сверхмалых высотах. И все же всестороннюю оценку выполнения требований, предъявляемых при работе РЛС по низколетящим целям, в различных метеорологических условиях организовать практически никогда не удается.
Дороговизна и длительное время, необходимое для проведения подобных исследований, заставляют обращаться к физическому или математическому моделированию радиолокационных целей. В качестве физических моделей радиолокационной цели используются различные имитаторы целей, которые более простыми средствами позволяют снимать указанные характеристики с учетом движения, флуктуации цели и других факторов. Такие имитаторы, например, описаны в патентах США №№3110026, 3760418, 3761825, 3199107, заявке ФРГ №2210225 и др.
N - элементный имитатор по патенту США №3760418 состоит из N излучателей, каждый из которых содержит антенну СВЧ, модулятор, генератор шумового модулирующего сигнала и схему настройки фазовой модуляции. Этот имитатор позволяет легко проверить характеристики радиолокатора и влияние на них углевых и амплитудных флуктуаций сигнала от цели.
В аппаратуре по патенту США №3110026, предназначенной для испытаний РЛС управления стрельбой, обеспечивается имитация движения и скорости цели. Этот имитатор содержит две разнесенные параллельные антенны для излучения и приема электромагнитной энергии и модуляторы, позволяющие периодически менять уровень сигнала, излучаемого антеннами, и перераспределять мощность между ними. Аналогичный имитатор описан в патенте США №3199107.
Устройство для имитации радиолокационной цели, описанное в заявке ФРГ №2210225, содержит несколько разнесенных антенн, подключенных к общему генератору через управляемые аттенюаторы и делитель мощности. Это устройство, как наиболее близкое по составу и технической сущности, выбрано в качестве прототипа. Оно, как и предыдущие аналоги, позволяет имитировать сигнал, отраженный от цели, перемещающейся в пространстве.
Все упомянутые имитаторы, однако, могут использоваться для настройки и испытаний РЛС, работающих по высотным целям, т.к. влияние подстилающей поверхности на характеристики РЛС не только не учитываются, но в некоторых случаях специальными методами исключаются, как это делается, например, в аппаратуре для испытаний РЛС по патенту США №3199107, когда излучающие системы имитатора и РЛС помещаются в специальную камеру, исключающую влияние земли.
В РЛС, предназначенных для работы по низколетящим целям, существенное воздействие на ее характеристики оказывают сигналы, переизлучаемые подстилающей поверхностью, особенно при распространении над морем. Многолучевое распространение вызывает искажения сигнала от цели на входе РЛС и приводит к дополнительным погрешностям в измерении координат цели. Наибольшие ошибки при этом возникают при измерении угловых координат в вертикальной плоскости, которые в некоторых случаях могут привести даже к срыву сопровождения цели. Повышение точности измерения координат низколетящих целей является актуальной задачей ПВО в связи с широким применением в качестве средств поражения ракет, имеющих высоту полета 5-15 м. Поэтому создание имитаторов низколетящих целей имеет большое значение для усовершенствования РЛС современных систем ПВО.
Попытка имитаций сигнала от цели с учетом многолучевого распространения сделана в устройстве по патенту США №3761825. Однако этот имитатор позволяет проверить влияние многолучевого распространений только на устройства обработки.
Целью предлагаемого имитатора является повышение достоверности имитации сигнала от цели в условиях влияния подстилающей поверхности и расширение области имитируемых условий работы.
Поставленная цель достигается тем, что в состав известного имитатора радиолокационной цели, содержащего несколько расположенных в ряд излучателей с подключенными к ним управляемыми аттенюаторами, сигнал-генератор с подключенным к его выходу делителем мощности и блок управления аттенюаторами, введены генератор функционального сигнала, генератор ″N″ случайных сигналов с подключенным к одному из его выходов регулируемым декоррелятором, отдельно установленный дополнительный излучатель, подключенный к выходу делителя мощности через дополнительный управляемый аттенюатор, управляющий вход которого соединен с входом регулируемого декоррелятора, и ″N″ управляемых фазовращателей, включенных между соответствующими выходами делителя мощности и сигнальными входами управляемых аттенюаторов, причем управляющие входы одного из упомянутых фазовращателей и соединенного с ним управляемого аттенюатора подключены, соответственно, к выходу генератора функционального сигнала и выходу регулируемого декоррелятора, управляющие входы остальных ″N-1″ управляемых аттенюаторов и фазовращателей подключены, соответственно, к выходам блока управления аттенюаторами и к остальным ″N-1″ выходам генератора ″N″ случайных сигналов.
Сущность предложения состоит в том, что дополнительно введенные элементы (генераторы функционального и случайных сигналов, дополнительный, отнесенный на определенное расстояние излучатель, фазовращатели и др.) позволяют имитировать сигналы низколетящей цели с учетом сигналов, отраженных подстилающей поверхностью (зеркальной и диффузной составляющих), в соответствии с моделью, когда цель рассматривается как активный излучатель с всенаправленной диаграммой излучения, который облучает принимаемый радиолокатор и окружающую поверхность на частоте работы РЛС. Такая модель рассмотрена в статье [Бартон. Радиолокационное сопровождение целей при малых углах места. - ТИИЭР, том 62, №6, 1974 г., стр.37] и подтверждена данными радиолокационных наблюдений. В соответствии с принятой моделью достигшие поверхности электромагнитные волны и не поглощенные ею частично отражаются зеркально, частично рассеиваются элементами поверхности под разными углами. Энергия зеркально отраженных волн и большая часть мощности диффузно рассеянной будет приходить к радиолокатору из области диффузного рассеяния, вытянутой в угломестной плоскости. Границы ее зависят от геометрии взаимного расположения цели и РЛС. Такая форма области диффузного рассеяния позволяет для ее имитации использовать ″N″ в ряд расположенных излучателей, находящихся на определенном расстоянии от отдельного излучателя, имитирующего цель, причем один из них имитирует зеркальную составляющую, остальные - диффузную. Таким образом, предлагаемый имитатор позволяет реализовать характерную для НЛЦ пространственно-временную структуру сигналов в лабораторных и полигонных условиях, причем с возможностью регулировки параметров в широких пределах. Это позволяет значительно ускорить процесс настройки и испытаний и повысить качество проверки РЛС и пеленгаторов низколетящих целей за счет возможности имитации и многократного воспроизведения различных условий работы, в том числе таких, которые редко наблюдаются или весьма сложно (в техническом отношении) реализуются в натурных условиях.
Построение и порядок работы устройства поясняется функциональной схемой, представленной на фиг.1.
Предлагаемый имитатор радиолокационной цели содержит сигнал-генератор (СГ) 1 с делителем мощности (ДМ) 2, ″N″ выходов которого через управляемые фазовращатели (УФВ 1, 2, 3 …, N) 3, 4, 5, 6 и управляемые аттенюаторы (УАТ 1, 2, 3 … N) 7, 8, 9, 10 соединены с излучателями 11, 12, 13, 14, причем управляющие входы фазовращателей 3, 4, 6 соединены с выходами генератора ″N″ случайных сигналов (″N″ - ГС) 15, а фазовращателя 5 - с генератором функционального сигнала (ГФС) 16. Управляющее входы аттенюаторов 7, 8, 10 соединены с блоком управления аттенюаторами (БУАТ) 17, а аттенюатора 9 - с одним из выходов генератора ″N″ случайных сигналов 15 через регулируемый декоррелятор (РД) 18. К дополнительному выходу делителя мощности 2 через дополнительный управляемый аттенюатор (ДУАТ) 19 подключен излучатель 20, причем управляющий вход аттенюатора 19 соединен с тем же выходом генератора 15, что и регулируемый декоррелятор 18.
d - расстояние между дополнительным отдельно установленным излучателем 20 и излучателем 13, соединенным с цепью формирования зеркального сигнала (УАТ-3 и УФВ-3) определяется выражением
<mrow><mi>d</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>H</mi><mi>R</mi></mfrac><mi>Д</mi></mrow>
,
где H и R - высота полета и расстояние до цели;
Д - расстояние между имитатором и проверяемой РЛС.
Расстояние l от отдельного излучателя 20 до группы излучателей равно
<mrow><mi>l</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>d</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow>
.
Принцип действия имитатора следующий. Сигнал-генератор 1 вырабатывает сигналы на частоте работы РЛС, которые через делитель мощности 2 поступают в ″N″ расположенных в ряд излучателей 11, 12, 13, 14 через управляемые фазовращатели 3, 4, 5, 6 и аттенюаторы 7, 8, 9, 10, соответственно, а также через управляемый аттенюатор 19 в дополнительный излучатель 20. Все излучатели размещены в ряд в горизонтальной плоскости, имитируя в этой плоскости пространственно-временную структуру сигналов, соответствующую пространственно-временной структуре сигналов, отраженных от реальной низколетящей цели в вертикальной плоскости. Испытуемая антенна при этом также поворачивается на 90° вокруг горизонтальной оси.
Сигналы отдельно расположенного излучателя 20 имитируют цель. Для получения флуктуаций амплитуды этого сигнала затухание аттенюатора 19 изменяется по случайному закону сигналами генератора 15, подаваемыми на его управляющий вход.
С этого же выхода генератора 15 сигнал через регулируемый декоррелятор 18 подается на управляющий вход аттенюатора 9 цепи формирования зеркального сигнала, излучаемого излучателем 13. Регулируемый декоррелятор 18 позволяет в широких пределах регулировать степень корреляции между уровнем сигнала, имитирующего цель, и уровнем зеркальной составляющей отраженного сигнала. Изменение фазы зеркально отраженного сигнала в широких пределах осуществляется управляемым фазовращателем 5 путем подачи на его управляющий вход сигнала функционального генератора 16.
Остальные ″N-1″ излучатели 11, 12, 14 имитируют диффузную составляющую отраженного сигнала. Случайное распределение амплитуд сигналов этих излучателей создается изменением затуханий, вносимых в их тракты, соответственно, аттенюаторами 7, 8, 10 подачей на их управляющие входы сигналов с выходов блока управления аттенюаторами 17. Эти же аттенюаторы 7, 8, 10 совместно с аттенюатором 9 позволяют регулировать соотношение между составляющими зеркального и диффузного отражений. Случайное фазовое распределение сигналов излучателей 11, 12, 14 создается путем изменения фазы в трактах фазовращателями 3, 4, 6 подачей сигналов на их управляющие входы с остальных ″N-1″ выходов генератора ″N″ случайных сигналов 15.
Таким образом, совместное излучение всех излучателей создает пространственно-временную структуру сигналов, характерную при работе РЛС по низколетящим целям.
Дополнительно введенные в имитатор радиолокационной цели элементы и связи позволяют значительно расширить область его использования, ускорить процесс настройки и испытаний РЛС, работающих по низколетящим целям. Возможность изменения в широких пределах имитируемых условий испытаний с многократным их воспроизведением, в том числе и таких, которые трудно реализуются или редко наблюдаются в натурных условиях, позволит повысить качество проверки РЛС.
Экономический эффект от применения предложения состоит в том, что оно позволит значительно сократить объем натурных испытаний, проведение которых требует больших материальных затрат, связанных с многократными выходами кораблей, полетами самолетов на малых высотах и пусками ракет.
Использование предлагаемого имитатора позволит большую часть испытаний провести в полигонных условиях и тем самым сократить затраты на проведение испытаний в 3-4 раза.