РАДИОЛОКАТОР
RADAR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для обнаружения и измерения в режиме реального времени параметров траекторий движущихся объектов при контроле больших по площади территорий, акваторий и воздушного пространства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен радиолокатор, например, построенный на основе цифровой малоэлементной фазированной антенной решетки (патент РФ на полезную модель №144519). Недостатком данного устройства является относительно небольшой сектор обзора области наблюдения (не более 90 градусов).
Наиболее близкими по технической сущности и принятыми за прототипы являются радиолокаторы с малоэлементными цифровыми фазированными антенными решетками, содержащие цифровые управляемые антенные коммутаторы, передающие антенны, объединенные в фазированную группу, подключенные к выходным каналам коммутатора, приемные антенны, объединенные в фазированную группу, подключенные к входным каналам коммутатора, приемо-передающий твердотельный аналоговый конвертер, имеющий передающий канал, подключенный к выходу коммутатора и приемный канал, подключенный к выходу коммутатора, цифровой спецвычислитель первичной и вторичной обработки сигналов, выполненный с возможностью вычисления угловых координат обнаруженного объекта по сигналу с вышеупомянутого конвертера посредством квазимоноимпульсного фазового метода, примененного к широкой диаграмме направленности антенны, с последующим траекторным параметрическим сглаживанием угловых координат (патент РФ на полезную модель №155321; см. также патент РФ на полезную модель №155330). Недостатком известного устройства является фиксированный сектор обзора области наблюдения (120 и 360 град) без возможности адаптивного управления энергетикой радиолокатора в зависимости от требуемого, в данный момент времени, сектора обзора.
КРАТКОЕ РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача изобретения - создание устройства, позволяющего при контроле больших по площади территорий адаптивно управлять энергетикой радиолокатора, в зависимости от требуемого в данный момент времени сектора обзора (от 60 до 360 с шагом в 60 град) при обнаружении движущихся объектов.
Техническим результатом является соответствующее увеличение дальности обнаружения объектов в зависимости от величины сектора обзора.
Указанный технический результат достигается тем, что радиолокатор содержит:
- антенный модуль радиолокатора, представляющий собой конформную (неплоскую) систему пассивных широконаправленных (60 град) плоских излучателей с разделением излучателей на передающие и приемные. Каждый из излучателей имеет обособленный выход на управляемый активный разветвитель. Количество излучателей может быть ограничено требуемым сектором обзора;
- аналоговый модуль, содержащий передающий тракт с твердотельным выходным усилителем мощности, приемный канал с малошумящим входным усилителем и опорный генератор (гетеродин), выполненный с возможностью сохранения когерентности в процессе преобразования несущих частот зондирующего и эхо-сигналов;
- цифровой модуль обработки и управления, содержащий высокопроизводительный специализированный микропроцессор, синтезатор зондирующих сигналов, аналого-цифровой преобразователь, буферы входных и выходных цифровых портов управления. Цифровой модуль обработки и управления выполнен с возможностью параметрического накопления энергии эхо-сигналов только в используемом секторе обзора.
Таким образом, достижение технического результата обеспечивается тем, что вместо пассивных коммутаторов используются управляемые активные разветвители, обеспечивающие компенсацию потерь мощности сигналов. В дополнение к этому, цифровой модуль обработки и управления обеспечивает параметрическое накопление энергии эхо-сигналов только в используемом секторе обзора, при этом зондирование и прием сигналов в неиспользуемых секторах не производится и, тем самым, высвобождающие энергетические ресурсы используются для увеличения дальности обнаружения в используемом секторе.
Если подробнее, в соответствии с настоящим изобретением предлагается радиолокатор содержащий:
активные разветвители (4, 5),
передающие излучатели (2), имеющие вход, подключенный к выходу одного из упомянутых разветвителей (4, 5),
приемные излучатели (3), имеющие выход, подключенный к входу одного из упомянутых разветвителей (4, 5),
одиночные пассивные широконаправленные плоские излучатели, каждый из которых подключен только к одному передающему излучателю (2) и только к одному приемному излучателю (3),
антенный модуль (1), включающий в себя упомянутые разветвители (4, 5) и излучатели (2, 3),
передающий тракт (7), имеющий вход и выход, подключенный к входу упомянутого разветвителя (4, 5), выход которого подключен к входу упомянутого передающего излучателя (2),
приемный тракт (8), имеющий вход и выход, подключенный к выходу упомянутого разветвителя (4, 5), вход которого подключен к приемному излучателю (3),
опорный генератор (9), подключенный к входу упомянутых трактов (7) и (8),
аналоговый модуль (6), включающий в себя тракты (7, 8) и генератор (9), упомянутые выше,
микропроцессор (13), имеющий вход и выход,
цифровой синтезатор сигналов (11), выход которого подключен к входу передающего тракта (7), а вход - к выходу микропроцессора (13),
аналого-цифровой преобразователь (12), вход которого подключен к выходу приемного тракта (8), а выход - к входу микропроцессора (13),
цифровой модуль (10), включающий в себя микропроцессор (13), цифровой синтезатор сигналов (11) и аналого-цифровой преобразователь (12).
В одной из форм воплощения радиолокатора, сектор обзора вышеупомянутых плоских излучателей составляет 60 град.
В еще одной форме воплощения радиолокатора, количество и ориентация вышеупомянутых плоских излучателей выбраны таким образом, чтобы полностью охватить требуемый сектор обзора.
В другой форме воплощения радиолокатора, коммутация сигналов производится с помощью активного управляемого разветвителя (4, 5), производящего компенсацию потерь мощности сигнала.
В одной из форм воплощения радиолокатора, вышеупомянутый модуль цифровой обработки (10) выполнен с возможностью излучения зондирующих сигналов только в используемый сектор обзора 60÷360 град с шагом в 60 град.
В еще одной из форме воплощения радиолокатора, вышеупомянутый модуль цифровой обработки (10) выполнен с возможностью параметрического накопления энергии эхо-сигналов только в используемом секторе обзора 60÷360 град с шагом в 60 град.
В другой форме воплощения радиолокатора, вышеупомянутый опорный генератор (9) представляет собой гетеродин.
На основе предлагаемого радиолокатора может быть создано унифицированное семейство радиолокаторов с адаптивной конформной малоэлементной цифровой фазированной антенной решеткой.
Далее устройство и принцип действия вышеописанного радиолокатора будет проиллюстрировано на конкретном примере.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУРЫ ЧЕРТЕЖА
На фигуре схематично показана конструкция радиолокатора по изобретению.
Позициями 1-13 обозначены следующие элементы:
1 - антенный модуль;
2 - передающий излучатель;
3 - приемный излучатель;
4, 5 - активные разветвители;
6 - аналоговый модуль;
7 - передающий тракт;
8 - приемный тракт;
9 - опорный генератор;
10 - цифровой модуль обработки и управления;
11 - цифровой синтезатор сигналов;
12 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
13 - микропроцессор.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Радиолокатор содержит антенный модуль (1), содержащий передающие и приемные излучатели (2 и 3) и управляемые активные разветвители (4 и 5), подключенные на вход аналогового модуля (6), имеющего передающий тракт (7) и приемный тракт (8), цифровой модуль обработки и управления (10), выполненный с возможностью параметрического накопления энергии эхо-сигналов в используемом секторе обзора (от 60 до 360 град с шагом в 60 град).
Устройство работает следующим образом.
Антенный модуль (1) радиолокатора состоит из небольшого числа одинаковых пространственно разнесенных передающих и приемных плоских широконаправленных излучателей (2 и 3), которые через управляемые активные разветвители (4 и 5) подключаются к передающему и приемному трактам аналогового модуля.
Аналоговый модуль (6) состоит из передающего тракта (7) с твердотельным выходным усилителем мощности, приемного тракта (8) с малошумящим входным усилителем и блока опорных частот (9), сохраняющих когерентность в процессе преобразования несущих частот зондирующего и эхо-сигналов. Аналоговый модуль необходим для достижения необходимых характеристик цифрового синтеза и дискретизации, производимых на промежуточной частоте.
Цифровой модуль обработки и управления (10) производит синтез зондирующих сигналов и цифровую (согласованная фильтрация, обнаружение, измерение координат и траекторная фильтрация) обработку эхо-сигналов и состоит из специализированного микропроцессора (13), цифрового синтезатора сигналов (11), аналого-цифрового преобразователя (12), буферов входных и выходных цифровых портов и т.д. Выходная траекторная информация и входная управляющая информация радиолокатора передаются через внешний интерфейс.
Радиолокатор излучает длинные когерентные последовательности широкополосных зондирующих импульсов только в используемый сектор обзора. Между интервалами излучения производится прием эхо-сигналов на соответственно выбранный, с помощью управляемого активного разветвителя, приемный излучатель. В течение разделенных по времени циклов передачи и приема происходит многократное переключение передающих и приемных излучателей (последовательный сбор сигнальной информации с общей апертуры антенной системы) на одноканальный аналоговый модуль с последующей дискретизацией и обработкой эхо-сигналов, согласно алгоритму управления, определяемого программой модуля цифровой обработки и управления с учетом работы в используемом секторе обзора. Далее, первичная и вторичная обработка эхо-сигналов, в том числе и измерение угловых координат обнаруженных объектов производится аналогично известным радиолокаторам (см. патенты, упомянутые в разделе «Уровень техники»), но с учетом работы только в используемом секторе обзора, который может быть адаптивно изменен с 60 до 360 град с шагом в 60 град.
Таким образом, применением активных управляемых разветвителей в антенном модуле радиолокатора обеспечивающие компенсацию потерь мощности сигналов, а также излучения и последующего параметрического накопления энергии эхо-сигналов только в используемом секторе обзора (от 60 до 360 град) обеспечивает увеличение дальности обнаружения.
Конструкция радиолокатора может учитывать требования на используемый сектор обзора и иметь в своем составе только необходимые антенные излучатели с соответствующей формой корпуса изделия (от плоского корпуса для сектора 60÷90 град, до симметричного круглого корпуса для 360 град). Этим определяется семейство радиолокаторов с унифицированной аппаратной и адаптивной (параметрической) программной платформами с набором различных возможных форм корпуса изделия в зависимости от используемого сектора обзора.