Корабельная трехкоординатная радиолокационная станция и антенное устройство для нее

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к корабельным радиолокационным станциям, и может использоваться для обнаружения воздушных и надводных целей и выдачи целеуказания. Техническим результатом является повышение темпа обновления информации, высокая точность измерения координат цели и выдача целеуказания с повышенной дальностью обнаружения, в том числе малоразмерных низколетящих целей. Корабельная радиолокационная станция (РЛС) содержит антенну первого канала, многоканальное вращающееся сочленение, антенный переключатель первого канала, устройство защиты приемника первого канала, сверхвысокочастотное приемное устройство первого канала, передающее устройство первого канала, óñòðîéñòâî автоматической регулировки усиления первого канала, селектор движущихся целей, устройство ограничения и согласованной фильтрации, устройство стробирования однозначных сигналов, устройство бланкирования сигналов, аттенюатор первого канала, устройство детектирования и размножения сигналов, первый выход которого является выходом радиолокационной станции, устройство отображения информации и управления режимами, устройство обработки информации, устройство формирования линейно частотно модулированных сигналов, ïðè ýòîì в нее введены антенна второго канала, устройство приводов и стабилизации, устройство управления приводами, первое устройство суммирования и разделения частотных каналов, волноводное поворотное сочленение, устройство переключения режимов «эквивалент» - «антенна», второе устройство суммирования и разделения частотных каналов, антенный переключатель второго канала, устройство защиты приемника второго канала, сверхвысокочастотное приемное устройство второго канала, передающее устройство второго канала, устройство автоматической регулировки усиления второго канала, аттенюатор второго канала. Антенное устройство содержит приемопередающую антенну, установленную на корпусе с возможностью кругового вращения в горизонтальной плоскости, при этом введена вторая приемопередающая антенна, работающая в другом поддиапазоне частот, установленная совместно с первой на корпусе таким образом, что излучаемые антеннами сигналы направлены во взаимно противоположенном направлении, при этом введены приводные устройства для механической стабилизации по бортовой и килевой качке корпуса, на котором установлены антенны.

 

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к корабельным радиолокационным станциям (РЛС). Предлагаемая РЛС может использоваться для обнаружения воздушных и надводных целей и выдачи целеуказания.

Известна корабельная РЛС (патент Великобритании ¹2177566), в которой для увеличения числа отраженных от цели импульсов предлагается излучать два или несколько лучей, разнесенных в горизонтальной плоскости на угол, соизмеримый с шириной луча. Недостатком такого решения является то, что оно не приводит к увеличению темпа обновления информации.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого изобретения является корабельная трехкоординатная РЛС Военно-Морских сил США AN/SPS-48E [По данным справочника The Naval Institute Guide to World Naval Weapons Sistems 1997-1998]. РЛС AN/SPS-3-48E представляет собой одноканальную станцию, работающую только в одном участке диапазона частот. РЛС AN/SPS-48E осуществляет обзор пространства в вертикальной плоскости сканированием одного или группы лучей при круговом электромеханическом вращении антенны в горизонтальной плоскости. Антенное устройство представляет собой волноводную щелевую решетку. Стабилизация луча диаграммы направленности антенны по бортовой и килевой качкам осуществляется электронным способом. В зависимости от режима работы РЛС передающее устройство генерирует в соответствующих лучах высокую, среднюю или низкую излучаемую мощность. Основными недостатками РЛС AN/SPS-48E являются относительно низкий темп обновления информации и наличие интерференционных провалов при обнаружении целей, летящих под малыми углами места. Указанные недостатки могут привести к снижению устойчивости сопровождения, снижению дальности и точности выдачи целеуказания.

Целью изобретения является создание радиолокационной станции с повышенным темпом обновления информации, высокими точностями измерений координат цели и выдачи целеуказания, с повышенной дальностью обнаружения, в том числе малоразмерных низколетящих целей. Указанная цель достигается двухканальным, в отличие от прототипа, построением РЛС, при котором излучение зондирующих сигналов и прием отраженных от цели сигналов производится двумя самостоятельными каналами. Оба частотных канала идентичны по построению и работают в двух разнесенных поддиапазонах частот Е-диапазона при общем приемопередающем тракте. Каждый канал имеет приемопередающую антенну, передающее и приемное устройство высокочастотных сигналов. Независимая работа РЛС в двух разнесенных поддиапазонах частот обеспечивается за счет введения в ее состав двух устройств суммирования и разделения частотных каналов. Приемопередающие антенны радиолокационных каналов развернуты относительно друг друга так, что излучаемые ими сигналы направлены во взаимно противоположенных направлениях и установлены на общем стабилизированном корпусе вместе с антенной системы государственного опознавания. Полная механическая стабилизация оси вращения антенн радиолокационных каналов и системы государственного опознавания устраняет влияние качек корабля на характеристики РЛС. Высокая точность выдачи целеуказания достигаются за счет формирования диаграмм направленности с низким уровнем боковых лепестков. Работа РЛС двумя частотными каналами позволяет исключить глубокие интерференционные провалы при обнаружении воздушных целей, летящих под малыми углами места, и повысить в два раза темп обновления информации.

Обзор пространства осуществляется двумя радиолокационными каналами путем электронного сканирования лучей в вертикальной плоскости и механического вращения антенн в горизонтальной плоскости. Сканирование в вертикальной плоскости осуществляется за счет изменения частоты излучаемых сигналов по специальным программам, соответствующим установленным режимам работы. Программы сканирования задают очередность следования лучей и виды зондирующих сигналов. Для реализации необходимого энергетического потенциала и требуемой точности измерения дальности применяются сложные зондирующие сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Управление длительностью импульса, частотой повторения, мощностью и видом излучаемых сигналов, осуществляемое устройством отображения информации и управления режимами, позволяет оптимизировать распределение излучаемой энергии в пространстве и эффективно использовать средства помехозащиты в зависимости от пространственного расположения помех. Для повышения эффективности использования в РЛС автоматизировано большинство операций по включению, взаимодействию различных устройств, контролю работоспособности и поиску неисправностей, управлению сканированием, выбору вида сигнала и метода его обработки. С этой же целью, в зависимости от задачи, которую в текущее время решает станция, применяются различные режимы обзора пространства - алгоритмы перемещения лучей, формирования и обработки сигналов. Для проведения регулировки приемопередаюших устройств без излучения сигналов в эфир предусмотрена возможность отключения передающих устройств от антенн и подключение их к «эквиваленту».

Основные устройства РЛС и их взаимодействие показаны на чертеже.

РЛС состоит из следующих устройств в порядке, показанном на чертеже:

1 - антенна первого канала;

2 - антенна второго канала;

3 - первое устройство суммирования и разделения частотных каналов;

4 - антенна государственного опознавания;

5 - многоканальное вращающееся сочленение;

6 - волноводное поворотное сочленение;

7 - устройство приводов и стабилизации;

8 - устройство переключения режимов «эквивалент» - «антенна»;

9 - второе устройство суммирования и разделения частотных каналов;

10 - антенный переключатель первого канала;

11 - устройство автоматической регулировки усиления первого канала;

12 - селектор движущихся целей;

13 - устройство автоматической регулировки усиления второго канала;

14 -антенный переключатель второго канала;

15 - устройство защиты приемника первого канала;

16 - передающее устройство первого канала;

17 - устройство ограничения и согласованной фильтрации;

18 - передающее устройство второго канала;

19 - устройство защиты приемника второго канала;

20 - сверхвысокочастотное приемное устройство первого канала;

21 - аттенюатор первого канала;

22 - устройство стробирования однозначных сигналов;

23 - аттенюатор второго канала;

24 - сверхвысокочастотное приемное устройство второго канала;

25 - устройство бланкирования сигналов;

26 - устройство формирования ЛЧМ сигналов;

27 - устройство отображения информации и управления режимами;

28 - устройство обработки информации;

29 - устройство детектирования и размножения сигналов;

30 - устройство управления приводами.

Антенное устройство представляет собой вращающийся в горизонтальной плоскости и механически стабилизированный по бортовой и килевой качке корпус, на котором размещены конструктивно аналогичные антенны первого 1 и второго 2 радиолокационных каналов, развернутые излучающими поверхностями в противоположенные стороны, и антенна системы госопознавания 4. На чертеже устройство приводов и стабилизации показано в позиции 7.

Сигналы запуска поступают от устройства отображения и управления режимами 27 в устройство формирования ЛЧМ-сигнала 26. Сформированные в соответствии с заданной программой обзора ЛЧМ-сигналы поступают на устройства 20 и 24, состоящие из сверхвысокочастотного (СВЧ) приемника, гетеродина и устройства формирования сигнала сверхвысокой частоты, далее сигналы поступают в передающие устройства 16 и 18. Передающие устройства первого и второго частотных каналов идентичны по построению и представляют собой 3-каскадные усилительные цепочки. В первом каскаде использована лампа бегущей волны, а во втором и третьем - амплитрон. СВЧ-сигналы усиливаются в усилительной цепочке при подаче на них импульсов высокого напряжения от высоковольтных модуляторов, входящих в состав передающего устройства. При отсутствии модулирующих импульсов амплитронные усилители второго и третьего каскадов передатчика пропускают СВЧ-сигналы с незначительным затуханием, что дает возможность оперативно управлять излучаемой мощностью.

Зондирующие сигналы передающих устройств первого и второго каналов проходят через переключатели 10 и 14, суммируются в устройстве 9, проходят через переключатель 8, поворотное сочленение 6, вращающееся сочленение 5 и поступают в антенное устройство, где после разделения в устройстве 3 поступают на антенны 1 и 2. Плоские волноводно-щелевые антенны 1 и 2 состоят из волноводных линеек с излучающими щелями на узкой стенке, которые соединены с входящими в состав антенн волноводными делителями мощности, выполненными в виде синусоидальных волноводов с использованием волноводно-коаксиальных направленных ответвителей. Электронное сканирование лучей в зонах обзора по углу места обеспечивается за счет дискретного изменения несущей частоты каждого из каналов. Для проведения регулировочных работ без излучения сигналов в эфир предусмотрена возможность отключения передающих устройств от антенн и подключение их к «эквиваленту» с помощью устройства 8, включающего в себя переключатель и «эквивалент».

Отраженные от целей радиолокационные сигналы принимаются антеннами 1 и 2, суммируются в устройстве 3, проходят через вращающееся сочленение 5, поворотное сочленение 6, переключатель 8, устройство 9, переключатели 10 и 14 и устройства 15 и 19, поступают в приемные устройства 20 и 24. Для преобразования принятых сигналов на промежуточную частоту в приемнике используется тот же гетеродин, что и в преобразователе, осуществляющем перенос спектра промежуточной частоты в сигналы СВЧ диапазона на передачу. Из устройств 20 и 24 сигнал на промежуточной частоте поступает в устройства 11 и 13, в котором осуществляется временная регулировка усиления и автоматическая стабилизация уровня собственных шумов и помех. Далее сигналы поступают в устройство 12, в котором производится компенсация пассивных помех и выделение сигналов от подвижных целей на нижних лучах зоны обзора, с выхода которого сигналы подаются на вход устройства 17 для борьбы с широкополосной импульсной помехой и согласованной фильтрации сложных сигналов. Сигналы, отраженные от целей на верхних лучах зоны обзора непосредственно с выхода устройств 11 и 13, поступают на вход устройства 17. Затем сигналы поступают на устройства стробирования однозначных сигналов 22 и бланкирования сигналов 25. Для отображения надводной обстановки (нижние лучи зоны обзора) в оба канала введены аттенюаторы 21 и 23, на которые сигнал поступает с устройства 11 и далее передается на устройства 17 и 25. После этого сигналы поступают на устройство детектирования и размножения сигналов 29 и далее на устройство обработки информации 28, устройство отображения информации и управления режимами станции 27 и к другим потребителям информации. Устройство 28 является автоматизированным рабочим местом оператора начального ввода и сопровождения целей. В состав устройства отображения и управления режимами РЛС 27 входят пульт управления и блок отображения информации. Управления режимами вращения и стабилизации осуществляется устройством 30.

1. Корабельная трехкоординатная радиолокационная станция, содержащая антенну первого канала [1], вход-выход которой связан с входом-выходом многоканального вращающегося сочленения [5], антенный переключатель первого канала [10], выход которого через устройство защиты приемника первого канала [15] соединен с первым входом сверхвысокочастотного приемного устройства первого канала [20], первый выход которого соединен с входом передающего устройства первого канала [16], выход которого соединен с входом антенного переключателя первого канала [10], а второй выход сверхвысокочастотного приемного устройства первого канала [20] соединен с входом устройства автоматической регулировки усиления первого канала [II], первый выход которого соединен с входом селектора движущихся целей [12], последовательно соединенного с устройством ограничения и согласованной фильтрации [17], устройством стробирования однозначных сигналов [22] и устройством бланкирования сигналов [25], второй вход которого подключен к выходу аттенюатора первого канала [21], второй выход которого соединен с вторым входом устройства ограничения и согласованной фильтрации [17], третий вход которого подключен к второму выходу устройства автоматической регулировки усиления первого канала [11], третий выход которого соединен с входом аттенюатора первого канала [21], при этом выход устройства бланкирования сигналов [25] соединен с входом устройства детектирования и размножения сигналов [29], первый выход которого является выходом радиолокационной станции, второй выход соединен с входом устройства отображения информации и управления режимами [27], а третий выход соединен с входом устройства обработки информации [28], последовательно соединенного с устройством отображения информации и управления режимами [27] и устройством формирования линейно-частотно-модулированных сигналов [26], первый выход которого соединен с вторым входом сверхвысокочастотного приемного устройства первого канала [20], отличающаяся тем, что в нее введены антенна второго канала [2], устройство приводов и стабилизации [7], устройство управления приводами [30], первое устройство суммирования и разделения частотных каналов [3], первый вход-выход которого связан с антенной первого канала [I], второй вход-выход которого связан с антенной второго канала [2], а третий вход-выход через многоканальное вращающееся сочленение [5], волноводное поворотное сочленение [6] и устройство переключения режимов «эквивалент» - «антенна» [8] связан с первым входом-выходом второго устройства суммирования и разделения частотных каналов [9], второй вход-выход которого связан с входом-выходом антенного переключателя первого канала [10], а третий вход-выход связан с входом-выходом антенного переключателя второго канала [14], выход которого соединен через устройство защиты приемника второго канала [19] с первым входом сверхвысокочастотного приемного устройства второго канала [24] первый выход которого соединен с входом передающего устройства второго канала [18], выход которого соединен с входом антенного переключателя второго канала [14], а второй выход сверхвысокочастотного приемного устройства второго канала [24] соединен с входом устройства автоматической регулировки усиления второго канала [13], первый выход которого соединен с входом селектора движущихся целей [12], второй выход соединен с четвертым входом устройства ограничения и согласованной фильтрации [17], а третий выход соединен с входом аттенюатора второго канала [23], первый выход которого соединен с пятым входом устройства ограничения и согласованной фильтрации [17], а второй выход с третьим входом устройства бланкирования сигналов [25], при этом второй выход устройства формирования линейно-частотно-модулированных сигналов [26] соединен с вторым входом сверхвысокочастотного приемного устройства второго канала [24], а второй выход устройства отображения информации и управления режимами [27] соединен с входом устройства управления приводами, выход которого соединен с входом устройства приводов и стабилизации, которое механически связано с волноводным поворотным сочленением и многоканальным вращающимся сочленением.

2. Станция по п.1, отличающаяся тем, что передающие устройства первого и второго радиолокационных каналов представляют собой 3-каскадные усилительные цепочки и в первом каскаде использована лампа бегущей волны, а во втором и третьем - амплитроны.

3. Станция по п.1, отличающаяся тем, что сверхвысокочастотные приемные устройства первого и второго радиолокационных каналов состоят из сверхвысокочастотного приемника, гетеродина и устройства формирования сигнала сверхвысокой частоты.

4. Станция по п.1, отличающаяся тем, что для проведения регулировочных работ приемопередающих устройств без излучения сигналов в эфир предусмотрена возможность отключения передающих устройств от антенн и подключение их к «эквиваленту».

5. Антенное устройство для корабельной трехкоординатной радиолокационной станции, содержащее приемопередающую антенну, установленную на корпусе с возможностью кругового вращения в горизонтальной плоскости, отличающееся тем, что введена вторая конструктивно аналогичная приемопередающая антенна, работающая в другом поддиапазоне частот, установленная совместно с первой на корпусе таким образом, что излучаемые антеннами сигналы направлены во взаимно противоположенном направлении, при этом введены приводные устройства для механической стабилизации по бортовой и килевой качке корпуса, на котором установлены антенны, а сами антенны выполнены в виде N линеек горизонтально ориентированных волноводно-щелевых излучателей, каждый из которых соединен с синусоидальным волноводом через волноводно-коаксиальный направленный ответвитель.