РАДИОЛОКАТОР STS-177

G01S   13/32
Радиолокатор STS-177
Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к радиолокации и может быть использована для обнаружения и измерения в режиме реального времени параметров траекторий движущихся объектов при контроле больших по площади территорий, акваторий и воздушного пространства.
Уровень техники
Известны радиолокаторы, например (патент РФ на изобретение №2155354, опубл. 27.08.2000), в которых измерение угловых координат обнаруженных объектов производится с помощью узконаправленного луча (шириной менее 1 град) приемо-передающей антенны при ее механическом сканировании (например, в №2155354 путем кругового вращения) области наблюдения. Недостатком известных устройств является необходимость использования механических поворотных устройств и работы в высокочастотных (сантиметровых и миллиметровых) диапазонах длин волн для создания узконаправленного излучения в ограниченных габаритах антенны, что негативно сказывается на стоимости, энергопотреблении, технологичности производства и надежности в эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является радиолокатор с малоэлементной цифровой фазированной антенной решеткой (патент РФ на полезную модель №144519, опубл. 27.08.2014), содержащий цифровой управляемый коммутатор, имеющий входные каналы и выход, передающие антенны, объединенные в фазированные группы, приемные антенны, объединенные в фазированные группы, подключенные к входным каналам упомянутого коммутатора, приемо-передающий твердотельный аналоговый конвертер, имеющий передающий канал с подключенными к нему упомянутыми антеннами фазированной группы, и приемный канал, подключенный к выходу упомянутого коммутатора и цифровой вычислитель.
Недостатком известного устройства является относительно небольшой угол (не более 90 градусов) обзора области наблюдения.
Раскрытие полезной модели
Задача полезной модели - создание устройства, позволяющего при контроле больших по площади территорий обнаруживать движущиеся объекты в широком (до 360 градусов) секторе обзора.
Техническим результатом является расширение угла обзора области наблюдения.
Указанный технический результат достигается тем, что радиолокатор содержит цифровой управляемый коммутатор приемной группы, имеющий входные каналы и выход, передающие антенны, объединенные в фазированные группы, приемные антенны, объединенные в фазированные группы, подключенные к входным каналам упомянутого коммутатора, приемо-передающий твердотельный аналоговый конвертер, имеющий передающий канал с подключенными к нему упомянутыми антеннами фазированной группы, и приемный канал, подключенный к выходу упомянутого коммутатора и цифровой вычислитель, выполненный с возможностью вычисления угловых координат обнаруженного объекта по сигналу с вышеупомянутого конвертера посредством квазимоноимпульсного фазового метода, примененного к широкой диаграмме направленности антенны, с их последующим траекторным параметрическим сглаживанием, причем согласно полезной модели, передающий канал радиолокатора дополнительно содержит многоканальный коммутатор передающей группы, работающий на несущей частоте, который позволяет применять конформную неплоскую приемопередающую антенну, состоящую из плоских приемных и передающих групп излучателей, причем электронный блок радиолокатора расположен в центре основания радиолокатора, вокруг электронного блока по кругу расположены элементарные излучатели, а основание радиолокатора закрыто сверху куполом.
Излучатели радиолокатора STS-177 представляют собой излучатели типа «патч» на основе плоских печатных плат с разделением излучателей на передающие и приемные.
Излучатели радиолокатора STS-177 объединены в группы, внутри которых излучатели фазируются на антенной печатной плате, образуя приемную и передающую фазированные группы.
Каждая из приемных и передающих фазированных групп радиолокатора STS-177 имеет обособленный выход на коммутатор приемной или передающей группы соответственно.
Аналоговый конвертер содержит передающий канал с твердотельным выходным усилителем мощности, приемный канал с малошумящим входным усилителем и блок высокостабильных гетеродинов, выполненных с возможностью сохранения когерентности в процессе преобразования несущих частот зондирующего и эхо-сигналов.
Цифровой вычислитель содержит высокопроизводительное микропроцессорное вычислительное ядро, цифро-аналоговый преобразователь, опорный генератор, аналого-цифровой преобразователь, динамическую память, источник вторичного питания, буферы входных и выходных цифровых портов.
Цифровой вычислитель выполнен с возможностью передачи выходной траекторной информации и приема входной управляющей информации радиолокатора через внешние интерфейсы Ethernet или RS-485.
Достижение технического результата обеспечивается тем, что в дополнение к приемному каналу, в передающий канал радиолокатора также вводится многоканальный коммутатор, работающий на несущей частоте, который позволяет применять конформную (неплоскую) приемопередающую антенну, состоящую из некоторого количества плоских приемных и передающих групп излучателей, при этом каждая из групп обслуживает свой узкий сектор в 60 градусов.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена структурная схема радиолокатора STS-177.
На фиг. 2 представлено конструктивное исполнение радиолокатора STS-177 с круговым обзором (угол обзора 360 град).
На фигурах приняты следующие обозначения: антенная система 1, элементарный излучатель 2, передающая фазированная группа 3, приемная фазированная группа 4, коммутатор приемной группы 5b, коммутатор передающей группы 5a, аналоговый конвертер 6, передающий канал 7, блок гетеродинов 9, приемный канал 8, цифровой спецвычислитель 10, ЦАП 11, опорный генератор 12, АЦП 13, вторичный источник питания 14, микропроцессорное ядро 15, динамическая память 16, основание 17, купол 18 радиолокатора.
Осуществление полезной модели
Радиолокатор STS-177 содержит:
цифровые управляемые антенные коммутаторы (5a и 5b), передающие антенны (2), объединенные в передающую фазированную группу (3), подключенные к выходным каналам коммутатора передающей группы (5а), приемные антенны (2), объединенные в приемную фазированную группу (4), подключенные к входным каналам коммутатора приемной группы (5b), приемо-передающий твердотельный аналоговый конвертер, имеющий передающий канал (7) подключенный к выходу коммутатора передающей группы (5a) и приемный канал (8), подключенный к выходу коммутатора приемной группы (5b), цифровой спецвычислитель (10) первичной и вторичной обработки сигналов, выполненный с возможностью вычисления угловых координат обнаруженного объекта по сигналу с вышеупомянутого конвертера посредством квазимоноимпульсного фазового метода, примененного к широкой диаграмме направленности антенны, с последующим траекторным параметрическим сглаживанием угловых координат.
Электронный блок радиолокатора STS-177 (см. фиг. 2) расположен в центре основания (17) радиолокатора, вокруг него по кругу расположены элементарные излучатели (2). Основание (17) радиолокатора закрыто сверху куполом (18).
Работа устройства.
Антенная система (1) радиолокатора состоит из небольшого числа одинаковых пространственно разнесенных элементарных излучателей (2) с широкой (до 60ч90 град) диаграммой направленности. Излучатели типа «патч» реализуются на основе плоских печатных плат с разделением излучателей на передающие и приемные. Далее происходит объединение излучателей в группы, внутри которых излучатели фазируются на антенной печатной плате, образуя фазированную группу. Приемные и передающие фазированные группы через цифровые многоканальные управляемые коммутаторы (5a и 5b) подключаются к передающему и приемному каналам одноканального аналогового конвертера.
Аналоговый конвертер (6) состоит из передающего канала (7) с твердотельным выходным усилителем мощности, единственного приемного канала (8) с малошумящим входным усилителем и блока высокостабильных гетеродинов (9) сохраняющих когерентность в процессе преобразования несущих частот зондирующего и эхо- сигналов. Конвертер необходим для достижения необходимых характеристик цифрового синтеза и дискретизации, производимых на промежуточной частоте.
Цифровой специализированный вычислитель (10) производит синтез зондирующих сигналов и цифровую (согласованная фильтрация, обнаружение, измерение координат и траекторная фильтрация) обработку эхо-сигналов и состоит из микропроцессорного высокопроизводительного вычислительного ядра (15) и периферийных микросхем цифро-аналогового преобразователя (11), опорного генератора (12), аналого-цифрового преобразователя (13), динамической памяти (16), источника вторичного питания (14), буферов входных и выходных цифровых портов и т.д. Выходная траекторная информация и входная управляющая информация радиолокатора передаются через внешние интерфейсы Ethernet или RS-485.
Радиолокатор излучает длинные когерентные последовательности широкополосных зондирующих импульсов с помощью передающих фазированных групп антенной системы. Между интервалами излучения производится прием эхо-сигналов на соответственно выбранную с помощью управляемого коммутатора приемную фазированную группу. В течение, разделенных по времени, циклов передачи и приема происходит многократное переключение передающих и приемных фазированных групп (последовательный сбор сигнальной информации с общей апертуры антенной системы) на одноканальный конвертер с последующей дискретизацией и обработкой эхо-сигналов, согласно алгоритму управления, определяемого программой цифрового вычислителя.
Таким образом, цифровой вычислитель получает сигнальную информацию с каждой приемной фазированной группы излучателей в отдельности, которую использует для последующего цифрового формирования диаграмм направленности соответствующих апертуре антенной системы. Далее, первичная и вторичная обработка эхо-сигналов, в том числе и измерение угловых координат обнаруженных объектов производится аналогично радиолокатору (патент РФ на полезную модель №144519, опубл. 27.08.2014).
Таким образом, применение дополнительного многоканального коммутатора в передающем канале радиолокатора, а также оригинальная конструкция радиолокатора STS-177, а именно расположение элементарных излучателей вокруг электронного блока, обеспечивает расширение угла обзора области наблюдения до 360 градусов.
Сопоставительный анализ заявляемой полезной модели показал, что совокупность существенных признаков заявленного устройства не известна из уровня техники и значит, соответствует условию патентоспособности «Новизна».
Приведенные сведения подтверждают возможность применения заявленного устройства в области радиолокации, которое может быть использовано для обнаружения и измерения в режиме реального времени параметров траекторий движущихся объектов, и поэтому соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».