Устройство для электрической юстировки антенны бортовой радиолокационной станции

 

Изобретение относится к радиолокации и может быть применено для электрической юстировки антенны бортовой, например, самолетной радиолокационной станции перехвата и прицеливания в малогабаритных помещениях. Техническим результатом является уменьшение габаритов юстировочного полигона и упрощение операции электрической юстировки бортовых РЛС с сохранением точности результатов юстировки. Устройство для электрической юстировки антенны бортовой радиолокационной станции (РЛС) имеет юстировочный полигон, бортовую РЛС, антенну бортовой РЛС, расположенную в носовой части самолета, основную юстировочную мишени с перекрестием, отстоящим от строительной оси самолета на величину базы L, установленную в хвостовой части самолета перпендикулярно этой оси, коллиматор с излучателем в его фокусе, установленный в ближней зоне Френеля антенны бортовой РЛС, имитатор цели, выход которого соединен со входом излучателя коллиматора, при этом коллиматор электрически связан с антенной бортовой РЛС, дополнительную мишень с перекрестием, жестко связанную с коллиматором, плоскость которой перпендикулярна электрической оси коллиматора, а перекрестие отстоит от этой оси на величину базы L, первый лазерный визир жестко связан с основной юстировочной мишенью, перпендикулярен ей и направлен в сторону дополнительной мишени, второй лазерный визир жестко связан с дополнительной мишенью, перпендикулярен ей и направлен в сторону основной юстировочной мишени, причем основная юстировочная мишень выполнена зеркально-отражающей, а коллиматор ориентирован таким образом, что блик на дополнительной мишени от луча второго лазерного визира, отраженного от основной юстировочной мишени, совпадает с перекрестием дополнительной мишени, а расстояние d_изм между центром перекрестия и бликом от прямого луча первого лазерного визира на этой мишени должно удовлетворять условию где R - радиус зеркала коллиматора, r - радиус зеркала антенны бортовой РЛС; η - коэффициент использования площади раскрыва коллиматора, при этом основная юстировочная и дополнительная мишени выполнены с радиусами 2 ил.

Изобретение относится к радиолокации и может быть применено для электрической юстировки антенны бортовой, например, самолетной радиолокационной станции (РЛС) перехвата и прицеливания в малогабаритных помещениях.

Электрической юстировкой называется процесс экспериментального уточнения направления характерного уровня диаграммы направленности антенны, главного максимума, равносигнального уровня при пеленговании по равносигнальной зоне, главного нулевого значения у антенн моноимпульсных систем (см. Фрадин А. З. и Рыжков Е. В. Измерение параметров антенно-фидерных устройств. - М. : Связь, 1972, стр. 243).

Известно устройство электрической юстировки антенны бортовой РЛС до установки ее на объект, реализующее способ, заключающийся в снятии диаграммы направленности антенны на специальном полигоне и определении степени совпадения характерного уровня диаграммы направленности антенны, например главного максимума диаграммы с теоретическим (см. тот же источник: Измерение параметров антенно-фидерных устройств, стр. 243-244).

Недостатками этого устройства являются: - сложность процесса юстировки; - большие габариты юстировочного полигона, как правило закрытого; - низкая точность, так как не учитывается влияние на юстировочные данные бортовых, например самолетных конструкций (элементов фюзеляжа, обтекателя антенны и т. д. ).

Известно также устройство для электрической юстировки антенны бортовой РЛС перехвата и приценивая непосредственно на самолете (см. Инструкцию по технической эксплуатации самолета МИГ-21БИС (75А) книга III "Радиолокационное оборудование", пункт 3.1.7 "Проверка юстировки станции РЛС на самолете" стр. 96, 97, 98), в котором учтено влияние самолетных конструкций на юстировочные данные и сложный процесс снятия диафрагмы направленности антенны РЛС заменяется сравнительно простым процессом пеленгации сигнала имитатора цели. Однако большие габариты юстировочного полигона продолжают иметь место, так как антенна имитатора цели устанавливается в дальней зоне антенны РЛС.

В качестве прототипа берем изобретение авт. св. N 1500951 "Способ юстировки антенны в угломестной плоскости", по которому устройство содержит юстировочный полигон, испытуемую антенну, источник сигнала, расположенный в дальней зоне испытуемой антенны и юстировочное приспособление с оптическим визиром, установленное на горизонтальной оси раскрыва антенны.

Сущность изобретения заключается в том, что измерение величины электрической разюстировки в угломестной плоскости производят в азимутальной плоскости (предварительно развернув антенну вокруг ее геометрической оси на 90^o), в которой влияние земной поверхности является симметричным и не приводит к ошибкам юстировки.

Устройство позволяет повысить точность электрической юстировки антенны в угломестной плоскости при расположении источника сигнала в дальней зоне антенны. Однако оно имеет недостатки: - большие габариты юстировочного полигона, - сложность процесса определения направления характерного уровня диаграммы направленности антенны путем ее сканирования, - устройство не позволяет учесть влияние на результаты юстировки бортовых конструкций, например, самолетных конструкций при проведении юстировки антенн самолетных бортовых РЛС в полевых условиях.

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение габаритов юстировочного полигона и упрощение операции электрической юстировки бортовых РЛС с сохранением точности результатов юстировки.

При значительном упрощении операции юстировки антенн бортовых РЛС, обеспечение точности электрической юстировки в устройстве достигается за счет применения коллиматорного зеркала, установленного в ближайшей зоне антенны, в которой луч не расширяется и влияние земли практически отсутствует.

Указанная цель достигается тем, что в известное устройство для электрической юстировки антенны бортовой, например самолетной радиолокационной станции (РЛС), содержащее юстировочный полигон, бортовую РЛС, антенну бортовой РЛС, расположенную в носовой части самолета, основную юстировочную мишень с перекрестием, отстоящим от строительной оси самолета на величину базы L, установленную в хвостовой части самолета перпендикулярную этой оси, коллиматор с излучателем в его фокусе, установленный в ближней зоне антенны бортовой РЛС, имитатор цели, выход которого соединен с входом излучателя коллиматора, при этом коллиматор электрически связан с антенной бортовой РЛС, введены дополнительная мишень с перекрестием, жестко связанная с коллиматором, плоскость которой перпендикулярна электрической оси коллиматора, а перекрестие отстоит от этой оси на величину базы L, первый лазерный визир, жестко связанный с основной мишенью так, что его луч проходит сквозь отверстие в центре этой мишени, параллельно строительной оси самолета и направлен в сторону дополнительной мишени. В устройство также введен второй лазерный визир, жестко связанный с дополнительной мишенью так, что его луч проходит сквозь отверстие в центре дополнительной мишени, параллелен электрической оси коллиматора и направлен в сторону основной мишени, основная мишень выполнена зеркально-отражающей, коллиматор ориентирован таким образом, что блик на дополнительной мишени от луча второго лазерного визира, отраженного от основной зеркальной мишени совпадает с перекрестием дополнительной мишени, а расстояние d_изм между центром перекрестия и бликом от прямого луча первого лазерного визира на этой мишени удовлетворяет условию где R - радиус зеркала коллиматора; η - коэффициент использования площади раскрыва коллиматора;
r - радиус антенны бортовой РЛС.

при этом основная и дополнительная мишень выполнены с радиусами

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства.

На фиг. 2 изображен вид на коллиматор со стороны самолета.

Устройство содержит юстировочный полигон 1, бортовую РЛС 2, антенну 3 бортовой РЛС, расположенную в носовой части самолета, основную юстировочную зеркальную мишень 4 с перекрестием, отстоящим от строительной оси самолета на величину базы L, установленную в хвостовой части самолета перпендикулярно строительной оси самолета, коллиматор 5 с излучателем в его фокусе, установленный в ближней зоне Френеля антенны 3 РЛС, имитатор цели 6, выход которого соединен со входом излучателя коллиматора, дополнительную мишень 7 с перекрестием, жестко связанную с коллиматором 5, плоскость которой перпендикулярна электрической оси коллиматора 5, а перекрестие отстоит от этой оси на величину базы L, первый лазерный визир 8, жестко связанный с основной мишенью 4 так, что его луч проходит сквозь отверстие в центре этой мишени, параллелен строительной оси самолета и направлен в сторону дополнительной мишени 7, второй лазерный визир 9, жестко связанный с дополнительной мишенью 7 так, что его луч проходит сквозь отверстие в центре дополнительной мишени 7, параллелен электрической оси коллиматора 5 и направлен в сторону основной мишени 4.

Устройство работает следующим образом.

СВЧ-сигнал имитатора цели 6 поступает на вход коллиматора 5 в его облучатель. Зеркало коллиматора 5, установленное в ближней зоне Френеля антенны 3 бортовой РЛС, трансформирует сферическую волну облучателя в квазиплоскую волну и излучает ее в направлении антенны 3 бортовой РЛС.

Для того чтобы коллиматор 5 имитировал бесконечно-удаленную цель, находящуюся на строительной оси самолета, он должен быть ориентирован таким образом, чтобы плоский фронт его волны был перпендикулярен строительной оси самолета.

В отличие от прототипа, это достигается в предлагаемом устройстве не за счет совмещения двух осей: строительной оси самолета и электрической оси коллиматора, а за счет установки этих осей параллельно друг другу путем совмещения на дополнительной мишени 7 блика луча второго лазерного визира 9, отраженного от основной зеркальной мишени 4 с центром перекрестия дополнительной мишени 7. Это обстоятельство существенно упрощает процесс ориентирования коллиматора 5. Однако при таком ориентировании точность пеленгации плоского фронта волны коллиматора 5 с помощью РЛС 2, а следовательно, и точность юстировки остается достоверной только тогда, когда расстояние между приведенными выше осями d_изм не превышает предельной величины

То есть для сохранения точности юстировки должно быть выполнено условие

где R - радиус зеркала коллиматора (обычно R ≥2r);
r - радиус антенны РЛС;
η - коэффициент использования площади раскрыва коллиматорного зеркала.

Обоснование выражения (1) приводится ниже.

При нарушении условия (1) плоская часть фронта волны коллиматора 5 выйдет из апертуры антенны 3 бортовой РЛС, что приведет к ошибкам при пеленгации имитированной цели, а следовательно, к искажению юстировочных параметров.

Величина d_изм легко определяется с помощью первого лазерного визира 8, путем измерения на дополнительной мишени 7 расстояния между центром перекрестия мишени 7 и бликом от прямого луча первого лазерного визира 8.

Процедура ориентирования коллиматора 5 происходит следующим образом.

Сначала, перемещая коллиматор 5 параллельно самому себе - вверх-вниз, влево-вправо в перпендикулярном направлении к строительной оси самолета, совмещают на дополнительной мишени 7 блик от первого лазерного визира 8 с центром перекрестия мишени 7. Затем, плавно поворачивая коллиматор относительно его вертикальной и горизонтальной осей, совмещают блик луча второго лазерного визира 9, отраженного от основной зеркальной мишени 4, с тем же перекрестием мишени 7. Если после этой операции блик от прямого луча первого лазерного визира 8 вышел из перекрестия (т. е. вышеуказанные оси коллиматора и самолета не совпадают, но остаются параллельны между собой), измеряют расстояние d_изм между этим бликом и перекрестием мишени 7 и при выполнении условия (1) считают процесс ориентирования коллиматора 5 законченным и соответствующим нормам технических условий.

Для обеспечения возможности измерять максимально допустимые значения параметра d_пр, очевидно, основная мишень 4 и дополнительная мишень 7 должны быть выполнены с радиусами R_м≥d_пр. Принятый антенной 3 РЛС сигнал коллиматора 5 пеленгуется системой углового сопровождения бортовой РЛС 2. При этом с помощью бортовой РЛС 2 измеряется в угловых единицах разница между осью пеленгации и осью самолета, то есть определяется величина электрической разъюстировки антенны 3 РЛС.

Если разъюстировка превышает допустимые нормы технических условий, производят юстировку антенны 3 РЛС, например, путем изменения ее положения относительно оси самолета.

Обладая всеми преимуществами прототипа, из которых основными являются малые габариты юстировочного полигона и отсутствие необходимости в нивелировке самолета и мишени, предлагаемое устройство позволяет существенно упростить операцию ориентирования коллиматора, а следовательно, значительно сократить время и трудоемкость юстировочных работ.

Следует отметить, что в авиационной практике антенну бортовой РЛС иногда юстируют не относительно строительной оси самолета, а непосредственно относительно оси вооружения. Например, в случае, когда бортовая пушка жестко привязана к фюзеляжу самолета и не "регулируется", "приоритет" отдается оси, проходящей через ствол пушки. В этом случае предлагаемое устройство полностью применимо для электрической юстировки антенны бортовой РЛС, с той лишь разницей, что трубка первого лазерного визира, жестко связанная с основной зеркальной мишенью, перпендикулярной оси этого визира, плотно вставляется в ствол пушки, а базовое расстояние L в устройстве берется равным расстоянию между осью самолета и осью ствола бортовой пушки.

В качестве лазерных визиров целесообразно применять широко распространенные лазерные визиры-указки. Они дешевы, компактны, имеют автономное питание и диаметр луча ≈ 1÷3 мм (на расстоянии нескольких метров), что вполне обеспечивает требуемую точность при выполнении юстировки антенн бортовых РЛС.

Известно, что радиус R коллиматорного зеркала (см. фиг. 2), предназначенного для имитации фронта волны от бесконечно удаленной цели в ближней зоне антенны 3 РЛС, должен превышать радиус антенны 3 РЛС по крайней мере в два раза, т. е.

R≥2r. (2)
Это позволяет получить плоский фронт волны в апертуре антенны 3 РЛС без искажения этой волны не только при точном совпадении осей коллиматора и самолета, но и в тех случаях, когда эти оси не совпадают, но остаются параллельны друг другу. Очевидно, что плоский фронт волны в апертуре антенны 3 РЛС не будет искажен краевыми эффектами только при тех значениях d между параллельными осями антенн, РЛС и коллиматора, которые не превышают предельного расстояния
d_пр = R_эф-r, (3)
при котором край луча коллиматора с радиусом R_эф совпадает с краем апертуры антенны 3 РЛС радиуса r (см. фиг. 2). Здесь R_эф - радиус эффективной поверхности коллиматора, на которой наблюдается равномерное распределение амплитуды и фазы СВЧ-волны.

R_эф можно определить, используя известное выражение для эффективной площади зеркальной антенны,
S_эф= ηS, (4)
где S - геометрическая площадь антенны;
η - коэффициент использования площади апертуры антенны с радиусом R;
(Обычно η = 0,5-0,6),
см. "Справочник по радиолокации" под редакцией Скольника. Москва, "Сов. радио", 1977 г. , стр. 56.

Выразив в управлении (4) площади через радиусы, получим

подставив (5) в (3) окончательно получим

При ориентировании коллиматора с помощью двух лазерных визиров по методике, изложенной выше, расстояние между параллельными осями коллиматора и самолета d_изм не должно превышать d_пред, т. е. необходимо чтобы выполнялось условие (1)

B противном случае точность пеленгации антенной 3 РЛС фронта волны коллиматора 5, а следовательно, и точность юстировки этой антенны будут недостоверны.

Очевидно при выполнении условия (1) основная мишень 4 и дополнительная мишень 7 должны быть выполнены с радиусами

чтобы лучи обоих лазерных визиров - первого лазерного визира 8 и второго лазерного визира 9 при предельно допустимом расстоянии d_пред не выходили за пределы этих мишеней.

Пример: пусть радиус антенны РЛС r = 25 см, радиус коллиматора R = 2r = 50 см
η = 0,6;
d_изм = 10 см.

Необходимо выполнить проверку неравенства (1) и определить радиусы основной 4 и дополнительной 7 мишеней.

1. Сначала определяем по формуле (6)

затем проверяем выполнение неравенства (1)

Неравенство (1) выполняется, т. е. юстировочные параметры после выполнения операции электрической юстировки антенны РЛС -достоверны.

2. Согласно (7) основная мишень 4 и дополнительная мишень 7 устройства должны быть выполнены с радиусами

Применение новых элементов - дополнительной мишени, двух лазерных визиров и выполнение основной мишени зеркально-отражающей - выгодно отличает предлагаемое устройство для электрической юстировки антенны бортовой, например самолетной, РЛС от указанного прототипа, так как значительно упрощает процесс ориентирования коллиматорного зеркала относительно строительной оси самолета.

Предлагаемое устройство позволяет резко сократить время и трудоемкость операции электрической юстировки антенн бортовых РЛС как в производственных, так и в эксплуатирующих организациях.

Формула изобретения

Устройство для электрической юстировки антенны бортовой, например самолетной радиолокационной станции (РЛС), имеющее юстировочный полигон, бортовую РЛС, антенну бортовой РЛС, расположенную в носовой части самолета, основную юстировочную мишень с перекрестьем, отстоящим от строительной оси самолета на величину базы L, установленную в хвостовой части самолета перпендикулярно этой оси, коллиматор с излучателем в его фокусе, установленный в ближней зоне Френеля антенны бортовой РЛС, имитатор цели, выход которого соединен со входом излучателя коллиматора, при этом коллиматор электрически связан с антенной бортовой РЛС, отличающееся тем, что в него введены дополнительная мишень с перекрестьем, жестко связанная с коллиматором, плоскость которой перпендикулярна электрической оси коллиматора, а перекрестие отстоит от этой оси на величину базы L, первый лазерный визир, жестко связанный с основной юстировочной мишенью, перпендикулярен ей и направлен в сторону дополнительной мишени, второй лазерный визир, жестко связанный с дополнительной мишенью, перпендикулярен ей и направлен в сторону основной юстировочной мишени, причем, основная юстировочная мишень выполнена зеркально отражающей, а коллиматор ориентирован таким образом, что блик на дополнительной мишени от луча второго лазерного визира, отраженного от основной юстировочной мишени, совпадает с перекрестьем дополнительной мишени, а расстояние d_изм между центром перекрестья и бликом от прямого луча первого лазерного визира на этой мишени должно удовлетворять условию

где R - радиус зеркала коллиматора;
r - радиус зеркала антенны бортовой РЛС;
η - коэффициент использования площади раскрыва коллиматора, при этом основная юстировочная и дополнительная мишени выполнены с радиусами

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2