RU227744U1 - Малогабаритная радиолокационная станция непрерывного излучения линейной частотной модуляции сигнала - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области радиолокации, а именно к радиолокационным средствам автоматического обнаружения и сопровождения малоразмерных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение технических характеристик при обеспечении точности измерения дальности и скорости малых БПЛА. Такой результат обеспечивается за счет того, что малогабаритная радиолокационная станция непрерывного излучения ЛЧМ сигнала содержит опорно-поворотное устройство, последовательно соединенные блок прямого цифрового синтеза зондирующего сигнала, полосовой фильтр, усилитель мощности, направленный ответвитель, передающую и приемную антенны, полосовой фильтр, малошумящий усилитель высоких частот, квадратурный смеситель, фильтры нижних частот, блоки усилителя низкой частоты, АЦП, блок обработки информации, при этом станция выполнена разборной, разделенной на неподвижную и вращающуюся части, при этом на вращающейся части установлено устройство крепления на неподвижную часть, выполненное из двух деталей, позволяющих устанавливать в рабочее положение антенный блок под углом в 30° относительно вертикальной плоскости, а в переносном состоянии складываться, при этом на неподвижной части установлены ручки. 7 ил.

Description

Полезная модель относится к радиолокации, а именно к радиолокационным средствам автоматического обнаружения и сопровождения малоразмерных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Малогабаритные радиолокационные станции перспективно использовать для защиты охраняемой зоны от проникновения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) на малых дальностях не зависимо от времени суток и времени года, в том числе в условиях отсутствия оптической видимости. Предлагаемая полезная модель применима для построения стационарной или мобильной радиолокационной станции (РЛС) непрерывного излучения с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) с возможностью объединения со сторонними оптико-электронными приборами и блоками радиоэлектронной борьбы в единый комплекс.

Известен способ формирования периодического ЛЧМ сигнала в РЛС измерения расстояния [Патент США №5387918 от 5.07.95, кл. G01S 13/32. Method and Arrangement for measuring distances using the reflected beam principle.]. Согласно способу ЛЧМ зондирующий сигнал формируется генератором, частота которого управляется напряжением. Текущая несущая частота зондирующего сигнала с помощью гетеродина с эталонной частотой переносится на промежуточную, делится на целое число, далее измеряется и сравнивается с текущим расчетным значением. По сигналу ошибки процессор корректирует цифровую последовательность, преобразуемую в аналоговое напряжение, управляющее частотой генератора.

Известен способ измерения высоты в высотомере с непрерывным ЛЧМ сигналов [Патент РФ №2552515 от 10.06.2015 кл. G01S 13/08], в котором для точного измерения дальности до протяженного объекта используется оценка дисперсии шума и сигнала.

Известен способ определения дальности и радиальной скорости цели в РЛС с непрерывным излучением и устройство его реализующее [Патент РФ №2635366 от 13.11.2017 кл. G01S 13/42], в котором определение дальности до цели и расчет радиальной скорости осуществляется в демодуляции отраженного сигнала и определения сигнала биений в течение периода модуляции зондирующего сигнала.

Наиболее близким техническим решением, выбранного в качестве прототипа, является радиолокационная станция охраны объектов «Сова» [Патент РФ №2669383 от 11.10.2018 кл. G01S 13/04], предназначенная для автоматического обнаружения и сопровождения движущихся наземных, надводных целей и воздушных целей. Радиолокационная станция содержит приемопередающее устройство, двухкоординатное опорно-поворотное устройство, выполненное с возможностью крепления на треноге, сетевой блок питания, при этом приемопередающее устройство выполнено в едином корпусе и содержит волноводно-щелевые приемную и передающую антенны, приемопередающий блок, обеспечивающий непрерывную генерацию зондирующего сигнала с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), блок первичной обработки информации, вычислительное устройство, вторичный источник питания, а также содержит с возможностью демонтажа приемник GPS/ГЛОНАСС, антенну приемника GPS/ГЛОНАСС. В приемопередающем блоке с помощью цифрового синтезатора на низкой частоте формируется непрерывный ЛЧМ-сигнал заданной девиации, который затем переносится на более высокую частоту 13.4-13.6 ГГц.

Недостатком вышеуказанных способов и устройств является использование разделенных блоков частотного модулятора и генератора высокой частоты (гетеродина) в передающей части и использование первичного и вторичного умножителей сигналов в приемной части, что существенно повышает общий уровень шумов в системе. Определение скорости движущейся цели определяется по биению сигналу, что соответствует доплеровскому изменению частоты ЛЧМ-сигнала.

Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение технических характеристик при обеспечении точности измерения дальности и скорости малых БПЛА.

Технический результат достигается за счет того, что малогабаритная радиолокационная станция непрерывного излучения ЛЧМ сигнала, содержащая опорно-поворотное устройство, последовательно соединенные блок прямого цифрового синтеза зондирующего сигнала, полосовой фильтр, усилитель мощности, направленный ответвитель, передающая и приемная антенны, выполненные в отдельном блоке, полосовой фильтр, малошумящий усилитель высоких частот, квадратурный смеситель, фильтры нижних частот, блоки усилителя низкой частоты, АЦП, блок обработки информации, отличающаяся тем, что выполнена разборной, разделенной на неподвижную и вращающуюся части, при этом на вращающейся части установлено устройство крепления на неподвижную часть, выполненное из двух деталей, позволяющих устанавливать в рабочее положение антенный блок под углом в 30° относительно вертикальной плоскости, а в переносном состоянии складываться, при этом неподвижная и вращающаяся части зафиксированы с помощью гайки, при этом на неподвижной части установлены ручки.

Сущность полезной модели поясняется нижеприведенным описанием и схемой малогабаритной РЛС.

На фиг.1 изображена структурная схема малогабаритной РЛС.

Непрерывный зондирующий ЛЧМ-сигнал треугольной формы формируется в диапазоне частот от 9 до 10 ГГц блоком прямого цифрового синтеза 1. Полученный таким образом зондирующий сигнал фильтруется полосовым фильтром 2, усиливается по мощности усилителем 3 и через направленный ответвитель 4 поступает на передающую антенну 5, затем излучается в заданном направлении. Отраженный сигнал принимается приемной антенной 6, фильтруется полосовым фильтром высоких частот 7, усиливается малошумящим усилителем высокой частоты 8 и поступает на вход квадратурного смесителя 9. На второй вход квадратурного смесителя поступает опорный сигнал с направленного ответвителя 4. После смесителя квадратурные компоненты преобразованного на промежуточную частоту отраженного сигнала проходят фильтрацию фильтрами низких частот 10 и 11, усиливаются с помощью блоков усилителей низкой частоты 12 и 13 и оцифровываются в аналого-цифровом преобразователе (АЦП) 14 и 15. Оцифрованные квадратурные компоненты попадают в блок обработки информации 16, где с помощью алгоритмов обработки радиолокационных сигналов производится обнаружение малого БПЛА в азимутальном направлении, измеряется дальность и скорость цели.

Поясним подробнее работу алгоритмов обработки радиолокационных сигналов для измерения дальности и скорости малых БПЛА. В одном азимутальном направление малогабаритная РЛС проводит ряд измерений. В течение времени, равному длительности ЛЧМ-сигнала (времени нарастания частоты ЛЧМ-сигнала) происходит запись первичных квадратурных сигналов в память блока обработки информации. Далее, для определения дальности, над каждым временным блоком данных проводятся следующие вычислительные процедуры из состава алгоритмов обработки, которые включают в себя следующие шаги:

1) Выделение огибающей комплексного сигнала из квадратурных компонент.

2) Применение оконной функции.

3) Проведение спектрального анализа путем вычисления быстрого преобразования Фурье (БПФ) полученной огибающей комплексного сигнала по времени наблюдения.

4) Запись результатов БПФ в память блока обработки информации в координатах дальность - амплитуда.

Для определения скорости движения обнаруженного БПЛА проводятся следующие мероприятия:

1) Проводится накопление результатов БПФ по каждому измерению в двумерный массив данных.

2) К накопленному массиву данных применяется оконная функция.

3) Проводится спектральный анализ наколенного двумерного массива данных.

4) Проводится запись результатов БПФ в координатах дальность - скорость.

На фиг.2, 3, 4, 5, 6 и 7 приведены чертежи конструкции малогабаритной радиолокационной станции.

Устройство состоит из неподвижной 17 и вращающейся части 18, которые соединяются между собой на оси вращения при помощи гайки 19. Габаритные размеры составляют 0,3x0,45x0,65 метра.

Вращающаяся часть представляет собой антенный блок, в состав которого входят две печатные антенны 20, расположенные на одном основании. Приемная и передающие печатные антенны отделены разделителем 21, с обратной стороны основания антенн находится блок СВЧ тракта 22. Со стороны антенн антенный блок закрыт радиопрозрачным кожухом 24. Так же внутри антенного блока установлена GPS/ГЛОНАСС антенна 20. В рабочем положении детали 25 и 26 соединяются между собой и фиксируются гайками 23, обеспечивая необходимый угол в 30 градусов относительно вертикальной плоскости.

Конструктивно элементы 25 и 26 представляет собой детали, закрепленные на антенном блоке через шарнирные элементы (петли) 27 и 28 таким образом, чтобы в походном положении они входили друг в друга для ускорения монтажа и демонтажа вращающейся части. В сложенном состоянии данные детали соединяются путем захода оси 29 в пружинную скобу 30.

Неподвижная часть представляет из себя опорно-поворотное устройство, которое приводит в движение вращающуюся часть с заданной скоростью. В корпусе неподвижной части размещены печатные узлы управления и питания, которые обеспечиваю питанием привод, СВЧ часть, периферийные устройства и управляют движением вращающейся части. В качестве периферийного устройства, на корпусе неподвижной части размещен цифровой магнитный компас, который обеспечивает ориентацию изделия по сторонам горизонта.

В неподвижной части размещен электродвигатель, который через подшипниковый узел 31 осуществляет передачу вращения на вращающуюся часть со скоростью 24 оборота в минуту. Для удобства переноса и монтажа предусмотрены ручки 32.

Установка изделия предполагается на плоскую площадку устройства типа треноги с помощью винта.

На основании приведенного выше описания и схемы был изготовлен опытный образец малогабаритной РЛС и проведены его испытания, которые подтвердили указанный в материалах заявки технический результат.

Claims (1)

1. Малогабаритная радиолокационная станция непрерывного излучения ЛЧМ сигнала, содержащая опорно-поворотное устройство, последовательно соединенные блок прямого цифрового синтеза зондирующего сигнала, полосовой фильтр, усилитель мощности, направленный ответвитель, который соединен с передающей антенной, последовательно соединенные полосовой фильтр высоких частот, соединенный с приемной антенной, малошумящий усилитель высоких частот, квадратурный смеситель, к первому выходу которого подключены последовательно соединенные первый фильтр низких частот, первый блок усилителя нижней частоты, первый аналого-цифровой преобразователь, и ко второму выходу которого подключены последовательно подключенные второй фильтр низких частот, второй блок усилителя низкой частоты, второй аналого-цифровой преобразователь, при этом аналого-цифровые преобразователи подключены к блоку обработки информации, отличающаяся тем, что выполнена разборной, разделенной на неподвижную и вращающуюся части, при этом на вращающейся части установлено устройство крепления на неподвижную часть, выполненное из двух деталей, позволяющих устанавливать в рабочее положение антенный блок под углом в 30° относительно вертикальной плоскости, а в переносном состоянии складываться, при этом неподвижная и вращающаяся части зафиксированы с помощью гайки, при этом на неподвижной части установлены ручки.

Images