ВСЕВЫСОТНЫЙ ОБНАРУЖИТЕЛЬ - ВВО

Изобретение относится к области радиолокации, конкретно к всевысотным обнаружителям воздушных объектов, снабженным фазированной антенной решеткой (ФАР) с веерной диаграммой направленности в вертикальной плоскости и электромеханическим вращением ФАР в азимутальной плоскости.
Известны всевысотные обнаружители (RU 2102772, G01S 13/42, 1998; RU 2006131621, МПК: G01S 13/00, 2008; Ангельский Р.Д., Шестов И.В. Отечественные зенитные ракетные комплексы: Иллюстрированный справочник. М.: «Издательство «Астрель», 2002. - 256 с.; ISBN 5-271-024 38-5, М:, «Издательство «ACT», 2002, с.105-116; С.А.Смирнов, В.И.Зубков. Краткие очерки истории ВНИИРТ. М:. ВНИИРТ, 1996), основанные на многочастотном обзоре пространства и содержащие многоканальное по частоте приемо-передающее устройство, множество фазированных антенных решеток (ФАР) по одной на каждый частотный канал. Каждая ФАР выполнена с электронным управлением ее многолепестковой диаграммой направленности в угломестной плоскости и непосредственно соединена со своим приемопередающим частотным каналом через отдельный канал вращательного СВЧ - перехода. Все ФАР установлены на общем электромеханическом приводе азимутального вращения.
Общим недостатком указанных всевысотных обнаружителей является недостаточная точность измерения координат воздушных объектов, связанная с трудностью союстировки отдельных ФАР между собой.
Наиболее близким из известных обнаружителей воздушных объектов является всевысотный обнаружитель (Радиолокационная станция СТ-68 (5Н59). В кн. С.А.Смирнов, В.И.Зубков. Краткие очерки истории ВНИИРТ. М:, ВНИИРТ, 1996), содержащий два приемопередающих устройства, разнесенные между собой по частоте и угломестному направлению
зондирования и приема эхосигналов, две (основную и вспомогательную) фазированные антенные решетки (ФАР) с фазовым сканированием радиолучом в угломестной плоскости, установленные на общем приводе азимутального вращения ФАР и соединенные через двухканальный вращательный СВЧ-переход с соответствующими приемопередающими устройствами, причем каждая ФАР выполнена на излучателях бегущей волны. При этом каждая ФАР выполнена в виде волноводно-щелевой решетки на излучателях бегущей волны (алюминиевых волноводов со щелевыми излучателями). Входы волноводов излучателей бегущей волны соединены через фазовращатели и вращательный СВЧ-переход с соответствующими циркуляторами приемопередающих устройств. Каждое приемопередающее устройство содержит передающее и приемное устройства, соединенные между собой и с соответствующей ФАР через циркулятор и соответствующий частотный канал СВЧ-перехода. Сигнальные выходы приемных устройств соединены с рабочим местом оператора через аппаратуру обработки принятых эхосигналов, управляющий выход которой по управляющим сигналам фазового сканировании соединен с фазовращателями ФАР.
Недостатком данного обнаружителя, как и других всевысотных обнаружителей, является недостаточная точность измерения координат воздушных объектов, связанная с трудностью союстировки взаимного положения угломестных лепестков различных разнесенных ФАР и различных частот между собой.
Технической задачей полезной модели является повышение точности измерения координат воздушных объектов. Техническим результатом, обеспечивающим решение поставленной технической задачи, является нагрузка приемопередающих устройств на общую ФАР, обеспечивающая исключение необходимости физической юстировки лучей ФАР различных частот в угломестной плоскости сканирования.
Достижение заявленного технического результата и, как следствие, решение поставленной технической задачи достигается тем, что всевысотный обнаружитель, содержащий блок приемопередающих устройств, фазированную антенную решетку (ФАР) с фазовым сканированием радиолучами в угломестной плоскости и привод азимутального вращения ФАР с вращательным СВЧ-переходом, причем приемопередающие устройства разнесены между собой по частоте, а ФАР выполнена на излучателях бегущей волны согласно полезной модели он дополнительно содержит частотно-разделительное устройство, ФАР выполнена общей для всех приемопередающих устройств и соединена с ними по зондирующим и эхосигналам через частотно - разделительное устройство, причем частотно-разделительное устройство содержит два волноводных СВЧ-сумматора, соединенные между собой через вращательный СВЧ-переход азимутального привода. При этом каждый СВЧ-сумматор выполнен на волноводных мостах и направленных волноводных ответвителях, например с четвертьволновым разносом элементов связи и/или с распределенной связью, а каждый излучатель бегущей волны ФАР выполнены на желобковых, Ш-образных открытых и/или щелевых СВЧ-волноводах.
Введение частотно-разделительного устройства и выполнение ФАР, общей для всех приемопередающих устройств, позволило нагрузить все передатчики различных частот на одну общую ФАР и, используя частотные свойства ее излучателей бегущей волны, обеспечить четкое частотное разделение ее лепестков (угловых направлений излучения и приема сигналов) в угломестной плоскости и, тем самым, исключить необходимость сложной физической союстировки взаимного положения этих лепестков различных ФАР в известных аналогах. Уменьшение ошибок союстировки лучей в свою очередь, повышает точность изменения угловых координат воздушных объектов.
Снабжение частотно-разделительного устройства двумя СВЧ-сумматорами с волноводными СВЧ-фильтрами, соединенными между собой
через вращательный СВЧ-переход азимутального привода, позволило обеспечить развязку приемопередающих каналов различных частот между собой и ФАР на прием и передачу СВЧ-сигналов и, тем самым, обеспечило реализацию поставленной технической задачи. Выполнение излучатели бегущей волны ФАР выполнены на желобковых, Ш-образных открытых и/или щелевых СВЧ-волноводах дополнительно позволяет обеспечить многовариантность реализации этой технической задачи.
На фиг.1 представлена функциональная схема всевысотного обнаружителя с ФАР кругового обзора и трехлепестковой диаграммой направленности в угломестной плоскости, на фиг.2 и 3 - пример его внешнего вида в транспортном и рабочем положении соответственно.
1
2
3
1
2
3
Всевысотный обнаружитель содержит блок 1 приемопередающих устройств 2, 3, 4 с частотой f>f>f соответственно, соединенных через частотно-разделительное устройство 5 с фазированной антенной решеткой (ФАР) 6, установленной на азимутальном приводе 7 вращения. Каждое приемопередающее устройство 2÷4 содержит передатчик 8 зондирующих СВЧ-сигналов и приемник 9 эхосигналов (отраженных от воздушного объекта СВЧ-сигналов), соединенных через циркулятор 10 (устройство СВЧ-развязки сигналов на прием и передачу) с частотно-разделительным устройством 5. Устройство 5 содержит два СВЧ-сумматора 11 и 12, соединенные между собой через вращательный СВЧ-переход 13 азимутального привода 7. СВЧ-сумматоры 11 и 12 выполнены на волноводных мостах (Т-мосты) и направленных волноводных ответвителях, например с четвертьволновым разносом элементов связи и/или с распределенной связью (Справочник по основам радиолокационной техники. Под ред. В.В.Дружинина. Воениздат. 1967, с.136-142). При этом частотное суммирование обеспечивает СВЧ-запитку излучателей ФАР 6 сигналами суммой частот f, f, f в момент зондировании воздушного пространства, а частотное разделение сигналов через направленные резонансные ответвители по соответствующим приемникам 9 - прием эхосигналов в период времени
1
2
3
между соседними моментами зондирования ФАР 6. ФАР 6, установленная на приводе 7 азимутального вращения ФАР 6, выполнена с фазовым сканированием радиолучами в угломестной плоскости ε (фиг.2) и содержит набор излучателей 14 бегущей волны с фазовращателями 15 с СВЧ-запиткой каждого излучателя 14 суммой СВЧ сигналов частот f>f>f. Излучатели 14 бегущей волны ФАР выполнены на желобковых, Ш-образных открытых и/или щелевых СВЧ-волноводах, а фазовращатели 15 - в виде проходных емкостных или ферритовых фазовращателей с цифровым управлением. Управляющие входы фазовращателей 15 по сигналам сканирования соединены с управляющими выходами аппаратуры 16 обработки принятых сигналов. Аппаратура 16 содержит установленные на двунаправленной активной шине сопряжения центральный вычислитель, блок оперативной памяти для хранения текущих данных (обновляемой траекторией информации о воздушных целях, хранения промежуточных расчетов центрального вычислителя и команд управления), блок постоянной памяти с программой электронно-фазового сканирования воздушного пространства (на фигурах не показано), а также содержит вводно-выводные устройства для соединения аппаратуры 16 по входным сигналам с приемопередающими устройствами 2÷4, по выходным сигналам (результатам цифровой обработки эхосигналов) с рабочим местом 17 оператора, по управляющим сигналам сканирования лучами 18, 19, 20 ФАР 6 - с фазовращателями 15. Всевысотный обнаружитель может быть установлен на самоходном шасси 21 или на полуприцепе, в закрытом кузове 22 которого установлены экранированный блок 1 приемопередающих устройств, аппаратура 16 обработки принятых эхосигналов и рабочее место 17 оператора. Для использования всевысотного обнаружителя в лесной и горной местностях ФАР 6 с приводом 7 могут быть установлены на мобильной телескопической вышке. Мобильная телескопическая вышка в транспортном положении размещается на отдельном полуприцепе к шасси 21 (на фигурах не показано).
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Всевысотный обнаружитель работает следующим образом. Оператор с рабочего места 17 включает азимутальный привод 7 ФАР 6 и через аппаратуру 1 задает программу сканирования лучами 18÷20 ФАР 6 воздушного пространства в угломестной плоскости. Привод 7 начинает вращать ФАР 6, обеспечивая ей круговой обзор воздушного пространства. После выхода параметров привода 7 в рабочий режим автоматически включается блок приемопередающих устройств 1. При этом с заданным периодом следования передатчики 9 приемопередающих устройств 2, 3, 4 генерируют высокочастотные зондирующие импульсы на частотах f>f>f соответственно. Эти импульсы через соответствующие циркуляторы 10 поступают на входы волноводного сумматора 11, где объединяются в общий поток СВЧ-энергии в выходном его волноводе. Далее суммарный поток СВЧ-энергии проходит через вращательный переход 13 привода 7, сумматор 12 и через его ответвители 12. 1÷12.96 подается на фазовращатели 15. Одновременно на управляющие цифровые входы фазовращателей 5 со сканирующего выхода аппаратуры 1 подается в цифровой форме фазосдвигающее пилообразное напряжение. Под действием этого напряжения меняется величина задержки суммарных СВЧ-сигналов в каналах фазовращателей. За счет разности СВЧ-частот f>f>f излучатели бегущей волны 14 формируют на излучающем раскрыве ФАР фазовое распределение частот, обеспечивающее формирование в угломестной плоскости трех лепестков 18, 19, 20 потоков излучений с частотами f, f, f под разными углами к горизонту (фиг.2). Одновременно изменение фазы суммарных СВЧ-сигналов обеспечивает синхронное изменение их углового положения (сканирование воздушного пространства) в угломестной плоскости ε пропорционально скорости изменения фазы СВЧ-сигналов в фазовращателях 15. Одновременное формирование трех лепестков и возможность управления ими в угломестной плоскости обеспечивает обнаружение и сопровождение воздушных объектов, летящих как на предельно малых, так и на больших высотах с помощью одной ФАР 6.
1
3
3
1
2
3
При этом отпадает необходимость союстировки отдельных частотных лучей 18, 19, 20 ФАР 6 из-за физического отсутствия множества ФАР и известности расчетных зависимостей углового положения этих лучей от численного значения частот f, f, f и величины их фазовых сдвигов Δf для используемых излучателей бегущей волны в заводском исполнении ФАР 6.. Вращение ФАР 6 вокруг оси в азимутальной плоскости дополнительно к угломестному обзору обеспечивает круговой обзор воздушного пространства в верхней полусфере относительно местоположения всевысотного обнаружителя. При входе воздушного объекта в зону обнаружения всевысотного обнаружителя отраженный от него СВЧ-сигнал «эхосигнал» принимается ФАР 6 и через частотно-разделительное устройство 5, циркуляторы 8 подается на соответствующие по частоте f, f, f приемники 9 приемопередающих устройств 2, 3, 4 соответственно. Приемники 9 осуществляют детектирование принятых эхосигналов, проводят оптимальную первичную обработку их видеосигналов и сравнение их амплитуды с пороговыми значениями обнаружения, далее обнаруженные сигналы (превышающие порог обнаружения) преобразуют их в цифровую форму и передают в аппаратуру 1 для вторичной обработки принятых эхосигналов. В аппаратуре 1 производится расчет параметров движения воздушных объектов и пролонгация траекторий их движения. Одновременно траекторная информация о воздушной обстановке с аппаратуры 1 передается на индикаторное устройство рабочего места 17 оператора для принятия решения по уточнению программ сканирования (секторный, круговой обзор) воздушного пространства в зависимости от складывающейся ситуационной обстановки и выбранного числа объектов для сопровождения в зоне обзора всевысотного обнаружителя.
Полезная модель разработана на уровне опытного образца ВВО - 96Л6. Готовится ее серийное производство.