Устройство для измерения эффективной поверхности рассеяния объектов

Изобретение относится к радиолокации, в частности к радиолокационным измерениям, и может быть использовано при создании радиолокационных измерительных комплексов. Техническим результатом изобретения является увеличение количества исходных данных, по которым можно судить о радиолокационных характеристиках объектов, основной из которых является ЭПР в режиме совмещенного и разнесенного (двухпозиционного) приема-передачи при различных ракурсах и углах облучения и приема. Устройство для измерения эффективной поверхности рассеяния (ЭПР), содержит передатчик, приемную и передающую антенны, приемник, блок оценки ЭПР, объект измерения, платформу с приводом, круговой монорельс, блок компенсации паразитных сигналов, переключатель элементов передающей антенны и блок управления переключателем. 2 ил.

 

Изобретение относится к радиолокации, в частности к радиолокационным измерениям, и может быть использовано при создании радиолокационных измерительных комплексов (РИК).

Основной радиолокационной характеристикой объектов, подлежащей измерению, является эффективная поверхность рассеяния (ЭПР) и ее составляющие, так называемые локальные центры рассеяния.

Известно устройство для измерения ЭПР объектов (см. "Теоретические основы радиолокации", под ред. Я.Д.Ширмана, М., "Сов. радио", 1970, с. 221).

Устройство содержит передатчик, антенный переключатель, антенну, приемник, индикаторное устройство и синхронизатор. При этом выход передатчика соединен со входом антенного переключателя, вход/выход которого соединен с антенной, выход антенного переключателя соединен со входом приемника, выход приемника и координатный выход антенны соединен соответственно с первым и вторым входом индикаторного устройства, каждый из двух выходов синхронизатора соединен с синхровходом передатчика и индикаторного устройства.

Недостатком известного устройства является то, что получаемая с него радиолокационная информация имеет ограниченный характер, так как измерения проводятся в одной плоскости, и не учитывает объемного характера диаграммы ЭПР объекта.

Наиболее близким по технической сущности устройством является радиолокационная станция, защищенная патентом России № 2217774 по МПК7, G01S 13/00, G01, R 29/08, 2003.

Радиолокационная станция содержит передатчик, антенный переключатель, антенну, приемник, индикаторное устройство, синхронизатор, при этом выход передатчика соединен со входом антенного переключателя, вход/выход которого соединен с антенной, выход антенного переключателя соединен со входом приемника, выход приемника и координатный выход антенны соединен соответственно с первым и вторым входом индикаторного устройства, каждый из двух выходов синхронизатора соединен с синхровходами передатчика и индикаторного устройства, блок оценки ЭПР объекта, при этом выход приемника, выход индикаторного устройства и выход передатчика соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока оценки ЭПР объекта, дополнительный выход синхронизатора соединен с синхровходами блока оценки ЭПР объекта.

Недостатком наиболее близкого технического решения является ограниченность получаемой при измерениях информации, то есть не учитывается объемность диаграммы ЭПР. Результаты измерения неприменимы для случая разнесенного (двухпозиционного) приема-передачи.

Техническим результатом изобретения является увеличение количества исходных данных, по которым можно судить о радиолокационных характеристиках объектов, основной из которых является ЭПР в режиме совмещенного и разнесенного (двухпозиционного) приема-передачи при различных ракурсах и углах облучения и приема.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для измерения ЭПР объектов, содержащее передатчик, приемную и передающую антенны, приемник и блок оценки ЭПР и объект измерения, передающая антенна выполнена в виде набора из m элементов, а приемная антенна выполнена в виде линейной фразированной антенной решетки, содержащей n элементов, дополнительно введены: платформа с приводом, круговой монорельс, блок компенсации паразитных сигналов, переключатель элементов передающей антенны, блок управления этим переключателем, при этом сигнальный выход передатчика соединен с переключателем элементов передающей антенны, выход которого соединен с одним из m элементов передающей антенны, а второй выход передатчика соединен с блоком компенсации паразитных сигналов, выход которого соединен с компенсационным входом приемника, приемная антенна соединена с сигнальным входом приемника, выход которого соединен со входом блока оценки ЭПР, четыре управляющих выхода которого соединены соответственно блоком компенсации паразитных сигналов, с блоком управления переключателем элементов передающей антенны, с приводом приемной антенны и с приводом платформы, причем элементы приемной антенны расположены на четверти окружности охватывающей объект измерения, с шагом, равным половине длины волны передатчика с возможностью перемещения по круговому монорельсу вокруг объекта измерения с помощью привода, элементы передающей антенны расположены на четверти окружности большего радиуса с шагом, равным половине длинны волны передатчика, при этом передающая антенна установлена неподвижно.

Предлагаемая конструкция устройства для измерения радиолокационных характеристик позволяет за один цикл измерений оценить все значения эффективной поверхности рассеяния объекта в верхней полусфере применительно к совмещенному и разнесенному (двухпозиционному) приему-передаче при различных ракурсах и углах облучения и приема.

Проведенный анализ уровня техники позволяет установить, что техническое решение, характеризуются совокупностью признаков, идентичных всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения отсутствуют, что указывает на соответствие заявляемого изобретения критерию охраноспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными признаками заявленного устройства, показали, что в общедоступных источниках информации не выявлены решения имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками. Из уровня техники также не подтверждена известность влияния отличительных признаков заявляемого изобретения на указанный заявленный технический результат, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Предлагаемое техническое решение "устройство для измерения ЭПР объектов" промышленно применимо, так как совокупность характеризующих его признаков обеспечивает возможность его осуществления, работоспособность и воспроизводимость, и для его реализации могут быть использованы известные материалы и оборудование.

Сущность изобретения состоит в следующем. На первом этапе в текущий момент времени t_i (i=1, ..., N) формируется пространственный зондирующий сигнал S_i(p), где р - координата i-го элемента передающей антенны. Рассеянное объектом поле на поверхности объекта в каждый текущий момент времени t_i регистрируется одновременно всеми элементами приемной антенны. При этом приемная антенна перемещается вокруг объекта. Таким образом, выполняется серия измерений с использованием выбранного набора единичных пространственных зондирующих полей S_i(p). На втором этапе осуществляется весовая обработка массива зарегистрированных рассеянных полей Е_pi(r), (i=1, ..., N). После обработки получают оценку поля рассеянного объектом в любом заданном (по направлению) поле облучения и в любом направлении приема.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для измерения ЭПР объектов. На фиг.2 представлен алгоритм работы блока оценки ЭПР объектов.

Устройство для измерения ЭПР объектов содержит передатчик 1, передающую антенну 2, приемную антенну 3, приемник 4, блок оценки ЭПР 5, блок компенсации паразитных сигналов 6, платформу 7, привод платформы 8, объект измерения 9, привод приемной антенны 10, круговой монорельс 11, переключатель элементов передающей антенны 12, блок управления переключателем 13.

Передатчик 1 соединен с передающей антенной 2 через переключатель элементов передающей антенны 12, приемная антенна 3 подключена к сигнальному входу приемника 4, выход которого подключен ко входу блока оценки РЛХ 5, первый выход которого соединен с блоком компенсации 6, второй вход которого соединен со вторым выходом передатчика 1, выход блока компенсации паразитных сигналов 6 соединен со вторым входом приемника 4, второй третий и четвертый выходы блока оценки РЛХ 5 соединены соответственно с блоком управления переключателем 13, с приводом приемной антенны 10 и с приводом платформы 8. Объект измерения 9 устанавливается на платформе 7, а приемная антенна перемещается по круговому монорельсу 11.

Устройство для измерения ЭПР объектов может быть выполнено в диапазоне от 0,8 до 15 см с использованием следующих функциональных элементов. Применительно к 10 см диапазону элементы могут быть выполнены из следующих узлов.

Передатчик 1 - клистронный непрерывного генерирования с выходной мощностью 1 Вт.

Передающая антенна 2 - собрана на металлическом основании из стальной трубы, радиус основания выбран 7,5 метра из условия охвата объекта. Излучающие элементы конические спирали.

Приемная антенна 3 аналогична передающей антенне. Радиус основания 7 метров. Каркас из металлической трубы, приемные элементы спиральные антенны.

Приемник 4 - измеритель разности фаз и отношений уровней ФК2-33.

Блок оценки ЭПР 5 - персональная ЭВМ типа IBM.

Блок компенсации 6 содержит по одному стандартному электрически управляемому аттенюатору и фазовращателю.

Платформа 7 - металлическая конструкция способная вращаться при нагрузке до 75 тонн.

Привод платформы 8 - стандартный мотор-редуктор с пускорегулирующим устройством.

Привод приемной антенны 10 - стандартный мотор-редуктор с пускорегулирующим устройством.

Круговой монорельс 11 диаметром 14 метров из условия свободного перемещения приемной антенны вокруг объекта.

Переключатель 12 - электрически управляемый на полупроводниковых элементах.

Блок управления переключателем 13 стандартный.

Мощность передатчика 1 Вт выбрана из условия создания достаточной напряженности электрического поля на поверхности объекта.

Передающая антенна 2 собрана на металлическом основании из стальной трубы. Радиус основания 7,5 метров из условия охвата приемной антенны и объекта. Размещение излучающих элементов выбрано с шагом , где λ - длина волны передатчика, из условия ее работы как фазированной антенной решетки. Излучающие элементы - конические спирали для увеличения полосы пропускания.

Приемная антенна 3 размешается на каркасе из металлической трубы. Радиус основания выбран 7 метров из условия охвата объекта измерения и свободного прохода под передающей антенной и над объектом измерения.

Размещение приемных элементов с шагом , где λ - длина волны передатчика, выбрано из условия ее работы как фазированной антенной решетки с одним лепестком диаграммы направленности.

В качестве приемника 4 выбран измеритель разности фаз и отношений уровней ФК2-33, как широкополосный, чувствительный (10^-12 Вт) прибор в режиме приема.

В качестве блока оценки ЭПР 5 персональная ЭВМ типа IBM как устройство способное совместить в себе управляющую и вычислительные функции.

Остальные блоки и устройства, входящие составной частью в устройство для измерения РЛХ, выполняются по типовым требованиям для данных устройств.

Устройство для измерения ЭПР работает следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает высокочастотные колебания, которые через переключатель 12, управляемый блоком управления переключателем 13, поступают к одному излучающему элементу передающей антенны 2 и облучают объект измерения 9, отраженные сигналы принимаются всеми элементами антенны 3. Приемная антенна 3 при этом перемещается по круговому монорельсу 11. Массив данных записывается в ЭВМ. Затем переключатель 12 с помощью блока управления 13 подключат следующий элемент передающей антенны. Цикл повторяется до того, как объект будет облучен всеми элементами передающей антенны. По окончании одного оборота приемной антенны 3 платформа 7 с объектом измерения 9 поворачивается на один шаг, равный , где λ - длина волны передатчика, R - радиус платформы. После того как платформа 7 с объектом 9 совершит оборот в 360 градусов, измерения заканчиваются и производится обработка результатов в блоке оценки ЭПР 5.

Затем объект измерения 9 удаляется с платформы 7 и весь цикл измерений повторяется. Производится запись сигнала остаточного фона. Перед последующим циклом измерений паразитные сигналы компенсируются с помощью блока компенсации 6.

При обработке сигналы остаточного фона вычитаются из результатов измерений с объектом.

Обработка результатов измерений производится в блоке 5 по следующему алгоритму (фиг.2).

Вначале (см. фиг.2) на привод платформы 8 и привод приемной антенны 10 с блока оценки ЭПР 5 передается сигнал, по которому приемная антенна 3 и платформа 7 позиционируются на нулевые угловые координаты. Затем из блока оценки ЭПР 5 передается сигнал на блок управления переключателем 13 о подключении первого передающего элемента передающей антенны 2 и облучение им объекта. Из приемника 4 в блок оценки ЭПР записывается отраженное объектом поле в вектор А_nj размером (n×1). Затем передается сигнал на блок управления переключателем 13 о подключении следующего передающего элемента передающей антенны 2 и облучение им объекта. Пока объект не будет облучен всеми элементами передающей антенны 2, циклы повторяется. Затем из блока управления 5 на привод платформы передается сигнал, по которому привод платформы 8 поворачивает платформу 7 на угол , где λ - длина волны передатчика, R - радиус платформы. Затем из блока оценки ЭПР 5 передается сигнал на блок управления переключателем 13 о подключении следующего передающего элемента передающей антенны 2 и облучение им объекта. И так далее, пока платформа 7 не сделает полный оборот. Далее при обработке результатов измерений вычитаются сигналы остаточного фона. Расчет рассеянного объектом поля применительно к требуемому полю облучения и направлению приема осуществляется по формуле: , где E - рассеянное объектом поле применительно к требуемому полю облучения и направлению приема, а_k - весовые коэффициенты, определяемые путем минимизации отклонения суммарного поля излучателей от требуемого поля облучения, A_βk - вектор, элементы которого содержат разности фаз и отношения уровней, зарегистрированные элементами приемной антенны 3 при облучении объекта k-м элементом передающей антенны 2 при заданном угле поворота платформы 7 β.

Устройство для измерения эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) объектов, содержащее передатчик, приемную и передающую антенны, приемник, блок оценки ЭПР и объект измерения, отличающееся тем, что в нем передающая антенна выполнена в виде набора из m элементов, а приемная антенна выполнена в виде линейной фразированной антенной решетки, содержащей n элементов и дополнительно введены: платформа с приводом, круговой монорельс, блок компенсации паразитных сигналов, переключатель элементов передающей антенны, блок управления этим переключателем, при этом сигнальный выход передатчика соединен с переключателем элементов передающей антенны, выход которого соединен с одним из m элементов передающей антенны, а второй выход передатчика соединен с блоком компенсации паразитных сигналов, выход которого соединен с компенсационным входом приемника, приемная антенна соединена с сигнальным входом приемника, выход которого соединен со входом блока оценки ЭПР, четыре управляющих выхода которого соединены соответственно с блоком компенсации паразитных сигналов, с блоком управления переключателем элементов передающей антенны, с приводом приемной антенны и с приводом платформы, причем элементы приемной антенны расположены на четверти окружности охватывающей объект измерения, с шагом равным половине длины волны передатчика с возможностью перемещения по круговому монорельсу вокруг объекта измерения с помощью привода, элементы передающей антенны расположены на четверти окружности большего радиуса с шагом равным половине длинны волны передатчика, при этом передающая антенна установлена неподвижно.