Моноимпульсная трехканальная суммарно-разностная радиолокационная станция

Изобретение относится к области радиолокационной техники. Техническим результатом является повышение стабильности сигнала ошибки по углу при фиксированном положении антенны и неизвестной частоте входного сигнала, а также обеспечение когерентной обработки в пеленгационном режиме по сигналам с изменяющейся входной частотой. Станция содержит моноимпульсную антенну с приводом, блок управления антенной по углу места и азимуту, ВЧ-тракт суммарно-разностной обработки, три смесителя первой группы смесителей, циркулятор, передатчик, задающий генератор, усилители, при этом в состав РЛС введены ответвитель, вторая группа из трех смесителей, формирователь внутреннего гетеродинного сигнала, усилители-преобразователи, аналого-цифровые преобразователи и вычислитель. 3 ил.

 

Техническое решение относится к области радиолокационной техники, в частности к доплеровской моноимпульсной трехканальной радиолокационной станции, работающей в когерентном и некогерентном режимах. Изобретение может быть использовано в РЛС для управления вооружением как в авиационных системах, так и в наземных зенитно-ракетных комплексах (ЗРК). Специфика работы РЛС управления вооружением ЗРК состоит в том, что РЛС должна работать:

- в локационном когерентном режиме по цели, когда стабильность частоты входного сигнала высокая и определяется стабильностью частоты когерентного задающего генератора;

- в пеленгационном режиме по источнику излучения (например, ракетному ответчику) с частотой входного сигнала, изменяющейся в процессе работы в широких пределах.

Известные устройства, приведенные в источниках [1], [2], по технической сущности являются наиболее близкими к заявленному объекту по принципу формирования сигналов ошибки в разностных каналах управления антенной.

В устройстве [1] используется трехканальная моноимпульсная система, содержащая суммарный и два разностных канала, сигналы с которых поступают на смесители, преобразующие входные сигналы частоты fвх в сигналы промежуточной частоты fпч, поступающие на входы трех усилителей промежуточной частоты (УПЧ), охваченных системой автоматического регулирования (АРУ), с целью обеспечения независимости сигналов суммарного и разностных каналов от уровня входного сигнала. Сигнал с выхода суммарного УПЧ детектируется, усиливается в видеоусилителе и поступает на устройство сопровождения по дальности. Сигнал с выхода устройства сопровождения по дальности управляет системой АРУ.

Сигналы разностных каналов поступают на сигнальные входы фазовых детекторов, на гетеродинные входы которых, поступает сигнал суммарного канала. На выходе фазовых детекторов формируются сигналы ошибки по разностным каналам для управления антенной.

В устройстве [2] используется двухканальная импульсно-доплеровская суммарно-разностная моноимпульсная РЛС, содержащая суммарно-разностный преобразователь, сигналы с которого поступают на смесители, преобразующие входные сигналы частоты fвх в сигналы промежуточной частоты fпч, поступающие на входы трех усилителей промежуточной частоты (УПЧ): два суммарных канала и один разностный. Сигнал одного суммарного канала через фильтр поступает на гетеродинный вход фазового детектора. Сигнал разностного канала через фильтр и фазовращатель поступает на сигнальный вход фазового детектора. На выходе фазового детектора выделяется сигнал ошибки по разностному каналу, который поступает на устройство съема данных, с выхода которого сигнал поступает на ЭВМ. Нормировка сигнала ошибки выполняется в ЭВМ. ЭВМ формирует сигнал управления силовыми приводами, которые управляют антенной. Сигнал второго суммарного канала поступает на вход канала обнаружения, состоящего из смесителя, УПЧ, узла каналов корреляционно-фильтровой обработки, сигналы с выходов которых поступают через коммутатор каналов и устройство съема данных в ЭВМ.

Устройство, приведенное в источнике [1], наиболее близко к заявленному объекту и служит его прототипом. Однако известное техническое решение имеет ряд недостатков, а именно:

1. При использовании прототипа для работы с входным сигналом с неизвестной частотой, из-за неидентичности АФЧХ в полосе пропускания приемных каналов, сигнал ошибки по углу при фиксированном положении антенны имеет различные значения в зависимости от частоты входного сигнала;

2. В суммарном приемном канале, обеспечивающем обнаружение входного сигнала, применена некогерентная обработка пачки входных сигналов.

Таким образом, задачей изобретения является:

- обеспечение стабильности сигнала ошибки по углу при фиксированном положении антенны и неизвестной частоте входного сигнала;

- обеспечение когерентной обработки сигналов в локационном режиме и в режиме пеленгации при работе с входными сигналами с изменяющейся частотой.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство дополнительно вводятся;

- ответвитель сигнала из суммарного канала;

- формирователь внутреннего гетеродинного сигнала из сигнала суммарного канала (ФВГ2), состоящий из смесителя, на гетеродинный вход которого поступает сигнал гетеродина с частотой, равной второй промежуточной частоте fпч2, усилителя, фильтра, амплитудного ограничителя, коммутатора гетеродинных сигналов;

- вторые смесители, на гетеродинные входы которых поступает сигнал от коммутатора гетеродинных сигналов, а на сигнальные входы поступают усиленные сигналы с выхода первых смесителей;

- усилители преобразователи;

- аналого-цифровые преобразователи (АЦП);

- вычислитель, обеспечивающий: когерентную обработку сигнала в трех приемных каналах, нормировку отношения сигналов разностных каналов к сигналу суммарного канала, определение координат цели.

Дополнительно введенные устройства позволяют сформировать внутренний гетеродинный сигнал fг2внутр, частота которого изменяется синхронно с принятым сигналом от источника с нестабильной частотой (в частности ракетного ответчика) и смещена на частоту, равную второй промежуточной частоте fпч2.

Сформированный внутренний гетеродинный сигнал позволяет с помощью вторых смесителей осуществить преобразование входных сигналов на первой промежуточной частоте fпр1 в сигналы второй промежуточной частоты fпч2, не зависящий от изменения частоты входного сигнала fвх.

Изобретение охарактеризовано чертежами фиг.1, 2, 3.

На фиг.1 приведена функциональная схема изобретения, на фиг.2 показаны частотные спектры преобразования в смесителях 8, 9, 10, на фиг.3 показаны частотные спектры после преобразования в смесителях 18, 19, 20.

На фиг.1 приведены:

1 - антенна с приводом;

2, 3, 4, 5, 6 - ВЧ-тракт суммарно-разностной обработки сигналов, состоящий из волноводных мостов 2, 3, 4, 5 и нагрузки 6;

7 - циркулятор;

8 - передатчик сигнала частоты fo с переключателем антенна-эквивалент;

9, 10, 11 - первая группа смесителей;

12, 13, 14 - усилители на первой промежуточной частоте fпч1;

15 - ответвитель;

16, 17, 18 - вторая группа смесителей;

19, 20, 21 - фильтры на второй промежуточной частоте fпч2;

22, 23, 24 - усилители-преобразователи, включающие в себя усилители, преобразователи сигнала частоты fпч2 в сигналы частоты fпч3, фильтры и квадратурные фазовые детекторы, преобразующие входные сигналы частоты fпч3 в видеосигналы;

25-30 - аналого-цифровые преобразователи;

31 - вычислитель с 4-мя выходами;

37 - задающий генератор;

38 - блок управления антенной;

ФВГ2 - формирователь внутреннего гетеродинного сигнала fг2внутр, включающий в себя:

- 32 - смеситель преобразования сигнала частоты fпч1 в сигнал

- 33 - усилитель сигнала fг2внутр;

- 34 - фильтр на частоте fг2внутр;

- 35 - амплитудный ограничитель;

- 36 - коммутатор гетеродинных сигналов fг2внутр и fг2.

На фиг.2 приведены:

- Рсум (Раз, Рум) - мощность сигнала суммарного (азимутального, угломестного) на входе смесителя 9 (10, 11), частота которого находится в пределах fвх=fo±Δf;

- Рг1 - мощность сигнала гетеродина смесителей 9, 10, 11 частоты fг1;

- Рсум1 (Раз1, Рум1) - сигнал на выходе смесителя 9 (10, 11) частоты f=fпч1±Δf.

На фиг.3 приведены:

- Рсум1 (Раз1, Рум1) - сигнал на входе смесителя 16 (17, 18) частоты f=fпч1±Δf;

- Рг2внутр мощность сигнала гетеродина смесителей 16, 17, 19;

- Рсум2 (Раз2, Рум2) - мощность сигнала на выходе смесителя 16 (17, 18).

Выходы антенны 1 соединены со входами мостов 2,3. Выходы моста 2 соединены соответственно с первыми входами мостов 5 и 4. Выходы моста 3 соединены соответственно со вторыми входами мостов 4 и 5. Один выход моста 5 соединен с нагрузкой 6, второй выход соединен со входом смесителя 9. Один выход моста 4 соединен со входом смесителя 10, второй выход соединен со входом циркулятора 7. Второй вход циркулятора 7 соединен с выходом передатчика 8. Сигнальный выход циркулятора 7 соединен со входом смесителя 11.

Выходы смесителей 9, 10, 11 соединены соответственно со входами усилителей 12, 13, 14. Сигнал гетеродина fг1 с выхода задающего генератора 37 поступает на гетеродинные входы смесителей 9, 10, 11.

Выходы усилителей 12, 13 соединены соответственно со входами смесителей 16, 17.

Выход усилителя 14 соединен со входом ответвителя 15. Первый выход ответвителя 15 соединен со входом смесителя 18. Второй выход ответвителя 15 соединен со входом смесителя 32, гетеродинный вход которого соединен с выходом гетеродинного сигнала частоты fпч2 задающего генератора 37. Гетеродинные входы смесителей 16, 17, 18 - fг2 соединены с выходом 4 коммутатора 36.

Выходы смесителей 16, 17, 18 соединены соответственно со входами фильтров 19, 20, 21. Выходы фильтров 19, 20, 21 соединены соответственно со входами усилителей-преобразователей 22, 23, 24, гетеродинные входы которых fг3, fг4 соединены с выходами fг3, fг4 задающего генератора 37.

Выход смесителя 32 соединен со входом усилителя 33, выход которого соединен со входом фильтра 34.

Выход фильтра 34 соединен со входом ограничителя 35, выход которого соединен с первым входом коммутатора 36. Выход гетеродина fг2 задающего генератора 37 соединен со вторым входом коммутатора 36. Четвертый выход вычислителя 31 соединен с управляющим входом 3 коммутатора 36.

Аналоговые (квадратурные) выходы преобразователя 22 - Uум, Yум, соединены соответственно со входами АЦП 25, 26. Выходы преобразователя 23 - Uаз, Yаз, соединены соответственно со входами АЦП 27, 28. Выходы преобразователя 24 - Uсум, Yсум, соединены соответственно со входами АЦП 29, 30.

Выходы АЦП 25, 26 Rум, Iум соединены соответственно со входами 1, 2 вычислителя 31. Выходы АЦП 27, 28 Rаз, Iаз соединены соответственно со входами 3, 4 вычислителя 31. Выходы АЦП 29, 30 Rсум, Iсум соединены соответственно со входами 5, 6 вычислителя 31.

Выходы 1, 2 вычислителя 31 соединены со входом блока управления антенной 38. Выходы 1, 2 блока управления антенной 38 соединены со входами приводов управления антенной 1.

Выход 3 вычислителя 31 соединен линией связи со входом задающего генератора 37, выход 4 вычислителя 31 соединен линией связи со входом 3 коммутатора 36.

Работа предложенного устройства осуществляется следующим образом.

Согласно функциональной схеме, представленной на фиг.1, сигналы с выхода антенны 1 поступают на входы ВЧ-тракта суммарно-разностной обработки 1, 2, 3, 4, 5, 6, на выходах которого формируются сигналы:

- разностный по углу места Рум;

- разностный по азимуту Раз;

- суммарный Рсумо.

Сигналы Рум и Раз поступают соответственно на входы смесителей 9, 10 первой группы смесителей. Сигнал Рсумо поступает на вход циркулятора 7, на второй вход которого поступает сигнал от передатчика 8 частоты fo. С выхода циркулятора 7 сигнал Рсум поступает на вход смесителя 11 первой группы смесителей. На гетеродинные входы первой группы смесителей 9, 10, 11 поступает сигнал гетеродина с частотой fг1 с выхода задающего генератора 37.

С выхода смесителей 9, 10, 11 сигналы Рум1, Раз1, Рсум1 с частотой fпч1=fвх-fг1 поступают соответственно на входы усилителей 12, 13, 14. Сигналы с выходов усилителей 12, 13 поступают соответственно на входы смесителей 16, 17, выходные сигналы которых Рум2, Раз2 поступают на входы фильтров 19, 20. Сигнал с выхода усилителя 14 поступает на вход ответвителя 15. Сигнал с первого выхода ответвителя 15 поступает на вход смесителя 18 второй группы смесителей, выходной сигнал которого поступает на вход фильтра 21, сигнал со второго выхода ответвителя 15 поступает на вход смесителя 32 формирователя внутреннего гетеродинного сигнала ФВГ2. Сигнал гетеродина f₂ с выхода 4 коммутатора 36 поступает на гетеродинные входы смесителей 16, 17, 18.

Сигнал гетеродина частоты fпч2 с выхода задающего генератора 37 поступает на гетеродинный вход смесителя 32, выходной сигнал которого поступает на вход усилителя сигнала частоты fг2внутр 33, с выхода которого сигнал поступает на фильтр 34. Сигнал с выхода фильтра 34 поступает на вход амплитудного ограничителя 35.

Сигнал с выхода амплитудного ограничителя 35 - гетеродинный сигнал fг2внутр, поступает на первый вход коммутатора 36, на второй вход которого поступает сигнал гетеродина частоты fг2 с выхода задающего генератора 37.

В локационном режиме работы по цели сигнал с известной несущей частотой со смещением по доплеру fвх=fo±f_Д, где f_Д частота доплера, с выхода 4 коммутатора 36 при отсутствии команды управления с выхода 4 вычислителя 31 на гетеродинные входы смесителей 16, 17, 18 поступает сигнал от задающего генератора 37 частоты fг2. C выходов смесителей 16, 17, 18 сигналы Рум2, Раз2, Рсум2 с частотой равной fпр2 поступает на входы фильтров 19, 20, 21. С выходов фильтров 19, 20, 21 сигналы поступают на входы усилителей-преобразователей 22, 23, 24. На гетеродинные входы усилителей-преобразователей 22, 23, 24 поступают сигналы частоты fг3, fг4 задающего генератора 37.

В усилителях-преобразователях 22, 23, 24:

- сигнал частоты fпр2 преобразуется с помощью сигнала гетеродина частоты fг3 в сигнал промежуточной частоты fпр3;

- на частоте fпр3 осуществляется усиление и фильтрация входного сигнала;

- сигнал частоты fпр3 в квадратурных фазовых детекторах с помощью сигнала гетеродина fг4 преобразуется в ортогональные видеосигналы, промодулированные доплеровской частотой цели U, Y (Uум, Yум, Uаз, Yаз, Uсум, Yсум).

Сигналы с выходов преобразователей 22, 23, 24 Uум, Yум, Uаз, Yаз, Uсум, Yсум поступают на входы АЦП 25-30, с выходов которых оцифрованные сигналы R, I (Rум, Iум, Rаз, Iаз, R_СУМ, I_СУМ) поступают на входы 1, 2, 3, 4, 5, 6 вычислителя 31. В вычислителе 31 осуществляется когерентная обработка сигналов в трех приемных каналах, нормировка сигналов разностных каналов к сигналу суммарного канала, определение угловых координат цели. Сигнал передатчика частоты f_o, сигналы гетеродинов fг1, fг2, fпч2, fг3, fг4 когерентны и формируются из одного источника - задающего генератора 37.

В локационном режиме входные сигналы приемного канала когерентны, частота сигнала от цели относительно номинальных значений промежуточных частот приемных каналов отличается незначительно - на величину частоты доплера, которая существенно меньше ширины полосы пропускания приемных каналов. В связи с этим величиной неидентичности АФЧХ приемных каналов от изменения доплеровских частот можно пренебречь.

В пеленгационном режиме работы по сигналу радиоответчика с изменяющейся входной частотой fвх=fo±Δf частота сигналов на выходе смесителей 9, 10, 11 равна fпч1=fo±Δf-fг1. Сигналы с этой частотой с выхода усилителей разностных каналов 12, 13 поступают на входы смесителей 16, 17, сигнал суммарного канала с выхода усилителя 14 через ответвитель 15 поступает на вход смесителя 18. На сигнальный вход смесителя 32 поступает сигнал с выхода 2 ответвителя 15 частоты fпч1. На гетеродинный вход смесителя 32 поступает сигнал частоты fпр2 с задающего генератора 37. На выходе смесителя 32 формируется сигнал частоты fг2внутр=fo±Δf-fг1-fпч2, который усиливается усилителем 33, фильтруется фильтром 34,ограничивается ограничителем 35 и поступает на вход 1 коммутатора 36. По команде управления с выхода 4 вычислителя 31 с выхода коммутатора 36 на гетеродинные входы вторых смесителей 16, 17, 18 поступает внутренний гетеродинный сигнал fг2внутр с частотой fпч1=f_o±Δf-f_г1-fпч2, на входы смесителей 16, 17, 18 в этом режиме поступают сигналы с частотой fпч1=f_o±Δf-f_г1.

В результате преобразования на выходе смесителей 16, 17, 18 второй группы смесителей выделяется сигнал стабильной частоты fпч2, частота которого не зависит от изменения частоты входного сигнала.

Сигналы с выходов смесителей 16, 17, 18 поступают соответственно на входы фильтров 19, 20, 21. Сигналы с выходов фильтров 19, 20, 21 поступают соответственно на входы усилителей-преобразователей 22, 23, 24. На гетеродинные входы усилителей-преобразователей 22, 23, 24 поступают сигналы частоты fг3, fг4 задающего генератора 37.

В усилителях-преобразователях 22, 23, 24:

- сигнал частоты fпр2 преобразуется с помощью сигнала гетеродина частоты fг3 в сигнал частоты fпр3;

- на частоте fпр3 осуществляется усиление и фильтрация входного сигнала в полосе пропускания, определяемой формой входного сигнала;

- сигнал частоты fпр3 в квадратурных фазовых детекторах преобразуется с помощью сигнала гетеродина частоты fг4 в ортогональные видеосигналы, промодулированные доплеровской частотой цели U, Y.

С выхода усилителя-преобразователя 22 ортогональные видеосигналы Uум и Yум поступают соответственно на входы аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 25, 26. С выхода усилителя-преобразователя 23 сигналы Uаз и Yаз поступают на входы АЦП 27, 28. С выхода усилителя-преобразователя 24 сигналы Uсум и Yсум поступают на входы АЦП 29, 30. Аналого-цифровые преобразователи преобразуют аналоговые видеосигналы Uум, Yум, Uаз, Yаз, Uсум, Yсум соответственно в оцифрованные сигналы (Rум, Iум, Rаз, Iаз, R_СУМ, I_СУМ) по каждому импульсу входного сигнала. Вычислитель 31 формирует сумму оцифрованных отсчетов (R^Σум, I^Σум, R^Σаз, I^Σаз, R^Σсум, I^Σсум) по всем импульсам пачки входных сигналов и вычисляет нормированные сигналы ошибок Sаз(ϕ), Sум(θ) по известным зависимостям:

Sаз(ϕ)=Re((R^Σаз+jI^Σаз)·(R^Σсум-jI^Σсум))/(R^Σсум)²+(I^Σсум)²)

Sум(θ)=Re((R^Σум+jI^Σум)·(R^Σсум-jI^Σсум))/(R^Σсум)²+I^Σсум)²)) где:

ϕ - рассогласование по азимуту,

θ - рассогласование по углу места

Поставленные задачи повышения стабильности сигнала ошибки по углу при фиксированном положении антенны при неизвестной частоте входного сигнала, обеспечения когерентной обработки в режиме пеленгации при работе с входными сигналами с изменяющейся частотой, нормировку сигналов разностных каналов к сигналу суммарного канала, вычисление угловых координат цели решены путем:

- введения ответвителя 15;

- введения формирователя гетеродинного сигнала ФВГ2, состоящего из смесителя 32, усилителя 33, фильтра 34, амплитудного ограничителя 35, коммутатора 36 для преобразования частоты суммарного канала входного сигнала в частоту fг2внутр=fпч1-fпч2;

- введения смесителей 16, 17, 18, на выходе которых сигнал имеет частоту fпч2 независимо от изменения частоты входного сигнала.

- введения усилителей-преобразователей 22, 23, 24;

- введения АЦП25-30;

- введения вычислителя 31.

Частотные спектры преобразования в смесителях 9, 10, 11 и 16, 17, 18 приведены соответственно на фиг.2 и фиг3.

В соответствии с функциональной схемой устройства сигналы на выходе смесителей 16, 17, 18 имеют одну частоту, равную fпч2, при всех изменениях частоты входного сигнала, вследствие чего нестабильность амплитудных и частотных характеристик фильтров 19, 20, 21 имеет место только при внешних (климат, механика), дестабилизирующих воздействиях, а также при старении элементов.

Приемный тракт до второй промежуточной частоты имеет широкую полосу пропускания по отношению к возможным девиациям частоты входного сигнала, поэтому неидентичностью АЧХ этого тракта в полосе возможных девиаций частоты можно пренебречь.

Для выполнения заявленного устройства используются стандартные элементы, выпускаемые промышленностью.

Использование изобретения позволит улучшить тактико-технические характеристики РЛС в части повышения стабильности сигнала ошибки по углу при фиксированном положении антенны и неизвестной частоте входного сигнала, обеспечения когерентной обработки в пеленгационном режиме по сигналам с изменяющейся входной частотой, нормировку сигналов разностных каналов к сигналу суммарного канала, вычисление угловых координат цели

Материалы заявки содержат указание назначения заявленного объекта изобретения. Заявленное изобретение в том виде, как оно охарактеризовано в любом из пунктов формулы, может быть осуществлено с помощью средств и методов, описанных в первоначальных материалах заявки или источниках, ставших общедоступными до даты приоритета изобретения. В случае осуществления изобретения по любому из пунктов формулы действительно возможна реализация указанного заявителем назначения.

Литература

1 Справочник по радиолокации Ред. М.Сколник. Том 4. М.: Советское Радио. 1978.

2 А.И.Леонов, К.И.Фомичев. Моноимпульсная радиолокация. М.: Советское Радио. 1984.

Моноимпульсная трехканальная суммарно-разностная радиолокационная станция, содержащая моноимпульсную антенну с приводом, блок управления антенной по углу места и азимуту, ВЧ-тракт суммарно-разностной обработки, два выхода которого - разностный по азимуту и разностный по углу места соединены со входами двух смесителей первой группы смесителей, суммарный выход соединен со входом циркулятора, второй вход которого соединен с выходом передатчика, выход циркулятора соединен со входом третьего смесителя первой группы смесителей, гетеродинные входы первой группы смесителей соединены с выходом задающего генератора частоты fг1; выходы первой группы смесителей частоты fпч1 соединены со входами усилителей, отличающаяся тем, что в состав РЛС введены:

ответвитель, вход которого соединен с выходом усилителя суммарного канала на первой промежуточной частоте;

вторая группа из трех смесителей, два входа разностных каналов которых соединены с выходами усилителей разностных каналов, а вход смесителя суммарного канала соединен с первым выходом ответвителя;

формирователь внутреннего гетеродинного сигнала, состоящий из смесителя, усилителя, фильтра, амплитудного ограничителя, коммутатора, где вход смесителя соединен со вторым выходом ответвителя, гетеродинный вход смесителя соединен с выходом гетеродина частоты fпч2 задающего генератора, выход смесителя на частоте f=(fпч1-fпч2) соединен со входом усилителя, выход которого соединен со входом фильтра, выход фильтра соединен со входом амплитудного ограничителя, выход которого соединен с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора частоты fг2;

гетеродинные входы второй группы смесителей соединены с выходом коммутатора формирователя внутреннего гетеродинного сигнала;

усилители-преобразователи, сигнальные входы которых соединены с выходами второй группы смесителей через фильтры, гетеродинные входы усилителей-преобразователей соединены с выходами частоты fг3, fг4 задающего генератора;

аналого-цифровые преобразователи, входы которых соединены с ортогональными выходами усилителей-преобразователей;

вычислитель, выполняющий когерентную обработку сигналов в трех приемных каналах, нормировку сигналов разностных каналов к сигналу суммарного канала, вычисление угловых координат цели, входы которого соединены с выходами АЦП, первый выход вычислителя соединен со входом блока управления антенной по азимуту; второй выход вычислителя соединен со входом блока управления антенной по углу места; третий выход соединен с входом задающего генератора; четвертый выход соединен с третьим входом коммутатора формирователя гетеродинных сигналов.