Моноимпульсная радиолокационная станция с автоматической калибровкой
MONOPULSE RADAR LOCATION STATION WITH AUTOMATIC CALIBRATION

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано в моноимпульсных радиолокационных станциях (РЛС).
Известен моноимпульсный радиолокатор, содержащий генератор внешнего контрольного сигнала в виде вынесенного контрольного ответчика, узла автоматической подстройки фазы (АПФ), компенсирующего с помощью управляемых фазовращателей фазовую ошибку в сквозных трактах высокой и промежуточной частоты, которая обнаруживается путем сравнения измеренного угла контрольного датчика с его известным истинным значением (Патент РФ №2183329, МПК G01S 13/44, 7/40; H01Q 3/00, 2000).
Недостатками данного решения являются трудность использования вынесенного контрольного ответчика в радиолокаторе, расположенных на мобильных носителях, невозможность оперативной перестройки частоты контрольного ответчика при перестройке рабочей частоты радиолокатора, отсутствие калибровки коэффициентов усиления приемных каналов, усложнение конструкции и возможное уменьшение чувствительности приемных каналов, связанное с введением дополнительных фазовращателей.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является моноимпульсная РЛС с автоматической калибровкой, содержащая приемопередающую фазированную антенную решетку, моноимпульсный облучатель, трехканальное приемное устройство, аналого-цифровые преобразователи, передающее устройство, генератор сигналов и вычислитель, в которую дополнительно введен излучатель, вход которого соединен с генератором сигналов, а выход - с моноимпульсным облучателем, причем выход вычислителя является выходом моноимпульсной РЛС. При этом излучатель может быть выполнен в виде диэлектрической или рупорной антенны (Патент РФ №2389038, МПК G01S 13/44, 2008).
Недостатками данного решения являются:
1. Наличие излучения в свободное пространство, вызванное использованием в методе излучателя, и появление ошибок из-за изменяющихся переотражений излучаемого сигнала от предметов, расположенных вблизи излучателя и моноимпульсного облучателя, в процессе эксплуатации РЛС.
2. Применимость только для РЛС, выполненных на основе ФАР с оптическим распределением мощности между каналами, и невозможность применения его в РЛС, выполненных на основе ФАР, использующих фидерные распределители мощности;
Перед авторами стояла задача разработать моноимпульсную РЛС с автоматической калибровкой, лишенной перечисленных недостатков.
Техническим результатом заявляемого моноимпульсной РЛС с автоматической калибровкой является исключение ошибок калибровки, вызванных переотражениями от предметов, расположенных вблизи излучателя и моноимпульсного облучателя и расширение номенклатуры моноимпульсных РЛС, в которых применимо заявляемое решение.
Технический результат достигается за счет того, что в моноимпульсную РЛС с автоматической калибровкой, содержащую приемопередающую ФАР с суммарно-разностной схемой и системой распределения мощности между каналами, приемное устройство, аналого-цифровые преобразователи, усилитель мощности, генератор сигналов и вычислитель, в систему распределения мощности ФАР введен элемент связи, на который подают пилот-сигнал с генератора, представляющий собой сверхвысокочастотный сигнал с частотой, находящейся в полосе приемного устройства РЛС, при этом вход элемента связи соединен с одним из выходов генератора сигналов.
Элемент связи выполнен в виде направленного ответвителя.
Заявляемая моноимпульсная РЛС с автоматической калибровкой обладает совокупностью существенных признаков, не известных из уровня техники для изделий подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения.
Заявляемая моноимпульсная РЛС с автоматической калибровкой, по мнению заявителей и авторов, соответствует критерию «изобретательский уровень», т.к. для специалистов он явным образом не следует из уровня техники, т.е. не известен из доступных источников научной, технической и патентной информации на дату подачи заявки.
Сущность предлагаемого решения поясняется при помощи чертежей, где:
- на фиг. 1 показана структурная схемы моноимпульсной РЛС;
- на фиг. 2 - пример схемы реализации ФАР с фидерной системой распределения мощности.
В состав моноимпульсной РЛС с автоматической калибровкой входят: фазированная антенная решетка 1 с суммарно-разностной схемой и системой распределения мощности между каналами, трехканальное приемное устройство 2, аналого-цифровые преобразователи 3, усилитель 4 мощности, генератор 5 сигналов, вычислитель 6. В систему распределения мощности ФАР введен элемент 7 связи, вход которого соединен с одним из выходов генератора 5 сигналов. При этом ФАР с фидерным распределением мощности может быть реализована в соответствии со схемой, на которой в состав ФАР входят: СВЧ сумматор 8, четыре строчных распределителя, выполненных на основе направленных ответвителей 9. СВЧ сумматор 8, четыре строчных распределителя, выполненных на основе направленных ответвителей 9, образуют фидерную систему распределения мощности ФАР. Направленные ответвители 9 подключены к входам фазовращателей 10, выходы которых подключены к излучателям 11. В один из строчных распределителей, выполненных на основе направленных ответвителей 9, введен дополнительный направленный ответвитель 12, который является элементом 7 связи, введенным в систему распределения мощности ФАР.
Моноимпульсная РЛС с автоматической калибровкой работает следующим образом.
Зондирующий сигнал, сформированный генератором 5 сигналов и усиленный усилителем 4 мощности, поступает на вход "Передача" ФАР 1, где сигнал для деления мощности поступает в СВЧ сумматор 8 и затем на четыре строчных распределителя, выполненных на основе направленных ответвителей 9. Разделенный сигнал поступает на фазовращатели 10, с выхода которых, после внесения необходимого фазового сдвига, поступает на излучатели 11 и излучается в направлении цели.
Принятый отраженный от цели зондирующий сигнал поступает на излучатели 11 ФАР 1, с которых, после внесения необходимого фазового сдвига фазовращателями 10, поступает на систему распределения мощности ФАР, состоящую из СВЧ сумматора 8 и четырех строчных распределителей, выполненных на основе направленных ответвителей 9, после чего сигналы поступают на входы приемного устройства 2, с которого после преобразования на промежуточную частоту и преобразования в цифровой вид аналого-цифровыми преобразователями 3 поступают на входы вычислителя 6.
При настройке моноимпульсной РЛС с автоматической калибровкой коэффициенты передачи и фазовые характеристики разностных и суммарного каналов корректируются в цифровом виде в вычислителе 6 путем умножения в цифровом виде сигналов разностных каналов на комплексные корректирующие коэффициенты, которые выбираются такими, чтобы обеспечить оптимальную пеленгационную чувствительность и максимальную точность определения угловых координат цели. Комплексные корректирующие коэффициенты запоминаются в вычислителе 6. После этого на элемент связи 7, выполненного в виде направленного ответвителя 12, введенного в систему распределения мощности ФАР 1, с генератора 5 подается пилот-сигнал, представляющий собой сверхвысокочастотный сигнал с частотой, находящейся в полосе приемного устройства 2 моноимпульсной РЛС. В связи с тем, что элемент 7 связи выполнен в виде направленного ответвителя 12, пилот-сигнал с него распространяется только в направлении СВЧ сумматора 8; в направлении фазовращателей 10 и излучателей 11 пилот-сигнал не распространяется (или распространяется с сильным ослаблением за счет направленных свойств направленных ответвителей 9) и, следовательно, не излучается в открытое пространство, чем обеспечивается отсутствие излучения в свободное пространство и исключение ошибок из-за изменяющихся переотражений излучаемого сигнала от предметов, расположенных вблизи РЛС.
Пилот-сигнал с элемента 7 связи, выполненного в виде направленного ответвителя 12, через систему распределения мощности ФАР 1 (строчный распределитель и СВЧ сумматор 8), с которой комплексные сигналы поступают на входы приемного устройства 2 с которого после преобразования на промежуточную частоту и преобразования в цифровой вид аналого-цифровыми преобразователями 3 поступают на входы вычислителя 6 для вычисления комплексных коэффициентов пилот-сигнала и запоминания их в памяти вычислителя 6.
При эксплуатации моноимпульсной РЛС периодически во время работы проводится ее автоматическая калибровка. При этом на элемент 7 связи, введенный в систему распределения мощности ФАР 1, с генератора 5 подается пилот-сигнал, представляющий собой сверхвысокочастотный сигнал с частотой, находящейся в полосе приемного устройства 2 моноимпульсной РЛС. Пилот-сигнал с элемента 7 связи через систему распределения мощности ФАР 1 поступает на суммарно-разностную схему, с которой комплексные сигналы поступают на входы приемного устройства 2, затем после преобразования на промежуточную частоту и преобразования в цифровой вид аналого-цифровыми преобразователями 3 поступают на входы вычислителя 6 для автоматического вычисления комплексных коэффициентов пилот-сигнала. Вычисленные комплексные коэффициенты пилот-сигнала сравнивают с комплексными коэффициентами пилот-сигнала, сохраненными в памяти вычислителя 6 в процессе настройки моноимпульсной РЛС.
В случае отклонения вычисленных комплексных коэффициентов пилот-сигнала от сохраненных в памяти вычислителя 6 в процессе настройки моноимпульсной РЛС производится соответствующая коррекция комплексных корректирующих коэффициентов в вычислителе 6, чем достигается обеспечение оптимальной пеленгационной чувствительности и максимальной точности определения угловых координат цели.
В связи с тем, что при проведении автоматической калибровки задействованы все блоки моноимпульсной РЛС, кроме усилителя 4 мощности, ее результаты служат достаточным критерием их исправности, то есть автоматическая калибровка моноимпульсной РЛС может быть использована в качестве системы встроенного контроля РЛС.
Для подтверждения эффективности калибровки моноимпульсной РЛС на предприятии были разработаны и освоены в производстве ряд моноимпульсных РЛС различных диапазонов длин волн, выполненных с применением ФАР с различными типами систем распределения мощности между каналами ФАР. Кроме того, в заявляемом устройстве был реализован режим встроенного контроля. Опыт эксплуатации РЛС показал ее высокую надежность и точность при простоте реализации. Вышесказанное, по нашему мнению, подтверждает соответствие заявляемой моноимпульсной РЛС критерию «промышленная применимость».