Корабельная трехкоординатная радиолокационная станция и антенное устройство для нее

Корабельная трехкоординатная радиолокационная станция и антенное устройство для нее

Реферат

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к корабельным радиолокационным станциям (РЛС). Предлагаемая РЛС может использоваться для обнаружения воздушных и надводных целей и выдачи целеуказания.

Известна корабельная РЛС (патент Великобритании ¹2177566), в которой для увеличения числа отраженных от цели импульсов предлагается излучать два или несколько лучей, разнесенных в горизонтальной плоскости на угол, соизмеримый с шириной луча. Недостатком такого решения является то, что оно не приводит к увеличению темпа обновления информации.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого изобретения является корабельная трехкоординатная РЛС Военно-Морских сил США AN/SPS-48E [По данным справочника The Naval Institute Guide to World Naval Weapons Sistems 1997-1998]. РЛС AN/SPS-3-48E представляет собой одноканальную станцию, работающую только в одном участке диапазона частот. РЛС AN/SPS-48E осуществляет обзор пространства в вертикальной плоскости сканированием одного или группы лучей при круговом электромеханическом вращении антенны в горизонтальной плоскости. Антенное устройство представляет собой волноводную щелевую решетку. Стабилизация луча диаграммы направленности антенны по бортовой и килевой качкам осуществляется электронным способом. В зависимости от режима работы РЛС передающее устройство генерирует в соответствующих лучах высокую, среднюю или низкую излучаемую мощность. Основными недостатками РЛС AN/SPS-48E являются относительно низкий темп обновления информации и наличие интерференционных провалов при обнаружении целей, летящих под малыми углами места. Указанные недостатки могут привести к снижению устойчивости сопровождения, снижению дальности и точности выдачи целеуказания.

Целью изобретения является создание радиолокационной станции с повышенным темпом обновления информации, высокими точностями измерений координат цели и выдачи целеуказания, с повышенной дальностью обнаружения, в том числе малоразмерных низколетящих целей. Указанная цель достигается двухканальным, в отличие от прототипа, построением РЛС, при котором излучение зондирующих сигналов и прием отраженных от цели сигналов производится двумя самостоятельными каналами. Оба частотных канала идентичны по построению и работают в двух разнесенных поддиапазонах частот Е-диапазона при общем приемопередающем тракте. Каждый канал имеет приемопередающую антенну, передающее и приемное устройство высокочастотных сигналов. Независимая работа РЛС в двух разнесенных поддиапазонах частот обеспечивается за счет введения в ее состав двух устройств суммирования и разделения частотных каналов. Приемопередающие антенны радиолокационных каналов развернуты относительно друг друга так, что излучаемые ими сигналы направлены во взаимно противоположенных направлениях и установлены на общем стабилизированном корпусе вместе с антенной системы государственного опознавания. Полная механическая стабилизация оси вращения антенн радиолокационных каналов и системы государственного опознавания устраняет влияние качек корабля на характеристики РЛС. Высокая точность выдачи целеуказания достигаются за счет формирования диаграмм направленности с низким уровнем боковых лепестков. Работа РЛС двумя частотными каналами позволяет исключить глубокие интерференционные провалы при обнаружении воздушных целей, летящих под малыми углами места, и повысить в два раза темп обновления информации.

Обзор пространства осуществляется двумя радиолокационными каналами путем электронного сканирования лучей в вертикальной плоскости и механического вращения антенн в горизонтальной плоскости. Сканирование в вертикальной плоскости осуществляется за счет изменения частоты излучаемых сигналов по специальным программам, соответствующим установленным режимам работы. Программы сканирования задают очередность следования лучей и виды зондирующих сигналов. Для реализации необходимого энергетического потенциала и требуемой точности измерения дальности применяются сложные зондирующие сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Управление длительностью импульса, частотой повторения, мощностью и видом излучаемых сигналов, осуществляемое устройством отображения информации и управления режимами, позволяет оптимизировать распределение излучаемой энергии в пространстве и эффективно использовать средства помехозащиты в зависимости от пространственного расположения помех. Для повышения эффективности использования в РЛС автоматизировано большинство операций по включению, взаимодействию различных устройств, контролю работоспособности и поиску неисправностей, управлению сканированием, выбору вида сигнала и метода его обработки. С этой же целью, в зависимости от задачи, которую в текущее время решает станция, применяются различные режимы обзора пространства - алгоритмы перемещения лучей, формирования и обработки сигналов. Для проведения регулировки приемопередаюших устройств без излучения сигналов в эфир предусмотрена возможность отключения передающих устройств от антенн и подключение их к «эквиваленту».

Основные устройства РЛС и их взаимодействие показаны на чертеже.

РЛС состоит из следующих устройств в порядке, показанном на чертеже:

1 - антенна первого канала;

2 - антенна второго канала;

3 - первое устройство суммирования и разделения частотных каналов;

4 - антенна государственного опознавания;

5 - многоканальное вращающееся сочленение;

6 - волноводное поворотное сочленение;

7 - устройство приводов и стабилизации;

8 - устройство переключения режимов «эквивалент» - «антенна»;

9 - второе устройство суммирования и разделения частотных каналов;

10 - антенный переключатель первого канала;

11 - устройство автоматической регулировки усиления первого канала;

12 - селектор движущихся целей;

13 - устройство автоматической регулировки усиления второго канала;

14 -антенный переключатель второго канала;

15 - устройство защиты приемника первого канала;

16 - передающее устройство первого канала;

17 - устройство ограничения и согласованной фильтрации;

18 - передающее устройство второго канала;

19 - устройство защиты приемника второго канала;

20 - сверхвысокочастотное приемное устройство первого канала;

21 - аттенюатор первого канала;

22 - устройство стробирования однозначных сигналов;

23 - аттенюатор второго канала;

24 - сверхвысокочастотное приемное устройство второго канала;

25 - устройство бланкирования сигналов;

26 - устройство формирования ЛЧМ сигналов;

27 - устройство отображения информации и управления режимами;

28 - устройство обработки информации;

29 - устройство детектирования и размножения сигналов;

30 - устройство управления приводами.

Антенное устройство представляет собой вращающийся в горизонтальной плоскости и механически стабилизированный по бортовой и килевой качке корпус, на котором размещены конструктивно аналогичные антенны первого 1 и второго 2 радиолокационных каналов, развернутые излучающими поверхностями в противоположенные стороны, и антенна системы госопознавания 4. На чертеже устройство приводов и стабилизации показано в позиции 7.

Сигналы запуска поступают от устройства отображения и управления режимами 27 в устройство формирования ЛЧМ-сигнала 26. Сформированные в соответствии с заданной программой обзора ЛЧМ-сигналы поступают на устройства 20 и 24, состоящие из сверхвысокочастотного (СВЧ) приемника, гетеродина и устройства формирования сигнала сверхвысокой частоты, далее сигналы поступают в передающие устройства 16 и 18. Передающие устройства первого и второго частотных каналов идентичны по построению и представляют собой 3-каскадные усилительные цепочки. В первом каскаде использована лампа бегущей волны, а во втором и третьем - амплитрон. СВЧ-сигналы усиливаются в усилительной цепочке при подаче на них импульсов высокого напряжения от высоковольтных модуляторов, входящих в состав передающего устройства. При отсутствии модулирующих импульсов амплитронные усилители второго и третьего каскадов передатчика пропускают СВЧ-сигналы с незначительным затуханием, что дает возможность оперативно управлять излучаемой мощностью.

Зондирующие сигналы передающих устройств первого и второго каналов проходят через переключатели 10 и 14, суммируются в устройстве 9, проходят через переключатель 8, поворотное сочленение 6, вращающееся сочленение 5 и поступают в антенное устройство, где после разделения в устройстве 3 поступают на антенны 1 и 2. Плоские волноводно-щелевые антенны 1 и 2 состоят из волноводных линеек с излучающими щелями на узкой стенке, которые соединены с входящими в состав антенн волноводными делителями мощности, выполненными в виде синусоидальных волноводов с использованием волноводно-коаксиальных направленных ответвителей. Электронное сканирование лучей в зонах обзора по углу места обеспечивается за счет дискретного изменения несущей частоты каждого из каналов. Для проведения регулировочных работ без излучения сигналов в эфир предусмотрена возможность отключения передающих устройств от антенн и подключение их к «эквиваленту» с помощью устройства 8, включающего в себя переключатель и «эквивалент».

Отраженные от целей радиолокационные сигналы принимаются антеннами 1 и 2, суммируются в устройстве 3, проходят через вращающееся сочленение 5, поворотное сочленение 6, переключатель 8, устройство 9, переключатели 10 и 14 и устройства 15 и 19, поступают в приемные устройства 20 и 24. Для преобразования принятых сигналов на промежуточную частоту в приемнике используется тот же гетеродин, что и в преобразователе, осуществляющем перенос спектра промежуточной частоты в сигналы СВЧ диапазона на передачу. Из устройств 20 и 24 сигнал на промежуточной частоте поступает в устройства 11 и 13, в котором осуществляется временная регулировка усиления и автоматическая стабилизация уровня собственных шумов и помех. Далее сигналы поступают в устройство 12, в котором производится компенсация пассивных помех и выделение сигналов от подвижных целей на нижних лучах зоны обзора, с выхода которого сигналы подаются на вход устройства 17 для борьбы с широкополосной импульсной помехой и согласованной фильтрации сложных сигналов. Сигналы, отраженные от целей на верхних лучах зоны обзора непосредственно с выхода устройств 11 и 13, поступают на вход устройства 17. Затем сигналы поступают на устройства стробирования однозначных сигналов 22 и бланкирования сигналов 25. Для отображения надводной обстановки (нижние лучи зоны обзора) в оба канала введены аттенюаторы 21 и 23, на которые сигнал поступает с устройства 11 и далее передается на устройства 17 и 25. После этого сигналы поступают на устройство детектирования и размножения сигналов 29 и далее на устройство обработки информации 28, устройство отображения информации и управления режимами станции 27 и к другим потребителям информации. Устройство 28 является автоматизированным рабочим местом оператора начального ввода и сопровождения целей. В состав устройства отображения и управления режимами РЛС 27 входят пульт управления и блок отображения информации. Управления режимами вращения и стабилизации осуществляется устройством 30.

1. Корабельная трехкоординатная радиолокационная станция, содержащая антенну первого канала [1], вход-выход которой связан с входом-выходом многоканального вращающегося сочленения [5], антенный переключатель первого канала [10], выход которого через устройство защиты приемника первого канала [15] соединен с первым входом сверхвысокочастотного приемного устройства первого канала [20], первый выход которого соединен с входом передающего устройства первого канала [16], выход которого соединен с входом антенного переключателя первого канала [10], а второй выход сверхвысокочастотного приемного устройства первого канала [20] соединен с входом устройства автоматической регулировки усиления первого канала [II], первый выход которого соединен с входом селектора движущихся целей [12], последовательно соединенного с устройством ограничения и согласованной фильтрации [17], устройством стробирования однозначных сигналов [22] и устройством бланкирования сигналов [25], второй вход которого подключен к выходу аттенюатора первого канала [21], второй выход которого соединен с вторым входом устройства ограничения и согласованной фильтрации [17], третий вход которого подключен к второму выходу устройства автоматической регулировки усиления первого канала [11], третий выход которого соединен с входом аттенюатора первого канала [21], при этом выход устройства бланкирования сигналов [25] соединен с входом устройства детектирования и размножения сигналов [29], первый выход которого является выходом радиолокационной станции, второй выход соединен с входом устройства отображения информации и управления режимами [27], а третий выход соединен с входом устройства обработки информации [28], последовательно соединенного с устройством отображения информации и управления режимами [27] и устройством формирования линейно-частотно-модулированных сигналов [26], первый выход которого соединен с вторым входом сверхвысокочастотного приемного устройства первого канала [20], отличающаяся тем, что в нее введены антенна второго канала [2], устройство приводов и стабилизации [7], устройство управления приводами [30], первое устройство суммирования и разделения частотных каналов [3], первый вход-выход которого связан с антенной первого канала [I], второй вход-выход которого связан с антенной второго канала [2], а третий вход-выход через многоканальное вращающееся сочленение [5], волноводное поворотное сочленение [6] и устройство переключения режимов «эквивалент» - «антенна» [8] связан с первым входом-выходом второго устройства суммирования и разделения частотных каналов [9], второй вход-выход которого связан с входом-выходом антенного переключателя первого канала [10], а третий вход-выход связан с входом-выходом антенного переключателя второго канала [14], выход которого соединен через устройство защиты приемника второго канала [19] с первым входом сверхвысокочастотного приемного устройства второго канала [24] первый выход которого соединен с входом передающего устройства второго канала [18], выход которого соединен с входом антенного переключателя второго канала [14], а второй выход сверхвысокочастотного приемного устройства второго канала [24] соединен с входом устройства автоматической регулировки усиления второго канала [13], первый выход которого соединен с входом селектора движущихся целей [12], второй выход соединен с четвертым входом устройства ограничения и согласованной фильтрации [17], а третий выход соединен с входом аттенюатора второго канала [23], первый выход которого соединен с пятым входом устройства ограничения и согласованной фильтрации [17], а второй выход с третьим входом устройства бланкирования сигналов [25], при этом второй выход устройства формирования линейно-частотно-модулированных сигналов [26] соединен с вторым входом сверхвысокочастотного приемного устройства второго канала [24], а второй выход устройства отображения информации и управления режимами [27] соединен с входом устройства управления приводами, выход которого соединен с входом устройства приводов и стабилизации, которое механически связано с волноводным поворотным сочленением и многоканальным вращающимся сочленением.

2. Станция по п.1, отличающаяся тем, что передающие устройства первого и второго радиолокационных каналов представляют собой 3-каскадные усилительные цепочки и в первом каскаде использована лампа бегущей волны, а во втором и третьем - амплитроны.

3. Станция по п.1, отличающаяся тем, что сверхвысокочастотные приемные устройства первого и второго радиолокационных каналов состоят из сверхвысокочастотного приемника, гетеродина и устройства формирования сигнала сверхвысокой частоты.

4. Станция по п.1, отличающаяся тем, что для проведения регулировочных работ приемопередающих устройств без излучения сигналов в эфир предусмотрена возможность отключения передающих устройств от антенн и подключение их к «эквиваленту».

5. Антенное устройство для корабельной трехкоординатной радиолокационной станции, содержащее приемопередающую антенну, установленную на корпусе с возможностью кругового вращения в горизонтальной плоскости, отличающееся тем, что введена вторая конструктивно аналогичная приемопередающая антенна, работающая в другом поддиапазоне частот, установленная совместно с первой на корпусе таким образом, что излучаемые антеннами сигналы направлены во взаимно противоположенном направлении, при этом введены приводные устройства для механической стабилизации по бортовой и килевой качке корпуса, на котором установлены антенны, а сами антенны выполнены в виде N линеек горизонтально ориентированных волноводно-щелевых излучателей, каждый из которых соединен с синусоидальным волноводом через волноводно-коаксиальный направленный ответвитель.