Радиолокационный отражатель

Радиолокационный отражатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к радиолокационной технике и может служить в качестве маркерного отражателя при решении задач навигации по пассивным маякам, а также калибровочным отражателем при калибровке поляризационных РЛС.

Известен радиолокационный отражатель (патент RU №2225059, МПК⁷ H01Q 19/17, опубл. 27.02.2004), состоящий из пассивной переизлучающей антенны, выполненной в виде параболического зеркала, в фокальной плоскости которого симметрично расположены N облучателей, представляющие собой закороченные с одной стороны отрезки круглых волноводов с размещенными внутри замагниченными ферритовыми стержнями. При этом замагничивание ферритового стрежня отдельного облучателя осуществляется с помощью соленоида, по которому протекает ток необходимой для правильной работы облучателя величины. Фазовый центр одного из облучателей находится в фокусе параболического зеркала, а остальные облучатели смещены в фокальной плоскости в направлениях, перпендикулярных оси параболического зеркала.

Недостатками этого устройства являются невозможность его применения в необслуживаемом режиме, поскольку требуется периодическая замена источника тока (батареи), кроме того, необходимость стабилизации параметров намагничивания ферритового стержня усложняет его применение в реальных условиях эксплуатации.

Известен радиолокационный отражатель, выбранный нами за прототип (Хлусов В.А., Воробьев П.В. / Модель обратного рассеяния электромагнитных волн частично-невзаимными средами. // - Препринт ИЯФ 95-106, Новосибирск, 1995), который выполнен в виде закороченной рупорной антенны полного поляризационного приема-передачи сигнала, в круглом (либо квадратном) волноводе которой размещен ферритовый стержень, а сверху волновода намотан соленоид, через который протекает постоянный ток. Внутри волновода за счет протекания тока через соленоид создается постоянное магнитное поле, силовые линии которого ориентированы вдоль ферритового стержня. Для некоторого значения напряженности магнитного поля матрица обратного рассеяния отражателя имеет вид антисимметричного оператора

при этом отражатель становится абсолютно невзаимным.

При падении на него волны любой возможной поляризации в обратном направлении отражается волна, поляризация которой ортогональна поляризации падающей волны.

Вектор Джонса электромагнитной волны произвольной поляризации в самом общем случае можно записать в виде

где ортогональные компоненты и могут принимать любые конечные значения по модулю и аргументу. При падении волны e₀ на отражатель-прототип отраженное поле e_P в системе координат отраженной волны e_P описывается выражением

Знак комплексного сопряжения учитывает изменение направления движения волны e_P на обратное, по отношению к волне e₀. Нетрудно убедиться, что векторы e₀ и e_P ортогональны, поскольку выполняется соотношение

Указанное свойство абсолютно невзаимного радиолокационного отражателя делает его невидимым для одноканальных РЛС с взаимной антенной на прием-передачу сигнала. Взаимная одноканальная антенна, собственная поляризация которой задана вектором e₀, излучает в пространство поле, описываемое вектором e₀. Это поле, отражаясь от объекта, принимается той же антенной и на ее выходе формируется сигнал, описываемый выражением

Нетрудно убедиться, что для любых векторов e₀, в случае, если матрица обратного рассеяния S в (6) имеет вид антисимметричного оператора 1, выходной сигнал U в (6) равен нулю

Это же свойство позволяет выделять абсолютно невзаимный радиолокационный отражатель на фоне подстилающей поверхности и других отражателей, которые имеют взаимные свойства обратного рассеяния радиоволн, что позволяет использовать его при решении задач навигации по пассивным маякам. При этом используется двухканальная взаимная антенна полного поляризационного приема-передачи сигнала и тот факт, что только для абсолютно невзаимного отражателя разность внедиагональных элементов матрицы обратного рассеяния отлична от нуля, все остальные (взаимные) объекты имеют равные внедиагональные элементы и их разность равна нулю.

Недостатками этого устройства является невозможность его применения в необслуживаемом режиме, поскольку требуется периодическая замена источника тока (батареи), а необходимость стабилизации параметров намагничивания ферритового стержня усложняет его применение в реальных условиях эксплуатации. Кроме того, стоимость основного элемента ферритового вращателя плоскости поляризации, управляемого магнитным полем соленоида, сравнительно высока в силу ограниченного спроса на такие узлы, что приводит к удорожанию радиолокационного отражателя.

Основная техническая задача состоит в создании абсолютно независимого радиолокационного отражателя, позволяющего расширить область применения устройства путем реализации необслуживаемого режима работы. При этом достигается также снижение стоимости устройства за счет применения только унифицированных широко распространенных компонентов.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в радиолокационный отражатель, содержащий взаимную двухканальную антенну полного поляризационного приема-передачи сигнала, согласно предложенному решению дополнительно введены первый и второй циркуляторы и двунаправленный фазовращатель, причем выход первого канала антенны соединен с первым входом первого циркулятора, второй выход первого циркулятора соединен с входом двунаправленного фазовращателя, выход двунаправленного фазовращателя соединен с первым входом второго циркулятора, выход второго канала антенны соединен с вторым входом второго циркулятора, третий выход первого циркулятора соединен с третьим выходом второго циркулятора.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявляемого устройства, отсутствуют.

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа заявляемого изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками изобретения преобразований на достижение указанного технического результата.

Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства.

Радиолокационный отражатель содержит двухканальную антенну полного поляризационного приема передачи 1, первый циркулятор 2 и второй циркулятор 3, двунаправленный фазовращатель 4. Выход первого канала антенны 1 соединен с первым входом первого циркулятора 2, выход второго канала антенны 1 соединен с вторым входом второго циркулятора 3, второй выход первого циркулятора 2 соединен с входом фазовращателя 4, а выход фазовращателя 4 соединен с первым входом второго циркулятора 3, третий вход первого циркулятора 2 соединен с третьим выходом второго циркулятора 3.

Устройство работает следующим образом. Падающее поле e₀ возбуждает первый и второй каналы антенны 1 и на их выходах формируются сигналы Е₁ и Е₂. Падающий сигнал на выходах каналов антенны 1 можно записать в виде вектора

Сигнал Е₁ проходит первый циркулятор 2, фазовращатель 4, второй циркулятор 3, возбуждает второй выходной канал антенны 1 и излучается в пространство в обратном, по отношению к полю e₀, направлении. Сигнал Е₂ проходит второй циркулятор 3, первый циркулятор 2, возбуждает первый выход канала антенны 1 и излучается в пространство в обратном, по отношению к полю e₀, направлении. Отраженный сигнал можно записать в виде вектора

Соответствие между векторами e₀ и e_p определяется оператором S в виде соотношения

где S - матрица обратного рассеяния заявляемого радиолокационного отражателя.

Из выражения (10) следует

Решая уравнение (11) относительно элементов S_ij,получим

и, следовательно, матрица обратного рассеяния заявляемого радиолокационного отражателя имеет вид антисимметричного оператора

Таким образом, заявляемый отражатель является абсолютно невзаимным.

Так как все компоненты, из которых состоит заявляемый отражатель, являются пассивным устройствами, в отличие от прототипа, то функционирование радиолокационного отражателя может осуществляться в необслуживаемом режиме.

Радиолокационный отражатель, содержащий взаимную двухканальную антенну полного поляризационного приема передачи сигнала, отличающийся тем, что дополнительно введены первый и второй циркуляторы и двунаправленный фазовращатель, причем выход первого канала антенны соединен с первым входом первого циркулятора, второй выход первого циркулятора соединен с входом двунаправленного фазовращателя, выход двунаправленного фазовращателя соединен с первым входом второго циркулятора, выход второго канала антенны соединен со вторым входом второго циркулятора, третий выход первого циркулятора соединен с третьим выходом второго циркулятора.