RU2723299C1 - Способ построения радиолокационной станции - Google Patents

Способ построения радиолокационной станции Download PDF

Info

Publication number
RU2723299C1
RU2723299C1 RU2019136399A RU2019136399A RU2723299C1 RU 2723299 C1 RU2723299 C1 RU 2723299C1 RU 2019136399 A RU2019136399 A RU 2019136399A RU 2019136399 A RU2019136399 A RU 2019136399A RU 2723299 C1 RU2723299 C1 RU 2723299C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
antenna
receiving
radar
transmitting
signals
Prior art date
Application number
RU2019136399A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Владимирович Задорожный
Алексей Александрович Косогор
Александр Юрьевич Ларин
Алексей Вадимович Литвинов
Максуд Мурад оглы Мусаев
Иван Степанович Омельчук
Алексей Сергеевич Трекин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС")
Priority to RU2019136399A priority Critical patent/RU2723299C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2723299C1 publication Critical patent/RU2723299C1/ru

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/04—Systems determining presence of a target
    • 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
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • 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
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • 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
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • 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
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/56—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds for presence detection
    • 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
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • 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
    • G01S13/66—Radar-tracking systems; Analogous systems
    • 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
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к радиолокации и предназначено для построения радиолокационных станций (РЛС) различного назначения, например управления воздушным движением, метеорологических и т.д. Технический результат - сокращение времени обзора пространства. Указанный результат достигается за счет того, что излучают зондирующий сигнал и принимают отраженные сигналы антенной системой (АС) в виде плоской фазированной антенной решетки (ФАР), устанавливают АС на опорно-поворотное устройство (ОПУ), устанавливают антенные элементы ФАР на передние панели многоканальных приемопередающих модулей (ППМ) с шагом между ними по вертикали и горизонтали, определяемым требуемым сектором электронного сканирования, соответственно, в вертикальной и горизонтальной плоскостях, соединяют каждый антенный элемент с антенным входом-выходом одного из каналов многоканального ППМ, формируют антенное полотно ФАР из многоканальных ППМ, устанавливая их рядом друг с другом таким образом, чтобы поверхности их передних панелей были расположены в одной плоскости, а расстояние между антенными элементами сохранялось неизменным в вертикальной и горизонтальной плоскостях. В режиме передачи формируют зондирующий сигнал, в передающей части каждого приемопередающего канала (ППК) изменяют фазу зондирующего сигнала с помощью фазовращателя и усиливают в твердотельном усилителе мощности таким образом, чтобы в пространстве формировалась передающая диаграмма направленности (ДН) игольчатой или веерообразной формы, ширина которой определяется требуемым угловым размером зоны обнаружения РЛС. В режиме приема в каждом ППК усиливают принимаемые сигналы, преобразуют их по частоте, сигналы с выходов каналов преобразуют в цифровую форму, при этом используют полученные отсчеты для формирования многолучевой приемной ДН, каждый луч которой имеет игольчатую форму, а соседние лучи перекрываются по уровню половинной мощности, причем ширина приемной ДН соответствует ширине передающей ДН, выполняют обнаружение объектов, измерение их дальности и угловых координат с использованием моноимпульсного метода обработки сигналов каждой из соседних пар приемных лучей, при этом для сканирования в ограниченном секторе по азимуту используют электронную перестройку приемной и передающей ДН при неподвижной антенной системе, а для кругового обзора по азимуту используют вращение АС с помощью ОПУ. 4 ил.

Description

Изобретение относится к радиолокационной технике, а именно к способам построения радиолокационных станций (РЛС) и может быть использовано в РЛС различного назначения, например, управления воздушным движением, метеорологических и т.д.
Известен способ построения РЛС [1 - стр. 661, рис. 13.44, Справочник по радиолокации. / Под ред. М.И. Сколника. М.: Техносфера. 2014 г. книга 1. - 672 с.], при котором устанавливают антенну в виде плоской фазированной антенной решетки (ФАР), состоящую из М приемопередатчиков и М горизонтальных антенных линеек, расположенных одна над другой, на вращающееся опорно-поворотное устройство, устанавливают в каждую антенную линейку по N антенных элементов, объединяют их через делитель мощности, ко входу которого подключают антенный вход-выход одного из приемопередатчиков. Выход формирователя зондирующего сигнала соединяют с делителем мощности, выходы которого соединяют со входами приемопередатчиков, в передающей части каждого приемопередатчика устанавливают фазовращатель и твердотельный усилитель мощности зондирующего сигнала.
К недостаткам известного способа следует отнести:
- использование в антенной решетке (АР) пассивных линеек излучателей, излучатели которых объединяются с помощью сумматора-делителя мощности, что в режиме передачи вызывает потери выходной излучаемой мощности, а в режиме приема ухудшает чувствительность приемной части ФАР, что ведет к уменьшению дальности действия РЛС. Оценка параметров РЛС с использованием известного решения с пассивными линейками показывает, что при использовании фазовращателей с величиной потерь от 0,5 до 1 дБ, делителей с потерями 0,5 дБ, фидеров с потерями 0,2 дБ и разъемов, обеспечивающих соединение фидеров, с потерями 0,2 дБ, общие потери сигнала составят от 1,4 до 1,9 дБ. Это соответствует снижению мощности выходного сигнала в режиме передачи в интервале от 1,38 до 1,55 раз, ту же величину составит ухудшение чувствительности в режиме приема. Оценка снижение дальности действия РЛС с помощью уравнения дальности при радиолокации [2 - стр. 8, Мищенко Ю.А. Зоны обнаружения. М: Воениздат. 1963. - 96 с.] показывает, что уменьшение дальности действия РЛС при одновременном уменьшении выходной мощности и ухудшения минимальной принимаемой мощности Pr0 в интервале от 1,38 до 1,55 раз (от 17,5% до 24,5%).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ построения РЛС [3 - стр. 25-27, рис. 2.3, Кузьмин С.З. Цифровая радиолокация. Введение в теорию. Киев. 2000 г. - 420 с.], принятый за прототип, заключающийся в том, что излучают зондирующий сигнал и принимают отраженные сигналы антенной системой в виде неподвижной плоской фазированной антенной решетки, при этом формируют антенную решетку из подрешеток, в каждой из которых антенные элементы соединяют через фазовращатель с сумматором подрешетки, который в режиме передачи используют как делитель мощности, формируют в режиме передачи зондирующий сигнал, усиливают его по мощности, распределяют его на подрешетки, при этом устанавливают направление передающего луча путем изменения фазы зондирующего сигнала с помощью фазовращателей подрешеток. В режиме приема суммируют принимаемые сигналы в подрешетках с помощью сумматоров подрешеток, усиливают их, преобразуют по частоте, преобразуют в цифровую форму и формируют приемную диаграмму направленности (ДН) путем весового суммирования отсчетов сигналов с выхода подрешеток. При выполнении радиолокационного обзора производят сканирование максимумами передающей и приемной ДН фазированной антенной решетки в заданной зоне обзора и выполняют обнаружение отраженных сигналов в отсчетах приемной диаграммы направленности, формируют радиолокационные данные обнаруженных объектов, выполняют оценку численных значений координат объектов и параметров траектории объектов.
К недостаткам прототипа следует отнести:
- использование в антенной решетке пассивных подрешеток, антенные элементы которых объединяются с помощью сумматора-делителя мощности, что в режиме передачи вызывает потери выходной излучаемой мощности, а в режиме приема ухудшает чувствительность приемной части АР, что ведет к уменьшению дальности действия РЛС. Оценка параметров РЛС с использованием известного решения с пассивными линейками показывает, что при использовании фазовращателей с величиной потерь от 0,5 до 1 дБ, делителей с потерями 0,5 дБ, фидеров с потерями 0,2 дБ и разъемов, обеспечивающих соединение фидеров, с потерями 0,2 дБ, общие потери передаваемого сигнала в режиме передачи и принимаемого сигнала в режиме приема составят от 1,4 до 1,9 дБ (в интервале от 1,38 до 1,55 раз). При этом уменьшение дальности действия РЛС составит от 17,5% до 24,5%;
- использование передающего луча только игольчатой формы, что значительно увеличивает время обзора в случае, если заданный угол обзора в угломестной плоскости ϕАЗ превышает ширину передающей ДН в угломестной плоскости ΔϕАЗ. При этом время обзора увеличивается в ϕАЗ/ΔϕАЗ раз, поскольку необходимо выполнять обзор несколько раз с разным угловым направлением максимума ДН в угломестной плоскости.
Технической проблемой, на решение которой направлен предлагаемый способ, является увеличение дальности действия радиолокационной станции.
Для решения указанной технической проблемы предлагается способ построения радиолокационной станции, при котором излучают зондирующий сигнал и принимают отраженные сигналы антенной системой в виде плоской фазированной антенной решетки, формируют в режиме передачи зондирующий сигнал, усиливают его по мощности, при этом устанавливают направление максимума передающей диаграммы направленности путем изменения фазы зондирующего сигнала с помощью фазовращателей, а в режиме приема усиливают принимаемые сигналы, преобразуют по частоте, преобразуют в цифровую форму и формируют приемную ДН путем весового суммирования полученных отсчетов, при выполнении радиолокационного обзора производят сканирование максимумами передающей и приемной диаграмм направленности фазированной антенной решетки в заданной зоне обзора и выполняют обнаружение отраженных от объектов сигналов по отсчетам принимаемого сигнала, формируют радиолокационные данные обнаруженных объектов, выполняют оценку численных значений координат объектов и параметров траектории объектов.
Согласно изобретению, устанавливают антенную систему на опорно-поворотное устройство, устанавливают антенные элементы фазированной антенной решетки на передние панели многоканальных приемопередающих модулей с шагом между ними по вертикали и горизонтали, определяемым требуемым сектором электронного сканирования, соответственно, в вертикальной и горизонтальной плоскостях, соединяют каждый антенный элемент с антенным входом-выходом одного из каналов многоканального приемопередающего модуля, формируют антенное полотно фазированной антенной решетки из многоканальных приемопередающих модулей, устанавливая их рядом друг с другом таким образом, чтобы поверхности их передних панелей были расположены в одной плоскости, а расстояние между антенными элементами сохранялось неизменным в вертикальной и горизонтальной плоскостях, при этом в режиме передачи в передающей части каждого приемопередающего канала изменяют фазу зондирующего сигнала с помощью фазовращателя и усиливают в твердотельном усилителе мощности таким образом, чтобы в пространстве формировалась передающая диаграмма направленности игольчатой или веерообразной формы, ширина которой определяется требуемым угловым размером зоны обнаружения радиолокационной станции, в режиме приема в каждом приемопередающем канале усиливают принимаемые сигналы и преобразуют их по частоте, сигналы с выходов приемопередающих каналов преобразуют в цифровую форму, при этом используют полученные отсчеты для формирования многолучевой приемной диаграммы направленности, каждый луч которой имеет игольчатую форму, а соседние лучи перекрываются по уровню половинной мощности, причем ширина приемной диаграммы направленности соответствует ширине передающей диаграммы направленности, при обнаружении объектов, измерении их дальности и угловых координат, используют моноимпульсный метод обработки сигналов каждой из соседних пар приемных лучей, при этом для сканирования в ограниченном секторе по азимуту используют электронную перестройку приемной и передающей диаграмм направленности при неподвижной антенной системе, а для кругового обзора по азимуту используют вращение антенной системы с помощью опорно-поворотного устройства.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является сокращаение времени обзора пространства.
Проведенный сравнительный анализ предлагаемого способа и прототипа показывает, что их отличие заключается в следующем:
- в прототипе фазированная антенная решетка разделена на пассивные подрешетки, внутри подрешеток каждый антенный элемент соединяют через фазовращатель с сумматором подрешетки, который в режиме передачи используют как делитель мощности. В то время как в предлагаемом способе антенный элемент соединен со входом-выходом одного из приемопередающих каналов многоканального приемопередающего модуля. Такое построение сокращает потери выходной мощности зондирующего сигнала и снижает коэффициент шума приемной части, по сравнению с прототипом, что ведет к увеличению дальности действия РЛС;
- в прототипе используется один усилитель мощности зондирующего сигнала, сигнал с выхода которого делят по числу подрешеток, распределяют на подрешетки, в которых, в свою очередь, сигнал делится по числу антенных элементов. В то же время в предлагаемом способе в каждом приемопередающем канале установлен твердотельный усилитель мощности;
- в прототипе используется передающий луч только игольчатой формы, что значительно увеличивает время обзора, в случае если заданный угол обзора в угломестной плоскости ϕАЗ превышает ширину передающей ДН в угломестной плоскости ΔϕАЗ. В то же время в предлагаемом способе в зависимости от углового размера зоны обнаружения радиолокационной станции, кроме игольчатой формы может использоваться более широкая веерообразная форма ДН, что обеспечивает снижение времени обзора за счет перекрытия, например, всего заданного угломестного угла обзора за один оборот ФАР. При использовании веерообразной формы передающей ДН число лучей многолучевой приемной ДН выбирается таким, чтобы ширина приемной ДН соответствовала угломестной ширине передающей ДН;
- в прототипе используется неподвижная ФАР, при этом сектор обзора РЛС по азимуту и углу места ограничен сектором обзора ФАР. Типичным значением сектора обзора является ±45°…±60°, т.е для кругового обзора пространства требуется три или четыре неподвижных ФАР, что значительно увеличивает стоимость РЛС. В то время как в предлагаемом способе используется опорно-поворотное устройство, что обеспечивает работу РЛС или в режиме секторного сканирования с помощью электронного перемещения ДН при неподвижной ФАР, или в режиме кругового сканировании пространства по азимуту за счет механического вращения ФАР, что значительно снижает стоимость РЛС.
Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого способа построения РЛС из литературы не известно, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.
На фиг. 1. приведена структурная схема устройства, обеспечивающего реализацию предложенного способа.
На фиг. 2. приведена структурная схема системы управления и цифрового диаграммообразования.
На фиг. 3. приведена структурная схема преобразователя частоты.
На фиг. 4. приведена структурная схема модуля управления и цифровой обработки сигналов.
При реализации предложенного способа выполняют следующую последовательность действий:
- излучают зондирующий сигнал и принимают отраженные сигналы антенной системой в виде плоской фазированной антенной решетки -1,
- устанавливают антенные элементы фазированной антенной решетки на передние панели многоканальных приемопередающих модулей с шагом между ними по вертикали и горизонтали, определяемым требуемым сектором электронного сканирования, соответственно, в вертикальной и горизонтальной плоскостях, соединяют каждый антенный элемент с антенным входом-выходом одного из каналов многоканального приемопередающего модуля - 2;
- формируют антенное полотно фазированной антенной решетки из многоканальных приемопередающих модулей, устанавливая их рядом друг с другом таким образом, чтобы поверхности их передних панелей были расположены в одной плоскости, а расстояние между антенными элементами сохранялось неизменным в вертикальной и горизонтальной плоскостях -3;
- устанавливают антенную систему на опорно-поворотное устройство - 4;
- в режиме передачи формируют зондирующий сигнал, усиливают его по мощности в передающей части каждого приемопередающего канала, устанавливают направление максимума передающей диаграммы направленности путем изменения фазы зондирующего сигнала с помощью фазовращателей, при этом в передающей части каждого приемопередающего канала изменяют фазу зондирующего сигнала с помощью фазовращателя и усиливают в твердотельном усилителе мощности таким образом, чтобы в пространстве формировалась передающая диаграмма направленности игольчатой или веерообразной формы, ширина которого определяется требуемым угловым размером зоны обнаружения радиолокационной станции - 5;
- в режиме приема усиливают принимаемые сигналы и преобразуют их по частоте в каждом приемопередающем канале, преобразуют в цифровую форму сигналы с выходов приемопередающих каналов, при этом используют полученные отсчеты для формирования многолучевой приемной диаграммы направленности, формируют приемную диаграмму направленности путем весового суммирования полученных отсчетов, каждый луч которой имеет игольчатую форму, а соседние лучи перекрываются по уровню половинной мощности, причем ширина приемной диаграммы направленности соответствует ширине передающей диаграммы направленности - 6;
- при выполнении радиолокационного обзора производят сканирование максимумами передающей и приемной диаграмм направленности фазированной антенной решетки в заданной зоне обзора, выполняют обнаружение от объектов сигналов по отсчетам принимаемого сигнала, формируют радиолокационные данные обнаруженных объектов, выполняют оценку численных значений координат объектов и параметров траектории объектов, при этом измерение их дальности и угловых координат выполняют с использованием моноимпульсного метода обработки сигналов каждой из соседних пар приемных лучей - 7;
- для сканирования в ограниченном секторе по азимуту используют электронную перестройку приемной и передающей диаграмм направленности при неподвижной антенной системе, а для кругового обзора по азимуту используют вращение антенной системы с помощью опорно-поворотного устройства - 8.
Предложенный способ предназначен для построения РЛС с антенной системой в виде активной фазированной антенной решетки (ФАР), обеспечивающей работу в режиме секторного сканирования с помощью электронного перемещения ДН при неподвижной ФАР, или в режиме кругового сканировании пространства по азимуту за счет механического вращения ФАР на опорно-поворотном устройстве.
Реализация предложенного способа построения РЛС возможна, например, с помощью устройства, включающего в себя (фиг. 1) ФАР 1, блок управления (БУ) 2, первый управляющий выход которого подключен к управляющему входу ФАР 1, второй управляющий выход - ко входу управления опорно-поворотного устройства (ОПУ) 3, третий управляющий выход - к управляющему входу блока обработки радиолокационной информации (БОРЛИ) 4, а вход - к выходу БОР ЛИ 4.
ФАР 1 включает в себя М приемопередающих модулей (ППМ) 5, систему формирования и распределения сигналов (СФРС) 6 и систему управления и цифрового диаграммообразования (СУЦДО) 7.
СФРС 6 имеет М выходов зондирующего сигнала (ЗС), соединенных со входами ЗС ППМ 5, М выходов дискретизации (Fд), соединенных со входами дискретизации ППМ 5, М выходов гетеродина (Fгeт), соединенных с гетеродинными входами ППМ 5.
ППМ 5 содержат N приемопередающих каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные фазовращатель (ФВ) 8, вход которого является зондирующим входом канала, твердотельный усилитель мощности (УМ) 9, циркулятор 10, вход-выход которого соединен с антенным элементом (АЭ) 11, к выходу циркулятора 10 подключены последовательно соединенные малошумящий усилитель (МШУ) 12, преобразователь частоты (ПРЧ) 13, гетеродинный вход которого является гетеродинным входом канала, а выход промежуточной частоты (ПЧ) является выходом ПЧ канала. Управляющие входы ПРЧ 13, УМ 9 и ФВ 8 являются соответственно первым, вторым и третьим управляющим входом канала.
ППМ 5 также содержит первый делитель мощности ДМ1 14, выходы которого соединены с зондирующими входами каналов, а вход является зондирующим входом ППМ 5, второй делитель мощности ДМ2 15, выходы которого соединены с гетеродинными входами каналов, а вход является гетеродинным входом ППМ 5, модуль управления и цифровой обработки сигналов (МУЦОС) 16, вход дискретизации которого является входом дискретизации ППМ 5. Выход данных МУЦОС 16 является выходом данных ППМ 5 и соединен с одним из М входов данных СУЦДО 7, управляющий вход МУЦОС 16 является управляющим входом ППМ 5 и соединен с одним из М управляющих выходов СУЦДО 7. Первый, второй и третий управляющие выходы МУЦОС 16 соединены соответственно с первым, вторым и третьим управляющими входами каналов.
Выход данных СУЦДО 7 соединен со входом данных БОРЛИ 4, а его M+1-й управляющий выход соединен с управляющим входом СФРС 6.
СУЦДО 7 (фиг. 2) имеет K формирователей 17 по числу формируемых лучей, каждый из которых содержит М каналов, при этом входы m-ных каналов в формирователях 17 объединены. Каждый канал формирователя 17 содержит перемножитель 18, первый вход которого является входом канала, ко второму входу подключен выход постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 19, а выход перемножителя 18 является выходом канала и подключен к одному из М входов цифрового сумматора 20, выход которого подключен к одному из L входов интерфейса (И) 21. Выход интерфейса 21 является выходом СУЦДО 7. Устройство управления (УУ) 22, вход которого является управляющим входом СУЦДО 7, имеет М+1 управляющих выходов, которые являются управляющими выходами СУЦДО 7. Все блоки СУЦДО 7 могут быть выполнены, в зависимости от числа ППМ 5 и числа формируемых лучей К, в виде одной или нескольких программируемых логических интегральных схем (ПЛИС).
ПРЧ 13 (фиг. 3) представляет собой последовательно соединенные смеситель (СМ) 23, вход которого является входом ПРЧ 13, а гетеродинный вход - гетеродинным входом ПРЧ 13 и усилитель промежуточной частоты (УПЧ) 24, выход которого является выходом промежуточной частоты (ПЧ) ПРЧ 13, а управляющий вход - управляющим входом ПРЧ 13.
МУЦОС 16 (фиг. 4) содержит N аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 25, входы которых являются входами ПЧ МУЦОС 16, тактовые входы соединены с выходами третьего делителя мощности ДМ3 26, вход которого является входом дискретизации МУЦОС 16. Выходы АЦП 25 соединены со входами данных блока управления и обработки (БУО) 27. Первый, второй и третий управляющие выходы БУО 27 являются соответственно первым, вторым и третьим управляющими выходами МУЦОС 16. Выход данных и управляющий вход БУО 27 являются соответственно выходом данных и управляющим входом МУЦОС 16. БУО 27 может быть выполнен в виде ПЛИС.
СФРС 6 представляет собой три синтезатора частоты, обеспечивающих формирование зондирующего сигнала ЗС, сигнала тактовой частоты дискретизации Fд, и сигнала гетеродина Fгет. При этом могут быть использованы, например, синтезаторы из [4 - стр. 142-143. Mini-Circuits. RF & Microwave components guide. 2010]. Сформированные в синтезаторах сигналы разветвляются на М выходов с помощью делителей мощности [4- стр. 136 -140].
Первый, второй и третий делители мощности ДМ1 14, ДМ2 15 и ДМ3 26 могут быть выполнены на основе готовых делителей [4- стр. 136 -140].
БОРЛИ 4 представляет собой ЭВМ, обеспечивающую обработку отсчетов сигнала по заданному алгоритму.
БУ 2 представляет собой ЭВМ, обеспечивающую управление работой устройств ФАР 1, ОПУ 3 и БОРЛИ 4, а также отображение результатов радиолокационной обработки.
ОПУ 3 обеспечивает вращение ФАР 1 в азимутальной плоскости и может быть выполнено на основе опорно-поворотного круга с подшипником и червячного вала с электромотором.
РЛС выполняет обзор пространства путем сканирования по азимуту за счет электронного перемещения передающей и приемной ДН при неподвижной ФАР 1 или механическим вращением ФАР 1 с помощью ОПУ 3. В первом случае сектор сканирования по азимуту определяется максимальным сектором сканирования ФАР 1, а во втором случае сектор сканирования по азимуту равен 360°.
В каждом азимутальном положении ДН в режиме передачи формируют передающую ДН игольчатой или веерообразной формы с помощью ФАР 1, ширина ДН определяется требуемым угловым размером зоны обнаружения радиолокационной станции. Так, при большом секторе обзора в угломестной плоскости ДН может иметь веерообразную форму в угломестной плоскости. Формирование передающей ДН производится путем установки в ППМ 5 из состава ФАР 1 требуемых фазовых и амплитудных соотношений регулировкой сдвига фазы зондирующего сигнала ЗС в фазовращателях 8 и коэффициента усиления твердотельных усилителей мощности УМ 9.
Для плоской прямоугольной ФАР 1, апертура которой содержит Nx АЭ 11, установленных вдоль координаты X на расстоянии dx, и Ny АЭ 11, установленных вдоль координаты Y, на расстоянии dy, диаграмма направленности F(ϕ,θ) определяется как [3 - с. 27-28]:
Figure 00000001
где
Figure 00000002
Figure 00000003
где Аxm, Ayn - весовые коэффициенты амплитудного распределения в твердотельных УМ 9, соединенных с АЭ 11, которые расположены вдоль координат X и Y соответственно;
ψxm, ψyn - весовые коэффициенты фазового распределения, представленные в виде фазовых сдвигов в фазовращателях 8, соединенных через твердотельный УМ 9 и циркулятор 10 с АЭ 11, которые расположены вдоль координат X и Y соответственно.
Для обзорных РЛС веерообразная ДН может иметь косекансную форму [5 - рис. 5.1 - Бакулев П.А. Радиолокационные системы. М. Радиотехника. 2004. 320 с]. Такая форма ДН формируется путем установки соответствующих амплитудных и фазовых коэффициентов в твердотельных усилителях мощности УМ 9 и фазовращателях 8, например, как описано в [6 - Лопатенко Э.В., Марусич А.А. Диаграмма направленности антенны cosec с низким уровнем боковых лепестков. //Радиотехника. 2006. №12. с. 49-53.].
После усиления зондирующего сигнала ЗС в твердотельных УМ 9 он поступает на подключенный к этому каналу антенный элемент (АЭ) 11.
После излучения зондирующего сигнала ЗС ФАР 1 переходит в режим приема.
В режиме приема принимаемые отраженные сигналы с выходов АЭ 11 в каждом ППМ 5 проходят через циркулятор 10, усиливаются в МШУ 12, преобразуются по частоте в ПРЧ 13 и представляются в виде цифровых отсчетов Smn(tK) в момент с помощью АЦП 25. Полученные отсчеты в БУО 27
преобразуются в последовательный код и передаются в СУЦДО 7.
Из полученных цифровых отсчетов формируют приемную многолучевую в угломестной плоскости ДН с лучами игольчатой формы путем взвешенного суммирования в СУЦДО 7. Отсчеты i-го луча с направлением максимума ϕi, θi вычисляются путем умножения цифрового потока с каждого АЦП 25 Smn(t) в перемножителях 18 на весовой коэффициент Wmn(ϕi, θi) из ПЗУ 19 и суммирования в цифровом сумматоре 20. Диаграмма направленности для г-го приемного луча имеет вид
Figure 00000004
где
Figure 00000005
Число лучей L определяется шириной передающей ДН и шириной одного луча. Так, при использовании передающей ДН веерообразной формы в угломестной плоскости, лучи приемной многолучевой ДН имеют игольчатую форму и расположены в угломестной плоскости, при этом направления их максимумов обеспечивает перекрытие соседних лучей по уровню половинной мощности. Ширина приемной диаграммы направленности в угломестной плоскости соответствует ширине передающей ДН.
Сформированные отсчеты К приемных лучей с выходов формирователей 17 поступают в интерфейс 21, где преобразуются в последовательную форму и в виде последовательных кодов передаются в БОРЛИ 4, где в каждой из соседних пар сформированных приемных лучей выполняют обнаружение объектов по отраженным сигналам, измерение их дальности и угломестных координат, соответствующих угломестному положению тех приемных лучей, в которых они были обнаружены [3, с. 144-151, 174-177].
Выполняют оценку параметров траектории объектов [3, с. 183-185] и оценку характеристик объектов [3, с. 331-333].
Предлагаемый способ построения РЛС обеспечивает следующие преимущества по сравнению с прототипом:
- увеличивает дальность действия РЛС. В прототипе ФАР разделена на пассивные подрешетки, внутри подрешеток каждый антенный элемент соединяют через фазовращатель с сумматором подрешетки, который в режиме передачи используют как делитель мощности. В то время как в предлагаемом способе АЭ 11 соединен линией связи минимальной длины со входом-выходом одного из приемопередающего канала многоканального ППМ 5. Такое построение сокращает потери выходной мощности зондирующего сигнала и снижает коэффициент шума приемной части ППМ 5, что ведет к увеличению дальности действия РЛС на 17,5…24,5% по сравнению с прототипом.
- увеличение надежности работы РЛС. В прототипе используется один усилитель мощности зондирующего сигнала, сигнал с выхода которого делят по числу подрешеток, распределяют на подрешетки, в которых, в свою очередь, сигнал делится по числу антенных элементов. Такое построение прототипа приводит к сильной зависимости надежности РЛС от надежности единственного усилителя мощности. В то же время в предлагаемом способе в каждом приемопередающем канале установлен твердотельный усилитель мощности УМ 9 и отказ нескольких из них при большом числе каналов не приводит к значительному изменению параметров РЛС в целом;
- в прототипе используется передающий луч игольчатой формы, что значительно увеличивает время обзора, в случае если заданный угол обзора в угломестной плоскости ϕАЗ превышает ширину передающей ДН в угломестной плоскости ΔϕАЗ. При этом время обзора увеличивается в ϕАЗ/ΔϕАЗ раз, поскольку необходимо выполнять обзор пространства построчным сканированием, т.е. за несколько оборотов ФАР 1 с разным углом наклона ДН в угломестной плоскости. В то время как в предлагаемом способе кроме игольчатой может использоваться веерообразная форма ДН, что обеспечивает снижение времени обзора за счет перекрытия всего заданного угломестного угла обзора за один оборот ФАР 1. При использовании веерообразной формы передающей ДН число лучей многолучевой приемной ДН выбирается таким, чтобы угломестная ширина приемной ДН соответствовала угломестной ширине передающей ДН;
- в прототипе используется неподвижная ФАР 1, при этом сектор обзора РЛС по азимуту ограничен возможностью ее электронного сканирования. Типичным значением сектора обзора является ±45°…±60°, т.е для кругового обзора пространства требуется три или четыре неподвижных ФАР, что значительно увеличивает стоимость РЛС. В то время как в предлагаемом способе используется опорно-поворотное устройство, что обеспечивает работу РЛС или в режиме секторного сканирования с помощью электронного перемещения ДН при неподвижной ФАР 1, или в режиме кругового сканировании пространства по азимуту за счет механического вращения ФАР 1, с помощью ОПУ 3, что значительно снижает стоимость РЛС.
Работоспособность предлагаемого способа была проверена на макете устройства (фиг. 1). Испытания показали совпадение полученных характеристик с расчетными.

Claims (1)

  1. Способ построения радиолокационной станции, при котором излучают зондирующий сигнал и принимают отраженные сигналы антенной системой в виде плоской фазированной антенной решетки, в режиме передачи формируют зондирующий сигнал, усиливают его по мощности, при этом устанавливают направление максимума передающей диаграммы направленности путем изменения фазы зондирующего сигнала с помощью фазовращателей, а в режиме приема усиливают принимаемые сигналы, преобразуют по частоте, преобразуют в цифровую форму и формируют приемную диаграмму направленности путем весового суммирования полученных отсчетов, при выполнении радиолокационного обзора производят сканирование максимумами передающей и приемной диаграмм направленности фазированной антенной решетки в заданной зоне обзора и выполняют обнаружение отраженных от объектов сигналов по отсчетам принимаемого сигнала, формируют радиолокационные данные обнаруженных объектов, выполняют оценку численных значений координат объектов и параметров траектории объектов, отличающийся тем, что устанавливают антенную систему на опорно-поворотное устройство, устанавливают антенные элементы фазированной антенной решетки на передние панели многоканальных приемопередающих модулей с шагом между ними по вертикали и горизонтали, определяемым требуемым сектором электронного сканирования, соответственно, в вертикальной и горизонтальной плоскостях, соединяют каждый антенный элемент с антенным входом-выходом одного из каналов многоканального приемопередающего модуля, формируют антенное полотно фазированной антенной решетки из многоканальных приемопередающих модулей, устанавливая их рядом друг с другом таким образом, чтобы поверхности их передних панелей были расположены в одной плоскости, а расстояние между антенными элементами сохранялось неизменным в вертикальной и горизонтальной плоскостях, при этом в режиме передачи в передающей части каждого приемопередающего канала изменяют фазу зондирующего сигнала с помощью фазовращателя и усиливают в твердотельном усилителе мощности таким образом, чтобы в пространстве формировалась передающая диаграмма направленности игольчатой или веерообразной формы, ширина которой определяется требуемым угловым размером зоны обнаружения радиолокационной станции, в режиме приема в каждом приемопередающем канале усиливают принимаемые сигналы и преобразуют их по частоте, сигналы с выходов приемопередающих каналов преобразуют в цифровую форму, при этом используют полученные отсчеты для формирования многолучевой приемной диаграммы направленности, каждый луч которой имеет игольчатую форму, а соседние лучи перекрываются по уровню половинной мощности, причем ширина приемной диаграммы направленности соответствует ширине передающей диаграммы направленности, при обнаружении объектов, измерении их дальности и угловых координат используют моноимпульсный метод обработки сигналов каждой из соседних пар приемных лучей, при этом для сканирования в ограниченном секторе по азимуту используют электронную перестройку приемной и передающей диаграмм направленности при неподвижной антенной системе, а для кругового обзора по азимуту используют вращение антенной системы с помощью опорно-поворотного устройства.
RU2019136399A 2019-11-12 2019-11-12 Способ построения радиолокационной станции RU2723299C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019136399A RU2723299C1 (ru) 2019-11-12 2019-11-12 Способ построения радиолокационной станции

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019136399A RU2723299C1 (ru) 2019-11-12 2019-11-12 Способ построения радиолокационной станции

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2723299C1 true RU2723299C1 (ru) 2020-06-09

Family

ID=71067282

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019136399A RU2723299C1 (ru) 2019-11-12 2019-11-12 Способ построения радиолокационной станции

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2723299C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2744210C1 (ru) * 2020-08-07 2021-03-03 Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина" (ПАО "НПО "Алмаз") Радиолокационная станция обнаружения малоразмерных целей
RU2774214C1 (ru) * 2021-05-31 2022-06-16 Сергей Евгеньевич Мищенко Способ построения системы диаграммообразования приемной цифровой антенной решетки
CN117075039A (zh) * 2023-10-17 2023-11-17 中国人民解放军63921部队 一种基于波束簇的目标捕获方法及装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012026804A (ja) * 2010-07-21 2012-02-09 Toyota Motor Corp レーダ装置
RU2507647C1 (ru) * 2012-08-03 2014-02-20 Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" Фазированная антенная решетка с управляемой шириной диаграммы направленности
EP2422332B1 (de) * 2009-04-22 2015-12-16 Conti Temic microelectronic GmbH Verfahren zur klassifizierung eines objekts als hindernis
RU2642453C1 (ru) * 2017-01-17 2018-01-25 Акционерное общество "НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод имени Коминтерна" (АО "НПО НИИИП-НЗиК") Способ радиолокационного обзора пространства
RU2666763C1 (ru) * 2017-09-11 2018-09-12 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Способ обзора пространства
RU2670980C1 (ru) * 2017-12-28 2018-10-26 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Многофункциональный бортовой радиолокационный комплекс
US20190056492A1 (en) * 2017-08-15 2019-02-21 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Method for monitoring a surrounding area of a vehicle-trailer combination, monitoring device, driver assistance system and vehicle-trailer combination

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2422332B1 (de) * 2009-04-22 2015-12-16 Conti Temic microelectronic GmbH Verfahren zur klassifizierung eines objekts als hindernis
JP2012026804A (ja) * 2010-07-21 2012-02-09 Toyota Motor Corp レーダ装置
RU2507647C1 (ru) * 2012-08-03 2014-02-20 Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" Фазированная антенная решетка с управляемой шириной диаграммы направленности
RU2642453C1 (ru) * 2017-01-17 2018-01-25 Акционерное общество "НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод имени Коминтерна" (АО "НПО НИИИП-НЗиК") Способ радиолокационного обзора пространства
US20190056492A1 (en) * 2017-08-15 2019-02-21 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Method for monitoring a surrounding area of a vehicle-trailer combination, monitoring device, driver assistance system and vehicle-trailer combination
RU2666763C1 (ru) * 2017-09-11 2018-09-12 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Способ обзора пространства
RU2670980C1 (ru) * 2017-12-28 2018-10-26 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Многофункциональный бортовой радиолокационный комплекс

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КУЗЬМИН С.З. Цифровая радиолокация. Введение в теорию. Киев, 2000, с.25-27, рис.2.3. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2744210C1 (ru) * 2020-08-07 2021-03-03 Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина" (ПАО "НПО "Алмаз") Радиолокационная станция обнаружения малоразмерных целей
RU2774214C1 (ru) * 2021-05-31 2022-06-16 Сергей Евгеньевич Мищенко Способ построения системы диаграммообразования приемной цифровой антенной решетки
RU2808952C1 (ru) * 2023-06-06 2023-12-05 Акционерное общество "Машиностроительное конструкторское бюро "Факел" имени академика П.Д.Грушина Способ радиолокации целей
CN117075039A (zh) * 2023-10-17 2023-11-17 中国人民解放军63921部队 一种基于波束簇的目标捕获方法及装置
CN117075039B (zh) * 2023-10-17 2024-03-19 中国人民解放军63921部队 一种基于波束簇的目标捕获方法及装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10281571B2 (en) Phased array antenna using stacked beams in elevation and azimuth
EP2857857B1 (en) Digital active array radar
JP7224174B2 (ja) 電子装置およびレーダー制御方法
CN100590449C (zh) 雷达装置
US10908254B2 (en) Traveling-wave imaging manifold for high resolution radar system
US20180083357A1 (en) 1d phased array antenna for radar and communications
RU2298267C1 (ru) Многолучевая активная фазированная антенная решетка
US20110221625A1 (en) Agile-Beam Radar Notably for the Obstacle 'Sense and Avoid' Function
CN103558594A (zh) 基于机载设备的相控阵波束合成方法
RU2723299C1 (ru) Способ построения радиолокационной станции
RU2507647C1 (ru) Фазированная антенная решетка с управляемой шириной диаграммы направленности
RU2546999C1 (ru) Короткоимпульсный радиолокатор с электронным сканированием в двух плоскостях и с высокоточным измерением координат и скорости объектов
US20050046607A1 (en) Ultra high resolution radar with active electronically scanned antenna (AESA)
RU2402034C1 (ru) Радиолокационный способ определения углового положения цели и устройство для его реализации
CN117613555A (zh) 一种x波段智能圆环阵列天线技术
RU2610833C1 (ru) Способ обзора пространства
RU2697194C1 (ru) Способ построения активной фазированной антенной решётки
RU2666763C1 (ru) Способ обзора пространства
RU2545168C2 (ru) Многофункциональная станция помех
RU2621680C1 (ru) Способ обзора пространства
RU2730120C1 (ru) Способ построения активной фазированной антенной решетки
Lim et al. Shifting MIMO SAR system for high-resolution wide-swath imaging
RU2765873C1 (ru) Способ обзора пространства
RU2713621C1 (ru) Способ построения радиолокационного запросчика
RU2717258C1 (ru) Способ построения активной фазированной антенной решетки