Способ обзора воздушного пространства радиолокационной станцией с активной фазированной антенной решеткой

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС), в которых в качестве антенны используется активная фазированная антенная решетка.

Задача обзора воздушного пространства для обнаружения целей наиболее просто решается посылкой определенной части энергии радиоволн широким лучом диаграммы направленности антенны (ДНА) в пределах заданного пространственного угла. Однако в этом случае потребуется большая мощность передатчика РЛС при ограниченном времени на обнаружение целей и, кроме того, будет затруднено разрешение целей в пространстве по угловым координатам. В большинстве случаев применяются различные способы обзора узкими лучами ДНА РЛС. При построчном обзоре луч ДНА перемещается в горизонтальной плоскости. На границе зоны обзора луч смещается на величину, достаточную, чтобы при дальнейшем движении по горизонтали по другой строке обеспечить обзор без пропуска целей. Обзор в этом случае характеризуется равномерным распределением энергии по всем направлениям в пределах зоны обзора, а перемещение луча определяется шагом обзора. При спирально-поступательном обзоре луч ДНА совершает коническое сканирование, при этом ось вращения медленно перемещается по горизонтали. Возможны комбинации указанных способов. [Радиолокационные системы многофункциональных самолетов. Т. 1. РЛС - информационная основа боевых действий многофункциональных самолетов. Системы и алгоритмы первичной обработки радиолокационных сигналов. / Под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова. - М.: «Радиотехника», 2006 г., стр. 182-188].

Недостатком указанных способов является большое время обзора пространства.

Известен «Способ радиолокационного обзора пространства» [RU 2400767, опубликовано 27.09.2010, МПК G01S 13/00], основанный на взаимодействии разнесенных в пространстве радиолокационных станций, таким образом, что независимо работающие РЛС, действующие в контролируемом пространстве, обмениваются информацией а) о координатах просмотренных участков, в которых отсутствуют цели, или а) и б) о координатах обнаруженных целей или а), б) и данными об их распознавании и с учетом полученной информации путем установки различных приоритетов просмотра участков пространства, входящих в зону ответственности РЛС, увеличивают затраты энергии на просмотр угловых направлений, в которых может находиться цель, за счет сокращения затрат, а при необходимости вплоть до их исключения на просмотр угловых направлений, в которых цель отсутствует.

Недостатком указанного способа является сложность его реализации из-за взаимодействия нескольких РЛС.

Известен «Способ радиолокационного обзора зоны пространства» [RU 2400768, опубликовано 27.09.2010, МПК G01S 13/00]. Способ включает последовательный осмотр угловых направлений, поочередный пропуск осмотра угловых направлений на каждом периоде обзора, принятие решения об обнаружении цели, если уровень принятого сигнала превысил порог обнаружения. По сигналу, превысившему дополнительный порог, но не превысившему порог обнаружения, формируют строб обзора на следующий период, в котором входящие в него угловые направления осматривают без пропуска. В указанном способе вводится дополнительный порог, более низкий, чем порог обнаружения. Дополнительный порог устанавливают исходя из допустимой вероятности ошибочного осмотра угловых направлений, подлежащих пропуску. Если принятый сигнал при осмотре направления не превысил основной порог обнаружения, но превысил дополнительный, то следует предположить, что это отраженный сигнал от еще не обнаруженной цели, и по мере ее приближения к РЛС она может быть обнаружена, когда сигнал превысит порог обнаружения.

Недостатком указанного способа является недостаточное уменьшение времени обзора пространства, поскольку за счет низкого значения дополнительного порога растет вероятность ложной тревоги, что сократит количество пропускаемых угловых направлений при сложной реализации способа.

Наиболее близким является способ радиолокационного обзора зоны, заключающийся в зондировании угловых направлений сигналами радиолокационной станции при пошаговом перемещении игольчатого луча антенны в пространстве [Теоретические основы радиолокации. Под ред. Я.Д. Ширмана. – М.: Сов. радио, 1970, с. 242, п. 3, рис. 5.21, в].

В данном способе возможны два варианта радиолокационного обзора зоны пространства. В первом случае передающую и приемную ДНА перемещают в следующее угловое положение сразу после окончания излучения сигнала. В этом случае недостатком является снижение дальности обнаружения целей из-за недостаточного времени приема (накопления) сигнала, вызванного одновременной перестройкой приемного и передающего лучей ДНА сразу после окончания излучения сигнала.

Во втором случае передающую и приемную ДНА перемещают в следующее угловое положение сразу после окончания приема сигнала, В этом случае недостатком является длительное время обзора, связанное с накоплением временных задержек, пропорциональных дальности до цели на каждом угловом положении.

Техническим результатом предлагаемого способа является одновременное осуществление приема и излучения зондирующего сигнала на разных угловых позициях путем раздельной перестройки ДНА на прием и передачу.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение дальности обнаружения целей, без увеличения времени обзора воздушного пространства.

Сущность изобретения заключается в том, что формируют передающую и приемную ДНА, излучают зондирующие сигналы в виде пачки импульсов, принимают отраженные от целей импульсы, при этом на время излучения зондирующих импульсов запирают приемные каналы приемо-передающих модулей активной фазированной антенной решетки.

Новым является то, что приемную и передающую ДНА формируют независимо друг от друга активной фазированной антенной решеткой с приемо-передающими модулями, содержащими по крайней мере по одному фазовращателю в приемном и передающем каналах, а после излучения зондирующих импульсов перемещают передающую ДНА в следующую угловую позицию, а приемную ДНА оставляют на предыдущей угловой позиции до момента приема всех отраженных от цели импульсов излученной пачки, после чего перемещают приемную ДНА в следующую угловую позицию, повторяют описанную последовательность действий для необходимого количества угловых позиций.

На чертеже изображена временная диаграмма излучения и приема зондирующего сигнала.

В современных активных фазированных антенных решетках (АФАР) фазирование передающего и приемного каналов осуществляется независимо друг от друга. Для этого в приемо-передающих модулях (ППМ), которые формируют АФАР, используются два отдельных фазовращателя. Пример исполнения такого ППМ приведен в статье [«Электромагнитное взаимодействие компонентов приемного и передающего каналов в приемо-передающих модулях АФАР Х-диапазона» / В.А. Коломейцев, А.В. Езопов // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2011 г. - №1, Том. 2 - С. 17-21]. Использование двух каналов с отдельными фазовращателями исключает принудительное переключение ППМ при смене режимов "прием-передача" и обеспечивает эффективную защиту приемного канала от сигнала развязки во время излучения зондирующего сигнала. Однако, несмотря на наличие двух фазовращателей, в настоящее время при обзоре пространства осуществляют одновременную перестройку передающего и приемного лучей по угловой позиции.

Заявляемый способ может осуществляться посредством радиолокационной станции, приведенной, например, в монографии [Радиолокационные системы многофункциональных самолетов. Т. 1. РЛС - информационная основа боевых действий многофункциональных самолетов. Системы и алгоритмы первичной обработки радиолокационных сигналов. / под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова. - М.: «Радиотехника», 2006, стр. 126-131, рис. 3.2.5.], имеющей в своем составе АФАР, приемопередающий тракт, вычислительную систему. Система управления АФАР включает диаграммообразующую схему или специализированный процессор управления диаграммой направленности антенны, которые используются для формирования диаграммы направленности антенны в различных режимах работы.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

В начальный момент времени обзора воздушного пространства АФАР РЛС одновременно формирует независимые ДНА на передачу и прием в одной и той же угловой позиции, подачей соответствующих одинаковых управляющих команд на фазовращатели ППМ АФАР (Т_фПрд - длительность фазирования передающего канала, Т_фПрм - приемного канала на чертеже). АФАР осуществляет излучение пачки импульсов в направлении предполагаемой цели и прием отраженных импульсов в соответствии с временной диаграммой (чертеж). На диаграмме отмечена временная зона излучения (Т_изл) и приема (Т_приема) сигнала. После завершения излучения зондирующих импульсов осуществляется перестройка передающей ДНА АФАР в следующее угловое положение. После формирования передающей ДНА АФАР в новом угловом положении излучение зондирующих импульсов производится в новом угловом положении, а прием отраженных импульсов продолжается в старом угловом положении, накапливая импульсы, приходящие с больших дальностей. Передача и прием импульсов происходит поочередно бланкированием приемного канала на время излучения импульсов, при этом одновременно существуют две диаграммы направленности.

После завершения приема импульсов приемная ДНА перестраивается в следующую угловую позицию, - совпадающую с позицией передающей ДНА, и проводится прием отраженных импульсов с нового углового направления.

Перестройка передающей ДНА по угловой позиции при окончании излучения пачки импульсов, в то время как приемная ДНА оставлена в текущей угловой позиции, приводит к потере в приеме первых импульсов в следующей угловой позиции (Т_{пропуска} на чертеже) (если цель в следующей угловой позиции находится на более близком расстоянии к РЛС, чем цель в текущей угловой позиции). Однако потенциал отраженных импульсов от близко расположенных целей выше и отсутствие первых импульсов по приему не окажут существенного влияния на определение наличия близко расположенных целей, в то время как прием импульсов, приходящих с большей временной задержкой, позволит обнаружить более удаленные цели.

Повторяя описанные выше операции, можно осуществлять различные виды обзора (построчный, спирально-поступательный и т.д.) воздушного пространства с сокращенным временем обзора по сравнению с прототипом. Поскольку если проводить полный прием пачки импульсов и только после этого производить перестройку приемной и передающей ДНА по угловой позиции, то на каждой угловой позиции появится задержка, пропорциональная дальности. Причем эта задержка будет увеличиваться при каждой перестройке луча в новую угловую позицию. В предложенном способе максимальное значение задержки пропорционально значению максимальной дальности, на которой находится цель, и это значение не увеличивается при перестройке ДНА в новую угловую позицию. Таким образом, решается поставленная перед изобретением задача.