ТРЕХДИАПАЗОННЫЙ РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ МОДУЛЬ

Полезная модель относится к области радиотехники и радиолокации и предназначена для радиолокационного зондирования поверхности Земли с борта беспилотного летательного аппарата.
Технический результат заключается в создании устройства, осуществляющего формирование, излучение, прием и обработку радиолокационных сигналов в трех диапазонах частот (X, L, Р) на двух ортогональных поляризациях с малым интервалом времени между импульсами разных диапазонов 1 мкс, развязкой между каналами более 50 дБ, широкими диапазоном регулировки выходной мощности и динамическим диапазоном, масса-габаритные характеристики которого позволяют использовать в качестве носителя устройства беспилотный летательный аппарат средней грузоподъемности.
Известны РЛС, предназначенные для дистанционного зондирования Земли (ДДЗ). Основные методы ДДЗ изложены в литературе (М.И. Финкальштейн, В.А. Кутав, В.П. Золотарев. Применение радиолокационного подповерхностного зондирования в инженерной геологии. Под редакцией М.И. Финкельштейна. - М.: Недра, 1986. - 128 с., Вопросы подповерхностной радиолокации. Коллективная монография / Под ред. А.Ю. Гринева. - М.: Радиотехника, 2005. - 416 с.: ил., М.И. Финкельштейн, В.И. Карпухин, В.А. Кутев, В.Н. Метелкин. Подповерхностная радиолокация. М.: Радио и связь, 1994. - 216 с.). Известны серия георадаров «ОКО» (www.geotech.ru). Недостатками данных образцов является работа только в одном частотном диапазоне, размещение георадара только на наземных носителях. Известен многодиапазонный вертолетный радиолокационный комплекс (RU2497145C1, опубл. 27.10.2013), работающий в L, X и Ka диапазонах. Недостатками данного решения является необходимость в использовании задающего генератора с широким диапазоном частот (~1-40 ГГц), использование только линейной или круговой поляризаций, отсутствие системы обмена данными для работы на БПЛА.
В качестве прототипа выступает РЛС летающей лаборатории Ту-134 «Имарк» (А.А. Каклинкевич, Б.Г. Кутуза, В.Н. Марчук и др. Многочастотная радиолокация «эффективной» влажной почвы. // РЭНСИТ. 2018. т. 10, №2. с. 193-207). Недостатком данной системы является большие габариты, делающие невозможным использование в качестве носителя БПЛА среднего класса (с грузоподъемностью не более 10 кг).
Указанный технический результат достигается за счет быстродействующей коммутации трактов передачи и приема различных диапазонов на общий узел формирования и обработки радиосигналов.
Сущность полезной модели заключается в следующем. Устройство состоит из узла цифровой обработки сигналов (УЦОС) 1, узла высокочастотной коммутации (УВЧК) 2, приемно-передающего модуля X диапазона 3, приемных каналов L 4, Ρ 5 диапазонов, передающих каналов L 6, Ρ 7 диапазонов, приемных антенных систем X 8, L 9, Ρ 10 диапазонов, передающих антенных систем X 11, L 12, Ρ 13 диапазонов, узла микронавигаци 14, узла регистрации событий 15 и модема 16. Использование одного вычислительного модуля (УЦОС) одновременно для трех частотных диапазонов позволяет уменьшить масса-габаритные характеристики устройства. Структурная схема радиолокационного модуля приведена на фиг. 1.
Узел ЦОС 1 осуществляет формирование и обработку зондирующего сигнала в 1 и 3 зонах Найквиста, соответствующих Ρ и L диапазонам. УВЧК 2 осуществляет переключение частотных диапазонов, регулировку выходной мощности и коэффициента усиления принятого сигнала. В узел встроена схема синхронизации 23, которая позволяет подключить вход одного канала передачи к выходам двух каналов приема, обеспечив синхронизацию АЦП двух каналов приема, после чего подключить входы каналов передачи к соответствующим выходам каналов приема, обеспечив синхронизацию ЦАП обоих каналов передачи. В последнем случае можно сделать запись реализаций формируемых сигналов, прошедших через ЦАП и АЦП, учтя при обработке вносимые ими искажения. Приемные и передающие модули Р, L диапазонов осуществляют усиление и фильтрацию сигналов. Приемно-передающий модуль X диапазона 3 дополнительно осуществляет перенос частоты квадратурными смесителями. Узел микронавигации 14 осуществляет определение пространственного положения антенных систем радиолокационного модуля в пространстве, измерение скорости и видеосъемку в направлении радиолокационного зондирования, координаты положения записываются в узел регистрации событий 15. Связь с модулем осуществляется через модем 16.
Формирование и обработка радиосигналов осуществляется узлом цифровой обработки сигналов 1, входящим в состав РЛМ. Структурная схема УЦОС представлена на фиг. 2. Он включает в себя две схемы формирования и обработки сигналов, соответствующих каналам вертикальной и горизонтальной поляризации, содержащих ПЛИС 17, ЦАП 18 и АЦП 19, и плату формирования тактового сигнала, содержащую синтезатор частот 20.
Структурная схема Узла ВЧ коммутации 2 приведена на фиг. 3. Устройство состоит из двух блоков, один из которых работает на передачу, другой на прием. Блок передатчика содержит СВЧ радиотракты 21 и 22, осуществляющих подключение сигнала от внешнего формирователя к антенным системам X, L, Ρ диапазонов, схему синхронизации 23, ключи 24 и 25, осуществляющие подключение сигнала от узла цифровой обработки сигналов 1 к СВЧ радиотрактам 21 и 22 или схеме синхронизации 23, схему управления 26. Блок приемника содержит СВЧ радиотракты 27 и 28, осуществляющих коммутацию сигналов от антенных систем X, L, Ρ диапазонов, ключи 29 и 30, осуществляющие подключение сигнала от СВЧ радиотрактов 27 и 28 или схемы синхронизации 23 к узлу цифровой обработки сигналов 1, схему управления 31.
Структурная схема ВЧ радиотрактов передатчика 21/22 изображена на фиг. 4. Сигнал с ключа 24/25 (а) поступает на ключ 32, с которого поступает на полосовой фильтр 33 и фильтр нижних частот 34, определяющих диапазон излучаемых частот, оттуда через ключ 35 поступает на управляемый аттенюатор 36. Через ключ 37, усилитель 38 и управляемый аттенюатор 39, сигнал поступает в канал, соответствующий Ρ диапазону (д). Иначе, через ключ 37, усилитель 40, ключ 41 и управляемый аттенюатор 42 сигнал поступает в канал, соответствующий X диапазону (в). Иначе, с ключа 41 на управляемый аттенюатор 43 сигнал поступает в канал соответствующий L диапазону (г), в котором впоследствии осуществляется перенос частоты любым известным методом.
Структурная схема ВЧ радиотрактов приемника 27/28 изображена на фиг. 5. Сигнал с приемника Ρ диапазона (з) через управляемый аттенюатор 44, фильтр 45 и усилитель 46 поступает на вход ключа 47. Сигнал с приемника L диапазона (ж) через управляемый аттенюатор 48 поступает на ключ 49. Сигнал с приемника X диапазона (е) через управляемый аттенюатор 50 поступает на ключ 49. Выход ключа 49 через полосовой фильтр 51 подключается к входу усилителя 52, выход которого соединен с ключом 47. С ключа 47 сигнал через усилители 53, 54 и управляемый аттенюатор 55 поступает на вход ключа 29/30 (б).
Схема синхронизации 23 показана на фиг. 6. Работа проводиться в 2 этапа. Сначала синхронизируются приемники. Тестовый сигнал с ключа 24 (и) через делитель 56 поступает на ключ 57 и линию задержки 58. С них подается на ключи 29 (л) и 30 (м). Для синхронизации передатчиков ключ 57 переводится в положение подключения аттенюатора 59 с ключом 30. Сигнал с ключа 24 (к) через аттенюатор 59, ключ 57 подается на ключ 30 (м). Сигнал с ключа 25 (и) через делитель 56, линию задержки 58 подается на ключ 29 (л).
Приемники и передатчики Ρ и L диапазонов 4-7 представляют собой двухканальные модули прямого усиления, включающие усилители и полосовые фильтры. Приемно-передающий модуль X диапазона 3 включает два передающих и два приемных блока, выполненные по супергетеродинной схеме, включающие усилители, преобразователи частоты и полосовые фильтры, синтезатор частот, выполняющий роль гетеродина, и блок вторичного питания.