Антенны радиолокационных средств




Радиолокационные средства в гражданской авиации служат для обнаружение воздушных и наземных объектов, зон опасных метоявлений и определения их дальности, геометрических размеров, параметров движения и другой дополнительной информации (номере рейса, объеме топлива, наличия аварии). Информация извлекается на основе излученных и отраженных (переизлученных) от объектов сигналов или регистрации собственного излучения объектов.

Метерологические радиолокационные станции

Зеркальные антенн в виде параболоида вращения применяются в доплеровских метеорологических радиолокационных станциях типа ДМРЛС-1 (ДМРЛС-2), служащих для получения, обработки, представления и передачи различным потребителям информации о полях облачности, осадков и связанных с ними опасных явлениях погоды, параметрах ветра в облаках и опасных метеорологических явлениях, связанных с ветром, и фазовом состоянии гидрометеоров в облаках.

Внешний вид ДМРЛС-1 приведен на рис.6.23.

Информация от РЛС представляется потребителю на цветных дисплеях в виде карт в горизонтальном, вертикальном или наклонном сечениях пространства:

- отражаемости;

- радиальных доплеровских скоростей в наклонных сечениях при различных углах наклона;

- высот облачности;

- опасных метеоявлениях;

- интенсивности осадков;

- количества осадков за любой промежуток времени;

- видимости в осадках;

- дифференциальной отражаемости.

Характеристики зеркальной антенны ДМРЛС-1 следующие:

- рабочая частота 9595±15 МГц;

- ширина ДН 0,70;

- уровень боковых лепестков не более – 27 дБ;

- диаметр раскрыва зеркала 3 м;

- поляризация переключаемая: горизонтальная / вертикальная;

- обзор пространства: а) по азимуту круговое вращение; б) по углу наклона от –1 до 930;

- скорость вращения антенны от 0 до 40 град/с;

- скорость качания антенны от 0 до 18 град/с;

- статическая среднеквадратическая ошибка привода антенны по азимуту и углу места не более ±0,10.

Рис.6.23 ДМРЛС

Первичные обзорные радиолокаторы и радиолокационные комплексы

Основным типом антенн для первичных (обзорных) радиолокаторов по-прежнему остаются зеркальные антенны. Так, например, в радиолокационном комплексе (РЛК) “Утес” применяется зеркало двойной кривизны для формирования косекансной ДН в вертикальной плоскости (рис. 6.25). Антенна имеет двухлучевую ДН за счёт применения двух рупорных облучателей. Один рупор работает на приём - передачу и формирует нижний луч антенны, второй – только на приём и формирует верхний луч. Обзор пространства верхним лучом осуществляется при излучении короткого импульса, нижним – при излучении длинного импульса. Формирование длительности зондирующего импульсного сигнала определяется ограничением импульсной мощности в твердотельных передатчиках. Вследствие этого, для обеспечения большей дальности действия РЛС используется сигнал с длительностью 80 мкс (120 мкс), а обзор пространства в ближней зоне до 20 км осуществляется импульсом с длительностью 1,6 мкс. Зоны обнаружения трассового РЛК “Утёс – Т” приведены на рис. 6.25.

Рис. 6.24 Антенна ТРЛК “Утес – Т”

Рис. 6.25 Зоны обнаружения ТРЛК "Утес – Т"

1 - нижний луч (длинный импульс), 2 - верхний луч (длинный

импульс), 3 - верхний луч (короткий импульс)

 

Зондирующие импульсы излучаются одновременно на двух несущих частотах, различающихся на 56 МГц, обеспечивая тем самым двухчастотный режим облучения цели. Так как верхний луч антенны работает только на прием, то использование информации в этом луче в ближней зоне позволяет снизить уровень помех от подстилающей поверхности примерно на 20 дБ. Можно также отметить, что для обеспечения необходимого энергетического потенциала наряду с минимальной дальностью и высокой разрешающей способностью в каждом периоде повторения излучаются два зондирующих импульса различной длительности: монохроматический (короткий) и линейно частотно-модулированный (ЛЧМ) (длинный).

Относительно поляризации антенны можно сказать следующее. В тракте каждого облучателя антенны расположены поляризаторы, обеспечивающие управление поляризацией от линейной (вертикальной или горизонтальной) до круговой. Поляризатор нижнего луча имеет выход ортогональной поляризации, обеспечивающий работу метеоканала. Основные технические характеристики антенного устройства ТРЛК “Утёс-Т” приведены в табл. 6.4.

 

Таблица 6.4

1. Диапазон рабочих частот 1240…1350 МГц
2. Ширина ДН в горизонтальной плоскости по уровню 3 дБ в главном сечении   1,15о ± 0,1о
3. Угол обзора в вертикальной плоскости 0,5о…45о
4. Ширина ДН в вертикальной плоскости на уровне 3 дБ канал нижнего луча (НЛ) канал верхнего луча (ВЛ)   2,8о 3,0о
5. Крутизна нижней кромки канала НЛ: на уровне 2о ниже максимума на уровне 3о ниже максимума   5 дБ / град 7 дБ / град
6. Уровень первых боковых лепестков - 23 дБ
7. Коэффициент эллиптичности: канал НЛ канал ВЛ   0,9 0,85
8. Коэффициент усиления: канал НЛ канал ВЛ   35,5 дБ 34,5 дБ
9. Разнос НЛ и ВЛ 2,8о

 

Конструктивно зеркало антенны выполнено в виде ферменной сварной конструкции. Размер зеркала 10,5 х 13,6 м, а точность выполнения профиля ± 2,4 мм от теоретического. Следует обратить внимание, что в горизонтальной плоскости зона обзора обеспечивается механическим вращением антенны, вес которой 6 тонн, при этом период обзора составляет 10…12с.

Две зеркальные антенны в форме усечённых параболоидов вращения применены в новой РЛС “Лира-1” (1Л118) (рис. 6.26), работающей в 10 см диапазоне длин волн и предназначенной для использования в составе систем УВД в зонах малой и средней интенсивности полётов. РЛС “Лира-1” представляет собой модификацию широко известного радиолокатора 1РЛ139. Антенная система РЛС “Лира-1” состоит из двух антенн (нижней и верхней) и шести идентичных приёмопередающих каналов, отличающихся только несущими частотами и объединенных в две группы. Каждый из приёмопередатчиков первой группы связан через отдельный волноводный тракт с соответствующим облучателем нижней антенны, аналогичную связь имеют приёмопередатчики второй группы с облучателями верхней антенны. Все облучатели выполнены в виде рупоров, за исключением третьего и шестого каналов, где рупорные раскрывы дополнены линейными вибраторными решётками из 9 полуволновых вибраторов каждая. Фазовые центры облучателей второго и пятого каналов совмещены с фокусами соответствующих параболических антенн, а фазовые центры облучателей первого и четвертого каналов установлены выше фокусов параболических отражателей так, что их продольные оси составляют с фокальными осями антенн угол 2о. За счёт увеличенных вертикальных размеров облучателей третьего и шестого каналов их фазовые центры смещены относительно фокальных осей зеркал на угол 15о. Обе антенны формируют в пространстве две ДН, близкие по форме в вертикальной плоскости к косекансной, а ДН каждой антенны образуется в результате суммирования парциальных ДН каждого из облучателей, связанного с ней. За счёт установки начального угла наклона верхней антенны 12о максимальный угол в результирующей ДН всей антенной системы составляет 40о. составляет 1,4о.

Рис.6.26 Антенны РЛС «Лира-1»

 

Технические характеристики антенны приведены в табл. 6.5.

Таблица 6.5

1.Диапазон рабочих частот 2700…3100 МГц
2. ДН в вертикальной плоскости по мощности cosec2q
3.Ширина ДН в горизонтальной плоскости по уровню 3 дБ - для каналов 1, 2, 4, - для каналов 3, 6 1о 1,5o
4. Ширина ДН в вертикальной плоскости по уровню 3 дБ 0,3 …28о
5. Уровень боковых лепестков ДН не более - 20 дБ
6, КСВ волноводных трактов не более 1,45
7. КПД волноводного тракта 95%
8. Предельная мощность, передаваемая волноводным трактом 2 МВт
9. Размеры отражателей антенн 9,7 х 3м

Зона обнаружения РЛС “Лира –1” приведены на рис. 6.27.

Относительно зарубежных аналогов упомянутых выше РЛС можно сказать следующее. Ещё в конце 60-х годов фирмой “Marconi Radar Systems” были разработаны стационарные РЛС для УВД серии “S600” с разными типами зеркальных антенн (сдвоенные зеркальные антенны, параболические рефлекторы, параболические рефлекторы специальной формы, формирующие косекансную ДН). Эти зеркальные антенны имеют либо линейный облучатель в виде волноводно-щелевой решётки, или двухрупорный облучатель для зеркала двойной кривизны. Технические характеристики типовой антенной системы приведены в табл. 6.6.

 

Рис. 6.27. Зоны обнаружения РЛС “Лира – 1”

1 – зона обнаружения целей с ЭПР 10 м2, Pобн = 0.8

2 – зона обнаружения целей с ЭПР 2 м2, Pобн = 0.8

 

Таблица 6.6

1. Диапазон рабочих длин волн 23 см; 10 см; 5 см
2. Ширина ДН в горизонтальной плоскости: - для диапазона 23 см - для диапазона 10 см   1,24о, 1,7о 0,55о
3. Ширина ДН в горизонтальной плоскости - косекансная ДН до   35о
4. Уровень боковых лепестков не более - 23 дБ
5. Коэффициент усиления 33,5 …45 дБ
6. Поляризация горизонтальная
7. Размер апертуры зеркала 14 х 4,5 м

 

В середине 70-х годов эта же фирма разработала трёхкоординатную обзорную РЛС типа “S713”, получившую название “Martello”, работающую в 23 см диапазоне волн. ДН в режиме приёма имеет девятилучевую форму. Один из её лучей повторяет форму передающего луча и служит для определения азимута целей. В пределах этого луча формируется ещё восемь, осуществляющих обзор смежных вертикальных секторов с перекрытием в 1,5 раза. Многолепестковая ДН на приём формируется с помощью диаграммообразующей матрицы, позволяющей управлять каждым лучом независимо от других. Антенна выполнена в виде плоской решётки размером 10,7 х 6,1 м, состоящей из 60 горизонтальных волноводных рядов, содержащих по 32 волновода каждый. В качестве излучающих элементов использованы вибраторы. Плоскость антенной решётки при установке отклоняется назад на угол 14о. Технические характеристики антенной системы приведены в табл. 6.7.

В РЛС “S723” в отличие от “S713” применена АР размером 12,2 х 7,1 м. Количество горизонтальных линеек – 40 при 64 дипольных излучателей в линейке. Ширина ДН в горизонтальной плоскости в два раза меньше и составляет 1,4о.

 

Таблица 6.7

1. Рабочий диапазон длин волн 23 см
2. Ширина ДН в горизонтальной плоскости 2,8о
3. Ширина ДН в вертикальной плоскости (в трёх нижних лучах) 1,5о
4. Уровень боковых лепестков не более - 30 дБ
5. Ширина ДН в режиме передачи (косекансная) 30о
6. Период обзора 10 с
7. Поляризация Линейная
8. Коэффициент усиления: при передачи при приёме   32 дБ 38 дБ

 

Антенная решётка собирается из четырёх антенных модулей по 10 линеек излучателей в каждом. Последней модификацией РЛС ”Martello” является “S743-D”, в которой в качестве антенны применена плоская АР, скомпонованная из горизонтальных линеек излучателей, каждая из которых имеет свой приёмопередающий модуль. В этой РЛС используется, так называемый, распределённый твёрдотельный передатчик, что повышает надёжность и ремонтопригодность станции.

Аналогичные РЛС для гражданской авиации разработаны в США. Одной из первых станций с фазированной АР была “AN/TPS – 25”, работающая в диапазоне 5,2…10,9 ГГц. В конце 90-х годов она эксплуатировалась в качестве аэродромной РЛС. Антенна станции состоит из параболического отражателя большого диаметра, обеспечивающего необходимый коэффициент усиления, и облучателя в виде ФАР с ферритовыми фазовращателями. В настоящее время выпускается модернизированный вариант этой станции “GPN-22”.

РЛС “AN/TPS-43”, разработанная фирмой “Вестингауз”, является примером передвижной РЛС, работающей в диапазоне 2,9…3,1 ГГц. Антенная система формирует шесть приёмных лучей, которые перекрывают угломестный сектор от 0о до 20о. Передающий луч также перекрывает этот угловой сектор. Антенна представляет собой параболическое зеркало, а в качестве облучателей используются рупоры для формирования парциальных ДН на приём сигнала.

Можно привести и ряд других РЛС, например, станций с частотной модуляцией сигнала, где также применены зеркальные антенны. К таковым относится “AN/SPS-39” фирмы “Хьюз”. Позднее антенная система была выполнена в виде плоской АР, а станция модернизирована в “AN/SPS-52”.

Ярким примером РЛС с твёрдотельным передатчиком является станция “AN/TPS-59” фирмы “Дженерал электрик”. РЛС работает в диапазоне 1…2 ГГц, её твердотельный передатчик встроен в конструкцию антенны, представляющую собой плоскую ФАР, состоящую из 54 рядов горизонтальных линейных антенных решёток. В каждом из рядов имеются встроенные: передатчик, блок питания, предварительный усилитель, фазовращатель, антенный переключатель и блок управления. Вариантами такой РЛС являются станции “AN/FPS-117” и “GE-592”.

Сведения по странам производителям РЛС для гражданской авиации и типам применяемых антенн представлены в табл. 6.8.

Таблица 6.8

Страна Тип антенны: АР Тип антенны: зеркальная
США MSSR/MODE-S; AN/TPS-70; MPN-14K; 48L(V); AN/FPS-117; CONDOR-9600.Mk.IISS; ASDE; AN/TPS-25; AN/TPS-59; GE-592 TASR;ASR-12;ASR-21; ASR-9; AN/TRS-73;ASR-10SS; ARSR-4;ASR-23SS
Велико- британия AR-325; AR-327; SAMPSON; 743-D SPR-51; WATCHMAN-T(S)  
Италия SIR-S; RAT-31; ARGOS-45 ATCR=22K/M/S; ATCR-33K/M/S; ATCR-44 K/M/S; PLUTO
Испания IRS-20MP/L; S763-LANZA  
Израиль ADAR EL/M-2215
Россия 96LSE; МВРЛ-СВК; РАДУГА; КРОНА 1Л117; 1Л118; УТЕС; 76N6E; АОРЛ-99 ТРЛК-11; АРЛК-11; 1РЛ139; АОРЛ-2003 МТА; АОРЛ85; АОРЛ-1; АМУР; НЕВА
Индия GRL500 GRL610; IRMA
Япония NPG-1323; TW-2002 SSR; TW-1697B ORSR TW-1816ARSR;NPG-1460; ASR-91:ASR-82; TW-2001 ASR

 

Можно сделать вывод, что одним из главных направлений в совершенствовании РЛС для УВД является использование антенн в виде ФАР с твердотельным передатчиком.

Следует отметить, что первичные РЛС могут сопрягаться с автономными моноимпульсными вторичными радиолокаторами (МВРЛ), например, такими как “Корень-АС”, “СВК”, “Радуга-2”. Относительно антенной системы двухдиапазонного “МВРЛ-СВК” можно отметить, что антенна выполнена в виде плоской антенной решётки (рис 6.28). Аналогичную конструкцию имеет антенна встроенного вторичного радиолокатора “Крона-EV-P”, сопряжённая с зеркальной антенной РЛК ”Утёс”. Антенна МВРЛ представляет собой две линейные антенные решётки в горизонтальной плоскости с эквидистантно расположенными излучателями, каждый из которых выполнен в виде двух вложенных одна в другую вертикальных решёток плоских вибраторов, состоящих из 9 вибраторов горизонтальной поляризации и 8 вибраторов вертикальной поляризации. Общее количество таких вертикальных элементов излучения 34. Из них 33 элемента расположены спереди и формируют в переднем полупространстве суммарную, разностную и ДН подавления, а 34-й элемент создаёт ДН подавления в заднем полупространстве антенны. Технические характеристики антенны приведены в табл. 6.9.

 

Таблица 6.9

1. Диапазон рабочих частот: - канал запроса - канал ответа (режим RBS) - канал ответа (режим УВД)   1030±0,1 МГц 1090±3 МГц 740±1,8 МГц
2. Поляризация: - режим RBS - режим УВД   вертикальная горизонтальная
3. Ширина суммарной ДН в горизонтальной плоскости по уровню 3 дБ: - на частоте RBS - на частоте УВД     2,5о 3,3о
4. Уровень боковых лепестков в суммарной и разностной ДН не более - 26 дБ
5. Коэффициент усиления по суммарному каналу не менее: - на частоте RBS - на частоте УВД       27 дБ 25 дБ
6. Крутизна угломестной ДН по уровню – 6 дБ: - режим RBS - режим УВД   1,76 дБ / град 1,3 дБ / град
7. Размеры антенной решётки 7,8 х 1,5 м
8. Вес антенны не более 500 кг
9. Период обзора 4…20 с

 

Рис. 6.28 Антенна МВРЛ-СВК

Антенны вторичных РЛС

Рупоры в качестве излучателей линейной антенной решётки используются в антенне вторичного радиолокатора “Корень АС” (рис. 6.29). Для работы вторичных радиолокаторов выделены частота канала запроса 1030 МГц и частота приёма ответных сигналов 1020 МГц в международном диапазоне (режим RBS) и частоты, близкие к 740 МГц, в отечественном диапазоне (режим УВД). При этом в режиме RBS поляризация поля вертикальная, а в режиме УВД – горизонтальная.

В связи с этим антенна представляет собой линейную эквидистантную решётку с рупорными двухдиапазонными излучателями, число которых равно 42.

Антенна формирует две диаграммы: одна – направленная используется при излучении радиоволн запроса, вторая – ненаправленная используется при излучении радиоволн подавления боковых лепестков. Уровень боковых лепестков направленной антенны составляет – 24 дБ, ширина луча запроса в горизонтальной плоскости 3,0±0,3 (режим УВД) и 2,0±0.20 (режим RBS) (рис. 6.30).

По основному каналу система питания излучателей обеспечивает синфазное и оптимальное Дольф-Чебышевское амплитудное распределение токов возбуждения. По каналу подавления, кроме антенной решётки, используют дополнительный излучатель, предназначенный для формирования поля излучения в заднем полупространстве. Система питания АР обеспечивает противофазное возбуждение правой и левой половины антенной решётки, вследствие этого в направлении главного лепестка основного канала в ДН подавления образуется провал (рис. 6.30).

 

Рис. 6.29 Радиолокатор “Корень-АС”

 

Рис. 6.30 ДН антенны “Корень-АС” в горизонтальной плоскости (а) и в вертикальной плоскости (б):

1 – основной канал (режим УВД); 2 – канал подавления (режим УВД); 3 – ДН для режима УВД; 4 – ДН для режима RBS

 

Антенны моноимпульсных РЛС

В моноимпульсной системе пеленгации целей (например, в одной плоскости) используют облучатели из двух волноводов (рупоров), питаемые от двойного Т - моста (рис. 6.31 а). При возбуждении входа S со стороны плеча Н двойного Т - моста оба облучателя возбуждаются в фазе с одинаковой амплитудой и в пространстве формируется излученное поле с суммарной ДН, максимум которой ориентирован вдоль оси зеркала (рис. 6.31 б). При возбуждении входа D со стороны плеча Е двойного Т - моста оба облучателя возбуждаются в противофазе и образуется излученное поле с разностной ДН (рис. 6.31 б). Облучение цели ведется только по суммарному каналу, а прием отраженных сигналов осуществляется как по суммарному, так и по разностному каналам. Сравнивая амплитуды и фазы принятых отраженных сигналов, можно определить величину и направление ухода цели от оси антенны. Поскольку это можно сделать по одному запросному импульсу, то метод пеленгации получил название моноимпульсного.

При пеленгации цели в двух плоскостях необходимо наличие четырёх облучателей, запитываемых через специальную схему.

Рис. 6.31 Моноимпульсная система пеленгации

 

Анализ конструкций и характеристик современных антенных систем МВРЛ позволяет выявить новые технические решения, которые в них воплощены. Во-первых, это применение фазированных антенных решёток (ФАР) с печатными излучателями, что в значительной степени облегчает процесс формирования требуемой ДН и уменьшает вес антенны, снижая требования к поворотному устройству, обеспечивающему вращение антенны в азимутальной плоскости. Во-вторых, использование ФАР позволяет без каких-либо проблем формировать ДН подавления, хотя применение такой ДН не является единственным решением для уменьшения помеховых сигналов, приходящих по боковым лепесткам ДН. В-третьих, применение ФАР даёт возможность полностью отказаться от механического поворотного устройства антенны, и тем самым, повысить надёжность её работы. Если говорить о проблемах, которые возникают при использовании антенн с механическим вращением в части обработки радиолокационной информации, то можно отметить следующие из них:

- ограниченное время зондирования цели заставляет повышать требования к энергетическому потенциалу РЛС;

- дополнительная временная модуляция сигналов во времени и изменение коэффициента усиления антенны в ходе её вращения усложняют алгоритмы обработки пакетов импульсов, затрудняя их когерентное накопление;

- не простыми средствами решается задача однозначного измерения скорости и угловых координат;

- малоэффективно сочетание режимов обнаружения и сопровождения целей.

Все вышеизложенное лишний раз подчёркивает преимущества ФАР перед зеркальной антенной с механическим вращением.

Рассмотрим ряд новых идей в сфере использования ФАР.

Одним из направлений в этой области является применение технологии цифрового диаграммообразования, которая является закономерным итогом почти 40-летнего развития цифровых антенных решёток (ЦАР). Хотя цифровое формирование луча применимо как в режиме передачи, так и в режиме приёма, основные свои преимущества оно реализует в режиме приёма. Наиболее важными из них являются:

- улучшенное адаптивное формирование “нулей ” ДН;

- формирование множества близко расположенных лучей;

- коррекция ДН элементов АР;

- самокалибровка антенны и низкий уровень боковых лепестков ДН;

- гибкое управление энергетическими и временными ресурсами РЛС.

Примерами РЛС с ЦАР служат станции Нижегородского НИИРТ “55Ж6У” и “1Л119” (“Небо-СВУ”), в которых цифровое формирование пространственных ДН осуществлено в метровом диапазоне волн.

Рассмотрим, какими преимуществами обладают РЛС, в которых использована технология цифрового диаграммообразования и полномерная цифровая обработка сигналов. Во-первых, РЛС на базе ЦАР – высокоинформативные приёмные системы, способные воспринять всю информацию пространственно-временных полей в раскрыве решётки. Во-вторых, цифровые частотные фильтры, характеристики которых отличаются высокой повторяемостью, обеспечивают практически полную компенсацию помех. В сочетании с расширением динамического диапазона при накоплении сигнала в процессе пространственно-временной обработки это даёт высокую помехозащищённость РЛС. В-третьих, в ЦАР может быть реализован принцип интегрированной апертуры, под которым понимается объединение антенной системы и высокочастотных блоков всех типов в единую структуру, что уменьшает побочное излучение и потери. В частности, переход к применению ЦАР в системах GPS позволяет довести уровень подавления помех до 90…100 дБ. Уместно отметить, что существующие средства GPS-навигации теряют работоспособность при воздействии одиночного источника помех мощностью всего лишь 0,25 Вт с дальности 4 км.

Основным элементом РЛС с ЦАР является вычислительная система, которая выполняет две основные функции. Она управляет формированием множества приёмных лучей и производит адаптивную обработку сигналов, связанную с минимизацией помех на фоне полезных сигналов от целей при приёме их антенной. Возможны два основных метода формирования лучей. В одном из них используется параллельная работа дискретных формирователей, что обеспечивает создание множества независимых лучей. Каждый дискретный формирователь взвешивает выходные сигналы приёмного модуля в установленном порядке для оптимизации приёма отражённых сигналов, что аналогично дискретному преобразованию Фурье принимаемых высокочастотных (ВЧ) сигналов. Второй метод формирования лучей аналогичен быстрому одновременному преобразованию Фурье всех принятых ВЧ сигналов и позволяет принимать отражённые от целей сигналы по всем формируемым лучам ДН.

Благодаря появившейся в последнее время возможности реализации цифрового диаграммообразования (ЦДО) в дециметровом и сантиметровом диапазоне волн нидерландской фирмой “Signal” и консорциумом “Alenia Marconi Systems” разработана РЛС “S1850M”, работающая в диапазоне частот 1…2 ГГц. Данная станция представляет собой усовершенствованный вариант РЛС “SMAPT-L”, принадлежащей к семейству многолучевых трёхкоординатных РЛС. При этом формирование множества лучей осуществляется в угломестной плоскости. В РЛС “S1850M” формируется единственный зондирующий луч, форма которого соответствует желаемой характеристики обнаружения. На приёме же синтезируется ряд примыкающих друг к другу лучей путём использования ЦДО по алгоритму БПФ. Антенная система представляет собой плоскую эквидистантную решётку, состоящую из 24 горизонтальных линеек излучателей по 48 каждый. Поляризация поля излучения вертикальная.

Активная многофункциональная РЛС с ЦАР “SAMPSON” разрабатывалась в рамках международного проекта “Horizon” фирмы “Siemens Plessey”. Станция работает в диапазоне 2…4 ГГц и является РЛС с адаптивным цифровым формированием луча (ЦФЛ) в угломестной плоскости. Активная антенная решётка (ААР) имеет более высокий уровень излучаемой мощности, а ЦДО обеспечивает оптимизацию уровня мощности и времени зондирования цели, необходимого для подавления помеховых сигналов. Устройство для формирования ДН устанавливает “нули” в области боковых лепестков и на краях главного, в то время как традиционные РЛС с той же целью имеют вспомогательные антенны, формирующие ДН подавления. Можно отметить, что экспериментальные исследования такой ААР, проведённые с 16-ю лучами в реальном времени, показали возможность подавления 10 помеховых сигналов в боковых лепестках и одного – в главном луче ДН. ААР диаметром 2,2 м содержит около 1000 излучателей, связанных с арсенид-галлиевыми приёмопередающими модулями, каждый из которых развивает мощность до 10 Вт.

Среди других законченных проектов, связанных с применением ЦДО, можно отметить РЛС “APAR” диапазона 8…12,4 ГГц, антенная решётка которой представляет конформную конструкцию. Станция разработана в рамках международного проекта с участием компаний “Holland Signal apparatus”, “Raytheon Naval” и “Maritime Systems”. АР расположена по граням усечённой пирамиды и является четырёхсекционной. Каждая из четырёх граней обеспечивает обзор сектора 120о по азимуту и 70о по углу места и содержит около 3000 излучателей и связанных с ними приемопередающих модулей. Как видим, в этой антенной системе полностью отсутствует механическое вращение.

В числе РЛС секторного обзора, работающих в диапазоне 8…12,4 ГГц, можно отметить совместную разработку фирм “Lockheed Martin” и “Raytheon” по проекту “THAAD”. Антенная система цифровым образом формирует многолучевую адаптивную ДН по углу места. Вся аппаратура станции размещается на четырёх буксируемых полуприцепах. Отдельное транспортное шасси отведено под антенную решётку, электронно-процессорный модуль, холодильный агрегат и агрегат первичного питания мощностью около 1 МВт (рис. 6.32). АР содержит 25344 излучателя, связанные с приёмопередающими модулями, и может поворачиваться по углу места от 0 до 80о. Приёмопередающие модули выполнены по технологии MMIC (Monolithic microwave integrated circuits – Монолитные интегральные схемы СВЧ диапазона), что позволило значительно снизить их стоимость.

Цифровое формирование лучей на уровне подрешёток производится в экспериментальной РЛС “Mesar” английского производства, работающей в диапазоне 2…4 ГГц. Антенна включает в себя 918 волноводных излучателей и приёмопередающих модулей, скомпонованных в 16 подрешёток.

 

Рис. 6.32 Радиолокационный комплекс системы THAAD

 

Рис. 6.33 Приемный аналого-цифровой модуль ROAC

 

Среди технически новых идей, способных принципиально расширить применение ЦАР, шведские специалисты большое внимание уделяют проекту ROAC (Радар на одном чипе), суть которого сводится к двухчипной структуре приёмного канала ЦАР (рис. 6.33) для диапазона частот 8…12,4 ГГц. При этом первый чип, выполненный по арсенид-галлиевой технологии, обеспечивает аналоговую обработку сигналов с понижением их несущей, а второй – КМОП-кристалл – аналого-цифровое преобразование, цифровое формирование квадратурных составляющих и их фильтрацию. Такая структура хорошо интегрируется с цифровым процессором.

Можно проследить и одну важную тенденцию в развитии антенных систем будущих РЛС, которая заключается в отказе от использования вращающихся антенн и замене их неподвижными активными ФАР с приёмопередающими твердотельными модулями. Фактором, ограничивающим этот процесс, является высокая стоимость приёмопередающих модулей. В настоящее время РЛС с неподвижной антенной решёткой дороже обычных РЛС с вращающейся антенной в два раза. Однако есть неоспоримое преимущество станций с неподвижной ФАР, которое заключается в том, что их характеристики лишь незначительно ухудшаются в случае отказа отдельных модулей, в то время как при выходе из строя поворотного устройства вся антенна становится неработоспособной. Кроме того, модульный принцип построения твёрдотельных ФАР снижает расходы на номенклатуру запасных элементов, модулей, блоков, на техническую эксплуатацию и ремонт.

Таким образом, к числу наиболее важных достижений в области антенных систем можно отнести применение активных твердотельных ФАР, адаптирующихся к помеховым сигналам, приходящим по боковым лепесткам ДН. Применение твердотельных компонентов позволяет повысить надёжность, ремонтопригодность, которая улучшается вследствие использования низких рабочих напряжений и малых размеров твердотельных модулей. Следует отметить, что технология MMIC даст в ближайшем будущем приёмопередающие модули на одном кристалле, а реализация ЦДО позволит изменять форму и ориентацию луча ДН, путём обеспечения точного фазового сдвига и весовой обработки сигналов АР. Поэтому внедрение ЦАР, применение ЦДО – это основное направление развития антенных систем РЛС для средств УВД XXI века.






Дата добавления: 2017-01-08; просмотров: 9182; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2021 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.039 сек.