Радиолокатор с поляризационной селекцией
RADAR WITH POLARIZATION SELECTION

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к радиолокационным станциям (радиолокаторам), устанавливаемым на летательных аппаратах.
Из уровня техники известны различные радиолокаторы, используемые для различных целей.
Известен адаптивный радиолокатор (Патент RU №2403584, МПК: G01S 7/36, опубл. 10.11.2010), предназначенный для решения проблемы, связанной с необходимостью селекции объектов (целей), движущихся на фоне поверхности, создающей помеховые сигналы.
Известен радиолокатор для легкомоторного самолета (Патент RU №2390795, МПК: G01S 13/93, опубл. 27.05.2010), используемый для обзора передней полусферы (нижней и верхней) в легких маневренных самолетах и вертолетах, а также для предупреждения столкновений с другими летательными аппаратами, высоковольтными линиями электропередач, вышками, трубами и другими подобными объектами.
Известен радиолокатор (Патент RU №2366970, МПК: G01S 13/04, опубл. 10.09.2009) для поиска объектов на больших дальностях, в который для увеличения точности определения дальности до объекта введены приемная антенна с пересекающимися диаграммами направленности, моноимпульсный измеритель азимута, постоянное запоминающее устройство, вычитатель и блок вторичной обработки.
Наиболее близким устройством, выбранным в качестве прототипа для заявляемого технического решения, является радиолокатор (Патент RU №2178185, МПК: G01S 13/00, опубл. 10.01.2002), предназначенный для обзорного радиолокационного обнаружения группы объектов и измерения их пространственных параметров. Данный радиолокатор содержит задающий генератор, блок формирования напряжения несущей частоты, узел формирования напряжений синхронизации (синхронизатор), узел формирования сигналов излучения (выполняет функцию выходного усилителя сигналов), узел формирования вращающихся лучей (включает группу антенн излучения), узел кругового обзора пространства (включает группу антенн приема) и узел индикации и измерения параметров сигналов приема.
Техническая проблема, решаемая созданием данного изобретения, заключается в невозможности обнаружения известными радиолокаторами малоскоростных и неподвижных целей на фоне поверхности земли.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей устройства за счет реализации функции обнаружения малоскоростных и неподвижных целей на фоне поверхности земли.
Технический результат достигается тем, что радиолокатор с поляризационной селекцией содержит антенну, первый выходной усилитель, многофункциональный задающий генератор, синхронизатор. Кроме этого, он содержит устройство антенное, подвес антенный, первый и второй циркуляторы, второй выходной усилитель, первый и второй усилители промежуточной частоты, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, вычислительный комплекс. При этом вход-выход антенны соединен с первым входом-выходом устройства антенного, второй и третий входы-выходы которого соединены с входами-выходами первого и второго циркуляторов соответственно. Вход устройства антенного соединен с выходом подвеса антенного. Выходы первого и второго циркуляторов соединены соответственно с первым и вторым входами многофункционального задающего генератора, а их входы соединены соответственно с выходами первого и второго выходных усилителей. Первые входы первого и второго выходных усилителей соединены соответственно с первым и вторым выходами многофункционального задающего генератора. Третий и четвертый выходы многофункционального задающего генератора соединены соответственно с входами первого и второго усилителей промежуточной частоты, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей. Входы-выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей соединены соответственно со вторым и третьим входами-выходами вычислительного комплекса, при этом первый вход-выход вычислительного комплекса соединен с входом-выходом синхронизатора, а четвертый его вход-выход соединен с входом-выходом многофункционального задающего генератора и с входом-выходом подвеса антенного. Первый выход синхронизатора соединен со вторым входом первого выходного усилителя и с третьим входом многофункционального задающего генератора, а второй его выход соединен со вторым входом второго выходного усилителя и с четвертым входом многофункционального задающего генератора. Пятый вход-выход вычислительного комплекса выполнен с возможностью подключения к нему внешнего радиоэлектронного оборудования, а выход вычислительного комплекса выполнен с возможностью соединения с ним внешнего многофункционального индикатора.
Функциональная схема заявляемого радиолокатора с поляризационной селекцией представлена на рисунке, где:
1 - антенна;
2 - устройство антенное;
3 - подвес антенный;
4 - первый выходной усилитель (ВУ1);
5 - первый циркулятор (Ц1);
6 - второй циркулятор (Ц2);
7 - второй выходной усилитель (ВУ2);
8 - многофункциональный задающий генератор (МФЗГ);
9 - первый усилитель промежуточной частоты (УПЧ1);
10 - второй усилитель промежуточной частоты (УПЧ2);
11 - синхронизатор;
12 - первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП1);
13 - второй аналого-цифровой преобразователь (АЦП2);
14 - вычислительный комплекс.
Вход-выход антенны 1 соединен с первым входом-выходом устройства антенного 2, второй и третий входы-выходы которого соединены с входами-выходами Ц1 5 и Ц2 6 соответственно. При этом вход устройства антенного 2 соединен с выходом подвеса антенного 3. Выходы Ц1 5 и Ц2 6 соединены соответственно с первым и вторым входами МФЗГ 8, а их входы соединены соответственно с выходами ВУ1 4 и ВУ2 7. Первые входы ВУ1 4 и ВУ2 7 соединены соответственно с первым и вторым выходами МФЗГ 8. Третий и четвертый выходы МФЗГ 8 соединены соответственно с входами УПЧ1 9 и УПЧ2 10, выходы которых соединены соответственно с входами АЦШ 12 и АЦП2 13. Входы-выходы А1Щ1 12 и АЦП2 13 соединены соответственно со вторым и третьим входами-выходами вычислительного комплекса 14. При этом первый вход-выход вычислительного комплекса 14 соединен с входом-выходом синхронизатора 11, а четвертый его вход-выход соединен с входом-выходом МФЗГ 8 и с входом-выходом подвеса антенного 3. Первый выход синхронизатора 11 соединен со вторым входом ВУ1 4 и с третьим входом МФЗГ 8, а второй его выход соединен со вторым входом ВУ2 7 и с четвертым входом МФЗГ 8. Пятый вход-выход вычислительного комплекса 14 выполнен с возможностью подключения к нему внешнего радиоэлектронного оборудования (РЭО). Выход вычислительного комплекса 14 выполнен с возможностью соединения с ним внешнего многофункционального индикатора (МФИ).
Функционирование радиолокатора с поляризационной селекцией происходит по предназначению входящих в него узлов.
Устройство антенное 2 предназначено для формирования заданной диаграммы направленности антенны 1 и обеспечения излучения и приема зондирующих сигналов на двух линейных ортогональных поляризациях.
Подвес антенный 3, как минимум двухосный, предназначен для стабилизации устройства антенного 2 в пространстве при колебаниях и маневрах носителя радиолокатора с поляризационной селекцией, а также для обеспечения поворота устройства антенного 2, как минимум по двум осям, по командам управления с вычислительного комплекса 14.
Взаимодействие подвеса антенного 3 с вычислительным комплексом 14 выполняется по каналу информационного обмена следующим образом.
С вычислительного комплекса 14 на подвес антенный 3 поступают команды, пропорциональные углам рассогласования между заданным и текущим положением устройства антенного 2 по осям. С подвеса антенного 3, в свою очередь, на вычислительный комплекс 14 поступает информация о текущих углах поворота устройства антенного 2 по осям. Электромеханические приводы подвеса антенного 3 отрабатывают сигналы управления, поворачивая устройство антенное 2 и обеспечивая тем самым требуемое положение диаграммы направленности.
Рассмотрим зондирование и прием радиоимпульсных сигналов.
Два зондирующих радиоимпульсных сигнала на одной выходной частоте и малом уровне импульсной мощности формируются в МФЗГ 8 из высокостабильного опорного колебания. Характеристики формируемых МФЗГ 8 радиосигналов определяются сигналами управления, поступающими с вычислительного комплекса 14 по каналу информационного обмена и с синхронизатора 11 (тактовый импульс, по фронту которого производится изменение параметров формируемого сигнала в соответствии с поступившей управляющей информацией; импульс, поступающий на амплитудно-импульсный модулятор и задающий временное положение и длительность формируемого радиоимпульсного сигнала; последовательности импульсов, поступающие на фазовый модулятор и задающие внутриимпульсную фазокодовую манипуляцию формируемых радиоимпульсных сигналов). В данном радиолокаторе с поляризационной селекцией в качестве формируемых радиоимпульсных сигналов используются пары сигналов, кодированных дополнительными последовательностями (дополнительные сигналы). Сформированные зондирующие радиоимпульсные сигналы поступают на ВУ1 4 и ВУ2 7. С синхронизатора 11 на вторые входы ВУ1 4 и ВУ2 7 поступают импульсы запуска, временное положение которых с учетом задержек соответствует временному положению усиливаемых в ВУ1 4 и ВУ2 7 радиоимпульсов. С выходов ВУ1 4 и ВУ2 7 усиленные зондирующие радиоимпульсные сигналы через Ц1 5 и Ц2 6 и устройство антенное 2 поступают в антенну 1, после чего излучаются в пространство на двух линейных ортогональных поляризациях. При этом сигнал с Ц1 5 излучается на первой поляризации, а сигнал с Ц2 6 излучается на второй ортогональной поляризации.
Принимаемые на двух ортогональных поляризациях радиоимпульсные сигналы с антенны 1 поступают в антенное устройство 2, в котором разделяются на два приемных канала. При этом сигналы, принятые на первой поляризации, поступают через Ц1 5 на первый вход МФЗГ 8, а сигналы, принятые на второй ортогональной поляризации, поступают через Ц2 6 на второй вход МФЗГ 8. В МФЗГ 8 в двух каналах приема выполняются следующие функции: усиление, преобразование сигналов в сигналы промежуточной частоты, регулировка коэффициентов передачи приемных каналов, запирание приемных каналов на время излучения зондирующих импульсов. Для управления параметрами приемных каналов на МФЗГ 8 поступают сигналы управления с вычислительного комплекса 14 по каналу информационного обмена (команда включения; код литерной частоты принимаемого зондирующего сигнала, по которому МФЗГ 8 формирует сигналы первого и второго гетеродина, используемые для преобразования частоты отраженных сигналов в первую промежуточную частоту и преобразования частоты сигналов первой промежуточной частоты во вторую промежуточную частоту; коды управления коэффициентами передачи приемных каналов) и с синхронизатора 11 (тактовый импульс; импульс, запирающий приемный канал на время излучения зондирующего сигнала). Далее принятые сигналы в двух каналах приема поступают на УПЧ1 9 и УПЧ2 10, которые обеспечивают программно-регулируемое усиление, фильтрацию и частотную селекцию сигналов на второй промежуточной частоте.
АЦП1 12 и АЦП2 13 обеспечивают преобразование в цифровой код сигналов, поступающих с выходов УПЧ1 9 и УПЧ2 10, разложение сигналов на квадратурные составляющие с переносом спектра на нулевую частоту, цифровое гетеродинирование, интегрирование на интервале дискрета дальности и параллельную оптимальную фильтрацию сигналов двумя фильтрами сжатия, согласованными с сигналами, излученными на первой и второй линейной ортогональной поляризации. Управление режимами работы АЦП1 12 и АЦП2 13 осуществляется командами, поступающими из вычислительного комплекса 14. Выходная информация с АЦП1 12 и АЦП2 13 передается в вычислительный комплекс 14 для дальнейшей обработки (вычисление поляризационных характеристик объектов локации, спектральная обработка сигнала, формирование кадра радиолокационного изображения и т.д.) с помощью программ, реализующих алгоритмы работы заявляемого радиолокатора с поляризационной селекцией.
Синхронизатор 11 является центральным синхронизатором, в котором сигнал опорной частоты преобразуется в импульсные сигналы, синхронизирующие работу узлов радиолокатора с поляризационной селекцией. Управление синхронизатором 11 осуществляется командами, поступающими из вычислительного комплекса 14.
Вычислительный комплекс 14 осуществляет управление следующими узлами: антенной 1 через подвес антенный 3 и устройство антенное 2, многофункциональным задающим генератором 8, первым 12 и вторым 13 аналого-цифровыми преобразователями и синхронизатором 11. Кроме этого, вычислительный комплекс 14 выполняет цифровую обработку принимаемых сигналов, формирование кадра радиолокационного изображения и радиолокационной информации с последующей их передачей на многофункциональный индикатор, осуществляет взаимодействие с имеющимся на носителе радиолокатора с поляризационной селекцией другим оборудованием.
Измеренные значения результатов обработки принятых радиоимпульсных сигналов однозначно соответствуют четырем элементам поляризационной матрицы рассеяния объектов локации, что позволяет расширить функциональные возможности предлагаемого радиолокатора с поляризационной селекцией, а именно реализовать в нем функцию обнаружения малоскоростных и неподвижных целей на фоне поверхности земли за счет измерения поляризационных характеристик объектов локации. Кроме этого одновременное использование двух зондирующих сигналов, кодированных парами дополнительных последовательностей, на двух ортогональных поляризациях, позволяет устранить влияние боковых лепестков сжатых сигналов на результат измерения поляризационных характеристик объектов локации.
Обработка радиолокационной информации обеспечивается в разных режимах сканирования пространства, а именно обзор земной поверхности, обнаружение объектов искусственного и естественного происхождения, обзор земной поверхности с оценкой высоты рельефа местности, обнаружение опасных для носителя радиолокатора с поляризационной селекцией метеообразований.
Конструктивно все узлы радиолокатора с поляризационной селекцией реализованы из элементов, выпускаемых промышленностью. Многофункциональный задающий генератор выполнен в соответствии с конкретными техническими требованиями, усилители промежуточной частоты, аналого-цифровые преобразователи, синхронизатор и вычислительный комплекс построены по известным из уровня техники схемам. Необходимо отметить, что особенностью является математическое обеспечение вычислительного комплекса, позволяющее одновременно решать многообразные задачи при различных условиях эксплуатации на любых носителях радиолокатора с поляризационной селекцией, а также обеспечивать взаимосвязь и синхронную работу всех его узлов.