РАДИОЛОКАЦИОННАЯ ОБЗОРНАЯ СТАНЦИЯ

Полезная модель относится к радиолокации и может быть использована для дистанционного обнаружения малоразмерных объектов (объектов с малым значением эффективной поверхности рассеяния), а также в области высотометрии.
Известна радиолокационная обзорная станция с непрерывным излучением (Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. - М.: Радиотехника 2004 г., стр.233-234), которая содержит формирователь зондирующего сигнала с периодическим изменением фазы, опорный генератор непрерывного колебания, антенну, циркулятор, малошумящий усилитель (МШУ), квадратурный смеситель, согласованный фильтр. Выход опорного генератора соединен со входом формирователя зондирующего сигнала, выход циркулятора соединен с входом малошумящего усилителя, выход малошумящего усилителя соединен с входом квадратурного смесителя.
Недостатком этого устройства является низкий энергетический потенциал.
0
Известно устройство, выбранное нами за прототип (Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. - М.: Радиотехника 2004 г., стр.233-234), которое может быть реализовано в одноантенном варианте. При этом вместо второй антенны используется циркулятор, осуществляющий переключение одной антенны на передачу и на прием. Устройство состоит из формирователя зондирующего сигнала, с которого модулированный радиосигнал поступает на вход циркулятора. С выхода циркулятора сигнал поступает на антенну с узкой диаграммой направленности и излучается в пространство. Отраженный сигнал от объектов, «попадающих» в диаграмму направленности антенны, принимается той же антенной, через циркулятор и поступает на вход малошумящего усилителя, а с его выхода сигнал поступает на вход квадратурного смесителя, опорным колебанием которого служит сигнал генератора, с частотой ω. На выходе квадратурного смесителя формируется комплексная огибающая отраженного сигнала в виде квадратурных компонент I и Q. Компоненты I и Q поступают на вход согласованного фильтра, в котором производится согласованная с излученным сигналом обработка комплексной огибающей отраженного сигнала, при этом на выходе согласованного фильтра формируется отклик, пропорциональный модулю взаимной корреляционной функции излученного и отраженного сигналов. Выходной отклик фильтра позволяет производить оценку дальности и отражаемости (ЭПР) объектов, расположенных в зоне обзора радиолокационной станции (РЛС).
Основным недостатком этого устройства является то, что энергетический потенциал ограничен за счет неустранимого проникновения излучаемого непрерывного сигнала на вход приемника, что, в свою очередь, ограничивает его использование, например, при решении задачи радиолокационного зондирования малоразмерных объектов (объектов с малым значением эффективной поверхности рассеяния). При повышении мощности излучения наступает момент, когда паразитное проникновение излучаемого сигнала на вход МШУ перегружает приемный тракт, что нарушает работу устройства.
Основная техническая задача, решаемая предложенной полезной моделью, состоит в создании устройства, позволяющего повысить энергетический потенциал РЛС.
Поставленная задача достигается тем, что в радиолокационной обзорной станции с непрерывным излучением, включающей в себя формирователь зондирующего сигнала с периодическим изменением фазы, опорный генератор непрерывного колебания, антенну, циркулятор, малошумящий усилитель, квадратурный смеситель, согласованный фильтр, выход опорного генератора соединен со входом формирователя зондирующего сигнала, выход циркулятора соединен с входом малошумящего усилителя, выход малошумящего усилителя соединен с входом квадратурного смесителя, согласно предложенному решению, дополнительно введены два идентичных разветвителя радиосигнала, N-1 циркуляторов, N-1 малошумящих усилителей, N-1 квадратурных смесителей, два идентичных N-входовых сумматора сигналов, а антенна выполнена в виде N-элементной антенной решетки, при этом вход первого разветвителя радиосигналов соединен с выходом формирователя зондирующего сигнала, а выходы его соединены с первыми входами циркуляторов, вход второго разветвителя радиосигналов соединен с выходом опорного генератора непрерывного колебания, а выходы его соединены с первыми входами квадратурных смесителей, причем выход каждого из элементов антенной решетки соединен со вторым входом соответствующего циркуляра, а выход каждого из циркуляторов соединен со входом соответствующего малошумящего усилителя, выходы каждого из которых соединены со вторым входом соответствующего квадратурного смесителя, причем I-выходы каждого из квадратурных смесителей соединены с входами N-входового первого сумматора сигналов, а Q-выходы каждого из квадратурных смесителей соединены с входами второго сумматора сигналов, а выходы первого и второго сумматоров сигналов соединены с входами I и Q согласованного фильтра.
Предложенное устройство имеет отличия от наиболее близких аналогов, следовательно, решение удовлетворяет условию патентоспособности изобретения "новизна".
На рисунке представлена функциональная схема радиолокационной обзорной станции.
Устройство содержит формирователь зондирующего сигнала 1 с периодическим изменением фазы, вход которого соединен с выходом опорного генератора непрерывного колебания 2, а выход формирователя зондирующего сигнала 1 соединен с входом первого разветвителя радиосигнала 3, выходы которого соединены с входами циркуляров 4.
Выход опорного генератора 2 соединен с входом второго разветвителя радиосигнала 5, выходы которого соединены с первыми входами квадратурных смесителей 6. Выход каждого из антенных элементов антенной решетки 7 соединен, соответственно, со вторым входом соответствующего циркулятора 4. Третий выход каждого циркулятора 4 соединен со входом соответствующего малошумящего усилителя 8. Выход каждого малошумящего усилителя 8 соединен со вторым входом соответствующего квадратурного смесителя 6, I-выходы квадратурных смесителей 6 соединены с соответствующими входами N-входового первого сумматора сигналов 9, Q-выходы квадратурных смесителей 6 соединены с соответствующими входами второго сумматора сигналов 10, выходы первого и второго сумматоров сигналов 9 и 10 соединены с входами I и Q согласованного фильтра 11.
0
0
Радиолокационная обзорная станция работает следующим образом. Формирователь зондирующего сигнала 1 формирует модулированный радиосигнал s(t), который поступает через первый разветвитель радиосигнала 3 на вход циркуляторов 4. Формирование зондирующего сигнала производится путем модуляции фазы опорного колебания с частотой ω, вырабатываемого опорным генератором 2. Зондирующий сигнал излучается в виде узконаправленного одноканального электромагнитного «луча».
0
Узконаправленное излучение сигнала осуществляется по N пространственно распределенным слабонаправленным каналам при помощи N слабонаправленных идентичных антенных решеток 7, которые распределены по пространству таким образом, что при их синфазном возбуждении зондирующим сигналом с частотой ω, мощность которого распределена на N каналов, формируется узкая диаграмма направленности излучения, при этом используется известный принцип построения фазированных антенных решеток, состоящих из конечного числа антенных элементов (Активные фазированные антенные решетки/ Под ред. Д.И.Воскресенского и А.И.Канащенкова, Изд-во «Радиотехника», 2004. - 488 с).
0
Прием отраженного сигнала осуществляется по N пространственно распределенным каналам, идентичным каналам излучения. Прием отраженного сигнала производится каждой из N слабонаправленных антенных решеток 7. Разделение каналов возбуждения антенны 7 и приема сигналов реализуется путем использования циркулятора 4. В каждом из N каналов приема формируется комплексная огибающая выходного сигнала МШУ 8, например, путем переноса его частоты, вниз, на величину ω при помощи квадратурного смесителя 6. Комплексная огибающая в каждом из каналов приема формируется в виде двух квадратурных компонент сигнала I (реальная часть) и Q (мнимая часть).
Формируется принимаемый сигнал, как сумма из N комплексных огибающих, сформированных в каналах приема путем раздельного суммирования I и Q компонент сумматорами 9 и 10, соответственно. При идентичных (синфазных) слабонаправленных каналах приема синфазное сложение комплексных огибающих будет происходить только для объектов, расположенных в узком секторе, идентичном сектору излучения, т.е. диаграмма направленности для сформированного принимаемого сигнала будет такой же узкой, как и для излучаемого сигнала, и идентичной диаграмме направленности при излучении сигнала.
Производится согласованная фильтрация принимаемого сигнала в согласованном фильтре 11 путем вычисления обобщенной функции взаимной корреляции зондирующего и принимаемого сигналов. На практике реализация согласованной фильтрации производится путем преобразования квадратурных компонент принимаемого сигнала в цифровую форму и вычислением двумерной свертки (по параметрам временного и частотного сдвига) принимаемого и излучаемого сигналов, представленных в цифровой форме. В результате формируется отклик РЛС, в виде двумерной функции на плоскости «время задержки - доплеровский сдвиг частоты», отображающей распределение объектов по дальности, радиальной скорости и коэффициенту отражения. Если в качестве сигнала излучения используется линейно-частотно модулированный (ЛЧМ) сигнал, то его согласованная обработка может быть произведена гомодинным методом, в этом случае, опорным сигналом квадратурного смесителя 6 является излучаемый сигнал. При этом на его выходе формируется сигнал биений между излучаемым и отраженным от цели сигналом. Фурье-спектр сигнала биений однозначно отображает дальность до объекта и его отражательную способность.
0
В силу того, что при мощности Р, излучаемого в пространство зондирующего сигнала, мощность на питающем входе каждого из циркуляторов 4 заявляемого устройства в N раз меньше, то в N раз меньше и проникновение сигнала излучения на вход каждого из приемных каналов и, следовательно, при прочих равных условиях (одинаковых элементах, при помощи которых реализуются устройства), максимальная мощность излучения в заявляемом устройстве, при которой сохраняется его работоспособность, в N раз больше, чем в устройстве-прототипе.
Это означает, что энергетический потенциал заявляемой РЛС в N раз выше, чем у РЛС, являющейся прототипом.