ПЕЛЕНГАТОР

Предлагаемое техническое решение относится к области радиолокации, в частности к радиолокационным устройствам, осуществляющим пеленгацию и сопровождение воздушных целей.
Известна СВЧ система пеленгации для РЛС (Radar microwave lobing systems, R. Janison, пат. США №3,962,705 по заявке №256,197 от 01.02.1963, патентообладатель Hughes Aircraft Company фиг. 1). Она состоит из передатчика, циркулятора, моноимпульсной антенны, разностные каналы которой соединены волноводами с входами поляризационного моста, соединенного последовательно с ферритовой модулирующей секцией (ФМС) и поляризационным мостом. Поляризационные мосты и ФМС образуют ферритовый балансный модулятор, выход которого соединен со входом первого щелевого моста, образующего вместе с фазосдвигающей секцией и вторым щелевым мостом коммутатор обзор-сопровождение (КОС). Второй вход КОСа соединен через циркулятор и волновод с суммарным каналом антенны. Выход КОСа через волновод соединен с приемником, который содержит разрядник, смеситель, УПЧ, блок сопровождения по дальности, амплитудный детектор, систему АРУ. Сигналы поступают на индикатор и на сигнальные входы двух фазовых детекторов.
В известную СВЧ систему пеленгации так же входит устройство управления ферритовым модулятором, которое содержит генератор опорного сигнала на частоте сканирования, усилители и 90°-фазовращатель. Выходы усилителей соединены с двумя фазными обмотками ФМС и с опорными входами фазовых детекторов.
В результате в двух фазных обмотках ФМС протекают синусоидальные токи, имеющие относительный фазовый сдвиг 90°. Каждая из них образует в СВЧ феррите, расположенном в круглом волноводе ФМС, поперечное квадрупольное магнитное поле. Для обеспечения непрерывной модуляции СВЧ сигнала необходимо, чтобы суммарное квадрупольное магнитное поле двух фазных обмоток вращалось, для чего углы между осями соседних полюсных катушек обеих фазных обмоток должны быть равны 45°, а величина вращающегося квадрупольного магнитного поля должна быть такова, чтобы в ФМС был обеспечен дифференциальный 180°-фазовый сдвиг между двумя ортогональными СВЧ волнами.
Такая СВЧ система пеленгации имеет два недостатка, первый из которых заключается в следующем.
Как известно (А.И. Вольдек, Электрические машины, Энергия, Л., 1974, стр. 424), при создании вращающегося магнитного поля двухфазной магнитной системой с токами, которое находится в ФМС, образуется не только первая вращающаяся пространственная гармоника этого поля, создающая 180°-дифференциальный фазовый сдвиг для осуществления требуемой балансной модуляции с частотой F, но и высшие пространственные гармоники поля с нечетными номерами.
Главное значение из них имеет третья гармоника, так как ее амплитуда самая большая среди высших гармоник, а средства подавления гармоник с номерами 5, 7, 11, 13… уменьшают ее незначительно. Третья гармоника вращается навстречу первой и поэтому производит модуляцию величины дифференциального фазового сдвига с частотой 4F. В результате преобразования спектра сигнала передатчика, отраженного от земной поверхности, производимого ферритовым балансным модулятором, в приемнике в доплеровском диапазоне отстроек от несущей будет содержаться бесконечный ряд комбинационных спектральных составляющих, отстоящих друг от друга на F. Амплитуды этих составляющих, образующих сигнал помехи, которые в значительной степени определяются амплитудой третьей гармоники поля, могут на 15…20 дБ превосходить сигналы от цели, в результате чего уменьшается дальность пеленгации и сопровождения цели.
Второй недостаток в известном пеленгаторе заключается в том, что активная помеха, промодулированная сигналом с частотой F, проходит через суммарный канал антенны, циркулятор, КОС, приемник, где усиливается и детектируется. Далее сигнал помехи с частотой F поступает на первые входы первого и второго фазовых детекторов, где складывается с угловыми сигналами от цели с той же частотой F. В результате, на выходе обоих фазовых детекторов образуются ложные сигналы, которые нарушают автоматическое сопровождение цели.
Наиболее близким техническим решением является пеленгатор (RU №42325 опубликованный 27.11.2004 г.), содержащий передатчик, генератор синхроимпульсов, генератор модулирующих импульсов, циркулятор, трехканальную антенну, первый поляризационный мост, ферритовую модулирующую секцию, устройство управления ферритовой модулирующей секцией, второй поляризационный мост, коммутатор обзор-сопровождение, приемник, генератор опорного напряжения, фазовращатель на 90°, первый и второй фазовый детекторы, генератор тактовых импульсов, устройство сдвига тактовых импульсов. Ферритовая модулирующая секция здесь выполнена трехфазной, причем ее фазные обмотки располагаются так, что углы между осями полюсных катушек соседних фазных обмоток составляют 30°. Устройство управления ферритовой модулирующей секцией выполнено трехфазным со сдвигом фаз напряжений на 120° последовательно одно относительно другого. В результате третья гармоника в токе каждой фазы обмотки ферритовой модулирующей секции уменьшается на 25…30 дБ, это уменьшает величину спектральных составляющих сигнала, отраженного от земной поверхности, в доплеровском диапазоне отстроек от несущей на 30…40 дБ, что позволяет реализовать чувствительность приемника при работе РЛС на фоне отражений сигнала передатчика от земной поверхности.
Однако, активная помеха, промодулированная сигналами с частотой F, в этом пеленгаторе будет проходить через суммарный канал антенны в приемник, что нарушит автоматическое сопровождение цели.
Технический результат предполагаемой полезной модели заключается в обеспечении пеленгации цели и ее сопровождения при воздействии активной помехи.
Указанный результат достигается тем, что пеленгатор содержит передатчик, генератор синхроимпульсов, генератор модулирующих импульсов, генератор тактовых импульсов, устройство сдвига тактовых импульсов, циркулятор, трехканальную антенну, первый поляризационный мост, ферритовую модулирующую секцию, устройство управления ферритовой модулирующей секцией, второй поляризационный мост, коммутатор обзор-сопровождение, приемник, генератор опорного напряжения, фазовращатель на 90°, первый и второй фазовые детекторы. Выход генератора синхроимпульсов соединен с входом генератора модулирующих импульсов, выход генератора модулирующих импульсов соединен со входом передатчика. Выход передатчика соединен с входом циркулятора, вход-выход циркулятора соединен с входом-выходом трехканальной антенны. Первый выход трехканальной антенны соединен с первым входом первого поляризационного моста, второй выход трехканальной антенны соединен с вторым входом первого поляризационного моста. Выход первого поляризационного моста соединен с первым входом ферритовой модулирующей секции, а выход ферритовой модулирующей секции соединен с входом второго поляризационного моста. Выход второго поляризационного моста соединен с первым входом коммутатора обзор-сопровождение, второй вход которого соединен с выходом циркулятора, а первый выход коммутатора обзор-сопровождение соединен со входом первого приемника. Выход генератора синхроимпульсов соединен с входом генератора тактовых импульсов, выход которого соединен с входом генератора опорного напряжения и с первым входом устройства сдвига тактовых импульсов, второй вход которого соединен с выходом генератора синхроимпульсов. Выход устройства сдвига тактовых импульсов соединен с входом устройства управления ферритовой модулирующей секции, первый, второй и третий выходы которой соединены с вторым, третьим и четвертым входами соответственно ферритовой модулирующей секции. Выход генератора опорного напряжения соединен с первым входом первого фазового детектора и с входом фазовращателя на 90°, выход которого соединен с первым входом второго фазового детектора.
Новыми признаками в предлагаемом пеленгаторе являются введение второго приемника и вычитателя сигналов. Выход первого приемника соединен с первым входом вычитателя сигналов. Второй выход коммутатора обзор-сопровождение соединен со входом второго приемника, выход которого соединен с вторым входом вычитателя. Выход вычитателя соединен с вторыми входами первого и второго фазовых детекторов.
На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого пеленгатора.
Пеленгатор состоит из трехканальной антенны 1, первого поляризационного моста 2, ферритовой модулирующей секции 3, второго поляризационного моста 4, коммутатора обзор-сопровождение 5, первого приемника 6, второго приемника 7, циркулятора 8, вычитателя 9, устройства управления ферритовой модулирующей секции 10, первого фазового детектора 11, генератора модулирующих импульсов 12, передатчика 13, устройства сдвига тактовых импульсов 14, генератора опорного напряжения 15, фазовращателя на 90° 16, второго фазового детектора 17, генератора синхроимпульсов 18, генератора тактовых импульсов 19. Выход передатчика 13 соединен со входом циркулятора 8, вход-выход циркулятора 8 соединен с входом-выходом трехканальной антенны 1. Первый выход трехканальной антенны 1 соединен с первым входом первого поляризационного моста 2, второй выход трехканальной антенны 1 соединен со вторым входом первого поляризационного моста 2. Выход первого поляризационного моста 2 соединен с первым входом ферритовой модулирующей секции 3, а выход ферритовой модулирующей секции 3 соединен со входом второго поляризационного моста 4. Выход второго поляризационного моста 4 соединен с первым входом коммутатора обзор-сопровождение 5, второй вход которого соединен с выходом циркулятора 8. Первый выход коммутатора обзор-сопровождение 5 соединен с входом первого приемника 6, выход которого соединен с первым входом вычитателя 9. Второй выход коммутатора обзор-сопровождение 5 соединен со входом второго приемника 7, выход которого соединен с вторым входом вычитателя 9. Выход вычитателя 9 соединен с вторыми входами первого 11 и второго 17 фазовых детекторов. Вход генератора тактовых импульсов 19 соединен с выходом генератора синхроимпульсов 18, выход генератора тактовых импульсов 19 соединен с входом генератора опорного напряжения 15 и с первым входом устройства сдвига тактовых импульсов 14, второй вход которого соединен с выходом генератора синхроимпульсов 18. Выход устройства сдвига тактовых импульсов 14 соединен с входом устройства управления ферритовой модулирующей секцией 10, первый, второй и третий выход которого соединены со вторым, третьим и четвертым входами соответственно ферритовой модулирующей секции 3. Выход генератора синхроимпульсов 18 соединен со входом генератора модулирующих импульсов 12, выход которого соединен со входом передатчика 13. Выход генератора опорного напряжения 15 соединен с входом фазовращателя на 90° 16 и с первым входом первого фазового детектора 11. Выход фазовращателя на 90° 16 соединен с первым входом второго фазового детектора 17.
0
0
д
д
Пеленгатор работает следующим образом. СВЧ сигнал передатчика 13 на частоте f, промодулированный импульсами генератора модулирующих импульсов 12, которые формируются из синхроимпульсов генератора синхроимпульсов 18, пройдя через циркулятор 8, излучаются через суммарный канал трехканальной антенны 1. На вход трехканальной антенны 1 приходит сигнал от цели на частоте f=f±F где F - доплеровский сдвиг частоты. С выхода 1 азимутального канала трехканальной антенны 1 этот сигнал подается на вход 1 первого поляризационного моста 2, а с выхода 2 угломестного канала трехканальной антенны 1 - на вход 2 первого поляризационного моста 2, после чего с выхода первого поляризационного моста 2 оба сигнала с взаимно ортогональными поляризациями поступают на вход 1 ферритовой модулирующей секции 3. На входы 2, 3, 4 ферритовой модулирующей секции 3 от устройства управления ферритовой модулирующей секцией 10 поступают три синусоидальных напряжения с частотой F, амплитуды которых одинаковы, а фазы сдвинуты последовательно одна относительно другой на 120°. Токи в этих обмотках создают в СВЧ феррите фазовой модулирующей секции 3 вращающееся квадрупольное магнитное поле. Величина этого поля устанавливается такой, чтобы в волноводе с ферритом создавался 180° дифференциальный фазовый сдвиг между двумя ортогональными СВЧ сигналами. В результате плоскость поляризации каждого из угловых сигналов, поступающих на входы 1 и 2 первого поляризационного моста 2, на выходе ферритовой модулирующей секции 3 будет вращаться с частотой F. На выходе второго поляризационного моста 4 образуется сумма балансно-модулированных сигналов угловых каналов, причем один из них промодулирован с частотой F по синусоидальному закону, а другой - по косинусоидальному. Эта сумма сигналов подается на вход 1 коммутатора обзор-сопровождение 5, а на его вход 2 поступает с выхода циркулятора 8 сигнал на частоте f из суммарного канала трехканальной антенны 1. По команде, поступающей на управляющий вход 3, коммутатор обзор-сопровождение 5 ставится в положение «сопровождение», при котором на его первом выходе образуется сумма сигналов, поступающих на его входы 1 и 2, а на его втором выходе -разность этих сигналов. В результате, на входах первого и второго приемников 6 и 7 появляются амплитудно-модулированные сигналы, амплитуды которых одинаковы, а фазы их сигналов огибающих с частотой F - противоположны.
В приемниках 6 и 7 происходит перевод сигналов на промежуточные частоты, усиление их, фильтрация и детектирование с выделением сигнала огибающих на частоте F. Эти сигналы с противоположными фазами подаются на первый и второй входы вычитателя 9, на выходе которого образуется сумма этих сигналов. Далее этот сигнал поступает на вторые входы первого и второго фазовых детекторов 11 и 17. На первый вход первого фазового детектора 11 подается синусоидальный сигнал на частоте F от генератора опорного напряжения 15, а на первый вход второго фазового детектора 17 через 90° фазовращатель 16 поступает косинусоидальный сигнал также на частоте F. Эти сигналы синхронизируются тактовыми импульсами, которые подаются на вход генератора опорного напряжения 15 с выхода генератора тактовых импульсов 19. С этого же выхода тактовые импульсы поступают на вход устройства сдвига тактовых импульсов 14. Оно может быть выполнено, например, в виде регистра сдвига, задерживающего тактовые импульсы на требуемое число периодов синхроимпульсов, которые подаются на вход 2 устройства сдвига тактовых импульсов 14 от генератора синхроимпульсов 18. При этом создается начальный сдвиг фазных напряжений на выходах 1, 2, 3 устройства управления ферритовой модулирующей секции 10 и, соответственно, фазы огибающей на входе 1 коммутатора обзор-сопровождение 5 такой величины, которая необходима для получения на выходе первого фазового детектора 11 максимального напряжения, пропорционально амплитуде синусоидальной составляющей в сигнале огибающей, а на выходе второго фазового детектора 17 - амплитуде косинусоидальной составляющей. Эти напряжения пропорциональны угловым координатам цели относительно оси трехканальной антенны 1, что позволяет их измерить и тем самым совершить пеленгование цели. Напряжения с выходов первого и второго фазовых детекторов 11 и 17 подаются на антенну 1 таким образом, чтобы при ее повороте величины этих напряжений стремились к нулю; когда они достигнут нуля, ось трехканальной антенны совпадает с направлением на цель. При движении цели на выходах первого и второго фазовых детекторов 11 и 17 вновь появятся напряжения, пропорциональные новым углам направления на цель, после чего ось трехканальной антенны 1 снова совместится с направлением на цель. Таким образом производится сопровождение цели.
Активная помеха, промодулированная сигналом с частотой F, проходит через вход-выход антенны 1, циркулятор 8, коммутатор обзор-сопровождение 5, причем на его выходах образуются сигналы помехи одинаковые по амплитуде и фазе сигнала огибающей. Один из этих сигналов поступает на вход приемника 6, другой - на вход приемника 7, где происходит их перевод на промежуточные частоты, усиление, фильтрация и детектирование. Далее эти сигналы на частоте F с одинаковыми амплитудами и фазами подаются на первый и второй входы вычитателя 9, где происходит их вычитание. Таким образом, сигнал помехи с выхода вычитателя 9 не поступает на вторые входы первого и второго фазовых детекторов 11 и 17, в результате чего активная помеха подавляется.
Как показала практика, величина активной помехи, промодулированной сигналом с частотой F, подавляется более 20 дБ, что позволяет производить определение угловых координат и сопровождение цели с достаточной точностью.
В качестве ферритовой модулирующей секции 3 можно использовать фазовращатель по патенту 2158991 (заявка 99106019 от 23.03.1999 г.) В качестве коммутатора обзор-сопровождение 5 можно применить ферритовый СВЧ переключатель по свидетельству на полезную модель №25248 (заявка 2001117653 от 25.06.2001 г.).