РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ

Полезная модель относится к радиолокационным устройствам и предназначена для классификации цели по количеству объектов, и может быть применена в системах управления воздушного и морского движения, в системах противовоздушной обороны и в системах радиоразведки и целеуказания.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому устройству является радиолокационная станция («Радиолокационные устройства», под ред. В.В.Григорина - Рябова. М., Сов. радио, 1970, стр.334-335, 340-341, рис.13.2), выбранная в качестве прототипа.
Устройство-прототип содержит последовательно соединенные антенную систему, приемник, детектор и фильтр нижних частот, последовательно соединенные источник порогового напряжения, блок сравнения с порогом и индикатор, передатчик, выход которого соединен с входом антенной системы.
Недостатком устройства-прототипа является низкая точность классификации цели - определения количества объектов, составляющих цель. Это обусловлено тем, что в процессе пространственного сканирования диаграммы направленности антенны амплитуда принимаемого отраженного от каждого объекта сигнала повторяет во времени коэффициент усиления диаграммы направленности антенны в направлении на объект. Величина постоянной составляющей сигнала на выходе фильтра нижних частот зависит не только от количества объектов в цели, находящейся в пределах элемента пространственного разрешения, но и от мощности сигналов отраженных от каждого из объектов, составляющих цель. Одна и та же величина постоянной составляющей сигнала на выходе детектора может быть как для одиночной точечной цели, имеющей большую эффективную отражающую поверхность, так и для цели, состоящей из нескольких объектов с малыми эффективными отражающими поверхностями. Это особенно проявляется при локации компактного строя самолетов одного типа, либо при локации ракеты с головкой поражения, расщепляющейся на раздельные элементы.
Устройство-прототип позволяет только ориентировочно оценить: групповая или одиночная цель, и приблизительно определить количество объектов в групповой цели по величине постоянной составляющей сигнала на выходе фильтра нижних частот, априорно зная ориентировочное значение постоянной составляющей сигнала на выходе фильтра нижних частот для одиночного объекта.
Однако величина постоянной составляющей сигнала на выходе фильтра нижних частот зависит не только от числа объектов в групповой цели, но и от эффективной отражающей поверхности объектов, составляющих групповую цель. При этом диаграмма вторичного переизлучения объектов имеет сложный, многолепестковый вид, что особенно характерно для маневрирующей цели, и приводит в процессе наблюдения к постоянному изменению по случайному закону эффективной отражающей поверхности отдельных объектов и, соответственно эффективной отражающей поверхности всей цели, и как следствие к постоянному изменению по случайному закону величины постоянной составляющей сигнала на выходе фильтра нижних частот. В результате постоянного изменения по случайному закону величины постоянной составляющей сигнала на выходе фильтра нижних частот, поступающей на сигнальный вход блока сравнения с порогом, результат сравнения постоянно изменяется по случайному закону, что отображается на индикаторе в виде постоянного изменения во времени по случайному закону числа наблюдаемых объектов. Поэтому определение количества объектов в цели производится с малой точностью.
Технический результат - увеличение точности классификации цели путем формирования сигнала для принятия решения, величина которого не зависит от мощности сигналов от отдельных объектов, составляющих цель, а зависит только от их количества.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в радиолокационную станцию, содержащую последовательно соединенные антенную систему, приемник, детектор и первый фильтр нижних частот, последовательно соединенные источник порогового напряжения, блок сравнения с порогом и индикатор, передатчик, выход которого соединен с входом антенной системы, в отличие от прототипа, введены последовательно соединенные первый квадратор, вход которого подключен к выходу детектора, второй фильтр нижних частот, блок вычитания и блок формирования оценки, выход которого подключен ко второму входу блока сравнения с порогом, при этом к выходу первого фильтра нижних частот подключен второй квадратор, выход которого одновременно подключен ко второму входу блока вычитания и ко второму входу блока формирования оценки.
На фиг.1 представлена структурная электрическая схема предлагаемой радиолокационной станции, где:
1 - антенная система;
2 - приемник;
3 - детектор;
4 - первый фильтр нижних частот;
5 - источник порогового напряжения;
6 - блок сравнения с порогом;
7 - индикатор;
8 - передатчик;
9 - первый квадратор;
10 - второй фильтр нижних частот;
11 - блок вычитания;
12 - блок формирования оценки;
13 - второй квадратор.
На фиг.2 представлена диаграмма направленности антенной системы; на фиг.3 представлены эпюры напряжения на выходе детектора для одиночной цели; на фиг.4 - эпюры напряжения на выходе детектора для групповой цели.
Радиолокационная станция (фиг.1) содержит последовательно соединенные антенную систему 1, приемник 2, детектор 3, первый фильтр нижних частот (ФНЧ) 4, последовательно соединенные источник порогового напряжения 5, блок сравнения с порогом 6 и индикатор 7, передатчик 8, выход которого соединен с входом антенной системы. В отличие от прототипа в нее введены последовательно соединенные первый квадратор 9, вход которого подключен к выходу детектора 3, второй ФНЧ 10, блок вычитания 11 и блок формирования оценки 12. Выход блока 12 подключен ко второму входу блока сравнения с порогом 6. При этом к выходу первого ФНЧ 4 подключен второй квадратор 13, выход которого одновременно подключен ко второму входу блока вычитания 11 и ко второму входу блока формирования оценки 12.
Радиолокационная станция работает следующим образом.
Передатчик 8 через антенную систему излучает зондирующие сигналы. Антенная система имеет многолучевую диаграмму направленности (фиг.2), которая осуществляет линейное сканирование в пространстве и в нормированном виде описывается выражением
, где λ - длина волны, Q - угол визирования цели,
Принятые антенной системой сигналы цели усиливаются в приемнике 2 и детектируются детектором 3. Напряжение на выходе детектора 3 содержит постоянную составляющую и переменную составляющую, обусловленную модуляцией по амплитуде сигнала цели сканирующей диаграммой направленности антенной системы (фиг.3 и фиг.4).
Если цель одиночная, то сигнал на выходе детектора 3 при сканировании повторяет во времени форму диаграммы направленности антенны, как показано на фиг.3.
Если цель групповая, то сигнал на выходе детектора 3 равен сумме сигналов, отраженных от каждого объекта и имеющего свою амплитуду, соответствующую коэффициенту усиления антенны в его направлении в текущий момент времени. В процессе сканирования происходит прием сигналов от каждого объекта со случайной и изменяющейся во времени амплитудой, соответствующей текущему пространственному положению каждого объекта и пространственному разносу их относительно друг друга. В результате на выходе детектора 3 формируется сигнал со случайной амплитудой, как показано на фиг.4.
Постоянная составляющая сигнала на выходе детектора 3, выделяемая ФНЧ 4, для каждого отдельного объекта, находящего в пределах диаграммы направленности антенной системы, определяется по формуле
1
0
, где E - энергия сигнала принятого от одиночного объекта, J(X) - бесселева функция нулевого порядка первого порядка.
Если цель содержит N отдельных объектов с энергиями от каждого £,, то постоянная составляющая на выходе ФНЧ 4 увеличивается в N раз.
1
2
Постоянная составляющая U, напряжения с выхода ФНЧ 4, прошедшая затем первый квадратор 9, подается на первый вход блока формирования оценки 12. Сигнал с выхода детектора 3 параллельно поступает на вход первого квадратора 9. Во втором ФНЧ 10 выделяется постоянная составляющая, пропорциональная квадрату составляющей сигнала цели с выхода детектора 3. Эта постоянная составляющая содержит сумму квадрата постоянной составляющей и дисперсии напряжения с выхода детектора 3. Далее сигнал поступает на первый вход блока вычитания 11, где из него вычитается сигнал квадрата постоянной составляющей с выхода второго квадратора 13, поступающий на второй вход блока вычитания 11. В результате на выходе блока вычитания 11 формируется сигнал U оценки дисперсии напряжения с выхода детектора 3.
Величина сигнала для каждого отдельного объекта, составляющего цель, и находящегося в пределах диаграммы направленности антенной системы, на выходе блока вычитания 11 может быть определена, с учетом приведенного выше выражения для диаграммы направленности антенной системы, по формуле
1
2
Если цель содержит N отдельных объектов, с энергиями от каждого E,, то величина сигнала U на выходе блока вычитания 11 увеличивается в N раз.
1
2
1
2
3
Сигнал с выхода блока вычитания 11 поступает на второй вход блока формирования оценки 12. Блок формирования оценки 12 из двух сигналов U и U, поступающих на его входы с выходов соответственно квадратора 13 и блока вычитания 11, путем вычисления отношения напряжения U к напряжению U формирует напряжение оценки U, величина которого позволяет определять количество объектов, составляющих цель, независимо от мощности сигнала от каждого отдельного объекта цели.
3
Если цель - одиночный объект, то величина напряжения оценки U на выходе блока формирования оценки 12 определяется выражением
и не зависит от мощности сигнала отраженного объектом, а определяется только параметрами устройства - базой антенной системы и длиной волны зондирующего сигнала, что заранее известно.
Если цель групповая и содержит N одиночных объектов с одинаковыми эффективными отражающими поверхностями, то величина напряжения оценки С/з определяется выражением
т.е. увеличилась примерно в N раз, и не зависит от мощности сигнала, отражаемого отдельным объектом, составляющим цель.
3
Напряжение U с выхода блока формирования оценки 12 поступает на сигнальный вход блока сравнения с порогом 6. На второй вход блока 6 с выхода источника порогового напряжения 5 поступает либо сетка пороговых напряжений в диапазоне от напряжения, соответствующего величине напряжения оценки для одиночной цели, с шагом через такое же напряжение до максимального значения, соответствующего ожидаемому количеству объектов в цели, либо изменяющееся, например, по пилообразному закону напряжения.
Блок сравнения с порогом 6 осуществляет сравнение обоих входных напряжений по величине и вырабатывает сигнал, величина которого определяется количеством объектов, составляющих цель. Этот сигнал подается на индикатор 7, где осуществляется индикация количества целей.
В связи с тем, что сигнал оценки с выхода блока формирования оценки не зависит от мощности сигналов, отраженных от отдельных объектов, составляющих цель, а зависит только от количества объектов, составляющих цель, принятие решения о количестве объектов и индикация количества объектов в цели осуществляется с высокой точностью, что позволяет выработать наиболее оптимальную тактику работы с этой целью, например, можно рассчитать, сколько необходимо подготовить ракет для поражения всех объектов, составляющих цель.