РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ МАЯК-ОТВЕТЧИК
RADAR TRANSPONDER BEACON

Предлагаемый радиолокационный маяк-ответчик (маяк-ответчик) предназначается для использования в системе радиолокации с активным ответом при размещении РЛС-запросчиков и маяков-ответчиков на подвижных носителях для обеспечения их взаимоориентирования при групповых действиях, в частности, для использования на вертолетах противолодочной обороны, при поиске, слежении и атаке подводной лодки (ПЛ) группой вертолетов, оборудованных аппаратурой обнаружения ПЛ и аппаратурой взаимоориентирования, причем последняя на каждом носителе состоит из РЛС и маяка-ответчика. Поиск, слежение и атака ПЛ группой вертолетов предусматривают определение местоположения ПЛ одним или двумя носителями, взаимоориентирование их с другими вертолетами группы и поочередный вывод в определенные точки пространства для сохранения электромагнитного контакта с ПЛ и слежения за ней, либо вывод в точку сброса оружия.
Точность взаимоориентирования, в частности, определения угловых координат, имеет существенное влияние на ошибки вывода носителя в очередную точку пространства и, следовательно, на решение общей тактической задачи.
В системах радиолокации с активным ответом точность определения угловых координат маяков-ответчиков в диапазоне дальностей ограничивается наличием боковых и задних лепестков диаграмм направленности антенн РЛС-запросчиков, так как при сближении запросчика с ответчиком последний вырабатывает ответные сигналы при запросах не только основным лепестком диаграммы направленности антенны РЛС-запросчика, но боковыми и задними лепестками, при этом точное определение угловых координат ответчика не может быть обеспечено без компенсации или исключения запросов боковыми и задними лепестками, так как на энергетическом уровне боковых и задних лепестков нарушается симметричность диаграммы направленности и возможна значительная ошибка в определении угловых координат как за счет несимметричности, так и за счет возможного определения азимута по боковому, либо заднему лепестку.
При сближении запросчика с ответчиком на определенной дальности в противопоставляемом устройстве через основной канал приемника ответчика начинают проходить запросные сигналы от основного и боковых лепестков диаграммы направленности антенны РЛС, а через дополнительный канал - в связи с отличием по чувствительности - только от основного лепестка, при этом в формирователе ответных сигналов вырабатываются ответные сигналы двух видов, которые излучаются передатчиком ответчика в пространство и поступают впоследствии на индикатор запросчика и различаются его оператором, визуально выделяющим ответные сигналы на запрос основным лепестком.
Устройство имеет, по нашему мнению, следующие недостатки:
- не обеспечивается возможность точного определения угловых координат ответчиков в группе из более чем двух носителей, оборудованных РЛС и маяками-ответчиками, на дальностях, на которых осуществляется облучение ответчиков боковыми (и задними) лепестками диаграмм направленности антенн РЛС, т.е. не обеспечивается взаимоориентирование на этих дальностях, так как при работе запросчика с двумя и более ответчиками на экране индикатора запросчика высвечиваются ответные сигналы от всех ответчиков на запросы и основным и боковыми лепестками антенн РЛС, что значительно затрудняет, а при увеличении числа ответчиков, может вообще исключить возможность визуального выделения ответных сигналов на запросы основным лепестком и определения угловых координат ответчиков; при работе ответчика с двумя и более запросчиками на этих дальностях излучение ответных сигналов производится при облучении ответчика как основным, так и боковыми лепестками всех запросчиков, т.е. в течение времени, значительно превышающего время облучения только основным лепестком, что значительно уменьшает пропускную способность ответчика, а при увеличении числа запросчиков может вообще исключить возможность ответов на запросы только основным лепестком диаграмм направленности антенн их РЛС;
- не обеспечивается возможность применения автоматизации измерения координат ответчиков для повышения быстродействия и точности их определения при взаимоориентировании в группе носителей.
Целью настоящего предложения является обеспечение возможности взаимоориентирования в группе из более чем двух подвижных носителей, оборудованных РЛС и радиолокационными маяками-ответчиками, в диапазоне дальностей, вследствие увеличения пропускной способности ответчиков и обеспечения возможности применения автоматизации измерения их координат для повышения быстродействия и точности местоопределения, путем исключения в ответчиках выработки ответов на запросы боковыми лепестками.
Поставленная цель достигается автоматическим переключением запуска формирователя ответных сигналов в маяке-ответчике от запросов через тот канал приемника запросных сигналов, через который проходят запросы только основным лепестком диаграммы направленности антенны РЛС, реализуемым за счет введения в состав маяка-ответчика, содержащего трехканальный приемник запросных сигналов, причем второй и третий канал имеют меньшую чувствительность, чем основной канал, на 20-30 дБ и 40-50 дБ соответственно, соединенный с приемником дешифратор запросных кодов и признаков запросчиков, формирователь ответных сигналов и соединенный с ним передатчик ответных сигналов, следующих устройств: коммутатора переключения запуска ответов, счетчиков запросных импульсов по каждому каналу приема и каждому запросчику и анализатора числа запросных импульсов, причем один вход коммутатора соединен с выходом дешифратора, а одни выход коммутатора соединен с входами счетчиков, выходы всех счетчиков соединены со входом анализатора, выход анализатора соединен со вторым входом коммутатора, а второй выход коммутатора соединен со входом формирователя ответных сигналов.
На фиг. 1 представлена структурная схема маяка-ответчика.
На фиг. 2 представлены графики, поясняющие работу.
Предлагаемый маяк-ответчик содержит:
- приемник запросных сигналов (ПЗС) - 1;
- дешифратор запросных кодов и признаков запросчиков (ДЗКПЗ) - 2;
- коммутатор переключения запуска ответов (КПЗО) - 3;
- счетчики запросных импульсов (СЗИ) - 4;
- анализатор числа запросных импульсов (АЧЗИ) - 5;
- формирователь ответных сигналов (ФОС) - 6;
- передатчик ответных сигналов (ПОС) - 7.
Работа такого устройства основана на явлении отличия числа импульсов в пачке запросных сигналов при облучении ответчика только основным лепестком диаграммы направленности антенны РЛС-запросчика от числа импульсов при облучении основным и боковыми лепестками за время, соответствующее одному периоду обзора антенны РЛС - для установленных значений периода обзора антенн и периода повторения запросных сигналов.
На рисунке фиг. 2 на оси ординат отложена дальность между запросчиком и ответчиком (уменьшается вниз), на оси абсцисс отложено число запросных импульсов в пачке (увеличивается вправо).
На графике изображены кривые, характеризующие изменение числа запросных импульсов в пачке, облучающей ответчик, и переключение приема с более чувствительных каналов на менее. На предельной дальности обнаружения ответчика запросчиком число запросных импульсов в пачке минимально и определяется облучением ответчика только основным лепестком диаграммы направленности антенны РЛС-запросчика (поз. 8); при сближении запросчика с ответчиком число импульсов в пачке увеличивается (что связано о расширением основного лепестка диаграммы направленности антенны РЛС на более низких энергетических уровнях и достигает некоторой максимальной величины; при дальнейшем приближении начинается облучение ответчика как основными, так и боковыми лепестками, при этом число импульсов лавинообразно увеличивается (поз. 9, поз. 10, 11). Использование этого явления обеспечивается наличием в приемнике запросных сигналов трех каналов приема с разными градациями чувствительности - предельной в основном канале, уменьшенной на 20-30 дБ - во втором канале и уменьшенной на 40-50 дБ в третьем канале приема.
При сближении запросчика с ответчиком запросные сигналы проходят вначале только через основной канал (поз. 8-9), затем после приближения - через основной и второй канал (поз. 8-10), и при дальнейшем приближении - через основной, второй и третий каналы приема (поз. 8-11), декодируются и передаются на счетчики по каждому каналу приема и каждому запросчику отдельно, подсчет числа запросных импульсов производится за интервал времени, соответствующий одному обзору антенны РЛС, полученное число сравнивается с заранее установленными критериями значений минимальной и максимальной величины числа, соответствующего запросу ответчика только основным лепестком диаграммы направленности антенны РЛС, и запуск ответов может быть переключен на запрос через тот канал приема, через который в предыдущем интервале подсчета импульсов прошло число импульсов, соответствующее критерию. Точки переключения обозначены на графике поз. 12 - точка переключения с основного канала на второй канал, и поз. 13 - с второго канала на третий канал.
Описание работы устройства: запросные сигналы, поступающие на вход ПЗС 1, преобразуются, усиливаются, детектируются, нормируются по амплитуде и длительности и поступают на ДЗКПЗ 2. В ДЗКПЗ 2 запросные сигналы декодируются, при этом разделяются запросные сигналы от разных запросчиков. Декодированные запросные сигналы поступают на один из входов КПЗО 3, где по каждому номеру запросчика и по каждому каналу приема передаются на счетчики в СЗИ 4. Подсчет числа импульсов запроса производится одновременно и независимо в каждом канале приема каждого запросчика за интервал времени, соответствующий периоду одного обзора антенны РЛС-запросчика (для всех запросчиков данной группы устанавливаются одинаковые периоды обзора антенн). Обнуление счетчиков происходит один раз за этот интервал. Полученное число в кодовом виде поступает на АЧЗИ 5, где сравнивается с хранящимися в памяти критерием - числами, соответствующими минимальному и максимальному значению числа импульсов в пачке запросных сигналов при облучении ответчика только основным лепестком диаграммы направленности антенны РЛС-запросчика. После сравнения подсчитанного числа запросных импульсов с установленными пределами АЧЗИ выдает на второй вход КПЗО 3 разрешение на запуск ФОС 6 через соответствующие каналы приема. Таким образом, если прошедшее через основной канал приема за указанное время число запросных импульсов оказывается меньше максимально допустимого значения, выдается разрешение на запуск ФОС 6 через основной канал ПЗС 1 по данному запросчику. Если число запросных импульсов, прошедших через основной канал приема больше максимально допустимой величины, АЧЗИ 5 выдает на следующий интервал подсчета разрешение на запуск ФОС 6 через второй канал приема и запрет на запуск через основной и третий каналы приема; если число запросных импульсов, прошедших через второй канал приема, превышает максимально допустимое значение, АЧЗИ 5 выдает разрешение на запуск ФОС 6 через третий канал приема и запрет на запуск через основной и второй каналы приема.
Если в течение периода подсчета число импульсов через третий канал оказывается меньше максимально допустимого значения - на следующий период времени соответствующий времени подсчета выдается разрешение на запуск ФОС 6 через более чувствительный канал приема (т.е. второй и т.д.).
Если при подсчете за период обзора через все каналы приема проходит число запросных импульсов меньше минимально допустимого, АЧЗИ 5 выдает разрешение на запуск ФОС 6 через основной канал приема, и запрет на запуск через второй и третий каналы.
Запросные импульсы, поступающие через КПЗО 3 по каждому запросчику на ФОС 6, производят его запуск, ФОС 6 вырабатывает код ответа и запускает ПОС 7, вырабатывающий ответные радиосигналы.
Таким образом, подсчет запросных импульсов производится независимо и одновременно по каждому каналу и каждому запросчику и автоматически вырабатываются команды для переключения запуска ФОС 6 через соответствующий канал приема.
Предлагаемое устройство освобождает оператора запросчика от выполнения каких-либо ручных операций для выделения основного лепестка диаграммы направленности, обеспечивает возможность автоматизации взаимоориентирования носителей, в значительной степени повышает пропускную способность канала ответа на малых дальностях и обеспечивает автоматическое исключение ответов на запросы боковыми и задними лепестками диаграммы направленности антенны РЛС-запросчика, следствием чего является возможность повышения быстродействия и точности определения координат ответчиков при взаимоориентировании в группе подвижных носителей, т.е. обуславливается достижение поставленной цели.
Предлагаемое устройство реализовано в опытных образцах поисково-прицельной системы "Осьминог", разработанной в 1970-74 гг., изготовленных в 1974 г. Расчеты и результаты моделирования работы устройства приведены в эскизно-техническом проекте ОКР "Осьминог",  также защищенном с положительной оценкой.
Применение предлагаемого устройства при работе подвижных носителей, равно оборудованных РЛС-запросчиками и радиолокационными маяками-ответчиками, позволяет реализовать полную автоматизацию решения задач взаимоориентирования в группе до шести и более носителей в диапазоне дальностей 300 м - 30 км при повышении по сравнению с противопоставляемым устройством пропускной способности ответчиков в 5-10 раз, быстродействия в десятки раз и точности местоопределения не менее чем на 50%.