Научная статья на тему 'Радиолокационная станция с цифровой осесимметричной активной фазированной антенной решеткой как перспективное направление развития радиолокационных станций кругового обзора'

Радиолокационная станция с цифровой осесимметричной активной фазированной антенной решеткой как перспективное направление развития радиолокационных станций кругового обзора Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
1093
253
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ / КРУГОВОЙ ОБЗОР / ОСЕСИММЕТРИЧНАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА / АКТИВНАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА / ЦИФРОВАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА / МНОГОЛУЧЕВАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА / ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА / ВРЕМЯ ОБЗОРА / ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ / RADAR STATION / ALL-ROUND SURVEILLANCE / AXISYMMETRIC ANTENNA ARRAY / ACTIVE ANTENNA ARRAY / DIGITAL ANTENNA ARRAY / MULTIBEAM ANTENNA ARRAY / PHASED ANTENNA ARRAY / SURVEILLANCE TIME / POTENTIAL MEASUREMENT ACCURACY

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Инденбом Михаил Вульфович, Махлин Рудольф Лейбович

Предложено построение и исследованы характеристики радиолокационной станции (РЛС) кругового обзора с осесимметричной (цилиндрической, конической и др.) многолучевой приемо-передающей активной фазированной решеткой (АФАР). Такая РЛС позволяет сократить время обзора, увеличить темп обновления информации, обеспечить гибкость изменения режимов работы, повысить надежность и ресурс РЛС по сравнению с РЛС с механическим вращением антенных систем. Проведено сравнение РЛС с электронным круговым сканированием на основе цилиндрической, трехи четырехгранной АФАР

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Radar station with digital axisymmetric active phased antenna array as a promising direction for the development of surveillance radars

The purpose of the study was to build a surveillance radar station (radar) with an axisymmetric (i.e. cylindrical, conical, etc.), multibeam receiving-transmitting active phased array (APAR) and investigate its characteristics. The radar station makes it possible to shorten the surveillance time, increase the rate of updating information, provide flexibility in changing operating modes, increase the reliability and service life of a radar station as compared to a radar station with mechanical rotation of antenna systems. The radar station is compared with electronic circular scanning based on cylindrical, threeand tetrahedral APAR

Текст научной работы на тему «Радиолокационная станция с цифровой осесимметричной активной фазированной антенной решеткой как перспективное направление развития радиолокационных станций кругового обзора»

УДК 621.396.96 (031)

М. В. Инденбом, Р Л. Махлин Радиолокационная станция с цифровой осесимметричной активной фазированной антенной решеткой как перспективное направление развития радиолокационных станций кругового обзора

Предложено построение и исследованы характеристики радиолокационной станции (РЛС) кругового обзора с осесимметричной (цилиндрической, конической и др.) многолучевой приемо-передающей активной фазированной решеткой (АФАР). Такая РЛС позволяет сократить время обзора, увеличить темп обновления информации, обеспечить гибкость изменения режимов работы, повысить надежность и ресурс РЛС по сравнению с РЛС с механическим вращением антенных систем. Проведено сравнение РЛС с электронным круговым сканированием на основе цилиндрической, трех- и четырехгранной АФАР. Ключевые слова: радиолокационная станция, круговой обзор, осесимметричная антенная решетка, активная антенная решетка, цифровая антенная решетка, многолучевая антенная решетка, фазированная антенная решетка, время обзора, потенциальная точность измерения.

Введение

С появлением средств воздушного нападения, летящих на больших сверхзвуковых скоростях, возникает вопрос уменьшения времени, затрачиваемого на их обнаружение, захват и сопровождение.

Для увеличения темпа обновления информации в обзорных РЛС с электромеханическим вращением антенных систем по азимуту применяют увеличенные скорости вращения до 10, 20, 30 и даже 60 об/мин [1]. Повышение скорости вращения приводит к усугублению таких недостатков электромеханического способа обзора, как низкая надежность и ограниченный ресурс вращающихся устройств (привода, опорно-поворотного устройства и токосъемника). Применение электромеханического вращения сопряжено с энергоемкостью привода, сложностью конструкции системы жидкостного охлаждения вращающейся АФАР и др. Принципиальными недостатками РЛС с электромеханическим вращением антенны является отсутствие гибкости в части изменения режима обзора, невозможность перейти от режима кругового обзора к режиму секторного обзора в наиболее опасных направлениях.

В связи с этим актуальным является вопрос построения радиолокационных средств кругового обзора, которые были бы свободны от недостатков, свойственных РЛС с электромеханическим вращением антенных систем.

© Инденбом М. В., Махлин Р. Л., 2017

Также применяются РЛС с пирамидально расположенными плоскими фазированными антенными решетками (ФАР), обеспечивающими электронное сканирование в двух плоскостях и формирующими число лучей, соответствующее числу граней [2, 3]. Пирамидальные ФАР могут обеспечить малое время обзора заданного сектора и высокий темп сопровождения, кроме того, они обладают зависимостью характеристик обнаружения и точности измерения угловых координат от угла отклонения луча от направления нормали плоской ФАР по азимуту.

Известно, что осесимметричные ФАР (цилиндрические, конические и др.) не обладают зависимостью своих параметров (коэффициента направленного действия (КНД), ширины луча) от направления луча по азимуту. В связи с этим представляет интерес сравнение характеристик РЛС с осесимметричной и пирамидальной ФАР. В данной работе это сравнение проведено для случая активных ФАР. Построение РЛС

Обычно осесимметричные ФАР имеют только один луч, формируемый излучающими — элементами, расположенными в ограничен- | ном возбужденном секторе поверхности ан- £ тенны. При сканировании необходимо обе- $2 спечить перемещение возбужденного сектора ^ по поверхности антенны. Подобная АФАР те будет заведомо проигрывать многолучевой | пирамидальной АФАР по суммарной излучаемой мощности при одинаковом числе моду- ¡й лей и их мощности, поскольку в каждый мо- ^

о см

<

I

о га

г

0 ^

со га

1

о.

о

и <и со

см ■ч-ю о

I

см ■ч-ю см

(П (П

мент времени часть ее модулей не участвует в излучении. Темп обзора однолучевой осе-симметричной АФАР будет меньше, чем пирамидальной АФАР, имеющей число лучей, равное числу граней. Кроме того, необходимо обеспечить перемещение возбужденного сектора по поверхности антенны, что приводит к усложнению построения диаграммообразу-ющей схемы осесимметричной ФАР.

Эти недостатки удается устранить при формировании в осесимметричной АФАР многолепестковой диаграммы направленности (ДН) на передачу и соответствующего числа групп лучей на прием. В режиме кругового обзора максимумы многолепестковой ДН, имеющей К (2-4) одинаковых главных лепестков, ориентированы друг относительно друга под углом 360°/К по азимуту (рис. 1). На прием в направлении каждого лепестка передающей ДН формируется группа приемных ДН для обнаружения целей и моноимпульсного измерения их угловых координат. Сканирование осуществляется одновременным согласованным перемещением всех ДН по азимуту и углу места. В режиме передачи все модули АФАР работают на излучение с равной мощностью, что позволяет обеспечить максимальный потенциал АФАР (произведение коэффициента направленного действия на излучаемую мощность [4]) (см. приложение), а также устранить необходимость управления положением возбужденного сектора на передачу, так как амплитудное распределение на передачу равномерное по всем элементам. При этом сканирование ДН на передачу осуществляется

120 ф,град

Рис. 1. Трехлепестковая ДН конической АФАР на передачу с диаметром основания 2а = 20Х; угол между осью и образующей конуса а = 12°; число элементов по кольцу - 120; по образующей - 20; ф - азимутальный угол

только за счет изменения фазового распределения.

Реализуемость многолепестковой ДН на передачу демонстрирует трехлепестковая ДН конической ФАР, приведенная на рис. 1 в азимутальной плоскости. Расчет ДН выполнен при равномерном амплитудном распределении падающих волн на входе всех излучателей. Фазовое распределение в пределах каждого 120-градусного сектора ФАР оптимально для формирования острого луча [5]. Получающийся при этом уровень первых боковых лепестков 13.. .14 дБ приемлем для режима передачи.

Максимальная эффективная поверхность многолучевой ФАР на прием может быть получена только в АФАР, поскольку наличие ма-лошумящих усилителей позволяет устранить диссипативные потери диаграммообразующе-го устройства и потери на неортогональность лучей [6]. При этом необходимое количество групп приемных лучей может быть сформировано при использовании общих излучающих элементов без уменьшения отношения сигнал/шум. Такая приемная АФАР с пересекающимися сканирующими апертурами вряд ли может быть реализована практически в аналоговом варианте построения из-за сложности диаграммообразующего устройства. Однако ее реализация вполне возможна при цифровом диаграммообразовании (ЦДО) [7], в последние годы интенсивно развивающемся в РЛС с плоскими АФАР.

В настоящей статье проведено сравнение характеристик обзорных РЛС с электронным круговым сканированием на основе пирамидальной и осесимметричной АФАР с многолепестковой на передачу и многолучевой на прием ДН. Сравнение проведено по таким критериям как минимально возможное время обзора в круговом секторе, потенциал и КНД, ширина луча, потенциальная точность измерения угловых координат и габариты АФАР. Теоретические ограничения на минимальное время обзора РЛС При оценке минимально возможного времени обзора предположим, что, несмотря на высокие скорости целей, время накопления эхо-сигнала от цели не столь велико для возникновения необходимости учитывать

эффекты, связанные с перемещением цели в пространстве за время накопления.

В этом случае время Т обзора можно оценить, используя известную формулу, определяющую дальность обнаружения при обзоре [8], из которой

T =

4пЕг шш R 4Q PAro '

(1)

4nEr mi„ R

T = "v"rmin" ff—dQ. PN JJ Л

(2)

ka J cos OdS,

(3)

где Егт;п - минимальная энергия принимаемого сигнала, определяемая по заданным вероятностям обнаружения и ложной тревоги с помощью известных соотношений [8];

Я - соответствующая дальность обнаружения;

О - сектор обзора (стерадиан);

Р - средняя мощность излучения;

А - эффективная поверхность антенны на прием;

а - эффективная поверхность рассеяния (ЭПР) цели.

Предполагается, что значения входящих в формулу (1) параметров не зависят от направления в секторе обзора.

Будем считать, что потери, связанные с отражением части мощности на входе излучающих элементов, не зависят от направления сканирования и расположения излучателя на поверхности АФАР. Поскольку рассматривается случай одновременного излучения всех элементов АФАР с одинаковой мощностью, средняя мощность излучения Р = РХЫ, где Р - выходная средняя мощность активного модуля (на один излучающий элемент); N -число элементов АФАР.

Проанализируем время обзора при фиксированном значении ЭПР и дальности в секторе обзора с учетом того, что эффективная поверхность АФАР на прием зависит от направления в пространстве. Тогда формула (1) преобразуется к виду

где ка - апертурный коэффициент использования поверхности (КИП); при спадающем амплитудном распределении для уменьшения уровня боковых лепестков на прием ка < 1;

$ - угол между направлением сканирования и нормалью к поверхности антенны в точке интегрирования;

£ - поверхность выпуклой антенны, освещенная плоской волной, приходящей с направления максимума приемного луча (или ее часть, при использовании на прием части поверхности).

В результате из выражений (2), (3) для минимального времени обзора получаем

T =

4nEr min R4 PtNoka

ii

1

icosQdS

da. (4)

Используя формулу (4), можно сравнить разные обзорные РЛС с АФАР по времени обзора пространства. КНД и потенциал на передачу Разделим апертуру осесимметричной АФАР на К секторов, соответствующих числу главных лепестков ДН на передачу. Каждый сектор будет формировать однолучевую ДН в соответствии с оптимальным для получения максимального КНД поляризационным и фазовым распределением [5].

Для получения максимального потенциала амплитудное распределение АФАР на передачу выбрано равномерным. В этом случае из соотношений для КНД выпуклой антенны при остронаправленном излучении [5] для КНД Д(к} на передачу к-го сектора в общем случае неравных секторов получим

D(k > =

4п

X2 Sk

JV cos 0dS

V Sk

(5)

Эффективную поверхность остронаправленной выпуклой антенны нетрудно получить на основании выражения для ее КНД [5]:

где 8к - площадь сектора.

Потенциал Пк АФАР определяется произведением КНД на мощность излучения и в рассматриваемом случае Пк = Р^^к\ где

те

X Ф

ч

те Q.

те

о о.

£ V

ц

2

о см

<

I

со га

г

о

со га г

.

о

и <и со

см ■ч-ю о

I

см ■ч-ю см

(П (П

Ык - число элементов в к-м секторе. Для равных секторов

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

п = п к = ртр /к,

(6)

обзора (4) для цилиндрической АФАР при К > 2

Т = -С-У = , (7)

а КНД АФАР на передачу Б, = П1РХИ = Б^/К. Сравнение цилиндрической и многогранной АФАР

Проведем сравнение разных систем электронного кругового обзора. Для простоты рассмотрим цилиндрическую многолучевую АФАР и трех- и четырехгранную АФАР в виде призмы (рис. 2). Будем считать сектор сканирования по углу места небольшим, так, чтобы характеристики всех типов АФАР можно было считать одинаковыми и сравнить их по характеристикам сканирования в горизонтальной

2аН

п/2

| 008 ф'Уф'

аН

где С - константа;

Н - высота цилиндра; ф' - азимутальный угол точки на цилиндрической поверхности антенны.

Для К-гранной призмы минимальное время обзора составит

т = 2СК ^ сЛф ЬИ I сов ф

(8)

а б в

Рис. 2. Контуры горизонтального сечения

цилиндрической (а), четырехгранной (б) и трехгранной (в) ФАР; а - радиус цилиндра;

Ь - горизонтальный размер грани

При сравнении будем считать, что выходная средняя мощность Р модуля и число элементов N АФАР для всех вариантов АФАР одинаковы. Коэффициенты ка на прием всех вариантов построения также примем одинаковыми.

В случае цилиндрической АФАР для получения максимально возможной эффективной поверхности для формирования каждого приемного луча будем использовать всю освещенную половину раскрыва. Для многогранной АФАР каждый приемный луч (или группа лучей) формируется только одной гранью. Это обусловлено наличием зазора между гранями, практически неизбежного по конструктивным соображениям, что при совместном использовании нескольких граней приводит к неприемлемо большому уровню боковых лепестков на прием [2]. В этом случае минимальное время Т

Из условия отсутствия дифракционных лепестков шаг элементов цилиндрической АФАР по кольцу должен составлять не более X/2. Значит, минимальное число элементов

N =

4паН

(10)

где - шаг по вертикали.

Из условия отсутствия дифракционных лепестков шаг ё элементов плоской грани по горизонтали должен составлять не более d <Х / (1 + 8ш(п / К)) [2, 4], тогда минимальное число элементов

N = К

ЬИ ( . п Л

1 + в1П—

V

К

(11)

У

Приравняв число элементов (10) и (11), свяжем между собой радиус цилиндрической антенны и линейный размер грани:

Ь =

4па

К

1 + вт

V К у

(12)

Значения времени обзора, потенциала, КНД и других параметров нормируем на соответствующие значения для цилиндрической АФАР с однолепестковой ДН на передачу Т0, П0 и т. д. При этом будем считать, что в одно-лучевой АФАР на передачу, как и на прием, используется только 180-градусный сектор поверхности антенны.

Минимальное время обзора для цилиндрической АФАР с учетом (7)

T _ 1 T ~ 2'

(13)

а для многогранной АФАР с учетом (9), (12)

T К2 . ... Il + sin ПК — = — (l + Sin ПК )ln / , (14)

'0

4 п2

- sin ПK

Тогда потенциал на передачу цилиндрической АФАР с использованием (5), (6)

п0

г л2 Y *

U 2 )

(15)

П к

2п2 cos0

К2 (1 + sin пК )у2'

(16)

где 9 - угол отклонения луча от нормали.

Запишем среднее значение относительного потенциала многогранной АФАР в секторе сканирования по азимуту:

П_

П

П

П ("п/K

П0 K J0

рп/K

J cos ф d ф =

2п sin П K K(1 + sinПK)y2'

(17)

тельная эффективная поверхность на прием многогранной АФАР

2пcos0

A 0 K (1 + sin П K )

(18)

Тогда среднее значение относительной эффективной поверхности многогранной АФАР в секторе сканирования

Ar 2sin П K

Ar 0 (1 + sin П K )

(19)

Относительная ширина луча многогранной АФАР на прием по горизонтали определяется отношением длин эквивалентных рас-крывов

Д0 2а

A0O Lcos 0

(20)

среднее значение относительной ширины в секторе сканирования по формуле

A0 A0n

2aK 1 + sin П K n L y1 - sin ПK

(21)

Здесь интеграл ук = | ^Jcosфdф выражается

0

через эллиптические интегралы, кроме того, он может быть вычислен численно. Для К, равного 2, 3, 4, значения уК составляют 1,198; 0,948 и 0,744 соответственно.

Для многогранной АФАР с учетом (11)

Эффективная поверхность на прием цилиндрической АФАР (как и ширина луча) не зависит от числа лучей Аг/ Аг 0 = 1. Относи-

Параметры РЛС с цилиндрической АФАР при различном числе лепестков ДН на передачу, а также трех- и четырехгранной АФАР, рассчитанные по соотношениям (13)-(21), приведены в табл. 1.

Как следует из результатов, представленных в табл. 1, РЛС с цилиндрической АФАР имеет меньшее минимально возможное время обзора на 12.22 %, и потенциал АФАР, больший, чем потенциал трех- и четырехгранной АФАР на краю сектора сканирования, в среднем меньшую ширину луча на прием и меньшие габариты.

Отметим, что сравнение проведено при возбуждении многогранной АФАР распределением, оптимальным по критерию максимума потенциала, тогда как для цилиндрической АФАР распределение оптимально только для независимого возбуждения секторов поверхности. При оптимальном возбуждении цилиндрической АФАР можно рассчитывать на некоторое дополнительное увеличение потенциала.

Интересно, что минимальное время обзора РЛС с цилиндрической АФАР не зависит

га

X ф

ч

га

Q.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

га

О О.

£ V

ц

Таблица 1

Параметры активных фазированных решеток (АФАР)

Параметры Цилиндрическая АФАР Многогранная АФАР

Число максимумов ДН на передачу, К 2 3 4 3 4

Минимальное время обзора, Т/Т„ 0,5 0,500 0,500 0,560 0,610

Потенциал на передачу, П/П 0: • максимальный; • средний по азимуту; • минимальный 1 0,626 0,386 0,819 0,503

1 0,626 0,386 0,677 0,453

1 0,626 0,386 0,409 0,356

Эффективная поверхность на прием, А,/Аг 0: • максимальная; • средняя по азимуту; • минимальная 1 1 1 1,122 0,920

1 1 1 0,928 0,828

1 1 1 0,561 0,651

Ширина луча на прием, Д9/Д90: • максимальная; • средняя по азимуту; • минимальная 1 1 1 1,782 1,537

1 1 1 1,120 1,220

1 1 1 0,891 1,087

Диаметр описанной окружности 1 1 1 2,250 1,300

о см

<

I

о те

s |

о ^

со те г о. ф

о

и ф

со

см ■ci-io

о ■

см ■ci-io см

(П (П

от числа лучей на передачу (2, 3 или 4), так как при большем числе лучей необходимо затратить больше времени на обнаружение цели для каждого направления в пространстве при тех же вероятностях обнаружения и ложной тревоги.

Сравним рассматриваемые системы по потенциальной точности измерения угловых координат цели, определяемой шумовой сред-неквадратической ошибкой [10]:

еде

On =

у/w'

(22)

^00

Л9

|П 0 Ar 0

Л9Л ПА

(23)

Таблица 2 Шумовая ошибка измерения азимута

где с - некоторая константа;

Ж - отношение сигнал/шум на входе приемника.

Отношение сигнал/шум для сравниваемых АФАР отличается ввиду различия потенциала и эффективной поверхности на прием так, что относительная ошибка измерения угловых координат

АФАР Относительная шумовая угловая ошибка в круговом секторе обзора, ст9 / ст90

средняя максимальная

Цилиндрическая: • двухлучевая; • трехлучевая; • четырехлучевая 1,00 1,00

1,26 1,26

1,61 1,61

Трехгранная 1,41 3,72

Четырехгранная 1,99 3,19

В табл. 2 приведены результаты расчета относительной шумовой ошибки измерений азимута по параметрам АФАР (см. табл. 1).

Габариты цилиндрической АФАР меньше, чем многогранной. При примыкании излучающих элементов соседних граней друг к другу диаметр призмы (см. рис. 2) получается больше, чем диаметр цилиндрической АФАР. Согласно условиям собираемости многогранной АФАР с учетом толщины, ее размеры должны быть еще больше. Сравнение цилиндрической, конической и параболоидальной АФАР Возможна различная форма образующей осе-симметричной поверхности ФАР. Известны цилиндрические, конические, сферические

ФАР и ФАР на поверхности параболоида вращения [5, 11]. Рассмотрим зависимость максимального КНД цилиндрической, конической и параболоидальной антенн от угла сканирования (ДН) в угломестной плоскости при одинаковой высоте к антенн и площади эквивалентного плоского раскрыва при излучении в направлении горизонта (рис. 3).

D/D0, дБ

Z, z z

2 а 12 О! V -

X

Рис. 3. Вертикальное поперечное сечение осесимметричной цилиндрической (а), конической (б) и параболоидальной (в) ФАР

Предполагается, что излучающие элементы расположены только на боковой поверхности цилиндра и конуса.

На основе формулы (2.21) [5] для максимального КНД параболоидальной антенны нетрудно получить

D = 4па2

X2 2

'n + ß + 1sin(2ß) у 2 2

у

(24)

+ — h cos s (2 + 3 sin ß - sin3 ß)

где а2 - радиус основания (см. рис. 3), в - угол места от горизонта;

ß =

arcsm

a2

V

2h

a

fMgs , ctgs > ту;

2h

n 2h

ctgs< —. 2 a2

(25)

Выражения для максимального КНД цилиндрической и конической антенн приведены в работе [5]. Результаты расчета нормированного КНД Б/Б0 (где Б0 - одинаковое для всех антенн значение КНД при в = 0) при соотношении высоты и радиуса цилиндрической антенны а = к приведены на рис. 4.

За счет выбора формы поверхности можно обеспечить требуемый закон изменения КНД от угла места в (см. рис. 3). Цилиндри-

\

-10

О 20 40 60 е, град

Рис. 4. Зависимости КНД осесимметричных ФАР от угла сканирования для: — - параболоида; - конуса а = 30°; -- конуса а = 15°; -- цилиндра;

ческая ФАР пригодна для сканирования в ограниченном секторе углов места. КНД конической ФАР с углом между осью и образующей а = 15° мало изменяется при изменении угла места.

Приведенные зависимости КНД от угла сканирования относятся к ФАР с управляемой поляризацией излучателей. При фиксированной поляризации излучателей КНД может намного быстрее уменьшаться при увеличении угла места. Однако для цилиндрической и конической ФАР с излучателями в виде щелей или вибраторов, оси которых расположены вдоль образующих поверхности ФАР, потери, связанные с неоптимальной поляризацией излучателей, малы при углах конуса а < 30° [5]. Заключение

В предлагаемом построении РЛС кругового обзора с многолучевой осесимметричной АФАР на передачу формируется многолепестковая диаграмма направленности. Максимальная мощность излучения и энергетический потенциал в каждом луче создаются за счет равной мощности излучения всех элементов АФАР. В режиме приема используется соответствующее число приемных лучей, при этом максимальная эффективная поверхность обеспечивается за счет цифрового диаграм-мообразования в АФАР с пересекающимися апертурами, соответствующими разным лучам. Такая РЛС позволяет уменьшить время, необходимое для обзора пространства. При этом минимальное время обзора не зависит от числа лучей (2 или более), которое можно выбирать, например, с учетом длительности

те

X V

ч

те 0-

те

О

.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

£

ф ц

о см

<

I

о га

s

о ^

со га г о. ф

когерентной пачки радиоимпульсов, необходимой для селекции движущейся цели.

Показано, что при одинаковой мощности модулей и числе элементов осесимметрич-ная АФАР имеет на 12.22 % меньшее минимальное время обзора, больший потенциал по сравнению с минимальным потенциалом многогранной АФАР в секторе сканирования, меньшую среднюю ширину луча на прием, до 2-3 раз меньшую шумовую составляющую ошибки измерения азимута цели и меньшие габариты.

За счет выбора формы образующей поверхности осесимметричной ФАР можно обеспечить требуемую форму зависимости КНД и зоны обзора от угла сканирования в угломест-ной плоскости. Использование цилиндрической ФАР целесообразно при секторе сканирования до 60° по углу места. Коническая ФАР с углом конуса 15° позволяет обеспечить практически постоянный коэффициент усиления при сканировании по углу места. Применение излучателей в виде щелей или вибраторов, оси которых расположены вдоль образующих поверхности ФАР, позволяет отказаться от управления поляризацией конической и цилиндрической ФАР при сканировании с небольшими потерями КНД.

Авторы выражают признательность доктору технических наук, профессору Б. М. Вовшину, рецензентам работы за проявленный интерес и полезные замечания, способствовавшие устранению неточностей и повышению ее качества. Список литературы

1. История отечественной радиолокации / Ю. А. Кузнецов, А. А. Рахманов, С. А. Мура-

вьев и др.; под ред. А. С. Якунина. М.: Столичная энциклопедия, 2011. 768 с.

2. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток / Под ред. Д. И. Воскресенского. М.: Радио и связь, 1981. 432 с.

3. The future of Italian ground and naval active electronically scanned arrays (AESA) radars / A. Caronti, S. Celentano, S. Immediata et al // 2016 IEEE International Symposium on Phased Array Systems and Technology (PAST). Boston, 2016. Pp. 1-7.

4. Проектирование фазированных антенных решеток / Под ред. Д. И. Воскресенского. М.: Радиотехника, 2012. 744 с.

5. Воскресенский Д. И., Пономарев Л. И., Филиппов В. С. Выпуклые сканирующие антенны (основы теории и методы расчета). М.: Сов. радио, 1978. 304 c.

6. Инденбом М. В. Антенные решетки подвижных обзорных РЛС. Теория, расчет, конструкции. М.: Радиотехника, 2015. 416 с.

7. Активные фазированные антенные решетки / Под ред. Д. И. Воскресенского, А. И. Ка-нащенкова. М.: Радиотехника, 2004. 488 с.

8. Теоретические основы радиолокации / Под ред. Я. Д. Ширмана. М.: Сов. радио, 1970. С. 241.

9. Градштейн И. С., Рыжик И. М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Наука, ФИЗМАТГИЗ, 1971. С. 150.

10. Бартон Д., Вард Г. Справочник по радиолокационным измерениям / Под ред. М. М. Вейсбейна. М.: Сов. радио, 1976. С. 143.

11. Josefsson L., Persson P. Conformal array antenna theory and design. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, 2006. 488 p.

о

и

<D CO

CM ■Clio о

I

CM ■Clio

CM

w w

Приложение. Максимальный потенциал произвольной АФАР

Потенциал произвольной АФАР [6]

П = X anfn (0О' Ф о)

(П.1)

где ап - амплитуда падающей волны на входе п-го излучателя;

/п(90,ф0) - значение парциальной диаграммы элемента в направлении максимума диаграммы направленности. При этом парциальная ДН понимается как ДН при возбуждении одного элемента падающей волной с единичной мощностью, согласованных нагрузках на входах всех остальных элементов и общем начале отсчета фазы для всех элементов.

Мощность отдельного передающего модуля АФАР ограничена его техническими возможностями, так что можно считать, что амплитуды падающих волн должны удовлетворять неравенствам

\а\ < 1. (П.2)

Используя известное неравенство

с учетом (П.2) получим

Равенство (П.4) достигается при

MZII

= р-1 argi in )

(П.3)

(П.4)

(П.5)

Таким образом, оптимальное распределение, доставляющее максимум потенциала АФАР, определяется (П.5) и соответствует одинаковой (максимальной) выходной мощности всех передающих модулей АФАР.

Поступила 22.03.17

п

п

Инденбом Михаил Вульфович - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, начальник сектора антенного отдела АО «ВНИИРТ», г. Москва.

Область научных интересов: теория и техника фазированных антенных решеток.

Махлин Рудольф Лейбович - кандидат технических наук, научный руководитель АО «ВНИИРТ», г. Москва. Область научных интересов: радиолокация, теория и техника радиолокационных станций кругового обзора.

Radar station with digital axisymmetric active phased antenna array as a promising direction for the development of surveillance radars

The purpose of the study was to build a surveillance radar station (radar) with an axisymmetric (i.e. cylindrical, conical, etc.), multibeam receiving-transmitting active phased array (APAR) and investigate its characteristics. The radar station makes it possible to shorten the surveillance time, increase the rate of updating information, provide flexibility in changing operating modes, increase the reliability and service life of a radar station as compared to a radar station with mechanical rotation of antenna systems. The radar station is compared with electronic circular scanning based on cylindrical, three- and tetrahedral APAR.

Keywords: radar station, all-round surveillance, axisymmetric antenna array, active antenna array, digital antenna array, multibeam antenna array, phased antenna array, surveillance time, potential measurement accuracy.

Indenbom Mikhail Vulfovich - Candidate of Engineering Sciences, Senior Research Scientist, Head of Sector, Antenna Division, Joint Stock Company "All-Russian Scientific Research Institute of Radio Engineering", Moscow. Science research interests: theory and technology of phased antenna arrays.

те

V

Makhlin Rudolf Leybovich - Candidate of Engineering Sciences, Scientific Director of Joint Stock Company "All-Russian p

Scientific Research Institute of Radio Engineering", Moscow.

Science research interests: radar, theory and technology of surveillance radar stations. q

to

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.