IT9021752A1 - Radar - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

" Radar "

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ai radar e concerne, in particolare, la generazione di un campo di informazioni radar che viene utilizzato per la guida di un oggetto che opera in risposta a detto campo. La presente invenzione trova una applicazione principale alla guida di un missile verso il proprio bersaglio, quantunque debba essere sottolineato il fatto che la stessa potrebbe ugualmente venire utilizzata, con successo, per altre applicazioni specifiche rappresentate, ad esempio, da sistemi di atterraggio per la guida di un aeromobile su di un campo aereo o per la guida di un carrello robotico in un magazzino.

Il problema della guida di un missile verso un bersaglio rappresenta un problema ben noto. Un metodo comune consiste nell'inseguire il bersaglio con l'ausilio di un primo sistema radar e nell'inseguire il missile con l'ausilio di un secondo sistema radar, il missile venendo dotato di istruzioni di controllo attraverso un sistema di collegamento per comunicazioni a radiofrequenza, in modo tale da consentire la guida del missile verso il bersaglio. Un complesso di questo tipo risulta chiaramente costoso in termini di apparecchiature fisiche richieste, mentre un altro sistema ben noto che è stato sviluppato è conosciuto come "sentiero radar". In questo sistema, viene previsto un singolo fascio radar che segue il bersaglio. Questo fascio presenta una configurazione stretta e ben definita, secondo quanto illustrato nella figura 1, detta figura rappresentando, in forma schematica, una parabola radar 2 in grado di generare un fascio 4 che segue un bersaglio 6 e un missile 8 che richiede una guida. Il missile 8 non comporta alcun controllo diretto dalla stazione di base ma contiene una antenna ed un ricevitore per rilevare la presenza del fascio radar. Quando il missile si approssima al bordo del fascio, lo stesso rivela una netta diminuzione nell'intensità di campo ed il sistema di guida del missile verrà alimentato da una istruzione riguardante la variazione della direzione verso il centro del fascio. Il missile 8 tende quindi a seguire un percorso a zig-zag, secondo quanto indicato dal numero di riferimento 12, tale percorso variando, come direzione, fra i bordi del fascio. Quando il missile giunge nelle vicinanze del bersaglio 6, lo stesso rivela i segnali radar che vengono riflessi dal bersaglio 6, per mezzo di un ulteriore sistema di antenna e questo consentirà, al missile, di colpire il bersaglio. Sistemi di questo tipo sono descritti, ad esempio, in "Guidance", Arthur S. LOCKE, D. Van Nostrand Co.Inc., 1958, pag. 446 et seq. Un problema significativo che si riscontra con una disposizione di questo tipo è rappresentato dal fatto che quando ci si approssima al bersaglio, l'intensità del fascio risulta considerevolmente ridotta e il missile trova una notevole difficoltà nella rivelazione del bordo del fascio.

Per migliorare il percorso del missile con rifeimento ai bordi del fascio, per migliorare l'inseguimento radar e per migliorare la guida, le tecniche RTG devono venire migliorate oltre le possibilità di questo sistema a sentiero radar, o comando rispetto alla linea dei sistemi di mira. Inoltre, il costo dei missili, o delle munizioni, deve venire ridotto allo scopo di.consentire ritmi di tiro più elevati, in situazioni in cui il bersaglio è rappresentato da un missile in arrivo. E' stato proposto l'impiego di un sistema a schiere d'antenna di tipo in fase, in cui la frequenza radar viene variata, a scansione, allo scopo di operare una scansione nei confronti di un fascio stretto attraverso il campo di informazioni radar. Il sistema è in grado di monitorare il ritardo di tempo rispetto ad un riferimento, allo scopo di ottenere punti fissi calcolati della posizione. Si ritiene che questa proposta comporti determinati problemi correlati :

(a) alla produzione di una schiera d'antenne a scan sione di frequenza, di tipo appropriato, in corrispondenza delle frequenze millimetriche richieste,

(b) al multipercorso dovuto all'angolo relativamente ampio entro il quale esiste il campo di informazioni radar RIF, provocanti riflessioni dal terreno, dalle superfici del mare,

(c) all'elevata precisione con la quale le munizioni devono misurare la configurazione del fascio di antenna in modo tale da determinare le posizioni del fascio secondario. Deve essere rilevato che non viene garantito un inseguimento ottimale poiché è necessario,per un inseguimento accurato, una misura di una variazione del segnale dell'ordine di 0,ldb il che rappresenta un problema particolarmente difficoltoso, poiché i semplici ricevitori montati a bordo di missili rispondono tipicamente, a variazioni di intensità del segnale dell'ordine di 3db.

Uno scopo precipuo dell'invenzione è quello di migliorare l'accuratezza con la quale un missile, o qualsiasi altro oggetto specifico, può venire guidato verso il proprio bersaglio, con l'ausilio di un sistema relativamente semplice ed economico.

La presente invenzione riconosce che i fasci radar vengono frequentemente generati per mezzo di un sistema a monoimpulsi nel quale, normalmente, vengono generati quattro canali separati di energia radar in un sistema a quattro antenne a tromba. Questa disposizione è stata indicata, schematicamente, nella figura 3. La generazione dell'energia radar in ognuna delle trombe, o canali(a, b, c, d) , in modo simultaneo, garantisce la fornitura del fascio di inseguimento stretto (T) in conformità con quanto richiesto. Tuttavia, se due coppie di antenne a tromba adiacenti vengono eccitate in antifase, i due fasci creati verranno sommati vettorialmente, allo scopo di produrre i cosiddetti fasci di differenza (A, B, C, D), ognuno dei quali risulta posizionato in corrispondenza di un lato del fascio principale ed occupa, approssimativamente, un quadrante del fascio prin cipale, secondo quanto illustrato nella figura 3. La tabella che accompagna la figura 3, illustra la combinazione di antenne eccitate, in grado di produrre i fasci indicati. La generazione di fasci di differenza rappresenta una tecnica nota che consente, al missile, di venire seguito in disposizioni nelle quali il missile non può seguire il percorso principale.

Il concetto della presente invenzione consiste nel generare i fasci di differenza in un modo a multiplazione temporale nei confronti del fascio principale. Il missile,o qualsiasi altro oggetto, è progettato in modo tale da "percorrere" la posizione centrale di segnale minimo, vale a dire il " nullo" nel centro (oppure una posizione definita o programmata rispetto al nullo) dei fasci di differenza in coincidenza con il centro del fascio principale. Questa disposizione comporta il vantaggio rappresentato dal fatto che le intensità relative dei segnali fra i limiti dei fasci di differenza e il "nullo" risultano molto più elevate rispetto alle differenze di intensità dei segnali in corrispondenza del bordo del fascio principale. Pertanto, progettando il sistema di controllo del missile in modo tale che il ricevitore dello stesso possa rispondere a differenze di intensità del segnale dei fasci di differenza, è possibile operare in modo tale che il missile possa seguire il nullo, vale a dire la posizione centrale

di segnale minimo fra i fasci di differenza, o posizioni definite rispetto al nullo, finché il missile raggiunge il bersaglio.

Conseguentemente, la presente invenzione fornisce un metodo di guida di un oggetto per mezzo

di un campo di informazioni radar RIF, in cui il campo viene generato per mezzo di un sistema a monoimpulso comprendente un sistema di alimentazione di più trombe, in cui coppie di trombe vengono eccitate in modo tale ;da creare una pluralità di lobi che risultano strettamente posizionati attorno ad una posizione centrale di segnale minimo nel campo, controllando il fascio in modo tale che il nullo risulti diretto verso un bersaglio, o punto di destinazione, posizionando quindi detto oggetto nel nullo, vale a dire nella posizione centrale di segnale minimo, detto oggetto ineludendo una antenna e mezzi ricevitori operanti in risposta alla differenza di intensità dei segnali fra i lobi del campo di informazione e il nullo, allo scopo di guidare l'oggetto verso il punto di destinazione, o bersaglio .·

In conformità a quanto preferito, viene generato un fascio radar inseguitore, in modo tale da inseguire il punto di destinazione, o bersaglio, mentre il campo di informazioni radar RIF è disposto in modo tale da seguire la direzione del fascio inseguitore. Il sistema di guida a monoimpulsi è preferibilmente costituito da un sistema di alimentazione del tipo a quattro trombe, in cui canali separati di energia d'onda radar vengono alimentati ad una antenna a riflettore radar. Quando gli impulsi radar in ogni canale alimentato risultano in fase, viene creato uno stretto fascio per il bersaglio, per la rivelazione del bersaglio. Tuttavia, quando viene eccitata una coppia di canali adiacenti, in antifase con una coppia adiacente, vengono creati lobi laterali con un nullo fra gli stessi. Mediante eccitazione di tutte le coppie adiacenti, in antifase, in un modo a multiplex temporale, viene fornita una pluralità di lobi laterali che consentono l'ottenimento di una formazione ad anello, con una posizione di nullo centrale che risulta coassiale con il fascio inseguitore. Posizionando il missile o qualsiasi altro oggetto nella posizione centrale di segnale minimo, vale a dire nel nullo e predisponendo il complesso in modo tale che il missile possa rivelare la differenza di intensità dei segnali fra i lobi laterali e il nullo, è possibile che il missile possa seguire il nullo finché tale missile risulta in prossimità dell'oggetto costituente il bersaglio.

Verrà ora descritta una forma pratica realizzativa dell'invenzione, facendo riferimento ai disegni allegati, nei quali :

la figura 1 è una vista schematica di un classico missile guidato per mezzo di un sentiero radar;

• la figura 2 è una vista schematica del sistema realizzato in conformità con i principi della presente invenzione;

la figura 3 è una vista schematica del modo secondo il quale vengono creati i vari fasci, in conformità con i principi della presente invenzione;

la figura 4 è un diagramma circuitale relativo ai circuiti a microoonde precedentemente descritti, utilizzati per l'ottenimento delle configurazioni dei fasci radar secondo quanto indicato nella figura 3; e

le figure 5 e 6 costituiscono viste schematiche di sistemi di ricezione di segnali a radiofrequenza all'interno di un missile guidato in conformità con i dettami della presente invenzione.

Facendo riferimento alla figura 2 può essere rilevato che nella stessa è stato indicato, in forma schematica, un sistema radar costruito in conformità con i principi della presente invenzione, comprendente un sistema generatore di monoimpulsi radar, tale sistema presentando una antenna parabolica principale a riflettore 22 la quale può venire governata in modo tale da poter seguire un bersaglio 26, presentante in corrispondenza del proprio centro, un sistema di alimentazione a quattro trombe, il quale genera quattro canali separati di energia d'onda radar, in modo tale da ottenere un insieme di fasci in conformità con quanto rappresentato nelle figure 2 e 3. Il fascio di inseguimento principale T risulta disposto in modo tale da seguire il .bersaglio 26, mentre i fasci laterali (A, B, C, D) sono disposti in modo tale da guidare il missile 28 in accordo con quanto verrà in seguito descritto con maggiori dettagli.

Facendo ora riferimento alla figura 4 può essere rilevato che una sorgente di energia a microonde, indicata in 40 e che può essere costituita, ad esempio, da un oscillatore ad effetto "gun", è collegata ad un tubo ad onda viaggiante 42, del tipo ad amplificazione, in modo tale da consentire l'ottenimento di una uscita a microonde, di elevata ampiezza, sulla guida d'onda 44. Un complesso di commutazione delle microonde 46 è disposto in modo selettivo, allo scopo di consentire la commutazione dell'energia a microonde nei canali azimutali 48 e/o nei canali di elevazione 50. Facendo riferimento alla figura 3, può essere rilevato che i canali azimutali sono definiti dalle coppie di canali di alimentazione (a, c) e (b, d), mentre una appropriata eccitazione di queste coppie di canali consente di fornire i fasci laterali A, C, in accordo con la tabella riportata nella figura 3. Pertanto, allo scopo di ottenere una appropriata commutazione di questi canali, viene impiegato un ulteriore commutatore 52,'rappresentato nella figura 4, per l'accoppiamento agli ingressi di somma e di differenza 54, 56 di un dispositivo di commutazione a guida d'onda 58, costituente un dispositivo a "T magico" il quale rappresenta un dispositivo noto che consente di fornire, in corrispondenza delle proprie uscite, appropriati segnali in antifase, dipendentemente da quale ingresso di somma o di differenza del dispositivo a T magico è stato eccitato.

Il sistema di canali di elevazione 50 è analogo a quello del canale azimutale e, pertanto, le parti similari sono state contraddistinte dagli stessi numeri di riferimento. Il sistema di canali 50 opera in modo tale da eccitare coppie di canali di alimentazione {a, b) e (c, d), in antifase 1'una rispetto all'altra, quando il commutatore 52 è collegato all'ingresso 56, allo scopo di generare i fasci B e D, rispettivamente.

Come una alternativa al dispositivo a "T magico", un dispositivo a rotazione di fase, di tipo elettronico, può venire utilizzato in accordo con quanto rappresentato nella figura 5, allo scopo di generare gli appropriati segnali a rotazione di fase per le coppie di canali di alimentazione.

Il missile che deve venire guidato dal campo di informazioni radar, incorpora un sistema d'antenna e di ricezione, in accordo con quanto rappresentato nella figura 5. Facendo ora riferimento specifico alla figura 5, può essere rilevato che nella stessa è stato rappresentato un missile 60 presentante, in prossimità della propria estremità posteriore, una antenna 62, sotto forma di una classica antenna yagi comprendente una fila di conduttori metallici disposti sulla superficie esterna del missile. Questo consente l'ottenimento di una antenna ricevente per una larghezza stretta del fascio, di tipo appropriato, per la ricezione degli impulsi radar dalla stazione di base, tali segnali venendo alimentati ad un ricevitore il quale include un miscelatore 64 per miscelare il segnale di ingresso generato dall'oscillatore locale, un amplificatore a frequenza intermedia 66 e un semplice rivelatore a diodo 68. Il segnale rivelato viene campionato in un convertitore da analogico a digitale A/D 70 mentre i segnali convertiti in forma numerica, vengono elaborati in un microprocessore ^uP 72, allo scopo di consentire la derivazione degli appropriati segnali di uscita in corrispondenza del punto 74, per il controllo del sistema 76 di guida del missile.

Come una alternativa al complesso schematizzato nella figura 5, è possibile utilizzare un semplice rivelatore a cristallo, in accordo con quanto schematizzato nella figura 6, tale rivelatore comprendendo un filtro 80, sintonizzato alle frequenze radar, tale filtro essendo seguito da un rivelatore a diodo 82 e da un circuito di integrazione 84.

Pertanto, quando l'invenzione in oggetto viene concretizzata, la stazione di base è in grado di generare una serie di fasci radar. L'energia a radiofrequenza RF viene alimentata al sistema di alimentazione a quattro antenne a tromba, sotto forma di impulsi a radiofrequenza RF. Gli impulsi vengono trattati in un modo a multiplex, a divisione di tempo e, pertanto, il primo impulso può eccitare tutti e quattro i canali del sistema a quattro antenne a tromba, in modo simultaneo, allo scopo di generare un fascio inseguitore principale.

:Facendo ora riferimento nuovamente alla figura 4, .può essere rilevato che i commutatori 52 dei canali azimutali e di elevazione 48 e 50, vengono commutati sugli ingressi di somma 54, allo scopo di consentirei la generazione di segnali in fase sui canali di sinistra e sui canali di destra, allo scopo di creare il fascio inseguitore centrale, in accordo con la tabella riportata nella figura 3.

In funzione della generazione dell'impulso successivo; sarà necessario creare i fasci laterali A e C e, per questo scopo, queste antenne a tromba di alimentazione a e c dovrebbero venire alimentate con impulsi in antifase rispetto a quelli alimentati alle antenne a tromba b, d. Conseguentemente, il commutatore 52 rappresentato nella figura 4, appartenente al canale azimutale, viene commutato sull'ingresso di differenza 56, in modo tale da consentire la generazione di segnali in antifase sulle linee di uscita di sinistra e di destra. In questo modo, è possibile ottenere la richiesta eccitazione in antifase.

'Per l'impulso successivo, è necessario generare i fasci laterali B e D e, per questo scopo, viene eccitata la coppia di canali di elevazione (a, b) in antifase nei confronti della coppia in elevazione (c, d); questo viene ottenuto per mezzo di una appropriata commutazione all'interno del canale 50. In funzione della generazione del successivo impulso radar, tutti e quattro i canali delle antenne a tromba di alimentazione vengono eccitati in fase, in modo simultaneo allo scopo di consentire la generazione del fascio inseguitore centrale.

In un sistema alternativo, possono venire generati flussi di impulsi, il primo flusso di impulsi radar essendo in grado di generare il fascio inseguitore centrale, mentre i secondi impulsi e gli impulsi sequenziali generano i fasci laterali.

Con una disposizione di questo tipo, il fascio centrale può inseguire il bersaglio, in accordo con le note procedure, mentre l'antenna a disco radar 22, schematizzata nella figura 2, viene spostata, in modo appropriato, allo scopo di consentire l'inseguimento del bersaglio. Nello stesso tempo i fasci laterali vengono eccitati in modo sequenziale, allo scopo di creare un "nullo" profondo che risulta coassiale con il fascio inseguitore. Le intensità relative dei segnali entro il "nullo", rispetto ai fasci laterali, per la maggior parte del nullo, sono pari, all'incirca, a 30db; questa rappresenta, ovviamente una differenza molto elevata fra i segnali, tale differenza potendo venire rivelata in modo semplice. Verso il termine dei fasci laterali, secondo quanto rappresentato nella figura 2, l'intensità relativa dei segnali entro il nullo ed entro il fascio, diminuisce a circa 3db; tuttavia, questo valore è sufficientemente elevato da consentire ad un semplice sistema ricevitore posto all'interno del missile 8, di rivelare le intensità relative dei segnali quando il missile raggiunge il bersaglio.

Il sistema ricevente per il missile, utilizzato per la guida del missile all'interno del "nullo" è stato rappresentato, in forma schematica, nella figura 5, tale sistema comprendendo un classico ricevitore supereterodina, collegato ad un rivelatore a diodo. L'uscita derivata dal rivelatore a diodo, viene convertita in forma numerica e i segnali in forma numerica vengono elaborati in modo tale da consentire l'ottenimento di segnali appropriati per il sistema di guida del missile.· Poiché il sistema di guida del missile presenta una costante di tempo molto elevata rispetto alla durata degli impulsi radar, il fatto che i fasci laterali vengano generati in un modo sequenziale, nel tempo, non viene evidenziato dal sistema di guida del missile;

In versioni alternative, il sistema di guida del missile può venire programmato in modo tale da poter venire posizionato radialmente rispetto alla posizione centrale di segnale minimo, costituente il nullo centrale precedentemente definito.

Quantunque in conformità con i principi della presente invenzione, il missile venga abilitato al raggiungimento del bersaglio, se desiderato, in una versione facoltativa, quando il missile si approssima al bersaglio 6, in corrispondenza del termine dei fasci laterali, il missile in questione potrebbe risultare in stretta prossimità del bersaglio, in misura sufficiente a rivelare le riflessioni dal bersaglio e, pertanto, il missile verrebbe abilitato all'operazione di avvicinamento del bersaglio, per mezzo deil'impiego di una antenna appropriata e di un appropriato sistema di ricezione.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1 . Metodo per la guida di un oggetto per mezzo di un campo di informazioni radar, in cui il campo viene generato per mezzo di un sistema monoimpulso, comprendente un sistema di alimentazione a più antenne a tromba, in cui coppie di antenne a tromba vengono eccitate in modo tale da creare una pluralità di fasci laterali definenti un nullo centrale nel campo, controllando il fascio in modo tale che il nullo sia diretto verso un punto di destinazione, o bersaglio, posizionando quindi detto oggetto in una posizione definita o in corrispondenza di una posizione definita rispetto al nullo, detto oggetto includendo una antenna e mezzi ricevitori operanti in risposta alla differenza di intensità dei segnali tra i fasci laterali del campo di informazione e il nullo, allo scopo di guidare l'oggetto verso il punto di destinazione, o bersaglio.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui viene prevista una pluralità di canali di alimentazione per le rispettive antenne a tromba del sistema di alimentazione a più antenne a tromba, mentre i canali di alimentazione vengono eccitati in un modo a multiplex, a divisione di tempo, allo scopo di generare, sequenzialmente, impulsi o sequenze di impulsi in fasci laterali definenti, congiuntamente, un nullo centrale, eccitando quindi tutti i canali di alimentazione in fase, congiuntamente, allo scopo di generare un fascio inseguitore centrale.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui vengono previsti quattro canali di alimentazione in un insieme rettangolare, mentre coppie adiacenti di canali vengono eccitate in antifase, allo scopo di generare, secondo uno schema a multiplex a divisione di tempo, una coppia di fasci laterali secondo l'azimut e una coppia di fasci laterali in elevazione.
4. 4. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detta differenza di intensità dei segnali è sufficiente a consentire il raggiungimento, da parte dell'oggetto, del bersaglio, o punto di destinazione.
5. 5. Metodo come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni 1 - 3, in cui quando l'oggetto si approssima al bersaglio, detto oggetto rivela i segnali radar che vengono riflessi dal .bersaglio, allo scopo di consentire, all'oggetto, di raggiungere il bersaglio .
6. 6. Metodo di guida di un oggetto, come rivendicato nella rivendicazione 1 e sostanzialmente in accordo con quanto descritto con riferimento ai disegni allegati.
7. 7 . Apparato per la guida di un oggetto per mezzo di un campo di informazioni radar, includente un mezzo trasmettitore a monoimpulsi comprendente un sistema di alimentazione a più antenne a tromba, per generare un campo radar presentante una pluralità di fasci laterali definenti un nullo centrale, mezzi per controllare il mezzo trasmettitore, per dirigere il fascio radar in modo tale che il nullo possa venire diretto verso un bersaglio, o punto di destinazione, detto oggetto includendo mezzi per la rivelazione dell'intensità dei segnali del fascio e per guidare l'oggetto dipendentemente dall'intensità del segnale che è stata rivelata, in corrispondenza di una posizione all'interno del nullo centrale, in corrispondenza di una posizione definita rispetto al nullo centrale, verso il bersaglio, o punto di destinazione.
8. 8. Apparato come rivendicato nella rivendicazione 7, in cui detto mezzo trasmettitore comprende una pluralità di canali di alimentazione accoppiati alle rispettive antenne a tromba del sistema di alimentazione a più antenne a tromba e mezzi di commutazione circuitali per eccitare i canali in un modo a multiplazione temporale, allo scopo di generare sequenzialmente, impulsi o sequenze di impulsi in fasci laterali, mediante eccitazione di canali selezionati in antifase, per definire il nullo centrale e, mediante eccitazionedi tutti i canali in fase, per generare un fascio inseguitore centrale.
9. 9. Apparato come rivendicato nella rivendicazione 8, includente quattro canali di alimentazione disposti secondo una matrice rettangolare e mezzi per eccitare coppie adiacenti di canali in antifase, allo scopo di generare coppie di fasci laterali disposte secondo l'azimut e in elevazione.
10. 10. Apparato come rivendicato nella rivendicazione 9, in cui detti mezzi di commutazione circuitali comprendono unccanale azimutale e un canale di elevazione, ognuno di tali canali includendo un dispositivo di commutazione per eccitare coppie di canali alimentati in antifase o in fase, dipendentemente dall'ingresso del dispositivo di commutazione selezionato.
11. 11. Apparato come rivendicato nella rivendicazione 7 e sostanzialmente in accordo con quanto descritto con riferimento ai disegni allegati.