МОНОИМПУЛЬСНАЯ РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ

Полезная модель относится к области радиолокации и может быть применена в системах наведения, управления воздушного и морского движения, противовоздушной обороны и в системах радиоразведки и целеуказания.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является моноимпульсная радиолокационная станция (А.И.Леонов, К.И.Фомичев «Моноимпульсная радиолокация», М. «Сов. радио», 1970, стр.18, рис.1.7), выбранная в качестве прототипа.
Устройство-прототип содержит антенную систему, к первому и второму выходам которой подключены соответственно первая и вторая цепи, состоящие из последовательно соединенных соответствующего смесителя, логарифмического усилителя промежуточной частоты (УПЧ), детектора и временного селектора, гетеродин, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго смесителей, последовательно соединенные первый блок вычитания, первый и второй входы которого подключены к выходам соответствующих временных селекторов, блок управления антенной и индикатор, первый блок автоматического слежения за дальностью (АСД), первый вход которого соединен с выходом первого детектора, а выход подключен ко вторым входам первого и второго временных селекторов, последовательно соединенные синхронизатор и передатчик, при этом второй выход синхронизатора подключен ко второму входу первого блока АСД, а выход передатчика соединен с первым входом антенной системы, второй вход которой соединен с выходом блока управления антенной системы.
Недостатком устройства-прототипа являются ограниченные функциональные возможности моноимпульсной радиолокационной станции (РЛС), обусловленные отсутствием возможности в процессе механического слежения за угловыми координатами основной цели реализовать одновременно слежение за угловыми координатами дополнительной цели, находящейся с основной целью в пределах диаграмм направленности антенной системы.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании моноимпульсной РЛС с расширенными функциональными возможностями.
Технический результат - возможность в процессе механического непрерывного сопровождения равносигнальным направлением антенной системы основной цели обеспечения автоматического слежения за угловыми координатами дополнительной цели, находящейся с основной целью в пределах диаграмм направленности антенной системы, путем автоматического электронного слежения за угловым рассогласованием между равносигнальным направлением антенной системы и направлением на дополнительную цель.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Моноимпульсная РЛС, содержащая антенную систему, к первому и второму выходам которой подключены соответственно первая и вторая цепи, состоящие из последовательно соединенных соответствующего смесителя, логарифмического усилителя промежуточной частоты, детектора и временного селектора, гетеродин, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго смесителей, последовательно соединенные первый блок вычитания, первый и второй входы которого подключены к выходам соответствующих временных селекторов, блок управления антенной и индикатор, первый блок автоматического слежения за дальностью, первый вход которого соединен с выходом первого детектора, а выход подключен ко вторым входам первого и второго временных селекторов, последовательно соединенные синхронизатор и передатчик, при этом второй выход синхронизатора подключен ко второму входу первого блока автоматического слежения за дальностью, а выход передатчика соединен с первым входом антенной системы, второй вход которой соединен с выходом блока управления антенной системы, в отличие от прототипа, содержит последовательно соединенные третий временной селектор, вход которого соединен с выходом второго детектора, второй блок вычитания и блок управления усилителем, выход которого подключен ко второму входу индикатора, последовательно соединенные четвертый временной селектор и регулируемый усилитель, при этом первый вход временного селектора соединен с выходом первого детектора, второй вход регулируемого усилителя соединен с выходом блока управления усилителем, а выход подключен ко второму входу второго блока вычитания, второй блок автоматического слежения за дальностью, первый вход которого соединен с выходом первого детектора, второй вход - со вторым выходом синхронизатора, а выход - со вторыми входами третьего и четвертого временных селекторов.
На фиг.1 представлена структурная электрическая схема моноимпульсной РЛС для сопровождения целей в одной плоскости, где
1 - антенная система;
2-1 - первый смеситель;
2-2 - второй смеситель;
3-1 - первый логарифмический УПЧ;
3-2 - второй логарифмический УПЧ;
4-1 - первой детектор;
4-2 - второй детектор;
5-1 - первый временной селектор;
5-2 - второй временной селектор;
5-3 - третий временной селектор;
5-4 - четвертый временной селектор;
6 - гетеродин;
7-1 - первый блок вычитания;
7-2 - второй блок вычитания;
8 - блок управления антенной системой;
9 - индикатор;
10-1 - первый блок автоматического слежения за дальностью (АСД);
10-1 - второй блок АСД;
11 - синхронизатор;
12 - передатчик;
13 - блок управления усилителем;
14 - регулируемый усилитель.
На фиг.2 представлены парциальные диаграммы направленности антенной системы (а) и результирующая пеленгационная характеристика (б) на выходе первого блока вычитания 7-1, поясняющие принцип сопровождения основной цели в одной плоскости при совпадении пеленга основной цели и равносигнального направления диаграммы направленности антенной системы, а также при нахождении дополнительной цели на равносигнальном направления диаграммы направленности антенной системы.
На фиг.3 представлены реальные и эквивалентные парциальные диаграммы направленности антенной системы (а) и результирующая пеленгационная характеристика (б) на выходе блока управления усилителем 13, поясняющие принцип сопровождения в одной плоскости дополнительной цели при не совпадении пеленга дополнительной цели (вверх) и равносигнального направления диаграммы направленности антенной системы. Здесь 1 - пеленг основной цели, 2 - пеленг дополнительной цели, сплошные линии - реальные пространственные диаграммы направленности антенной системы, штриховые линии - эквивалентные (после изменения усиления в регулируемом усилителе) пространственные диаграммы направленности антенной системы.
На фиг.4 представлены реальные и эквивалентные парциальные диаграммы направленности антенной системы (а) и результирующая пеленгационная характеристика (б) на выходе блока управления усилителем 13, поясняющие принцип сопровождения в одной плоскости дополнительной цели при не совпадении пеленга дополнительной цели (вниз) и равносигнального направления диаграммы направленности антенной системы. Здесь 1 - пеленг основной цели, 2 - пеленг дополнительной цели, сплошные линии - реальные пространственные диаграммы направленности антенной системы, штриховые линии - эквивалентные (после изменения усиления в регулируемом усилителе) пространственные диаграммы направленности антенной системы.
Предлагаемая моноимпульсная РЛС (фиг.1) содержит так же, как и прототип, антенную систему 1, к первому и второму выходам которой подключены соответственно первая и вторая цепи, состоящие из последовательно соединенных соответствующего смесителя 2, логарифмического УПЧ 3, детектора 4 и временного селектора 5, гетеродин 6, выход которого соединен с вторыми входами первого 2-1 и второго 2-2 смесителей, последовательно соединенные первый блок вычитания 7-1, первый и второй входы которого подключены к выходам соответствующих временных селекторов 5, блок управления антенной 8 и индикатор 9, первый блок АСД 10-1, первый вход которого соединен с выходом первого детектора 4-1, а выход подключен ко вторым входам первого 5-1 и второго 5-2 временных селекторов, последовательно соединенные синхронизатор 11 и передатчик 12. При этом второй выход синхронизатора 11 подключен ко второму входу первого блока АСД 10-1, выход передатчика 12 соединен с первым входом антенной системы 1, второй вход которой соединен с выходом блока управления антенной системы 8.
В отличие от прототипа, в предлагаемую моноимпульсную РЛС введены последовательно соединенные третий временной селектор 5-3, первый вход которого соединен с выходом второго детектора 4-2, второй блок вычитания 7-2 и блок управления усилителем 13, выход которого подключен ко второму входу индикатора 9, последовательно соединенные четвертый временной селектор 5-4 и регулируемый усилитель 14, при этом первый вход четвертого временного селектора 5-4 соединен с выходом первого детектора 4-1, второй вход регулируемого усилителя 14 соединен с выходом блока управления усилителем 13, а выход подключен ко второму входу второго блока вычитания 7-2, второй блок АСД 10-2, первый вход которого соединен с выходом первого детектора 4-1, второй вход - со вторым выходом синхронизатора 11, а выход - со вторыми входами третьего и четвертого временных селекторов 5.
Работа моноимпульсной РЛС для сопровождения целей в одной плоскости, например, угломестной, происходит следующим образом.
1
0,5
2
0,5
0,5
Антенная система 1 формирует в пространстве две зеркально симметричные относительно равносигнального направления парциальные диаграммы направленности G(Θ)=G(Θ-Θ) и G(Θ)=G(Θ+Θ), где G(Θ) - функция, описывающая парциальную диаграмму направленности, перекрывающиеся в вертикальной плоскости диаграммы направленности, максимумы которых разнесены на угол ±Θ от равносигнального направления (фиг.2,а), обычно равный половине ширины парциальной диаграммы направленности по уровню половинной мощности.
Синхронизатор 11 каждый период повторения зондирующих импульсов вырабатывает импульс запуска передатчика 12, который с его первого выхода поступает на вход передатчика 12 для формирования зондирующего импульса в текущем периоде повторения, а со второго выхода поступает на вторые входы первого 10-1 и второго 10-2 блоков АСД для их синхронизации по времени при оценке времени задержки отраженных импульсов от цели внутри периода повторения относительно начала зондирования.
Передатчик 12 формирует зондирующий импульс и подает его на первый вход антенной системы 1, которая не пропускает, например, с помощью переключателя прием-передача, встроенного в антенную систему, сигнал в приемный тракт на входы смесителей 2, а излучает его через диаграммы направленности в пространство.
Отраженные от материальных тел - целей, находящихся в пределах диаграмм направленности антенной системы, импульсы принимаются антенной системой. При приеме отраженного от цели зондирующего импульса на первом и втором выходах антенной системы формируются сигналы, которые затем подаются на смесители 2 соответствующих цепей, где они с помощью гетеродина 6 преобразуются в колебания промежуточной частоты. Далее сигналы усиливаются соответствующим логарифмическим УПЧ 3, детектором 4 соответствующей цепи детектируются и поступают на первые входы временных селекторов 5 соответствующей цепи, отпираемого сигналами с выхода первого блока АСД 10-1. Выбранная для слежения основная цель берется на сопровождение по дальности первым блоком АСД, подключенного к выходу первого детектора 4-1. Синхронизация начала момента излучения (периода повторения) осуществляется сигналом со второго выхода синхронизатора 11, поступающим на второй вход первого блока АСД 10-1.
оц
Далее сигналы с выходов временных селекторов 5 соответствующей цепи поступают на соответствующие входы первого блока вычитания 7-1, где происходит образование сигнала ошибки слежения за основной целью путем вычитания значений логарифмов амплитуд сигналов основной цели, принятых по первому и по второму лучу диаграммы направленности, т.е. происходит образование сигнала, равного логарифму частного от деления амплитуд сигналов цели, принятых по двум лепесткам диаграммы направленности и поэтому выходное напряжение первого блока вычитания 7-1, т.е. напряжения сигнала ошибки в результирующей пеленгационной характеристике (фиг.2, б), не зависит от абсолютного уровня принимаемых сигналов, а зависит только от величины углового рассогласования Θ между равносигнальным направлением и направления на основную цель.
С выхода первого блока вычитания 7-1 сигнал ошибки подается в блок управления антенной системой 8, по выходному сигналу которого, поступающему на второй вход антенной системы, механически поворачивается полотно антенной системы в сторону уменьшения ошибки углового рассогласования до тех пор, пока сигнал ошибки не станет равным нулю.
Сигнал цели с выхода блока управления антенной системой 8 поступает на индикатор 9, на экране которого отображается информация об угловом положением основной цели, например, в связанной системе координат носителя.
Слежение за угловыми координатами дополнительной цели, находящейся с основной целью в пределах диаграмм направленности антенной системы, осуществляется при разрешении основной и дополнительной цели по дальности и происходит следующим образом. С выходов первого и второго детекторов 4 сигналы поступают на входы соответственно четвертого третьего временных селекторов 5 и при помощи второго блока АСД 10-2, подключенного к выходу первого детектора 4-1, дополнительная цель берется на автосопровождение по дальности. Синхронизация начала момента излучения (периода повторения) осуществляется сигналом со второго выхода синхронизатора 11, поступающим на второй вход второго блока АСД 10-2.
1
дц
2
дц
Если дополнительная цель находится на равносигнальном направлении, то амплитуды сигналов по верхнему G(Θ) и нижнему C(Θ) лепесткам диаграмм направленности антенной системы равны между собой (фиг.2, а), поэтому сигналы на входах второго блока вычитания 7-2, определяемые угловым рассогласованием основной и дополнительной цели, равны между собой (фиг.2, а). На выходе блока вычитания 7-2 сигнал в этом случае равен нулю (фиг.2, б).
Сигнал углового рассогласования на выходе блока управления усилителем 13 тоже равен нулю (фиг.2, б), и с его выхода поступает на второй вход регулируемого усилителя 14, коэффициент передачи которого равен единице и сигнал проходит через него без изменения.
Одновременно сигнал углового рассогласования с выхода блока управления усилителем 13 поступает на второй вход индикатора 9 для индикации углового положения дополнительной цели в пределах ширины диаграммы направленности антенной системы относительно равносигнального направления, совпадающего с направлением на основную цель.
Когда сигнал углового рассогласования на выходе, блока управления усилителем 13 равен нулю, тогда, соответственно, в индикаторе 9 устанавливается информация о нулевом угловом отклонении дополнительной цели от основной цели, т.е. в индикаторе 9 указывается величина углового положения дополнительной цели равной величине углового положения основной цели, например, в связанной системе координат носителя.
2
дц
1
дц
Если дополнительная цель в пределах диаграмм направленности антенной системы отошла от равносигнального направлении вверх (фиг.3, а), то сигнал от дополнительной цели, смещенный относительно сигнала основной цели по времени задержки, с выхода первого детектора 4-1 уменьшается, а сигнал с выхода второго детектора 4-2 увеличивается, на выходе второго блока вычитания 7-2 появляется сигнал ошибки, равный разности амплитуд принятых сигналов от дополнительной цели, который поступает в блок управления усилителем 13. На выходе блока управления усилителем 13 вырабатывается сигнал, величина и полярность которого пропорциональны величине и направлению углового рассогласования между направлением на дополнительную цель и равносигнальным направлением, который подается с его выхода на второй вход регулируемого усилителя 14, изменяющий его коэффициент передачи в сторону уменьшения, (см. рис.3, а) до тех пор, пока сигналы на первом и втором входах второго блока вычитания 7-2 не станут равны между собой, а сигнал на выходе второго блока вычитания 7-2 станет равным нулю lnG(Θ)-klnG(Θ)=0 (где для упрощения принято, что амплитуда сигнала цели на входе антенной системы равна единице, а детекторы 4 линейны).
В результате изменения коэффициента передачи регулируемого усилителя 14 изменяется (уменьшается) его коэффициент усиления, а соответственно и коэффициент усиления эквивалентного верхнего лепестка диаграммы направленности антенной системы (фиг.3, а), и в результате изменяется эквивалентная результирующая пеленгационная характеристика, у которой ноль смещается в сторону углового отклонения дополнительной цели от равносигнального направления (фиг.3, б).
При установлении режима слежения за пеленгом дополнительной цели коэффициент передачи регулируемого усилителя 14 определяется выражением:
,
и в дальнейшем при изменении пеленга дополнительной цели величина этого коэффициента изменяется по величине и знаку в соответствии с изменением этого пеленга, т.е. в результате изменяется эквивалентная результирующая пеленгационная характеристика, у которой ноль смещается в сторону углового отклонения дополнительной цели от равносигнального направления без механического поворота полотна антенны и реализуется электронное слежение за дополнительной целью.
С выхода блока управления усилителем 13 сигнал, несущий информацию о величине углового отклонения в угломерной плоскости равносигнального направления от направления на дополнительную цель, одновременно поступает на второй вход индикатора 9, где осуществляется индикация дополнительной цели на экране с учетом углового отклонения между равносигнальным направлением и направлением на дополнительную цель. Тогда в индикаторе 9, например, в связанной системе координат носителя, наряду с информацией об угловом положении основной цели указывается величина углового положения дополнительной цели, равная величине алгебраической сумме углового положения основной цели и измеренного углового положения дополнительной цели относительно равносигнального направления.
Если дополнительная цель в пределах диаграмм направленности антенной системы отошла от равносигнального направления вниз (фиг.4, а), то работа блоков происходит по рассмотренным выше правилам. Но в этом случае сигнал от дополнительной цели, смещенный относительно сигнала основной цели по времени задержки, с выхода первого детектора 4-1 увеличивается, а сигнал с выхода второго детектора 4-2 уменьшается, на выходе второго блока вычитания 7-2 появляется сигнал ошибки, равный разности амплитуд принятых сигналов от дополнительной цели, который поступает в блок управления усилителем 13. На выходе блока управления усилителем 13 вырабатывается сигнал, величина и полярность которого пропорциональны величине и направлению углового рассогласования между направлением на дополнительную цель и равносигнальным направлением, который подается с его второго выхода на второй вход регулируемого усилителя 14, изменяющий его коэффициент передачи в сторону увеличения (см. фиг.4, а), до тех пор, пока сигналы на входах второго блока вычитания 7-2 станут равны между собой и сигнал на выходе второго блока вычитания 7-2 будет равным нулю.
В результате изменения коэффициента передачи регулируемого усилителя 14 изменяется (увеличивается) его коэффициент усиления, а соответственно и коэффициент усиления эквивалентного верхнего лепестка диаграммы направленности антенной системы (фиг.4, а), и в результате изменяется эквивалентная результирующая пеленгационная характеристика, ноль которой смещается в сторону углового отклонения дополнительной цели от равносигнального направления (фиг.4, б). При этом на индикаторе 9, например, в связанной системе координат носителя, наряду с информацией об угловом положении основной цели указывается величина углового положения дополнительной цели, равная величине алгебраической сумме углового положения основной цели и измеренного углового положения дополнительной цели относительно равносигнального направления.
Таким образом, в предлагаемой моноимпульсной РЛС реализована возможность в процессе механического непрерывного сопровождения равносигнальным направлением антенной системы основной цели обеспечения автоматического слежения за угловыми координатами дополнительной цели, находящейся с основной целью в пределах диаграмм направленности антенной системы, путем автоматического электронного слежения за угловым рассогласованием между равносигнальным направлением антенной системы и направлением на дополнительную цель, что расширяет функциональные возможности моноимпульсной РЛС.
Состояние современной авиационной и наземной техники приводит к необходимости введения в перспективные радиолокационные станции функции слежения за дополнительной целью, находящейся с основной целью в пределах диаграмм направленности антенной системы, например, для предупреждения о возможном нападении на носитель радиолокационной станции группы ракет или при маневрировании группы самолетов в строю. Это говорит о перспективности применения предлагаемой моноимпульсной РЛС с возможностью, наряду с механическим слежением антенной за угловыми координатами основной цели, электронного слежения за угловыми координатами дополнительной цели.