RU51754U1 - Корабельная радиолокационная станция - Google Patents

Abstract

Корабельная радиолокационная станция содержит приемопередающую антенну и антенну системы государственного опознавания, многоканальное вращающееся сочленение, высокочастотный волноводный тракт, передающее устройство, высокочастотное коммутирующее устройство, высокочастотное приемное устройство, низкочастотное приемное устройство, устройство отображения информации и управления режимами работы, устройство вторичной обработки информации и другие устройства. Станция выполнена трехкоординатной, в ней осуществлена пространственная избирательность и электронная стабилизация лучей в зоне обзора, с использованием операционной системы реального времени. Полезная модель решает задачу по увеличению дальности обнаружения целей, помехозащищенности, темпа обновления информации, надежности работы и уменьшения, времени включения.

Description

Полезная модель относится к области радиолокации и может быть использовано на кораблях среднего и большого водоизмещения. РЛС предназначена для обнаружения воздушных и надводных целей и обеспечения целеуказания.

Требования, предъявляемые к современным корабельным радиолокационным станциям, предусматривают увеличение дальности обнаружения целей, помехозащищенности, темпа обновления информации, надежности работы и уменьшения времени включения.

Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является корабельная РЛС дальнего обнаружения Военно-Морских сил США AN/SPS-49. По данным справочника "The Naуal Institute Guide to World Naval Weapons Systems 1997-1999" РЛС AN/SPS-49 представляет собой двухкоординатную станцию, работающую в С-диапазоне частот (850-942 МГц). Обзор пространства осуществляется путем кругового вращения в горизонтальной плоскости антенны, имеющей "косекансквадратную" форму диаграммы направленности. Антенна имеет электромеханическую стабилизацию в горизонтальной плоскости при качках корабля. Передатчик РЛС AN/SPS-49 выполнен на электровакуумных приборах.

Использование в РЛС AN/SPS-49 антенны, формирующей на передачу и прием один широкий луч в вертикальной плоскости приводит к:

- отсутствию пространственной избирательности;

- невозможности определения угла места целей;

- наличию провалов в зоне обнаружения станции, вызванных интерференцией прямых и отраженных от морской поверхности радиоволн;

- низким характеристикам обнаружения целей летящих под большими углами места (см. "Справочник по радиолокации", Москва "Советское радио" 1979 г, т.3, стр.344);

- низкой помехозащищенности.

Использование передающего устройства выполненного на электровакуумных приборах в РЛС AN/SPS-49 приводит к:

- низкой надежности;

- большим массогабаритным характеристикам передающего устройства применению высоковольтных источников питания, а также сложной системе его управления и обслуживания;

- большому времени включения станции.

Целью предлагаемой полезной модели является создание радиолокационной станции С-диапазона частот, в которой устранены или значительно ослаблены указанные недостатки.

В предлагаемой РЛС указанные недостатки прототипа устранены или значительно ослаблены применением волноводно-щелевой антенной решетки и твердотельного передающего устройства. Обзор пространства осуществляется круговым вращением антенны в горизонтальной плоскости и частотным сканированием группы лучей в вертикальной плоскости. Этим реализована высокая пространственная избирательность, позволяющая проводить измерение угла места целей, существенно ослабить влияние на характеристики РЛС отражений от морской поверхности эхо-сигналов и преднамеренных активных и естественных пассивных помех. Такой метод сканирования ДНА позволил также осуществить электронную стабилизацию ДНА в пространстве при качках корабля, что существенно упростило и уменьшило массогабаритные характеристики антенного устройства и волноводного тракта.

Использование в предлагаемой РЛС твердотельного передающего устройства существенно увеличило надежность РЛС, максимально упростило схему управления передающего устройства, в сотни раз снизило напряжение источников питания, снизило требования к мерам безопасности при регулировке и работе с передающим устройством,

уменьшило габариты передающего устройства и значительно уменьшило время включения станции.

Основные устройства предлагаемой РЛС и их взаимодействие показаны на рисунке 1.

В состав РЛС входят:

- антенное устройство;

- волноводный тракт;

- высокочастотное коммутирующее устройство;

- твердотельное передающее устройство;

- высокочастотное приемное устройство и формирователь СВЧ сигнала для передающего устройства;

- низкочастотное приемное устройство;

- система обработки информации.

Принятый антенной эхо-сигнал через волноводное вращающееся сочленение, волноводный тракт, высокочастотное коммутирующее устройство и защитный ограничитель мощности поступает на вход высокочастотного приемного устройства, где усиливается, преобразуется в сигнал на промежуточной частоте и далее поступает на вход низкочастотного приемного устройства, где происходит первичная обработка и размножение сигналов для потребителей. С низкочастотного приемного устройства (устройство первичной обработки) сигнал поступает также на устройство вторичной обработки информации и далее к потребителям этой информации.

Формирование сложного ЛЧМ сигнала на промежуточной частоте происходит в низкочастотном приемном устройстве, с выхода которого этот сигнал поступает на высокочастотный формирователь, где происходит перенос спектра ЛЧМ сигнала на промежуточной частоте в диапазон СВЧ. После необходимого усиления сигнал с формирователя поступает на вход передающего устройства. С выхода передающего устройства усиленный

сигнал через коммутирующее устройство, волноводный тракт, вращающееся сочленение поступает в антенну и излучается.

Известно, что РЛС С - диапазона имеют большие габариты и массу, что существенно ограничивает применение таких станций для корабельной радиолокации, где существуют жесткие требования к весу, габаритам антенных систем и их способности выдерживать большие ветровые нагрузки.

В предлагаемой РЛС использована легкая волноводно-щелевая антенна с частотным сканированием, в которой приняты максимальные меры к уменьшению габаритов, веса и ветровых нагрузок.

Плоская волноводно-щелевая антенна состоит из волноводных линеек с излучающими щелями на узкой стенке. Линейки соединены с входящим в состав антенны волноводным делителем мощности, выполненным в виде синусоидального волновода с использованием волноводно-коаксиальных направленных ответвителей. В антенне применены волноводы пониженного сечения с уменьшенной толщиной стенок. Волноводы являются частью несущей конструкции, что позволило существенно упростить ферму антенны. На поворотном устройстве антенна закреплена с помощью шарнирных стержней (тяг) опирающихся на конструкцию корпуса, что также существенно упростило конструкцию и уменьшило общий вес антенного поста.

Использование в приводе вращения антенны погонного зубчатого колеса расположенного на неподвижном корпусе и редуктора горизонтального вращения вместе с электродвигателем горизонтального вращения расположенного на вращающемся корпусе и обкатывающегося вокруг неподвижного погонного зубчатого колеса позволило упростить конструкцию привода, уменьшить размеры, массу, повысить прочность и надежность привода вращения антенного поста.

Горизонтальное вращение антенного устройства РЛС осуществляется с помощью частотно-регулируемого электропривода,

состоящего из трехфазного асинхронного двигателя и частотного преобразователя.

Такой электропривод позволяет осуществлять плавные разгон и торможение антенны при сохранении максимального момента на валу электродвигателя, что исключает рывки и удары, значительно снижает механические нагрузки на элементы конструкции антенного устройства. Кроме того, при плавном разгоне и торможении отсутствуют пусковые токи электродвигателя, достигающие в нерегулируемом электродвигателе 7-кратных номинальных значений, что существенно уменьшает электрические нагрузки на вращающееся контактное устройство и сам электродвигатель. Все это, в целом, приводит к увеличению надежности и упрощению технического обслуживания антенного устройства.

Применение в РЛС электронной стабилизации антенного поста еще более упростило конструкцию антенного поста и волноводного тракта. Электронная стабилизация осуществляется на основе данных, полученных от системы инерциальной навигации и стабилизации (СИНС) и углового положения антенны РЛС.

Высокочастотное коммутирующее устройство, с помощью которого осуществляется связь между антенной, передающим устройством и высокочастотным приемным устройством, выполнено с использованием четырехплечного волноводного циркулятора - переключателя, который при работе на антенну подключает выход передатчика ко входу антенны и коммутирует принятые антенной сигналы в направлении приемного устройства.

Ограничитель мощности - двухкаскадное полупроводниковое защитное устройство снижает уровень просачивающейся излучаемой мощности от собственного передающего устройства до допустимого для приемного устройства уровня. Кроме этого, ограничитель защищает приемное устройство от мощных несинхронных излучений, наводимых в

антенне от соседних РЛС. В этом случае ограничитель работает в режиме самоуправления.

Передающее трехкаскадное устройство выполнено на 146 модулях - усилителях СВЧ. Устройства деления и суммирования выполнены по параллельной схеме типа "елочка" с использованием в качестве мостового устройства 3 дБ НО на связанных полосковых линиях. В первом каскаде используются 2 модуля основной и резервный, во втором 164 модуля, а в третьем - 128. Питание всех модулей осуществляется от 30 универсальных источников питания таким образом, чтобы при выходе из строя любого из источников питания, уменьшение мощности сигнала на выходе передающего устройства было минимальным. Кроме этого, в первом и втором каскадах в четные выходы делителей включены 120° фазовращатели, что обеспечило стабилизацию мощности от двух соседних усилителей и в конечном итоге выходной мощности передающего устройства в целом при выходе из строя одного из двух соседних усилителей. Применение твердотельного передающего устройства позволило уменьшить время включения РЛС до времени загрузки операционной системы ЭВМ.

Высокочастотное приемное устройство выполнено в виде микроблока и состоит из малошумящего транзисторного усилителя, двойного балансного смесителя с подавлением сигнала на частоте зеркального канала и усилителя-сумматора на промежуточной частоте.

Устройство формирования СВЧ сигнала на передающее устройство выполнено в виде микроблока и предназначено для переноса спектра ЛЧМ сигнала сформированного в низкочастотном приемном устройстве в сигнал СВЧ с уровнем достаточным для работы передающего устройства.

Гетеродинное устройство состоит из двух микроблоков и построено по схеме усилительно - умножительной линейки с переключаемыми умножителями и непрерывно работающими задающими кварцевыми генераторами.

Низкочастотное приемное устройство супергетеродинного типа осуществляет прием и обработку сигналов и включает в себя устройства:

- двухкратной адаптивной цифровой селекции движущихся целей (СДЦ) с вобуляцией частоты повторения зондирующих сигналов;

- стробирования однозначных сигналов и бланкирования неоднозначных по дальности;

- накопления сигналов;

- устройство размножения информации.

Устройство управления РЛС обеспечивает электронную стабилизацию зоны обзора при качках корабля, вычисление координат лучей в стабилизированной (земной) системе координат и выдачу их на приборы обработки и отображения радиолокационной информации. На пульте управления производится выбор нужного режима работы, включение и отключение РЛС.

Устройство вторичной обработки представляет собой аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий:

- обнаружение сигналов на фоне шумов приемника и помех;

- измерение координат и параметров движения объектов;

- отображение первичной и вторичной радиолокационной информации;

- классификацию объектов («свой»/»чужой», «воздушный»/надводный»);

- управление программой сканирования и видом зондирующего сигнала при сопровождении объектов;

- формирование и выдачу внешним системам данных о координатах и параметрах движения объектов по цифровым каналам обмена.

Устройство выполнено на базе специализированной ЭВМ, включающей в свой состав модули сопряжения с РЛС и набор модулей сопряжения по цифровым каналам обмена.

На экране монитора устройства реализован многооконный режим отображения радиолокационной информации, таблично-знаковой информации, набора меню и экранных кнопок, обеспечивающий работу оператора.

Claims (7)

1. Корабельная радиолокационная станция, содержащая приемопередающую антенну и антенну системы государственного опознавания, многоканальное вращающееся сочленение, высокочастотный волноводный тракт, передающее устройство, высокочастотное коммутирующее устройство, выход которого с ограничителя мощности соединен со входом высокочастотного приемного устройства (ВПУ), выход которого соединен со входом низкочастотного приемного устройства, первый выход которого соединен со входом устройства отображения информации и управления режимами работы РЛС, а второй выход - со входом устройства вторичной обработки информации, отличающаяся тем, что РЛС выполнена трехкоординатной, в ней осуществлена пространственная избирательность, электронная стабилизация лучей в зоне обзора, на основе данных, получаемых от системы инерциальной навигации и стабилизации (СИНС) посредством выбора первого луча, направленного горизонтально, определения угловых координат всех лучей методом ортогональных преобразований координат с упреждением в СЭВМ с использованием операционной системы реального времени; с легким антенным постом благодаря тому, что: применена волноводно-щелевая антенна с частотным сканированием на волноводах с уменьшенными размерами по широкой и узкой стенкам и уменьшенной толщиной стенок; делитель мощности закреплен непосредственно на излучающих линейках, а не на несущей раме; для крепления антенны на антенном посту использована неизменяемая ферма из стержней с шарнирами на концах, которая опирается на конструкции вращающегося корпуса, причем роль некоторой части стержней выполняет несущая рама антенны; редуктор горизонтального вращения вместе с электродвигателем горизонтального вращения расположены на вращающемся корпусе антенного поста и обкатываются вокруг погонного зубчатого колеса, расположенного на неподвижном корпусе; применен привод вращения с асинхронным электродвигателем с частотным регулированием скорости вращения разгона и торможения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что передающее устройство выполнено в виде трехкаскадного, твердотельного усилителя мощности с использованием большого числа параллельно работающих усилителей, причем устройство деления и сложения мощности выполнено с использованием 3-дБ направленных ответвителей, а стабилизация выходной мощности обеспечивается за счет 120-градусного сдвига фаз сигналов на входах четных усилителей.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что многоканальное вращающееся сочленение содержит помимо волноводного канала обнаружения три коаксиальных канала системы опознавания.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в состав волноводного тракта включен волноводный выключатель, который выполнен в виде системы поворачивающихся на 90-градусов заглушек.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что высокочастотное коммутирующее устройство совмещено с переключателем режимов работы "Антенна" "Эквивалент" и выполнено в виде четырехплечного волноводного циркулятора - переключателя, в четвертом плече которого включена волноводная нагрузка.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гетеродинное устройство построено по схеме усилительно-умножительной линейки с переключаемыми умножителями и непрерывно работающими задающими кварцевыми генераторами и обеспечивает высокую когерентность излучаемых и принимаемых сигналов, точность определения координат цели, уменьшение времени переключения рабочих частот, улучшения чистоты спектра сигнала, высокую эффективность работы СДЦ.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ограничитель мощности выполнен как двухкаскадное, на полупроводниковых диодах, защитное устройство, управляемое во время зондирующего импульса импульсами тока от устройства управлением станции, во время паузы ограничитель переходит в режим самоуправления и управляется мощными импульсами сторонних РЛС.