Способ формирования широкоугольной зоны сканирования антенной системы с электронным управлением лучом
METHOD OF FORMING A WIDE-SCALE ZONE SCAN OF THE ANTENNA SYSTEM WITH ELECTRON BEAM CONTROL

Изобретение относится к радиолокации, а именно к радиолокационным системам, осуществляющим обзор пространства радиолокационными станциями с электронным управлением лучом.
Известен способ обзора пространства, основанный на размещении двумерносканирующей ФАР на поворотной по азимуту платформе с небольшим постоянным углом возвышения к горизонтальной плоскости [Д.А. Этингтон, П.Дж. Карилас, Дж.Д. Райт «Многофункциональные вращающиеся РЛС с электронным сканированием для обзора воздушного пространства», ТИИЭР, том. 73, февраль, 1985, М.: Мир, с. 201-213]. Для обзора пространства используется единственная вращающаяся по азимуту с помощью механического привода ФАР, которая обеспечивает электронное сканирование лучом по азимуту и углу места, причем обзор пространства по углу места осуществляется электронно ступенчатым методом за несколько оборотов ФАР. Недостатком этого способа обзора пространства является наличие в верхней области пространства так называемой «мертвой» зоны, куда не попадает луч ФАР.
Известен также способ обзора пространства, основанный на использовании многогранной ФАР [Антенны и устройства СВЧ / под редакцией д.т.н. проф. Д.И. Воскресенского. «Радиосвязь», М., 1981, стр. 157-159], в которой полная зона сканирования образуется путем сложения зон сканирования отдельных плоских ФАР.
Недостатком такого способа обзора пространства являются либо «мертвая» зона (ФАР на обычной пирамиде), либо чрезмерная сложность и громоздкость конструкции (ФАР на усеченной пирамиде).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому «Способу формирования широкоугольной зоны сканирования антенной системы с электронным управлением лучом» является выбранный за прототип «Способ формирования зоны обзора пространства в радиолокационной станции с электронным управлением лучом» (RU 2379801 C1, опубл. 20.01.2010, H01Q 21/00). Он основан на изменении фазового распределения в апертуре антенны радиолокационной станции путем электронного управления фазовым сдвигом СВЧ сигнала в каждом излучателе антенны. При этом антенну радиолокационной станции устанавливают на поворотное устройство таким образом, что нормаль к апертуре антенны образует с осью вращения поворотного устройства угол α>0°. Затем осуществляют вращение антенны вокруг его оси на угол β, изменяющийся в пределах от 0 до 360°, так, что нормаль к апертуре антенны описывает конус с углом при вершине, равным 2α, формируя механическую зону обзора. Далее производят изменение фазового распределения в апертуре антенны с учетом величины угла α и изменения положения поворотного устройства относительно первоначального угла β, формируют зону электронного сканирования. Суммируя зоны обзора, полученные при вращении антенны на поворотном устройстве и при ее электронном сканировании, образуют полную зону обзора радиолокационной станции, где α - угол между осью вращения поворотного устройства и нормалью к апертуре антенны, β - текущий угол поворота вокруг оси поворотного устройства.
Недостатком прототипа является ограниченность зоны сканирования антенной системы с электронным управлением лучом.
Техническим результатом предлагаемого способа является достижение возможности расширения зоны сканирования антенной системы с электронным управлением лучом вплоть до полусферы и более при использовании только одной апертуры антенной системы.
Сущность предлагаемого изобретения основана на изменении фазового распределения в апертуре антенной системы с электронным управлением лучом путем электронного управления фазовым сдвигом СВЧ-сигнала в каждом ее излучателе и формировании зоны электронного сканирования с телесным углом, равным ±θ, где θ - угол отклонения луча антенной системы с электронным управлением лучом от нормали к ее апертуре, размещении антенной системы с электронным управлением лучом на поворотном устройстве, обеспечивающем ее вращение вокруг своей оси на угол β, изменяемый от 0° до 360°, суммировании зон электронного и механического сканирования.
Новым в заявленном способе является то, что устанавливают АС с ЭУЛ на двухкоординатное поворотное устройство, имеющее независимые внешний и внутренний узлы поворота, таким образом, чтобы нормаль к ее апертуре совпала с осью вращения внешнего узла двухкоординатного поворотного устройства, обеспечивающего ее вращение на угол β, изменяющийся от 0 до 360°, где β - угол поворота антенной системы с электронным управлением лучом относительно оси вращения внешнего узла поворота двухкоординатного поворотного устройства, изменяют внутренним узлом поворота двухкоординатного поворотного устройства угол α между осью вращения внешнего узла поворота двухкоординатного поворотного устройства и нормалью к апертуре АС с ЭУЛ до значений ±α;
осуществляют вращение апертуры антенной системой с электронным управлением лучом внешним узлом поворота двухкоординатного поворотного устройства, изменяя угол β;
производят изменение фазового распределения в апертуре АС с ЭУЛ с учетом углов α и β, осуществляя электронное сканирование лучом в зоне сканирования АС с ЭУЛ, но уже относительно данного положения нормали к апертуре АС с ЭУЛ;
путем независимого поворота АС с ЭУЛ вокруг осей вращения внутреннего и внешнего узлов поворота двухкоординатного поворотного устройства в пределах по α до ±α и по β от 0° до 360° осуществляют перемещение нормали к апертуре АС с ЭУЛ в произвольное направление внутри конического телесного угла размером ±α, формируя тем самым зону механического перемещения нормали к апертуре АС с ЭУЛ;
поскольку вокруг каждого положения нормали к апертуре АС с ЭУЛ сохраняется зона электронного сканирования размером θ, то суммируя зону механического перемещения нормали к апертуре АС с ЭУЛ с зоной электронного перемещения луча, осуществляют перемещения луча АС с ЭУЛ в объединенной угловой зоне размером ±(α +θ), формируя тем самым широкоугольную зону сканирования АС с ЭУЛ.
На фиг. 1 изображен пример двухкоординатного поворотного устройства с размещенной на нем антенной системой с электронным управлением лучом (АС с ЭУЛ),
где двухкоординатное поворотное устройство 1, внешний узел поворота двухкоординатного поворотного устройства 1а, внутренний узел поворота двухкоординатного поворотного устройства 1б, антенная система с электронным управлением лучом (АС с ЭУЛ) 2, ось вращения внутреннего узла поворота двухкоординатного поворотного устройства 3, ось вращения внешнего узла поворота двухкоординатного поворотного устройства 4.
На фиг. 2 изображен пример формирования зоны механического перемещения нормали к апертуре АС с ЭУЛ, где нормаль к апертуре антенной системы с электронным управлением лучом 5.
На фиг. 3 изображен пример формирования полной зоны сканирования антенной системы с электронным управлением лучом, образованной путем сложения зоны механического перемещения нормали к апертуре АС с ЭУЛ и зоны электронного сканирования лучом АС с ЭУЛ, где луч АС с ЭУЛ 6.
Формирование широкоугольной зоны сканирования по предлагаемому способу осуществляют следующим образом:
- устанавливают АС с ЭУЛ на двухкоординатное поворотное устройство, имеющее независимые внешний и внутренний узлы поворота, таким образом, чтобы нормаль к ее апертуре совпала с осью вращения внешнего узла двухкоординатного поворотного устройства, обеспечивающего ее вращение на угол β, изменяющийся от 0 до 360°, где β - угол поворота антенной системы с электронным управлением лучом относительно оси вращения внешнего узла поворота двухкоординатного поворотного устройства;
- изменяют фазовое распределение в апертуре антенной системы с электронным управлением лучом (АС с ЭУЛ) путем электронного управления фазовым сдвигом СВЧ-сигнала в каждом излучателе АС с ЭУЛ, реализуя тем самым перемещение луча АС с ЭУЛ в зоне электронного сканирования с телесным углом, равным ±θ относительно нормали к ее апертуре, где θ - угол отклонения луча антенной системы с электронным управлением лучом от нормали к ее апертуре (фиг. 3);
- изменяют внутренним узлом поворота двухкоординатного поворотного устройства угол α между осью вращения внешнего узла поворота двухкоординатного поворотного устройства и нормалью к апертуре АС с ЭУЛ до значений ±α;
- осуществляют вращение апертуры антенной системой с электронным управлением лучом внешним узлом поворота двухкоординатного поворотного устройства, изменяя угол β;
- производят изменение фазового распределения в апертуре АС с ЭУЛ, с учетом углов α и β, осуществляя электронное сканирование лучом в зоне сканирования АС с ЭУЛ, но уже относительно данного положения нормали к апертуре АС с ЭУЛ;
- путем независимого поворота АС с ЭУЛ вокруг осей вращения внутреннего и внешнего узлов поворота двухкоординатного поворотного устройства в пределах по α до ±α и по β от 0° до 360°, осуществляют перемещение нормали к апертуре АС с ЭУЛ в произвольное направление внутри конического телесного угла размером ±α, формируя тем самым зону механического перемещения нормали к апертуре АС с ЭУЛ;
- поскольку вокруг каждого положения нормали к апертуре АС с ЭУЛ сохраняется зона электронного сканирования размером θ, то суммируя зону механического перемещения нормали к апертуре АС с ЭУЛ с зоной электронного перемещения луча, осуществляют перемещение луча АС с ЭУЛ в объединенной угловой зоне размером ±(α +θ), формируя тем самым широкоугольную зону сканирования АС с ЭУЛ.
В результате реализуется широкоугольная зона сканирования без каких-либо «мертвых» зон внутри нее, а при выполнении условия ±(α+θ)≥90° эта зона сканирования может превышать полусферу, т.е. охватывать все пространство над местом расположения АС с ЭУЛ.