Радиолокатор с фазированной антенной решеткой и системой тестирования ее каналов
Владельцы патента RU 2562068:
Закрытое акционерное общество "Аэро-космические технологии" (RU)
Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в многофункциональных радиолокационных системах с электронным управлением диаграммой направленности. Достигаемый технический результат - повышение точности работы радиолокатора. Указанный результат достигается за счет того, что радиолокатор содержит n излучателей, соединенных с n приемо-передающими модулями, соединенными между собой. Каждый из модулей подключен к устройству распределения мощности. Все модули подключены к блоку управления и первичной обработки сигнала. Вход блока устройства распределения мощности соединен с передатчиком и приемником, присоединенными к блоку управления и первичной обработки сигнала, содержащему опорный генератор. Радиолокатор содержит также вынесенную антенну и три двухпозиционных сверхвысокочастотных (СВЧ) переключателя, первый из которых соединен с вынесенной антенной и обеспечивает ее подключение ко второму или третьему двухпозиционному СВЧ-переключателю, второй двухпозиционный СВЧ-переключатель соединен с выходом передатчика и обеспечивает его подключение к первому переключателю, а третий двухпозиционный СВЧ-переключатель соединен с приемником и обеспечивает его подключение к первому переключателю, причем первый, второй и третий двухпозиционные СВЧ - переключатели подключены к блоку управления и первичной обработки сигнала. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в многофункциональных радиолокационных системах с электронным управлением диаграммой направленности.
Вследствие разброса характеристик приемо-передающих модулей и не идентичности каналов отдельных излучателей антенной решетки при эксплуатации радиолокатора приемная и передающая диаграммы направленности отличаются от расчетных, что вызывает ошибки в измерении параметров обнаруженных целей (дальность, угловое положение и т.п.). Устранение этого недостатка осуществляется путем периодической калибровки, при которой осуществляется подстройка характеристик каналов отдельных излучателей антенной решетки.
Известна (RU, патент 2131160, опубл. 27.05.1999) фазированная антенная решетка с калибровочной сетью, создающей дополнительный тестовый сигнал, подаваемый в каналы волноводных излучателей антенной решетки через отверстия связи и обеспечивающий калибровку каналов отдельных излучателей.
Недостатком такого решения является усложнение конструкции фазированной антенной решетки за счет введения дополнительного устройства распределения мощности, обеспечивающего разводку тестового сигнала по волноводным излучателям. Кроме того, в случае активной фазированной антенной решетки такая калибровочная сеть обеспечивает калибровку только приемных каналов, а через передающие каналы калибровочные сигналы не проходят.
Известно (SU, авторское свидетельство 1592804, опубл.01.08. 1990) устройство для поэлементного контроля фазированных антенных решеток, содержащее генератор СВЧ, вспомогательную антенну, контролируемую фазированную антенную решетку, включающую N последовательно соединенных излучателей и дискретных фазовращателей, делитель мощности, N выходов которого соединены с соответствующими входами фазовращателей, блок управления, включающий блок управления режимами работы фазированной антенной решетки, вычислитель фаз и блок формирования испытательного сигнала, причем N выходов вычислителя фаз и блока формирования испытательного сигнала подключены соответственно к первым и вторым входам блока управления режимами работы фазированной антенной решетки, приемник, измерительный блок, генератор псевдослучайной последовательности, линию задержки, которая подключена к одному из выходов генератора псевдослучайной последовательности, к - манипулятор фазы, выход которого соединен со вспомогательной антенной, а управляющий вход со вторым выходом генератора псевдослучайной последовательности, причем гетеродинный вход приемника подключен к выходу генератора СВЧ, выход приемника ко входу измерительного блока, N выходов блока управления подключены к управляющим входам дискретных фазовращателей.
Известное устройство обладает низкой достоверностью контроля, обусловленной проверкой широкополосной фазированной антенной решетки на фазированной частоте, особенно при использовании в составе радиотехнических систем специального назначения.
Известен (US, патент 4942403, опубл. 11.12.1987) радиолокатор с фазированной антенной решеткой, содержащий n излучателей, соединенных с n приемо-передающими модулями, содержащими взаимный фазовращатель и присоединенными к устройству распределения мощности, суммарный вход которого через дуплексер соединен с передатчиком и приемником, присоединенными к блоку управления и первичной обработки, содержащем опорный генератор.
Недостатком известного радара следует признать отсутствие возможности калибровки приемных и передающих каналов радиолокатора без дополнительных источников тестового сигнала и дополнительных систем распределения мощности.
Указанное техническое решение в дальнейшем использовано в качестве ближайшего аналога разработанного устройства.
Техническая задача, решаемая посредством разработанного устройства, состоит в оптимизации конструкции радиолокатора с фазированной антенной решеткой.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанной конструкции, состоит в повышении точности работы радиолокатора за счет обеспечения возможности калибровки приемных и передающих каналов радиолокатора без дополнительных источников тестового сигнала и дополнительных систем распределения мощности.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать радиолокатор с фазированной антенной решеткой и системой тестирования ее каналов, содержащий n излучателей, соединенных с n приемо-передающими модулями, соединенными между собой, причем каждый из них подключен к устройству распределения мощности и все они подключены к блоку управления и первичной обработки сигнала, вход блока устройства распределения мощности соединен с передатчиком и приемником, присоединенными к блоку управления и первичной обработки сигнала, содержащему опорный генератор. Кроме того, для достижения указанного технического результата он дополнительно содержит вынесенную антенну и три двухпозиционных СВЧ-переключателя, первый из которых соединен с вынесенной антенной и обеспечивает ее подключение ко второму или третьему двухпозиционному СВЧ-переключателю, второй двухпозиционный СВЧ-переключатель соединен с выходом передатчика и обеспечивает его подключение к первому переключателю, а третий двухпозиционный СВЧ-переключатель соединен с приемником и обеспечивает его подключение к первому переключателю, причем первый, второй и третий двухпозиционные СВЧ-переключатели подключены к блоку управления и первичной обработки сигнала.
Сущность изобретения состоит в том, что в радиолокатор с фазированной антенной решеткой, содержащий опорный генератор, блок управления и первичной обработки, приемник, передатчик и устройство распределения мощности введена вынесенная антенна и три двухпозиционных переключателя, первый из которых соединен с вынесенной антенной и обеспечивает ее подключение ко второму или третьему переключателю, второй переключатель соединен с выходом передатчика и обеспечивает его подключение к первому переключателю, а третий переключатель соединен с приемником и обеспечивает его подключение первому переключателю.
Получаемый технический результат (калибровка приемных и передающих каналов радиолокатора без дополнительных источников тестового сигнала и дополнительных систем распределения мощности) обеспечивается использованием для калибровки передатчика и приемника радиолокатора и введением дополнительных переключателей, обеспечивающих тестирование всех приемных и передающих каналов радиолокатора.
В предпочтительном варианте реализации приемо-передающий модуль содержит приемный и передающий каналы, а также переключатель подключения к устройству распределения мощности и переключатель подключения к излучателю, причем передающий канал содержит последовательно установленные управляемый фазовращатель, вход которого подключен к переключателю подключения к устройству распределения мощности, управляемый аттенюатор и усилитель мощности, выход которого подключен к переключателю подключения к излучателю, а приемный канал содержит усилитель мощности, вход которого подключен к переключателю подключения к излучателю, управляемый аттенюатор и управляемый фазовращатель, выход которого подключен к переключателю подключения к устройству распределения мощности.
Радиолокатор может дополнительно содержать дуплексер, первый вход которого подключен блоку управления и первичной обработки сигнала, второй вход подключен к устройству распределения мощности, а выходы подключены через второй двухпозиционный СВЧ-излучатель к передатчику и через третий двухпозиционный СВЧ-переключатель - к приемнику.
Также радиолокатор может дополнительно содержать циркулятор, вход которого подключен к устройству распределения мощности, а выходы подключены через второй двухпозиционный СВЧ-излучатель к передатчику и через третий двухпозиционный СВЧ-переключатель - к приемнику.
На фиг.1 представлена структурная схема радиолокатора с фазированной антенной решеткой и системой тестирования ее каналов, содержащая дуплексер. Радиолокатор содержит излучатели антенной решетки 1, приемо-передающие модули 2, которые управляются от блока управления и первичной обработки сигнала, устройство распределения мощности 3, дуплексер 4, передатчик 5, приемник 6, блок управления и первичной обработки сигнала 7, опорный генератор 8, вынесенную антенну 9, первый двухпозиционный СВЧ-переключатель 10, второй двухпозиционный СВЧ-переключатель 11 и третий двухпозиционный СВЧ-переключатель 12.
Одна из возможных структурных схем приемо-передающего модуля приведена на фиг.2. Приемо-передающий модуль состоит передающего 13 и приемного 14 каналов и переключателей приемо-передача 19 и 20. Переключатель 19 подключает один из выходов системы распределения мощности к передающему 13 или приемному 14 каналам модуля, а переключатель 20 подключает к передающему 13 или приемному 14 каналам модуля излучатель антенной решетки радиолокатора. Передающий канал 13 содержит управляемый фазовращатель 15, управляемый аттенюатор 16 и усилитель мощности 17, который содержит управляемый источник питания, обеспечивающий подачу напряжения питания на усилительные каскады только во время прохождения зондирующего сигнала через передающий канал. Приемный канал 14 содержит управляемый фазовращатель 15, управляемый аттенюатор 16 и малошумящий усилитель 18.
Радиолокатор с фазированной антенной решеткой и системой тестирования ее каналов в варианте с использованием дуплексера работает следующим образом.
В рабочем режиме радиолокатора второй двухпозиционный СВЧ-переключатель 11 подключает передатчик к передающему входу дуплексера 4, а третий двухпозиционный СВЧ-переключатель 12 подключает приемный выход дуплексера 4 к приемнику 6. При этом положение первого двухпозиционного СВЧ-переключателя 10 произвольно. При таком положении второго и третьего двухпозиционных СВЧ-переключателей 11 и 12 сигнал передатчика через дуплексер 4 и систему распределения мощности 3 поступает на входы приемо-передающих модулей 2. При этом в соответствии с заданным режимом функционирования радиолокатора блок управления и первичной обработки формирует управляющие сигналы, которые поступают на дуплексер 4 и приемо-передающие модули 2. Отметим, что если в качестве дуплексера используется циркулятор, то для него управляющий сигнал не нужен. Эти управляющие сигналы обеспечивают требуемое чередование во времени режимов приема и передачи (управление двухпозиционными СВЧ-переключателями и источниками питания приемо-передающих модулей 2), а также управление диаграммами направленности антенной решетки радиолокатора в режиме приема и передачи (управление фазовращателями и аттенюаторами приемо-передающих модулей 2).
В режиме тестирования и контроля приемных каналов аппаратуры радиолокатора по командам от блока управления и первичной обработки осуществляется переключение двухпозиционных СВЧ-переключателей 10-12 и дуплексера 4 таким образом, что первый двухпозиционный СВЧ-переключатель 10 подключает антенну 9 ко второму двухсекционному СВЧ-переключателю 11, второй двухсекционный СВЧ-переключатель 11 соединяет выход передатчика 5 с первый двухсекционным СВЧ-переключателем 10, а третий двухпозиционный СВЧ-переключатель 12 подключает вход приемника к дуплексеру 4, который соединяет его с выходом устройства распределения мощности 3. При этом сигнал передатчика поступает на антенну 9, излучается и поступает на излучатели 1, то есть на входы приемных каналов радиолокатора. Поочередное тестирование всех приемных каналов обеспечивается поочередным подключением приемных каналов приемо-передающих модулей 2 к устройству распределения мощности 3, что обеспечивается соответствующими управляющими сигналами от блока управления и первичной обработки сигнала 7. Зарегистрированное блоком управления и первичной обработки сигнала текущее амплитудно-фазовое распределение сигналов в тестируемых приемных каналах сравнивается с эталонным амплитудно-фазовым распределением (хранящимся в памяти блока управления и первичной обработки сигнала). В случае отличия тестируемого распределения от эталонного в соответствующие приемные каналы вводят поправки, компенсирующие разность тестируемого и эталонных распределений. Эти поправки обеспечиваются введением дополнительных фазовых сдвигов в управляемые фазовращатели приемных каналов приемо-передающизх модулей и дополнительным изменением затухания, вносимого управляемыми аттенюаторами приемных каналов приемо-передающих модулей.
В режиме тестирования и контроля передающих каналов аппаратуры радиолокатора по командам от блока управления и первичной обработки осуществляется переключение первого, второго и третьего двухпозиционных СВЧ-переключателей 10-12 и дуплексера 4 таким образом, что первый двухпозиционный СВЧ-переключатель 10 подключает антенну 9 к третьему двухсекционному СВЧ-переключателю 12, третий двухпозиционный СВЧ-переключатель 12 соединяет вход приемника 6 с первый двухпозиционным СВЧ-переключателем 10, а второй двухпозиционный СВЧ-переключатель 11 подключает выход передатчика к дуплексеру 4, который соединяет его с входом устройства распределения мощности 3. При этом сигнал передатчика через устройство распределения мощности 3 поступает на входы приемо-передающих модулей 2, у которых по командам от блока управления и первичной обработки сигнала 7 поочередно подключаются передающие каналы. Таким образом, сигнал передатчика поступает на вход одного из излучателей 1 антенной решетки радиолокатора. Поочередно излучаемый одним из излучателей 1 сигнал от передатчика 5 поступает на антенну 9 и через первый и третий двухпозиционные СВЧ-переключатели 10 и 12 попадает на вход приемника 6.
Поочередное тестирование всех передающих каналов обеспечивается вышеуказанным поочередным подключением передающих каналов приемо-передающих модулей 2 к излучателям 1 антенной решетки радиолокатора, что обеспечивается соответствующими управляющими сигналами от блока управления и первичной обработки сигнала 7. Зарегистрированное блоком управления и первичной обработки сигнала 7 текущее амплитудно-фазовое распределение сигналов в тестируемых передающих каналах сравнивается с эталонным амплитудно-фазовым распределением в режиме передачи (хранящимся в памяти блока управления и первичной обработки). В случае отличия тестируемого передающего распределения от эталонного в соответствующие передающие каналы вводятся поправки, компенсирующие разность тестируемого и эталонных распределений. Эти поправки обеспечиваются введением дополнительных фазовых сдвигов в управляемые фазовращатели передающих каналов приемо-передающих модулей и дополнительным изменением затухания, вносимого управляемыми аттенюаторами передающих каналов приемо-передающих модулей. Следует отметить, что при практической реализации блока управления и первичной обработки сигнала 7 у поступающих сигналов более целесообразно измерять не амплитуды и фазы, а действительные и мнимые составляющие, а затем на их основе вычислять поправки, вносимые управляемыми фазовращателями и управляемыми аттенюаторами.
1. Радиолокатор с фазированной антенной решеткой и системой тестирования ее каналов, содержащий n излучателей, соединенных с n приемо-передающими модулями, соединенными между собой, причем каждый из них подключен к блоку устройства распределения мощности, и все они подключены к блоку управления и первичной обработки сигнала, первый вход блока устройства распределения мощности соединен с выходом передатчика, выход блока устройства распределения мощности соединен с входом приемника, присоединенными к блоку управления и первичной обработки сигнала, содержащему опорный генератор, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вынесенную антенну и три двухпозиционных СВЧ-переключателя, первый из которых соединен с вынесенной антенной и обеспечивает ее подключение ко второму или третьему двухпозиционному СВЧ-переключателю, второй двухпозиционный СВЧ-переключатель соединен с выходом передатчика и обеспечивает его подключение к первому переключателю, а третий двухпозиционный СВЧ-переключатель соединен с приемником и обеспечивает его подключение к первому переключателю, причем первый, второй и третий двухпозиционные СВЧ-переключатели подключены к блоку управления и первичной обработки сигнала.
2. Радиолокатор по п. 1, отличающийся тем, что приемо-передающий модуль содержит приемный и передающий каналы, а также переключатель подключения к устройству распределения мощности и переключатель подключения к излучателю, причем передающий канал содержит последовательно установленные управляемый фазовращатель, вход которого подключен к переключателю подключения к устройству распределения мощности, управляемый аттенюатор и усилитель мощности, выход которого подключен к переключателю подключения к излучателю, а приемный канал содержит усилитель мощности, вход которого подключен к переключателю подключения к излучателю, управляемый аттенюатор и управляемый фазовращатель, выход которого подключен к переключателю подключения к устройству распределения мощности.
3. Радиолокатор по п. 1, отличающийся тем, что в нем он дополнительно содержит дуплексер, первый вход которого подключен к блоку управления и первичной обработки сигнала, второй вход подключен к устройству распределения мощности, а выходы подключены через второй двухпозиционный СВЧ-излучатель к передатчику и через третий двухпозиционный СВЧ-переключатель - к приемнику.
4. Радиолокатор по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит циркулятор, вход которого подключен к устройству распределения мощности, а выходы подключены через второй двухпозиционный СВЧ-излучатель к передатчику и через третий двухпозиционный СВЧ-переключатель - к приемнику.
