Радиолокационная станция с синтезированной антенной

 

Изобретение относится к области картографирования земной поверхности с помощью РЛС с синтезированной антенной (РСА) и может быть использовано в радиокартографических комплексах. Технический результат заключается в упрощении системы стабилизации положения реальной диаграммы направленности антенны относительно синтезированной. Для этого устройство содержит антенну, систему управления положением луча антенны, когерентный детектор, фильтр строки по дальности, устройство когерентной обработки, также введены угловой дискриминатор, интегратор, устройство поиска-обнаружения и генератор поиска. 4 ил.

Изобретение относится к области картографирования земной поверхности с помощью РЛС с синтезированной антенной (РСА) и может быть использовано в радиокартографических комплексах, предназначенных для получения радиолокационных изображений отдельных участков земной поверхности и применяемых, например, в системах самонаведения по картам местности.

Целью изобретения является упрощение системы стабилизации положения реальной диаграммы направленности, антенны относительно синтезированной.

На фиг.1 приведена структурная схема РСА. На фиг.2 поясняется картографирование местности и показано влияние углового рассогласования между реальной и синтезированной диаграммами на радиолокационное изображение. На фиг.3 иллюстрируется возможность извлечения угловой информации из сигналов "строки изображения". На фиг.4 поясняется влияние отражающих свойств земной поверхности на точность угловых измерений и метод ослабления этого влияния.

РЛС - синтезированной апертурой содержит антенну 1 с управляемым лучом, переключатель "прием-передача" 2, когерентный приемопередатчик 3, который состоит из смесителя 4, генератора высокой частоты, 5, полосового фильтра 6, смесителя 7, задающего генератора 8, модулятора 9, генератора импульсов 10, усилителя промежуточной частоты 11, когерентного детектора 12, генератора промежуточной частоты 13, линию задержки 14, сумматор 15, фильтр строки изображения 16, устройство вторичной обработки 17, программное устройство 18, переключатель "поиск-измерение" 19, устройство поиска-обнаружения 20, угловой дискриминатор 21, интегратор 22, система управления антенной 23, пороговое устройство 24, генератор поиска 25.

Радиолокационная станция с синтезированной антенной работает следующим образом.

Предположим, что в некоторой точке траектории х_к (фиг.2а) необходимо начать картографирование участка местности М. С этой целью задающий генератор 8 начинает вырабатывать высокостабильные колебания, которые подаются на генератор высокой частоты 5. По команде, поступающей от программного устройства 18, в генераторе импульсов 10 формируется пачка импульсов, которой модулируется когерентное несущее колебание. Импульсы излучаются в точках траектории, отстоящих друг от друга на расстоянии Δх_с=WT_п (W - скорость летательного аппарата, Т_п - период повторения импульсов). Излученный через антенну 1 сигнал отражается от участка Р земной поверхности, размеры которого определяются дальностью R и шириной диаграммы направленности антенны Δβ в угломестной плоскости и Δα, в азимутальной плоскости. Для обеспечения однозначного соответствия между параметрами сигнала и точками поверхности требуется выполнение следующего условия:

где с - скорость света:

ΔZ_обз - ширина участка местности, подлежащего картографированию;

β_о - угол визирования.

Из приведенного соотношения видно, что для получения широкой полосы обзора диаграмма в азимутальной плоскости должна быть значительно уже диаграммы в угломестной плоскости.

Принятые сигналы через переключатель "прием-передача" 2 поступают на смеситель 4, в котором производится преобразование частоты. Так как напряжение гетеродина формируется от того же задающего генератора, что и сигнал передатчика, то когерентность сигнала на выходе смесителя не нарушается. Напряжение промежуточной частоты после усиления в УПЧ 11 поступает на когерентный детектор 12, опорным колебанием для которого служит сигнал промежуточной частоты. После детектирования принятые импульсы подаются на линию задержки 14, сигналы с двух соседних отводов которой задерживаются на период повторения импульсов Т_повт. В момент приема последнего импульса пачки в сумматоре 15 производится когерентное сложение всех принятых импульсов. Так как фазовые соотношения, обусловленные разностью хода радиоволн, в каждом импульсе различны (они излучались в разных точках траектории), то при суммировании происходит взаимная компенсация сигналов от тех участков поверхности, для которых разность хода составляет больше четверти волны. Напряжение на выходе сумматора соответствует узкой полоске земной поверхности, сигналы от которой в каждом импульсе синфазны. Таким образом, суммирование импульсов в различных точках траектории полностью эквивалентно применению остронаправленной антенны. Это позволяет говорить о формировании синтезированной диаграммы направленности (фиг.2б). Ширина полоски, соответствующей одной стороне радиолокационного изображения, Δх зависит от длины участка траектории х _с, на которое суммируются сигналы. Чем меньше х _с, тем хуже разрешение на местности Δх. Изменяя число импульсов в пачке, при постоянном периоде повторения, можно устанавливать необходимое разрешение. После получения одной строки радиолокационного изображения процесс циклически повторяется до окончания картографирования всего участка местности М. Строки изображения поступают в устройство 17 для дальнейшей обработки.

Для качественного радиолокационного картографирование местности необходимо (см. фиг.2б), чтобы максимумы реальной и синтезированной диаграммы совпадали. В реальных условиях ЛА совершает колебания вокруг центра масс, что приводит к угловому рассогласованию диаграмм. Основной лепесток синтезированной диаграммы уменьшается и, кроме того, увеличивается уровень сигналов от боковых лепестков. Так как ширина диаграммы в угломестной плоскости Δβ значительно превышает ширину в азимутальной плоскости Δα, влиянием колебаний ЛА по крену (т.е. в плоскости угла места) можно пренебречь. Кроме того, период угловых колебаний обычно значительно больше времени, затрачиваемого на картографирование участка честности. Поэтому оказывается достаточным провести совмещение осей синтезированной и реальной диаграмм непосредственно перед началом картографирования.

Зависимость полезного сигнала РСА от углового рассогласования между реальной и синтезированной диаграммами дает возможность измерять эти отклонения.

Сказанное поясняется фиг.3.

Цифрой 0 обозначена отклоненная на угол α_om реальная диаграмма направленности. Цифры 1 и 1¹ соответствуют диаграммам, смещенным относительно положения 0 на углы ±δα и образующим равносигнальное направление. На этом же чертеже дана развертка сигнала строки изображения по задержке. Модуляция строки изображения определяется отражением от земной поверхности. Отражение от отдельных участков местности в пределах одной строки может значительно отличаться, поэтому для извлечения угловой информации необходимо выделять средний уровень сигнала строки. Усреднение сигнала по задержке позволяет также повысить точность измерения, так как флуктуации, присущие отраженному сигналу, значительно ослабляются.

Основываясь на изложенном, работу РСА в режиме ориентации антенного луча можно представить следующим образом.

В некоторой точке х_ор траектории программное устройство включает передатчик РСА, установив требуемое число накапливаемых импульсов и, тем самым, задает нужное разрешение на местности. Выбор разрешающей способности существенно влияет на точность измерения углового рассогласования и будет пояснен ниже. Программное устройство также устанавливает переключатель "поиск-обнаружение" в положение "поиск". При этом с генератора поиска 25 в систему управления антенной 23 поступают сигналы, по которым луч антенны сканирует в некотором секторе углов, осуществляя угловой поиск синтезированной диаграммы. Выходное напряжение сумматора 15 в режиме ориентации антенного луча поступает только на фильтр строки изображения 16. Полоса этого фильтра согласована с длительностью сигнала строки (фиг.3) и значительно меньше ширины спектра зондирующего импульса. Поэтому выходное напряжение фильтра пропорционально среднему уровню сигнала строки изображения. При совпадении реальной и синтезированной диаграмм выходное направление фильтра превышает установленный порог и пороговое устройство 24 переводит переключатель 19 в положение "измерение". При этом усредненный сигнал строки изображения поступает и угловой дискриминатор 21, а генератор поиска формирует сигналы, по которым антенный луч попеременно отклоняемся на углы ±δα от положения, при котором был превышен порог (фиг.3). Сигналы А_cр1 и А_ср2 получены в разные моменты времени. Из-за движения ЛА по траектории синтезированная диаграмма в моменты t₁ и t₂ направлена на различные участки местности (фиг.4).

Возможное отличие удельной эффективной отражающей способности σ° двух соседних участков может быть истолковано как смещение равносигнального направления относительно синтезированной диаграммы направленности. Для ослабления этой составляющей ошибки измерения разрешающая способность должна быть такой, что последовательно получаемые строки максимально перекрывались. Это достигается уменьшением длительности пачки импульсов. Угловой дискриминатор вычисляет отношение сигналов, полученных при двух положениях реальной диаграммы и по пеленгационной характеристике, определяет угол между равносигнальным направлением и синтезированной диаграммой. Результаты измерений усредняются интегратором 22 и сигнал ошибки поступает в систему управления антенной 23 и программное устройство 18. Система управления антенной изменяет положение луча до тех пор, пока сигнал ошибки не будет равен нулю. После этого программное устройство переключает радиолокационную станцию в режим картографирования земной поверхности.

Формула изобретения

Радиолокационная станция с синтезированной антенной, содержащая антенну, систему управления положением луча антенны, когерентный детектор, фильтр строки по дальности и устройство когерентной обработки, отличающаяся тем, что, с целью упрощения системы стабилизации положения реальной диаграммы направленности антенны относительно синтезированной, в нее введены угловой дискриминатор, интегратор, устройство поиска-обнаружения и генератор поиска; при этом фильтр строки по дальности включен на выходе устройства когерентной обработки, выход фильтра строки через угловой дискриминатор и интегратор соединен с системой управления положением луча антенны и непосредственно с входом устройства поиска-обнаружения, один выход которого через генератор поиска подключен к системе управления положением луча антенны, а другой выход соединен с управляющим входом углового дискриминатора.

РИСУНКИ