РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ ДЛЯ САМОХОДНОЙ ОГНЕВОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к области радиолокации и может быть использована для обнаружения, опознавания, захвата, сопровождения воздушных целей и выдачи радиолокационной информации на зенитные ракеты самоходной огневой установки, на которой расположена радиолокационная станция, а также на другие пусковые установки зенитного ракетного комплекса.
Известна наиболее близкая к заявляемой радиолокационная станция (РЛС) в составе самоходной огневой установки (СОУ) 9А317 [Самоходный зенитный ракетный комплекс «БУК». Техника и вооружение вчера, сегодня, завтра. №6, 2003, стр. 26, 27, 28], [«Радиолокационная аппаратура, техническое описание, часть 1, ГС1.071.008 ТО»].
РЛС содержит антенное устройство, приемник, передатчик, формирователь импульсов запуска передатчика, генератор опорных напряжений (ГОН), формирователь сверхвысокочастотных (СВЧ) сигналов возбуждения передатчика, синхронизатор, автоматизированное рабочее место (АРМ). Все устройства РЛС связаны с цифровой вычислительной системой (ЦВС) СОУ.
РЛС может работать с высокой частотой повторения зондирующих импульсов (малой скважностью), что соответствует квазинепрерывному излучению (КНИ) зондирующих сигналов. Режим КНИ применяется при наличии мощных отражений от подстилающей поверхности и метеообразований.
РЛС может работать также с большой скважностью зондирующих сигналов (малой частотой повторения); в этом режиме применяются зондирующие СВЧ импульсы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), что улучшает разрешающую способность станции и ее помехозащищенность. ЛЧМ сигнал формируется сначала с помощью дисперсионной ультразвуковой линии задержки (ДУЛЗ) на частоте ее возбуждения (10МГц), затем преобразуется в ЛЧМ СВЧ импульс, усиливается в передатчике и излучается антенной в пространство. Отраженные от воздушных судов эхо-сигналы принимаются антенной, усиливаются и преобразуются в импульсы промежуточной частоты в приемнике. ЛЧМ эхо-сигналы промежуточной частоты усиливаются, преобразуются в ЛЧМ сигналы 10МГц, подвергаются операции сжатия в оптимальном фильтре, в котором используется аналогичная ДУЛЗ.
В режиме КНИ для определения доплеровского смещения частоты принятых эхо-сигналов используется многоканальный аналоговый фильтр.
В ЦВС задаются режимы работы станции: КНИ или ЛЧМ, несущая частота, период повторения зондирующих импульсов.
В ГОН формируется напряжение возбуждения ДУЛЗ 10МГц, которое используется также в фазовых детекторах приемника. В формирователе СВЧ сигналов возбуждения передатчика импульс ЛЧМ 10МГц переносится на несущую частоту станции.
На экране АРМ формируется воздушная обстановка в зоне действия РЛС, с помощью органов управления АРМ во взаимодействии с ЦВС задаются режимы работы РЛС.
Недостаток устройства в том, что применение дисперсионных ультразвуковых линий задержки и аналоговых фильтров не позволяет добиться высокого качества обработки ЛЧМ и КНИ сигналов.
Предлагаемой полезной моделью решается задача улучшения качества обработки ЛЧМ и КНИ сигналов.
Для достижения этого технического результата в радиолокационную станцию для СОУ, содержащую антенну, приемник, первый вход которого соединен с выходом антенны, передатчик, выход которого соединен с входом антенны, формирователь сверхвысокочастотного импульса возбуждения передатчика, первый выход которого соединен с входом передатчика, а второй выход соединен со вторым входом приемника, синхронизатор, автоматизированное рабочее место, цифровую вычислительную систему, первый выход которой соединен с входом синхронизатора, второй выход соединен с входом АРМ, выход которого соединен с первым входом ЦВС, введены цифровой синтезатор сигналов промежуточной частоты (ПЧ), электронная вычислительная машина цифровой обработки сигнала (ЭВМ ЦОС), процессор цифрового разложения сигнала на квадратурные составляющие (ПЦРК), выход которого соединен с первым входом ЭВМ ЦОС, а вход соединен с выходом приемника, первый выход синхронизатора соединен с первым входом цифрового синтезатора сигналов ПЧ, второй вход которого соединен с третьим выходом ЦВС, второй выход синхронизатора соединен со вторыми входами ПЦРК и ЭВМ ЦОС, выход которой соединен со вторым входом ЦВС, четвертый выход которой соединен с третьим входом ЭВМ ЦОС, выход цифрового синтезатора ПЧ соединен с входом формирователя СВЧ импульса возбуждения передатчика.
На фиг. 1 приведена схема электрическая структурная предлагаемого устройства.
На фиг. 2 приведена схема электрическая структурная цифрового синтезатора сигнала ПЧ.
Радиолокационная станция для СОУ содержит (фиг. 1) антенну 1, приемник 2, передатчик 3, цифровой синтезатор сигналов ПЧ 4, формирователь 5 СВЧ импульса возбуждения передатчика 3, ПЦРК 6, ЭВМ ЦОС 7, синхронизатор 8, АРМ 9, ЦВС 10. Выход передатчика 3 соединен со входом антенны 1. Выход антенны 1 соединен с первым входом приемника 2. Первый выход формирователя 5 СВЧ импульса возбуждения передатчика соединен с входом передатчика 3, а второй выход соединен со вторым входом приемника 2, выход которого соединен с первым входом ПЦРК 6, выход которого соединен с первым входом ЭВМ ЦОС 7, выход которой соединен со вторым входом ЦВС 10, первый вход которой соединен с выходом АРМ 9, вход которого соединен со вторым выходом ЦВС 10. Первый выход синхронизатора 8 соединен с первым входом цифрового синтезатора сигналов ПЧ 4, выход которого соединен с входом формирователя 5 СВЧ импульса возбуждения передатчика, второй вход синтезатора 4 соединен с третьим выходом ЦВС 10, первый выход которой соединен с входом синхронизатора 8. Второй выход синхронизатора 8 соединен со вторыми входами ПЦРК 6 и ЭВМ ЦОС 7. Четвертый выход ЦВС 10 соединен с третьим входом ЭВМ ЦОС.
Цифровой синтезатор сигналов ПЧ 4 содержит (фиг. 2) соединенные последовательно регистр приращения фазы 11, накопитель фазы 12, преобразователь фазы в амплитуду 13, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 14. Вход 16 соединен с регистром приращения фазы 11, вход 17 соединен со вторыми входами накопителя фазы 12 и ЦАП 14, с выхода 18 синтезатора снимается ЛЧМ или КНИ импульс на промежуточной частоте.
14
Цифровой синтезатор сигналов ПЧ предназначен для формирования КНИ или ЛЧМ импульсов на промежуточной частоте приемника. Здесь реализован принцип прямого цифрового синтеза (DDS) чистого синусоидального сигнала или линейно промодулированного по частоте синусоидального сигнала. Используется преобразование частоты тактовых импульсов (ТИ) в промежуточную частоту. ТИ поступают в накопитель фазы 12 на вход 17 (фиг. 2). Пусть, например, разрядность накопителя фазы 14 бит. Максимальное двоичное число (единицы во всех 14 разрядах) накопителя фазы соответствует фазовому углу 360°. Приращение фазы в накопителе 12 с каждым ТИ будет равно 360°:2=1,32 угловых минут. Другими словами, весь тригонометрический круг делится с помощью накопителя фазы 12 на 16384 точки. Каждой точке (каждому фазовому углу) тригонометрического круга соответствует двоичное число, изменяющееся с каждым ТИ от 00000000000000 до 11111111111111. Эти 14 разрядные двоичные числа суть адреса, которые поступают в преобразователь фазы в амплитуду 13. Здесь имеется постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в котором записаны все амплитуды синусоиды для одного периода. Эти амплитуды в числовом виде извлекаются из ПЗУ с каждым ТИ и передаются в ЦАП 14, где преобразуются в аналоговый синусоидальный сигнал.
Для описанного устройства существует уравнение настройки DDS
, здесь
ТИ
F - частота тактовых импульсов,
ПР
F - частота на выходе синтезатора,
n - число разрядов накопителя,
М - настроечное слово.
TИ
14
Настроечное слово М поступает в накопитель фазы 12 из регистра приращения фазы 11, в который в свою очередь записывается по входу 16 (фиг. 2) из ЦВС РЛС. Если все время преобразования М неизменно, то на выходе цифрового синтезатора 4 формируется чистый синусоидальный сигнал. Его частота, например, при М=1 равна отношению F к 2. При М=2 частота увеличивается вдвое. Цифровое слово М, содержащееся в регистре приращении фазы 11, задает «размер шага» при каждом обновлении накопителя фазы 12. Например, при М=2 размер шага, который проходит радиус-вектор в тригонометрическом круге при каждом ТИ, будет уже не 1,36', как при М=1, а 2,72', то есть в два раза больше. Накопитель фазы 12, по сути, является счетчиком по модулю М, который инкрементирует свое содержимое при каждом ТИ. Величина инкремента определяется двоичным словом М, которое в свою очередь соответствует девиации частоты. Величина и частота выдачи числа М в регистр приращения фазы для ЛЧМ сигнала рассчитывается в ЦВС РЛС. Для КНИ сигнала М в течение всего времени синтеза не меняется. В качестве цифрового синтезатора сигналов ПЧ ЛЧМ и ПЧ КНИ можно использовать, например, программируемую микросхему 1367МН15, которая выпускается серийно. В этой микросхеме разрешение установки фазы 14 бит, разрядность ЦАП 12 бит.
Антенна 1 предназначена для излучения в эфир СВЧ зондирующих импульсов и приема отраженных эхо-сигналов. В качестве антенны можно применить, например, фазированную антенную решетку [патент RU 91226 U1 14.10.2010], которая используется в РЛС СОУ зенитного ракетного комплекса «БУК М2». ФАР содержит излучающую и распределительную системы СВЧ сигналов, ферритовые фазовращатели с магнитной памятью, устройство управления фазовым распределением. Электронное сканирование диаграммы направленности антенны в виде узкого луча осуществляется в вертикальной плоскости и горизонтальной плоскости в заданном секторе.
Передатчик 3 предназначен для усиления ЛЧМ СВЧ импульса возбуждения сначала в предварительном усилителе, например на клистроне КУ-171, затем в оконечном усилителе мощности, например на клистроне КИУ-217.
Приемник 2 предназначен для усиления и преобразования эхо-сигналов. Содержит малошумящий СВЧ усилитель, преобразователь, предварительный усилитель промежуточной частоты. Принятые СВЧ сигналы сначала усиливаются в предварительном малошумящем усилителе, затем преобразуются в сигналы промежуточной частоты с помощью напряжения Fг=Fнес-Fпр. Выходной полосовой фильтр преобразователя настроен на частоту Fпр. Частота гетеродина, равная разнице несущей и промежуточной частот, поступает в приемник из формирователя 5. Затем ПЧ сигналы усиливаются в предварительном усилителе промежуточной частоты (УПЧ). В качестве приемника можно использовать, например, выпускаемое серийно изделие Р-7М2.
ПЦРК 6 (фиг. 1) предназначен для усиления сигналов промежуточной частоты с выхода приемника, преобразования аналоговых сигналов на ПЧ в цифровой вид и цифрового разложения этих сигналов на квадратурные составляющие. То есть при дискретизации радиолокационного сигнала в каждой отсчетной точке берутся две выборки для синфазной и квадратурной составляющих, которые представляют комплексную огибающую принятого сигнала. В состав ПЦРК входят аналоговый УПЧ с полосовым фильтром. Фильтр настроен на Рпр.=28МГц, полоса пропускания фильтра 3 МГц. После усиления принятый сигнал с помощью фазовых детекторов и аналого-цифровых преобразователей (АЦП) раскладывается на квадратурные составляющие и преобразуется в цифровой вид. Частота дискретизации 112МГц, разрядность АЦП 14 бит. В ПЦРК формируются цифровые фильтры нижних частот с прореживанием по частоте выборок каждой квадратурной составляющей. ПЦРК входит в состав устройства РЗУ, которое выпускается серийно.
В ЭВМ ЦОС 7 (фиг. 1) квадратурные составляющие, полученные в ПЦРК, подвергаются дальнейшей обработке. Например, ЛЧМ сигнал сначала сжимается в оптимальном цифровом фильтре. Затем реализуется одна из программ его дальнейшей обработки в зависимости от режимов работы РЛС. Например, для ЛЧМ сигналов функциональное программное обеспечение ЭВМ СОЦ обеспечивает следующие режимы обработки:
- обработка сигналов в режиме ЛЧМ «Обзор»;
- обработка сигналов в режиме ЛЧМ «Захват»;
- обработка сигналов в режиме ЛЧМ «Сопровождение»;
- обработка сигналов в режиме ЛЧМ «АРУ».
Например, обработка радиолокационных сигналов в режиме ЛЧМ «Обзор» осуществляется следующим образом.
С выхода ПЦРК 6 (фиг. 1) сигнал приходит с частотой выборок 7МГц. В ЭВМ ЦОС происходит децимация выборок с понижением частоты до 1МГц. Далее в оптимальном цифровом фильтре осуществляется сжатие ЛЧМ сигнала в частотной области.
В амплитудном режиме работы РЛС происходит процедура вычисления модуля амплитуды сигнала, процедура некогерентного накопления и процедура обнаружения сигнала цели.
В режиме селекции движущихся целей посредством двукратной череспериодной компенсации выполняется процедура СДЦ, далее производятся процедуры вычисления модуля амплитуды сигнала, некогерентного накопления и обнаружения сигнала цели. После процедуры обнаружения происходит формирование информации об обнаруженных целях для ЦВС (10) и индикатора АРМ 9 (фиг. 1). В качестве ЭВМ ЦОС можно применить, например, электронную вычислительную машину «СОЛО 317», которая выпускается серийно.
Устройство работает следующим образом.
Сначала формируется, например, ЛЧМ импульс на промежуточной частоте в цифровом синтезаторе сигналов ПЧ 4 (фиг. 1). Длительность ЛЧМ импульса и частота ТИ выдается из синхронизатора 8, код девиации частоты - из ЦВС 10.
Далее ЛЧМ импульс промежуточной частоты с выхода цифрового синтезатора 4 подается на вход смесителя, входящего в состав формирователя 5 СВЧ сигнала возбуждения передатчика. Выходной фильтр смесителя настроен на частоту Fнес, равную сумме частот Fпр и Fг. Частота Fг формируется в умножителе, выходной фильтр которого настроен на одну из высших гармоник частоты задающего генератора, входящего в состав формирователя 5. Сформированный ЛЧМ импульс на несущей частоте усиливается в передатчике и излучается в пространство. Принятый эхо-сигнал на несущей частоте после усиления в СВЧ усилителе приемника подвергается обратному преобразованию, то есть переносится на промежуточную частоту. Эта операция выполняется в преобразователе, входящем в состав приемника 2. Выходной фильтр преобразователя приемника 2 настроен на разность частот Fнес и Fг, то есть на промежуточную частоту.
ЛЧМ эхо-сигнал промежуточной частоты с выхода приемника 2 поступает в ПЦРК 6. Здесь эхо-сигналы промежуточной частоты разлагаются на две квадратурные составляющие, подвергаются дискретизации, преобразуются в цифровой вид. В цифровых фильтрах нижних частот, которые формируются в ПЦРК, происходит прореживание по частоте каждой квадратурной составляющей.
Далее в ЭВМ ЦОС 7 осуществляется децимация выборок посредством суммирования выборок из ПЦРК 6 с понижением частоты до 1МГц и сжатие ЛЧМ сигнала в оптимальном цифровом фильтре в частотной области. С помощью функционального программного обеспечения, хранящегося в запоминающих устройствах ЭВМ ЦОС, происходят последующие процедуры обработки сигналов в зависимости от выбранного режима, например «Обзор», «Захват», «Сопровождение» и другие. Режимы работы РЛС задаются в АРМ 9 и через ЦВС 10 в виде двоичных кодов передаются в ЭВМ ЦОС. ПЦРК и ЭВМ ЦОС работают под управлением тактовых импульсов, которые формируются в синхронизаторе 8. Информация из ЭВМ ЦОС передается в ЦВС и используется в устройствах РЛС, например, в виде отметок и надписей выводится на экраны АРМ 9.
Аналогично устройство работает в режиме КНИ.
Для КНИ сигналов функциональное программное обеспечение ЭВМ ЦОС обеспечивает следующие режимы работы:
- обработка сигналов в режиме КНИ «Обзор»;
- обработка сигналов в режиме КНИ «Решение неоднозначности»;
- обработка сигналов в режиме КНИ «Захват»;
- обработка сигналов в режиме КНИ «Сопровождение»;
- обработка сигналов в режиме КНИ «АРУ».
Например, в режиме КНИ «Обзор» производится распределение цифровой информации после ПЦРК на периоды и математическая расстановка цифровых стробов внутри каждого периода. Далее происходит согласование цифровой информации с длительностью строба, весовая обработка функцией Ханна, получение спектра сигнала в каждом стробе с помощью операции быстрого преобразования Фурье, вычисление модуля сигнала в каждом стробе, выбор максимальной амплитуды сигнала в каждом стробе. После процедуры обнаружения и выбора максимальной амплитуды формируется входная информация для ЦВС индикатора АРМ.
Таким образом, замена дисперсионных ультразвуковых линий задержки и аналоговых фильтров цифровыми устройствами формирования и обработки ЛЧМ и КНИ импульсов обеспечивает работу РЛС с высоким качеством и надежностью.