радиолокационный стенд для измерения амплитудной диаграммы эффективной площади рассеяния объектов

Формула изобретения

Радиолокационный стенд для измерения амплитудной диаграммы эффективной площади рассеяния объектов, содержащий последовательно соединенные приемник, вычислитель, импульсный передатчик, антенный переключатель и антенну, при этом второй выход антенного переключателя соединен со входом приемника, а также поворотное устройство с опорой и размещенным на опоре измеряемым объектом, и пульт управления, который первым, вторым и третьим выходами соединен со вторым входом передатчика, входом поворотного устройства и вторым входом вычислителя, соответственно, кроме того, вычислитель третьим входом соединен с выходом поворотного устройства, отличающийся тем, что в него введено установленное на подстилающей поверхности в центре первой зоны Френеля антенны отражательное устройство, ширину которого выбирают не менее малой оси эллипса первой зоны Френеля антенны, а высоту определяют по формуле Н_э =а×Н_о/(а+R-R_э), где а - большая полуось эллипса первой зоны Френеля антенны, Н_о - высота размещения измеряемого объекта над подстилающей поверхностью, R - расстояние между антенной и измеряемым объектом, R_э - расстояние между антенной и отражательным устройством, кроме того, опора выполнена с возможностью перемещения в вертикальной плоскости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиолокации, в частности, к радиолокационным измерениям амплитудной диаграммы эффективной площади рассеяния (ЭПР) объектов и может быть использовано на открытых радиоизмерительных полигонах.

Известна импульсная измерительная установка [Е.Н. Майзельс, В.А. Торгованов. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей. - М. - Советское радио. - 1972, - с.166], содержащая импульсный передатчик, передающую антенну, приемную антенну, приемник, пульт управления, угломерное устройство, поворотное устройство, опору, рассеиватель и регистрирующее устройство.

Недостатком известного устройства является низкая точность измерений амплитудной диаграммы ЭПР объектов, которая обусловлена влиянием зеркально отраженного облучающего сигнала от подстилающей поверхности на формирование амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля в рабочем объеме (области измеряемого объекта) измерительной установки.

Наиболее близким по технической сущности является комплекс для измерения радиолокационного поперечного сечения целей [Марлоу, Ватсон и Ван-Хозер. Комплекс RAT SCAT для измерения радиолокационного поперечного сечения целей. ТИИЭР, 1965, т.53, № 8, стр.1085].

Комплекс содержит последовательно соединенные приемник, вычислитель, импульсный передатчик, антенный переключатель и антенну, при этом второй выход антенного переключателя соединен со входом приемника, а также поворотное устройство с опорой, измеряемый объект и пульт управления, который первым, вторым и третьим выходами соединен со вторым входом передатчика, входом поворотного устройства и вторым входом вычислителя, соответственно, кроме того вычислитель третьим входом соединен с выходом поворотного устройства.

При проведении измерений данный комплекс не обеспечивает устранение влияния зеркально отраженного облучающего сигнала от подстилающей поверхности на формирование амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля в измерительном объеме комплекса, что обусловливает низкую точность измерений амплитудной диаграммы ЭПР объектов.

Технической задачей данного изобретения является повышение точности измерений амплитудной диаграммы ЭПР объектов за счет существенного снижения влияния зеркально отраженного от подстилающей поверхности облучающего сигнала на результаты измерений.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в известное устройство, содержащее последовательно соединенные приемник, вычислитель, импульсный передатчик, антенный переключатель и антенну, при этом второй выход антенного переключателя соединен со входом приемника, а также поворотное устройство с опорой, измеряемый объект и пульт управления, который первым, вторым и третьим выходами соединен со вторым входом передатчика, входом поворотного устройства и вторым входом вычислителя, соответственно, кроме того, вычислитель третьим входом соединен с выходом поворотного устройства, введено устанавливаемое на подстилающей поверхности в центре первой зоны Френеля антенны отражательное устройство, ширину которого выбирают не менее малой оси эллипса первой зоны Френеля антенны, а высоту определяют по формуле Н_э =а×Н_о/(а+R-R_э), где а - большая полуось эллипса первой зоны Френеля антенны, Н_о - высота размещения измеряемого объекта над подстилающей поверхностью, R - расстояние между антенной и измеряемым объектом, R_э - расстояние между антенной и отражательным устройством, кроме того, опора выполнена с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, при этом изменение высоты поднятия измеряемого объекта определяется из условия практического исключения влияния дифракции облучающего сигнала на краях отражательного устройства на результирующее амплитудно-фазовое распределение электромагнитного поля в измерительном объеме стенда.

Сущность изобретения заключается в следующем. Известно [Захарьев Л.Н., Леманский А.А., Турчин В.И., Цейтлин Н.М., Щеглов К.С. Методы измерения характеристик антенн СВЧ. - М.: Радио и связь, 1984, стр.8], что для проведения измерений амплитудной диаграммы ЭПР объектов с высокой точностью необходимо, чтобы объект облучался электромагнитным полем с равномерным амплитудно-фазовым распределением по поверхности объекта. Такое распределение достигается при удалении измеряемого объекта от фазового центра антенны на расстоянии не ближе «дальней зоны» ( , где Д - максимальный размер объекта, - длина облучающей волны). Однако на приземных трассах в силу многолучевого характера распространения радиоволн, результирующее амплитудно-фазовое распределение электромагнитного поля в измерительном объеме стенда определяется интерференцией прямого и зеркально отраженного от подстилающей поверхности лучей. В изобретении достигается повышение точности измерений за счет существенного уменьшения уровня зеркального отражения облучающего сигнала от подстилающей поверхности. В основном это достигается при помощи размещения отражательного устройства на пути распространения зеркально отраженного сигнала от подстилающей поверхности. Отражательное устройство может быть выполнено в виде металлической прямоугольной пластины заданных размеров с приспособлением для установки на подстилающей поверхности. Однако, в результате дифракции облучающего электромагнитного поля на краях отражательного устройства появляется новая помеховая составляющая. Для снижения влияния этой составляющей опора выполнена с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, что обеспечивает выбор необходимой высоты размещения измеряемого объекта над подстилающей поверхностью. Эта высота определяется с использованием изотропного рассеивателя, установленного на опору (на место измеряемого объекта), путем изменения его высоты, находят максимальное и минимальное значения ЭПР изотропного рассеивателя. Максимальное значение ЭПР достигается при синфазном сложении в измерительном объеме стенда прямого и дифракционного лучей, а минимальное при их противофазном сложении. Искомое значение высоты соответствует усредненной сумме максимального и минимального значения ЭПР изотропного рассеивателя.

На фигуре представлена схема проведения измерения с помощью предлагаемого устройства, где изображены антенна - 1, которая установлена на высоту Н_А над подстилающей поверхностью; поворотное устройство - 2, размещенное в «дальней зоне» на расстоянии R от фазового центра антенны - 1; опора - 3, которая выполнена с возможностью перемещения в вертикальной плоскости и установлена в центре поворотного устройства - 2; измеряемый объект - 4, который размещен на опоре - 3 на высоте Н_о над подстилающей поверхностью; отражательное устройство - 5 с высотой Н_э , которое размещено на подстилающей поверхности в центре первой зоны Френеля антенны - 6 на расстоянии R_o от фазового центра антенны; кроме того, схематично изображена геометрия хода лучей, по которым распространяется энергия облучающего поля: А - прямого, Б - зеркально отраженного от подстилающей поверхности и В - дифрагирующего на краях отражательного устройства, которые влияют на формирование результирующего амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля в измерительном объеме стенда.

Работа предлагаемого радиолокационного стенда для измерения амплитудной диаграммы эффективной площади рассеяния объектов ничем не отличается от работы прототипа. Отличие заключается в предварительной подготовке стенда к проведению измерений. На основе простых геометрических построений [А.Б. Шмелев. Влияние подстилающей поверхности на работу наземных антенных систем. Радиотехника, № 10, 1998, стр.105-110] определяют положение и размеры первой зоны Френеля антенны на подстилающей поверхности с учетом длины волны сигнала, высоты антенны H_A стенда и измеряемого объекта Н_о, а также расстояния от фазового центра антенны стенда до измеряемого объекта R. Далее в центре первой зоны Френеля антенны размещают отражательное устройство, ширину которого выбирают не менее малой оси эллипса первой зоны Френеля антенны, а высоту определяют по формуле Н_э=а×Н _о/(а+R-R_э). После этого выбирают высоту размещения измеряемого объекта, при которой практически исключается влияние дифракции облучающего сигнала на краях отражательного устройства, на результаты измерений. Включают стенд и с использованием изотропного рассеивателя, установленного на опору (на место измеряемого объекта), изменяя его высоту, определяют максимальное и минимальное значения ЭПР изотропного рассеивателя. Искомое значение высоты соответствует усредненной сумме максимального и минимального значения ЭПР изотропного рассеивателя.

Проведенный анализ уровня техники позволяет установить, что заявляемое устройство, характеризующееся совокупностью признаков, идентичных всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, отсутствует, что указывает на соответствие заявляемого изобретения критерию «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличными признаками заявляемого устройства, показали, что в общедоступных источниках информации не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками, а именно дополнительное введение устанавливаемого на подстилающей поверхности в центре первой зоны Френеля антенны отражательное устройство, ширину которого выбирают не менее малой оси эллипса первой зоны Френеля антенны, а высоту определяют по формуле Н_э=а×Н _о/(а+R-R_э), кроме того, опора выполнена с возможностью перемещения в вертикальной плоскости.

Из уровня техники также не подтверждена известность влияния отличительных признаков заявляемого устройства на поставленную техническую задачу - повышение точности измерений амплитудной диаграммы ЭПР объектов за счет существенного снижения влияния зеркально отраженного от подстилающей поверхности облучающего сигнала на результаты измерений, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».

Изобретение «Радиолокационный стенд для измерения амплитудной диаграммы эффективной площади рассеяния объектов» промышленно применимо, так как совокупность характеризующих его признаков обеспечивает возможность его осуществления, работоспособность и воспроизводимость для измерения амплитудной диаграммы ЭПР объектов на радиоизмерительных полигонах, так как для реализации заявленного устройства могут быть использованы известные материалы и оборудование.