АНТЕННЫЙ ПОСТ РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ СТАНЦИИ
ANTENNA POST FOR RADAR STATION

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиолокации для обнаружения целей, их захвата и сопровождения, например в радиолокационных системах управления оружием.
Известен антенный пост радиолокационной станции, содержащий первую антенну с приводами, обеспечивающую обнаружение целей, и вторую антенну с приводами, обеспечивающую захват и сопровождение целей, расположенными одна под другой и работающими в разные временные интервалы (RU 2395140 С2, 20.07.2010).
В данном антенном посту для обнаружения целей используется зеркальная однолучевая антенна перископического типа, для захвата и сопровождения целей используются приемная цифровая антенная решетка совместно с первой антенной, выполняющей функцию подсвета целей.
К недостаткам данного антенного поста следует отнести большие габариты и массу, связанные с наличием двух разнородных антенн, каждая из которых имеет собственные двухкоординатные приводные устройства; повышенное время обзора пространства, малое время контакта с целью и низкий темп обращения к цели, что связано с однолучевым обзором пространства, и как следствие этого, низкая точность выработки координат обнаруженных целей; ограниченный сектор обзора в вертикальной плоскости.
Технический результат состоит в упрощении конструкции антенного поста, в повышении скорости обзора пространства и точности измерения координат, а также в возможности обзора пространства во всей верхней полусфере.
Для этого в антенном посту радиолокационной станции, содержащем первую антенну с приводами наведения, обеспечивающую обнаружение целей, и вторую антенну с приводами наведения, обеспечивающую захват и сопровождение обнаруженных целей, работающих в разнесенных во времени режимах обнаружения целей и их сопровождения, функции первой и второй антенн выполняются одной антенной в виде гибридной зеркальной антенны перископического типа с приводом в горизонтальной плоскости, приводом в вертикальной плоскости и приводом в трансверсальной плоскости. Гибридная зеркальная антенна содержит параболический рефлектор с поляризационным фильтром, взаимосвязанный с плоским контррефлектором, выполняющим поворот вектора поляризации на 90°, приемопередающий облучатель в виде малоэлементной линейной антенной решетки, расположенной в фокусе рефлектора, работающей на передачу как неуправляемая антенная решетка, а на прием - как цифровая антенная решетка, содержащая N приемопередающих излучателей. Каждый из приемопередающих излучателей малоэлементной линейной антенной решетки имеет пару каналов, с которых формируется луч четного типа, и в горизонтальной плоскости формируется луч нечетного типа. Выход передатчика через распределитель соединен с излучателями малоэлементной антенной решетки посредством N циркуляторов, развязывающих прием-передачу и расположенных в каждом канале антенной решетки, с которых формируются лучи четного типа, 2N приемных устройств, по одному в каждом приемном канале антенной решетки, с которых формируются лучи четного и нечетного типа. Квадратурные выходы приемных устройств соединены с соответствующими 4N аналого-цифровыми преобразователями (АЦП), выходы которых соединены с соответствующими входами процессора, выполненного с возможностью формировать в цифровом виде веер приемных лучей гибридной антенны из сигналов, принятых излучателями приемопередающей малоэлементной антенной решетки путем попарного суммирования сигналов каждого предыдущего излучателя с каждым последующим так, что количество пар приемных лучей четного и нечетного типа в веере приемопередающей гибридной зеркальной антенны с малоэлементной антенной решеткой будет N-1, т.е. на одну пару лучей меньше количества излучателей.
Кроме того, процессор дополнительно выполнен с возможностью формирования в цифровом виде из сигналов четных лучей, принимаемых излучателями антенной решетки, помимо веера четных лучей, также формирование веера нечетных лучей в вертикальной плоскости.
Распределитель зондирующего сигнала от передатчика дополнительно выполнен с возможностью переключения в режиме сопровождения энергии зондирующего сигнала в один из передающих излучателей малоэлементной антенной решетки, а в режиме обнаружения обеспечивающий равномерное распределение энергии зондирующего сигнала по всем передающим излучателям малоэлементной антенной решетки в виде дополнительно включенного коммутатора режимов обзор-сопровождение.
Процессор дополнительно выполнен с возможностью работы на промежуточной частоте приемных устройств и выполнения функции цифровых фазовых детекторов, формирующих действительную и мнимую часть комплексного приемного сигнала в каждом приемном канале.
На Фиг.1 показана структурная схема антенного поста.
Устройство содержит: рефлектор 1 с поляризационным фильтром, плоский контррефлектор 2, выполняющий поворот вектора поляризации на 90°, N излучателей 3 линейной малоэлементной приемопередающей антенной решетки (АР), привод контррефлектора 4 в трансверсальной плоскости, привод контррефлектора 5 в вертикальной плоскости, привод антенной системы 6 в горизонтальной плоскости, распределитель сигнала передатчика 8, малоэлементную приемную цифровую антенную решетку 12, волноводный коммутатор 13.
В свою очередь, малоэлементная цифровая антенная решетка 12 включает блок из N ферритовых циркуляторов (ФЦ) 7, 2N приемных устройств (ПУ) 9, 4N аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 10, многоканальный процессор 11.
Рефлектор 1 выполнен в виде параболоида вращения из радиопрозрачного материала, на внутренней поверхности которого нанесены параллельные друг другу металлические проволочки или узкие полоски с шагом менее λ/4, расположенные по линиям пересечения поверхности параболоида вертикальными плоскостями.
Контррефлектор 2 представляет собой плоский металлический лист, на стороне, обращенной к рефлектору, нанесен плоский радиопрозрачный лист, толщиной λ/4. На наружной стороне диэлектрического листа также нанесены металлические полоски с шагом менее λ/4. Полоски на контррефлекторе развернуты на угол 45° относительно направления полосок, нанесенных на рефлекторе. В центре контррефлектора 2 имеется отверстие, через которое проходят излучатели 3 малоэлементной антенной решетки (АР). Центр малоэлементной антенной решетки совмещен с фокусом рефлектора, при этом плоский раскрыв излучателей малоэлементной антенной решетки расположен в фокальной плоскости рефлектора 1. Взаимное положение излучателей и рефлектора жестко фиксировано. Перископическое построение зеркальной системы обеспечивает широкоугольное наведение луча, вплоть до полусферы. Малоэлементная антенная решетка, основанная на сочетании антенны оптического типа и малоэлементной антенной решетки, является гибридной. В качестве малоэлементной антенной решетки может быть использована фазированная антенная решетка или коммутационная. Она обеспечивает электрическое или электромеханическое сканирование одного луча в ограниченном секторе пространства.
На Фиг.2 показана конструкция одного из N излучателей линейной малоэлементной приемопередающей антенной решетки.
Излучатель представляет собой пару волноводов, примыкающих друг к другу по узкой стенке, с общей камерой на выходе волноводов, образующей излучающий раскрыв устройства. С другой стороны к паре волноводов примыкает суммарно-разностное волноводное устройство, имеющее пару входных каналов. При запитке устройства с одного из каналов в раскрыве образуется распределение электромагнитного поля четного типа, при запитке с другого канала - нечетного типа. Все N излучателей примыкают друг к другу широкими стенками, образуя линейный раскрыв излучателей малоэлементной антенной решетки с вертикальной поляризацией излучаемого сигнала. Таким образом, зеркальная система, облучаемая описанной антенной решеткой, при одновременной запитке каждого из ее 2N входов, будет формировать в вертикальной плоскости веер из N лучей четного типа и N лучей нечетного типа, причем нечетность последнего типа лучей лежит в горизонтальной плоскости.
Для оптимального облучения параболического рефлектора по уровню минус 10 дБ на внешней кромке рефлектора с наиболее распространенным отношением фокусного расстояния к диаметру рефлектора, равного 0,5, требуется раскрыв облучателя в плоскости сканирования примерно вдвое больший по сравнению с шагом решетки, обеспечивающим оптимальное формирование веера лучей с уровнем пересечения минус 3 дБ.
Это противоречие разрешается при использовании антенной решетки с цифровым формированием приемных лучей антенной системы 12, которая позволяет оцифрованные сигналы, принятые излучателями малоэлементной решетки, попарно суммировать, т.е. сигналы с каждого предыдущего излучателя с сигналами каждого последующего излучателя. В этом случае эффективный раскрыв суммы двух излучателей будет вдвое больше шага решетки. При этом на выходе цифровой антенны в цифровом виде будут сформированы N-1 четных лучей и N-1 нечетных лучей в горизонтальной плоскости. Помимо этого цифровая антенная решетка позволяет в цифровом виде осуществить вычитание каждой пары четных лучей в вертикальной плоскости, в результате чего будет сформирован веер из N-2 нечетных лучей в вертикальной плоскости.
Функционально малоэлементная цифровая антенная решетка 12 сходна с цифровой решеткой прототипа и содержит 2N приемных устройств 9, равных количеству выходных каналов малоэлементной антенной решетки, 4N аналого-цифровых преобразователей 10, равных количеству квадратурных сигналов с выхода приемников, и процессор 11.
В режиме передачи задействованы: двухканальный волноводный коммутатор режимов работы «обзор-сопровождение» 13, волноводный распределитель сигнала передатчика 8 и N ферритовых циркуляторов, установленных по одному в каждом из четных каналов малоэлементной антенной решетки, обеспечивающих развязку между сигналами передачи и приема.
В режиме обзора сигнал от передатчика поступает во все каналы малоэлементной антенной решетки, в результате антенная система формирует лопатообразный, широкий в вертикальной плоскости луч.
В режиме сопровождения, с целью повышения энергопотенциала, сигнал от передатчика поступает в один из каналов малоэлементной антенной решетки, в результате антенная система формирует передающий луч сигарообразного вида.
На Фиг.3 приведены диаграммы направленности четных передающих и веер цифровых приемных лучей в режимах обзора и сопровождения.
В режиме обзора с помощью привода 6 осуществляется круговое вращение всей антенной системы в горизонтальной плоскости, обеспечивающее круговой обзор пространства с помощью веера лучей и параллельной обработкой сигнала по всем приемным каналам веера лучей. Наведение лучей в вертикальной плоскости осуществляется перископическим способом за счет поворота контррефлектора приводом в вертикальной плоскости.
Известно, что антенные посты с двухосным приводом в двух плоскостях не обеспечивают обзор пространства в вертикальной плоскости более примерно 70° из-за возникновения высоких скоростей работы приводов. Тем более невозможен обзор всей полусферы из-за того, что при работе в зените скорости приводов достигают бесконечности. Поэтому в предполагаемой конструкции антенного поста введен дополнительный привод, обеспечивающий поворот контррефлектора в трансверсальной плоскости, т.е. в плоскости, проходящей через нормаль к плоскости контррефлектора в центре контррефлектора и перпендикулярной вертикальной плоскости.
В этом случае при сопровождении зенитных целей в работе участвуют все три привода, а их скорости лежат в пределах реализуемости приводов. Особенно это важно при размещении радиолокатора на корабле, где на приводы накладываются дополнительные нагрузки из качек корабля.
Таким образом, в заявленном изобретении достигается технический результат в части упрощения конструкции за счет использования предложенной конструкции антенны, позволяющей повысить скорость обзора путем параллельной обработки сигналов веера приемных лучей; повысить точность измерения координат целей путем использования в режиме обзора четных и нечетных в двух плоскостях лучей, т.е. использования моноимпульсной обработки приемных сигналов и оптимального облучения рефлектора; расширение сектора обзора до полусферы связано с использованием привода в трансверсальной плоскости перископической антенной системы, что невозможно было выполнить в прототипе. При этом создание веера лучей с пересечением по уровню минус 3 дБ при оптимальном облучении рефлектора и реализация нечетных лучей в вертикальной плоскости стало возможным только при использовании в антенне перископического типа антенной решетки с цифровым диаграммообразованием.