Корабельная радиолокационная станция

Корабельная радиолокационная станция

Реферат

Изобретение 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 предлагаемого изобретения является корабельная РЛС дальнего обнаружения Военно-Морских сил США AN/SPS-49. По данным справочника "The Naval Institute Guide to World Naval Weapons Systems 1997-1998" 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, обуславливает следующие недостатки:

- недостаточную пространственную избирательность;

- невозможность определения угла места целей;

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

- низкие характеристики обнаружения целей, летящих под большими углами места (см. Справочник по радиолокации. - М.: Советское радио, 1979 г., т.3, стр.344);

- низкую помехозащищенность.

Использование передающего устройства, выполненного на электровакуумных приборах, в РЛС AN/SPS-49 обуславливает:

- низкую надежность;

- большие массогабаритные характеристики передающего устройства, необходимость применения высоковольтных источников питания, а также сложность системы его управления и обслуживания;

- большее время включения станции.

Целью предлагаемого изобретения является создание радиолокационной станции С-диапазона частот, в которой устранены или значительно ослаблены указанные недостатки.

Структурная схема предлагаемой РЛС представлена на чертеже и включает в себя следующие основные устройства:

- антенное устройство 1 с входящими в его состав приемопередающей антенной 2, антенной государственного опознавания 3, волноводным вращающимся сочленением 4, трехканальным коаксиальным вращающимся сочленением 5 и приводом горизонтального вращения 6;

- волноводный тракт 7;

- высокочастотное коммутирующее устройство 8 с входящими в его состав волноводным выключателем 9, волноводным циркулятором-переключателем 10, волноводной нагрузкой 11 и ограничителем мощности 12;

- передающее устройство 13 с входящими в его состав тремя каскадами усиления 14, 15, 16 и источником питания 17;

- высокочастотное приемное устройство и формирователь СВЧ-сигналов 18 с входящими в его состав высокочастотным приемным устройством 19, гетеродином 20, формирователем сигналов 21 и усилителем мощности 22;

- низкочастотное приемное устройство 23;

- устройство вторичной обработки информации 24;

- устройство управления РЛС, размножения и отображения информации 25.

В предлагаемой РЛС указанные недостатки прототипа устранены или значительно ослаблены применением приемопередающей волноводно-щелевой антенной решетки 2 и твердотельного передающего устройства 13. Обзор пространства осуществляется круговым вращением антенны в горизонтальной плоскости при одновременном частотном сканировании группой лучей в вертикальной плоскости, благодаря чему обеспечена высокая пространственная избирательность, позволяющая проводить измерение угла места целей, существенно ослабить влияние на характеристики РЛС отражений от морской поверхности эхо-сигналов, преднамеренных и естественных помех. Такой метод сканирования ДНА позволил также осуществить электронную стабилизацию 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.

Известно, что антенны С-диапазона имеют большие габариты и массу, что существенно ограничивает их применение для корабельной радиолокации, где существуют ограничения по весу и габаритам антенных систем из-за необходимости работы при больших ветровых нагрузках.

В предлагаемой РЛС использована сравнительно легкая волноводно-щелевая антенна с частотным сканированием 2, в которой приняты максимальные меры к уменьшению веса и габаритов, влияющих на ветровые нагрузки.

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 устройства.

Горизонтальное вращение антенного устройства РЛС осуществляется с помощью частотно-регулируемого электропривода 6, 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.

Использование в приводе вращения 6 антенного устройства погонного зубчатого колеса, расположенного на неподвижном корпусе, и редуктора горизонтального вращения вместе с электродвигателем горизонтального вращения, обкатывающегося вокруг неподвижного погонного зубчатого колеса, позволило упростить конструкцию привода, уменьшить его размеры и массу, а также повысить прочность и надежность привода вращения антенного устройства.

Применение в РЛС электронной стабилизации луча приемопередающей антенны существенно упростило конструкцию антенного устройства, так как отпала необходимость в использовании волноводных поворотных сочленений. Электронная стабилизация осуществляется на основе данных, полученных от системы инерциальной навигации и стабилизации (СИНС) и углового положения лучей антенны РЛС.

Высокочастотное коммутирующее устройство 8, с помощью которого осуществляется связь между приемопередающей антенной 2, передающим устройством 13 и высокочастотным приемным устройством 19, выполнено с использованием четырехплечего волноводного циркулятора-переключателя 10, который при работе на антенну подключает выход передатчика к входу антенны и коммутирует принятые антенной сигналы в направлении приемного устройства. К четвертому плечу циркулятора подключена волноводная нагрузка 11, выполняющая роль эквивалента антенны при настройке и регулировке РЛС без излучения в пространство.

Ограничитель мощности 12 (двухкаскадное полупроводниковое защитное устройство) снижает уровень просачивающейся в приемный тракт мощности СВЧ в момент излучения мощного импульса до допустимого для приемного устройства уровня. Кроме того, ограничитель защищает приемное устройство и от мощных несинхронных излучений, наводимых в антенне от соседних РЛС. В этом случае ограничитель работает в режиме самоуправления.

Передающее трехкаскадное устройство 13 выполнено с использованием большого количества транзисторных усилительных модулей СВЧ. При этом устройства деления и суммирования выполнены по параллельной схеме типа "елочка" с использованием в качестве мостового устройства 3-децибельного направленного ответвителя на связанных полосковых линиях. Питание всех усилительных модулей осуществляется от универсальных источников питания 17 таким образом, чтобы при выходе из строя любого из источников питания уменьшение мощности сигнала на выходе передающего устройства было минимальным. Для стабилизации выходной мощности передающего устройства в целом при выходе из строя одного из двух соседних усилителей в четные выходы делителей включены 120-градусные фазовращатели. Применение передающего устройства на транзисторных усилителях позволило уменьшить время включения РЛС до времени загрузки операционной системы ЭВМ.

Высокочастотное приемное устройство 19 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 21 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 20 состоит из двух микроблоков и построено по схеме усилительно-умножительной линейки с переключаемыми умножителями и непрерывно работающими задающими кварцевыми генераторами.

Низкочастотное приемное устройство 23 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;

- размножения информации.

Устройство управления РЛС 25 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 24 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. Электрические связи между функциональными устройствами РЛС указаны стрелками.

Формирование сложного ЛЧМ-сигнала на промежуточной частоте происходит в низкочастотном приемном устройстве 23, с выхода которого этот сигнал поступает на высокочастотный формирователь сигналов 21, где происходит перенос спектра ЛЧМ-сигнала на промежуточной частоте в диапазон СВЧ. После необходимого усиления в усилителе мощности 22 сигнал поступает на вход передающего устройства 13. С выхода передающего устройства усиленный сигнал через коммутирующее устройство 10, волноводный тракт 7, вращающееся сочленение 4 поступает в антенну 2 и излучается.

Принятый антенной 9 эхо-сигнал через волноводное вращающееся сочленение 4, волноводный тракт 7, волноводный выключатель 9, волноводный циркулятор 10 и ограничитель мощности 12 поступает на вход высокочастотного приемного устройства 19, где он усиливается, преобразуется в сигнал на промежуточной частоте и далее поступает на вход низкочастотного приемного устройства 23, где происходит его первичная обработка. С низкочастотного приемного устройства сигнал поступает на устройство вторичной обработки информации 24, где он размножается и поступает к потребителям этой информации. Управление режимами работы осуществляется в устройстве управления РЛС, размножения и отображения информации 25.

1. Корабельная радиолокационная станция, содержащая приемопередающую антенну и антенны системы государственного опознавания, многоканальное вращающееся сочленение, высокочастотный волноводный тракт, передающее устройство, высокочастотное коммутирующее устройство, высокочастотное приемное устройство и формирователь сигналов, низкочастотное приемное устройство, устройство вторичной обработки и устройство управления РЛС, отличающаяся тем, что РЛС выполнена трехкоординатной, в ней осуществлена пространственная избирательность, антенна выполнена волноводно-щелевой с частотным сканированием на волноводах с уменьшенными размерами по широкой и узкой стенкам и уменьшенной толщиной стенок, делитель мощности закреплен непосредственно на излучающих линейках, антенна закреплена посредством неизменяемой фермы из стержней с шарнирами на концах, которая опирается на вращающийся корпус антенного поста, редуктор горизонтального вращения вместе с электродвигателем расположены на вращающемся корпусе антенного поста и обкатываются вокруг погонного зубчатого колеса, расположенного на неподвижном корпусе, привод вращения снабжен асинхронным электродвигателем с частотным регулированием скорости разгона и торможения, передающее устройство выполнено в виде трехкаскадного твердотельного усилителя мощности с большим числом 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.

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

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

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

5. 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, улучшение чистоты спектра сигнала, высокую эффективность селекции движущейся цели.

6. 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 управления РЛС, во время паузы ограничитель переходит в режим самоуправления и управляется мощными импульсами сторонних РЛС.