Стабилизированный антенный пост судовой навигационной радиолокационной станции

 

Изобретение относится к области морской радиолокации. Техническим результатом является обеспечение стабилизации с использованием силы тяжести и свойств физического маятника. Сущность изобретения состоит в том, что стабилизация диаграммы направленности антенны осуществляется без затраты энергии за счет подвески на взаимно перпендикулярных горизонтальных осях волноводно-щелевой антенны на кронштейне, а указанного кронштейна с подвешенной на нем волноводно-щелевой антенной - на введенной фигурной стойке тумбы. В осях установлены ограничители углов поворотов, СВЧ вращающиеся переходы и демпфирующие устройства. В состав антенного поста введен механизм наклона антенны вниз и индикатор наклона, обеспечивающие улучшение наблюдаемости ближних целей, а также малогабаритный радиопрозрачный кожух, закрывающий антенну и кронштейн. 4 з.п. ф-лы, 6 ил. 8 табл.

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к области морской радиолокационной техники, в частности к антенным устройствам судовых навигационных радиолокационных станций (СНРЛС).

Уровень техники.

СНРЛС предназначены для обеспечения безопасности судовождения в любое время года, суток, в условиях темного времени суток, в тумане и в других сложных условиях мореплавания. На судах морского флота в указанных условиях, а также в условиях хорошей видимости при плавании вблизи берегов СНРЛС работают практически непрерывно, обеспечивая отображение на экране станции внешней надводной обстановки.

Характеристики СНРЛС в значительной степени определяются конструкцией и тактико-техническими данными их антенных устройств. К основным характеристикам антенных устройств относятся: - диаграммы направленности антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях; - коэффициент усиления антенны; - уровень боковых лепестков; - частота вращения антенны.

Диаграмма направленности антенны СНРЛС в горизонтальной плоскости характеризует точность определения направления на обнаруженную цель. Для СНРЛС характерными величинами диаграммы направленности по половинной мощности являются 0.8 - 2.2 град.

Диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости определяет возможность обнаружения надводных целей в условиях качки судна. Характерными величинами для современных станций являются диаграммы направленности величиной 20 - 30 град., обеспечивающие нормальную работоспособность станций при углах крена до 10 - 15 град.

Коэффициент усиления антенны определяет эффективность СНРЛС по обнаружению различных целей.

Уровень боковых лепестков характеризует СНРЛС с точки зрения возможности получения на экране индикатора станции ложных целей. Уровень боковых лепестков у антенн современных СНРЛС ниже уровня основной диаграммы на 20 - 30 дБ.

Частота вращения антенны измеряется числом оборотов в минуту и для современных станций равна 14 - 30 об/мин.

Широкое применение в СНРЛС находят в настоящее время антенные посты с использованием зеркальных и волноводно-щелевых антенн.

В таблице 1 приведены основные характеристики антенн некоторых отечественных СНРЛС, взятые из атласа "Судовые радиолокационные станции". Под редакцией А.М. Байрашевского. М.: Транспорт, 1986 (стр. 78 - 140).

Приведенные в таблице антенные посты, как и антенные посты практически всех существующих СНРЛС, обладают одним существенным недостатком, заключающимся в отсутствии стабилизации диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости.

Для количественной оценки величины потерь в обнаружении целей рассмотрим условия функционирования СНРЛС на судах при наличии качки.

Для существующих СНРЛС с нестабилизированным антенным постом условия обнаружения надводных целей будут зависеть от углов качки судна и формы ДН антенны в вертикальной плоскости. Известно [К.В. Голев. Расчет дальности действия радиолокационных станций. М., 1962], что дальность действия РЛС в освещенной зоне - D можно определить из выражения где C_m - энергетическая характеристика СНРЛС в максимуме ДН антенны СНРЛС; S - эффективная площадь рассеяния цели; & - отношение энергии принимаемого сигнала к энергии шумов; F[f_г, f_в] - характеристика направленности антенны РЛС по напряженности поля;
f_г, f_в - углы смещения ДН антенны от оси в горизонтальной и вертикальной плоскости соответственно;
V - множитель ослабления радиоволн в приводном слое.

На расстояниях, меньших 30% дальности радиогоризонта, когда кривизной земли поверхности можно пренебречь, с учетом малых величин разности фаз прямого и отраженного от поверхности моря сигналов в районе цели, получим

где h[1] , h[2] - высота антенны СНРЛС и эффективного центра отражения цели;
L - длина волны.

Анализ приведенных выражений показывает, что изменение дальности действия СНРЛС при прочих равных условиях прямопропорционально изменению величины диаграммы направленности антенны СНРЛС по напряженности поля, а изменение дальности действия из-за изменения множителя ослабления за счет колебаний величин высот антенны и цели, а также дальности из-за качки судна и цели при волнении моря незначительны.

Для получения количественной оценки изменения дальности обнаружения надводных целей СНРЛС на качке зададимся диаграммой направленности антенны по напряженности в виде [Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника. М.: Сов. радио, 1976]

где G_m - максимальный коэффициент усиления антенны по мощности;
KC - коэффициент сужения ДН по отношению к ДН полуволнового вибратора.

Для расчетов относительного изменения дальности действия СНРЛС на качке в направлении бортовых курсовых углов используем выражение

где D_m - максимальная дальность обнаружения цели при отсутствии качки;
n - номер вычисления значения D/D_m;
nm - общее число суммируемых результатов вычислений;
KC = 60/Q[0.5в] , где Q[0.5в] - ширина ДН антенны по мощности в вертикальной плоскости.

Результаты выполненных на ПЭВМ расчетов средних за период качки величин относительной дальности (в числителе) и величин относительной дальности при максимальных углах крена (в знаменателе) для различных значений максимальных углов крена судна и величин диаграмм направленности антенн в вертикальной плоскости представлены в таблице 2. Расчеты проводились при nm = 50.

Анализ результатов расчетов показывает, что во время качки судна СНРЛС с нестабилизированным антенным постом будет иметь значительно меньшую дальность обнаружения надводных целей, а при углах качки, близких к максимальным, вообще будут наблюдаться пропуски в обнаружении целей.

Известно несколько способов стабилизации диаграммы направленности антенны РЛС. В частности, из технической литературы (Самойлов Л.К. Электронное управление характеристиками направленности антенн. Л.: Судостроение, 1987, стр. 8, 10 (таб. 1.1), 20 (последний абзац), 21 (последний абзац и рис. 1.10) известен способ стабилизации характеристики направленности антенны РЛС в пространстве, в частном случае применения, когда носителем антенны является подверженное бортовой, килевой качке и рысканию по курсу судно, согласно которому устройство формирования управляющих воздействий (гироазимутгоризонт) вырабатывает сигналы управления, поступающие на блок электронного формирования характеристик направленности и корректирует их, обеспечивая стабильное положение в пространстве (для типа антенн с возможностью электронного управления положением оси диаграммы направленности).

Для антенн, в которых возможность электронного управления положением оси диаграммы направленности отсутствует, сигналы управления от гироазимутгоризонта поступают на механические устройства, обеспечивающие сохранение неизменным положения антенного поста или антенны РЛС относительно морской поверхности.

Использование электронного или электромеханического принципа стабилизации антенны СНРЛС с использованием управляющих воздействий от специального датчика (гироазимутгоризонта) для СНРЛС неприемлемо из-за неоправданно высокой сложности аппаратуры и стоимости такого способа стабилизации, особенно за счет необходимости установки на судне специального датчика (гироазимутгоризонта).

Значительным преимуществом обладают стабилизированные антенные посты РЛС, основанные на использовании силы земного притяжения, свойств физического маятника и гироскопов. Примером такого антенного поста является стабилизированная платформа антенного поста за счет совместного использования гироскопа и маятника, заявленная в патенте США от 1.07.75 N 3.893.123 до классификации США 343/709 (по международной классификации H 01 Q 3/00). Указанный антенный пост в составе стабилизированной платформы по патенту США и установленного на ней антенного поста СНРЛС "Печора-2" выбран нами в качестве прототипа заявляемого стабилизированного антенного поста навигационной радиолокационной станции.

Заявленная в указанном патенте США стабилизированная платформа антенной системы на наш взгляд имеет следующие общие с предлагаемым антенным постом признаки: пост судовой радиолокационной станции, состоящий из антенного поста РЛС, установленного на стабилизированной платформе, антенна которого укреплена с помощью кронштейна на тумбе, установленной на основании антенного поста, имеющего мотор и привод вращения, причем стабилизация верхней площадки стабилизированной платформы с установленным на ней антенным постом РЛС осуществляется за счет использования силы земного притяжения и свойств физического маятника и гироскопа, причем весь стабилизированный антенный пост закрыт радиопрозрачным кожухом.

Из описания заявленного в патенте устройства следует, что под неподвижным радиопрозрачным кожухом устанавливается на стабилизированную платформу антенный пост любой существующей конструкции, в частности может быть установлен антенный пост СНРЛС, например отечественной станции "Печора-2" (см. таблицу 1). При этом конструкция антенного поста остается неизменной.

Стабилизированная платформа представляет собой площадку, имеющую возможность сохранять горизонтальное положение за счет использования карданова подвеса, внешняя ось которого укреплена в верхней части неподвижного металлического кожуха, установленного на мачте или на надстройке судна. Снизу площадки укреплен металлический кожух с присоединенным мотором, вертикальная ось которого расположена по центру подвижной системы карданова подвеса, стабилизированной платформы и установленного на платформе антенного поста РЛС. Ось мотора проходит в отверстие кожуха внутрь кожуха. Внутри кожуха на оси мотора укреплен гироротор, приводимый во вращение мотором.

Соосно оси мотора и ротора снизу мотора укреплен нарезной штырь, на который поворачивается и стопорится снизу гайкой груз, обеспечивающий сохранение платформой с антенным постом в статике горизонтального положения. Масса груза и его расстояние ниже осей карданова подвеса платформы должны обеспечивать расположение центра тяжести всей подвижной системы по центру оси карданова подвеса платформы. Для повышения точности стабилизации платформы за счет силы земного притяжения используется указанный гироротор, приводимый в быстрое вращение мотором.

К недостаткам стабилизированного антенного поста по патенту США - выбранного нами прототипа следует отнести недопустимо большие для антенны СНРЛС массо-габаритные характеристики.

В подтверждение этого определим характеристики такого стабилизированного поста с антенной СНРЛС "Печора-2" (см. таблицу 1) и стабилизированной платформы по патенту США N 3.860.931. Исходные для расчетов данные и результаты расчетов приведены в таблице 3.

Анализ полученных результатов использования прототипа - стабилизированной платформы антенной системы по патенту США N3.893.123 от 1.07.75 для стабилизации антенного поста СНРЛС "Печора-2" показывает, что такое техническое решение связано с недопустимым увеличением для антенных постов СНРЛС массо-габаритных характеристик (массы в 3.26, высоты в 5.2 раз), а также необходимостью непрерывной работы мотора гироротора и затраты дополнительной электроэнергии. В связи с этим рассмотренная система стабилизации диаграммы направленности антенны СНРЛС не может быть рекомендована для практического использования на судах.

Сущность изобретения.

Сущность изобретения состоит в том, что из состава антенного поста судовой навигационной радиолокационной станции, состоящего из антенного поста РЛС, установленного на стабилизированной платформе, волноводно-щелевая антенна которого укреплена с помощью кронштейна на вращающейся в горизонтальной плоскости тумбе, установленной поворотно на основании антенного поста, имеющего мотор и привод вращения, причем стабилизация платформы с установленным на ней антенным постом РЛС осуществляется за счет использования силы земного притяжения, свойств физического маятника и гироскопа с электроприводом, а весь стабилизированный антенный пост закрыт радиопрозрачным кожухом, исключаются стабилизированная платформа и закрывающий весь антенный пост со стабилизированной платформой радиопрозрачный кожух, имеющие большой вес и габариты и требующие для функционирования затрат электроэнергии; конструкция антенного поста РЛС дополняется элементами, обеспечивающими стабилизацию в двух плоскостях диаграммы направленности антенны без затрат энергии с использованием силы земного притяжения и свойств физического маятника.

Волноводно-щелевая антенна снабжена продольной горизонтальной осью, укрепленной по бокам антенны в середине бокового профиля выше центра тяжести антенны, а также дополнительным продольным грузом, расположенным снизу антенны, имеющим по краям соединенные с антенной боковые рычаги, подвижно укрепленные на оси антенны и имеющие возможность сохранять неизменным положение диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости на качке: кронштейн антенны выполнен в виде вилкообразной конструкции с направленными вниз боковыми стойками, на нижних концах которых укреплены подшипники вращения для обеспечения свободных поворотов оси антенны, в пределах установленных на стойках кронштейна устройств ограничения углов качания антенны, и упорные подшипники, препятствующие продольному перемещению оси антенны; в состав антенны введена фигурная стойка тумбы, установленная на тумбе и имеющая сверху горизонтальную ось, кронштейн своей верхней частью подвижно подвешен на горизонтальной оси фигурной стойки тумбы с помощью подшипника скольжения кронштейна антенны, ось которого перпендикулярна указанной выше введенной оси антенны, что обеспечивает сохранение горизонтальным положения антенны при наклонах антенного поста в плоскости кронштейна и антенны, под действием силы тяжести подвешенной антенны с дополнительным грузом и кронштейна, в нижней части стоек кронштейна антенны введены концевые упоры в виде металлической полосы, соединяющей стойки, а напротив них сверху тумбы ограничительные амортизаторы для упора в них концевых упоров при максимальных наклонах антенны; подвеска антенны на оси антенны и оси фигурной стойки тумбы осуществляется таким образом, что центр тяжести антенны с подвижными частями располагается на вертикальной оси вращения тумбы с антенной в горизонтальной плоскости.

Дополнительно в состав антенного поста введены механизм установки и датчик угла наклона антенны к горизонту, рубочное устройство управления наклоном антенны с индикатором угла наклона, многожильный силовой и сигнальный кабель, соединяющий датчик с индикатором угла наклона, с многоконтактным вращающимся переходом между тумбой антенны и основанием антенного поста, со спиральным отрезком кабеля для подвижного соединения стабилизированного, вместе с антенной и дополнительным грузом с рычагом, механизма установки и датчика угла наклона антенны с кабелем, расположенным на качающихся вместе с судном в плоскости диаграммы направленности антенны стойках кронштейна, а также поворотов кронштейна на оси фигурной стойки тумбы.

В оси антенны и в оси фигурной стойки тумбы установлены соосно с осями горизонтальные вращающиеся СВЧ переходы с углами поворота по 45 град. в обе стороны для обеспечения канализации СВЧ энергии между стабилизированной антенной и качающимся вместе с судном участком СВЧ тракта кронштейна антенны, а также между качающейся фигурной стойкой тумбы и кронштейном антенны.

Вместо исключенного крупногабаритного радиопрозрачного кожуха антенны в состав антенного поста введен радиопрозрачный кожух, имеющий форму горизонтально расположенного цилиндра, укрепленного верхней частью на кронштейне антенного поста, и охватывающий подвижные самостабилизирующиеся части волноводно-щелевой антенны с осью, дополнительным грузом с рычагами, с механизмом установки и датчиком наклона антенны.

В осях качания антенны и фигурной стойки тумбы установлены демпфирующие устройства, временные характеристики которых регулируются с учетом параметров качки судна, на котором устанавливается СНРЛС, и скорости вращения антенны, благодаря чему исключаются побочные колебания подвижных частей антенны на качке данного судна.

Перечень фигур чертежей и иных материалов.

Фиг. 1 - чертеж предлагаемого антенного поста со стороны раскрыва волноводно-щелевой антенны в исходном положении.

Фиг.2 - чертеж антенного поста (вид сбоку) при начальной установке антенны горизонтально и отсутствии крена судна.

Фиг. 3 - чертеж антенного поста (вид сбоку) для исходного положения по фиг.2 при крене судна.

Фиг.4 - чертеж антенного поста (вид сбоку) при начальной установке антенны наклонно к горизонту и отсутствии крена судна.

Фиг. 5 - чертеж антенного поста (вид сбоку) для исходного положения по фиг.4 при крене судна.

Фиг. 6 - чертеж антенного поста со стороны раскрыва волноводно-щелевой антенны при крене судна в плоскости антенны.

Перечень условных обозначений:
1 - основание антенного поста;
2 - тумба;
3 - мотор вращения антенны;
4 - привод вращения тумбы;
5 - фигурная стойка тумбы с осью;
6 - кронштейн;
7 - подшипник скольжения кронштейна антенны;
8 - подшипник скольжения;
9 - упорный подшипник;
10 - волноводно-щелевая антенна;
11 - ось антенны;
12 - дополнительный груз;
13 - рычаги дополнительного груза;
14 - механизм установки и датчик угла наклона антенны;
15 - концевые упоры;
16 - ограничительные амортизаторы;
17 - многожильный силовой и сигнальный кабель с многоконтактным вращающимся переходом;
18 - устройство управления наклоном антенны с индикатором угла наклона;
19 - устройство ограничения углов качания антенны;
20 - антенно-волноводный СВЧ тракт;
21 - вертикальный вращающийся СВЧ переход;
22 - горизонтальный вращающийся СВЧ переход антенны;
23 - горизонтальный вращающийся СВЧ переход фигурная стойка тумбы - кронштейн;
24 - радиопрозрачный кожух антенны;
25 - угол крена судна;
26 - угол наклона оси диаграммы направленности антенны;
AA - линия, параллельная горизонту;
BB - линия, параллельная палубе судна;
OO - направление оси диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Конструкция предлагаемого устройства представлена на фиг.1 и фиг.2.

Антенный пост СНРЛС представляет собой основание 1, установленное на мачте судна, на котором установлена тумба 2, имеющая возможность вращаться в горизонтальной плоскости при помощи расположенных в основании антенны мотора 3 в приводом 4. Тумба имеет сверху фигурную стойку 5, снабженную в верхней части горизонтальной осью.

На горизонтальной оси подвижно подвешен кронштейн 6, имеющий для обеспечения возможности поворота на оси фигурной стойки подшипник скольжения 7. Кронштейн 6 имеет вилкообразную форму с направленными вниз боковыми стойками. На нижних концах стоек кронштейна укреплены подшипники скольжения 8 и упорные подшипники 9. Между стойками кронштейна 6 установлена волноводно-щелевая антенна 10 с помощью укрепленных по бокам антенны осей 11, вращающаяся в подшипниках скольжения кронштейна 8 и ограниченная от продольного перемещения упорными подшипниками 9. Снизу вдоль антенны расположен дополнительный груз 12, укрепленный подвижно при помощи рычагов 13 на осях антенны 11. Рычаги дополнительного груза 13 соединены с антенной 10 посредством механизма установки и датчика угла наклона антенны 14.

Для ограничения углов поворота антенны с кожухом на оси фигурной стойки тумбы 5 на боковых стойках кронштейна 6 в качестве их продолжения вниз укреплены концевые упоры 15 с резиновыми амортизаторами на нижних концах, а на боковых стенках тумбы, в местах соприкосновения упоров 15, установлены ограничительные амортизаторы.

Механизм установки и датчик 14 соединены многожильным силовым и сигнальным кабелем 17, имеющим многоконтактный вращающийся переход между тумбой и основанием антенного поста, с устройством управления наклоном антенны с индикатором угла наклона 18.

Для ограничения углов поворота подвижных частей антенны при больших углах качки и предотвращения в этих условиях повреждения антенны в ее состав введено устройство ограничения угла качания антенны 19. Одним из возможных вариантов конструкции устройства можно принять следующее. На стойках кронштейна 6 в плоскости качания антенны по обе стороны установлены ограничительные стойки со стопорными площадками и резиновыми амортизаторами, в которые упираются при максимальных углах крена боковые поверхности рычагов дополнительного груза 13.

Антенна 10 соединена с аппаратурой СНРЛС антенно-волноводным СВЧ трактом 20, имеющим вертикальный вращающийся СВЧ переход антенного поста 21 в основании антенного поста и горизонтальные вращающиеся СВЧ переходы 22 и 23 с углами поворота в 45 град. в обе стороны, установленные в осях антенны 11 (горизонтальный вращающийся СВЧ переход антенны 22) и в оси фигурной стойки тумбы (горизонтальный вращающийся СВЧ переход фигурная стойка тумбы-кронштейн 23).

Радиопрозрачный кожух антенны 24 укреплен на кронштейне 6 так, что герметично закрывает все подвижные части антенны 10 и дополнительного груза 12.

Для исключения побочных мешающих колебаний подвижных частей антенны на качке судна в сочетании с круговым вращением антенны в осях качания антенны и фигурной стойки тумбы установлены демпфирующие устройства. В качестве указанных демпфирующих устройств могут быть использованы известные регулируемые масляные или воздушные демпфирующие устройства. Характеристики сглаживания колебания этих устройств должны регулироваться в зависимости от параметров качки судна, на котором устанавливается станция, таких как периоды бортовой и килевой качки.

На фиг. 3, 5 и 6 угол крена судна обозначен цифрой 25. Угол начального наклона антенны СНРЛС на фигурах 4 и 5 обозначен цифрой 26.

При стоянке судна на спокойной воде и исходном положении антенны ось диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости OO параллельна палубе судна (линия BB) и линия горизонта AA.

В исходном положении, при стоянке судна на спокойной воде, подвижные детали антенного поста (кронштейн 6, антенна 10, дополнительный груз 12 и связанные с ним детали - 13, 14 и 19) под действием силы тяжести занимают устойчивое положение по законам физического маятника, повиснув на оси антенны 9 и оси фигурной стойки тумбы 5. Ось диаграммы направленности антенны OO параллельна палубе судна - линии BB и линии горизонта (фиг.2).

При крене судна на угол 25 и развороте антенны на бортовые курсовые углы неподвижные части антенного поста также наклонятся на угол 25 (фиг.3). Подвижные детали антенного поста, подвешенные на оси антенны 11, под действием силы тяжести повернутся на этот же угол и сохранят первоначальное положение в пространстве, благодаря чему ось ДН антенны сохранит заданное горизонтальное положение в пространстве. При повороте оси антенны 11 СВЧ энергия будет распространяться по СВЧ тракту через горизонтальный вращающийся СВЧ переход 22. Обмен информацией и питание механизма 14 будут осуществляться благодаря подвижному спиральному отрезку гибкого кабеля между механизмом 14 и отрезку кабеля на стойке кронштейна 6.

При крене судна на угол 25 и развороте антенны в нос или в корму неподвижные части антенного поста также наклонятся на угол 25 (фиг. 6). Подвижные части антенного поста, подвешенные на оси фигурной стойки тумбы 5, под действием силы тяжести повернутся на оси на тот же угол 25 в другую сторону и сохранят свое первоначальное положение в пространстве, обеспечивая стабилизацию ДН антенны.

Таким образом, при крене судна ДН антенны будут сохранять начальное положение в пространстве.

При вращении антенны в горизонтальной плоскости антенна и ее ось ДН в горизонтальной плоскости будут занимать по отношению к диаметральной плоскости (курсу) судна различные направления. В зависимости от курсового угла наблюдения продольный и боковой наклоны антенны будут иметь промежуточные значения по сравнению с указанными выше. Однако эти наклоны также не будут влиять на положение ДН антенны в вертикальной плоскости, так как углы наклона в каждой из плоскостей будут компенсироваться соответствующими поворотами под действием силы тяжести подвешанных на осях подвижных частей антенны. Условия наблюдения целей для СНРЛС сохранятся неизменными.

По мере поворота антенны в сторону борта (курсового угла 90 град) составляющая крена будет возрастать. По мере возрастания крена антенного поста подвижная система антенного поста будет постоянно сохранять первоначальное положение, обеспечивая сохранение горизонтального положения оси ДН антенны.

Для ограничения углов поворота подвижных частей антенны в аварийных условиях при очень больших углах крена судна (до 45 град.) устройство ограничения углов наклона антенны застопорит подвижную часть антенны в заданных крайних положениях.

Предлагаемая конструкция антенного поста в отличие от существующих конструкций позволяет изменять положение оси ДН антенны в вертикальной плоскости вниз от горизонтального положения на угол до 10 - 20 град.

Это обеспечивает возможность повышения эффективности наблюдения небольших надводных целей в ближней зоне за счет их облучения максимумом ДН антенны в вертикальной плоскости. Наклон оси ДН антенны в вертикальной плоскости обеспечивается взаимным перемещением антенны 10 относительно рычагов дополнительного груза 13 при помощи механизма 14, управляемого из рубки с помощью устройства управления и индикации 18 (фиг.1, фиг.4).

При крене судна первоначально наклоненная антенна 10 будет сохранять заданный угол наклона оси ДН к горизонту также, как для случая горизонтального положения оси ДН (фиг.5).

Радиопрозрачный кожух обеспечивает защиту от влияния атмосферных условий и нормальное функционирование в этих условиях подвижных частей конструкции антенны.

Изложенное подтверждает возможность технического осуществления предлагаемого устройства.

Внедрение предлагаемого устройства обеспечит получение целого ряда преимуществ.

При использовании предлагаемого антенного поста практически исключаются какие-либо изменения дальности обнаружения целей на качке.

Для современных крупных морских судов высоты установки антенны СНРЛС составляют 15 - 20 м. На этих же высотах располагаются и центры отражения радиоволн для морских судов водоизмещением 5000 т и более. Следовательно, для обнаружения указанных целей на дальностях от границы мертвой зоны станции до радиогоризонта и за радиогоризонтом ось ДН антенны в вертикальной плоскости должна быть направлена горизонтально. Для наблюдения малоразмерных и низкорасположенных целей на поверхности моря, особенно в ближней зоне, необходимо или иметь достаточно широкую ДН в вертикальной плоскости, или наклонить вниз ось ДН.

Используя известное выражение для определения дальности прямой видимости цели при высоте ее центра отражения h[2]м станцией с антенной, размещенной на высоте h[1] м, мы можем определить дальность прямой видимости для этих условий - Dкм.

Для высоты цели 20 м получим дальность радиогоризонта 18,4 км или около 10 миль.

В таблице 4 представлены необходимые углы наклона оси ДН антенны СНРЛС для обнаружения целей с высотами эффективных центров отражения 0, 5, 10 и 15 метров на расстояниях от радиогоризонта до минимальной дальности обнаружения (20 - 30) м.

Данные таблицы показывают, что при принятых в настоящее время величинах диаграмм направленности нормальное обнаружение ближних невысоких целей зависит от величины и расположения боковых лепестков ДН антенны в вертикальной плоскости и в ряде случаев не обеспечивается.

Для повышения эффективности обнаружения в ближней зоне небольших целей в предлагаемом антенном посту предусмотрена возможность наклона оси ДН плавно на угол до 10 - 20 град. Это обеспечивает возможность определения и использования для наблюдения ближней надводной обстановки наиболее оптимального угла наклона оси ДН антенны с учетом расположения и величин ее нижних боковых лепестков, выбранной шкалы дальности и используемой на этой шкале излучаемой мощности.

Для подтверждения возможности стабилизации антенны по предложенному способу рассмотрим закономерности движения подвижной части конструкции, представляющей собой физический маятник, на качке судна.

Закономерности качания физического маятника широко используются для стабилизации в пространстве картушки судовых магнитных компасов. Массивный свинцовый поддон корпуса картушки обеспечивает сохранение верхней плоскостью картушки, установленной на карданном подвесе, строго горизонтального положения.

Для своевременной отработки корпусом картушки, являющимся в рассматриваемом случае физическим маятником, углов качки судна период ее собственных колебаний должен быть значительно меньше периода качки судна.

Физическим маятником является абсолютно твердое тело, совершающее под действием силы тяжести колебания вокруг горизонтальной оси, проходящей через его центр тяжести [Справочник по физике. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Наука, М., 1978].

Период колебаний физического маятника определяется соотношением

где J - момент инерции тела относительно оси качания;
m - масса физического маятника;
d - длина физического маятника;
g - ускорение силы тяжести.

Если мы рассмотрим качание тела сложной формы, состоящей из n отдельных составляющих, момент инерции такого тела относительно оси качания - J определяется как сумма произведений масс всех составляющих i частей тела - m[i] на квадраты их расстояний от той же оси - r[i].

Аналогично, для суммарной величины md такого тела справедливо равенство

Используем полученные выражения для определения периода колебаний предлагаемой конструкции антенного поста СНРЛС с учетом конструкции антенны станции - прототипа.

Принятые для расчетов данные приведены в таблице 5.

Результаты расчетов показывают, что период колебаний рассматриваемых физических маятников будет равен для маятника с осью антенны 0.89 сек и для маятника с осью фигурной стойки 0.78 сек.

Период бортовой качки морских судов в зависимости от их размеров и конструкции корпуса колеблется от 7 до (20 - 30) сек [см. В.В. Ашин. Проектирование судов. Л. : Судостроение, 1985]. Это в десять и более раз превышает период колебаний качающихся частей предлагаемой антенны, что исключает возможность возникновения побочных колебаний подвижных частей антенны во время качки судна.

Стабилизация оси ДН антенны СНРЛС в вертикальной плоскости и обеспечение наклона ДН для улучшения условий наблюдения целей в ближней зоне открывают возможность оптимизации начального положения и формы диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости.

В таблице 6 представлены результаты расчетов количественного повышения дальности обнаружения надводных целей или уменьшения энергетической характеристики СНРЛС в зависимости от величины диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости по сравнению с СНРЛС, имеющей ДН в 20 град.

Приведем сравнительные характеристики антенного поста-прототипа в составе стабилизированной платформы по патенту США N 3.893.123 от 1.07.75 с установленным на ней антенным постом СНРЛС "Печора-2" с предложенным в заявке стабилизированным антенным постом СНРЛС также на основе антенного поста СНРЛС "Печора-2". В таблице 7 приведены массо-габаритные характеристики антенного поста СНРЛС "Печора-2", дополнительно введенных устройств и предлагаемого антенного поста со стабилизированной антенной.

Приведем сравнительные характеристики антенного поста-прототипа с предложенной нами стабилизированной антенной также на основе антенного поста СНРЛС "Печора-2". Сравнительные данные, составленные на основе таблиц 1, 3 и 7, представлены в таблице 8.

Изложенное позволяет сделать следующие выводы.

1. В предлагаемом антенном посту обеспечивается стабилизация оси ДН на качке судна без затраты энергии, с использованием силы земного притяжения и закономерностей физического маятника.

2. Предлагаемая конструкция стабилизированной антенны СНРЛС технически реализуема и работоспособна. По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция имеет меньшую в 3 с четвертью раза массу и более чем в 5 раз меньшую высоту. По сравнению с существующим нестабилизированным антенным постом станции "Печора-2" антенный пост предлагаемой конструкции имеет большую массу и высоту в среднем в 1.5 раза, что не может быть существенным препятствием к его практическому использованию, учитывая получаемые при этом значительные преимущества.

3. Стабилизация положения диаграммы направленности антенны улучшает условия и повышает надежность обнаружения морских целей в условиях качки судна, а при больших углах качки исключает возможные пропуски в обнаружении целей.

4. Возможность в предлагаемой антенне изменения угла наклона ДН антенны позволяет повысить надежность обнаружения малоразмерных целей в ближней зоне.

5. Обеспечение стабилизации антенны позволяет уменьшить ширину ДН антенны в вертикальной плоскости и повысить за счет этого энергетическую характеристику СНРЛС или снизить излучаемую мощность и потребляемую мощность от бортсети судна, при сохранении неизменной дальности обнаружения целей.

6. Снижение излучаемой мощности и уменьшение ширины диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости уменьшит уровень СВЧ энергии в направлении палубы и надстроек судна и повысит экологическую чистоту СНРЛС.

Формула изобретения

1. Стабилизированный антенный пост судовой навигационной радиолокационной станции (СНРЛС) в составе волноводно-щелевой антенны, укрепленной с помощью кронштейна на вращающейся в горизонтальной плоскости тумбе, установленной поворотно на основании антенного поста, имеющего мотор и привод вращения, в котором стабилизация осуществляется за счет использования силы земного притяжения и свойств физического маятника, отличающийся тем, что антенна снабжена продольной горизонтальной осью, укрепленной по бокам антенны в середине бокового профиля выше центра тяжести антенны, а также дополнительным продольным грузом, расположенным снизу антенны, имеющим по краям соединенные с антенной боковые рычаги, подвижно укрепленные на оси антенны и имеющие возможность сохранять неизменным положение диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости на качке, кронштейн выполнен в виде вилкообразной конструкции с направленными вниз боковыми стойками, на которых установлены устройства ограничения углов качания антенны, на нижних концах которых укреплены подшипники вращения для обеспечения свободных качаний оси антенны в пределах установленных углов качания антенны,
и упорные подшипники, препятствующие продольному перемещению оси антенны, в состав антенны введена фигурная стойка тумбы, установленная на тумбе и имеющая сверху горизонтальную ось, кронштейн своей верхней частью подвижно подвешен на горизонтальной оси фигурной стойки тумбы с помощью подшипника скольжения кронштейна, ось которого перпендикулярна указанной выше введенной оси антенны, что обеспечивает сохранение горизонтальным положение антенны при наклонах антенного поста в плоскости кронштейна и антенны под действием силы тяжести подвешенной антенны с дополнительным грузом и кронштейна, образующих физический маятник, в нижней части стоек кронштейна введены концевые упоры в виде металлической полосы, соединяющей стойки, а напротив них сверху тумбы - ограничительные амортизаторы для упора в них концевых упоров при максимальных наклонах антенны, подвеска антенны на оси антенны и оси фигурной стойки тумбы осуществляется таким образом, что центр тяжести антенны с подвижными частями располагается на вертикальной оси вращения тумбы с антенной в горизонтальной плоскости.

2. Антенный пост по п.1, отличающийся тем, что в состав антенного поста дополнительно введены механизм установки и датчик угла наклона антенны к горизонту, рубочное устройство управления наклоном антенны с индикатором угла наклона, соединенные между собой многожильным силовым и сигнальным кабелем, с многоконтактным вращающимся переходом между тумбой и основанием антенного поста и со спиральным отрезком для подвижного соединения стабилизированного механизма установки и датчика угла наклона антенны с указанным кабелем, расположенным на качающихся вместе с судном плоскости диаграммы направленности антенны стойках кронштейна и на фигурной стойке тумбы.

3. Антенный пост по п.1, отличающийся тем, что в оси антенны и в оси фигурной стойки тумбы установлены соосно с указанными осями горизонтальные вращающиеся СВЧ переходы с углами поворота по 45^o в обе стороны для обеспечения канализации СВЧ энергии между антенной и качающимся вместе с судном участком СВЧ тракта кронштейна, а также между качающейся фигурной стойкой тумбы и кронштейном.

4. Антенный пост по п.1, отличающийся тем, что введен радиопрозрачный кожух, укрепленный на кронштейне, охватывающей подвижные части антенны и дополнительный груз и обеспечивающий защиту от атмосферных условий.

5. Антенный пост по п.1, отличающийся тем, что в осях качания антенны и фигурной стойки тумбы установлены демпфирующие устройства, временные характеристики которых регулируются с учетом параметров качки судна, на котором устанавливается СНРЛС, благодаря чему исключаются побочные колебания подвижных частей антенны на качке судна.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 01.11.2002

Номер и год публикации бюллетеня: 15-2004

Извещение опубликовано: 27.05.2004