Радиолокационная система

 

Радиолокационная система, содержит антенный блок, последовательно соединенный посредством бесконтактного вращательного перехода с СВЧ трактом, передающим модулем и приемным модулем, имеющим в своем составе блок связи и синхронизации и компьютерный индикатор с платой радар-процессора. Антенна содержит щелевой излучатель, установленный с зазором относительно стенок формирующего рупора. Зазор заполнен диэлектриком. На выходе рупора размещен печатный поляризационный фильтр, между которым и зеркальным отражателем размещен вращатель поляризации. Передающий модуль генерирует импульсные сигналы миллиметрового диапазона длин волн, длительность которых находится в пределах 0,035 - 2,0 мкс, и синхронизирующие импульсные сигналы, задний фронт которых совпадает с передним фронтом сигналов, отраженных от цели и принятых и обработанных приемным модулем, который содержит малошумящий входной усилитель и дополнительный канал автоподстройки частоты с отдельным смесителем, при этом блок связи и синхронизации снабжен последовательным каналом связи, соединенным посредством блока сопряжения и коммутации с компьютерным индикатором и соединен с передающим и приемным модулями. Технический результат заключается в повышении разрешения системы по дальности и угловой координате и помехоустойчивости. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области радиолокации, а именно к радиолокационным системам миллиметрового диапазона, и может быть использовано в качестве судовых и береговых систем, предназначенных для обнаружения надводных и береговых целей, измерения их координат и параметров движения.

Известна радиолокационная система миллиметрового диапазона, включающая передающее устройство с антенным блоком, приемник сигнала, отраженного от наблюдаемого объекта, и цифровой процессор для обработки и анализа последнего (US Патент N 5,315,303, G 01 S 13/04, 1994).

Недостатки известной радиолокационной системы заключаются в отсутствии кругового обзора, малом радиусе действия по дальности и низкой разрешающей способности по углу, что затрудняет ее использование в качестве навигационной системы.

Наиболее близкой предлагаемому изобретению является береговая радиолокационная система сантиметрового диапазона, содержащая передающий модуль, антенный блок с щелевым излучателем и рупором, приемный модуль, индикатор и блок синхронизации (А.М. Байрашевский, Н.Т. Ничипоренко Судовые радиолокационные системы. -М.: Транспорт, 1982, стр. 294-305).

Решение навигационных задач с требуемой точностью с помощью известной радиолокационной системы затруднено вследствие использования в ней линейной поляризации сигнала, не обеспечивающей достаточной помехозащищенности системы в условиях атмосферных помех, а также за счет ее работы с большой длительностью излучаемых импульсов. При этом возможно увеличение ее недостаточной разрешающей способности по углу посредством увеличения размеров антенны, что сопряжено с возникновением аппаратных сложностей и повышением стоимости производства и последующих эксплуатационных затрат. Отсутствие цифровой обработки сигнала и отображение информации на яркостном экране также снижает эксплуатационные характеристики известной радиолокационной системы.

Задачей, на решение которой направлено создание предлагаемого изобретения, является улучшение эксплуатационных характеристик радиолокационной системы.

Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в повышении разрешения системы по дальности и угловой координате, уменьшении ширины диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости при малых горизонтальных размерах, а также повышении помехоустойчивости системы и улучшении системы отображения информации.

Указанный технический результат достигается тем, что в радиолокационной системе, включающей передающий модуль, антенный блок с щелевым излучателем и рупором, приемный модуль, блок связи и синхронизации и индикатор, согласно изобретению излучатель размещен относительно стенок рупора с зазором, заполненным диэлектриком, и снабжен последовательно установленными на выходе рупора печатным поляризационным фильтром и вращателем поляризации, при этом передатчик генерирует импульсные сигналы миллиметрового диапазона длин волн с длительностью импульса в пределах 0,035 - 0,2 мкс и синхронизирующие импульсные сигналы, задний фронт которых совпадает с передним фронтом сигналов, отраженных от цели и принятых и обработанных приемным модулем, который содержит малошумящий входной усилитель и дополнительный канал автоподстройки частоты с отдельным смесителем и схемой поиска и удержания частоты, а блок связи и синхронизации снабжен последовательным каналом связи, соединенным посредством блока сопряжения и коммутации с индикатором, содержащим компьютер с платой радар-процессора и монитор, причем вращающийся переход, соединяющий приемный и передающий модули с антенной, выполнен бесконтактным, а вращатель поляризации выполнен в виде наклонных диэлектрических пластин, установленных с возможностью поворота вокруг общей оси.

Создание круговой поляризации излучаемого сигнала, устойчивого к атмосферным помехам, таким, как снег, град, туман, дождь, низкая облачность, посредством вращателя поляризации, а также эффективное гашение уровня боковых лепестков диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости посредством диэлектрика, размещенного в зазоре между стенками рупора и щелевым излучателем, обеспечивают повышение отношения сигнал/шум и увеличение разрешающей способности системы. Кроме того, наличие печатного поляризационного фильтра на выходе рупора антенны обеспечивает эффективное гашение вертикальной составляющей поля излучателя (кросс-поляризации), так как при свободном прохождении горизонтальной составляющей поля происходит отражение вертикальной составляющей, что позволяет исключить прием ложных сигналов, улучшая тем самым работу радиолокационной системы в целом. Предлагаемое выполнение вращателя поляризации с возможностью изменения угла наклона диэлектрических пластин обеспечивает изменение эллиптичности круговой поляризации излучаемого сигнала, что в свою очередь позволяет оперативно адаптировать систему к типу возникающих атмосферных помех.

Известно, что информативность радиолокационной системы пропорциональна частоте f³ зондирующих импульсов, то есть возрастает при уменьшении длины волны зондирующего импульса. Отсюда следует, что информативность радиолокационной системы миллиметрового диапазона длин волн на полтора - два порядка выше, чем у радиолокационных систем сантиметрового диапазона и на три порядка выше, чем у радиолокационных систем дециметрового диапазона длин волн. При этом уменьшение ширины диаграммы направленности системы в горизонтальной плоскости α_г и длительности импульса τ позволяет улучшить разрешающую потенциальную способность системы по углу Δϕ_o и по дальности Δ_д, так как Δϕ_o = 0,7· α_г а Δ_д= C·τ/2, где C - скорость света. Вследствие этого уменьшается среднеквадратичная потенциальная погрешность измерения дальности до объекта и углового положения объекта, увеличивается дальность обнаружения низко расположенных малых объектов (например, шлюпки, пловцы, знаки навигационного ограничения), так как в миллиметровом диапазоне длин волн нижний лепесток диаграммы направленности в вертикальной плоскости больше "прижимается" к подстилающей поверхности. При одинаковых физических размерах антенны в миллиметровом диапазоне можно получить больший коэффициент усиления антенны, чем в сантиметровом.

Предлагаемая совокупность параметров работы излучателя в миллиметровом диапазоне длин волн и конструктивное выполнение антенного блока обеспечивают создание кругового обзора с узкой диаграммой направленности антенны в горизонтальной плоскости (0,2 - 0,4^o) при допустимых размерах раскрыва антенны (2,5 м-1,5 м соответственно), что по сравнению с известными системами позволяет значительно увеличить разрешающую способность по направлению и в совокупности с высоким разрешением по дальности приводит к уменьшению разрешающих площадей и разрешающего объема. Тем самым обеспечивается повышение информационной емкости системы, ее помехоустойчивость, то есть обеспечивается повышение точности измерений и подробности наблюдаемого объекта, а также возможность использования новых информативных параметров: ракурс цели, длина, ширина.

Выбор указанного диапазона длительности излучаемого импульса поясняется следующим. С одной стороны, для уменьшения считывающего разрешаемого объема, пропорционального длительности импульса τ, необходимо уменьшение длительности излучаемого импульса. Однако генерация импульса с длительностью, меньшей 0,035 мкс, трудно реализуема в связи со сложностью изготовления передатчика. С другой стороны, увеличение длительности импульса обеспечивает увеличение дальности действия радиолокационной системы, но при τ более 0,2 мкс ухудшается разрешающая способность системы по дальности. Таким образом, именно указанный диапазон изменения длительности излучаемого импульса обеспечивает повышение информационной емкости системы и ее высокую разрешающую способность по дальности.

Улучшение эксплуатационных характеристик в предлагаемой радиолокационной системе обеспечивается также и генерированием передающим модулем синхронизирующего импульсного сигнала, что позволяет выполнять подачу в компьютерный индикатор видео- и синхросигналов по одному кабелю, обеспечивая тем самым предотвращение рассогласования этих сигналов по времени и экономию линии передачи сигналов.

Включение в состав приемного модуля блока связи и синхронизации, снабженного последовательным каналом связи, и блока сопряжения и коммутации обеспечивает управление работой радиолокационной системы посредством компьютерного индикатора по стандартному каналу связи, то есть обеспечивает возможность подключения к радиолокационной системе компьютера любой модификации.

Улучшение эксплуатационных качеств предлагаемой радиолокационной системы обеспечивается также и за счет выполнения вращательного перехода, соединяющего приемный и передающий модули с антенной бесконтактным, то есть некритичным к величине зазора и несоосности узлов антенны и приемного и передающего модулей.

Предлагаемая радиолокационная система представлена следующими графическими материалами: фиг.1 - структурная схема радиолокационной системы; фиг.2 - структурная схема антенны, разрез; фиг.3 - структурная схема радар-процессора.

Антенна 1 приводится в движение приводом 2 и последовательно соединена посредством вращающегося перехода 3 с СВЧ трактом 4, передатчиком 5 передающего и приемником 6 приемного модулей. СВЧ тракт включает в себя циркулятор 7, разделяющий сигналы на передачу и прием, ответвитель 8 и аттенюатор 9 для подачи СВЧ-импульса от передатчика 5 на вход приемника 6. Передатчик 5 содержит магнетрон 10, импульсный модулятор 11, а также схему 12 управления и контроля и блок 13 формирования синхронизирующего импульса. Приемник 6 содержит защитное входное устройство 14, малошумящий усилитель 15, смеситель 16, гетеродин 17, предварительный усилитель промежуточной частоты 18, основной усилитель промежуточной частоты 19 с логарифмической амплитудно-частотной характеристикой, детектор 20 и видеоусилитель 21, соединенный с блоком 22 связи и синхронизации и блоком 23 сопряжения и коммутации, выход которого соединен со входом компьютерного радиолокационного индикатора 24, содержащего плату радар-процессора 25. Блок 22 соединен также с передатчиком 5 и приемником 6. Приемник 6 дополнительно содержит канал автоподстройки частоты с отдельным смесителем 26 и блок 27 автоматической подстройки частоты гетеродина 17. Антенна 1 включает в себя щелевой излучатель 28, установленный с зазором относительно формирующего рупора 29. Зазор заполнен диэлектриком 30. На выходе рупора 29 размещен печатный поляризационный фильтр 31, между которым и зеркальным отражателем 32 размещен вращатель поляризации 33.

Плата радар-процессора 25 содержит блок 34 входных устройств, предназначенный для согласования входных сигналов по уровню, полярности, волновому сопротивлению, а также для улучшения фронтов импульсных сигналов и выделения импульсов синхронизации, блок 35 предварительных преобразований, предназначенный для предварительной фильтрации сигналов методом порогового отбора и компрессии, блок 36 фильтрации, предназначенный для выделения сигнала на фоне помех путем линейной и нелинейной фильтрации равноудаленных дискрет по угловой координате, а также путем статистической обработки дискрет по дальности. Плата радар-процессора 25 содержит также блок 37 согласования, предназначенный для согласования потока информации после фильтрации с емкостью устройств хранения и скоростью передачи данных, блок 38 обмена с шиной 39 ЭВМ, осуществляющий согласование во времени работы платы радар-процессора 25 и ЭВМ. Для управления режимами работы радар-процессора 25 осуществляется передача команд оператора через шину 39, блок связи 40, предназначенный для записи команд управления и обеспечения режима "чтения" однобайтовыми и двухбайтовыми словами в блок 41 управления, который обеспечивает управление работой всех блоков обработки информации радар-процессора 25.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Предлагаемая радиолокационная система работает следующим образом.

После подачи питания и прогрева магнетрона 10 вырабатывается сигнал готовности к работе передатчика 5. Блок 22 связи и синхронизации подает команду запуска на схему 12 управления и контроля передатчика 5, который формирует импульс запуска, поступающий в модулятор 11, где формируется импульс необходимой длительности τ и напряжением U_мод. Модулирующее напряжение U_мод подается на магнетрон 10, который генерирует СВЧ-радиоимпульс заданной длительности, поступающий через циркулятор 7 СВЧ тракта 4 и вращательный переход 3 на антенну 1, и излучается в пространство. Вращательный переход 3 представляет собой две отдельные секции, одна из которых конструктивно размещена на антенне 1, а вторая в съемном контейнере приемопередающего модуля. Секции представляют собой круглые волноводы, плавно переходящие в волноводы прямоугольного сечения, содержащие поляризационные пластины, создающие в круглых волноводах волну круговой поляризации. При этом две таких секции, образующие вращательный переход 3, электрически соединены через воздушный зазор между двумя круглыми фланцами с дроссельными канавками. Таким образом, вращательный переход 3 является бесконтактным и некритичным к величине зазора между фланцами волноводов и их соосности.

Снабженная вращателем поляризации 33, выполненным в виде наклонных пластин, установленных с возможностью поворота вокруг общей оси (условно не показаны), антенна 1 формирует при наличии пластин перед рупором 31 поле круговой поляризации, а при отклонении пластин вниз - поле с линейной горизонтальной поляризацией.

Часть энергии излучаемого импульса снимается с магнетрона 10 и с помощью блока 13 формирования синхронизирующего импульса происходит выделение синхронизирующего импульса, задний фронт которого совпадает с передним фронтом импульсного сигнала, отраженного от цели и принятого и обработанного приемником 6, что обеспечивает возможность последующей подачи указанных импульсных сигналов в компьютерный радиолокационный индикатор 24 по одному кабелю, предотвращая рассогласование сигналов по времени. Выделенный синхронизирующий импульс поступает на вход блока 22 связи и синхронизации, который вырабатывает синхронизирующий импульс для последующего смешения с видеоимпульсом.

Принятый антенной 1 отраженный от цели сигнал поступает через вращающийся переход 3, циркулятор 7 СВЧ тракта 4 в приемник 6, на входе которого установлено устройство защиты 14, предназначенное для защиты малошумящего усилителя 15 от сигнала, просачивающегося от передатчика 5. С выхода устройства защиты 14 сигнал поступает на малошумящий усилитель 15, установленный для усиления слабых сигналов и увеличения динамического диапазона приемника 6. С выхода последнего СВЧ-импульс поступает на основной вход смесителя 16, а на гетеродинный вход смесителя 16 поступает сигнал с гетеродина 17. В смесителе 16 происходит преобразование импульса СВЧ в импульс промежуточной частоты, который усиливается каскадом предварительного усилителя 18 промежуточной частоты и поступает на вход основного усилителя 19 промежуточной частоты, где происходит основное усиление сигнала на промежуточной частоте, а также его детектирование и усиление посредством детектора 20 и видеоусилителя 21 соответственно. В выходном каскаде видеоусилителя 21 к видеосигналу подмешивается импульс синхронизации, выделенный блоком 22 связи и синхронизации. Полученный видеоимпульс поступает через блок 23 сопряжения и коммутации на вход платы 25 радар-процессора, установленной в компьютерном радиолокационном индикаторе 24. Для поддержания постоянного значения разностной частоты между частотой передатчика 6 и частотой гетеродина на вход смесителя 26 передается незначительная часть мощности импульса излучаемого передатчиком 5 посредством ответвителя 8 и аттенюатора 9 СВЧ тракта 4. Смеситель 26 преобразует поступающий на вход СВЧ-импульс в радиоимпульс промежуточной частоты, который подается на вход блока 27 автоматической подстройки частоты гетеродина 17. В зависимости от величины отклонения частоты поступающего радиоимпульса от номинального значения промежуточной частоты блок 27 вырабатывает управляющее напряжение, которое поступает на варактор гетеродина 17, перестраивая его таким образом, чтобы поддерживать с требуемой точностью значение промежуточной частоты, равное значению номинальной частоты.

При работе радиолокационной системы в режиме секторного обзора со снятием излучения в нерабочем секторе углов блок 27 обеспечивает запоминание частоты гетеродина 17 на время паузы в работе передатчика 5. Для обеспечения работы радиолокационной системы при различных длительностях импульса в блоке 27 предусмотрены две полосы пропускания усилительного тракта. При работе с короткими импульсами полоса пропускания соответствует 33 МГц, а при работе с более широкими импульсами - 7 МГц.

Блок 22 связи и синхронизации посредством последовательного канала связи обеспечивает также передачу команд управления и контроля от компьютерного радиолокационного индикатора 24 через блок 23 сопряжения и коммутации к передатчику 5 и приемнику 6.

Запись поступающей в радар-процессор 25 информации осуществляется в память, организованную в виде двух блоков (страниц). В одну из страниц записываются текущие данные, а на другую могут считываться данные, записанные ранее. Информация, поступающая в радар-процессор 25, обрабатывается в два этапа. Первый этап начинается с приходом видео- и синхроимпульсов и заканчивается записью в память всей последовательности дискретных отсчетов по дальности. На этом этапе сигналы подвергаются следующим процедурам: масштабированию, дискретизации, квантованию, предварительному пороговому отбору вида "цель-не цель" и записи в память.

Второй этап начинается вслед за первым и заканчивается записью в буфер 38 обмена с шиной 39 предварительной обработки информации по линейке. При этом реализуются следующие процедуры: пространственно-временная фильтрация, сопряжение по плотности потока информации, управляемая запись в буфер 38 обмена с шиной 39, через которую информация поступает в компьютер для дальнейшей вторичной обработки, представления первичной и вторичной информаций на мониторе, хранения и трансляции по локальным вычислительн ым сетям.

Формула изобретения

1. Радиолокационная система, содержащая передающий модуль, имеющий в своем составе антенный блок с щелевым излучателем и рупором, последовательно соединенный посредством вращательного перехода с приемным модулем, включающим блок связи и синхронизации и индикатор, отличающаяся тем, что щелевой излучатель размещен относительно стенок рупора с зазором, заполненным диэлектриком и снабжен последовательно установленными на выходе рупора печатным поляризационным фильтром и вращателем поляризации, передающий модуль генерирует импульсные сигналы миллиметрового диапазона длин волн, длительность которых находится в пределах 0,035 - 2,0 мкс и синхронизирующие импульсные сигналы, задний фронт которых совпадает с передним фронтом сигналов, отраженных от цели и принятых и обработанных приемным модулем, приемник которого также содержит малошумящий входной усилитель и дополнительный канал автоподстройки частоты с отдельным смесителем, при этом блок связи и синхронизации обеспечивает передачу команд управления и контроля к передатчику и приемнику соответственно передающего и приемного модулей и снабжен каналом связи, соединенным посредством блока сопряжения и коммутации с индикатором, содержащим компьютер с платой радар-процессора и монитор.

2. Радиолокационная система по п.1, отличающаяся тем, что вращательный переход, соединяющий приемный и передающий модули с антенным блоком, выполнен бесконтактным.

3. Радиолокационная система по п.1, отличающаяся тем, что вращатель поляризации выполнен в виде наклонных диэлектрических пластин, установленных с возможностью поворота вокруг общей оси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

NF4A Восстановление действия патента

Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.03.2011

Дата публикации: 20.03.2011

---