Устройство крепления эталонного радиолокационного отражателя в виде металлической сферы

Авторы патента:

Ковалев Сергей Владимирович (RU)

Король Олег Владимирович (RU)

Нестеров Сергей Михайлович (RU)

Скородумов Иван Алексеевич (RU)

Моряков Станислав Игоревич (RU)

G01R29/10 - диаграммы излучения антенн

Владельцы патента RU 2400763:

ФГУ "2 ЦНИИ Минобороны России" (RU)

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при калибровке техники, измеряющей рассеивающие свойства различных радиолокационных целей. Устройство крепления эталонного отражателя содержит радиолокационный отражатель в виде металлической сферы, подвешенной посредством вертикальной нейлоновой нити к горизонтальной опоре, и диск определенного диаметра, покрытый слоем материала с высокой проводимостью и установленный по нормали к нити на заданном расстоянии сверху от сферы. Аналогичный диск установлен на заданном расстоянии между сферой и подстилающей поверхностью. Техническим результатом является обеспечение в среднем на 3 дБ уменьшение среднего квадратического отклонения измерения эффективной площади рассеяния эталонной сферы. 4 ил.

Заявляемое изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при калибровке техники, измеряющей рассеивающие свойства различных радиолокационных целей.

Сфера представляет собой тело простой формы, для которого задача рассеяния и дифракции плоской электромагнитной волны решается весьма строго. По этой причине металлические сферы широко используются в качестве эталонов эффективной площади рассеяния (ЭПР).

Известно устройство крепления эталонной металлической сферы в рабочем объеме измерительного полигона, представляющее собой цилиндрическую опору в виде столба (Фрини. Параметры опор, связанные с измерениями их отражательной способности. ТИИЭР, 1965. Т.53, №8).

Существенным недостатком этого устройства является высокий уровень рассеянного им сигнала.

Для снижения уровня сигнала, рассеянного устройством крепления, применяют наклонные опоры или устройства крепления на нейлоновых нитях (Майзельс Е.Н., Торгованов В.А. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей. М.: Сов. радио. 1972. С.138-143).

Наиболее близким техническим решением к изобретению является известное устройство крепления эталонного радиолокационного отражателя в виде металлической сферы (RU, Патент №2081427, МКИ G01R 29/10, 1994 г.), представляющее собой горизонтальную опору, к которой прикреплена вертикальная нейлоновая нить, удерживающая металлическую сферу. На заданном расстоянии от сферы закреплен металлический диск, установленный нормально к этой нити, устраняющий негативное влияние переотражений сигнала от горизонтальной опоры.

Недостатком известного устройства является дополнительное рассеяние, обусловленное:

отражениями прямой волны измерительной установки от подстилающей поверхности (ПП) (с, фиг 3);

переотражениями прямой волны от эталонной сферы по нормали к ПП и обратно (f, фиг.3).

Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерения эффективной площади рассеяния эталонного радиолокационного отражателя в виде металлической сферы.

Техническим результатом, обеспечивающим решение указанной задачи, является уменьшение величины среднего квадратического отклонения значений ЭПР эталонной сферы в сантиметровом и дециметровом диапазонах длин волн.

Указанная задача и решение заявленного технического результата достигаются посредством того, что в известное устройство крепления эталонного радиолокационного отражателя в виде металлической сферы, содержащее горизонтальную опору, к которой прикреплена первая вертикальная нейлоновая нить, удерживающая металлическую сферу, и на расстоянии l₁ от сферы первый металлический диск, проходя по нормали через геометрический центр диска, согласно изобретению к металлической сфере в точке, диаметрально противоположной точке крепления первой вертикальной нейлоновой нити, закреплена вторая вертикальная нейлоновая нить, удерживающая горизонтально на расстоянии l₂ от сферы второй металлический диск, геометрически равный первому металлическому диску диаметром d, удерживаемому на расстоянии l₁ от металлической сферы, причем параметры l₁, l₂ и d выбраны из соотношения:

l₁-l₂=(2n+1)·λ/4,

где n - целое положительное число.

Принцип действия устройства основывается на следующем. Из практики известно, что влияние подстилающей поверхности на отраженный от эталонного отражателя сигнал заключается в том, что в точке размещения отражателя оказываются как минимум два поля (Корбанский И.Н. Антенны. М.: Энергия. 1973. С.58-60) - первое, которое излучается непосредственно измерительной установкой (прямая волна) (k, фиг.3), и второе поле, которое падает в точку размещения отражателя после переотражения от подстилающей поверхности (с, фиг.3).

Известно, что металлическая сфера является всенаправленным отражателем, поэтому поле волны, рассеянное в сторону измерительной установки, и поле, рассеянное в сторону подстилающей поверхности, одинаковы. Поле волны от подстилающей поверхности совместно с переотраженной от металлической сферы волной создает основное поле обратного рассеяния. Как результат - в сторону измерительной установки распространяется сигнал, образованный случайной суммой двух сигналов: сигнала от самой металлической сферы и сигнала от подстилающей поверхности, ретранслированного через сферу. В результате измерительная установка принимает суммарный сигнал, который флюктуирует около истинного значения (рассчитанного с помощью строгого решения соответствующей задачи дифракции) с разбросом амплитуд свыше 0,8…4 дБ (фиг.4), из-за чего невозможно определить ЭПР эталонной сферы с требуемой точностью. Связь между металлической сферой и подстилающей поверхностью устраняется за счет применения второго диска, покрытого материалом с высокой проводимостью.

Вместе с тем поля, распространяющиеся от сферы вдоль первой и второй нейлоновых нитей (фиг.2), одинаковы, что определяет выбор двух одинаковых дисков, а их положение относительно сферы выбирается таким образом, чтобы напряжения сигналов, отраженных от сферы в сторону первого и второго дисков и ретранслированных от дисков обратно к сфере, в местах крепления к металлической сфере первой и второй вертикальных нейлоновых нитей были равны по амплитуде и противоположны по фазе (диаметр диска определяет амплитуду, расстояние от диска до сферы - фазу сигнала).

На фиг.1 приведена конструкция известного устройства крепления эталонного радиолокационного отражателя в виде металлической сферы, на фиг.2 приведена конструкция предлагаемого устройства крепления эталонного радиолокационного отражателя в виде металлической сферы, на фиг.3 - принцип работы устройства, а на фиг.4 приведены экспериментальные диаграммы ЭПР эталонной сферы с известным (h) и предлагаемым устройством (f), записанные в течение 30 с.

а - на длине волны λ=3,2 см.

б - на длине волны λ=16,9 см.

в - на длине волны λ=36 см.

Устройство крепления эталонного радиолокационного отражателя в виде металлической сферы (фиг.2) содержит горизонтальную опору 1, к которой прикреплена первая вертикальная нейлоновая нить 2. Проходя по нормали через геометрический центр первого металлического диска 3 диаметром d, нить удерживает металлическую сферу 4 радиуса r, расположенную на расстоянии l₁ от диска. К металлической сфере в точке, диаметрально противоположной точке крепления первой вертикальной нейлоновой нити, закреплена вторая вертикальная нейлоновая нить 5, удерживающая горизонтально на расстоянии l₂ от сферы второй металлический диск 6, геометрически равный первому металлическому диску.

Устройство крепления эталонного радиолокационного отражателя в виде металлической сферы работает следующим образом. Прямая волна, излученная ИУ, отражаясь от сферы в направлениях нормали к двум дискам, порождает поверхностную волну, распространяющуюся вдоль первой и второй нейлоновой нити от металлической сферы к диску (фиг.3). При отражении от металлического диска такая волна взаимно компенсируется аналогичной по амплитуде, но противоположной по фазе отраженной волной от второго металлического диска. Кроме того, второй металлический диск, расположенный ниже эталонного отражателя, препятствует распространению к металлической сфере переотраженной от ПП прямой волны ИУ. Таким образом устраняется дополнительное рассеяние от эталонной сферы. Сигнал, отраженный от самих металлических дисков, при этом соизмерим с уровнем фоновых отражений.

Экспериментальная проверка предлагаемого технического решения проводилась в условиях Эталонного радиолокационного измерительного комплекса (Эталонный радиолокационный измерительный комплекс «ЭРИК-1». Оружие и технологии России. Энциклопедия 21 век. T.IX. Противовоздушная и противоракетная оборона. - М.: Издательский дом "Оружие и технологии", 2005). В ходе испытаний использовались измерительные установки с длиной волны (λ) 3,2 см, 16,9 см и 36 см, сфера радиусом r=15 см, а также металлические диски диаметром (d) 7,6 см, 17,5 см и 25,6 см, укрепленные вдоль нейлоновых нитей на соответствующих расстояниях от сферы: (l₁) 30 см, 60 см, 70 см и (l₂) 32 см, 73,7 см и 97 см.

Анализ полученных результатов показал, что заявляемое устройство крепления эталонного радиолокационного отражателя в виде металлической сферы позволяет повысить точность измерения ЭПР за счет уменьшения величины среднего квадратического отклонения значений ЭПР металлических сфер с 0,8…4 дБ до 0,25…0,8 дБ в сантиметровом и дециметровом диапазонах длин волн.

Реализация заявляемого устройства не представляет трудностей. Очевидно, что изобретение не ограничивается вышеизложенным примером его осуществления. Исходя из его схемы могут быть предусмотрены и другие варианты осуществления, не выходящие за рамки предмета изобретения. Например, диски могут быть заменены комбинацией нескольких дисков с разным диаметром или быть покрытыми поглощающим материалом.

Изобретение разработано на уровне опытного образца.

Устройство крепления эталонного радиолокационного отражателя в виде металлической сферы, содержащее горизонтальную опору, к которой прикреплена первая вертикальная нейлоновая нить, удерживающая металлическую сферу и, на расстоянии l₁ от сферы первый металлический диск, проходя по нормали через геометрический центр диска, отличающееся тем, что к металлической сфере в точке, диаметрально противоположной точке крепления первой вертикальной нейлоновой нити, закреплена вторая вертикальная нейлоновая нить, удерживающая горизонтально на расстоянии l₂ от сферы второй металлический диск, геометрически равный первому металлическому диску диаметром d, удерживаемому на расстоянии l₁ от металлической сферы, причем параметры l₁, l₂ и d выбраны из соотношения:
l₁-l₂=(2n+1)·λ/4,

где λ - длина электромагнитной волны;
r - радиус металлической сферы;
n - целое положительное число.

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано в радиолокационной технике. .

Способ измерения эффективной площади рассеяния объектов и радиолокационный комплекс для его осуществления // 2371730

Изобретение относится к области измерений радиолокационных характеристик объектов. .

Устройство для измерения диаграммы направленности антенны // 2370781

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для измерения диаграммы направленности (ДН) антенны, установленной на поворотном устройстве.

Способ определения амплитудно-фазового распределения поля принимаемого сигнала в раскрыве фазированной антенной решетки // 2366968

Изобретение относится к технике антенных измерений. .

Устройство автоматического контроля вторичных параметров антенн // 2364878

Изобретение относится к антенным измерениям и может быть использовано для исследования диаграмм направленности антенн летательного аппарата в динамике полета. .

Способ аттестации амплитудного и фазового распределений поля // 2363007

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для аттестации амплитудного и фазового распределений электромагнитного поля (далее поля) в измерительной зоне установок для измерения эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) радиолокационных целей.

Коллиматорное устройство для электрической юстировки антенн бортовых рлс большого размера в малоразмерных помещениях // 2360261

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для электрической юстировки антенн бортовых, например самолетных бортовых радиолокационных станций (БРЛС) в малоразмерных помещениях.

Устройство для автоматического измерения диаграмм направленности антенн // 2358271

Изобретение относится к радиотехнике, к антенным измерениям, и может быть использовано для исследования диаграмм направленности антенн различных радиотехнических систем.

Способ юстировки антенны моноимпульсной системы // 2358270

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано при юстировке антенн моноимпульсных систем. .

Способ измерения характеристики направленности гидроакустической антенны в условиях распространения многолучевого сигнала // 2356060

Изобретение относится к области гидроакустики и может найти применение при измерении параметров характеристик направленности линейных и плоских компенсированных гидроакустических антенн больших волновых размеров, входящих в состав приемных трактов береговых стационарных систем подводного наблюдения и устанавливаемых в зоне прибрежного шельфа в условиях распространения многолучевого сигнала.

Компактный полигон для измерения характеристик различных антенных систем // 2421744

Изобретение относится к радиотехнике

Измеритель пеленгационных характеристик систем антенна - обтекатель // 2442181

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при радиотехнических испытаниях систем антенна-обтекатель

Устройство подвеса радиолокационного объекта // 2456625

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано для измерения радиолокационных характеристик тяжелых малоотражающих объектов

Способ измерения пеленгационных ошибок систем антенна-обтекатель самолета с установленной на нем бортовой радиолокационной станцией // 2465611

Способ определения поляризационных характеристик антенн // 2509316

Изобретение относится к антенным измерениям и может быть использовано для определения поляризационных характеристик антенн (коэффициент эллиптичности, угол наклона большой оси эллипса, направление вращения вектора напряженности электрического поля). Исследуемую антенну возбуждают широкополосным импульсным сигналом, принимают излученный сигнал с помощью двух ортогонально поляризованных антенн, определяют спектры сигналов с выходов ортогонально поляризованных антенн и взаимокорреляционную функцию этих сигналов, вычисляют параметры Стокса и на основании известных соотношений определяют поляризационные характеристики исследуемой антенны в требуемом диапазоне частот. Технический результат - упрощение и ускорение процесса определения поляризационных характеристик антенн. 1 ил.

Способ встроенного контроля характеристик активной фазированной антенной решетки // 2511032

Изобретение относится к области радиотехники. Характеристики диаграммы направленности АФАР определяются в процессе СВЧ-контроля излучателей и связанных с ними ППМ при работе АФАР на прием дополнительно проводится оценка состояния многоступенчатого управляемого аттенюатора каждого i-го ППМ и оценка характеристик входящего в состав приемного канала каждого i-го ППМ АФАР малошумящего усилителя, а при работе АФАР на передачу проводится оценка состояния многокаскадного управляемого усилителя мощности передающего канала каждого i-го ППМ. Если в результате СВЧ-контроля состояния аттенюатора его показатели оказываются ниже своих эталонных значений, то проводится оценка характеристик аттенюатора и сравнение их с эталонными значениями. Если в результате СВЧ-контроля состояния многокаскадного управляемого усилителя мощности его показатели оказываются ниже своих эталонных значений, то проводится оценка характеристик усилителя мощности. Кроме того, в процессе НЧ-контроля дополнительно проводится контроль тока, потребляемого каждым i-м ППМ от источника питания и в случае, если его величина Iпотis оказывается выше своего допустимого значения Iпотis доп верх, то от i-го ППМ отключается напряжение питания и он исключается из дальнейшей процедуры контроля, а в случае, если величина Iпотis оказывается ниже своего допустимого значения Iпотis доп нижн, проводится СВЧ-контроль неисправного i-го ППМ. Выявленные отличия характеристик аттенюатора и усилителей ППМ от их эталонных значений, а также данные об отключении i-x ППМ по результатам НЧ-контроля учитываются в процессе моделирования диаграммы направленности АФАР. Технический результат заключается в повышении достоверности контроля характеристик диаграммы направленности активной фазированной антенной решетки. 2 ил.

Способ измерения характеристик диаграммы направленности активной/пассивной фазированной антенной решетки // 2526891

Использование: антенная техника, в частности в способах измерения характеристик диаграммы направленности активных и пассивных антенных решеток. Сущность: способ измерения характеристик диаграммы направленности активной/пассивной фазированной антенной решетки состоит в том, что осуществляют формирование сигнала на входе либо приемного, либо передающего канала и обработку принятых сигналов. Для достижения возможности измерения характеристик активных и пассивных ФАР без работы с открытым излучением в предлагаемом способе обработку принятых сигналов производят путем измерения коэффициента передачи и фазы коэффициента передачи каждого приемного и передающего каналов активной/пассивной фазированной антенной решетки и фиксации результатов измерения. Далее осуществляют преобразование коэффициента передачи в амплитуду сигнала, определяют погрешности измерения амплитуды и фазы сигнала, определяют N амплитудно-фазовых распределений с учетом погрешностей измерения, производят построение N диаграмм направленности, определение характеристик диаграммы направленности активной/пассивной фазированной антенной решетки. Технический результат: повышение точности измерений характеристик направленности пассивных и активных ФАР в режимах работы на приём и передачу сигнала. 2 ил.

Способ определения радиотехнических характеристик крупногабаритных антенн для космических аппаратов без их непосредственных измерений // 2541206

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения радиотехнических характеристик крупногабаритных антенн для космических аппаратов без их непосредственных измерений. Технический результат - повышение достоверности измерений радиотехнических характеристик крупногабаритных антенн для космических аппаратов в условиях воздействия Земной гравитации, обеспечение исследований зависимостей требуемой точности профиля рефлектора от диапазона рабочих частот без проведения непосредственных измерений в дальней зоне. Для этого осуществляют построение трехмерной модели рефлектора с использованием высокоточного бесконтактного лазерного сканера Leica Lazer Radar LR200, осуществляют построение объемных амплитудной и фазовой ДН облучателя по измеренным главным сечениям амплитудной и фазовой ДН, осуществляют расчет энергетических характеристик крупногабаритных антенн с использованием разработанного программно-алгоритмического комплекса. 7 ил.

Способ измерения параметров антенных систем с использованием метода пространственно-временной селекции и системы автоматизированной настройки для его осуществления // 2568408

Изобретение относится к области антенных измерений. Измерения параметров антенных систем осуществляют с использованием метода пространственно-временной селекции. При этом измерения проводятся при помощи системы автоматизированной настройки параметров временной фильтрации помеховых составляющих СВЧ сигнала, где в качестве генератора и приемника используется векторный анализатор цепей. Технический результат заключается в повышении точности измерения диаграмм направленности, ширины диаграмм направленности и уровня боковых лепестков различных антенных систем, а также для измерения эффективной площади рассеяния объектов и электромагнитной совместимости. 3 ил.

Способ определения параметров вектора электрического сигнала промышленной частоты // 2568422

Изобретение относится к области электротехники, в частности для обработки синусоидального электрического сигнала с целью определения параметров его вектора. Способ включает использование цифрового информационно-измерительного устройства, состоящего из нелинейного преобразователя (НП) и линейного преобразователя (ЛП). При этом НП имеет один вход и два выхода, причем к его входу подведен электрический сигнал промышленной частоты fс, а на каждом из двух выходов НП выводится информация, связанная со значениями модуля и угла поворота вектора электрического сигнала промышленной частоты fс. ЛП имеет два входа, каждый из которых связан только с соответствующим выходом НП. При этом ЛП имеет два выхода, причем на эти выходы выводится в формате, необходимом для последующего использования, а именно на его первом выходе выдается информация, которая однозначно связана с параметром, который однозначно определяет модуль вектора, а на другой выход выводят информацию об угле поворота этого вектора. Структура НП включает несколько субблоков, среди которых первый субблок имеет один выход, на который выводят генерируемый им первый вспомогательный синусоидальный сигнал промышленной частоты с единичной амплитудой. Причем аргумент функции синуса задают через сумму двух изменяемых слагаемых, при этом первое слагаемое определяется произведением 2πfс·t, а второе слагаемое является вводимым в вычислительный процесс изменяемым фазовым углом θ. Кроме того, в НП включены второй, третий, четвертый и пятый субблоки. При этом второй субблок имеет один вход и один выход, причем как на его единственный вход, так и на второй вход третьего субблока подают аналоговый электрический синусоидальный сигнал aс(t) промышленной частоты fс, при этом второй субблок определяет такой его интегральный параметр, как действующее значение A, которое однозначно связывают с модулем вектора A _ . При этом информацию о значении A передают на первый вход ЛП и первый вход третьего субблока, при этом третий субблок выполняет операцию деления поданного на его второй вход аналогового электрического синусоидального сигнала ac(t) на поданный со второго субблока на первый вход третьего субблока действующего значения аналогового электрического синусоидального сигнала ac(t). Результат этого деления в виде второго зависимого только от времени t вспомогательного сигнала с выхода третьего субблока подают на первый вход четвертого субблока, а на второй вход четвертого субблока с выхода первого субблока подают первый синусоидальный вспомогательный сигнал, причем четвертый субблок осуществляет перемножение сигналов, поданных соответственно на его первый и второй входы. Результат перемножения в виде третьего вспомогательного сигнала выводят на выход четвертого субблока, при этом третий вспомогательный сигнал является функцией двух параметров, а именно времени t и вводимого в вычислительный процесс изменяемого фазового угла θ. Третий вспомогательный сигнал подают на вход пятого субблока, который осуществляет первое интегрирование по времени t в пределах задаваемого промышленной частотой fc периода, и к полученной после первого интегрирования функциональной зависимости применяют операцию второго интегрирования по параметру вводимого в вычислительный процесс изменяемого угла θ и на интервале от 0 до 2π определяют такое значение угла θ, при котором численное значение второго интегрирования будет равно 2 или с принятой погрешностью близко этому значению. Удовлетворяющий этому условию изменяемый угол θ принимают за угол поворота ψс вектора A _ , являющегося векторным изображением электрического сигнала промышленной частоты fc, причем информация об угле поворота ψс подается на второй выход НП и далее на второй вход ЛП. Технический результат заключается в упрощении алгоритма получения параметров вектора. 2 ил.