РАДИОЛОКАТОР
RADAR SET

Предлагаемый радиолокатор относится к радиотехнике и предназначен для использования в условиях воздействия мощных активных помех.
Развитие техники в предшествующие годы привело к созданию новых типов станций помех, создающих помехи с плотностью в 10-100 раз превышающую плотность помех, создаваемую имевшимися до сих пор станциями. Это, в первую очередь, связано с внедрением в станции помех антенн типа ФАР, имеющих в 10-100 раз более высокий коэффициент усиления /см. Перспективы использования ФАР в станциях радиопротиводействия, Радиоэлектроника за рубежом, вып. 42, 1972 г.; Применение бортовых средств РЭБ в ВВС США, Зарубежное военное обозрение №7, 1981 г.; Программа разработки в США беспилотных самолетов для целей РЭБ, Радиоэлектроника за рубежом №9, 1977 г./.
Такие помехи получили название "прожигающих", что связано с их большой мощностью.
При воздействии таких помех на радиолокаторы возникают некоторые качественно новые эффекты, не позволяющие бороться с ними известными методами помехозащиты.
Первым из этих эффектов является то, что если даже спектр помехи не попадает в полосу пропускания приемника радиолокатора, но уровень помехи большой, то входные цепи /например, ЛОВ/ попадают в режим насыщения, и усиление в полосе пропускания приемника снижается до такой степени, что радиолокатор не работает.
Вторым эффектом является появление значительных нелинейных искажений помех в цепях приемника радиолокатора, возникновение новых составляющих спектра из-за биений двух или более помех на нелинейном участке амплитудной характеристики приемника, на котором происходит работа при большом уровне помех.
Известны радиолокаторы, в которых приняты меры по повышению защищенности от активных помех.
В радиолокаторе, описанном в книге "Радиолокационные устройства" под ред. В.В. Григорина-Рябова, М., "Сов. радио", 1970 г., стр. 518, рис. 18.21, имеется дополнительный приемный канал с всенаправленной по азимуту антенной, выходной видеосигнал которого вычитается из видеосигнала основного канала. Коэффициент усиления дополнительной /компенсационной/ антенны должен превышать уровень наибольшего из боковых лепестков диаграммы направленности /ДН/ антенны основного /радиолокационного/ канала. Сигналы, принимаемые дополнительной антенной, всегда будут больше сигналов, принимаемых боковыми лепестками основной антенны, так как усиление дополнительной антенны /с учетом приемников/ больше, чем боковых лепестков основной антенны. Если вычитающий узел отрегулирован так, чтобы на его выход проходили сигналы только в случае превышения сигналов основного канала над сигналами дополнительного канала, то помеха, принятая боковыми лепестками ДН, будет подавлена.
Этот радиолокатор имеет следующие недостатки.
Первым недостатком является то, что часть полезного сигнала при приеме по основному лучу теряется. Это уменьшает соотношение сигнал/помеха и, следовательно, помехоустойчивость.
Вторым недостатком является то, что при одновременном воздействии по боковым лепесткам двух /или нескольких/ помех защита от помех не обеспечивается, так как амплитуда сигнала на выходе приемного канала зависит от фаз, с которыми суммируются помехи на высоких частотах, а при этом фазы могут быть совершенно разными в основном канале приема и в дополнительном.
Третьим по порядку, но главным по значению, является недостаток, связанный с малым подавлением "прожигающих" помех, что объясняется упомянутыми выше двумя эффектами.
Известен радиолокатор, в котором устранен первый из указанных выше недостатков /см. патент Японии №55-14389/. В этом радиолокаторе исключаются потери полезного сигнала при приеме по основному лучу путем формирования в диаграмме направленности дополнительной антенны минимума, совпадающего по направлению с основным лучом антенны радиолокатора. Это достигается путем введения в радиолокатор направленного ответвителя, аттенюатора, фазовращателя и узла вычитания.
Однако остальные указанные выше недостатки в этом радиолокаторе сохраняются.
Известен радиолокатор, в котором улучшена защита от одновременно действующих нескольких помех /см. "Теоретические основы радиолокации", под ред. В.Е. Дулевича, М., "Сов. радио", 1978 г., стр. 458, рис. 16.5/.
Повышение помехоустойчивости в нем достигается тем, что компенсация осуществляется на промежуточной частоте /когерентный метод/, а уровень компенсирующего сигнала регулируется автоматически при помощи корреляционной обратной связи. Когерентная обработка исключает второй из указанных недостатков.
Таким образом строят большинство современных РЛС.
Известно также, что для применения в стандартных РЛС разработаны управляемые узкополосные фильтры, устанавливаемые на входе приемников РЛС для защиты от активных помех, действующих вне полосы пропускания приемника /см. Управляемые ферритовые устройства СВЧ, В.Н. Боголюбов и др., "Сов. радио", М., 1972 г., стр. 60/. Эти фильтры выполняются на железо-иттриевых гранатах /ЖИГ/.
В качестве прототипа выбран вариант РЛС с когерентной автокомпенсацией помех, поступающих по боковым лепесткам, и ЖИГ-фильтром на входе приемника /см. Теоретические основы радиолокации.  Под ред. В.Е. Дулевича, М., "Сов. радио", 1978 г., стр. 458, рис. 16.5/.
Этот радиолокатор содержит связанные через антенный переключатель антенну и передатчик, приемник, сигнальный вход которого соединен с выходом ЖИГ-фильтра, блок обработки, выход которого соединен с сигнальным входом индикатора, М компенсационных каналов, состоящих из соединенных последовательно между собой компенсационной антенны, приемника и формирователя компенсирующего сигнала, синхронизатора первый выход которого соединен с входом синхронизации индикатора, а второй выход соединен с входом синхронизации передатчика, управляющий выход которого соединен с входом управления ЖИГ-фильтра, а гетеродинный выход соединен с гетеродинными входами всех приемников, причем вход блока обработки соединен с вторыми вводами всех формирователей компенсирующих сигналов, сигнальный вход ЖИГ-фильтра соединен с третьим выходом антенного переключателя, вход блока обработки соединен с выходом сумматора, первый вход которого соединен с выходим первого приемника, а остальные М входов сумматора соединены с выходами формирователей компенсирующих сигналов М компенсационных каналов.
Защита от "прожигающих" помех в этом радиолокаторе производится при помощи ЖИГ-фильтра, существенно /более чем на 60 дБ/ ослабляющего помехи, идущие вне полосы пропускания приемника радиолокатора. Помехи, поступающие по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны радиолокатора, здесь ослабляются самой формой этой диаграммы /боковые лепестки на 20-25 дБ ниже, чем главный/, и компенсирующими каналами, ослабляющими помехи еще примерно на 20 дБ, причем ослабляются помехи, идущие и в полосе пропускания приемника.
Недостатком известного радиолокатора является то, что при воздействии на него активных помех повышенной мощности /"прожигающих"/, особенно нескольких одновременно, в его приемнике имеет место эффект возникновения новых спектральных составляющих, обусловленный нелинейными искажениями помех и взаимодействием нескольких помех на нелинейном участке амплитудной характеристики приемника, где происходит работа при большом уровне помех.
Автокомпенсация помех позволяет ослабить помехи, имеющиеся на вводах и основного и компенсационных приемников.
На выходе основного приемника /в сумматоре/ производится компенсация помех, принятых основным приемником, используя для этого сформированный в компенсационном канале сигнал. Однако скомпенсировать возникшие в основном приемном тракте составляющие помех невозможно, - негде взять компенсирующий сигнал.
Уровень этих возникающих помеховых составляющих относительно невелик /единицы процентов от общего уровня помехи/. Однако в связи с большим уровнем основной помехи абсолютный уровень возникающих помех является существенным.
Указанные явления не позволяют в известном радиолокаторе подавить "прожигающую" помеху более чем на 20÷30 дБ, в то время как для обеспечения работоспособности радиолокатора в современных условиях требуется подавление "прожигающей" помехи на 40-50 дБ.
Целью настоящего изобретения является повышение защищенности радиолокатора от активных помех повышенной мощности /"прожигающих"/.
Поставленная цель достигается тем, что в радиолокатор, содержащий связанные через антенный переключатель антенну и передатчик, приемник, сигнальный вход которого соединен с выходом ЖИГ-фильтра, сумматор, блок обработки, выход которого соединен с сигнальным входом индикатора, М компенсационных каналов, состоящих из соединенных последовательно между собой компенсационной антенны, приемника и формирователя компенсирующего сигнала, синхронизатор, первый выход которого соединен с входом синхронизации индикатора, а второй выход соединен с входом синхронизации передатчика, управляющий выход которого соединен с входом управления ЖИГ-фильтра, а гетеродинный выход соединен с гетеродинными входами всех приемников, причем вход блока обработки соединен с вторыми входами всех формирователей компенсирующих сигналов; вводятся М преобразователей частоты, первые входы которых соединяются с гетеродинным выходом передатчика, вторые входы соединяются с выходами формирователей компенсирующих сигналов, причем первый вход сумматора соединяется с третьим выходом антенного переключателя, остальные М входов соединяются с выходами преобразователей частоты, а выход соединяется с сигнальным входом ЖИГ-фильтра.
Введенные преобразователи частоты и измененные связи в совокупности с известными признаками осуществляют автокомпенсацию помех до поступления их на вход приемника, тем самым на 20-30 дБ снижают уровень помех, проходящих через приемник. При этом уровне устраняются эффекты насыщения приемника, возникновения в приемнике новых спектральных составляющих из-за нелинейных искажений и биений помех на нелинейном элементе, так как не происходит работа на нелинейном участке амплитудной характеристики приемника, соответствующем большим уровням сигнала.
Устранение эффектов насыщения и подавления новых спектральных составляющих, приводивших в известном радиолокаторе к уменьшению коэффициента подавления помех, повышает помехозащищенность радиолокатора.
Известных технических решений, в которых имеются признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемое изобретение от прототипа, не обнаружено, поэтому сравнение заявляемого с известными решениями не производится.
На фиг. 1 представлена функциональная схема известного радиолокатора.
На фиг. 2 представлена функциональная схема предлагаемого радиолокатора.
На фиг. 3 представлена функциональная схема формирователя компенсирующего сигнала.
п
г
На фиг. 4а представлены спектральные характеристики зондирующего /ω/ сигнала и гетеродина /ω/.
п
г
На фиг. 4б представлена огибающая спектра помех в приемниках /ω-ω/, подаваемых на второй вход преобразователя частоты.
На фиг. 4в представлен спектр сигнала, подаваемого на первые входы преобразователей частоты.
На фиг. 4г представлен спектр сигнала на выходе преобразователя частоты.
На фиг. 4д представлена амплитудно-частотная характеристика ЖИГ-фильтра.
Предлагаемый радиолокатор содержит связанные через антенный переключатель 1 антенну 2 и передатчик 3, приемник 4, сигнальный вход которого соединен с выходом ЖИГ-фильтра 5, блок обработки 6, выход которого соединен с сигнальным входом индикатора 7, два компенсирующих канала 8, 9, состоящих из соединенных последовательно между собой компенсационной антенны 10, приемника 11 и формирователя 12 компенсирующего сигнала, синхронизатор 13, первый выход которого соединен с входом синхронизации индикатора 7, а второй выход соединен с входом синхронизации передатчика, управляющих выход которого соединен с входом управления ЖИГ-фильтра 5, а гетеродинный выход соединен с гетеродинными входами всех приемников /4, 11-1, 11-2/, причем выход первого приемника 4 соединен с вторыми входами всех формирователей /12-1, 12-2/ компенсирующих сигналов. Радиолокатор содержит также 2 преобразователя 14; 15, первые входы которых соединены с гетеродинным выходом передатчика 3, вторые входы соединены с выходами формирователей 12-1, 12-2 компенсирующих сигналов. Первый вход сумматора 16 соединен с третьим выходом антенного переключателя 1, остальные два входа соединены с выходами преобразователей частоты 14, 15, а выход соединен с сигнальным входом ЖИГ-фильтра.
Блок обработки 6 состоит из соединенных последовательно амплитудного детектора 17 и видеоусилителя 18, вход детектора 17 является входом блока 6, а выход видеоусилителя 18 - его выходом. Сумматор 16 содержит щелевой мост 19, поглощающую нагрузку 20 и направленный ответвитель 21. Два входа щелевого моста 19 являются входами сумматора 16, первых вход направленного ответвителя 21 и его выход являются, соответственно, третьим входом сумматора 16 и его выходом, один выход щелевого моста 19 соединен с вторым входом направленного ответвителя 21, другой его выход соединен с поглощающей нагрузкой 20.
Формирователь компенсирующего сигнала 12 содержит две цепи из соединенных последовательно между собой коррелятора 22 /23/, различителя полярности 24 /25/, реверсивного счетчика 28 /27/ и преобразователя 28 /29/ код-напряжение, а также содержит фазовращатель 30, дна усилителя 31, 32, генератор импульсов 33, два выключателя 34, 35, сумматор 36, датчик уровня шума 37 и триггер Шмидта 38.
Генератор импульсов 33 соединен с счетными входами реверсивных счетчиков 26, 27 через выключатель 34. Сигнальный вход усилителя 32 является первым сигнальным входом ФКС 12, сигнальные входы усилителей 31 и 33 соединены между собой через фазовращатель 30, выходы усилителей 31, 32 соединены с входами сумматора 36, выход которого соединен сигнальным входом выключателя 35 и входом датчика уровня шума 37, выход которого через триггер Шмидта 38 соединен с управляющими входами выключателей 34 и 35. Выход выключателя 35 является выходом ФКС 12. Вторым сигнальным входом ФКС 12 являются соединенные между собой первые входы корреляторов 22 и 23. Второй вход коррелятора 23 и сигнальный вход усилителя 32 соединены между собой.
Выход фазовращателя 30 соединен также с вторым входом коррелятора 22. Выход ПКН 28 соединен с управляющим входом усилителя 31. Выход ПКН 29 соединен с управляющим входом усилителя 32.
Наличие в ФКС фазовращателя 30, усилителей 31, 32 и двух указанных цепей позволяет путем раздельной регулировки усиления в усилителях 31, 32 осуществлять регулировку и амплитуды и фазы компенсирующего сигнала /фаза определяется отношением уровней сигналов в усилителях 31 и 32/.
Антенный переключатель 1 - ферритовый циркулятор. Антенна 2 - зеркального типа. Передатчик 3 выполнен в виде пяти кварцевых задающих генераторов с умножителями частоты сигналов до СВЧ диапазона, пяти модуляторов одной боковой полосы, СВЧ входы которых соединены с выходами умножителей, формирователя ВЧ импульса, выход которого соединен с ВЧ входами всех модуляторов одной боковой полосы. Передатчик 3 содержит также переключатель частот, два сумматора, усилитель мощности и модулятор. Входы переключателя частот, модулятора и формирователя ВЧ импульса соединены между собой и являются входом синхронизации передатчика 3. Входы сумматора соединены с выходами модуляторов одной боковой полосы. Выход сумматора соединен с сигнальным входом усилителя мощности, управляющий вход которого соединен с выходом модулятора, а выход является сигнальным выходом передатчика 3. Гетеродинным выходом передатчика 3 является выход второго сумматора, входы которого соединены с выходами умножителей частоты. Управляющим выходом передатчика 3 является дополнительный выход переключателя частот, задающий номер рабочей частоты РЛС.
Направленный ответвитель 21 имеет прямую волноводную связь для сигналов, поступающих от антенного переключателя на ЖИГ-фильтр /потери менее 0,5 дБ/. Сигналы, поступающие из узла 19 в узел 5 ослаблены на 10 дБ, что определено коэффициентом связи в направленном ответвителе 21. Щелевой мост 19 - симметричный, трехдецибельный. Входы его являются первыми двумя входами сумматора 16. Один выход щелевого моста 19 соединен с поглощающей нагрузкой 20, другой его выход соединен с вторым входом направленного ответвителя 21.
ЖИГ-фильтр стандартный /см. табл. 14 книги Управляемые ферритовые устройства СВЧ, В.Н. Боголюбов и др. "Сов. радио", М., 1972 г./. Прямые потери составляют 2-3 дБ, полоса пропускания по уровню 3 дБ составляет 20 МГц, затухание вне полосы пропускания 50-60 дБ. Узел управления обеспечивает линейную перестройку фильтра по частоте. Поступление из передатчика информации о номере рабочей частоты РЛС автоматически настраивает ЖИГ-фильтр на эту частоту.
Преобразователь частоты 14 /15/ выполнен в виде обычного волноводного балансного смесителя. Выход ВЧ сигнала используется в качестве входа ВЧ, гетеродинный вход используется в качестве СВЧ входа преобразователя частоты, обычный вход СВЧ используется в качестве выхода сигнала преобразователя частоты. Рабочая частота РЛС выше частоты гетеродина /фиг. 3а/. полоса пропускания трактов приемников 4, 11-1, 11-2 составляет 3 МГц.
Генератор импульсов 3 генерирует импульсы длительностью 0,2 мкс с частотой повторения 300 кГц. Фазовращатель 30 создает сдвиг фаз + 90°. Различитель полярности 24 содержит два диода и инвертор. Входы двух диодов разной полярности соединены между собой и являются входом различителя полярности, выход одного из диодов является первым выходом различителя полярности, вторым выходом его является выход инвертора, вход которого соединен с выходом другого диода. В зависимости от полярности сигнала на выходе коррелятора 22 /23/ сигнал появляется на первом или на втором управляющем входе реверсивного счетчика 26 /27/, включая его, соответственно, в режим суммирования или в режим вычитания импульсов, поступающих по счетному входу.
Датчик 37 уровня шума содержит соединенные последовательно между собой ограничитель /на уровне +15 дБ относительно уровня собственных шумов приемника 21/, дифференцирующую RC цепь и ФНЧ с полосой пропускания 10 кГц. Триггер Шмидта 38 имеет порог срабатывания на уровне +3 дБ относительно уровня собственных шумов приемника 11. При срабатывании триггера Шмидта на выключатели 34, 35 поступает потенциал, переводящий их в положение пропускания сигналов.
При этом собственные шумы приемников 11-1 и 11-2 при отсутствии внешних помех в основной приемный тракт не попадают, выходы приемников 11-1 и 11-2 связываются с основным приемным трактом только при срабатывании под воздействием внешних помех триггера Шмидта 38.
Коррелятора 22, 23 представляют собой перемножители сигналов промежуточной частоты и ФНЧ, установленный на выходе перемножителя. Полоса пропускания ФНЧ составляет 100 кГц. Перемножители выполнены на микросхемах 525 ПС1 /см. Тимофеев В.Н. и др. Аналоговый перемножитель сигналов и его применение в радиоэлектронной аппаратуре. Специальная радиоэлектроника, 1978, вып. 11/.
Узлы ПКН 28, 29 выполнены на микросхемах серии 572. Выключатели 34, 35 выполнены на микросхемах серии 143. Реверсивные счетчики 28, 27 выполнены на микросхемах серии 133 РУ-П.
Приемники 4, 11-1, 11-2, усилители 31, 32, сумматор 36, видеоусилитель 18 и др. аналоговые элементы выполнены на микросхемах серии 265 Терек Ш. Синхронизатор 13, триггер Шмидта 38 и др. элементы пирровой техники выполнены на микросхемах серии 133 РУ-П.
Работает предлагаемый радиолокатор следующим образом. На каждый импульс, поступающий от синхронизатора 13, передатчик 3 формирует мощный СВЧ зондирующий импульс, который излучается антенной 2, отражается от целей и принимается. Принятый сигнал от антенного переключателя поступает по прямому волноводу направленного ответвителя 21 и ЖИГ-фильтр на вход приемника 4 и, далее, через блок обработки 6, на индикатор 7. На выходе приемника 4 полезный сигнал существует в полосе 3 МГц при несущей частоте 30 МГц. В этой же полосе, выделяемой приемником 4, существуют и принимаемые помехи.
п
п
г
Помеха на рабочей частоте ω принимается и преобразуется в приемнике 11-1 /11-2/ на промежуточную частоту ω-ω /фиг. 4б/. В формирователе 12-1 /12-2/ компенсирующего сигнала формируются квадратурные сигналы /со сдвигом фаз 90°/, амплитуды которых автоматически регулируются для получения на выходе приемника 4 минимума помехи, коррелированной с помехой, принятой компенсационным каналом 8 /9/.
п
п
В известном радиолокаторе этот сигнал используется для непосредственной компенсации помехи на выходе основного приемного канала. В предлагаемом же радиолокаторе компенсация осуществляется на входе основного приемного канала, что является существенным различием. Для этого выходной сигнал ФКС 12-1 /12-2/ поступает на высокочастотный вход преобразователя частоты 14 /15/. В преобразователе частоты этот сигнал перемножается на СВЧ диодах с сигналом гетеродина, поступающим на СВЧ вход. В результате на выводе блока 14 /15/ формируется спектр /см. фиг. 4г/, содержащий нужный нам для компенсации сигнал на рабочей частоте ω /точнее, в полосе 3 МГц со средней частотой ω/.
г
п
г
г
Второй сигнал, образовавшийся на частоте ω-(ω-ω), а также просачивающийся сигнал гетеродина ω, являются мешающими и подавляются ЖИГ-фильтром, т.к. оказываются вне полосы пропускания.
Полученный компенсационной сигнал подавляет помеху до поступления ее во входные цепи приемника 4, в приемник 4 поступают только остатки помехи, связанные с неидеальностью компенсации. Эти остатки по крайней мере на 20 дБ меньше уровня самой помехи. При этом сигнал помехи не попадает на нелинейный участок амплитудной характеристики, и, следовательно, не возникают нелинейные искажения, не появляются сигналы биений между несколькими помехами, т.е. в приемнике не возникают новые сигналы, которые не могут быть скомпенсированы.
В связи с этим подавление "прожигающей" помехи в предлагаемом радиолокаторе на 15-20 дБ выше, чем в известном. А это уже позволяет обеспечить работу радиолокатора в современных условиях.
При исчезновении помехи /например, при воздействии скользящих по частоте помех/ подача счетных импульсов на реверсивный счетчик 26 /27/ прекращается до момента нового появления помехи, при этом отсутствуют переходные процессы, которые в известных радиолокаторах уменьшают средний коэффициент подавления.
Данное техническое предложение найдет широкое применение в радиолокаторах с зеркальными антеннами. Именно такие радиолокаторы в связи с их простотой и дешевизной составляют основную массу радиолокаторов всех стран. А защиты от "прожигающих" помех в них, по сути, нет.
Следует отметить, что данное техническое предложение может быть использовано и в радиолокаторах с антеннами типа ФАР. В этих радиолокаторах имеется принципиальная возможность ослабления "прожигающих" помех, путем определенного управления комплексными весовыми коэффициентами при суммировании сигналов модулей ФАР, однако управление достаточно сложное. Учитывая, что в радиолокаторе с ФАР управление модулями ФАР производится достаточно сложно и для реализации целого ряда других задач, представляется целесообразным во многих случаях не совмещать эти сложные режимы, что привело бы к новым проблемам управления, а решить задачу компенсации "прожигающих" помех отдельным относительно простым предлагаемым выше методом.