короткоимпульсный моноимпульсный радиолокатор с электронным сканированием в одной плоскости

Формула изобретения

1. Короткоимпульсный моноимпульсный радиолокатор с электронным сканированием луча в одной плоскости, содержащий, по меньшей мере, одно передающее устройство, соединенное выходом с первым входом схемы формирования суммарной и разностной диаграмм антенн, которая первыми выходами подключена ко входам передающей фазированной антенной решетки, приемную фазированную антенную решетку, соединенную первыми и вторыми выходами соответственно со вторыми и третьими входами схемы формирования суммарной и разностной диаграмм антенн, которая вторым и третьим выходами подключена соответственно к первому и второму входам, по меньшей мере, одного приемного устройства, связанного выходами со входами блока управления и первичной обработки, соединенного каналом передачи данных с ЭВМ обработки информации, генератор сигналов, подключенный первым выходом к синхровходу блока управления и первичной обработки информации, который первой шиной управляющих сигналов соединен со входами управления, по меньшей мере, одного передающего устройства, второй и третьей шинами управляющих сигналов связан соответственно с первыми и вторыми входами управления, по меньшей мере, одного приемного устройства, четвертой и пятой шинами управляющих сигналов подключен к первым входам управления соответственно приемной и передающей фазированных антенных решеток, а шестой шиной управляющих сигналов подключен к управляющим входам системы стробирования, второй выход генератора сигналов подключен к информационному входу, по меньшей мере, одного передающего устройства, третий и четвертый выходы генератора сигналов связаны соответственно с первыми и вторыми информационными входами, по меньшей мере, одного приемного устройства, первые выходы системы стробирования соединены со вторыми входами управления передающей фазированной антенной решетки, а вторые выходы системы стробирования подключены ко вторым входам управления приемной фазированной антенной решетки.

2. Короткоимпульсный моноимпульсный радиолокатор по п.1, отличающийся тем, что передающая фазированная антенная решетка содержит блок модулей управления амплитудно-фазовым распределением передающей антенной решетки, соединенный выходами через блок усилителей мощности со входами линейной решетки излучателей, при этом входы блока модулей управления амплитудно-фазовым распределением передающей фазированной антенной решетки являются входами передающей фазированной антенной решетки, первыми входами управления которой являются входы управления блока модулей управления амплитудно-фазовым распределением передающей антенной решетки, а ее вторыми входами управления являются дополнительные входы блока усилителей мощности.

3. Короткоимпульсный моноимпульсный радиолокатор по п.1, отличающийся тем, что приемная фазированная антенная решетка содержит линейную решетку излучателей, которая выходами через блок входных усилительных модулей соединена со входами блока модулей управления амплитудно-фазовым распределением приемной фазированной антенной решетки, первые и вторые выходы которого являются соответственно первыми и вторыми выходами приемной фазированной антенной решетки, первыми входами управления которой являются входы управления блока модулей управления амплитудно-фазовым распределением приемной фазированной антенной решетки, а ее вторыми входами управления являются дополнительные входы блока входных усилительных модулей.

4. Короткоимпульсный моноимпульсный радиолокатор по п.1, отличающийся тем, что схема формирования суммарной и разностной диаграмм антенн содержит сумматоры и делитель каналов, вход и выходы которого являются соответственно первым входом и первыми выходами схемы формирования суммарной и разностной диаграмм антенн, вторые входы и второй выход которой являются соответственно входами и выходом первого сумматора, третьи входы и третий выход схемы формирования суммарной и разностной диаграмм антенн являются соответственно входами и выходом второго сумматора.

5. Короткоимпульсный моноимпульсный радиолокатор по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно приемное устройство содержит квадратурные приемники, входы которых являются соответственно входом первого и входом второго квадратурных приемников, выходы, по меньшей мере, одного приемного устройства являются соответственно выходами первого и второго квадратурных приемников, причем первые и вторые входы управления, по меньшей мере, одного приемного устройства являются соответственно входами управления первого и второго квадратурных приемников, первые и вторые управляющие входы которых являются первыми и вторыми управляющими входами, по меньшей мере, одного приемного устройства.

6. Короткоимпульсный моноимпульсный радиолокатор по п.1, отличающийся тем, что генератор сигналов содержит кварцевый генератор импульсов, соединенный выходом со входом синтезатора частот, при этом первым выходом генератора сигналов является выход кварцевого генератора импульсов, а вторым, третьим и четвертым выходами генератора сигналов являются соответствующие выходы синтезатора частот.

7. Короткоимпульсный моноимпульсный радиолокатор по п.2, отличающийся тем, что блок усилителей мощности содержит усилители мощности и модуляторы, причем в каждом канале блока усилителей мощности выход соответствующего модулятора соединен с управляющим входом усилителя мощности, выход которого является выходом канала и одним из выходов блока усилителей мощности, а вход усилителя мощности каждого канала является входом канала и одним из входов блока усилителей мощности, причем вход модулятора каждого канала является одним из дополнительных входов блока усилителей мощности.

8. Короткоимпульсный моноимпульсный радиолокатор по п.3, отличающийся тем, что блок входных усилительных модулей содержит СВЧ-переключатели и малошумящие усилители, причем в каждом канале блока входных усилительных модулей выход СВЧ-переключателя соединен со входом малошумящего усилителя, выход которого является выходом канала и одним из выходов блока входных усилительных модулей, вход СВЧ-переключателя каждого канала является одним из входов блока входных усилительных модулей, а управляющий вход СВЧ-переключателя каждого канала является одним из дополнительных входов блока входных усилительных модулей.

9. Короткоимпульсный моноимпульсный радиолокатор по п.2, отличающийся тем, что блок модулей управления амплитудно-фазовым распределением передающей фазированной антенной решетки выполнен в виде передающих модулей управления, каждый из которых является канальным и содержит схему управления, управляемый фазовращатель, управляемый аттенюатор и усилитель, при этом в каждом передающем модуле управления схема управления информационными шинами связана со входами управления управляемого фазовращателя и управляемого аттенюатора, причем выход управляемого фазовращателя через управляемый аттенюатор подключен ко входу усилителя, выход которого является выходом передающего модуля управления и одним из выходов блока модулей управления амплитудно-фазовым распределением передающей фазированной антенной решетки, а вход управляемого фазовращателя является входом передающего модуля управления и одним из входов блока модулей управления амплитудно-фазовым распределением передающей фазированной антенной решетки, входами управления которого являются выводы шины управления схемы управления каждого передающего модуля управления.

10. Короткоимпульсный моноимпульсный радиолокатор по п.3, отличающийся тем, что блок модулей управления амплитудно-фазовым распределением приемной фазированной антенной решетки выполнен в виде приемных модулей управления, каждый из которых является канальным и содержит схему управления, управляемый фазовращатель, управляемый аттенюатор и малошумящий усилитель, при этом в каждом приемном модуле управления схема управления информационными шинами связана со входами управления управляемого фазовращателя и управляемого аттенюатора, причем вход управляемого фазовращателя через управляемый аттенюатор подключен к выходу малошумящего усилителя, вход которого является входом приемного модуля управления и одним из входов блока модулей управления амплитудно-фазовым распределением приемной фазированной антенной решетки, а выход управляемого фазовращателя является выходом приемного модуля управления и одним из выходов блока модулей управления амплитудно-фазовым распределением приемной фазированной антенной решетки, входами управления которого являются выводы шины управления схемы управления каждого приемного модуля управления.

11. Короткоимпульсный моноимпульсный радиолокатор по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно передающее устройство содержит фазовый манипулятор, выход которого через усилитель соединен со входом амплитудного манипулятора, выход которого является выходом, по меньшей мере, одного передающего устройства, вход которого является входом фазового манипулятора, при этом управляющие входы фазового и амплитудного манипуляторов объединены и являются входами управления, по меньшей мере, одного передающего устройства.

12. Короткоимпульсный моноимпульсный радиолокатор по п.5, отличающийся тем, что квадратурный приемник содержит смеситель, соединенный выходом через последовательно установленные усилитель промежуточной частоты и управляемый аттенюатор со входом квадратурного детектора, выходы которого соединены со входами усилителей квадратурных сигналов с программируемым усилением, причем выходы усилителей квадратурных сигналов с программируемым усилением являются выходами квадратурного приемника, входом которого является первый вход смесителя, второй вход которого является управляющим входом квадратурного приемника, причем управляющие входы усилителей квадратурных сигналов с программируемым усилением и управляемого аттенюатора объединены и являются входами управления квадратурного приемника.

13. Короткоимпульсный моноимпульсный радиолокатор по п.1, отличающийся тем, что блок управления и первичной обработки содержит АЦП, выходы каждого из которых соединены с соответствующими входами программируемой логической интегральной схемы, которая информационной шиной подключена к узлу управления и обмена информацией, первая, вторая, третья, четвертая, пятая и шестая шины управляющих сигналов которого являются соответственно первой, второй, третьей, четвертой, пятой и шестой шинами управляющих сигналов блока управления и первичной обработки, шина информационных сигналов узла управления и обмена информацией обработки выполнена с возможностью образования канала передачи данных блока управления и первичной обработки, при этом первый выход формирователя тактовых сигналов связан с управляющими входами каждого АЦП, а его второй выход подключен к управляющему входу программируемой логической интегральной схемы, причем вход формирователя тактовых сигналов является синхровходом блока управления и первичной обработки, а входы всех АЦП являются входами блока управления и первичной обработки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в многофункциональных береговых, аэродромных и корабельных радиолокационных станциях (РЛС) для обнаружения наземных и надводных объектов, в том числе и малоразмерных и может быть использовано в системах управления воздушным движением.

Известны РЛС (береговые, корабельные или аэродромные), которые предназначены для обзора земной и водной поверхности и обнаружения расположенных на ней объектов, осуществляющие обзор путем секторного качания луча антенны в азимутальной плоскости и имеющие полосу зондирующего сигнала не более 30 МГц. Зона обзора таких РЛС представляет собой сектор с радиусом, соответствующим дальности действия РЛС. Однако их применение для обнаружения отраженных сигналов от малоразмерных целей, эффективная поверхность рассеяния (ЭПР) которых не превышает 5 м², в условиях отражений от подстилающей поверхности оказывается не эффективным.

Использование коротких зондирующих импульсов для радиолокационного зондирования малоразмерных целей на фоне мешающих отражений позволяет существенно увеличить отношение сигнал/помеха от фона) за счет уменьшения элемента пространственного разрешения и тем самым улучшить характеристики обнаружения и точность измерения координат цели.

Известен короткоимпульсный радиолокатор, в котором зондирование осуществляется 10-ти наносекундными радиоимпульсами, создаваемыми СВЧ генератором на диоде Ганна, что при разрешающей способности по дальности 1,5 м обеспечивает обнаружение человека на фоне земной поверхности на дальности до 800 м. Такой радиолокатор не обеспечивает когерентность зондирующих импульсов, что не позволяет использовать при обработке методы когерентного накопления отраженных сигналов, существенно повышающие отношение сигнал/шум и обеспечивающие увеличение дальности действия и улучшение характеристик обнаружения объектов (см. статью Н.Н.Бадулина и др. Радиолокатор с наносекундным зондирующим импульсом, ж-л Приборы и техника эксперимента № 6, 1998, с.111-114).

Недостатками описанного технического решения являются его низкие функциональные возможности, обусловленные тем, что радиолокатор в состоянии формировать небольшое количество типов зондирующих сигналов, которое определяет высокое значение потребляемой мощности устройства.

Также известен моноимпульсный радиолокатор с антенной системой, содержащей приемную и передающую фазированные антенные решетки, а также передающее устройство, приемное устройство, связанное выходами со входами блока управления и первичной обработки, а также генератор сигналов, связанный со входами приемного и передающего устройств, подключенных, соответственно, к приемной и передающей фазированным антенным решеткам (см. кн. А.И.Леонов, К.И.Фомичев. Моноимпульсная радиолокация. - М.: Радио и связь, 1984 г., 312 с.).

Недостатками данного технического решения также являются его низкие функциональные возможности, обусловленные тем, что радиолокатор в состоянии формировать небольшое количество типов зондирующих сигналов, которое определяет высокое значение потребляемой мощности устройства.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является расширение функциональных возможностей устройства за счет создания радиолокатора с большим разнообразием зондирующих сигналов, которое обеспечивает снижение потребляемой мощности устройства пропорционально скважности зондирующего сигнала.

Данный технический результат достигается за счет того, что короткоимпульсный моноимпульсный радиолокатор с электронным сканированием луча в одной плоскости содержит, по меньшей мере, одно передающее устройство, соединенное выходом с первым входом схемы формирования суммарной и разностной диаграмм антенн, которая первыми выходами подключена ко входам передающей фазированной антенной решетки, приемную фазированную антенную решетку, соединенную первыми и вторыми выходами, соответственно, со вторыми и третьими входами схемы формирования суммарной и разностной диаграмм антенн, которая вторым и третьим выходами подключена, соответственно, к первому и второму входам, по меньшей мере, одного приемного устройства, связанного выходами со входами блока управления и первичной обработки, соединенного каналом передачи данных с ЭВМ обработки информации, генератор сигналов, подключенный первым выходом к синхровходу блока управления и первичной обработки информации, который первой шиной управляющих сигналов соединен со входами управления, по меньшей мере, одного передающего устройства, второй и третьей шинами управляющих сигналов связан, соответственно, с первыми и вторыми входами управления, по меньшей мере, одного приемного устройства, четвертой и пятой шинами управляющих сигналов подключен к первым входам управления, соответственно, приемной и передающей фазированных антенных решеток, а шестой шиной управляющих сигналов подключен к управляющим входам системы стробирования, второй выход генератора сигналов подключен к информационному входу, по меньшей мере, одного передающего устройства, третий и четвертый выходы генератора сигналов связаны, соответственно, с первыми и вторыми информационными входами, по меньшей мере, одного приемного устройства, первые выходы системы стробирования соединены со вторыми входами управления передающей фазированной антенной решетки, а вторые выходы системы стробирования подключены ко вторым входам управления приемной фазированной антенной решетки, а также за счет того, что передающая фазированная антенная решетка содержит блок модулей управления амплитудно-фазовым распределением передающей антенной решетки, соединенный выходами через блок усилителей мощности со входами линейной решетки излучателей, при этом входы блока модулей управления амплитудно-фазовым распределением передающей фазированной антенной решетки являются входами передающей фазированной антенной решетки, первыми входами управления которой являются входы управления блока модулей управления амплитудно-фазовым распределением передающей антенной решетки, а ее вторыми входами управления являются дополнительные входы блока усилителей мощности, и, кроме того, за счет того, что приемная фазированная антенная решетка содержит линейную решетку излучателей, которая выходами через блок входных усилительных модулей соединена со входами блока модулей управления амплитудно-фазовым распределением приемной фазированной антенной решетки, первые и вторые выходы которого являются, соответственно, первыми и вторыми выходами приемной фазированной антенной решетки, первыми входами управления которой являются входы управления блока модулей управления амплитудно-фазовым распределением приемной фазированной антенной решетки, а ее вторыми входами управления являются дополнительные входы блока входных усилительных модулей.

Указанный выше технический результат достигается за счет того, что схема формирования суммарной и разностной диаграмм антенн содержит сумматоры и делитель каналов, вход и выходы которого являются, соответственно, первым входом и первыми выходами схемы формирования суммарной и разностной диаграмм антенн, вторые входы и второй выход которой являются, соответственно, входами и выходом первого сумматора, третьи входы и третий выход схемы формирования суммарной и разностной диаграмм антенн являются, соответственно, входами и выходом второго сумматора, а также за счет того, что, по меньшей мере, одно приемное устройство содержит квадратурные приемники, входы которых являются, соответственно, входом первого и входом второго квадратурных приемников, выходы, по меньшей мере, одного приемного устройства являются, соответственно, выходами первого и второго квадратурных приемников, причем первые и вторые входы управления, по меньшей мере, одного приемного устройства являются, соответственно, входами управления первого и второго квадратурных приемников, первые и вторые управляющие входы которых являются первыми и вторыми управляющими входами, по меньшей мере, одного приемного устройства, и, кроме того, за счет того, что генератор сигналов содержит кварцевый генератор импульсов, соединенный выходом со входом синтезатора частот, при этом первым выходом генератора сигналов является выход кварцевого генератора импульсов, а вторым, третьим и четвертым выходами генератора сигналов являются соответствующие выходы синтезатора частот и за счет того, что блок усилителей мощности содержит усилители мощности и модуляторы, причем в каждом канале блока усилителей мощности выход соответствующего модулятора соединен с управляющим входом усилителя мощности, выход которого является выходом канала и одним из выходов блока усилителей мощности, а вход усилителя мощности каждого канала является входом канала и одним из входов блока усилителей мощности, причем вход модулятора каждого канала является одним из дополнительных входов блока усилителей мощности.

Данный технический результат достигается за счет того, что блок входных усилительных модулей содержит СВЧ-переключатели и малошумящие усилители, причем в каждом канале блока входных усилительных модулей выход СВЧ-переключателя соединен со входом малошумящего усилителя, выход которого является выходом канала и одним из выходов блока входных усилительных модулей, вход СВЧ-переключателя каждого канала является одним из входов блока входных усилительных модулей, а управляющий вход СВЧ-переключателя каждого канала является одним из дополнительных входов блока входных усилительных модулей, а также за счет того, что блок модулей управления амплитудно-фазовым распределением передающей фазированной антенной решетки выполнен в виде передающих модулей управления, каждый из которых является канальным и содержит схему управления, управляемый фазовращатель, управляемый аттенюатор и усилитель, при этом в каждом передающем модуле управления схема управления информационными шинами связана со входами управления управляемого фазовращателя и управляемого аттенюатора, причем выход управляемого фазовращателя через управляемый аттенюатор подключен ко входу усилителя, выход которого является выходом передающего модуля управления и одним из выходов блока модулей управления амплитудно-фазовым распределением передающей фазированной антенной решетки, а вход управляемого фазовращателя является входом передающего модуля управления и одним из входов блока модулей управления амплитудно-фазовым распределением передающей фазированной антенной решетки, входами управления которого являются выводы шины управления схемы управления каждого передающего модуля управления, и, кроме того, за счет того, что блок модулей управления амплитудно-фазовым распределением приемной фазированной антенной решетки выполнен в виде приемных модулей управления, каждый из которых является канальным и содержит схему управления, управляемый фазовращатель, управляемый аттенюатор и малошумящий усилитель, при этом в каждом приемном модуле управления схема управления информационными шинами связана со входами управления управляемого фазовращателя и управляемого аттенюатора, причем вход управляемого фазовращателя через управляемый аттенюатор подключен к выходу малошумящего усилителя, вход которого является входом приемного модуля управления и одним из входов блока модулей управления амплитудно-фазовым распределением приемной фазированной антенной решетки, а выход управляемого фазовращателя является выходом приемного модуля управления и одним из выходов блока модулей управления амплитудно-фазовым распределением приемной фазированной антенной решетки, входами управления которого являются выводы шины управления схемы управления каждого приемного модуля управления.

Указанный выше технический результат достигается за счет того, что, по меньшей мере, одно передающее устройство содержит фазовый манипулятор, выход которого через усилитель соединен со входом амплитудного манипулятора, выход которого является выходом, по меньшей мере, одного передающего устройства, вход которого является входом фазового манипулятора, при этом управляющие входы фазового и амплитудного манипуляторов объединены и являются входами управления, по меньшей мере, одного передающего устройства, а также за счет того, что квадратурный приемник содержит смеситель, соединенный выходом через последовательно установленные усилитель промежуточной частоты и управляемый аттенюатор со входом квадратурного детектора, выходы которого соединены со входами усилителей квадратурных сигналов с программируемым усилением, причем выходы усилителей квадратурных сигналов с программируемым усилением являются выходами квадратурного приемника, входом которого является первый вход смесителя, второй вход которого является управляющим входом квадратурного приемника, причем управляющие входы усилителей квадратурных сигналов с программируемым усилением и управляемого аттенюатора объединены и являются входами управления квадратурного приемник, и, кроме того, за счет того, что блок управления и первичной обработки содержит АЦП, выходы каждого из которых соединены с соответствующими входами программируемой логической интегральной схемы, которая информационной шиной подключена к узлу управления и обмена информацией, первая, вторая, третья, четвертая, пятая и шестая шины управляющих сигналов которого являются, соответственно, первой, второй, третьей, четвертой, пятой и шестой шинами управляющих сигналов блока управления и первичной обработки, шина информационных сигналов узла управления и обмена информацией обработки выполнена с возможностью образования канала передачи данных блока управления и первичной обработки, при этом первый выход формирователя тактовых сигналов связан с управляющими входами каждого АЦП, а его второй выход подключен к управляющему входу программируемой логической интегральной схемы, причем вход формирователя тактовых сигналов является синхровходом блока управления и первичной обработки, а входы всех АЦП являются входами блока управления и первичной обработки.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется на фиг.1-8, причем на фиг.1 представлена структурная схема короткоимпульсного моноимпульсного радиолокатора с электронным сканированием луча в одной плоскости, на фиг.2 изображена структурная схема блока усилителей мощности, на фиг.3 показана структурная схема блока входных модулей, на фиг.4 представлена структурная схема блока модулей управления амплитудно-фазовым распределением передающей фазированной антенной решетки, на фиг.5 изображена структурная схема блока модулей управления амплитудно-фазовым распределением приемной фазированной антенной решетки, на фиг.6 показана структурная схема, по меньшей мере, одного передающего устройства, на фиг.7 представлены структурные схемы квадратурных приемников и на фиг.8 показана структурная схема блока управления и первичной обработки.

Предлагаемый радиолокатор содержит передающую фазированную антенную решетку 1, имеющую 2N элементов, приемную фазированную антенную решетку 2, в которую входят также 2N элементов, схемы формирования суммарной и разностной диаграмм антенн 3, передающее устройство 4, приемное устройство 5, генератор сигналов 6, блок управления и первичной обработки 7, ЭВМ обработки информации 8 и систему стробирования 9. Выход несущего колебания генератора сигналов 6 соединен с передающим устройством 4, выход сигнала гетеродина генератора сигналов 6 и выход опорного сигнала этого генератора соединены с приемным устройством 5, а ЭВМ обработки информации 8 соединена каналом передачи данных с блоком управления и первичной обработки 7. Система стробирования 9 соединена с блоком управления и первичной обработки 7, передающей фазированной антенной решеткой 1 и приемной фазированной антенной решеткой 2. Передающая фазированная антенная решетка 1 содержит линейную решетку из излучателей 10 (их число равно 2N), каждый из которых соединен с выходом соответствующего усилителя мощности блока усилителей мощности 11 (число усилителей равно 2N). Входы усилителей мощности блока 11 соединены с соответствующими передающими выходами блока модулей управления амплитудно-фазовым распределением передающей фазированной антенной решетки 12. Приемная фазированная антенная решетка 2 содержит линейную решетку из излучателей 13 (их число равно 2N), каждый из которых соединен с соответствующим входным усилительным модулем блока входных модулей 14 (этот блок содержит 2N входных усилительных модулей). Выходы входных усилительных модулей соединены с соответствующими входами блока модулей управления амплитудно-фазовым распределением приемной фазированной антенной решетки 15. Входы (их число равно 2N) передающей фазированной антенной решетки 1 соединены с выходами делителя 16 каналов (делитель содержит 2N каналов) схемы формирования 3. Выходы одной половины приемной фазированной антенной решетки 2 соединены с сумматором 17 (рассчитан на N каналов) схемы формирования 3, а выходы другой половины приемной фазированной антенной решетки 2 соединены с сумматором 18 (также рассчитан на N каналов) схемы формирования 3. Выход сумматора 17 соединен с квадратурным приемником 19 приемного устройства 5, а выход сумматора 18 соединен с квадратурным приемником 20 приемного устройства 5, выходы квадратурных приемников 19 и 20 соединены с АЦП блока управления и первичной обработки 7. Вход делителя 16 каналов соединен с выходом передающего устройства 4. Генератор сигналов 6 содержит синтезатор частот 21 и кварцевый генератор 22, выход которого соединен с синтезатором частот 21 и блоком управления и первичной обработки 7. Выходы системы стробирования 9 соединены с блоком усилителей мощности 11 передающей фазированной антенной решетки 1 и блоком входных модулей 14 приемной фазированной антенной решетки 2. Управляющие выходы блока управления и первичной обработки 7 соединены с передающим устройством 4, квадратурными приемниками 19 и 20 приемного устройства 5, системой стробирования 9, блоком модулей управления амплитудно-фазовым распределением передающей фазированной антенной решетки 12 и блоком модулей управления амплитудно-фазовым распределением приемной фазированной антенной решетки 15.

При функционировании радиолокатора в сантиметровом диапазоне длин волн в качестве излучателей 10 передающей и излучателей 13 приемной антенных решеток целесообразно использовать рупорные излучатели различного вида, в частности, полосковые ТЕМ-рупоры, обладающие малой массой и обеспечивающие стыковку с коаксиальными кабелями.

Возможные структурные схема блока усилителей мощности 11 и блока входных модулей 14 приведены, соответственно, на фиг.2 и фиг.3. Блок усилителей мощности 11 состоит из усилителей мощности 23 (их число равно 2N), питание которых осуществляется модуляторами 24, управляемыми сигналами от системы стробирования 9. Модуляторы 24 управляются таким образом, что при прохождении зондирующих сигналов через усилители мощности 23 напряжение питания на них присутствует, а при отсутствии зондирующих сигналов напряжение питания снимается (близко к нулю). Это обеспечивает снижение потребляемой мощности пропорционально скважности зондирующего сигнала. Блок входных модулей 14 выполнен канальным (число каналов равно 2N), при этом каждый канал состоит из последовательно соединенных СВЧ-переключателя 25 и малошумящего усилителя 26. На время существования зондирующих импульсов в излучателях передающей антенной решетки 10 СВЧ-переключатели 25 запираются сигналами от системы стробирования 9. При отсутствии зондирующих импульсов в излучателях передающей антенной решетки 10 СВЧ-переключатели открыты и сигналы от излучателей приемной антенной решетки 13 поступают на малошумящие усилители 26. Усилители мощности сантиметрового диапазона с выходной мощностью от 1 до 10 Вт могут быть реализованы на микросхемах, выпускаемых фирмами Tico Electronics и Hittite. Малошумящие усилители и СВЧ-переключатели выпускаются многими российскими и зарубежными производителями.

Блок модулей управления амплитудно-фазовым распределением передающей фазированной антенной решетки 12 и блок модулей управления амплитудно-фазовым распределением приемной фазированной антенной решетки 15 могут быть выполнены в соответствии со структурными схемами, приведенными на фиг.4 и фиг.5. Блок модулей управления 12 состоит из 2N передающих модулей управления 27, каждый из которых содержит схему управления 28 и последовательно соединенные управляемый фазовращатель 29, управляемый аттенюатор 30 и усилитель 31. Все схемы управления 28 блока 12 соединены последовательным каналом управления, например, каналом SPI, который соединен с блоком управления и первичной обработки 7. В каждом модуле 27 схема управления 28 соединена с управляемым фазовращателем 29 и управляемым аттенюатором 30. Блок модулей управления 15 состоит из 2N приемных модулей управления 32, каждый из которых содержит схему управления 28 и последовательно соединенные малошумящий усилитель 33, управляемый аттенюатор 30 и управляемый фазовращатель 29. Все схемы управления 28 блока 15 соединены последовательным каналом управления, например, каналом SPI, который соединен с блоком управления и первичной обработки 7. В каждом модуле 32 схема управления 28 соединена с управляемым фазовращателем 29 и управляемым аттенюатором 30. Схема управления 28 может быть выполнена на микроконтроллере или наборе логических микросхем, выпускаемых российскими и зарубежными производителями. Функционирующие в сантиметровом диапазоне длин волн управляемые фазовращатели и аттенюаторы, а также малошумящие усилители выпускаются рядом российских и зарубежных производителей (например, НПП «Пульсар», НПФ «Микран», Tico Electronics и Hittite).

Сумматоры 17, 18 (каждый - для N каналов) и делитель каналов 16 (в данном случае для 2N каналов) схемы формирования суммарной и разностной диаграмм антенн 3 могут быть выполнены по микрополосковой технологии, например, на основе двоичных делителей мощности. При этом для компенсации снижения выходного уровня мощности в делитель 16 каналов могут быть введены усилительные каскады.

Передающее устройство 4 может быть выполнено в соответствие со структурной схемой фиг.6. Оно состоит из последовательно соединенных фазового манипулятора 34, усилителя 35 и амплитудного манипулятора 36. На вход передающего устройства 4 поступает сигнал несущей частоты fн от генератора сигналов 6, а на его выходе формируется зондирующий сигнал, соответствующий сигналам управления от блока 7, которые поступают на фазовый 34 и амплитудный 36 манипуляторы. Фазовый манипулятор 34 обеспечивает сдвиг фазы проходящего СВЧ сигнала на 0° или 180° и может быть выполнен на быстродействующих фазовращателях (время переключения не более 10 нс), выпускаемых НПП «Пульсар» и фирмами Tico Electronics и Hittite. Амплитудный манипулятор 36 может быть выполнен на быстродействующих СВЧ-переключателях (время переключения не более 5 нс) фирм Tico Electronics и Hittite. В качестве усилителя 35 можно использовать маломощные широкополосные СВЧ-усилители НПП «Пульсар», ОКБ «Планета», а также фирм Avago, Tico Electronics и Hittite.

Квадратурные приемники 19 и 20 приемной устройства 5 могут быть выполнены по структурной схеме фиг.7. Квадратурный приемник состоит из смесителя 37, усилителя промежуточной частоты 38, управляемого аттенюатора 39, квадратурного детектора 40 и усилителей квадратурных сигналов 41 с программируемым усилением. Затухание, вносимое аттенюатором 39, и коэффициенты усиления усилителей 41 программно устанавливаются по каналу управления от блока 7. Микросхемы узлов квадратурных приемников 19 и 20 выпускаются многими российскими и зарубежными производителями. Микросхемы смесителей 37 производятся НПФ «Микран», НПП «Салют» и фирмами Mini-Circuits, Hittite, Avago. Усилители промежуточной частоты 38 выпускаются НПП «Салют», ОКБ «Планета» и фирмами Mini-Circuits, Avago, Hittite. Управляемый аттенюатор 39 может быть выполнен на микросхемах фирм Tico Electronics и Hittite. Квадратурный детектор может быть выполнен на микросхемах ОКБ «Планета» и фирм Analog Devices, Hittite. В качестве усилителей 41 с программируемым усилением целесообразно использовать микросхемы фирмы Analog Devices, которые хорошо сопрягаются со входами АЦП).

Кварцевый генератор 22 генератора сигналов 6 может быть выполнен на основе микросхем фирм Epson и Geyer с выходной частотой от 10 до 100 МГц, а в качестве синтезатора частот 21 можно использовать микросхемы НПП «Салют» и фирм Analog Devices, On Semiconductor, Skyworks.

Блок управления и первичной обработки 7 можно выполнить по структурной схеме фиг.8. Он состоит из четырех АЦП 42, выходы которых соединены со входами программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) 43. Тактовые сигналы на АЦП 42 поступают от формирователя тактовых сигналов 44, вход которого соединен с кварцевым генератором 22 генератора сигналов 6. Тактовые сигналы от формирователя 44 также поступают на ПЛИС 43. ПЛИС 43 каналом обмена данных соединена с узлом управления и обмена информацией 45, который формирует сигналы управления для блоков 4, 9, 12, 15, 19, 20 и каналом обмена информацией соединен с ЭВМ обработки информации 8. АЦП 42 могут быть выполнены на микросхемах АЦП фирм Analog Devices или Texas Instruments. В качестве ПЛИС 43 могут использоваться микросхемы ПЛИС типа SPARTAN или VERTEX фирмы Xilinx. Формирователь тактовых сигналов может быть реализован на микросхемах распределения тактовых импульсов фирм Analog Devices и On Semiconductor. Узел управления и обмена информацией 45 может быть выполнен на однокристальных микропроцессорах фирм ARM и MIPS Technology.

Функционирование короткоимпульсного моноимпульсного радиолокатор с электронным сканированием луча в одной плоскости рассмотрим для случая, когда в нем используются одно передающее и одно приемное устройства.

Короткоимпульсный моноимпульсный радиолокатор с электронным сканированием луча в одной плоскости работает следующим образом.

Передающее устройство 4 формирует зондирующий сигнал, в соответствии с сигналами управления от блока управления и первичной обработки 7. Современная элементная база позволяет создать передающее устройство 4 (см. фиг.6), обеспечивающее формирование разнообразных зондирующих сигналов: одиночного радиоимпульса длительностью 5 нс и более, пачки фазоманипулированных радиоимпульсов с интервалом времени между ними не менее 5 нс; импульсов с линейной частотной модуляцией, импульсно-допплеровских сигналов. При этом предлагаемое устройство обеспечивает создание многофункционального радиолокатора с большим разнообразием зондирующих сигналов. Сформированный передающим устройством 4 сигнал поступает на вход делителя 16 каналов, который распределяет его на 2N синфазных одинаковых по амплитуде сигналов, поступающих на входы передающих модулей 27 блока 12. Передающие модули 27 содержат управляемые фазовращатели 29 и управляемые аттенюаторы 30, которые в соответствии с управляющими сигналами от схем управления 28 устанавливают амплитудно-фазовое распределение на излучателях передающей антенной решетки 10. Входящие в состав передающих модулей 27 усилители 31 обеспечивают предварительное усиление поступающих на них сигналов до уровня, необходимого для функционирования усилителей мощности 24 блока выходных усилителей мощности 11. Уровень мощности сигналов на выходе передающих модулей 27 может составлять десятки милливатт. Схемы управления 28 соединены последовательным каналом передачи данных, по которому на них поступают команды от блока управления и первичной обработки 7 на установку фазовых сдвигов фазовращателей 29 и затуханий, вносимых аттенюаторами 30, что обеспечивает формирование соответствующей диаграммы направленности передающей антенной решетки 10. Усилители мощности 24 блока усилителей мощности 11 обеспечивают мощность сигналов на входе каждого излучателя передающей решетки до 10 Вт (при доступных в настоящее время микросхемах усилителей мощности). При использовании в усилителях мощности схем сложения этот уровень выходной мощности может быть увеличен до 80 Вт. Питание на усилители мощности 24 подается от модуляторов 23 только на время прохождения зондирующих сигналов через эти усилители, что снижает потребляемую ими мощность пропорционально скважности зондирующих сигналов и позволяет использовать воздушное, а не жидкостное охлаждение блока усилителей мощности 11. Соответствующее управление модуляторами 23 осуществляется импульсами от системы стробирования 9, которые формируются на время существования зондирующего сигнала передающего устройства 4 управляющими сигналами от блока управления и первичной обработки 7. Импульсы системы стробирования 9 кроме блока усилителей мощности 11 поступают и на переключатели 25 блока входных модулей 14, исключая воздействие сигналов, излучаемых передающей антенной решеткой 10, на высокочувствительные входные элементы приемной фазированной антенной решетки 2. Излученные элементами 10 передающей фазированной антенной решетки 1 сигналы отражаются от объектов наблюдения, принимаются 2N излучателями 13 приемной фазированной антенной решетки, проходят открытые переключатели 25 блока входных модулей 14, усиливаются малошумящими усилителями 26 и поступают на приемные модули управления 32 (их количество равно 2N) блока модулей управления амплитудно-фазовым распределением приемной фазированной антенной решетки 15. Входные сигналы приемных модулей 32 усиливаются малошумящими усилителями 33, и после прохождения управляемых аттенюаторов 30 и управляемых фазовращателей 29 на выходе блока модулей управления 15 формируется амплитудно-фазовое распределение сигналов, соответствующее двум смежным приемным антеннам из N излучателей, одна из которых соответствует первой половине приемной антенной решетки (излучатели с 1 по N), а вторая - второй половине приемной антенной решетки (излучатели с N+1 по 2N). Сигналы с N выходов блока модулей управления 15, соответствующие излучателям первой половины приемной антенной решетки, поступают на входы сумматора 17 схемы формирования 3, а сигналы с других N выходов блока модулей управления 15, которые соответствуют излучателям второй половины приемной антенной решетки, поступают на входы сумматора 18 схемы формирования 3. Сигналы fп1 и fп2 с выходов сумматоров 17 и 18 поступают на квадратурные приемники 19 и 20 приемного устройства 5. Выходные сигналы квадратурных приемников 19 и 20 поступают на четыре АЦП 42 блока управления и первичной обработки 7. В ПЛИС 43 осуществляется согласованная фильтрация четырех оцифрованных сигналов квадратурных приемников 19 и 20, и из них формируются суммарный и разностный сигналы двух половин приемной антенной решетки 1, другими словами, получаются суммарная и разностная диаграммы направленности приемной антенной решетки).

Алгоритмы согласованной фильтрации сигналов в ПЛИС 43 зависят от вида зондирующего сигнала, например, для зондирующего сигнала в виде пачки фазоманипулированных импульсов осуществляется сжатие сигнала таким образом, что длительность результирующего сигнала становится равной длительности одиночного импульса пачки. Далее в ПЛИС 43 осуществляется пороговая обработка суммарного сигнала. Превысившие порог отсчеты суммарного сигнала и соответствующие им отсчеты разностного сигнала через узел управления и обмена информацией 45 поступают для вторичной обработки в ЭВМ обработки информации 8. Кроме обработки принимаемых сигналов блок управления и первичной обработки 7 обеспечивает создание сигналов управления, поступающих на блоки 4, 9, 12, 15, 19, 20 и осуществляющих:

- формирование требуемых зондирующих сигналов в передающем устройстве 4;

- формирование в блоке 9 импульсов стробирования для блока усилителей мощности 11 и блока входных модулей 14;

- установку заданных фазовых сдвигов и затуханий в блоке модулей управления амплитудно-фазовым распределением передающей фазированной антенной решетки 12 и блоке модулей управления амплитудно-фазовым распределением приемной фазированной антенной решетки 15 (управление диаграммами направленности передающей и приемной антенных решеток);

- изменение коэффициентов усиления квадратурных приемников 19 и 20 приемного устройства 5 (временная регулировка усиления приемников, обеспечивающая расширение динамического диапазона).

Использование предлагаемого изобретения позволяет расширить функциональные возможности устройства за счет создания радиолокатора с большим разнообразием зондирующих сигналов, которое обеспечивает снижение потребляемой мощности устройства пропорционально скважности зондирующего сигнала.