Варианты функциональных схем радиолокационных станций с управляемой поляризацией

УДК 621.396.96

ВАРИАНТЫ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ С УПРАВЛЯЕМОЙ ПОЛЯРИЗАЦИЕЙ

А.В. СТАРЫХ, Г.Н. ЖИЛИНСКАЯ

Рассмотрены варианты функциональных схем радаров с управляемой поляризацией.

Ключевые слова: поляризация радиоволн, радары.

Введение

Поляризационная обработка сигналов в РЛС требует определенного усложнения аппаратуры и налагает ряд требований на оборудование, которые необходимо выполнить для успешного использования поляризационных эффектов.

Наибольшую эффективность обеспечат те РЛС, в которых обеспечивается излучение и прием электромагнитных волн с произвольной поляризацией или, по крайней мере, некоторый набор различных видов поляризаций.

Для решения этой задачи возможны два пути: создание принципиально новых или модернизация существующих РЛС. Ниже рассматриваются варианты модернизации имеющихся РЛС с целью получения в них возможности излучения и приема радиоволн с различными видами поляризации.

При модернизации имеющихся РЛС также возможны два пути их реализации: поочередное излучение и прием радиоволн различной поляризации, либо одновременный прием излучения радиоволн с различными видами поляризации. Другими словами, возможно построение одноканальных и двухканальных по поляризации РЛС. Если радиолокационная цель имеет стационарные во времени характеристики, тогда достаточно использование одноканальной РЛС. В противном случае целесообразно использовать двухканальный вариант.

При поляризационной селекции важную роль играет режим полного поляризационного сканирования (ППС) [1, 2], при котором обеспечивается последовательное излучение электромагнитных волн постоянной мощности всевозможных поляризаций. Это означает, что кривая, описывающая состояние поляризации волны на сфере Пуанкаре, «полностью» покрывает «всю» ее поверхность.

Простейший режим ППС может быть осуществлен, когда электрические векторы ортогональных компонент изменяются следующим образом Е = собО• eгЛюt• ^• егйй; Е = бшО• е-гАйй^ е-гф1 • ег(М, при этом между частотами должны выполняться соотношения: 0<<АЮ<<Ю или DM<<Q<<0).

Таким образом, для реализации режима ППС необходимо формировать два балансно-модулированных колебания на несущей частоте м. Изменяя частоты О и Аю, можно менять параметры сканирования. Для формирования балансно-модулированных колебаний, являющихся основой для создания сигналов ППС, идут либо по пути непосредственной их генерации с помощью балансных устройств с ферритовыми диодными модуляторми или применяют методы смещения частоты в линейном фазовращателе. Более популярными являются методы, связанные с применением ферритовых модуляторов.

Полагая, что принципиально можно реализовать режим ППС с определенным шагом, с которым происходит изменение поляризации волны, будем ориентироваться на более реалистические варианты, т.е. не ставя задачу получения всех возможных видов поляризации волны на излучение и прием, рассмотрим последовательно варианты построения РЛС с определенным ограниченным числом видов поляризации.

Сформулируем основные требования, предъявляемые к таким РЛС, к которым можно отнести следующие.

1. Коэффициент усиления антенны должен быть примерно одинаков для всех видов используемых поляризаций радиоволн. 2. Возможность измерения интенсивности принятого сигнала в широком динамическом диапазоне. 3. Независимость измеряемых поляризационных характеристик от взаимной ориентации поляризационного базиса антенны РЛС и собственной системы координат радиолокационной цели. 4. Инвариантности измерений поляризационных параметров к повороту антенно-фидерных устройств. 5. Обеспечение требуемого уровня вносимых СВЧ-потерь в устройствах согласования и сопряжения. 6. Обеспечение заданного уровня излучения кроссполяризационной составляющей по отношению к основной поляризационной составляющей.

Следует обратить внимание, что одновременное выполнение всех перечисленных выше требований в техническом плане представляет трудно разрешимую задачу, а поэтому на практике основное внимание уделяют тем требованиям, которые наиболее важны для решения конкретно поставленной задачи.

РЛС с линейными видами поляризации

Упрощенная блок-схема РЛС показана на рис. 1, где приняты обозначения: ВЩО - волноводно-щелевой облучатель; Р - рефлектор; П - поляризатор; СМБ-СВЧ моноблок - СВЧБ; ЭБ -электронный блок; БП - блок питания; БУ - блок управления; ПРД - передатчик; ПРМ - приемник; БС - блок сопряжения; ПК - персональный компьютер; РЛ - радиолиния.

Рис. 1

Облучатель и рефлектор формируют заданную диаграмму направленности. В качестве вращателя плоскости поляризации используется ферритовый вентиль, работа которого основана на эффекте Фарадея. В зависимости от величины тока подмагничивания феррита меняется ориентация вектора напряженности электрического поля внутри волновода, а следовательно, и поляризация излучения.

ЭБ предназначен для преобразования аналогового видеосигнала в цифровую форму с целью передачи его по РЛ.

РЛС с круговой поляризацией излучаемых радиоволн

Рассматривается радиолокационная наземная система, в которой используется круговой поляризационный базис. При этом излучение волны с простейшим видом поляризации (левый или правый круг) дает возможность прямого измерения инвариантного поляризационного параметра матрицы рассеяния радиолокационного объекта (модуль степени его анизотропии). Суммирование мощностей на выходе плеч поляризационного разделителя дает второй инвариант матрицы рассеяния - полную энергию рассеянной волны.

Общая функциональная схема соответствующей радиолокационной системы показана на рис. 2, где приняты следующие обозначения: П - передающее устройство (ПРД); РКП - разделитель круговых поляризаций; СМ-1, СМ-2, СМ-3 - смесители (М); Г-1, Г-2 - гетеродины; ЛУПЧ -логарифмический усилитель промежуточной частоты; щ\ -модуль коэффициента анизотропии.

ГТРД Гі Гі

Рис. 2

В режиме излучения высокочастотный сигнал, формируемый передающим устройством П, через циркулятор поступает на один из входов разделителя круговых поляризаций (РКП), конструктивно объединенного с антенной. В режиме приема рассеянный сигнал принимается антенной и с выходов РКП поступает на систему СМ-1 и СМ-2, на которые подается сигнал от общего гетеродина Г-1. Данная РЛС использовалась для дистанционного зондирования наземных объектов как стационарных, так и подвижных с целью изучения их статистических характеристик.

РЛС с комбинированными видами поляризации для изучения статистических характеристик радиолокационных целей

РЛС с комбинированными видами поляризации показана на рис. 3, где приняты следующие обозначения: ПП - переключатель поляризации; УП - управитель поляризации; У - усилитель (УС); УМ - умножитель; ГТИ - генератор тактовых импульсов; ЗГ - задающий генератор; Г - гетеродин, СМ - смеситель; ПУПЧ - предварительный УПЧ; МПЧ - модуль тракта промежуточной частоты; БД - блок детекторов; БС - блок сопряжения; ПК - персональный компьютер.

Рис. 3

Радиолокационная система предназначалась для регистрации положения энергетического центра отражения зондирующего объекта относительно его геометрического центра в азимутальной и угломестной плоскости при различных поляризациях антенны РЛС и автоматическом поляризационном режиме. Под автоматическим режимом здесь понимается переключение поляризации от импульса к импульсу по заранее заданному закону. РЛС использовалась для обнаружения слабоконтрастных малоподвижных радиолокационных объектов на фоне интенсивных мешающих отражений.

РЛС с комбинированными видами поляризации и со спектральным анализом

Основу РЛС составляет система поляризационной селекции (СПС), которая формирует электрическим путем в режиме приема и передачи электромагнитные волны со следующими

видами поляризации: П1 - левая круговая; П2 - правая круговая; П3 - горизонтальная линейная поляризация; П4 - вертикальная линейная поляризация; П5 - линейная поляризация с наклоном плоскости поляризации под углом 45°; П6 - линейная поляризация с наклоном плоскости поляризации под углом 135°.

ОУ

СП

ФП

ВПП1

пк

УС

пп

ВПП'

Рис. 4

СПС показана на рис. 4 и включает в себя ОУ - облучающее устройство; УС - устройство сопряжения; СП - селектор поляризации; Обл - облучатель; ТВ - тракт волноводный; ПК - персональный компьютер; ФП - фильтр поляризационный; ПП - преобразователь поляризации; ВПП - вращатели плоскости поляризации (РЯ).

ЛИТЕРАТУРА

1. Козлов А.И., Логвин А.И., Сарычев В.А. Поляризация радиоволн // Поляризационная структура радиолокационных сигналов. - М.: Радиотехника, 2005.

2. Богородский В.В., Канарейкин Д.Б., Козлов А.И. Поляризация рассеянного и собственного радиоизлучения земных покровов. - Л.: Гидрометиздат, 1981.

THE VARIANTS OF THE RADAR STATION FUNCTIONAL SCHEMES WITH OPERATED POLARIZATION

Starich A.V., Zhilinska G.N.

The variants of the radar functional schemes with operated polarization were considered.

Key words: polarization of radiowave, radars.

Сведения об авторах

Старых Александр Васильевич, 1957 г.р., окончил МГТУ ГА (1985), доктор технических наук, профессор кафедры технической эксплуатации радиотехнических систем воздушного транспорта МГТУ ГА, автор более 70 научных работ, область научных интересов - радиолокация, микроволновая радиометрия.

Жилинская Г алина Николаевна, окончила Рижский Краснознаменный институт инженеров гражданской авиации (1976), кандидат технических наук, преподаватель Рижского института телекоммуникаций, автор более 25 научных работ, область научных интересов - микроволновая радиометрия, дистанционное зондирование окружающей среды.