RU2599932C2 - Method for sharpening receiving antenna directional pattern and multifunctional radar station for aircrafts implementing said method - Google Patents
Method for sharpening receiving antenna directional pattern and multifunctional radar station for aircrafts implementing said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2599932C2 RU2599932C2 RU2014122041/08A RU2014122041A RU2599932C2 RU 2599932 C2 RU2599932 C2 RU 2599932C2 RU 2014122041/08 A RU2014122041/08 A RU 2014122041/08A RU 2014122041 A RU2014122041 A RU 2014122041A RU 2599932 C2 RU2599932 C2 RU 2599932C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- receiving
- antenna
- diagram
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
- H01Q25/002—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns providing at least two patterns of different beamwidth; Variable beamwidth antennas
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
- H01Q25/02—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns providing sum and difference patterns
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для использования на летательных аппаратах.The invention relates to the field of radar and is intended for use on aircraft.
Известен способ и радиолокационные станции, использующие обужение диаграммы направленности антенны:The known method and radar stations using narrowing the antenna pattern:
В первой книге рассмотрен способ обужения приемной диаграммы направленности путем вычитания принятых сигналов разностной диаграммой направленности из сигналов принятых суммарной амплитудной приемной диаграммой направленности при работе радиолокатора по воздушной цели.The first book discusses a method of narrowing the receiving radiation pattern by subtracting the received signals by the difference radiation pattern from the signals received by the total amplitude receiving radiation pattern when the radar is operating on an air target.
Книга 1. Д.Р. Родс «Введение в моноимпульсную радиолокацию», стр. 88. Издательство «Советское радио». Москва, 1960 г.
Во второй книге рассмотрено применение обужения (обострения) приемной диаграммы направленности антенны для получения точной оценки расстояния до отражающих участков земли, расположенных на равносигнальном направлении в режиме маловысотного полета при обнаружении препятствий.The second book discusses the use of augmentation (sharpening) of the receiving antenna radiation pattern to obtain an accurate estimate of the distance to reflecting land located on the equal-signal direction in low-altitude flight mode when obstacles are detected.
Как и в первой книге, приведен амплитудно-разностный метод обужения с применением суммарной и разностной диаграмм направленности антенны для определения более точной оценки расстояния до отражающего участка земли в равносигнальном направлении.As in the first book, the amplitude-difference method of narrowing is presented using the total and difference radiation patterns of the antenna to determine a more accurate estimate of the distance to the reflecting land in the equal-signal direction.
Книга 2. П.И. Дудник «Авиационные радиолокационные устройства», стр. 488. Издание ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1976 г.
В журнале по существу произведен анализ способа обужения, приведенного в книгах 1 и 2, при применении аналоговых антенн в режиме обужения диаграмм направленности и предложен приведенный способ обужения диаграмм направленности применительно к цифровой антенной решетке.The journal essentially analyzes the method of framing, described in
Журнал «Успехи современной радиоэлектроники» №8, стр. 94, Москва, 2013 г.Successes of Modern Radio Electronics Journal No. 8, p. 94, Moscow, 2013
Рассмотрение этого способа обужения приемной диаграммы направленности антенны показывает, что он имеет ограничения.Consideration of this method of narrowing the receiving antenna radiation pattern shows that it has limitations.
Этот способ обужения приемной диаграммы эффективен в случае, если цель или участок отражения от земли, находящийся в стробе дальности, принимается только одним из лучей разностной диаграммы.This method of narrowing the receiving diagram is effective if the target or the reflection portion from the ground located in the range gate is received only by one of the rays of the difference diagram.
Если при работе по воздушной (одиночной) цели (для выше приведенного построения) обужение диаграммы приемной антенны может обеспечиваться как в азимутальной, так и в угломестной (наклонной) плоскости, то при обнаружении препятствий в режиме маловысотного полета, режим обужения приемной диаграммы может применяться только в угломестной (наклонной) плоскости.If, when working on an airborne (single) target (for the above construction), the receiving antenna pattern can be narrowed both in the azimuthal and elevation (inclined) planes, then if obstacles are detected in the low-altitude flight mode, the received pattern cannonization mode can be applied only in elevation (inclined) plane.
Приведенный способ становится неэффективным, когда при работе по воздушным целям в один элемент дальности попадает несколько целей, принятых двумя лучами разностной диаграммы, или когда в режиме маловысотного полета в один элемент дальности попадают отраженные сигналы от препятствий (препятствие с крутым рельефом в наклонной плоскости) и также принятые двумя лучами разностной диаграммы.The above method becomes ineffective when, when working on air targets, several targets taken by two rays of the difference diagram fall into one range element, or when reflected signals from obstacles (obstacle with a steep terrain in an inclined plane) fall into one element of range in the low-altitude flight mode also adopted by two rays of the difference diagram.
Наличие отражений от целей или участков препятствий, приходящих в один элемент дальности, принятых двумя лучами разностной диаграммы, приводит к неоднозначному обужению, а в случае равенства амплитуд сигналов, принятых двумя лучами, эти сигналы в разностном канале взаимно уничтожаются, что исключает обужение приемной диаграммы.The presence of reflections from targets or sections of obstacles that come in one element of range, adopted by two rays of the difference diagram, leads to ambiguous narrowing, and if the amplitudes of the signals received by two rays are equal, these signals in the difference channel are mutually destroyed, which eliminates the narrowing of the receiving diagram.
Вышеприведенное показывает, что использование разностной диаграммы направленности для обужения приемной диаграммы в моноимпульсной РЛС имеет ограничения, не позволяющие обеспечивать обужение диаграммы направленности в азимутальной плоскости при работе по наземным или морским целям и объектам, обнаруживаемых на фоне подстилающей поверхности.The above shows that the use of a difference radiation pattern for narrowing the receive pattern in a monopulse radar has limitations that do not allow narrowing the pattern in the azimuthal plane when working on land or sea targets and objects detected against the underlying surface.
Однако остаются задачи обнаружения наземных и морских малоразмерных неподвижных целей, требующих обнаружения в передней полусфере полета (в том числе в направлении вектора скорости) носителя, которые могут решаться только при применении узкой диаграммы в азимутальной плоскости.However, there remain the task of detecting land and sea small-sized stationary targets that require detection in the front hemisphere of the flight (including in the direction of the velocity vector) of the carrier, which can only be solved using a narrow diagram in the azimuthal plane.
Как известно, дальность обнаружения наземных неподвижных целей на фоне отражений от подстилающей поверхности определяется только отношением «
где: σф=L∗Δr∗σo,where: σ f = L ∗ Δr ∗ σ o ,
σф - эффективная отражающая поверхность фона;σ f - effective reflective surface of the background;
σц - эффективная отражающая поверхность цели;σ C - effective reflective surface of the target;
Δr - линейный размер площадки отражений по дальности;Δr is the linear size of the reflection site in range;
L - линейный размер площадки отражений по азимуту;L is the linear size of the azimuth reflection site;
σo - удельный коэффициент отражения.σ o - specific reflection coefficient.
На требуемой дальности обнаружения «D» линейный размер площадки принимаемых отражений фона определяется угловым размером луча приемной диаграммы «Θл»: L=D∗Θл.At the required detection range “D”, the linear size of the site of received background reflections is determined by the angular beam size of the receiving diagram “Θ l ”: L = D ∗ Θ l .
При заданных габаритных размерах антенны, длине волны «λ» и разрешаемом элементе по дальности «Δr» основным режимом повышения дальности обнаружения неподвижных целей на фоне подстилающей поверхности является режим обужения луча «Θл».Given the overall dimensions of the antenna, the wavelength "λ" and the resolvable element in range "Δr", the main mode for increasing the detection range of stationary targets against the underlying surface is the mode of beam beam "Θ l ".
Реализация обужения луча в режиме синтезирования апертуры антенны также имеет ограничения. Этот режим требует наличия скорости носителя (движение фазового центра антенны), что исключает его применение на зависшем в воздухе вертолете.The implementation of beam narrowing in the synthesis mode of the antenna aperture also has limitations. This mode requires the presence of carrier speed (movement of the phase center of the antenna), which excludes its use on a helicopter hovering in the air.
Кроме того, этот режим имеет очень плохие характеристики обужения в переднем секторе в направлении вектора скорости полета.In addition, this mode has very poor frontal sizing characteristics in the direction of the flight velocity vector.
Выше было приведено, что использование лучей разностной диаграммы для обужения приемной диаграммы приводит к ограничениям. Для обужения луча в азимутальной плоскости при работе на фоне отражений их применение неэффективно.It was stated above that the use of the rays of a difference diagram to narrow the receiver diagram leads to limitations. To narrow the beam in the azimuthal plane when working against the background of reflections, their use is ineffective.
Для режима обужения луча приемной диаграммы направленности должен быть изменен подход к формированию диаграммы направленности для лучей обужения.For the beam narrowing mode of the receiving radiation pattern, the approach to the formation of the radiation pattern for the narrowing rays should be changed.
Если в моноимпульсном радиолокаторе для сопровождения цели максимумы лучей, формирующие разностную диаграмму, смещены на углы относительно равносигнального направления, при которых обеспечивается пересечение их амплитудных характеристик по уровню ~0,5 Pmax, то для обужения приемной диаграммы, для исключения подавления обнаруживаемого сигнала приемной диаграммой при обужении, максимумы лучей для формирования диаграммы обужения должны быть смещены на угол относительно оси диаграммы направленности приемной антенны, обеспечивающий пересечение лучей по уровню -15÷-20 дБ Pmax.If, in a monopulse radar to accompany the target, the maximums of the rays forming the difference diagram are shifted by angles relative to the equal-signal direction, at which their amplitude characteristics intersect at a level of ~ 0.5 Pmax, then to narrow the receiving diagram, to exclude suppression of the detected signal by the receiving diagram at narrowing, the maximums of the rays for forming the narrowing diagram should be offset by an angle relative to the axis of the radiation pattern of the receiving antenna, providing the cross-section of the rays at a level of -15 ÷ -20 dB Pmax.
Если сигналы, принятые лучами диаграммы направленности антенны в моноимпульсной РЛС для формирования разностной диаграммы вычитались, то в режиме обужения эти сигналы, принятые лучами, должны суммироваться с последующим их вычитанием из сигналов приемной диаграммы, обеспечивая ее обужение.If the signals received by the beams of the antenna radiation pattern in a monopulse radar to form a difference diagram were subtracted, then in the firing mode, these signals received by the rays should be added together with their subsequent subtraction from the signals of the receiving diagram, ensuring its framing.
При таком построении лучей диаграммы направленности путем вычитания приходящих сигналов на выходах каналов формируется обуженная приемная диаграмма направленности и подавляет отраженные сигналы, принимаемые краями основной приемной диаграммы направленности РЛС, обеспечивая обужение луча приемной диаграммы, в том числе и в азимутальной плоскости (см. формула [1]).With this construction of the radiation pattern beams by subtracting the incoming signals at the channel outputs, a narrowed receiving radiation pattern is formed and suppresses the reflected signals received by the edges of the main receiving radiation pattern of the radar, thereby narrowing the beam of the receiving radiation pattern, including in the azimuthal plane (see formula [1 ]).
где:Where:
|Uпр| - напряжение на выходе канала приемной антенны;| Upr | - voltage at the output channel of the receiving antenna;
k - коэффициент усиления сигнала канала антенны обужения;k is the gain of the signal of the channel antenna antennas;
|Uоб| - напряжение на выходе канала антенны обужения;| Uob | - voltage at the output of the channel antenna antennas;
|Uобпр| - напряжение на выходе обуженной приемной диаграммы.| Upr | - voltage at the output of the narrowed receiving diagram.
Рассмотрим недостатки используемого (см. книга 1 и книга 2) и предлагаемого способа обужения приемной диаграммы направленности антенны РЛС, используя в качестве прототипа материалы статьи, приведенные в журнале «Успехи современной радиоэлектроники» №8 за 2013 г.: «Метод обужения диаграммы направленности цифровой антенной решетки», стр 94. В статье приведен анализ реализованного способа обужения, изложенного в книге 1 и книге 2 (см. стр. 1).Consider the disadvantages of the used (see
В статье рассмотрен суммарно-разностный метод обужения антенной решетки, состоящей из подрешеток.The article discusses the total-difference method of narrowing the antenna array, consisting of sublattices.
Суммарная диаграмма Sф(Θ) формируется как сумма модулей ДН левой 
Результирующая обуженная диаграмма направленности получается как разность суммарной Sф(Θ) и разностной Dф(Θ) диаграмм направленности:The resulting narrowed radiation pattern is obtained as the difference of the total Sf (Θ) and the difference Df (Θ) of the radiation patterns:
|Rф(Θ)|=|Sф(Θ)|-|Dф(Θ)|| Rph (Θ) | = | Sph (Θ) | - | Dph (Θ) |
Ограничением этого способа, по мнению авторов статьи, является возможность оперировать с ДН, сформированными только с подрешетками - левой и правой для азимутальной плоскости или верхней и нижней для угломерной плоскости.The limitation of this method, according to the authors of the article, is the ability to operate with MDs formed only with sublattices - left and right for the azimuthal plane or upper and lower for the goniometric plane.
Поэтому авторы предлагают реализацию режима проводить с помощью цифровой антенной решетки (ЦАР), так как в ЦАР возможно формирование независимо управляемых диаграмм, что позволяет получить результирующую диаграмму за счет линейной комбинации нескольких диаграмм, максимумы которых разнесены на величину «Θл». Такой способ формирования ДН позволяет наиболее просто реализовать выше приведенный амплитудный суммарно-разностный метод.Therefore, the authors propose the implementation of the regime using a digital antenna array (CAR), since it is possible to form independently controllable diagrams in the Central African Republic, which allows one to obtain a resulting diagram due to the linear combination of several diagrams whose maximums are spaced apart by Θ l . This method of forming the DN allows the simplest way to implement the above amplitude-total-difference method.
В результате анализа работы суммарно-разностного метода с помощью ЦАР отмечается, что применение ЦАР позволяет получить на 35% более узкий Главный максимум результирующей ДН и более низкий уровень боковых лепестков по сравнению с этим способом обужения с применением антенны с решеткой и подрешетками.As a result of the analysis of the work of the total-difference method with the help of the CAR, it is noted that the use of the CAR makes it possible to obtain a 35% narrower Main maximum of the resulting pattern and a lower level of side lobes compared to this method of narrowing using an antenna with a grating and sublattices.
Рассмотрение предложенного авторами в статье метода (способа) обужения луча приемной диаграммы антенны с помощью цифровой антенной решетки ЦАР показывает:Consideration of the method (method) for narrowing the beam of the receiving antenna diagram using the digital antenna array of the Central African Republic proposed by the authors in the article shows:
1. Авторы исследовали применяемый способ обужения приемной диаграммы направленности с помощью амплитудного суммарно-разностного метода (см. книга 1 и книга 2), где из сигналов принятой суммарной диаграммы вычитаются сигналы разности двух лучей диаграммы, максимумы которых разнесены на угол «Θл» относительно оси приемной суммарной диаграммы.1. The authors investigated the applied method of narrowing the receiving radiation pattern using the amplitude sum-difference method (see
2. Авторы, для улучшения характеристик обужения приемной диаграммы, предлагают реализовать этот метод с помощью цифровой антенной решетки (ЦАР).2. The authors, to improve the characteristics of the narrowing of the receiving diagram, propose to implement this method using a digital antenna array (CAR).
3. Как следует из материалов статьи, авторы не устраняют выше приведенные недостатки, присущие суммарно-разностному методу, а только несколько повышают характеристики обужения при работе по одной цели.3. As follows from the materials of the article, the authors do not eliminate the above disadvantages inherent in the total-difference method, but only slightly increase the characteristics of fencing when working for the same purpose.
Применение этого метода ухудшает эффективность или приводит к неработоспособности режим обужения, когда отраженные сигналы от нескольких целей или от подстилающей поверхности поступают одновременно в два луча разностной диаграммы направленности и находятся на одной дальности.The use of this method degrades the efficiency or leads to inoperability of the mode of firing, when the reflected signals from several targets or from the underlying surface arrive simultaneously in two beams of the differential radiation pattern and are at the same range.
Задача предлагаемого способа заключается в получении эффективности и полной работоспособности режима обужения приемной диаграммы направленности РЛС независимо от тактической и радиолокационной обстановки. При этом обужение диаграммы может производиться как в азимутальной, так и в угломестной плоскостях.The objective of the proposed method is to obtain the efficiency and full operability of the mode of framing the receiving radar radiation pattern, regardless of the tactical and radar situation. Moreover, the chart can be narrowed both in the azimuthal and elevation planes.
Решение достигается тем, что в антенне (с механическим управлением или электронной фазированной цифровой антенной решетке (ЦФАР), с целью обужения приемной диаграммы, формируются независимые диаграммы:The solution is achieved by the fact that in the antenna (with mechanical control or an electronic phased digital antenna array (CFAR), in order to narrow the receiving diagram, independent diagrams are formed:
1. Приемо-передающая диаграмма направленности определяемая всем раскрывом антенны.1. The transmit-receive radiation pattern determined by the entire opening of the antenna.
2. Диаграмма обужения, являющаяся суммарной диаграммой двух лучей в азимутальной (или наклонной) плоскости, максимумы которых смещены на угол «Θсм» относительно оси приемо-передающей диаграммы.2. The framing diagram, which is a summary diagram of two rays in the azimuthal (or inclined) plane, the maxima of which are offset by an angle Θ cm relative to the axis of the transmitting and transmitting diagrams.
При этом угол смещения «Θсм» оси «max» направления луча (диаграммы направленности) каждой пары относительно оси «max» приемо-передающей диаграммы, выбирается таким образом, чтобы уровень усиления лучей в точке их пересечения в направлении «max» приемо-передающей диаграммы не приводил к недопустимым энергетическим потерям обнаруживаемого сигнала при обужении приемной диаграммы.In this case, the displacement angle "Θcm" of the axis "max" of the beam direction (radiation pattern) of each pair relative to the axis "max" of the transmitting-transmitting pattern is selected so that the level of amplification of the rays at the point of intersection in the direction "max" of the transmitting-transmitting pattern It did not lead to unacceptable energy losses of the detected signal when the reception diagram was narrowed.
Как следует из вышесказанного, уровень усиления в точке пересечения диаграмм пары лучей в направлении «max» приемо-передающей диаграммы (G=-15÷-20 дБ) отличается от принятого в антенне, применяемой для обужения при использовании суммарно-разностного метода прототипа (G=-3 дБ).As follows from the above, the gain level at the point of intersection of the pair of ray diagrams in the direction “max” of the transmit-receive diagram (G = -15 ÷ -20 dB) differs from that adopted in the antenna used for framing using the total-difference prototype method (G = -3 dB).
Следовательно, предлагаемый способ обужения существенно отличается от прототипа, В соответствии с предложенным алгоритмом решения задачи обужения называем способ обужения амплитудным суммарно-суммарно-разностным (АССР).Therefore, the proposed method of dressing differs significantly from the prototype. In accordance with the proposed algorithm for solving the problem of dressing, we call the method of dressing the amplitude total-total-difference (ASSR).
Амплитудный суммарно-суммарно-разностной способAmplitude total-total-difference method
Для формирования диаграммы луча приемо-передающей антенны применительно к цифровой антенной решетке (ЦАР) используются все элементы антенной решетки, при этом, суммарная диаграмма формируется из суммы модулей левой Fл(Θ) и правой Fпр(Θ) частей диаграммы направленности (ДН ЦАР).To form a beam diagram of a transceiver antenna in relation to a digital antenna array (CAR), all elements of the antenna array are used, and the total diagram is formed from the sum of the modules of the left Fl (Θ) and right Fpr (Θ) parts of the radiation pattern (CAR).
|FΣ(Θ)|=|Fл(Θ)|+|Fпр(Θ)|,| F Σ (Θ) | = | Fл (Θ) | + | Fпр (Θ) |,
гдеWhere
гдеWhere
An - амплитуда сигнала на выходе «n-го» элемента антенной решетки;An is the amplitude of the signal at the output of the "n-th" element of the antenna array;
d - расстояние между антенными элементами;d is the distance between the antenna elements;
k - волновое число 2π/λ;k is the wave number 2π / λ;
Θсм1 - угол смещения максимума луча левой и правой части диаграммы направленности относительно «max» луча суммарной диаграммы «FΣ». При этом 2 Θсм1 равны ширине луча суммарной ДН по уровню -3 дБ∗P.Θcm1 - the angle of maximum shift of the beam of the left and right parts of the radiation pattern relative to the "max" beam of the total diagram "F Σ ". At the same time, 2 Θ cm1 is equal to the beam width of the total MD at the level of -3 dB ∗ P.
Формирование специальной диаграммы (диаграммы для обужения приемной диаграммы) производится аналогично за исключением того, что углы смещения лучей «Θсм2», принимаются исходя из требований к допустимому уровню усиления диаграмм в точке их пересечения на оси «max» приемной диаграммы направленности, не приводящему к энергетическим потерям обнаруживаемого сигнала при обужении. При этом угол смещения «Θсм2» должен быть больше угла смещения «Θсм1» (Θсм2>Θсм1).The formation of a special diagram (diagram for narrowing the reception diagram) is similar except that the beam offset angles «cm2 are taken based on the requirements for the allowable gain level of the diagrams at the point of their intersection on the axis “max” of the reception radiation pattern, which does not lead to energy loss of detectable signal when fencing. In this case, the displacement angle "Θcm2" should be greater than the displacement angle "Θcm1" ((cm2> Θcm1).
Диаграмма обужения FΣо(Θ) также будет являться суммой модулей сигналов левой и правой части антенной решетки.The fouling diagram F Σ о (также) will also be the sum of the signal modules of the left and right parts of the antenna array.
Диаграмма обужения будет являться суммой:The heel chart will be the sum of:
FΣо(Θ)=|Fл(Θ)|+|Fпр(Θ)|, при Θсм2>Θсм1.F Σ о (Θ) = | Fл (Θ) | + | Fпр (Θ) |, for Θ cm2> Θ cm1.
Обуженная приемная диаграмма FΣо(Θ) является результатом разности суммы модулей сигналов антенных элементов приемной диаграммы FΣ(Θ) и суммы модулей сигналов антенных элементов диаграммы обужения FΣоб(Θ).The narrowed receiver diagram F Σ о (Θ) is the result of the difference between the sum of the signal modules of the antenna elements of the receiver diagram F Σ (Θ) and the sum of the signal modules of the antenna elements of the antenna diagram F Σ о (Θ).
|FΣоб(Θ)|=|FΣ(Θ)|-|FΣо(Θ)|.| F Σ о (Θ) | = | F Σ (Θ) | - | F Σ о (Θ) |.
Для дополнительного обужения приемной диаграммы применяется специальная регулировка коэффициента усиления сигналов канала диаграммы обужения.For additional narrowing of the receiving diagram, special adjustment of the gain of the channel signals of the narrowing diagram is applied.
Тогда формула приобретает вид:Then the formula takes the form:
|FΣоб(Θ)|=|FΣ(Θ)|-k∗|FΣo(Θ)|,| F Σ ob (Θ) | = | F Σ (Θ) | -k ∗ | F Σ o (Θ) |,
гдеWhere
k - коэффициент усиления выходных сигналов канала обужения.k is the gain of the output signals of the fencing channel.
Приведенный алгоритм обужения в зависимости от режима работы РЛС может быть реализован как в азимутальной, так и в угломестной плоскости.The presented algorithm of arming depending on the operating mode of the radar can be implemented both in the azimuthal and elevation plane.
Характеристики обужения приемной диаграммы направленностиCharacteristics of the focal pattern of the receiving radiation pattern
На фиг. 5 приведены:In FIG. 5 are given:
- приемопередающая диаграмма направленности антенны Σ (линия диаграммы направленности без разрывов -1).- transceiver antenna pattern Σ (radiation pattern line without gaps -1).
Ширина диаграммы направленности по уровню -3 дБ-Θ=3,5°;The width of the radiation pattern at the level of -3 dB-Θ = 3.5 °;
- диаграмма направленности обужения 2, 3, 4, 5 (пунктирная линия).- directivity pattern of
Диаграмма направленности обужения является суммой сигналов Σо, принятых диаграммами направленности двух лучей антенны, смещенных относительно друг друга на угол 8° и имеющие различные коэффициенты усиления «k».The directivity pattern of a train is the sum of the signals Σ о received by the directivity patterns of two antenna beams offset from each other by an angle of 8 ° and having different amplification factors "k".
Коэффициенты усиления сигналов для приведенных диаграмм составляют.Signal amplification factors for the given diagrams are.
- диаграмма Σ01-k1=1;- diagram Σ 01 -k 1 = 1;
- диаграмма Σ02-k2=5 дБ;- diagram Σ 02 -k 2 = 5 dB;
- диаграмма Σ03-k3=10 дБ;- diagram Σ 03 -k 3 = 10 dB;
- диаграмма Σ04-k4=15 дБ.- diagram Σ 04 -k 4 = 15 dB.
На графиках фиг. 6 приведены диаграммы обуженных приемных диаграмм, полученных по формуле:In the graphs of FIG. Figure 6 shows charts of tuned receiving charts obtained by the formula:
|Σоб|=|Σ|-k|Σо|.| Σ about | = | Σ | -k | Σ about |.
Из графика для обуженной диаграммы Σоб находим, что ширина диаграммы для k=15 дБ уменьшается более чем в 3 раза.The graph for the narrowing of the diagram of Σ find that width diagram for k = 15 dB is reduced by more than 3 times.
2. Многофункциональная радиолокационная станция для летательных аппаратов2. Multifunctional radar station for aircraft
Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано на самолетах и вертолетах.The invention relates to the field of radar and can be used on airplanes and helicopters.
Известны многофункциональные бортовые радиолокационные станции (БРЛС), которые устанавливают на магистральных самолетах всех классов для обнаружения грозовых фронтов и кучевой облачности, обзора земной поверхности в передней полусфере, для обнаружения наземных сооружений и определения береговой черты крупных водоемов.Multifunctional airborne radar stations (BRLS) are known, which are installed on long-range planes of all classes to detect thunderheads and cumulus clouds, to survey the earth's surface in the front hemisphere, to detect ground structures and to determine the coastline of large reservoirs.
Аналогами таких РЛС могут быть отечественные БРЛС «Градиент» и «Контур», устанавливаемые на самолеты типа «Як» и «Ту».Analogs of such radars can be domestic Gradient and Kontur radars installed on aircraft of the Yak and Tu type.
В качестве прототипа рассматривается многофункциональная радиолокационная станция для летательных аппаратов, приведенная в патенте на изобретение №2319173 от 10.03.2008 г.As a prototype, a multifunctional radar station for aircraft is described in the patent for invention No. 2319173 of 03/10/2008.
Многофункциональная БРЛС предназначена для работы в режимах обнаружения грозовых фронтов, обзора земной поверхности, определения береговой черты, обнаружения и определения высоты наземных препятствий.The multifunctional radar is designed to operate in detection modes of thunderstorm fronts, survey the earth's surface, determine the coastline, detect and determine the height of ground obstacles.
На фиг. 1 представлена блок схема многофункциональной радиолокационной станции прототипа, работающей в режиме обужения приемной диаграммы направленности.In FIG. 1 shows a block diagram of a multi-function radar station of the prototype operating in the mode of narrowing the receiving radiation pattern.
На фиг. 2 представлена развернутая структурная схема цифрового процессора сигналов 11 прототипа.In FIG. 2 presents a detailed structural diagram of a
1 - щелевая антенна;1 - slot antenna;
2 - передающее устройство;2 - transmitting device;
3 - циркулятор;3 - circulator;
4 - коммутатор приема;4 - reception switch;
5 - приемное устройство;5 - receiving device;
6 - аналого-цифровой процессор;6 - analog-to-digital processor;
7 - усилитель мощности;7 - power amplifier;
8 - модулятор;8 - modulator;
9 - синтезатор частот-синхронизатор;9 - frequency synthesizer-synchronizer;
10 - задающий генератор;10 - master oscillator;
11 - цифровой процессор сигналов;11 - digital signal processor;
12 - цифровой процессор данных;12 - digital data processor;
13 - индикатор;13 - indicator;
14 - СВЧ-приемник;14 - microwave receiver;
15 - усилитель промежуточной частоты;15 - intermediate frequency amplifier;
16 - АЦП;16 - ADC;
17 - датчик угла;17 - angle sensor;
18 - приемно-передающий блок, включающий в себя устройства 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 15 и 16;18 - transmitting and receiving unit, including
20 - устройство обужения;20 is a device for fencing;
21 - коммутатор;21 - switch;
22 - первое устройство памяти;22 - the first memory device;
23 - второе устройство памяти;23 - a second memory device;
24 - устройство разности;24 - difference device;
25 - первое устройство умножения25 is the first multiplication device
26 - второе устройство умножения.26 is a second multiplication device.
Многофункциональная БРЛС с приведенным составом аппаратуры обеспечивает решение перечисленных задач.A multifunctional radar with reduced equipment provides a solution to these problems.
Ниже дается описание взаимодействия и связей блоков и устройств, работающих при решении задачи обнаружения и определения высоты наземных препятствий при обужении приемной диаграммы направленности антенны.The following is a description of the interaction and relationships of blocks and devices working in solving the problem of detecting and determining the height of ground obstacles while narrowing the receiving antenna radiation pattern.
В режиме сканирования антенны в угломестной плоскости усилитель мощности 7 передающего устройства 2 усиливает высокочастотные импульсы «f», поступающие из синтезатора частот-синхронизатора 9, и через циркулятор 3 передает их в щелевую антенну 1. Щелевой антенной эти импульсы излучаются в пространство и распространяются в направлении, определяемом диаграммой направленности щелевой антенны. Стабильность несущей частоты «f» определяется задающим генератором 10. На выход модулятора 8 из синтезатора частот-синхронизатора 9 поступают импульсы запуска (Fп), которые формируются путем деления частоты сигнала «fг» задающего генератора 10. Длительность импульса также формируется в синтезаторе частот-синхронизаторе 9 путем использования периода сигнала «fг».In the scanning mode of the antenna in the elevation plane, the
Высокочастотный сигнал несущей частоты f также формируется синтезатором частот-синхронизатором. От задающего генератора 10 сигнал с частотой fг поступает в синтезатор частот-синхронизатор 9, умножается до частоты (f) и используется в качестве несущей частоты радиолокационного сигнала, излучаемого щелевой антенной 1.A high-frequency carrier frequency signal f is also generated by a frequency-synthesizer synthesizer. From the
Модулятор 8 осуществляет модуляцию высокочастотного сигнала «f» сформированными импульсами, поступающими в усилитель мощности 7 передающего устройства 2, имеющими заданную длительность (τ), а также период повторения (Тп), определяемый однозначной дальностью. С целью сокращения массы и габаритов аппаратуры применяется один приемный канал. При этом прием одновременно поступающих отраженных сигналов, принятых суммарной и разностной диаграммами, разделяется во времени коммутатором приема 4 таким образом, чтобы за время приема обуженным лучом суммарной диаграммы энергия сигнала, определяемая временем накопления, была достаточна для обнаружения препятствий с заданной вероятностью. Это время определяется частотой коммутации Fk коммутатора, задаваемой цифровым процессором данных 12.The
В процессе сканирования щелевой антенны 1 отраженные сигналы от объектов и поверхности принимаются щелевой антенной 1, в которой сигналы, принятые суммарной диаграммой через циркулятор 3 и коммутатор 4 поступают в приемное устройство 5. В СВЧ-приемнике 14 эти сигналы в смесителе приемника смешиваются с сигналом синтезатора частот-синхронизатором fc, в результате чего образуются сигналы промежуточной частоты fпр. Сигналы промежуточной частоты fпр поступают в аналого-цифровой процессор 6, где в усилителе промежуточной частоты УПЧ 15 усиливаются и поступают в аналого-цифровой преобразователь АЦП 16, управляемый с помощью синхросигнала fca, где преобразуются в цифровую форму. С выхода АЦП 16 сигналы поступают в устройство обужения 20 (см. фиг 2) цифрового процессора сигналов 11, синхронизуемого сигналом «fсп».In the process of scanning the
Далее сигналы суммарной диаграммы в устройстве обужения 20 поступают на коммутатор 21. С выхода коммутатора 21 сигналы поступают на первое устройство памяти UΣ 22.Next, the signals of the summary diagram in the
Поступающие отраженные сигналы и принятые разностной диаграммой щелевой антенны 1 непосредственно из щелевой антенны 1 поступают на коммутатор приема 4, и далее сигнал разностной диаграммы проходит аналогичную суммарному сигналу обработку. При такой обработке, коммутаторы 4 и 21 (с помощью сигнала Fk цифрового процессора 12) синхронно переключаются на последовательный прием, обработку и накопление сигналов в устройствах памяти 22 и 23 суммарной и разностной диаграммы направленности щелевой антенны 1.The incoming reflected signals and received by the difference diagram of the
Обужение суммарной диаграммы на прием производится в цифровом процессоре сигналов 11 в устройстве обужения 20 с помощью устройства разности 24, а также первого 25 и второго 26 устройств умножения, путем вычитания накопленных в каждом элементе дальности сигналов разностной диаграммы UΔ из сигналов в одноименных элементах дальности суммарной диаграммы UΣ. Перед вычитанием сигналов, сигналы разностной диаграммы UΔ поступают из второго устройства памяти 23 в первое устройство умножения 25, где умножаются на коэффициент усиления сигналов разностной диаграммы «K». Затем умноженный разностный сигнал KUΔ поступает в устройство разности 24, куда из первого устройства памяти 22 поступают сигналы суммарной диаграммы UΣ в одноименных элементах дальности.The summing diagram for reception is dubbed in the
В устройстве разности 24 производится вычитание усиленных сигналов разностной диаграммы из одноименных по дальности сигналов суммарной диаграммы |UΣ|-K|UΔ|=UΣобуж. Из устройства разности 24 сигналы поступают во второе устройство умножения 26, куда также поступают сигналы суммарной диаграммы из первого устройства памяти 22. Во втором устройстве умножения 26 производится умножение сигналов обуженной диаграммы на сигналы первичной суммарной диаграммы UΣобуж∗UΣ.In the device of
В результате умножения производится дополнительное обужение диаграммы, и уменьшаются боковые лепестки первичной обуженной диаграммы.As a result of the multiplication, the chart is additionally narrowed, and the side lobes of the primary narrowed diagram are reduced.
Сигналы из второго устройства умножения поступают в индикатор 13 в моменты прихода сигнала, отраженного от наземных препятствий, и отображающаяся в нем в координатах дальность - высота. Для этого в цифровом процессоре данных 12 по информации о дальности «Д», поступающей из цифрового процессора сигналов 11, и углу места «β» щелевой антенны 1, поступающей из датчика угла 17, определяется высота препятствия Нпр относительно опорной плоскости.The signals from the second multiplication device are received in the
Нпр=Но-Д∗β,Npr = Ho-D ∗ β,
где:Where:
Но - высота безопасного полета относительно опорной плоскости (плоскости безопасности);But - the height of the safe flight relative to the reference plane (safety plane);
Д - дальность до препятствия;D is the distance to the obstacle;
β - угол места антенны относительно горизонтальной плоскости проходящей через ось носителя.β is the elevation angle of the antenna relative to the horizontal plane passing through the axis of the carrier.
Измеренное значение высоты препятствий Нпр также поступает в индикатор 13.The measured value of the height of obstacles Npr also enters the
Для отображения РЛ информации значение дальности «Д» в индикатор 13 поступает из цифрового процессора сигналов 11.To display the radar information, the value of the range "D" in the
Недостатком приведенного прототипа многофункциональной радиолокационной станции является ограничение применения амплитудно суммарно-разностного способа для обужения приемной диаграммы в различных тактических условиях применения РЛС.The disadvantage of the prototype of a multifunctional radar station is the limitation of the use of the amplitude-total-difference method for narrowing the receiving diagram in various tactical conditions for the use of radar.
Это связано с применением разностной диаграммы направленности для обужения приемной диаграммы при определении высоты препятствий в режиме маловысотного полета, когда в два луча разностной диаграммы на одной дальности при крутом рельефе местности приходят отраженные сигналы, которые взаимно уничтожаются. Этот недостаток наиболее ярко проявляется при необходимости обужения приемной диаграммы при обнаружении наземных целей на фоне подстилающей поверхности, когда обужение диаграммы должно проводиться в азимутальной плоскости.This is due to the use of a difference radiation pattern to narrow the receiving pattern when determining the height of obstacles in the low-altitude flight mode, when reflected signals arrive at two rays of the difference pattern at the same distance with a steep terrain, which are mutually destroyed. This disadvantage is most clearly manifested when it is necessary to narrow the receiving chart when detecting ground targets against the underlying surface, when the chart is to be narrowed in the azimuthal plane.
Получение необходимой вероятности обнаружения малоразмерной цели на требуемой дальности в этом режиме обеспечивается путем получения необходимого соотношения сигналов отражений от цели и подстилающей поверхности за счет обужения приемной диаграммы.Obtaining the necessary probability of detecting a small target at the required range in this mode is provided by obtaining the necessary ratio of the reflection signals from the target and the underlying surface due to narrowing the receiving diagram.
При заданной длине волны излучения, апертуре антенны и разрешающей способности по дальности «Δr» дальность определяется соотношением:For a given radiation wavelength, antenna aperture, and range resolution Δr, the range is determined by the ratio:
гдеWhere
N - требуемое соотношение для получения дальности с заданной вероятностью;N is the required ratio to obtain the range with a given probability;
σц - эффективная площадь отражения от цели;σc is the effective area of reflection from the target;
σпов - эффективная отражающая площадь подстилающей поверхности;σпов - effective reflecting area of the underlying surface;
Ro - дальность до цели;Ro - range to the target;
Δr - линейный размер площади отраженной дальности;Δr is the linear size of the area of the reflected range;
Θ - угловой размер площади отражений по азимуту;Θ is the angular size of the reflection area in azimuth;
σо - удельный коэффициент отражения от поверхности.σо - specific reflection coefficient from the surface.
Из формулы следует, что эффективная площадь отражения в большой мере определяется угловым размером «Θ» диаграммы направленности антенны.It follows from the formula that the effective reflection area is largely determined by the angular size “Θ” of the antenna pattern.
При заданной вероятности обнаружения цели, дальность обнаружения «Ro» в первой степени зависит от углового размера диаграммы направленности антенны «Θ».For a given probability of target detection, the detection range of "Ro" in the first degree depends on the angular size of the antenna pattern "Θ".
Поэтому обужение диаграммы направленности антенны является главным фактором повышения характеристик обнаружения наземных и надводных неподвижных целей на фоне отражений от подстилающей поверхности.Therefore, narrowing the antenna pattern is the main factor in improving the detection characteristics of ground and surface stationary targets against reflections from the underlying surface.
Задачей изобретения является разработка средств многофункциональной БРЛС, обеспечивающих дополнительную функцию - обнаружение малоразмерных неподвижных наземных и надводных целей на фоне отражений от подстилающей поверхности, а также устранение ограничений применения обужения для измерения высоты препятствий с крутым рельефом в вертикальной плоскости.The objective of the invention is the development of multifunctional radar systems that provide an additional function - the detection of small-sized motionless ground and surface targets against reflections from the underlying surface, as well as the elimination of restrictions on the use of arcing to measure the height of obstacles with a steep topography in the vertical plane.
В предлагаемой многофункциональной БРЛС эти задачи решаются тем, что в БРЛС, состоящей из передатчика, приемника, циркулятора, синтезатора частот-синхронизатора, процессора сигналов, процессора данных, задающего генератора и индикатора вводится цифровая антенная решетка и блок управления лучом (БУЛ), с помощью которого кроме приемо-передающей диаграммы направленности известными методами формируется специальная диаграмма для обужения приемной диаграммы направленности.In the proposed multifunctional radar, these tasks are solved by the fact that in the radar, consisting of a transmitter, receiver, circulator, frequency synchronizer synthesizer, signal processor, data processor, master oscillator and indicator, a digital antenna array and a beam control unit (BUL) are introduced using which, in addition to the transmit-receive radiation pattern by known methods, a special diagram is formed to narrow the receive radiation pattern.
При этом в зависимости от режима работы БРЛС, формирование специальной диаграммы производится в азимутальной или наклонной плоскости.Moreover, depending on the operating mode of the radar, the formation of a special diagram is carried out in the azimuthal or inclined plane.
Для реализации задачи обужения приемной диаграммы с помощью специальной диаграммы обужения в цифровой процессор сигналов вводится устройство обужения приемной диаграммы. (см. фиг. 4)To implement the task of narrowing the receiver diagram using a special diagram of the train in the digital signal processor, a device for narrowing the receiver diagram is introduced. (see Fig. 4)
В отличие от прототипа, устройство обужения работает по алгоритмам разработанного нового способа обужения (см. раздел 1). Вместо амплитудного суммарно-разностного способа обужения (АСР), применяемого в прототипе, в предлагаемой многофункциональной БРЛС реализуется новый способ обужения, амплитудный суммарно-суммарно-разностный способ обужения (АССР).Unlike the prototype, the fencing device works according to the algorithms of the developed new fencing method (see section 1). Instead of the amplitude total-difference method of arming (ASR) used in the prototype, the proposed multifunctional radar implements a new method of arming, the amplitude total-difference method of arming (ASSR).
Обужение приемной диаграммы направленности выполняется в цифровом процессоре путем вычитания одноименных по дальности сигналов, принятых приемной диаграммой, сигналов, принятых специальной диаграммой обужения. Сигналы диаграммы обужения вычитаются с определенным весом, который определяет величину обужения приемной диаграммы.The focal of the receiving radiation pattern is performed in the digital processor by subtracting the signals of the same name received by the receiving diagram of the signals received by a special firing diagram. The signals of the fencing diagram are subtracted with a certain weight, which determines the magnitude of the fouling of the receiving diagram.
В заявляемой многофункциональной БРЛС решение задачи обнаружения неподвижных малоразмерных наземных и надводных целей на фоне отражений от подстилающей поверхности реализуется в одном из режимов обзора земной и водной поверхностей.In the claimed multifunctional radar, the solution to the problem of detecting motionless small-sized ground and surface targets against reflections from the underlying surface is realized in one of the viewing modes of the earth and water surfaces.
При работе БРЛС в обзоре во время сканирования луча антенны, формирование и работа диаграмм направленности производится через такт (период повторения «Tn»).When the radar is operating in the survey during the scanning of the antenna beam, the formation and operation of radiation patterns is performed through a clock cycle (repetition period “Tn”).
В первом периоде повторения излучаемого импульса передача и прием сигналов производится через приемо-передающую диаграмму направленности антенны. Во втором периоде повторения, излучение сигнала идет через приемо-передающую диаграмму, а прием сигналов идет через специальную диаграмму обужения. Далее процесс излучения и приема повторяются.In the first repetition period of the emitted pulse, the transmission and reception of signals is carried out through the transmit-receive antenna radiation pattern. In the second repetition period, the radiation of the signal goes through the transmit-receive diagram, and the reception of signals goes through a special firing diagram. Further, the process of emission and reception are repeated.
На выходе антенны сигналы двух каналов поступают на СВЧ приемник. После первичной обработки и преобразования сигналов на видеочастоту, сигналы каждого канала поступают в процессор. В процессоре они коммутируются, и сигналы каждого канала накапливаются в памяти процессора сигналов по дальности.At the antenna output, the signals of two channels are fed to a microwave receiver. After the initial processing and conversion of signals to a video frequency, the signals of each channel enter the processor. In the processor, they are switched, and the signals of each channel are accumulated in the memory of the signal processor in range.
При вторичной обработке сигналов, накопленных в памяти устройства обужения, из одноименных сигналов UΣ по дальности приемного канала, (приемной диаграммы антенны) вычитаются сигналы, принимаемые диаграммой обужения канала UΣo (диаграммы обужения антенны) по формуле:During the secondary processing of the signals stored in the memory of the firing device, the signals received by the firing diagram of the channel U Σo (firing diagram of the antenna) by the formula are subtracted from the same signals U Σ along the distance of the receiving channel (antenna receiving diagram) by the formula:
|UΣ|-K|UΣo|=|UΣоб|,| U Σ | -K | U Σo | = | U Σob |,
где:Where:
K - коэффициент усиления сигналов канала обужения.K is the gain of the channel signals.
Величина обуженного угла Θα приемной диаграммы при таком обужении определяется коэффициентом усиления «K» сигналов, принятых диаграммой обужения.The magnitude of the narrowed angle Θα of the receiving diagram with such a narrowing is determined by the gain "K" of the signals received by the narrowing diagram.
Значение коэффициента «K» принимается компромиссным решением между величиной обуженного угла и допустимыми потерями мощности принимаемого сигнала.The value of the coefficient "K" is taken by a compromise between the value of the narrowed angle and the allowable power loss of the received signal.
Дополнительное обужение суммарной диаграммы и снижение уровня боковых лепестков диаграммы направленности обеспечивается путем умножения сигналов первичной приемо-передающей диаграммы на сигналы обуженной диаграммы.Additional narrowing of the total pattern and a decrease in the level of the side lobes of the radiation pattern is achieved by multiplying the signals of the primary transceiver diagram by the signals of the narrowed pattern.
|UΣ|∗|UΣоб|=|U∗ Σоб|| U Σ | ∗ | U Σob | = | U ∗ Σob |
В результате таких операций при сканировании луча антенны по углу азимута выделяются сигналы отражений от целей в координатах дальность - азимут и выдаются на индикатор.As a result of such operations, when scanning the antenna beam along the azimuth angle, the reflection signals from the targets are allocated in the range-azimuth coordinates and are displayed on the indicator.
На фиг. 3 представлена блок-схема предлагаемой многофункциональной радиолокационной станции.In FIG. 3 is a block diagram of a proposed multifunctional radar station.
На фиг. 4 представлена развернутая структурная схема цифрового процессора сигналов 11.In FIG. 4 shows a detailed block diagram of a
В предлагаемую многофункциональную радиолокационную станцию входят:The proposed multifunctional radar station includes:
1 - антенна;1 - antenna;
2 - передающее устройство;2 - transmitting device;
3 - циркулятор;3 - circulator;
4 - блок управления лучом (БУЛ);4 - beam control unit (BUL);
5 - приемное устройство;5 - receiving device;
6 - аналого-цифровой процессор;6 - analog-to-digital processor;
7 - усилитель мощности;7 - power amplifier;
8 - модулятор;8 - modulator;
9 - синтезатор частот-синхронизатор;9 - frequency synthesizer-synchronizer;
10 - задающий генератор;10 - master oscillator;
11 - цифровой процессор сигналов;11 - digital signal processor;
12 - цифровой процессор данных;12 - digital data processor;
13 - индикатор;13 - indicator;
14 - СВЧ-приемник;14 - microwave receiver;
15 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ);15 - intermediate frequency amplifier (UPCH);
16 - АЦП;16 - ADC;
17 - СВЧ-приемник;17 - microwave receiver;
18 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ);18 - intermediate frequency amplifier (UPCH);
19 - АЦП;19 - ADC;
20 - устройство обужения;20 is a device for fencing;
21 - коммутатор;21 - switch;
22 - первое устройство памяти;22 - the first memory device;
23 - второе устройство памяти;23 - a second memory device;
24 - устройство разности;24 - difference device;
25 - первое устройство умножения;25 is a first multiplication device;
26 - второе устройство умножения.26 is a second multiplication device.
Предлагаемая многофункциональная БРЛС с приведенным составом аппаратуры обеспечивает решение перечисленных задач прототипа, а также решает дополнительную задачу - обнаружение малоразмерной неподвижной наземной и надводной цели на фоне отражений от подстилающей поверхности.The proposed multifunctional radar with the reduced composition of the equipment provides a solution to the listed problems of the prototype, and also solves the additional problem of detecting a small-sized motionless ground and surface targets against reflections from the underlying surface.
Поставленная задача решается тем, что используется цифровая фазированная антенная решетка, введен блок управления лучом 4, в приемное устройство 5 введен второй приемный канал, состоящий из СВЧ приемника 17, усилителя промежуточной частоты УПЧ 18 и аналого-цифрового процессора 19.The problem is solved in that a digital phased antenna array is used, a
Ниже дается описание взаимодействия и связей блоков и устройств, работающих при решении задачи обнаружения наземных и надводных целей.The following is a description of the interaction and relationships of blocks and devices working in solving the problem of detecting ground and surface targets.
Для передачи излучающих импульсов в антенну вход выход антенны 1 через циркулятор 3 соединен с выходом усилителя мощности 7 передающего устройства 2.To transmit radiating pulses to the antenna, the input of the output of the
Для приема сигналов приемной диаграммы направленности антенны 1 вход-выход антенны 1 через циркулятор 3 соединен с первым входом приемного устройства 5 на вход СВЧ приемника 14.To receive the signals of the receiving radiation pattern of the
Для приема сигналов диаграммы направленности для обужения приемной диаграммы второй выход антенны 1 соединен со вторым входом приемного устройства 5 на вход СВЧ приемника 17 второго приемного канала.To receive the radiation pattern signals to narrow the receiving pattern, the second output of the
Для формирования запускающих и синхронизирующих сигналов выход задающего генератора 10 соединен с первым входом синтезатора - частот синхронизатора 9.To generate triggering and synchronizing signals, the output of the
Для запуска передающего устройства первый выход синтезатора частот-синхронизатора 9 по сигналу запуска Fn соединен с первым входом передающего устройства 2 на вход модулятора 8, а для формирования излучаемого СВЧ сигнала f, второй выход синтезатора частот-синхронизатора 9 соединен со вторым входом передающего устройства 2 на вход усилителя мощности 7.To start the transmitting device, the first output of the
Для формирования промежуточной частоты принимаемого сигнала fпр третий выход синтезатора частот-синхронизатора 9 по сигналу гетеродинной частоты fc соединен с третьим входом приемного устройства на два входа СВЧ приемников 14 и 17.To form an intermediate frequency of the received signal f pr, the third output of the frequency-
Для формирования сигналов дискретизации аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 6 восьмой выход синтезатора частот-синхронизатора 9 по сигналу частоты fca соединен с четвертым входом приемного устройства 5 на два входа АЦП 16 и АЦП 19, а для синхронизации работы цифрового процессора сигналов 11 седьмой выход синтезатора 9 по сигналу тактовой частоты fcn соединен со вторым входом цифрового процессора сигналов 11.To generate the sampling signals of an analog-to-digital converter (ADC) 6, the eighth output of the
Для синхронизации работы цифрового процессора данных 12, пятый выход синтезатора частот-синхронизатора 9, по сигналу fnd соединен с первым входом цифрового процессора данных 12.To synchronize the operation of the
Для управления режимами синтезатора частот-синхронизатора 9 второй выход цифрового процессора данных 12 соединен со вторым входом синтезатора частот-синхронизатора 9.To control the modes of the synthesizer of the
Для коммутации сигналов в цифровом процессоре сигналов 11, в режиме обужения приемной диаграммы направленности, шестой выход синтезатора частот-синхронизатора 9 по сигналу «Fk» соединен с третьим входом цифрового процессора сигналов 11.For switching signals in a
Для синхронизации временной последовательности формирования диаграмм направленности антенны 1 четвертый выход синтезатора частот-синхронизатора 9 соединен с первым входом блока управления лучом 4.To synchronize the time sequence for generating
Для управления параметрами и режимами антенны 1 первый выход цифрового процессора данных 12 соединен со вторым входом блока управления лучом 4.To control the parameters and modes of the
Для коммутации диаграмм направленности цифровой антенной решетки четвертый выход синтезатора частот-синхронизатора 9 соединен с первым входом блока управления лучом 4.For switching the radiation patterns of the digital antenna array, the fourth output of the frequency-
Для управления режимами работы и выдачи исходных параметров четвертый выход цифрового процессора данных 12 соединен с четвертым входом цифрового процессора сигналов 11 (по специальному интерфейсу в соответствии с ГОСТ).To control the operating modes and output the initial parameters, the fourth output of the
Для приема и обработки радиолокационной информации входы 1а и 1б процессора сигналов 11, по специальному интерфейсу соединены с выходами 1а и 1б приемного устройства 5 с выходов АЦП 16 и АЦП 19, а для отображения РЛ информации выход цифрового процессора сигналов 11 соединен с первым входом индикатора 13.To receive and process radar information, the inputs 1a and 1b of the
Для обужения приемной диаграммы направленности в цифровом процессоре сигналов 11 устройство обужения состоит из коммутатора 21, первого устройства памяти 22, второго устройства памяти 23, устройства разности 24, первого устройства умножения 25 и второго устройства умножения 26. Накопление сигналов в первом 22 или втором 23 устройствах памяти производится через коммутатор 21, на вход которого подаются сигналы из аналого-цифрового процессора сигналов 6 приемного устройства 5.To narrow the receiving radiation pattern in the
При этом выходы приемного устройства 5 соединены со входами коммутатора 21.While the outputs of the receiving
Для коммутации принятых сигналов приемным устройством 5 коммутатором 21 в устройстве обужения 20 выход 6 синтезатора частот-синхронизатора 9 соединен со входом 3 процессора сигналов 11.To switch the received signals by the receiving
Первый выход коммутатора 21 соединен со входом первого устройства памяти 22, второй выход коммутатора 21 соединен со входом второго устройства памяти 23, выход первого устройства памяти 22 соединен с первым входом устройства разности 24 и вторым входом второго устройства умножения 26, выход второго устройства памяти 23 соединен с первым устройством умножения 25, выход которого соединен со вторым входом устройства разности 24, выход которого соединен с первым входом второго устройства умножения 26, для отображения РЛ информации выход второго устройства умножения соединен с первым входом индикатора 13.The first output of the
Для управления режимами работы индикатора третий выход процессора данных 12 соединен со вторым входом индикатора 13.To control the operation modes of the indicator, the third output of the
БРЛС в режиме обнаружения наземных и надводных целей работает следующим образом.Radar in the detection mode of ground and surface targets works as follows.
В режиме сканирования луча антенны в азимутальной плоскости усилитель мощности 7 передающего устройства 2 усиливает высокочастотные импульсы «f», поступающие из синтезатора частот-синхронизатора 9, и через циркулятор 3 передает их в антенну 1. Антенной эти импульсы излучаются в пространство и распространяются в направлении, определяемом передающей диаграммой направленности антенны 1. Стабильность несущей частоты «f» определяется задающим генератором 10. На вход модулятора 8 из синтезатора частот-синхронизатора 9 поступают импульсы запуска (Fn), которые формируется путем деления частоты сигнала «fr» задающего генератора 10.In the scanning mode of the antenna beam in the azimuthal plane, the
Длительность импульса также формируется в синтезаторе частот-синхронизаторе 9 путем использования периода сигнала «fr».The pulse duration is also formed in the
Высокочастотный сигнал несущей частоты f также формируется синтезатором частот-синхронизатором. От задающего генератора 10 сигнал с частотой fr поступает в синтезатор частот-синхронизатор 9, умножается до частоты f и используется в качестве несущей частоты радиолокационного сигнала, излучаемого антенной 1.A high-frequency carrier frequency signal f is also generated by a frequency-synthesizer synthesizer. From the
Модулятор 8 осуществляет модуляцию высокочастотного сигнала «f» сформированными импульсами, поступающими в усилитель мощности 7 передающего устройства 2, имеющими заданную длительность (τ), а также период повторения (Тп), определяемый однозначной дальностью.The
В процессе сканирования лучом антенны 1 излучение и прием отраженных сигналов меняется через такт по времени равный периоду повторения «Тп». В первом периоде повторения излучение и прием производится через приемо-передающую антенну 1.In the process of scanning the beam of the
Отраженные сигналы от целей и поверхности принимаются антенной 1, в которой сигналы, принятые приемной диаграммой через циркулятор 3 поступают в двухканальное приемное устройство 5. В СВЧ приемнике 14 эти сигналы в смесителе приемника смешиваются с сигналом синтезатора частот-синхронизатором fc, в результате чего образуются сигналы промежуточной частоты fnp. Сигналы промежуточной частоты fnp поступают в аналого-цифровой процессор 6, где в усилителе промежуточной частоты УПЧ 15 усиливаются и поступают в аналого-цифровой преобразователь АЦП 16, управляемый с помощью синхросигнала fca, где преобразуются в цифровую форму. С выхода АЦП 16 сигналы поступают в устройство обужения 20 цифрового процессора сигналов 11, синхронизуемого сигналом «fcn».The reflected signals from the targets and the surface are received by the
Прохождение сигнала по второму приемному каналу через СВЧ приемник 17, УПЧ 18 и АЦП 19 происходит аналогично прохождению через СВЧ приемник 14, УПЧ 15 и АЦП 16.The passage of the signal through the second receiving channel through the
Для формирования промежуточной частоты fпр в СВЧ приемники 14 и 17 поступает гетеродинный сигнал fc, поступающий из синтезатора частот-синхронизатора 9. АЦП 16 и АЦП 19 работают с тактовой частотой (синхросигналом) fса, поступающей из синтезатора частот-синхронизатора 9.To form an intermediate frequency f pr, the heterodyne signal f c coming from the synthesizer of the
Далее сигналы приемной диаграммы в устройстве обужения 20 поступают на коммутатор 21. С выхода коммутатора 21 сигналы поступают на первое устройство памяти UΣ 22.Next, the signals of the reception diagram in the
Во втором периоде повторения «Тп» излучение производится через передающую диаграмму направленности антенны 1, а прием производится через специально сформированную диаграмму обужения по сигналу «Fk», выдаваемому из синтезатора частот-синхронизатора 9 в блок управления лучом 4, и цифровой процессор сигналов 11 для коммутации устройства памяти. Такой процесс передачи приема повторяется.In the second “Tp” repetition period, the radiation is produced through the transmitting radiation pattern of the
Отраженные сигналы, принятые специальной диаграммой обужения «UΣо», на все время обзора антенны 1 поступают в приемное устройство 5, и далее сигнал UΣо диаграммы обужения проходит аналогичную обработку сигналов UΣ, принятых приемной диаграммой, и поступает в устройство памяти 22. При такой обработке коммутатор 21 (с помощью сигнала Fk синтезатора частот-синхронизатора 9) переключает на последовательный прием, обработку и накопление сигналов в устройствах памяти 22 и 23 приемной диаграммы и диаграммы обужения антенны 1. Обужение приемной диаграммы производится в цифровом процессоре сигналов 11 в устройстве обужения 20 с помощью устройства разности 24, а также первого 25 и второго 26 устройств умножения, путем вычитания накопленных в каждом элементе дальности сигналов диаграммы обужения UΣo из сигналов в одноименных элементах дальности приемной диаграммы UΣ. Перед вычитанием сигналов, сигналы диаграммы обужения UΣо поступают из второго устройства памяти 23 в первое устройство умножения 25, где умножаются на коэффициент усиления сигналов диаграммы обужения «K». Затем умноженный сигнал обужения KUΣo поступает в устройство разности 24, куда из первого устройства памяти 22 поступают сигналы приемной диаграммы UΣ в одноименных элементах дальности.The reflected signals received by the special “U Σо ” wiring diagram , for the entire time the
В устройстве разности 24 производится вычитание усиленных сигналов диаграммы обужения из одноименных по дальности сигналов приемной диаграммы |UΣ|-K|UΣо|=UΣоб. Из устройства разности 24 сигналы поступают во второе устройство умножения 26, куда также поступают сигналы приемной диаграммы из первого устройства памяти 22. Во втором устройстве умножения 26 производится умножение сигналов обуженной диаграммы на сигналы первичной суммарной диаграммы UΣоб·UΣ.In the device of
В результате умножения производится дополнительное обужение диаграммы, и уменьшаются боковые лепестки первичной обуженной диаграммы.As a result of the multiplication, the chart is additionally narrowed, and the side lobes of the primary narrowed diagram are reduced.
Технический результатTechnical result
Технический результат заключается в возможности обнаружения и повышении дальности обнаружения неподвижных наземных и надводных малоразмерных целей (типа танк, катер) обнаруживаемых на фоне подстилающей поверхности (земля, море) в многофункциональных радиолокационных станциях, где по условиям размещения на летательных аппаратах не удается применить антенну с апертурой необходимой для получения узкого луча. Реализация данного изобретения, учитывая прямую зависимость дальности обнаружения от величины угла диаграммы направленности, позволяет, меняя коэффициенты усиления «K» сигналов, принятых диаграммой обужения, повысить дальность обнаружения наземных неподвижных целей на фоне отражений от подстилающей поверхности пропорционально величине обужения угла.The technical result consists in the possibility of detecting and increasing the detection range of motionless ground and surface small targets (such as a tank, boat) found on the background of the underlying surface (land, sea) in multifunctional radar stations, where according to the conditions of placement on aircraft it is not possible to use an antenna with an aperture necessary to get a narrow beam. The implementation of this invention, taking into account the direct dependence of the detection range on the magnitude of the angle of the radiation pattern, allows, by changing the gain "K" of the signals received by the firing pattern, to increase the detection range of ground stationary targets against the background of reflections from the underlying surface in proportion to the focal angle.
В разделе 1 показаны варианты обужения и возможность обужения луча более чем в 3 раза, которое соответственно позволяет увеличить дальность обнаружения так же более чем в 3 раза.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014122041/08A RU2599932C2 (en) | 2014-05-30 | 2014-05-30 | Method for sharpening receiving antenna directional pattern and multifunctional radar station for aircrafts implementing said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014122041/08A RU2599932C2 (en) | 2014-05-30 | 2014-05-30 | Method for sharpening receiving antenna directional pattern and multifunctional radar station for aircrafts implementing said method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014122041A RU2014122041A (en) | 2015-12-10 |
| RU2599932C2 true RU2599932C2 (en) | 2016-10-20 |
Family
ID=54843137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014122041/08A RU2599932C2 (en) | 2014-05-30 | 2014-05-30 | Method for sharpening receiving antenna directional pattern and multifunctional radar station for aircrafts implementing said method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2599932C2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4760399A (en) * | 1985-05-31 | 1988-07-26 | Ant Nachrichtentechnik Gmbh | Method for generating antenna follow-up signals |
| US5241318A (en) * | 1992-05-29 | 1993-08-31 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method and apparatus of generating sum or difference signals corresponding to an apparent beam in a monopulse radar system |
| RU2297014C1 (en) * | 2005-08-05 | 2007-04-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт измерительных приборов" (ОАО "НИИИП") | Mode of detection of an object's trajectory |
| RU2319173C1 (en) * | 2006-08-17 | 2008-03-10 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" | Multi-functional radiolocation station for aircrafts |
| RU2496120C2 (en) * | 2011-12-30 | 2013-10-20 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон - научно-исследовательский институт радиостроения" | Multifunctional multirange scalable radar system for aircraft |
| RU2507647C1 (en) * | 2012-08-03 | 2014-02-20 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" | Controlled beamwidth phased antenna array |
-
2014
- 2014-05-30 RU RU2014122041/08A patent/RU2599932C2/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4760399A (en) * | 1985-05-31 | 1988-07-26 | Ant Nachrichtentechnik Gmbh | Method for generating antenna follow-up signals |
| US5241318A (en) * | 1992-05-29 | 1993-08-31 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method and apparatus of generating sum or difference signals corresponding to an apparent beam in a monopulse radar system |
| RU2297014C1 (en) * | 2005-08-05 | 2007-04-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт измерительных приборов" (ОАО "НИИИП") | Mode of detection of an object's trajectory |
| RU2319173C1 (en) * | 2006-08-17 | 2008-03-10 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" | Multi-functional radiolocation station for aircrafts |
| RU2496120C2 (en) * | 2011-12-30 | 2013-10-20 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон - научно-исследовательский институт радиостроения" | Multifunctional multirange scalable radar system for aircraft |
| RU2507647C1 (en) * | 2012-08-03 | 2014-02-20 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" | Controlled beamwidth phased antenna array |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014122041A (en) | 2015-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108398677B (en) | Three-coordinate continuous wave one-dimensional phase scanning unmanned aerial vehicle low-altitude target detection system | |
| Skolnik | Introduction to radar | |
| Kulpa | Signal processing in noise waveform radar | |
| EP3039447B1 (en) | Radar system and associated apparatus and methods | |
| US10317521B2 (en) | Frequency diversity pulse pair determination for mitigation of radar range-doppler ambiguity | |
| Zohuri | Radar energy warfare and the challenges of stealth technology | |
| CN101464512B (en) | Spacing synchronization process for satellite-machine double-base SAR system | |
| CN115754924B (en) | Satellite distributed short wave radar system and space target detection method | |
| US3714651A (en) | Non cooperative collision avoidance system | |
| Skolnik | An introduction and overview of radar | |
| Samczyński et al. | Trial results on bistatic passive radar using non-cooperative pulse radar as illuminator of opportunity | |
| Zohuri et al. | Fundaments of Radar | |
| RU2319173C1 (en) | Multi-functional radiolocation station for aircrafts | |
| CN101943753B (en) | Method for measuring microwave radar beam central transverse velocity | |
| RU2402034C1 (en) | Radar technique for determining angular position of target and device for realising said method | |
| RU2643168C2 (en) | Method of height, aircraft actual velocity and aircraft velocity vector inclination measurement in relation to horizon, on-board radar device using method | |
| RU2444753C1 (en) | Radio monitoring method of air objects | |
| RU2510685C2 (en) | Synthetic-aperture and quasicontinuous radiation radar station | |
| RU2531255C1 (en) | Airborne vehicle radar system | |
| RU2599932C2 (en) | Method for sharpening receiving antenna directional pattern and multifunctional radar station for aircrafts implementing said method | |
| Zhao et al. | Using sky-wave echoes information to extend HFSWR's maximum detection range | |
| RU141506U1 (en) | ON-BOARD RADAR STATION FOR AIRPLANE WEAPON CONTROL SYSTEM | |
| US3213451A (en) | Airborne contour-sensing radar | |
| Yavari et al. | Radar principles | |
| Fabrizio et al. | Passive radar in the high frequency band |