СВЕРХКОРОТКОИМПУЛЬСНАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА С ЭЛЕКТРОННЫМ ВРЕМЕННЫМ СКАНИРОВАНИЕМ

Полезная модель относится к антенным решеткам для бортовых радиолокационных систем и предназначена для формирования радиолокационного изображения с помощью зондирующих сигналов, возбуждаемых генераторами сверхкоротких импульсов (СКИ) в передающих антенных элементах.
Известно устройство «Тактированная антенная решетка с фокусирующим рефлектором для радиотомографии» (патент РФ №167526, опубликован 10.01.2017), сущность которого заключается в том, что решетка содержит сверхширокополосный (СШП) генератор, стробоскопический приемник, устройство обработки и индикации радиоизображения и СШП решетку, состоящую из передающих и приемных элементов, сгруппированных в две линейки. Устройство оборудовано двумя фокусирующими цилиндрическими рефлекторами, обеспечивающими физическую фокусировку излучения в горизонтальной плоскости, причем линейки приемных и передающих элементов размещены параллельно друг другу в фокусах цилиндрических рефлекторов. СШП генератор и стробоскопический приемник подключены соответственно к передающим и к приемным элементам через систему коммутации, обеспечивающую тактовое переключение между ними.
Недостатком известного устройства является увеличенное время обработки информации, обусловленное использованием стробоскопического приемника, а также небольшая дальность действия, которая ограничена временным окном масштабно-временного преобразования сигналов стробоскопического приемника. Когерентная обработка отраженных сигналов после стробоскопического приемника еще более снижает быстродействие всей системы в целом.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является создание эффективного и быстродействующего антенного устройства для бортовых радиолокационных систем транспортных средств.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в сокращении времени обработки информации и увеличении дальности действия бортовых радиолокационных систем транспортных средств, в состав которых входит заявляемая антенная решетка.
Сверхкороткоимпульсная антенная решетка с электронным временным сканированием содержит приемные и передающие антенные элементы, сгруппированные в две параллельные друг другу линейки, по меньшей мере один генератор сверхкоротких импульсов (СКИ), связанный с одним передающим антенным элементом, приемник, связанный с устройством обработки и индикации сигналов, и устройство коммутации. Кроме того, заявляемая антенная решетка содержит синхронизатор и управляемые им линии задержки передающих антенных элементов и приемника, причем количество генераторов СКИ соответствует количеству передающих антенных элементов и каждый генератор СКИ подключен к синхронизатору через соответствующую управляемую линию задержки передающих антенных элементов. В устройство обработки и индикации сигналов входит аналого-цифровой преобразователь (АЦП), подключенный к синхронизатору через управляемую линию задержки приемника, а приемные антенные элементы подключены к приемнику через устройство коммутации.
Сокращение времени обработки информации в заявляемой антенной решетке достигается за счет применения в устройстве управляемых синхронизатором линий задержки передающих антенных элементов и приемника, обеспечивающих временной сдвиг запуска генераторов СКИ и запуска работы АЦП в соответствии с временными задержками фронта электромагнитной волны, падающей с заданного направления. Благодаря этому получение радиолокационной информации осуществляется в режиме реального времени. Увеличение дальности действия обеспечивается за счет концентрации излучения в нужном направлении при возбуждении генераторами СКИ передающих антенных элементов с заданными задержками, которые определяют направление излучения.
Сущность полезной модели поясняется на следующих фигурах.
На фиг. 1 изображена одна из возможных схем устройства, где
1 - приемник,
2 - управляемая линия задержки приемника,
3 - устройство обработки и индикации сигналов,
4 - синхронизатор,
5 - передающие антенные элементы,
6 - генераторы СКИ,
7 - управляемые линии задержки передающих антенных элементов,
8 - приемные антенные элементы,
9 - устройство коммутации,
10-АЦП.
На фиг. 2 показано формирование направления на цель фронта электромагнитной волны.
На фиг. 3 приведены временные диаграммы тактирования приемных антенных элементов и АЦП, где
1
S - импульс с 1-го приемного антенного элемента после устройства коммутации,
2
S - импульс со 2-го приемного антенного элемента после устройства коммутации,
3
S - импульс с 3-го приемного антенного элемента после устройства коммутации,
n
S - импульс с n-го приемного антенного элемента после устройства коммутации,
t - время,
T1
U - начало тактирования АЦП для 1-го приемного антенного элемента,
T2
U - начало тактирования АЦП для 2-го приемного антенного элемента,
T3
U- начало тактирования АЦП для 3-го приемного антенного элемента,
Tn
U - начало тактирования АЦП для n-го приемного антенного элемента,
1
Δt - время задержки момента начала работы АЦП при коммутации 1-го приемного антенного элемента,
2
Δt - время задержки момента начала работы АЦП при коммутации 2-го приемного антенного элемента,
(N-1)
Δt - время задержки момента начала работы АЦП при коммутации N-1 приемного антенного элемента,
N - число приемных антенных элементов,
n - номер цикла.
Сверхкороткоимпульсная антенная решетка (фиг. 1) включает в себя приемные и передающие антенные системы, приемник 1, управляемую линию задержки приемника 2, устройство обработки и индикации сигналов 3, синхронизатор 4. В передающую антенную систему входит линейка передающих антенных элементов 5, подключенные непосредственно к передающим антенным элементам генераторы СКИ 6, по одному на каждый передающий элемент 5, и управляемые линии задержки 7 передающих антенных элементов 5, подключенные к синхронизатору 4. Для формирования радиолокационного изображения в режиме реального времени каждый генератор СКИ 4 подключен к синхронизатору 4 через управляемые линии задержки 7 передающих антенных элементов 5. В приемную антенную систему входит линейка приемных антенных элементов 8 и устройство коммутации 9. Приемные антенные элементы 8 подключены на вход приемника 1 через устройство коммутации 9. В устройство обработки и индикации сигналов 3 входит АЦП реального времени 10, один вход которого подключен к синхронизатору 4 через управляемую линию задержки приемника 2, а другой - к выходу приемника 1. Выход АЦП 10 подключен к устройству обработки и индикации сигналов 3.
Устройство работает следующим образом.
(N-1)
Синхронизатор 4 через управляемые линии задержки передающих антенных элементов 5 запускает генераторы СКИ 6. Управляемая линия задержки передающих антенных элементов 5 обеспечивает временной сдвиг импульсов генераторов СКИ в соответствии с направлением на цель фронта электромагнитной волны, при этом величина задержки соответствует времени распространения электромагнитной волны от излучателя до фронта электромагнитной волны, формируемой передающими антенными элементами 5 в заданном направлении (фиг. 2). Импульсы генераторов СКИ 6 поступают на линейку передающих антенных элементов 5 и возбуждают в направлении цели электромагнитную волну. Вторичная электромагнитная волна, отраженная от цели, падает на линейку приемных антенных элементов 8. Устройство коммутации 9 производит поочередное подключение каждого приемного антенного элемента 8 к приемнику 1. С выхода аналогового приемника 1 сигнал поступает на АЦП 10, момент начала работы которого Δt, где N - число приемных антенных элементов) устанавливается управляемой линией задержки приемника 2 и синхронизирован на величину временной задержки, равную времени распространения фронта электромагнитной волны, принимаемого приемными антенными элементами 8, с заданного направления до приемника 1 (фиг. 3). Сигналы с выхода АЦП 10 поступают в устройство обработки и индикации сигналов 10, где производится суммирование N сигналов, полученных с приемных антенных элементов 8. За один цикл опроса и суммирования сигналов с приемных антенных элементов 8 в устройстве обработки и индикации сигналов 3 формируется радиолокационный отклик цели с заданного направления.
Таким образом, управляемые синхронизатором линии задержки передающих антенных элементов и приемника обеспечивают формирование временных задержек запуска передающих антенных элементов и запуска момента преобразования АЦП на прием таким образом, чтобы в устройстве обработки и индикации сигналов, куда поступают оцифрованные данные с выхода АЦП, производилась когерентная обработка принимаемой радиолокационной информации - синтез апертуры приемных антенных элементов, формирование и визуализация радиолокационных сигналов, получаемых с заданного направления посредством электронного временного сканирования, в режиме реального времени (в отличии от когерентной обработки после стробоскопического приемника в прототипе). Возбуждение генераторами СКИ передающих антенных элементов с заданными задержками определяет концентрацию излучения в нужном направлении, тем самым увеличивая дальность действия бортовых радиолокационных систем транспортных средств, в состав которых входит заявляемая антенная решетка.
Предлагаемая полезная модель позволяет произвести электронное временное сканирование свободного пространства и обеспечивает сокращение времени обработки информации и увеличение дальности действия устройства.