RU2793083C1 - Навигационный радиооптический групповой поляризационно-анизотропный отражатель кругового действия - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радионавигации, а именно к навигационным радиооптическим групповым поляризационно-анизотропным отражателям кругового действия. Технический результат - расширение функциональных возможностей в радиолокационном диапазоне волн, обусловленное всенаправленной в горизонтальной плоскости работой указанного отражателя на волнах с круговыми поляризациями левого или правого вращения. Результат достигается тем, что предложенный отражатель кругового действия представляет собой групповой радиолокационный отражатель, содержащий восемь трехгранных уголковых отражателей с равными треугольными гранями, шесть из которых расположены вокруг вертикальной оси, проходящей через их вершины, и формируют круговую в горизонтальной плоскости диаграмму рассеяния в радиолокационном диапазоне волн, причем для придания им поляризационно-анизотропных свойств две боковые треугольные грани каждого из шести трехгранных уголковых отражателей выполнены металлическими, а третья грань выполнена в виде горизонтальной поляризационной решетки, состоящей из параллельных металлических проводников. 4 ил.

Description

Изобретение относится к навигации и может использоваться на внутренних водных путях в составе плавучих буев для обозначения фарватера или кромки судоходного канала одновременно в радиолокационном и оптическом диапазонах волн.

Известно [1-3], что в радиолокационном диапазоне волн для увеличения радиолокационной дальности видимости плавучих буев на них устанавливаются радиолокационные трехгранные уголковые отражатели (УО). Известно также [2,3], что для получения круговой (всенаправленной) в горизонтальной плоскости диаграммы обратного рассеяния сигналов судовых РЛС трехгранные УО объединяются в группы из четырех, шести или восьми трехгранных УО с треугольными отражающими гранями. При этом под диаграммой обратного рассеяния (или индикатрисой обратного рассеяния) понимается зависимость эффективной поверхности рассеяния (ЭПР)

отражателя от его ориентации относительно судовой РЛС в двух взаимно перпендикулярных горизонтальной и вертикальной плоскостях [2].

Известен навигационный групповой радиолокационный отражатель с круговой (всенаправленной) в горизонтальной плоскости, диаграммой обратного рассеяния, состоящий из восьми трехгранных УО с равными треугольными металлическими или металлизированными взаимно перпендикулярными отражающими гранями [2, 3]. При этом фазовые центры рассеяния всех трехгранных УО, входящих в группу, совпадают и находятся в их вершинах, а плоскости раскрывов отдельных трехгранных УО образуют топовую фигуру в виде октаэдра [2]. Максимальная ЭПР

основного (главного) лепестка диаграммы обратного рассеяния каждого из УО, входящих в группу, с треугольной формой граней одинаковых размеров в направлении электрической оси, проходящей через фазовый центр рассеяния перпендикулярно плоскости раскрыва, определяется по формуле [2]

где

- размер ребра УО в [м],

- длина волны, излучаемой РЛС в [м].

Ширина основного лепестка диаграммы обратного рассеяния

на уровне 0,5

относительно электрической оси в горизонтальной

и вертикальной

плоскостях равна [2]

Причем фазовый центр рассеяния УО всегда располагается в его вершине независимо от поляризации падающей волны и ракурса облучения [2].

Недостаток группового радиолокационного отражателя с треугольной формой граней одинаковых размеров заключается в ограниченных функциональных возможностях в радиолокационном диапазоне волн. Этот недостаток обусловлен тем, что трехгранный УО, входящий в группу и составленный из взаимно перпендикулярных металлических или металлизированных треугольных граней, как известно из [2, 3], является поляризационно-изотропным объектом, матрица рассеяния (МР) которого имеет вид

где

- максимальная ЭПР трехгранного УО, определяемая его линейными размерами и длиной волны (1) при облучении его линейно поляризованной волной.

Такой трехгранный УО, входящий в группу, эффективно отражает электромагнитные волны любой линейной поляризации и при отражении не меняет поляризацию падающей линейно поляризованной волны [2, 3].

В тоже время волны круговой поляризации при отражении от УО изменяют направление вращения, т. е. становятся ортогонально поляризованными [2, 3]. Поэтому все волны линейной поляризации являются собственными поляризациями для поляризационно-изотропного объекта и имеют максимальную ЭПР

. А волны, поляризованные по левому или правому кругу, являются волнами нулевой поляризации и имеют для этих изотропных объектов нулевую ЭПР и поэтому невидимы для радиолокаторов, работающих на волнах круговой поляризации при параллельном приеме [2, 3].

Кроме того, такой групповой радиолокационный отражатель работает только в радиолокационном диапазоне волн, выполняя только функции пассивного отражателя электромагнитных волн, и не работает в оптическом диапазоне волн, так как не выполняет функции подачи светосигнального огня в навигационных целях.

Известен одиночный радиолокационный УО, обладающий поляризационно-анизотропными свойствами [4]. Этот радиолокационный УО содержит трехгранный УО с взаимно перпендикулярными треугольными гранями, две боковые грани из которых выполнены в виде недеполяризующей металлической или металлизированной отражающей поверхности, а третья нижняя треугольная грань выполнена в виде горизонтально расположенной поляризационной решетки, состоящей из параллельных между собой круглых проводников (или проводящих круглых стержней), расстояние b между которыми меньше рабочей длины волны

а их диаметр d меньше b. При этом горизонтально расположенные проводники (стержни) установлены перпендикулярно к биссектрисе прямого угла этой третьей грани и параллельны её нижнему ребру, совпадающему с горизонтальной плоскостью. Такой радиолокационный УО является поляризационно-анизотропным объектом, МР которого имеет вид [3]

где

- максимальная ЭПР поляризационно-анизотропного трехгранного УО при облучении его горизонтально поляризованной волной.

Поляризационно-анизотропный радиолокационный УО, имеющий МР (4), максимально эффективно отражает электромагнитные линейно поляризованные волны в плоскости, согласованной со структурой горизонтально параллельно ориентированных проводников поляризационной решетки. Т.е. когда вектор напряженности электрического поля падающей волны совпадает с ориентацией поляризационной решетки. Размеры d и b выбираются такими [4], чтобы поляризационная решетка хорошо пропускала радиоволны с вектором поляризации, ортогональным проводникам и эффективно отражала радиоволны с вектором поляризации, параллельным проводникам. Поэтому положение вектора поляризации, соответствующее максимуму ЭПР

, считается горизонтальным, а минимуму ЭПР – вертикальным [4].

Таким образом, размещение поляризационной решетки из горизонтальных проводников на нижней грани трехгранного УО придает ему поляризационно-анизотропные свойства направленного действия и позволяет эффективно работать на волнах не только горизонтальной, но и на волнах двух круговых поляризаций. Последнее обусловлено тем, что для них горизонтально поляризованная составляющая падающей волны круговой поляризации будет успешно отражаться от поляризационной решетки УО и после трехкратного отражения от треугольных граней отраженная волна будет распространяться в направлении, обратном направлению падения и поэтому будут видимы для радиолокаторов, работающих на волнах круговой поляризации. Причем ЭПР на круговых поляризациях будет на 3 дБ меньше из-за поляризационных потерь [2].

Недостаток радиолокационного УО, обладающего поляризационно-анизотропными свойствами [4], заключается в ограниченных функциональных возможностях, обусловленных тем, что он работает только в радиолокационном диапазоне волн и не работает в оптическом диапазоне волн, так как не способен обеспечить подачу светосигнальных огней в навигационных целях. Кроме того, этот радиолокационный УО не обладает всенаправленной в горизонтальной плоскости диаграммой обратного рассеяния, что ограничивает его практическое использование в составе навигационных буев.

Известен радиолокационный групповой отражатель кругового (всенаправленного) в горизонтальной плоскости действия [3], обладающий поляризационно-анизотропными свойствами. Групповой отражатель содержит восемь трехгранных УО с равными треугольными металлическими или металлизированными взаимно перпендикулярными отражающими гранями. При этом фазовые центры рассеяния всех трехгранных УО, входящих в группу, совпадают и находятся в их вершинах. Для получения всенаправленной в горизонтальной плоскости диаграммы рассеяния групповой отражатель располагают так, чтобы шесть трехгранных УО, входящих в группу, располагались вокруг вертикальной оси, проходящей через их фазовые центры рассеяния, которые и формируют всенаправленную в горизонтальной плоскости диаграмму рассеяния при облучении их судовой РЛС с любых направлений. Для придания поляризационно-анизотропных свойств шести трехгранным УО, формирующим круговую диаграмму рассеяния, в их раскрывы размещались проволочные трансформаторы поляризации, представляющие собой сетку из параллельных проволок [3]. Действие проволочного трансформатора сводится к тому, что произвольным образом поляризованная волна, падающая на УО, может быть разложена на две составляющие: параллельную проволокам и нормальную к ним. Параметры проволок (шаг и толщина) выбираются такими, что «параллельная» составляющая оказывается смещенной по фазе относительно «нормальной». При фазовом сдвиге

(четвертьволновый трансформатор) после двукратного прохождения волны через трансформатор поляризации суммарный фазовый сдвиг составляющей будет равен

Тогда при круговой поляризации облучения отражения волна оказывается поляризованной линейно с углом наклона

В результате появляется возможность наблюдать трехгранные УО, входящие в группу, при работе РЛС с круговой поляризацией излучаемой волны [3].

Недостаток радиолокационного группового отражателя кругового действия, оборудованного поляризационными трансформаторами, заключается в ограниченных функциональных возможностях, обусловленных тем, что он работает только в радиолокационном диапазоне волн в качестве пассивного отражателя и не работает в оптическом диапазоне волн, так как не обеспечивает подачу активных светосигнальных огней в навигационных целях.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявленному навигационному радиооптическому групповому поляризационно-анизотропному отражателю кругового действия является навигационный радиооптический групповой отражатель кругового действия (патент РФ №2617799, МПК H01Q 15/18, B63B 22/16, G01S 1/70, приоритет от 29.10.2015) [5].

Этот навигационный радиооптический групповой отражатель кругового действия содержит в своем составе группу из восьми трехгранных уголковых радиолокационных отражателей с взаимно перпендикулярными металлическими или металлизированными треугольными отражающими гранями одинаковых размеров, шесть из которых формируют круговую (всенаправленную) диаграмму обратного рассеяния в горизонтальной плоскости, шесть источников света, фотоавтомат управления сигнальным огнем и источник питания постоянного тока. При этом фазовые центры рассеяния всех трехгранных УО, входящих в группу, совпадают и находятся в их вершинах, а плоскости раскрывов отдельных трехгранных УО образуют топовую фигуру в виде октаэдра. Причем для получения равномерной в горизонтальной плоскости диаграммы обратного рассеяния групповой восьмиуголковый отражатель необходимо располагать так, чтобы плоскости раскрывов двух противоположно направленных вверх и вниз трехгранных УО, входящих в группу, совпадали с горизонтальной плоскостью и были перпендикулярны вертикальной оси, проходящей через их фазовые центры рассеяния. А шесть других трехгранных УО, входящих в группу, соответственно располагаются вокруг вертикальной оси, проходящей также через их фазовые центры рассеяния, которые и формируют равномерную всенаправленную в горизонтальной плоскости диаграмму обратного рассеяния в радиолокационном диапазоне волн при облучении их судовой РЛС с любых направлений. При этом плоскости раскрывов каждого из шести трехгранных УО поочередно смещены относительно вертикальной оси в ту или другую сторону на угол, определяемый числом отражателей в группе. Соответственно их электрические оси или направления, в которых ЭПР каждого из шести отражателей максимальна

, так же смещены относительно вертикальной оси и совпадают с геометрическими осями, проходящими через их вершины перпендикулярно плоскости раскрыва соответствующего отражателя.

Шесть источников света выполнены в виде светоизлучающих полупроводниковых диодов и установлены в соответствующие им вершины шести трехгранных УО, являющиеся их фокусом в оптическом диапазоне волн и фазовым центром рассеяния УО в радиолокационном диапазоне волн. Причем светоизлучающие полупроводниковые диоды включены между собой параллельно и их катодные выводы подключены непосредственно к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока, а их анодные выводы через фотоавтомат управления сигнальным огнем подключены к положительному полюсу источника питания постоянного тока. При этом светоизлучающие диоды расположены на оптических осях, совпадающих с геометрическими осями симметрии трехгранных УО, в направлении которых сила света в горизонтальной и вертикальной плоскостях максимальна

а также совпадающих с их электрическими осями в этих плоскостях в радиолокационном диапазоне волн. Кроме того, угол излучения каждого из шести источников света

относительно оптической оси трехгранного УО в горизонтальной и вертикальной плоскостях составляет величину

При этом в оптическом диапазоне волн в направлении оптических осей каждого из шести трехгранных УО в пространство излучается в этих плоскостях конический световой поток с угловой шириной

на уровне

совпадающий с шириной основного лепестка диаграммы обратного рассеяния в горизонтальной и вертикальной плоскостях на уровне

в радиолокационном диапазоне волн. Причем цвет излучаемого полупроводниковыми диодами светового потока - красный, зеленый, белый или желтый определяется сложившейся навигационной обстановкой на водных путях.

Навигационный радиооптический групповой отражатель кругового действия работает одновременно в радиолокационном и оптическом диапазонах волн следующим образом.

В радиолокационном диапазоне волн навигационный радиооптический групповой отражатель кругового действия работает также как обыкновенный пассивный радиолокационный групповой шестиуголковый отражатель с треугольными отражающими гранями.

При падении электромагнитной волны, излучаемой судовой РЛС, на любой из шести трехгранных УО, формирующих круговую диаграмму обратного рассеяния в горизонтальной плоскости, после трехкратного отражения формируется волна, распространяющаяся в направлении обратном направлению падения. При этом трехкратное отражение имеет место, как известно из [2, 3], в области главного лепестка диаграммы рассеяния, и максимум ЭПР

соответствует случаю, когда направление падающей электромагнитной волны совпадает с электрической осью или геометрической осью симметрии УО, проходящей через вершину перпендикулярно плоскости его раскрыва, т.е. совпадает с главной осью обратного рассеяния УО. При этом ЭПР любого трехгранного УО с треугольными отражающими гранями, входящего в группу из шести отражателей, в максимуме основного лепестка диаграммы обратного рассеяния при условии, что отражающие треугольные грани достаточно велики по сравнению с длиной волны и отражающие грани взаимно перпендикулярны, определяется соотношением (3). А его ширина на уровне

относительно электрической оси, проходящей через вершину трехгранного УО перпендикулярно плоскости его раскрыва, в горизонтальной и вертикальной плоскостях определяется соотношением (4).

В оптическом диапазоне волн навигационный радиооптический групповой отражатель кругового действия работает следующим образом.

Так как катодные выводы шести светоизлучающих полупроводниковых диодов подключены параллельно непосредственно к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока, то при подключении их анодных выводов через фотоавтомат управления сигнальным огнем к положительному полюсу источника питания постоянного тока, светоизлучающие полупроводниковые диоды, установленные в вершинах соответствующих им трехгранных УО, являющихся их фокусом в оптическом диапазоне волн, излучают вдоль соответствующих им оптических осей в горизонтальной и вертикальной плоскостях конические световые пучки с угловой шириной

Затем, попадая на взаимно перпендикулярные треугольные грани в каждом из шести трехгранных УО, после трехкратного отражения концентрируются ими на выходах в световые пучки большей силы света

с угловой шириной на уровне

как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях и формируют круговую диаграмму светорассеяния в оптическом диапазоне волн. При этом оптические оси в каждом из шести радиооптических трехгранных УО, входящих в группу и формирующих круговую в горизонтальной плоскости диаграмму светорассеяния, совпадают с их геометрическими и электрическими осями. Поэтому угловая ширина светового потока, излучаемого в каждом из шести радиооптических отражателей, на уровне

в горизонтальной и вертикальной плоскостях в оптическом диапазоне волн совпадает с угловой шириной главного лепестка диаграммы обратного рассеяния на уровне

в этих плоскостях в радиолокационном диапазоне волн и составляет величину

при условии, что треугольные грани взаимно перпендикулярны и происходит трехкратное отражение от них. Цвет излучения сигнального огня - белый, красный, желтый или зеленый светоизлучающих диодов определяется сложившейся навигационной обстановкой на водных путях.

Управление работой светоизлучающими диодами осуществляется фотоавтоматом управления сигнальным огнем, который обеспечивает постоянный или проблесковый режим горения светоизлучающих диодов с автоматическим включением и выключением в зависимости от освещенности местности. Фотоавтомат управления сигнальным огнем выполнен по классической схеме серии ФАУСП [6, 7] и в его состав входят: фотодатчик - выключатель, выполненный в виде фоторезистора и являющийся светочувствительной частью фотоавтомата, который вырабатывает сигнал на включение светоизлучающих диодов при освещенности 20-100 лк и на выключение его, если освещенность превышает указанные значения; стабилизатор напряжения, который поддерживает на светоизлучающих диодах необходимое номинальное напряжение; усилитель, непосредственно включающий или выключающий светоизлучающие диоды по сигналам фотодатчика; проблескатор, выполненный в виде мультивибратора, сигналы которого подаются на вход усилителя и определяют работу светоизлучающих диодов в проблесковом или постоянном режимах горения светосигнального огня.

Недостаток навигационного радиооптического группового отражателя кругового действия заключается в ограниченных функциональных возможностях при работе в радиолокационном диапазоне волн в качестве пассивного радиолокационного группового отражателя кругового действия. Этот недостаток проявляется в том, что трехгранные УО, входящие в группу из шести трехгранных УО и формирующие круговую диаграмму обратного рассеяния, являются, как известно из [2, 3], поляризационно-изотропными и поэтому не работают на волнах с круговыми поляризациями. Известно также [2, 3], что такие трехгранные УО эффективно отражают электромагнитные волны любой линейной поляризации и при отражении не меняют поляризацию падающей линейно поляризованной волны. В то же время волны круговой поляризации в области основного лепестка диаграммы обратного рассеяния при отражении от поляризационно-изотропного трехгранного УО изменяют направление вращения и становятся ортогонально поляризованными по отношению к падающей волне, и поэтому становятся невидимыми для радиолокаторов, работающих на волнах круговой поляризации при параллельном приеме [2, 3], что ограничивает функциональные возможности радиооптического УО.

На Фиг. 1 представлен общий вид навигационного радиооптического группового поляризационно-анизотропного отражателя кругового действия. Вид спереди, где обозначено: 1, 2, 3 - соответственно первый УО1, второй УО2 и третий УО3 радиооптические трехгранные поляризационно-анизотропные УО с равными треугольными гранями, расположенные вокруг вертикальной оси 4, проходящей через их совпадающие вершины перпендикулярно горизонтальной плоскости, 5 – третья треугольная грань УО1, выполненная в виде горизонтально расположенной поляризационной решетки из параллельно расположенных круглых металлических проводников диаметром d и расстоянием между ними b; 6 – третья треугольная грань УО2 с такими же параметрами d и b поляризационной решетки; 7 – третья треугольная грань УО3 с параметрами d и b поляризационной решетки (боковые металлизированные грани УО1-УО3 не обозначены); 8 - источник света, расположенный в вершине УО2, которая одновременно является его фокусом, в оптическом диапазоне волн и фазовым центром рассеяния в радиолокационном диапазоне волн (источники света УО1 и УО3 не показаны); 9 – плоскость раскрыва УО3, 10 - геометрическая ось симметрии УО3, проходящая через его вершину перпендикулярно плоскости раскрыва 9 и являющаяся его оптической осью в оптическом диапазоне волн и его электрической осью в радиолокационном диапазоне волн (геометрические оси УО1 и УО2 не показаны); 11 - угол излучения

третьего источника света УО3.

На Фиг. 2 представлен общий вид навигационного радиооптического группового поляризационно-анизотропного отражателя кругового действия. Вид сзади, где обозначено: 12, 13, 14 - соответственно четвертый УО4, пятый УО5, шестой УО6 радиооптические трехгранные поляризационно-анизотропные УО с равными треугольными гранями, расположенные вокруг вертикальной оси 4, проходящей через их совпадающие вершины перпендикулярно горизонтальной плоскости; 15, 17 – третьи треугольные грани УО4 и УО6 с параметрами d и b поляризационной решетки; 16 - третья треугольная грань УО5 с такими же параметрами d и b поляризационной решетки (боковые металлизированные грани УО4 - УО6 не обозначены); 18 - источник света УО5 (источники света УО4 и УО6 не показаны); 19 – плоскость раскрыва УО6; 20 - геометрическая ось симметрии УО6, проходящая через его вершину перпендикулярно плоскости раскрыва 19 и являющаяся его оптической и электрической осями (геометрические оси УО4 и УО5 не показаны); 21 - угол излучения

УО6 относительно его оптической оси 20.

Седьмой и восьмой трехгранные УО7 и УО8, плоскости раскрывов которых совпадают с горизонтальной плоскостью, не формируют круговые диаграммы рассеяния в радиолокационном и оптическом диапазонах волн в этой плоскости и на Фиг. 1 и Фиг. 2 не показаны.

На Фиг. 3 представлена обобщенная структурная электрическая схема автоматического устройства управления шестью источниками света. В состав устройства входят источник питания постоянного тока 22, фотоавтомат управления сигнальным огнем 23 и источники света 24-29, выполненные в виде светоизлучающих полупроводниковых диодов. При этом катодные выводы шести светоизлучающих диодов 24-29 подключены непосредственно к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока 22, а их анодные выводы через фотоавтомат управления 23 подключены к положительному полюсу источника питания постоянного тока 22.

На Фиг. 4 представлена обобщенная функциональная схема фотоавтомата управления сигнальным огнем 23 серии ФАУСП, выполненная по классической схеме [6, 7] и включает в себя фотодатчик 30, стабилизатор напряжения 31, проблескатор 32 и усилитель 33.

Навигационный радиооптический групповой поляризационно-анизотропный отражатель кругового действия одновременно работает в радиолокационном и оптическом диапазонах длин волн следующим образом.

В радиолокационном диапазоне волн заявляемый навигационный радиооптический групповой поляризационно-анизотропный отражатель кругового действия, общий вид которого спереди и сзади представлен соответственно на Фиг. 1 и Фиг. 2, представляет собой радиолокационный групповой отражатель, состоящий из восьми трехгранных УО. Каждый УО состоит из трех плоских взаимно перпендикулярных треугольных отражающих граней одинаковых размеров, значительно превышающих длину волны. Фазовые центры рассеяния всех УО, входящих в группу, совпадают и находятся в вершинах трехгранных УО. Восьмиуголковый радиолокационный групповой отражатель ориентирован относительно горизонтальной плоскости так, что плоскости раскрывов седьмого и восьмого трехгранных УО, противоположно направленных вверх и вниз, совпадают с горизонтальной плоскостью и расположены перпендикулярно вертикальной оси 4, проходящей через их совпадающие вершины. Шесть других УО1-УО6 трехгранных УО, входящих в группу, расположены вокруг вертикальной оси 4, проходящей через их совпадающие фазовые центры рассеяния перпендикулярно горизонтальной плоскости, и формируют круговую диаграмму обратного рассеяния в этой плоскости в радиолокационном диапазоне волн. Их электрические оси или направления, в которых эффективная поверхность рассеяния каждого из шести трехгранных УО1-УО6 максимальна

, в горизонтальной и вертикальной плоскостях совпадают с их геометрическими осями симметрии, проходящими через соответствующие им вершины шести трехгранных УО1-УО6 перпендикулярно плоскости их раскрывов со стороны внутренних отражающих поверхностей треугольных граней. Ширина основного лепестка диаграммы обратного рассеяния каждого из шести УО1-УО6, соответствующая трехкратному отражению электромагнитных волн от треугольных граней, на уровне

в горизонтальной и вертикальной плоскостях составляет величину

Для придания каждому из шести трехгранных УО1-УО6, входящих в группу и формирующих круговую диаграмму обратного рассеяния, поляризационно-анизотропных свойств, две боковые треугольные грани у каждого трехгранного УО1-УО6 выполнены металлическими или металлизированными. А третьи треугольные грани 5-7 УО1-УО3 и 15-17 УО4-УО6 (см. Фиг.1 и Фиг.2) выполнены в виде поляризационной решетки, состоящий из параллельных между собой круглых металлических проводников, расстояние b между которыми меньше рабочей длины волны

а их диаметр d<b [ 4]. Проводники расположены параллельно внешнему ребру третьей треугольной грани, совпадающему с горизонтальной плоскостью в каждом из шести трехгранных УО1-УО6.

Действие поляризационной решетки в каждом из шести трехгранных поляризационно-анизотропных УО1-УО6, формирующих круговую диаграмму обратного рассеяния, заключается в том, что она хорошо пропускает вертикально поляризованные падающие радиоволны с вектором поляризации ортогональным проводникам и эффективно отражает горизонтально поляризованные волны с вектором поляризации параллельным проводникам, которые после трехкратного отражения от треугольных граней в каждом из шести УО1-УО6 распространяется в направлении обратном направлению падения. Это свойство обратного отражения сохраняется в широком секторе углов падения электромагнитной волны относительно геометрической оси симметрии в каждом из шести трехгранных УО1-УО6, проходящей через его вершину перпендикулярно плоскости раскрыва со стороны внутренних поверхностей отражающих треугольных граней и совпадающей с электрической осью трехгранного УО.

Таким образом, в направлении электрической оси в каждом из шести трехгранных УО1-УО6 при условии, что все три треугольные грани взаимно перпендикулярны, положение вектора поляризации, соответствующее максимуму ЭПР

как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, считают горизонтальным, а соответствующее минимуму ЭПР – вертикальным. При этом максимум ЭПР

определяется соотношением (1), а ширина диаграммы обратного рассеяния в области главного лепестка в горизонтальной и вертикальной плоскостях на уровне

определяется соотношением (2) и равна

Радиолокационные трехгранные УО, входящие в группу из шести УО1-УО6, у которых

зависит от угла ориентации плоскости поляризации падающей волны, являются поляризационно-анизотропными объектами [2, 3], а их МР имеет вид (4) и эквивалента МР ярко выраженному поляризационно-анизотропному радиолокационному объекту, представляющему собой горизонтальный вибратор. При этом выбор необходимых размеров d и b поляризационной решетки для придания трехгранным УО поляризационно-анизотропных свойств осуществляется путем использования известной зависимости коэффициента прохождения по мощности для волн с линейными взаимно ортогональными поляризациями от величин d и b, выраженных в единицах длины волны

[2, 4] и удовлетворяющих условию: расстояние

а диаметр d<b [4].

Такие поляризационно-анизотропные УО1-УО6 будут работать не только на волнах линейной поляризации, но и на волнах круговых поляризаций. Последнее обусловлено тем, что горизонтально поляризованная составляющая падающей волны с круговой поляризацией левого или правого направления вращения будет успешно отражаться от горизонтально расположенной поляризационной решетки в каждом из шести трехгранных УО1 -УО6 и после трехкратного отражения от треугольных граней УО отраженная волна будет распространяться в направлении обратном направлению падения. Поэтому такие групповые поляризационно-анизотропные отражатели кругового действия будут видимы для радиолокаторов, работающих на волнах круговой поляризации при параллельном приеме. Правда, как известно [2, 4], ЭПР на круговых поляризациях будет на 3 дБ меньше из-за поляризационных потерь, так как вертикально поляризованная составляющая круговой поляризации падающей волны пройдет через поляризационную решетку без отражения от неё.

В оптическом диапазоне волн заявляемый навигационный радиооптический групповой поляризационно-анизотропный отражатель кругового действия работает следующим образом.

Так как катодные выводы светоизлучающих полупроводниковых Д24-Д29 подключены параллельно непосредственно к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока 22 (см. Фиг. 3), то при подключении их анодных выводов через фотоавтомат управления сигнальным огнем 23 к положительному полюсу источника питания постоянного тока 22, светоизлучающие полупроводниковые диоды, установленные в вершины соответствующих им радиолокационных трехгранных УО 1, 2, 3, а также 12, 13, 14 (см. Фиг. 1 и Фиг. 2), являющимися их фокусом в оптическом диапазоне волн, излучают вдоль соответствующих им оптических осей в горизонтальной и вертикальной плоскостях конические световые пучки с белым, красным, зеленым или желтым цветами свечения сигнального огня с угловой шириной

После чего излучаемые световые потоки, попадая на взаимно перпендикулярные треугольные грани в каждом из шести трехгранных УО, после трехкратного отражения концентрируются ими на выходах в световые пучки большей силы света

распространяющиеся вдоль соответствующих им оптических осей с угловой шириной на уровне

в

как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. При этом оптические оси в каждом из шести радиооптических УО, входящих в группу и формирующих в активном режиме круговую в горизонтальной плоскости диаграмму светорассеяния, совпадают с их геометрическими и электрическими осями. Поэтому угловая ширина светового потока, излучаемого в каждом из шести радиооптических УО, на уровне

в горизонтальной и вертикальной плоскостях в оптическом диапазоне волн совпадает с угловой шириной главного лепестка диаграммы обратного рассеяния на уровне

в этих же плоскостях в радиолокационном диапазоне волн и составляет величину

Управление работой светоизлучающими полупроводниковыми диодами Д24-Д29 осуществляется фотоавтоматом управления сигнальным огнем 23 с автоматическим включением и выключением в зависимости от освещенности места установки радиооптического группового отражателя. Фотоавтомат управления сигнальным огнем 23 серии ФАУСП выполнен по классической схеме [6, 7] и его обобщенная функциональная схема представлена на Фиг. 4. В соответствии с выполняемыми функциями в состав фотоавтомата входят то или иное сочетание следующих функциональных блоков [6, 7]: фотодатчик-выключатель 30, выполненный, как правило, в виде фоторезистора и являющийся светочувствительной частью фотоавтомата, который вырабатывает сигнал на включение светоизлучающих полупроводниковых диодов Д24-Д29 при освещенности ниже 20-100 лк и на выключение их, если освещенность превышает указанные значения; стабилизатор напряжения 31, который поддерживает на светоизлучающих диодах Д24-Д29 номинальное напряжение 2,6 В или 5,2 В; проблескатор 32, выполнений в виде мультивибратора, вырабатывающего сигналы, обеспечивающие работу светоизлучающих диодов Д24-Д29 в проблесковом или постоянном режимах горения; усилитель 33, непосредственно включающий или выключающий светоизлучающие диоды Д24-Д29 по сигналам фотодатчика 30 или проблескатора 32, управляющих режимами работы сигнальных огней. Причем цвет сигнального огня - красный, зеленый, желтый или белый светоизлучающих полупроводниковых диодов Д24-Д29 определяется сложившейся навигационной обстановкой на водных путях.

В трехсантиметровом диапазоне волн, в котором работают все судовые РЛС, заявляемый навигационный радиооптический групповой поляризационно-анизотропный отражатель кругового действия может быть выполнен на основе восьми трехгранных УО с треугольными равными гранями, две боковые грани из которых, могут быть изготовлены из фольгированного стеклотекстолита, а третья треугольная грань из не фольгированного стеклотекстолита с расположенной на ней горизонтальной поляризационной решеткой из проводящей круглой проволоки. Для выбора диаметра проводников d и расстояния между ними b используем зависимости коэффициента прохождения по мощности для ортогонально линейно поляризованных радиоволн от величин d и b [2]. Для длины волны

см необходимо выбрать диаметр d=(0.5-0.6) мм и b=(4-5) мм. В качестве шести источников света может быть использован светоизлучающий полупроводниковый диод типа LES-STAR-3W с белым, красным, зеленым или желтым цветами свечения сигнального огня с углом излучения

как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. В качестве фотоавтомата управления сигнальным огнем может быть использован фотоавтомат серии ФАУСП-3М типа НП-2 ТУ 212177187. В качестве источника питания постоянного тока может быть использована сухозаряженная батарея типа «Лиман» ТУ 3483-019-04707044-99 с номинальным напряжением 2,6 В или 5,2 В и емкостью 150 А/ч.

По сравнению с навигационным радиооптическим групповым отражателем кругового действия, заявляемый навигационный радиооптический групповой поляризационно-анизотропный отражатель кругового действия обладает расширенными функциональными возможностями в радиолокационном диапазоне волн, обусловленными его всенаправленной в горизонтальной плоскости работой на волнах с круговыми поляризациями левого или правого вращения, с которыми работают радиолокаторы при параллельном приеме.

Использованные источники информации

1. Дмитриев В.Н., Григорян В.Л., Катенин В.А. Навигация и лоция. М.: «Академкнига», 2004г. – 471с.

2. Кобак В.О. Радиолокационные отражатели. М.: «Советское радио» - 1975-248с.

3. Канарейкий Д.Б., Потехин И.Ф. Морская поляриметрия. – Л.: «Судостроение», 1968 – 328 с.

4. Журавлев В.Б. Радиолокационный отражатель. Патент RU № 1806431, МПК H01Q 15/18. Дата приоритета 23.04.1990г. Бюл. №12 30.03.1993.

5. Гулько В.Л., Блинковский Н.К., Крутиков М.В., Мещеряков А.А. Навигационный радиооптический групповой отражатель кругового действия. - Патент РФ №2617799, МПК H01Q 15/18, B63B 22/16, G01S 1/70, приоритет от 29.10.2015.

6. Шмерлин И.Е. Монтер судоходной обстановки. – М: «Транспорт», 1972 – 176 с.

7. Шмерлинг И.Е. Монтер судоходной обстановки. – М: «Транспорт», 1977 – 173 с.

Claims (1)

1. Навигационный радиооптический групповой поляризационно-анизотропный отражатель кругового действия, содержащий групповой радиолокационный отражатель кругового действия, шесть источников света, фотоавтомат управления сигнальным огнем и источник питания постоянного тока, причем групповой радиолокационный отражатель состоит из восьми трехгранных уголковых радиолокационных отражателей, каждый из которых состоит из трех плоских взаимно перпендикулярных треугольных отражающих граней одинаковых размеров, значительно превышающих длину волны, фазовые центры рассеяния которых совпадают и находятся в вершинах трехгранных уголковых отражателей, входящих в группу, при этом восьмиуголковый групповой радиолокационный отражатель ориентирован относительно горизонтальной плоскости так, что плоскости раскрывов двух противоположно направленных трехгранных уголковых отражателей, входящих в группу, расположены перпендикулярно вертикальной оси, проходящей через их вершины, и совпадают с горизонтальной плоскостью, а шесть других трехгранных уголковых отражателей, входящих в группу, расположены вокруг вертикальной оси, проходящей через их фазовые центры рассеяния перпендикулярно горизонтальной плоскости, и формируют круговую диаграмму обратного рассеяния в этой плоскости в радиолокационном диапазоне волн и их электрические оси или направления, в которых эффективная поверхность рассеяния каждого из шести трехгранных уголковых отражателей максимальна

   

   в горизонтальной и вертикальной плоскостях, совпадают с их геометрическими осями симметрии, проходящими через соответствующие им вершины шести трехгранных уголковых отражателей перпендикулярно плоскости их раскрывов со стороны внутренних отражающих поверхностей треугольных граней, при этом ширина основного лепестка диаграммы обратного рассеяния каждого из шести трехгранных уголковых отражателей, соответствующая трехкратному отражению электромагнитных волн от треугольных граней, на уровне

   

   в горизонтальной и вертикальной плоскостях, составляет величину

   

   а шесть источников света расположены в соответствующих им вершинах шести трехгранных уголковых отражателей и подключены через фотоавтомат управления сигнальным огнем к источнику питания постоянного тока, причем каждый из шести источников света выполнен в виде светоизлучающего полупроводникового диода, подключенных между собой параллельно, и их катодные выводы подключены непосредственно к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока, а их анодные выводы через фотоавтомат управления сигнальным огнем подключены к положительному полюсу источника питания постоянного тока, при этом вершины каждого из шести трехгранных уголковых отражателей являются их фокусом в оптическом диапазоне волн и расположены на оптических осях, совпадающих с геометрическими осями симметрии трехгранных уголковых отражателей, в направлении которых сила света в горизонтальной и вертикальной плоскостях максимальна

   

   а также совпадают с их электрическими осями в этих плоскостях в радиолокационном диапазоне волн, кроме того, угол излучения каждого из шести источников света

   

   относительно оптической оси трехгранного уголкового отражателя в горизонтальной и вертикальной плоскостях составляет величину

   

   при этом в оптическом диапазоне волн в направлении оптических осей каждого из шести трехгранных уголковых отражателей в пространство излучается в этих плоскостях конический световой поток с белым, красным, зеленым или желтым цветами свечения сигнального огня с угловой шириной

   

   на уровне

   

   совпадающий с шириной основного лепестка диаграммы обратного рассеяния в горизонтальной и вертикальной плоскостях на уровне

   

   в радиолокационном диапазоне волн, при этом цвет свечения сигнального огня определяется сложившейся навигационной обстановкой на водных путях, причем две боковые треугольные грани у каждого из шести трехгранных уголковых отражателей с их внутренней стороны выполнены металлическими или металлизированными, отличающийся тем, что третья треугольная грань в каждом из шести трехгранных уголковых отражателей выполнена в виде поляризационной решетки, состоящей из параллельных между собой круглых металлических проводников, расстояние b между которыми меньше рабочей длины волны

   

   а их диаметр d<b, и проводники расположены параллельно внешнему ребру третьей треугольной грани, совпадающему с горизонтальной плоскостью в каждом из шести трехгранных уголковых отражателей.

Images