ПЕЛЕНГАТОР

Предлагаемое техническое решение относится к области радиолокации, в частности, к радиолокационным устройствам, осуществляющим пеленгацию и сопровождение воздушных целей.
Известен пеленгатор с коническим сканированием [М.Сколник, Введение в технику радиолокационных систем, пер. с англ. Мир, М., 1965 г., стр.214], содержащий передатчик, антенный переключатель, приемник, антенну с механическим приводом, которая осуществляет внешнее коническое сканирование посредством вращения облучателя, вынесенного из оси антенны. Такой пеленгатор производит пеленгацию и сопровождение воздушных целей. При этом одновременно с сигналом от цели, поступающим через главный лепесток диаграммы направленности антенны, вращающимися боковыми лепестками этой диаграммы производится прием СВЧ сигнала, отраженного от земной поверхности. Вследствие глубокой и частой изрезанности диаграммы боковых лепестков огибающая этого сигнала имеет в доплеровском диапазоне отстроек от несущей спектральные составляющие, амплитуды которых могут на 50-60 дБ превосходить сигнал от цели. Такие помехи, называемые шумами сканирования, являются большим недостатком пеленгатора такого типа,
так как значительно уменьшают дальность пеленгации и сопровождения цели.
Наиболее близким техническим решением является СВЧ система пеленгации для РЛС [Radar microwave lobing sistems, R.Jamison, пат. США №3,962,705 по заявке №256,197 от 01.02.1963, патентовладелец Hughes Aircraft Company фиг.1]. Она состоит из передатчика, циркулятора, моноимпульсной антенны, разностные каналы которой соединены волноводами с входами поляризационного моста, соединенного последовательно с модулирующей ферритовой секцией (МФС) и поляризационным мостом. Поляризационные мосты и МФС образуют ферритовый балансный модулятор, выход которого соединен с входом первого щелевого моста, образующего вместе с фазосдвигающей секцией и вторым щелевым мостом коммутатор обзор - сопровождение (КОС). Второй вход КОСа соединен через циркулятор и волновод с суммарным каналом антенны. Выход КОСа через волновод соединен с приемником, который содержит разрядник, смеситель, УПЧ, блок сопровождения по дальности, амплитудный детектор, систему АРУ. Сигналы поступают на индикатор и на сигнальные входы двух фазовых детекторов.
В известную СВЧ систему пеленгации [Radar microwave lobing sistems, R.Jamison, пат. США №3,962,705 по заявке №256,197 от 01.02.1963, патентовладелец Hughes Aircraft Company фиг.1] также входит устройство управления ферритовым модулятором, которое содержит генератор опорного сигнала на частоте сканирования, усилители и 90°-фазовращатель. Выходы усилителей соединены с двумя фазными обмотками ФМС и с опорными входами фазовых детекторов.
В результате в двух фазных обмотках ФМС протекают синусоидальные токи, имеющие относительный фазовый сдвиг 90°. Каждая из них образует в СВЧ феррите, расположенном в круглом волноводе ФМС, поперечное квадрупольное (четырехполюсное) магнитное поле [Radar microwave
lobing sistems, R.Jamison, пат. США №3,962,705 по заявке №256,197 от 01.02.1963, патентовладелец Hughes Aircraft Company фиг.5]. Для обеспечения непрерывной модуляции СВЧ сигнала в известной СВЧ системе пеленгации необходимо, чтобы суммарное поле двух фазных обмоток вращалось, для чего углы между осями соседних полюсных катушек обоих фазных обмоток должны быть равны 45°,а величина вращающегося квадрупольного магнитного поля должна быть такова, чтобы в ФМС был обеспечен дифференциальный 180°-фазовый сдвиг между двумя ортогональными СВЧ волнами. Так как в известной системе пеленгации элементы антенны не совершают непрерывного вращения, а синусоидальная огибающая СВЧ сигнала образуется с помощью ферритового балансного модулятора, то она не создает шумов сканирования, которые образуются за счет вращения боковых лепестков диаграммы антенны. Однако, в ней есть два недостатка, первый из которых заключается в следующем.
Как известно [А.И.Вольдек, Электрические машины, Энергия, Л., 1974. стр.424], при создании вращающегося магнитного поля двухфазной магнитной системой с токами, которая находится в ФМС, образуется не только первая вращающаяся пространственная гармоника этого поля, создающая 180°-дифференциальный фазовый сдвиг для осуществления требуемой балансной модуляции с частотой F, но и высшие пространственные гармоники поля с нечетными номерами.
Главное значение среди них имеет третья гармоника, так как ее амплитуда самая большая среди высших гармоник, а средства подавления гармоник с номерами 5, 7, 11, 13... уменьшают ее незначительно. Третья гармоника вращается навстречу первой и поэтому производит модуляцию величины дифференциального фазового сдвига с частотой 4F. В результате преобразования спектра сигнала, отраженного от земной поверхности, производимого ферритовым балансным модулятором, в приемнике в доплеровском диапазоне отстроек от несущей будет содержаться
бесконечный ряд комбинационных спектральных составляющих, отстоящих друг от друга на F. Амплитуды этих составляющих помехи, которые в значительной степени определяются амплитудой третьей гармоники поля, могут на 15-20 дб превосходить сигналы от цели, в результате чего уменьшается дальность пеленгации и сопровождения цели.
Второй недостаток в известной системе пеленгации для РЛС заключается в том, что одно и то же напряжение с выхода первого усилителя подается на первую фазную обмотку ФМС и на опорный вход первого фазового детектора, а напряжение с выхода второго усилителя -на вторую фазную обмотку ФМС и на опорный вход второго фазового детектора. При осуществлении модуляции в ФМС и прохождении в приемнике модулированного сигнала фаза огибающей, поступающей на сигнальные входы фазовых детекторов, получит начальный сдвиг, который не компенсируется в известной системе пеленгации. В результате выходные напряжения фазовых детекторов не будут соответствовать истинным значениям угловых координат цели, вследствие чего пеленгация и сопровождение цели становится невозможными.
Технический результат предполагаемого изобретения заключается в обеспечении пеленгации и сопровождения цели и увеличении дальности пеленгации и сопровождения.
Указанный результат достигается тем, что пеленгатор содержит передатчик, генератор синхроимпульсов, генератор модулирующих импульсов, циркулятор, трехканальную антенну, первый поляризационный мост, ферритовую модулирующую секцию, устройство управления ферритовой модулирующей секцией, второй поляризационный мост, коммутатор обзор-сопровождение, приемник, генератор опорного напряжения, фазовращатель на 90°, первый и второй фазовые детекторы. Выход генератора синхроимпульсов соединен с входом генератора модулирующих импульсов, выход генератора модулирующих импудьсов
соединен с входом передатчика. Выход передатчика соединен с входом циркулятора, вход-выход циркулятора соединен с входом-выходом трехканальной антенны. Первый выход трехканальной антенны соединен с первым входом первого поляризационного моста, второй выход трехканальной антенны соединен со вторым входом первого поляризационного моста. Выход первого поляризационного моста соединен с первым входом ферритовой модулирующей секции, а выход ферритовой модулирующей секции соединен с входом второго поляризационного моста. Выход второго поляризационного моста соединен с первым входом коммутатора обзор-сопровождение, второй вход которого соединен с выходом циркулятора. Выход коммутатора обзор-сопровождение соединен с входом приемника, выход которого соединен с первыми входами первого и второго фазовых детекторов. Выход генератора опорного напряжения соединен со вторым входом первого фазового детектора и с входом фазовращателя на 90°, выход которого соединен со вторым входом второго фазового детектора. Новыми признаками в предлагаемом пеленгаторе являются введение генератора тактовых импульсов, устройства сдвига тактовых импульсов, а также выполнение ферритовой модулирующей секции трехфазной, причем три ее фазные обмотки располагаются так, что углы между осями полюсных катушек соседних фазных обмоток составляют 30°. Устройство управления ферритовой модулирующей секцией выполнено трехфазным. Вход генератора тактовых импульсов соединен с выходом генератора синхроимпульсов, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом генератора опорного напряжения и первым входом устройства сдвига тактовых импульсов, второй вход которого соединен с выходом генератора синхроимпульсов. Выход устройства сдвига тактовых импульсов соединен с входом устройства управления ферритовой модулирующей секцией, первый, второй и третий выходы которого
соединены со вторым, третьим и четвертым входами соответственно ферритовой модулирующей секции.
На фиг 1 изображена блок схема предлагаемого пеленгатора.
Пеленгатор состоит из трехканальной антенны 1, первого поляризационного моста 2, ферритовой модулирующей секции 3, второго поляризационного моста 4, коммутатора обзор-сопровождение 5, приемника 6, циркулятора 7, устройства управления ферритовой модулирующей секцией 8, первого фазового детектора 9, генератора модулирующих импульсов 10, передатчика 11, устройства сдвига тактовых импульсов 12, генератора опорного напряжения 13, фазовращателя на 90° 14, второго фазового детектора 15, генератора синхроимпульсов 16, генератора тактовых импульсов 17. Выход передатчика 11 соединен с входом циркулятора 7, вход-выход циркулятора 7 соединен с входом-выходом трехканальной антенны 1. Первый выход трехканальной антенны 1 соединен с первым входом первого поляризационного моста 2, второй выход трехканальной антенны 1 соединен со вторым входом первого поляризационного моста 2. Выход первого поляризационного моста 2 соединен с первым входом ферритовой модулирующей секции 3, а выход ферритовой моделирующей секции 3 соединен с входом второго поляризационного моста 4. Выход второго поляризационного моста 4 соединен с первым входом коммутатора обзор-сопровождение 5, второй вход которого соединен с выходом циркулятора 7. Выход коммутатора обзор-сопровождение 5 соединен с входом приемника 6, выход которого соединен с первыми входами первого 9 и второго 15 фазовых детекторов. Выход генератора опорного напряжения 13 соединен со вторым входом первого фазового детектора 9 и с входом фазовращателя на 90° 14, выход которого соединен со вторым входом второго фазового детектора 15.
Вход генератора тактовых импульсов 17 соединен с выходом генератора синхроимпульсов 16, выход генератора тактовых импульсов 17 соединен с
0
g
0
д
д
0
входом генератора опорного напряжения 13 и входом устройства сдвига тактовых импульсов 12. Выход устройства сдвига тактовых импульсов 12 соединен с входом устройства управления ферритовой модулирующей секцией 8, первый, второй и третий выходы которого соединены со вторым, третьим и четвертым входами соответственно ферритовой модулирующей секции 3. Выход генератора синхроимпульсов 16 соединен с входом генератора модулирующих импульсов 10, выход которого соединен со входом передатчика 11. Пеленгатор работает следующим образом. СВЧ сигналы передатчика 11 на частоте f, промодулированные импульсами генератора модулирующих импульсов 10, которые формируются из синхроимпульсов генератора синхроимпульсов 16, пройдя циркулятор 7, излучаются через суммарный канал трехканальной антенны 1. На вход трехканальной антенны 1 приходит сигнал от цели на частоте f=f±F, где F - допплеровский сдвиг частоты, и сигнал, отраженный от земной поверхности(сигнал помехи), например, на частоте f. Этот сигнал помехи по амплитуде значительно превосходит сигнал от цели. С выхода 1 азимутального канала трехканальной антенны 1 эти сигналы подаются на вход 1 первого поляризационного моста 2, а с выхода 2 угломестного канала трехканальной антенны 1 - на вход 2 первого поляризационного моста 2, после чего с выхода первого поляризационного моста с взаимно-ортогональными поляризациями поступают на вход 1 ферритовой модулирующей секции 3. На входы 2, 3, 4 ферритовой модулирующей секции 3 от устройства управления ферритовой модулирующей секцией 8 поступают три синусоидальных напряжения с частотой F, амплитуды которых одинаковы, а фазы сдвинуты последовательно одна относительно другой на 120°. Ток в каждой фазной обмотке создает в СВЧ феррите фазовой модулирующей секции 3 управляющее квадрупольное магнитное поле. Фазные обмотки расположены так, что в поперечном сечении ферритовой модулирующей секции 3 углы между осями полюсных
0
g
катушек соседних фазных обмоток составляют 30°. Такая система трехфазных токов создает в СВЧ феррите вращающееся квадрупольное магнитное поле. Амплитуда управляющего квадрупольного магнитого поля должна быть такова, чтобы оно обеспечивало 180° дифференциальный фазовый сдвиг между двумя ортогональными СВЧ сигналами в волноводе с СВЧ ферритом. В результате плоскость поляризации каждого из угловых сигналов, поступающих на входы 1 и 2 первого поляризационного моста 2, на выходе ферритовой модулирующей секции 3 будет вращаться с частотой F. На выходе второго поляризационного моста 4 образуется сумма балансно-модулированных сигналов угловых каналов, причем один из них промодулирован по синусоидальному закону, а другой - по косинусоидальному. Эта сумма сигналов подается на вход 1 коммутатора обзор-сопровождение 5, а на его вход 2 поступают с выхода циркулятора 7 сигналы на частотах f и f из суммарного канала трехканальной антенны 1. По команде, поступающей на управляющий вход 3, коммутатор обзор-сопровождение 5 ставится в положение «сопровождение», при котором на его выходе образуется сумма сигналов, поступающих на его входы 1 и 2.
Таким образом, на входе приемника 6 образуются амплитудно-модулированный сигнал от цели, который несет в себе информацию об угловых координатах цели, и амплитудно-модулированный сигнал помехи, отраженный от земной поверхности. В приемнике происходит перевод сигналов на промежуточные частоты, усиление их, фильтрация и детектирование с выделением сигнала огибающей на частоте F, который подается на первые входы первого и второго фазовых детекторов 9 и 10. На второй вход первого фазового детектора 9 подается синусоидальный сигнал с генератора опорного напряжения 13 на частоте F, а на второй вход фазового детектора 15 через 90°-фазовращатель 14 поступает косинусоидальный сигнал. Эти сигналы синхронизируются тактовыми импульсами, которые поступают на вход генератора опорного напряжения
13 с выхода генератора тактовых импульсов 17. С этого же выхода тактовые импульсы поступают на вход 1 устройства сдвига тактовых импульсов 12. Оно может быть выполнено, например, в виде регистра сдвига, задерживающего тактовые импульсы на требуемое число периодов синхроимпульсов, которые подаются на вход 2 устройства сдвига тактовых импульсов. При этом создается начальный сдвиг фазных напряжений на выходах 1, 2, 3 устройства управления модулятором и, соответственно, фазы огибающей на входе 1 коммутатора обзор- сопровождение 5 такой величины, которая необходима для получения на выходе первого фазового детектора 9 напряжения, пропорционального амплитуде синусоидальной составляющей в сигнале огибающей, а на выходе второго фазового детектора 15 - амплитуде косину соидальной составляющей. Эти напряжения пропорциональны угловым координатам цели относительно оси трехканальной антенны 1, что позволяет их измерить и тем самым совершить пеленгование цели.
0
Напряжения с выходов первого и второго фазовых детекторов 9 и 15 подаются на антенну 1 таким образом, что при ее повороте величины этих напряжений стремятся к нулю; когда они достигнут нуля, ось трехканальной антенны совпадет с направлением на цель. При движении цели на выходах первого и второго фазовых детекторов 9 и 15 вновь появятся напряжения, пропорциональные новым углам направления на цель, после чего ось трехканальной антенны 1 снова совместится с направлением на цель. Таким образом, производится сопровождение цели. Сигнал помехи на частоте f, отраженный от земной поверхности, проходит такой же путь до приемника 6 и тоже становится амплитудно-модулированным сигналом с частотой F. В приемнике 6 он преобразуется на промежуточные частоты, усиливается и подавляется фильтрами на выходе приемника 6.
Трехфазная система токов, которая используется в ферритовой модулирующей секции 3, теоретически подавляет третью гармонику
вращающегося управляющего магнитного поля до нуля [см. А.И.Вольдек, Электрические машины. Энергия, Л., 1974, стр.441]. Однако, на практике ее величина конечна, но меньше на 25-30 дб, чем у двухфазной системы токов в прототипе. Поэтому в допплеровском спектре отстроек от несущей спектральные составляющие сигнала, отраженного от земной поверхности, становятся на 10 и более дб меньше сигнала от цели. Это позволяет существенно (на 20-30%) увеличить дальность пеленгования и сопровождения цели.
В качестве ферритовой модулирующей секции 3 можно использовать фазовращатель по патенту 2158991 (заявка 99106019 от 23.03.1999 г.) с уложенной между его зубцами трехфазной обмоткой. В качестве коммутатора обзор-сопровождение 5 можно применить ферритовый СВЧ переключатель по свидетельству на полезную модель 25248 (заявка 2001117653 от 25.06.2001 г.)