NO176778B - Radarsystem - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår radarsystemer av den art som angitt i innledningen til krav 1.

Konvensjonelle toveis, kontinuerlige datalinker optimaliserer midtkursføringen for å rette en missil fra et luftfartøys utsettelse til nærheten av et mål. Noen datalinker sørger for et missilledesystem som ikke bare muliggjør missilen å motta meldinger fra luftfartøyet, men også muliggjør missilen å kommunisere meldinger tilbake til luftfartøyet.

Tidligere teknikk for luftfartøy til missilkommunikasjon innbefatter fiberoptisk ledede og wireledede systemer. Begge disse teknikkene har imidlertid den ulempen at de er for langsomme for moderne høyhastighets luftfartøy.

Radarbaserte datalinker forhindrer dette problemet. Da mange luftfartøy allerede har en radar ombord for avfyringskontroll (FC) har slike systemer blitt betraktet for datalinkanvendel-se såvel som avfyringskontroll. Ved konvensjonell luftbåret FC radar er en mekanisk styrbar antenne anvendt for mis-silføringen og kommunikasjon. To betydelige begrensninger til disse mekanisk avsøkende antennene angår den smale strålen og den høye tregheten forbundet dermed. Begge disse begrensninger påvirker muligheten til luftfartøyet å kommunisere effektivt med missilen.

Generelt sender disse antennene en relativt smal stråle. Når hovedloben til strålen må generelt være anbrakt ved målet gjør tregheten forbundet med antennen det i virkeligheten umulig for antennen å bli koblet samtidig fra å være siktet mot målet til å være siktet mot missilen.

En konvensjonell FC radarantenne kan generelt kun overføre datalinkmeldinger til missilen via sidelobene. Sidelobene er imidlertid svake sammenlignet med hovedloben. Det tilknyttede begrensede nivået til sidelobene har følgelig en tendens til å begrense operasjonsområdet til datalinken. Dette er spesielt problematisk når målet forsøker å jamme radaren eller når laveffektradaroverføring anvendes for å mini-malisere sannsynligheten for oppfanging.

Det er således klart et behov for et missilledesystem som bruker en missil med lavef f ektsender og som ikke bare kan motta data fra FC radaren men også er i stand til å kommunisere med denne.

Eksempler på tidligere kjent teknikk er vist i US-patent nr. 4 689 627, som viser en dualbånds fasegruppeantenne for taktisk radar kapabel til å utføre søk, følging og identifi-kasjon i omgivelser under fiendtlig jamming, hvor antennen er tilkoblet to separate radarsendeinnretninger, og strålestyres uavhengig elektronisk for hvert radarsignal fra hver radarsendeinnretning.

WO publ. patentsøknad 88/04061 viser et system for radar-kompatibel datakommunikasjon, hvor en radarsendeinnretning tilveiebringer et radarsignal, og en datasendeinnretning tilveiebringer et radardatasignal, idet radarsendesignalet kodes med meldingsdata i radarsendeinnretningen, og hvor det inngår adskilte radar- og datamottakerinnretninger for behandling av det mottatte radardataslgnalet.

Foreliggende oppfinnelse er rettet mot behovet for en laveffekt, rettet, toveis datalink, og dette tilveiebringes ved hjelp av et radarsystem av den innledningsvis nevnte art og hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de øvrige uselvstendige kravene.

I det påfølgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere ved hjelp av eksempler med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et blokkdiagram for en aktiv antenneavfyrings-styreradar og toveis datalinkterminal. Fig. 2 viser et blokkdiagram av en toveis missil datalinkterminal konstruert i samsvar ■ med foreliggende oppf innelse. Fig. 3 viser et blokkdiagram av en aktiv modul av en elektronisk styrbar systemantenne anvendt ved foreliggende oppfinnelse. Fig. 1 viser et blokkdiagram av en aktiv antenneavfyrings-styreradar 5 konstruert i samsvar med teknikken ifølge foreliggende oppfinnelse. Systemet 5 kan øyeblikkelig utføre tradisjonelle radarfunksjoner (dvs. følge mens den avsøker) mens den kommuniserer med en missil. Radarkommunikasjonsfunk-sjonene er gjort mulig ved en elektronisk styrbar gruppeantenne 10, som er sammensatt av en rekke med aktive moduler av hvilke tre er vist med henvisningstallene 15, 20 og 25. Som beskrevet nærmere nedenfor er hver av de aktive modulene forbundet med tilsvarende element i rekken med antenne-strålende elementer av hvilke tre er vist henholdsvis 30, 35 og 40.

For normale radarfunksjoner frembringer en radardataprosessor 45 et signal og sender det til en kodegenerator 50 via et inngangs/utgangs-grensesnitt 55. Kodegeneratoren 50 tilveiebringer vilkårlig koding for valg av operasjonsfrek-venser. Radarsignalene føres fra kodegeneratoren 50 til en frekvenssmidig frekvensreferanseenhet (FRU) 60. FRU genererer som kjent egnet radarsignalbølgeform for en gitt anvendelse. Radarsignalet blir ført til en felles mater 65 som selektivt mater radarsignalet til de aktive modulene 15, 20 og 25. Fra de aktive modulene 15, 20 og 25 blir radarsignalet ført til antennestrålingselementene 30, 35 og 40 henholdsvis.

En strålestyredatamaskin 70 utfører algoritmer for styring av gruppeantennens styring. Strålestyredatamaskinen frembringer amplitude og fasestyring for hver aktiv modul 15, 20 og 25, som er fordelt av inngangs/utgangsgrensesnittet 75.

Når radarsignalet reflekteres av et mål blir returpulsen mottatt av antenneelementene 30, 35 og 40 og blir ført gjennom de aktive modulene 15, 20 og 25 henholdsvis. Det mottatte radarsignalet blir så ført til en monopulsprosessor 65 som samler returradarsignalet og genererer sum og forskjellssignaler. Denne informasjonen blir tilført en konvensjonell radarmottaker 80. Radarmottakeren 80 frembringer vinkelinformasjon for innføring til en multippelpuls-repetisjonsfrekvens (prf) radarsignalprosessor 85. Multippel (prf) radarsignalprosessoren 85 utfører konvensjonelle radarfunksjoner (dvs. søking og avbilding) og tilveiebringer slik informasjon til radardataprosessoren 45 via inngangs/ut-gangsgrensesnittet 55. Utgangen til multippel-prf-radarsignalprosessoren 85 blir også tilført en avfyringsstyredata-maskin 100. Åvfyringsstyredatamaskinen 100 styrer kursfrem-visninger og tilfører følgeinformasjon til strålestyredatamaskinen 70 som kjent teknikk.

I samsvar med foreliggende oppfinnelse er også toveis kommunikasjon tilveiebrakt av systemet 5. For en toveis datalink med en missil starter systemdatalink-datamaskinen 90 systemet 5 for å tilveiebringe kommunikasjonsfunksjoner. Avhengig av meldingstypen som skal bli kommunisert (dvs. status eller koordinatposisjoner) , kommer datasignalene enten fra en missilbanedatamaskin 95 eller åvfyringsstyredatamaskinen 100. Datasignalene blir sendt til kodegeneratoren 50 via inngangs/utgangsgrensesnittet 55. Kodegeneratoren 50 sørger for vilkårlig koding for valg av meldings-overføringstider. Datasignalene blir ført fra kodegeneratoren 50 til den frekvenssmidige frekvensreferanseenheten (FRU) 60 som sørger for bølgeformgenerering av datalinkfunksjonene. Radiofrekvensen (RF) eller radardatasignalene blir tilført fellesmateren 65 som fordeler RF datasignaler til samling av aktive moduler 15, 20 og 25. Fra de aktive modulene 15, 20 og 25 blir RF datasignaler tilført antenneelementene 30, 35 og 40 henholdsvis. Ved datalinkmodusen styrer strålestyredatamaskinen 70 de aktive modulene for å styre en stråle som inneholder radardatasignaler til missilet fra informasjon tilveiebrakt fra missilbanedatamaskinen 95 via inngangs/ut-gangsgrensesnitt 55. Radardatasignalene blir således sendt av antenneelementene 30, 35 og 40 til missilet.

Fig. 2 viser et blokkdiagram over en toveis missildatalink-terminal 110 konstruert i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Radardatasignalene fra avfyringsstyreradaren 5 mottatt av en antenne 115 blir rutet via en kobler 120 til en datalinkmottaker 125. Datalinkmottakeren 125 nedomformer radardatasignalene på konvensjonell måte. En signalprosessor 130 mottar radardatasignalene fra radardatalinkmottakeren 125 og omformer analogradardatasignalene sendt ut derfra til digitale datasignaler. Digitaldatasignalene blir ført til en missildata-datamaskin 140 via et inngangs/utgangsgrensesnitt 135. Missildata-datamaskinen 140 tolker datasignalene for å tilveiebringe kontroll og styring av missilet på konvensjonell måte.

Et spesielt fordelaktig trekk ved foreliggende oppfinnelse er at missildataprosessoren 140 ikke bare er i stand til å motta informasjon fra avfyringsstyreradaren 5, men den er også i stand til å sende målinformasjon ukjent av avfyringsstyreradaren 5 tilbake til avfyringsstyreradaren 5. Denne overføringen begynner med datasignaler fra missildata-datamaskinen 140 til en kodegenerator 145 via inngangs/ut-gangsgrensesnittet 135. Kodegeneratoren 145 tilveiebringer en vilkårlig koding for operasjonsfrekvensene og fører datasignalene til en smidig FRU 150. FRU'en 150 genererer RF datasignaler som blir sendt til en datalinksender 155. Datalinksenderen 155 tilfører RF datasignalene til antenne 115 via kobleren 120.

Med henvisning til fig. 1 blir RF datasignalene sendt av antennen 115 mottatt av avfyringsstyreradaren 5 under dirigering av systemdatalink-datamaskinen 90. Sendte datasignaler blir ført fra antenneelementene 30, 35 og 40 til de aktive modulene 15, 20 og 25 henholdsvis. RF datasignaler blir ført til monopulsprosessoren 65 og så til radarmottakeren 80. Radarmottakeren 80 nedkonverterer RF datasignalene til analoge datasignaler. En multippel PRF radarsignalprosessor 85 omformer analogdatasignalene til digitale datasignaler. Digitale datasignaler blir så kommunisert til radardataprosessoren 45 og systemdatalinkdatamaskinen 90 via inngangs/utgangsgrensesnittet 55.

Fig. 3 viser et blokkdiagram av en aktiv modul 15 til den •elektronisk styrbare gruppeantennen 10. Ved en sendemodus blir radar- og datasignaler matet til en digitalt styrt faseskifter 175. Faseskifteren 175 forskyver fasen til signalene under styring av strålestyreren 70. Utgangen til faseskifteren 175 blir matet til en digitalstyrt attenuator 180. Attenuatoren 180 demper amplituden til signalene ved dirigering til strålestyredatamaskinen 70. De resulterende utgangssignalene blir forsterket av en sendeforsterker 185 og matet til en antenne 30 for sending via en kobler 190.

I en mottakermodus mottar antennen 195 radardatasignaler som er ført til en mottakerf orsterker 200 via kobleren 190. Utgangen til mottakerforsterkeren 200 er anordnet som en utgang for den aktive modulen 170.

Om fagmannen vil kunne se vil ved styring av faseskifteren 175 og attenuatoren 180 til hver aktiv modul 170 de resulterende radar- og datasignalene kunne bli styrt på egnet måte. Dersom fasene til radardatasignalene er ekvivalente f.eks., blir retningen til de resulterende signalene perpendikulære på antennen 5. Dersom fasene er progressivt skiftet fra en aktiv modul 170 til neste vil imidlertid retningen til maksimal stråling for signalet være tilsvarende forskjøvet. Ved samtidig manipulering av amplituden til hver aktiv modul 170 kan området til det resulterende signalet bli forlenget eller forkortet. Amplituden er altså manipulert for å styre effekttettheten over fordelingen til antenneelementene 30 for å redusere antennesidelobene.

Det er således tilveiebrakt en toveis, direktedatalink mellom et luftfartøy og dets missil. Den aktive gruppeantennen tillater radarstrålen å avsøke både målet og missilet øyeblikkelig siden det anvendes elektronisk strålestyring istedenfor mekanisk strålestyring. Den aktive gruppe-antenneanordningen tillater FC radaren å bli siktet direkte mot missilet. Med andre ord, en hovedlob er anvendt for å sende datameldinger til missilet såvel som mot målet. Et spesielt fordelaktig trekk ved foreliggende oppfinnelse er at ved eliminering av behovet for sidelobene for kommunikasjon med missilet krever systemet mye mindre effekt. En vesentlig effektmargin er følgelig tilgjengelig for et større utstrakt operasjonsområde, og det er derfor en betydelig forbedring ved jammemarginen. Dette lave effektkravet gjør det praktisk og fordelaktig å anvende lav sannsynlighet for oppfangnings-strategi.

Selv om foreliggende oppfinnelse er blitt beskrevet med henvisning til en spesiell utførelsesform for en spesiell anvendelse er det klart at ytterligere modifikasjoner og anvendelser utover utførelsesformen er mulig innenfor rammen av oppfinnelsen. F.eks. kan det beskrevne systemet være forsynt med multippelfølging for mer enn ett mål. Systemet kan også tilveiebringe multippelkommunikasjonsdatalinker til mer enn ett missil. Systemet kan utføre vilkårlig takting og vilkårlig operasjonsfrekvensvalg. Systemet kan dessuten anvende passive moduler istedenfor aktive moduler.

Claims (21)

1. Radarsystem innbefattende en to-veis datalink mellom et første fartøy og et andre fartøy, særlig en missil, innbefattende en radarsenderinnretning montert i et første fartøy for å tilveiebringe et radarsignal, en første datasendeinnretning montert i det første fartøyet for å tilveiebringe et første datasignal ved en radarfrekvens, en annen datasendeinnretning (145, 150, 155) montert i det andre fartøy for å tilveiebringe et andre datasignal ved en radarfrekvens, en gruppeantenneinnretning (10) montert i første fartøy for styring av en utgangsstråle, som inneholder radarsignalet og det første datasignalet, og for å motta det andre datasignalet, en datamottakerinnretning (125, 130, 140) montert i det andre fartøy for å motta utgangsstrålen og behandle det første datasignalet, karakterisert ved at gruppeantenneinnretningen (10) styrer elektronisk utgangsstrålen, og at systemet dessuten innbefatter en monopulspro-sessorinnretning (65) montert i det første fartøyet for å samle og behandle det andre datasignalet mottatt av antenneinnretningen.

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved en datamaskininnretning for å frembringe radarsignalet og første datasignal.

3. System ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved en kodegenereringsinnretning (50) for å kode radarsignalet og velge operasjonsfrekvensen derav.

4. System ifølge krav 3, karakterisert ved at det innbefatter en frekvensreferanseenhet (60) for å generere en bølgeform for bruk ved sending av det kodede radar- og første datasignal.

5 . System ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at antenneinnretningen (10) innbefatter en gruppe med individuelt eksiterbare strålingselementer (30, 35, 40) for å generere utgangsstrålen.

6. System ifølge krav 5, karakterisert ved at antenneinnretningen (10) innbefatter aktive modul innretninger (15) for individuell eksitering av strålingselementene (30, 35, 40).

7. System ifølge krav 6, karakterisert ved at det innbefatter en mateinnretning (65) for å fordele radarsignalet og det første datasignalet til strålingselementene.

8. System ifølge krav 7, karakterisert ved at det innbefatter en strålestyredatamaskininnretning (70) for å generere fase- og amplitudestyring for hver aktiv modul for å styre retningen av strålen.

9. System ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den første data-sendeinnretningen innbefatter en datalink-datamaskininnretning (90) for å initialisere datasendingen.

10. System ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved en radarmottakerinn-retning (80) for å nedomforme det andre datasignalet til et analogt datasignal.

11. System ifølge krav 10, karakterisert ved en radarsignalbehandlingsinnretning (85) for å omforme analogdatasignalet til et digitalt datasignal.

12. System ifølge krav 11, karakterisert ved en radardatabehandlingsinnretning (45) for å behandle det digitale datasignalet.

13. System ifølge krav 9, karakterisert ved at datalink-datamaskininnretningen (90) etablerer en datalink mellom første fartøy og andre fartøy.

14. System ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at datamottakerinn-retningen montert på det andre fartøyet innbefatter en antenneinnretning (115) for å motta strålen.

15. System ifølge krav 14, karakterisert ved at det andre fartøyet innbefatter en datalink-mottakerinn-retning (125) for å nedomforme det første datasignalet til et analogt datasignal.

16. System ifølge krav 15, karakterisert ved at det andre fartøyet innbefatter en signalbehandlingsinn-retning (130) for å omforme analogdatasignalet til et digitalt datasignal.

17. System ifølge krav 16, karakterisert ved at det andre fartøyet innbefatter en fartøydata-datamaskininnretning (140) for å behandle det digitale datasignalet.

18. System ifølge krav 17, karakterisert ved at datasenderinnretningen montert på det andre fartøyet innbefatter fartøydataberegningsinnretningen (140) for å frembringe det andre datasignalet.

19. System ifølge krav 18, karakterisert ved at det andre fartøyet innbefatter kodegenereringsinnretningen (145) for vilkårlig koding av datasignalet.

20. System ifølge krav 19, karakterisert ved at det andre fartøyet innbefatter en frekvensreferanseenhet (150) for å generere en bølgeform for bruk i sendingen av det andre datasignalet.

21. System ifølge krav 20, karakterisert ved at det andre fartøyet innbefatter en datalink-sendeinnretning (155) for å tilveiebringe det andre datasignalet til antenneinnretningen (115).