Радиолокационный запросчик

 

Изобретение относится к радиолокационной технике, а именно к запросчикам систем с активным ответом. Сущность устройства состоит в том, что введены канал, содержащий направленный ответвитель и формирователь ответного сигнала, позволяющий измерить время и учесть время задержки сигнала в приемнике запросчика, и управляемый аттенюатор, изменяющий уровень излучаемой мощности в зависимости от расстояния между запросчиком и ответчиком. Технический результат предлагаемого устройства заключается в повышении точности измерения расстояния радиолокационными системами с активным ответом, что повышает точность средств внешнетраекторных измерений, необходимую для испытаний высокоточного оружия. 7 ил.

Изобретение относится к радиолокационной технике, а именно к системам с активным ответом, и может быть использовано при создании систем, обеспечивающих высокую точность измерения расстояния между объектами, на которых установлены запросчик и ответчик.

Известны [1] стр.110-113, рис.3, 37, вторичные радиолокаторы, предназначенные для определения координат летательного аппарата (ЛА) и получения дополнительной информации по ответным сигналам установленных на них бортовых ответчиков и содержащие передающее устройство, антенную систему, антенный переключатель, блок делителей и мостов, приемник и аппаратуру декодирования и преобразования сигналов.

Наиболее близким аналогом (прототипом) по технической сущности является описанный в авторском свидетельстве СССР (SU) № 1309754 [2] радиолокационный запросчик вторичной радиолокационной системы, содержащий последовательно соединенные приемопередающую антенну 1, циркулятор, развязывающий блок 2, приемник 3 ответного сигнала, дешифратор ответного сигнала 4, блок памяти 5, блок отображения информации 6, последовательно соединенные шифратор 7 и передатчик 8, выход которого подключен к второму входу развязывающего блока 2 (фиг.1).

Недостатком такого запросчика является большая погрешность измерения дальности между ЛА и запросчиком, вызванная ошибкой определения времени задержки между запросным импульсом и импульсом, создаваемым ответчиком, которая обусловлена нестабильностью времени задержки в цепях приемника и передатчика запросчика и нестабильностью времени ретрансляции сигнала ответчиком, вызываемой, в том числе, и изменением уровня мощности запросного сигнала вследствие изменения расстояния между запросчиком и ответчиком, которое согласно [3], стр.13, может достигать ±0,1 мкс, что соответствует погрешности измерения дальности Д между запросчиком ответчиком ±15 м, а общая погрешность измерения дальности такой системы, состоящей из самолетного запросчика типа СОД-75 и маяка-ответчика, согласно [4], стр.220, может достигать ±200 м.

Такая погрешность недопустима в системах измерения промаха, причаливания и т.п.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерения расстояния между объектами, на которых установлены запросчик и ответчик.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее передатчик, приемопередающую антенну, последовательно соединенные развязывающий блок и приемник, введены блок измерения, направленный ответвитель, формирователь ответного сигнала и управляемый аттенюатор, первый вход блока измерения соединен с выходом приемника, а первый выход с первым входом передатчика, первый выход которого соединен с вторым входом блока измерения, второй выход блока измерения подключен ко второму входу приемника, первый вход-выход направленного ответвителя подключен к входу-выходу развязывающего блока, а второй вход-выход - к входу-выходу приемопередающей антенны, вход-выход формирователя ответного сигнала подсоединен к третьему входу-выходу направленного ответвителя, первый вход управляемого аттенюатора подключен к второму выходу передатчика, второй вход - к третьему выходу блока измерения, а выход - к входу развязывающего блока, а на второй вход формирователя ответного сигнала подается сигнал "Калибровка".

Входом-выходом устройства является приемопередающая антенна, а выходом - выход блока измерения.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что вновь вводимые блоки: блок измерения, направленный ответвитель и формирователь ответного сигнала образуют цепь, позволяющую измерять и учитывать изменения время задержки сигнала в приемнике запросчика, а вновь введенный управляемый аттенюатор уменьшает ошибку, вызываемую изменением уровня запросного сигнала на входе ответчика.

Сравнение заявляемого устройства с прототипом показывает наличие вновь вводимых блоков: блоков измерения направленного ответвителя, формирователя ответного сигнала и управляемого аттенюатора.

Введение подобных блоков для повышения точности измерения дальности запросчиком из общедоступных источников неизвестно, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию "Новизна". Вновь вводимые блоки, направленный ответвитель и управляемый аттенюатор, описаны в известной литературе в [5], стр.57-58, и в [6], стр.140-141, соответственно, а формирователь ответного сигнала может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг.3 и состоящей из известных функциональных блоков, описанных pin-выключатели в [8], стр.50-72, Y - циркуляторы [5], стр.44-46, смесители в [9], стр.314-324 в [9], стр.340-349, фильтры в [9], стр.187-194. Блок измерения может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг.4 и состоящей из известных функциональных блоков, описанных: следящая система в [7], стр.39, преобразователь время-код в [10], стр.235-239, преобразователь код-напряжения, оперативное запоминающее устройство и вычитающее устройство в [11], стр.447-450, стр.392 и стр.331, соответственно.

Однако их включение в соответствии с вышеуказанными связями дает возможность измерить время задержки сигнала в цепях приемника запросчика и учесть его при формировании выходной информации о дальности и уменьшить ошибку, вносимую ответчиком за счет изменения уровня запросного сигнала на его входе.

Такое решение явным образом не следует из уровня техники, что соответствует критерию "Изобретательский уровень".

Устройство может быть использовано в активных высокоточных системах измерения дальности, например в системах измерения промаха, применяемых при отработке ракетных комплексов, при швартовке судов, для определения местоположения судов технического флота на рабочих участках морских каналов и т.п.

На фиг.1 представлена схема прототипа; на фиг.2 - схема предлагаемого устройства; на фиг.3 - возможная схема реализации формирователя ответного сигнала; на фиг.4 - возможная схема блока измерения; на фиг.5 - возможная схема передатчика; на фиг.6 возможная схема следящей системы; на фиг.7 - эпюры напряжений, поясняющие работу запросчика.

Устройство (фиг.2) содержит приемопередающую антенну 1, направленный ответвитель 2, формирователь ответного сигнала 8, последовательно соединенные развязывающий блок 3, приемник 4, блок измерения 5, передатчик 6, управляемый аттенюатор 7, выход управляемого аттенюатора 7 соединен с входом развязывающего блока 3, вход-выход которого соединен с первым вход-выходом направленного ответвителя 2, вход-выход приемопередающей антенны 1 подключен к второму вход-выходу направленного ответвителя 2, второй выход блока измерения 5 соединен с вторым входом приемника 4, а третий выход - с вторым входом управляемого аттенюатора 7, первый выход передатчика 6 соединен с вторым входом блока измерения 5, а второй выход - с входом управляемого аттенюатора 7, вход-выход формирователя ответного сигнала 8 соединен с третьим вход-выходом направленного ответвителя 2, а на его второй вход поступает команда "Калибровка".

Формирователь 8 ответного сигнала (фиг.3) содержит pin-выключатель 9, Y - циркулятор 10, смеситель 11, генератор частоты сдвига 12, полосовой СВЧ-фильтр 13 частоты f₀.

Блок измерения 5 (фиг.4.) содержит синхронизатор 14, следящую систему (СС) 15, преобразователь 16 времени в код (ПВК), преобразователь 7 код - напряжения (ПКН), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 18 и вычитающее устройство (ВУ) 19.

Передатчик 6 (фиг.5) содержит последовательно соединенный модулятор 20, генератор СВЧ 21, второй направленный ответвитель 22, СВЧ детектор 23.

Следящая система 15 (фиг.6) содержит временной дискриминатор (ВД) 24, цепь управления (ЦУ) 25, генератор 26 измерительного импульса (ГИЗ), формирователь 27 сигнала автоматической регулировки усиления приемника (АРУ), формирователь 28 сигнала "Захват" (ФСЗ).

Устройство имеет два режима работы: "Калибровка" и “Измерение”. В режиме "Калибровка", который проводится при предстартовой проверке и(или) непосредственно перед измерением, устройство работает следующим образом. Синхронизатор 14 блока измерения 5 формирует импульсы "а", (фиг.7), первый из которых запускает следящую систему 15 блока измерения 5, а второй - передатчик 6, формирующий импульс "б" высокочастотных колебаний частоты f₃ и продетектированный импульс "в", который используется в качестве старта импульса и поступает на ПВК 16, позволяя исключить погрешности, вызываемые нестабильностью времени задержки в цепях передатчика. Импульс "б" поступает через управляемый аттенюатор 7, развязывающий блок 3, высокочастотный кабель электрической длиной l₁ на первый вход-выход направленного ответвителя 2, импульсы "г". Третий вход-выход направленного ответвителя 2 соединен высокочастотным кабелем электрической длины l₃ с вход-выходом формирователя ответного сигнала 8, создающим при поступлении импульсов "г" импульсы "д", частота которых f₀ отлична от частоты f₃ запросных импульсов и равна частоте f₀ сигналов ответчика. В режиме "Калибровка" включается генератор частоты сдвига 12, затухание pin-выключателя 9 мало, и колебания частоты f₃ через вход-выход Y-циркулятора 10 и его выход поступают на первый вход смесителя 11, на второй вход которого подаются колебания генератора 12 частоты сдвига f_c. Возникающие на выходе смесителя 11 колебания суммарной частоты f₀=f₃+f_с выделяются полосовым фильтром 13, настроенным на частоту f₀, и поступают через Y-циркулятор 10, второй вход-выход pin-выключателя 9 на вход-выход формирователя ответного сигнала 8. Импульсы "е" колебаний этой частоты через время поступают на третий вход-выход направленного ответвителя 2, а через время - на вход-выход развязывающего блока 3 (импульсы "ж"). Здесь и далее электрические длины

где l₁, l₂, l₃ - электрические длины вч кабелей l₁, l₂, l₃ - соответственно;

l_Г1, l_Г2, l_Г3 - геометрические длины вч кабелей l₁, l₂, l₃, соответственно;

ξ - диэлектрическая постоянная материала вч кабелей;

с - скорость света.

С выхода развязывающего блока 3 СВЧ импульсы поступают на вход приемника 4. После усиления и преобразования этих импульсов приемником 4 на его выходе возникают импульсы "и", задержанные относительно импульсов "ж" на время t_пp, где t_пp - время задержки сигнала в приемнике. Эти импульсы поступают на первый вход ВД 24 следящей системы 15 блока измерения 5. Генератор измерительного импульса 26, запускаемый первым импульсом а₀ синхронизатора 14 (фиг.7), формирует поисковый импульс "к", задержанный относительно импульса а₀ и поступающий на второй вход временного дискриминатора 24.

Под воздействием сигнала, снимаемого с выхода цепи управления 25, задержка поискового импульса "к" относительно импульса а₀ увеличивается до тех пор, пока он не совпадет с импульсом “и”, после чего СС 15 переходит в режим сопровождения. Таким образом, следящая система осуществляет поиск импульса "и", при его обнаружении ФСЗ 28 формирует сигнал "Захват", свидетельствующий о работоспособности запросчика и поступающий потребителю выходной информации о дальности. Преобразователь время-код 16 блока измерения 5 преобразует время

между передним фронтом импульса "в" и задним фронтом импульса "к", в код, который заносится в ОЗУ 18, запоминающее результат измерения времени 1_к в цифре для его последующего вычитания в вычитающем устройстве 19 из данных, полученных в режиме измерения. Преобразователь 17 код-напряжения преобразует код дальности в напряжение U_Д, поступающее на управляемый аттенюатор 7. На второй вход приемника для обеспечения постоянства амплитуды сигналов видеоимпульсов, снимаемых с его выхода, подается напряжение _АРУ с выхода следящей системы.

В режиме "Измерение" команда “Колибровка” не подается, затухание pin-выключателя 9 формирователя ответного сигнала 8 увеличивается и выключается генератор частоты сдвига 12. Поэтому сигнал формирователя ответного сигнала 8 будет ниже пороговой чувствительности приемника и не будет обнаружен следящей системой 15 блока измерения. В этом режиме синхронизатор формирует два импульса запуска передатчика, сдвинутые между собой на время t_б. Запросные парные импульсы “л” передатчика 6, имеющие базу _б, через время t₁=l₁/c достигнут первого вход-выхода направленного ответвителя 2, а через время t₅=l₂/с - вход-выхода приемопередающей антенны 1 и будут излучены ею импульсы "н". Если ответчик находится на расстоянии R от запросчика, то через время импульсы будут приняты антенной ответчика, который через время t₀ излучит импульсы частоты f₀, которые поступят на вход приемопередающей антенны запросчика через время

где t₀ - время задержки сигнала в цепях ответчика.

Эти импульсы "о" принимаются приемопередающей антенной 1 запросчика и через время t₅=l₂/с поступают на второй вход-выход направленного ответвителя 2 импульсы "р", через время t₁=l₁/c - на вход-выход развязывающего блока 3 импульсы "п", а через время t_пp - на выходе приемника 4 возникают видеоимпульсы "с". В этом режиме блок измерения 5 измерит время между продетектированным импульсом "в" и поисковым импульсом "т" следящей системы 15

Соответствующий этому времени код с выхода ПВК 16 подается в вычитающее устройство 19, где из него вычитается код времени t_к

Если l₂=l₃, что может быть обеспечено выбором длин и типов вч-кабелей, то

т.е. не зависит от времени задержки сигнала в приемнике запросчика. Полученный код дальности с выхода вычитающего устройства 19 и сигнал “Захват” с выхода СС 15 выдается потребителю.

Для уменьшения нестабильности времени t₀ ответчика, вызываемой нестабильностью уровня запросного сигнала, затухание управляемого аттенюатора 7 увеличивается по квадратичному закону с уменьшением расстояния R между запросчиком и ответчиком.

Если, например, R_макс=200 м, а R_мин=2 м, то изменение затухания ΔN должно быть

Реализовать такое изменение затухания можно на нескольких pin-диодах, управляемых напряжением U_Д, снимаемым с выхода ПКН 17 блока измерения 5.

Для уменьшения ошибки, вызываемой изменением уровня сигнала на входе блока измерения, применяется автоматическая регулировка усиления приемника 4.

Обеспечение постоянной амплитуды выходного импульса на выходе приемника достигается регулировкой коэффициента усиления усилителя промежуточной частоты (УПЧ) приемника путем изменения управляющего напряжения, подаваемого на вход первых каскадов УПЧ, как описано в [9], стр.402.

Основным преимуществом заявляемого устройства является большая точность измерения дальности, т.к. исключаются погрешности измерения дальности, вносимые нестабильностью времени задержки сигнала в цепях передатчика приемника и кабельной системе запросчика, а также уменьшается погрешность ответчика, вызываемая изменением уровня запросного сигнала на входе приемного устройства ответчика при изменении расстояния между запросчиком и ответчиком.

Кроме того, введение формирователя 8 ответного сигнала позволяет повысить полноту контроля запросчика при проведении предстартовых проверок, поскольку в режиме "Калибровка" проверяются мощность передатчика 6, чувствительность приемника 4 и работоспособность блока измерения 5. В самом деле, если мощность передатчика 6 или чувствительность приемника 4 упадут ниже нормы, то следящая система блока измерения 5 не обнаружит импульс формирователя 8 ответного сигнала и не выдаст сигнал "Захват", свидетельствующий о работоспособности запросчика. Если преобразователь время - код 16 блока измерения 5 работает неисправно, то полученный код не будет соответствовать расчетному, и не будет выдаваться в коде признак исправности.

Вновь вводимые блоки могут быть выполнены по тонкопленочной технологии и не приведут к существенному увеличению объема и массы запросчика по сравнению с прототипом.

Предлагаемый запросчик может найти применение в системах измерения промаха при стрельбе по воздушным и морским целям, в системах швартовки судов.

Литература

1. Авиационная радиолокация. Справочник под редакцией П.С.Давыдова. - М.: Транспорт, 1984, с.110-113.

2. Шапиро Е.М. и др. Вторичная радиолокационная система. Авторское свидетельство СССР (SU) № 130974 по заявке на изобретение № 394560/00-09 (22) от 22.08.85 г. Изобретения стран мира, № 22, вып. 85. МКИ GOIR, RS, 1992 г., с.22.

3. Изделие 24Г6. Технические условия ГУ1.000.54 ТУ/“УПКБ “Деталь”, 1982 г., с.13.

4. Технические требования к оборудованию самолета. Приложение к главе 8 ЕНЛГ-С “Оборудование самолета”, 1987, с.220.

5. Микроэлектронные устройства СВЧ./Под редакцией проф. Г.И.Веселова. - М.: Высшая школа, 1988, с.57-58.

6. Гассанов Л.Г. и др. Твердотельные устройства СВЧ в технике связи. - М.: Радио и связь, 1988, с.44-46, 140-141.

7. Митяшев Б.Н. Определение временного положения импульсов при наличии помех. - М.: Советское радио, 1962, с.39.

8. Вайсблат А.В. Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых диодах. - М.: Радио и связь, 1987 г., с.50-72.

9. Проектирование радиоприемных устройств./Под редакцией А.П.Сиверса. - М.: Советское радио, 1976 г., с.187-194, 314-323, 340-349, 402.

10. Гитис Э.И. "Преобразователи информационные для электронных цифровых вычислительных устройств". - М.: Энергия, 1975, с.235-239.

11. Титце У., Шенк К. "Полупроводниковая схемотехника". - М.: Мир, 1982, с.331, 392, 447-450.

Формула изобретения

Радиолокационный запросчик, содержащий передатчик, приемопередающую антенну, последовательно соединенные развязывающий блок и приемник, отличающийся тем, что введены блок измерения, направленный ответвитель, формирователь ответного сигнала и управляемый аттенюатор, первый вход блока измерения соединен с выходом приемника, а первый выход - с первым входом передатчика, первый выход которого соединен с вторым входом блока измерения, второй выход блока измерения подключен ко второму входу приемника, первый вход-выход направленного ответвителя подключен к вход-выходу развязывающего блока, второй вход-выход - к вход-выходу приемопередающей антенны, а третий вход-выход - к вход-выходу формирователя ответного сигнала, первый вход управляемого аттенюатора соединен с вторым выходом передатчика, второй вход - с третьим выходом блока измерения, а выход - со входом развязывающего блока, а на второй вход формирователя ответного сигнала подается команда “Калибровка”.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7