RU2038605C1

RU2038605C1 - Device to protect low-altitude range finder against noises

Info

Publication number: RU2038605C1
Authority: RU
Inventors: Сергей Анатольевич Жуков; Валентин Борисович Бахвалов; Петр Васильевич Овсянников; Дмитрий Геннадиевич Белогуров; Олег Николаевич Хомяков
Original assignee: Валентин Борисович Бахвалов
Priority date: 1992-05-15
Filing date: 1992-05-15
Publication date: 1995-06-27

Abstract

FIELD: radiolocation. SUBSTANCE: device to protect low-altitude range finder against noises includes transmitter 1, antenna switch 2, receiving-transmitting antenna 3, receiver of two channels 4 and 5, adder 6, three amplitude detectors 7-9 and two subtracters 10 and 11. EFFECT: improved operational efficiency. 4 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокации, в частности к основам построения и конструкции импульсных радиолокационных дальномеров, и может быть использовано в маловысотных дальномерах для защиты от ответных импульсных и прицельных радиопомех. The invention relates to radar, in particular, to the fundamentals of the construction and construction of pulse radar range finders, and can be used in low-altitude range finders to protect against response pulse and aiming radio interference.

Известен адаптивный компенсатор активных помех для радиолокационного приемника, принимающего отраженные от цепи сигналы передатчика совместно с сигналами активных помех, создаваемых постановщиком помех [1] Антенная фидерная система разделяет приходящие сигналы на два канала в соответствии с двумя взаимно ортогональными линейными поляризациями сигналов. В состав каждого канала входит алгебраический сумматор, выходной сигнал которого подается на один из двух входов адаптивного компенсатора. На второй вход компенсатора, относящегося к второму каналу, подается входной сигнал сумматора первого канала. Выходной сигнал второго компенсатора поступает на один из входов второго сумматора, на второй вход которого подается входной сигнал второго канала. Амплитуды очищенных от активных помех сигналов двух каналов сравниваются в компараторе, и сигнал с большей амплитудой подается на выход устройства. Known adaptive active noise equalizer for a radar receiver, receiving the transmitter signals reflected from the circuit together with the active interference signals generated by the jammer [1] The antenna feeder system divides the incoming signals into two channels in accordance with two mutually orthogonal linear polarizations of the signals. Each channel includes an algebraic adder, the output signal of which is supplied to one of the two inputs of the adaptive compensator. The second input of the compensator related to the second channel, the input signal of the adder of the first channel. The output signal of the second compensator is supplied to one of the inputs of the second adder, to the second input of which the input signal of the second channel is supplied. The amplitudes of the signals of two channels cleared of active interference are compared in a comparator, and a signal with a larger amplitude is fed to the output of the device.

Однако такой компенсатор не может подавлять ответные импульсные помехи и другие прицельные помехи, длительность которых равна или меньше длительности импульса зондирующего сигнала передатчика. Это объясняется тем, что для автоматической настройки в режим подавления помехи в процесса работы адаптивный компенсатор затрачивает время, превышающее длительность импульса эхо-сигнала цепи. В результате эхо-сигнал цели не будет подавляться компенсатором (в отличие от продолжительной помехи). Активные помехи в виде импульсов короткой длительности таким компенсатором подавляться не успевают так же, как и эхо-сигналы цели. However, such a compensator cannot suppress response impulse noise and other impact interference, the duration of which is equal to or less than the pulse duration of the probe signal of the transmitter. This is due to the fact that for automatic tuning to the mode of suppressing interference during operation, the adaptive compensator spends a time exceeding the pulse width of the circuit echo. As a result, the echo of the target will not be suppressed by the compensator (as opposed to continuous interference). Active interference in the form of short pulse durations cannot be suppressed by such a compensator in the same way as target echoes.

Известна также радиолокационная система обнаружения низколетящих целей [2] которую можно использовать для измерения дальности маловысотных целей. Цель обнаруживается с помощью радиолокационного приемопередатчика, антенна которого излучает радиоимпульс в течение интервала передачи и принимает отраженный от цели эхо-сигнал в течение интервала приема. Высокочастотная энергия в течение одного из этих интервалов разделяется на две компоненты с помощью двух разнесенных по вертикали излучателей. Между приемопередатчиком и антенной высокочастотная энергия распространяется по двум параллельным ветвям, которые затем объединяются в суммарном и разностном каналах. Для обнаружения цели выбирается тот канал, в котором интенсивность сигнала выше. Also known is a radar system for detecting low-flying targets [2] which can be used to measure the range of low-altitude targets. The target is detected by a radar transceiver, the antenna of which emits a radio pulse during the transmission interval and receives an echo reflected from the target during the reception interval. High-frequency energy during one of these intervals is divided into two components using two vertically spaced emitters. Between the transceiver and the antenna, high-frequency energy is distributed along two parallel branches, which are then combined in the total and difference channels. To detect the target, the channel in which the signal intensity is higher is selected.

Однако такая радиолокационная система не защищена от ответных импульсных и других помех на несущей частоте передатчика (прицельных). However, such a radar system is not protected from pulse response and other interference at the carrier frequency of the transmitter (sighting).

Наиболее близким к изобретению является обычный импульсный радиолокационный дальномер, передатчик которого излучает колебания сверхвысокой частоты в виде периодически повторяющихся зондирующих импульсов [3] В промежутках времени между зондирующими импульсами происходит прием отраженных от цели импульсов. С выхода приемника принятые импульсы поступают на индикаторное устройство, позволяющее измерять интервал времени между началом излучения зондирующего импульса и началом приема отраженного от цели импульса, а следовательно, определить расстояние до цели. Closest to the invention is a conventional pulsed radar range finder, the transmitter of which emits ultrahigh-frequency oscillations in the form of periodically repeating sounding pulses [3] In the time intervals between the sounding pulses, the pulses reflected from the target are received. From the output of the receiver, the received pulses are sent to an indicator device that allows you to measure the time interval between the beginning of the radiation of the probe pulse and the beginning of the reception of the pulse reflected from the target, and therefore, determine the distance to the target.

Однако этот дальномер не защищен от ответных импульсных и других прицельных помех, несущая частота которых совпадает с несущей частотой зондирующих сигналов дальномера. However, this range finder is not protected from pulse response and other impact interference, the carrier frequency of which coincides with the carrier frequency of the probing signals of the range finder.

Ответные импульсы помехи имеют ту же длительность, несущую частоту и частоту следования импульсов, что и эхо-сигналы цели, но другое время запаздывания. В результате на индикаторах дальномера появляется множество отметок ложных целей, выделить среди которых отметку истинной цели весьма затруднительно. Interference response pulses have the same duration as the carrier frequency and pulse repetition rate as the target echo, but a different delay time. As a result, a lot of marks of false targets appear on the indicators of the rangefinder, it is very difficult to single out the mark of the true target among them.

Задачей изобретения является защита маловысотного дальномера от ответных импульсных помех, приходящих по верхней части главного лепестка и верхним боковым лепесткам диаграммы направленности антенны. The objective of the invention is to protect the low-altitude rangefinder from the response of impulse noise coming along the upper part of the main lobe and the upper side lobes of the antenna pattern.

Для этого в устройстве защиты от помех маловысотного дальномера, содержащем импульсный передатчик, приемник, антенный переключатель "прием-передача" и приемопередающую антенну, антенна дальномера выполнена в виде синфазной эквидистантной антенной решетки из разнесенных по высоте одинаковых горизонтально направленных симметричных излучающих элементов, имеет косинусоидальное амплитудное распределение по высоте апертуры решетки, а вертикальный размер этой апертуры равен максимальной высоте антенны над Землей, верхняя половина антенной решетки связана с приемником верхнего канала, а нижняя половина с приемником нижнего канала, в состав дальномера дополнительно включены сумматор, суммирующий напряжения с выходов канала приемника на промежуточной частоте, три амплитудных детектора, детектирующих сигналы с выходов приемных каналов и сумматора, и два устройства вычитания, вычитающий модуль разности видеосигналов нижнего и верхнего приемных каналов из видеосигнала суммарного канала. To do this, in the device for protection against interference of a low-altitude range finder, containing a pulse transmitter, receiver, antenna switch "transmit-receive" and a transceiver antenna, the range finder antenna is made in the form of an in-phase equidistant antenna array of identical horizontally directed symmetric radiating elements spaced in height, has a cosine amplitude distribution along the height of the lattice aperture, and the vertical size of this aperture is equal to the maximum antenna height above the Earth, the upper half of the antenna The second grating is connected with the receiver of the upper channel, and the lower half with the receiver of the lower channel, the range finder additionally includes an adder that sums the voltages from the outputs of the receiver channel at an intermediate frequency, three amplitude detectors that detect signals from the outputs of the receive channels and the adder, and two subtraction devices subtracting the module of the difference of the video signals of the lower and upper receiving channels from the video signal of the total channel.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 диаграммы направленности нижней и верхней половины антенной решетки; на фиг. 3 зависимость отношения сигнал/шум на выходе предложенного устройства от угла, места цели при различных значениях отношения плотностей мощности прямых радиоволн эхо-сигналов и помехи; на фиг. 4 зависимость отношения сигнал/помеха на выходе приемника прототипа. In FIG. 1 presents a structural diagram of the proposed device; in FIG. 2 radiation patterns of the lower and upper half of the antenna array; in FIG. 3 the dependence of the signal-to-noise ratio at the output of the proposed device from the angle, the target location at various values of the ratio of power densities of direct echo signals and interference; in FIG. 4 the dependence of the signal-to-noise ratio at the output of the prototype receiver.

Устройство защиты от помех состоит из импульсного передатчика 1, антенного переключателя 2, переключающего антенну дальномера с передачи на прием, приемопередающей синфазной антенной решетки 3 из разнесенных по высоте одинаковых излучающих элементов, нижняя половина которой связана через антенный переключатель 2 с приемником нижнего канала 4, а верхняя половина с приемником верхнего канала 5, сумматора 6, суммирующего напряжения с выходов приемных каналов на промежуточной частоте, трех амплитудных детекторов 7-9, детектирующих сигналы с выходов приемников нижнего, верхнего каналов и сумматора соответственно, устройства 10 вычитания, на вход которого поступают напряжения U_mн и U_mввидеосигналов нижнего и верхнего каналов приема, а на выходе образуется модуль разности этих напряжений I U_mн U_mв I, устройства 11 вычитания, на вход которого поступают видеосигнал суммарного канала U_mΣ и напряжение с выхода устройства 10 вычитания, а на выходе выделяется видеосигнал цели U_c U_mΣ- I U_mн U_mв I.The anti-jamming device consists of a pulse transmitter 1, an antenna switch 2, which switches the rangefinder antenna from transmission to reception, a common-mode antenna array 3 of identical radiating elements spaced in height, the lower half of which is connected through the antenna switch 2 to the receiver of the lower channel 4, and the upper half with the receiver of the upper channel 5, the adder 6, summing the voltage from the outputs of the receiving channels at an intermediate frequency, three amplitude detectors 7-9, detecting signals from moves the bottom receivers of the upper channel and the adder, respectively, of the device 10 the subtraction, to the input of which receives U _MN and the U voltage _MW of video signals of lower and upper receiving channels, and the output is formed modulus of the difference of these voltages IU _MH U _MW I, the subtractor 11, to the input of which receives the video signal of the total channel U _mΣ and the voltage from the output of the subtracting device 10, and the video signal of the target U _c U _mΣ - IU _mn U _mv I.

Для борьбы с ответными импульсами и другими прицельными помехами, приходящими по верхней части главного лепестка или по верхним боковым лепесткам диаграммы направленности антенны, использованы следующие два часто встречающиеся на практике отличия помехи и эхо-сигнала:
угломестное направление прихода помехи отличается от направления прихода эхо-сигнала маловысотной цели;
фаза помехи почти никогда точно не совпадает с фазой эхо-сигнала.To combat response pulses and other impact noise coming along the upper part of the main lobe or on the upper side lobes of the antenna pattern, the following two frequently encountered differences in interference and echo signal were used in practice:
the elevation direction of interference arrival differs from the direction of arrival of the echo signal of a low-altitude target;
the interference phase almost never exactly matches the phase of the echo signal.

При этом также учитывается, что уровень помехи может значительно превышать уровень эхо-сигналов цели. It also takes into account that the level of interference can significantly exceed the level of the echo signals of the target.

Предложенное устройство обладает следующим важным свойством: напряжение принимаемых сигналов на выходе устройства отлично от нуля, когда источник радиоизлучения (постановщик радиопомех или переотражающая зондирующие сигналы цель) находится в угломестном секторе 0 < θ < arcsin

(λ длина волны; h средняя высота антенны над землей), и напряжение на выходе равно нулю при углах места источника θ ≥ arcsin

несмотря на то, что антенна принимает помехи от этого источника по верхней части главного луча и верхним боковым лепесткам диаграммы направленности антенны.The proposed device has the following important property: the voltage of the received signals at the output of the device is non-zero when the source of radio emission (radio interference maker or target reflecting the probe signals) is in the elevation sector 0 <θ <arcsin

(λ wavelength; h is the average height of the antenna above the ground), and the output voltage is zero at source elevation angles θ ≥ arcsin

despite the fact that the antenna receives interference from this source along the upper part of the main beam and the upper side lobes of the antenna pattern.

Для доказательства этого свойства ниже приводятся необходимые математические формулы
Положим, что антенна направлена по азимуту на источник радиоизлучения. Тогда комплексная амплитуда напряжения на выходе нижнего или верхнего приемного канала (до детектора) определяется известным выражением

K

F_a(θ)Φ(θ)e^jφ, (1) где λ длина волны; К_у коэффициент усиления приемного канала; R_вх входное сопротивление приемника; G_m максимальный коэффициент усиления всей антенны; S плотность потока мощности прямой радиоволны от источника вблизи РЛС; φ фаза радиоволны, приходящей от источника в точку расположения антенны РЛС на поверхности земли; θ угол места источника радиоизлучения; Fa (θ) нормированная диаграмма направленности приемной антенны (нижней или верхней половины решетки) в вертикальной плоскости в свободном пространстве; Φ (θ) интерференционный множитель, учитывающий влияние земли на поле радиоволн.To prove this property, the following mathematical formulas are given below.
Suppose that the antenna is directed in azimuth to a source of radio emission. Then the complex amplitude of the voltage at the output of the lower or upper receiving channel (to the detector) is determined by the known expression

K

F _a (θ) Φ (θ) e ^jφ , (1) where λ is the wavelength; K _y the gain of the receiving channel; R _{in the} input impedance of the receiver; G _m maximum gain of the entire antenna; S power flux density of the direct radio wave from a source near the radar; φ phase of the radio wave coming from the source to the location of the radar antenna on the earth's surface; θ elevation angle of the source of radio emission; Fa (θ) is the normalized radiation pattern of the receiving antenna (lower or upper half of the array) in a vertical plane in free space; Φ (θ) is an interference factor that takes into account the effect of the earth on the field of radio waves.

Применительно к антенне предложенной конструкции формулу (1) можно представить в следующем виде

K

e^jφ

×

sin

e

+

e

(2) для нижнего приемного канала и

K

e^jφ

×
×

sin

e

+

e

(3) для верхнего приемного канала, где

,

комплексные амплитуды напряжений на выходах нижнего и верхнего приемных каналов; F_э (θ) нормированная диаграмма направленности в вертикальной плоскости в свободном пространстве излучающего элемента антенной решетки; N количество излучающих элементов всей антенной решетки (N четное); n текущий номер излучающего элемента (нумерация снизу вверх); h средняя высота всей антенны над землей; К 2 π / λ волновое число; θ угол места источника;

комплексный коэффициент отражения радиоволн от земной поверхности при вертикальной или горизонтальной поляризации радиоволн.In relation to the antenna of the proposed design, formula (1) can be represented as follows

K

e ^jφ

×

sin

e

+

e

(2) for the lower receiving channel and

K

e ^jφ

×
×

sin

e

+

e

(3) for the upper receiving channel, where

,

complex voltage amplitudes at the outputs of the lower and upper receiving channels; F _e (θ) normalized radiation pattern in a vertical plane in the free space of the radiating element of the antenna array; N is the number of radiating elements of the entire antenna array (N is even); n current number of the radiating element (numbering from bottom to top); h is the average height of the entire antenna above ground; K 2 π / λ wave number; θ source elevation angle;

complex coefficient of reflection of radio waves from the earth's surface with vertical or horizontal polarization of radio waves.

При этом учитывалось, что все излучающие элементы антенной решетки одинаковы, направлены горизонтально, имеют симметричные диаграммы направленности в вертикальной плоскости, расположены на одинаковых расстояниях друг от друга и запитываются синфазно, а амплитудное распределение на всей антенной решетке косинусоидальное. It was taken into account that all the radiating elements of the antenna array are the same, directed horizontally, have symmetrical radiation patterns in the vertical plane, are located at equal distances from each other and are in-phase, and the amplitude distribution throughout the antenna array is cosine.

Известно, что при малых углах скольжения комплексный коэффициент отражения радиоволн от земли

=-1 при любой поляризации радиоволн, а при горизонтальной поляризации и высокой проводимости подстилающей поверхности практически при любых углах скольжения. Учитывая это и используя известные математические формулы для сумм тригонометрических функций, формулу Эйлера и другие формулы тригонометрии, можно представить формулы (2) и (3) в следующем виде

= A

e

f_н(θ); (4)

= A

e

f_в(θ), (5) где
A K_уλ

; (6) f_н (θ), f_в(θ) диаграммы направленности в вертикальной плоскости нижней и верхней половины антенной решетки с учетом влияния земли, равные
f_н(θ) 2F_э(θ)sin

; (7)
f_в(θ) 2F_э(θ)sin

×
×

2tg

sin(khsinθ)-tg

. (8)
Полагается, что коэффициенты усиления Ky нижнего и верхнего приемных каналов одинаковы.It is known that at small slip angles the complex reflection coefficient of radio waves from the ground

= -1 for any polarization of radio waves, and for horizontal polarization and high conductivity of the underlying surface at almost any angle of slip. Given this and using well-known mathematical formulas for the sums of trigonometric functions, the Euler formula and other trigonometry formulas, we can represent formulas (2) and (3) in the following form

= A

e

f _n (θ); (4)

= A

e

f _in (θ), (5) where
AK _at λ

; (6) f _n (θ), f _in (θ) radiation patterns in the vertical plane of the lower and upper half of the antenna array, taking into account the influence of the earth, equal
f _n (θ) 2F _e (θ) sin

; (7)
f _in (θ) 2F _e (θ) sin

×
×

2tg

sin (khsinθ) -tg

. (8)
It is believed that the gains Ky of the lower and upper receive channels are the same.

Из формул (4-8) видно, что напряжения

и

на выходах нижнего и верхнего приемных каналов в зависимости от угла места θ источника радиоизлучения будут либо в фазе, либо в противофазе и не могут иметь какого-либо иного сдвига фаз между ними, т.е. могут отличаться знаком. Знаки этих напряжений определяются знаком соответствующих лепестков диаграмм направленности f_н (θ), f_в(θ) нижней и верхней половины антенной решетки с учетом влияния земли.From formulas (4-8) it can be seen that the voltage

and

depending on the elevation angle θ at the outputs of the lower and upper receiving channels, the radio emission source will be either in phase or out of phase and cannot have any other phase shift between them, i.e. may differ in sign. The signs of these voltages are determined by the sign of the corresponding lobes of the radiation patterns f _n (θ), f _in (θ) of the lower and upper half of the antenna array, taking into account the influence of the earth.

Расчеты по формулам (4) и (5) показали, что напряжения

,

(или диаграммы f_н,f_в) имеют одинаковые знаки только в сравнительно узком угломестном секторе 0 < θ < < arcsin

(т.е. в пределах нижнего интерференционного лепестка для верхней половины антенной решетки) и имеют разные знаки при θ > arcsin

. Это можно видеть на фиг. 2, где представлены диаграммы направленности f_н(θ) f_в(θ) нижней и верхней (штриховая кривая) половины антенной решетки в вертикальной плоскости с учетом влияния земли. Эти графики рассчитаны для частной реализации предложенной антенны (длина волны λ 0,35, средняя высота антенны h 8 м, количество излучающих элементов N 80) при использовании ненаправленных в вертикальной плоскости излучающих элементов решетки, например, горизонтальных вибраторов (F_э (θ) 1). На фиг. 2 видно, что знаки f_н(θ), f_в(θ) совпадают только в указанном узком рабочем угломестном секторе, а вне его нули диаграммы совпадают и знаки лепестков противоположны. Напряжение на выходе предложенного устройства определено выражением
U_c= U_mΣ-

U

-U

+

-

. (9)
Из формулы (9) видно, что напряжение на выходе предложенного устройства U_c равно нулю, когда напряжения

,

имеют разные знаки, и отлично от нуля, когда знаки

,

одинаковы.Calculations by formulas (4) and (5) showed that stresses

,

(or diagrams f _n , f _c ) have identical signs only in a relatively narrow elevation sector 0 <θ <<arcsin

(i.e., within the lower interference lobe for the upper half of the antenna array) and have different signs for θ> arcsin

. This can be seen in FIG. 2, where radiation patterns f _n (θ) f _in (θ) the lower and upper (dashed curve) halves of the antenna array in the vertical plane are presented taking into account the influence of the earth. These graphs are designed for the private implementation of the proposed antenna (wavelength λ 0.35, average antenna height h 8 m, the number of radiating elements N 80) when using radiating lattice elements non-directional in the vertical plane, for example, horizontal vibrators (F _e (θ) 1 ) In FIG. 2 it can be seen that the signs f _n (θ), f _in (θ) coincide only in the specified narrow working elevation sector, and outside its zeros the diagrams coincide and the signs of the petals are opposite. The voltage at the output of the proposed device is defined by the expression
U _c = U _mΣ -

U

-U

+

-

. (nine)
From formula (9) it is seen that the voltage at the output of the proposed device U _c is equal to zero when the voltage

,

have different signs, and nonzero when the signs

,

are the same.

Таким образом, эхо-сигнал цели, находящейся в указанном угломестном рабочем секторе, пройдет на выход предложенного устройства, а напряжение помехи от постановщика помех, находящегося вне рабочего сектора при углах места θ_п ≥ arcsin

, не пройдет на выход устройства и помеха будет подавлена, несмотря на то, что антенны устройства принимают помеху по верхней части главного луча или верхним боковым лепесткам. Основное свойство предложенного устройства доказано.Thus, the echo signal of the target located in the specified elevated working sector will pass to the output of the proposed device, and the interference voltage from the jammer located outside the working sector at elevation angles θ _p ≥ arcsin

, will not pass to the output of the device and the interference will be suppressed, despite the fact that the antenna of the device receives interference on the upper part of the main beam or the upper side lobes. The main property of the proposed device is proven.

Верхний граничный угол θ_o угломестного рабочего сектора приближенно определяется соотношением
θ_o arcsin

(10)
Эта формула справедлива при большом (несколько десятков) количестве N излучающих элементов антенной решетки. При малом количестве N элементов антенной решетки этот угол можно найти из решения трансцендентного уравнения (8):
2tg

sin(khsinθ_o)-tg

0. (11)
Из формулы (11) видно, что при большом количестве N элементов решетки тангенсы можно заменить аргументами, при этом верхний граничный угол θ_о не будет зависеть от N и определяется формулой (10). Разумеется, что количество N элементов антенной решетки должно быть четным.The upper boundary angle θ _o elevation working sector is approximately determined by the ratio
θ _o arcsin

(10)
This formula is valid for a large (several tens) number N of radiating elements of the antenna array. With a small number N of elements of the antenna array, this angle can be found from the solution of the transcendental equation (8):
2tg

sin (khsinθ _o ) -tg

0. (11)
From formula (11) it can be seen that with a large number N of lattice elements, the tangents can be replaced by arguments, while the upper boundary angle θ _о will not depend on N and is determined by formula (10). Of course, the number N of elements of the antenna array must be even.

При наличии ответных импульсных помех от постановщика, находящегося под углом места θ_п>θ_o импульсы помех и эхо-сигналов маловысотной цели зачастую приходят к антенне РЛС в разное время. В этом случае предложенное устройство полностью подавляет ответные импульсные помехи и выделяет на выходе импульсы эхо-сигналов маловысотной цели, т.е. обеспечивает эффективную борьбу с ответными импульсными помехами.In the presence of response pulsed interference from the director, located at an elevation angle θ _p > θ _{o, the} interference pulses and echo signals of a low-altitude target often arrive at the radar antenna at different times. In this case, the proposed device completely suppresses the response impulse noise and emits pulses of echo signals of a low-altitude target, i.e. provides an effective fight against impulse response interference.

Следует отметить, что указанное основное свойство предложенного устройства выполняется только при использовании антенны предложенной конструкции. Изменения этой конструкции, например увеличение высоты подъема антенны по сравнению с вертикальным размером апертуры, изменение амплитудного и фазового распределения на апертуре, нарушение идентичности, симметрии и направления излучающих элементов решетки и т.п. приводят к нарушению указанного свойства устройства. Поэтому указанные отличительные признаки антенны (синфазность, косинусоидальное амплитудное распределение, эквидистантность, идентичность, горизонтальная направленность и симметрия излучающих элементов) являются существенными и принципиально необходимы для работы устройства. It should be noted that the specified main property of the proposed device is performed only when using the antenna of the proposed design. Changes in this design, for example, an increase in the height of the antenna as compared to the vertical size of the aperture, a change in the amplitude and phase distribution on the aperture, a violation of the identity, symmetry and direction of the radiating elements of the array, etc. lead to a violation of the specified device properties. Therefore, these distinguishing features of the antenna (in phase, cosine amplitude distribution, equidistance, identity, horizontal directivity and symmetry of the radiating elements) are essential and fundamentally necessary for the operation of the device.

Предложенное устройство позволяет также вести эффективную борьбу с протяженными прицельными помехами на несущей частоте дальномера, приходящими по верхней части главного луча и верхним боковым лепесткам антенны. В этом случае эхо-сигналы цели и помеха приходят к антенне дальномера одновременно, когда импульсов эхо-сигналов цели нет, такая помеха полностью подавляется и не проходит на выход устройства. При одновременном наличии помехи и эхо-сигнала цели напряжение на выходе устройства будет равно
U_c= A

f_н(θ_ц)+f_в(θ_ц)+

[f_н(θ_п)+f_в(θ_п)e

f_н(θ_ц)+

f_н(θ_п)e

-

f_в(θ_ц)+

f_в(θ_п)e

, (12) где S_ц, S_п плотности мощности прямой волны эхо-сигнала цели и помехи вблизи антенны дальномера соответственно; θ_ц, θ_п углы места маловысотной цели и постановщика помех; А коэффициент, определенный формулой (6); f_н, f_в диаграммы направленности в вертикальной плоскости с учетом влияния земли нижней и верхней половины антенной решетки (7,8); Δ φ разность фаз прямых радиоволн помехи и эхо-сигнала в точке расположения антенны дальномера на поверхности земли.The proposed device also allows you to effectively combat extended impact interference at the carrier frequency of the range finder, coming along the upper part of the main beam and the upper side lobes of the antenna. In this case, the echo signals of the target and the interference arrive at the antenna of the rangefinder simultaneously, when there are no pulses of echo signals of the target, such interference is completely suppressed and does not pass to the output of the device. If there is interference and an echo of the target at the same time, the output voltage of the device will be
U _c = A

f _n (θ _c ) + f _in (θ _c ) +

[f _n (θ _p ) + f _in (θ _p ) e

f _n (θ _c ) +

f _n (θ _p ) e

-

f _in (θ _c ) +

f _in (θ _p ) e

, (12) where S _c , S _p the power density of the direct wave of the target echo signal and interference near the rangefinder antenna, respectively; θ _c , θ _p elevation angles of the low-altitude target and jammer; And the coefficient defined by formula (6); f _n , f _{in the} radiation patterns in the vertical plane, taking into account the influence of the ground of the lower and upper half of the antenna array (7.8); Δ φ the phase difference of the direct interference radio waves and the echo at the location of the range finder antenna on the ground.

Формула (12) записана для наиболее неблагоприятного случая, когда азимуты постановщика помех и цели одинаковы. Formula (12) is written for the most adverse case, when the azimuths of the jammer and the goals are the same.

Из формулы (12) видно, что напряжение на выходе устройства равно нулю, когда помеха и эхо-сигнал находятся в фазе или противофазе (Δ φ=0 или Δ φ

), и отлично от нуля при иных сдвигах фаз помехи и эхо-сигнала. Максимальное значение напряжения на выходе устройства будет при сдвиге фаз Δ φ

Практически помеха и эхо-сигнал почти никогда не бывают точно в фазе или противофазе и сдвиг фаз между ними постоянно изменяется в широких пределах. Это позволяет обнаружить маловысотную цель с помощью предложенного устройства при наличии интенсивной прицельной помехи, приходящей с углов места θ_п ≥ θ_o.From formula (12) it can be seen that the voltage at the output of the device is zero when the noise and echo are in phase or out of phase (Δ φ = 0 or Δ φ

), and is nonzero at other phase shifts of the interference and echo signal. The maximum value of the voltage at the output of the device will be at a phase shift Δ φ

In practice, interference and echo almost never happen to be exactly in phase or out of phase and the phase shift between them is constantly changing over a wide range. This allows you to detect a low-altitude target using the proposed device in the presence of intense impact interference coming from elevation angles θ _p ≥ θ _o .

Расчеты по формуле (12) показали, что при наличии эхо-сигнала маловысотной цели и протяженной прицельной помехи от высоколетящего постановщика помех напряжение на выходе предложенного устройства зависит не только от сдвига фаз помехи и эхо-сигнала, но и от интенсивности помехи, т.е. от отношения S_ц/S_п плотностей мощности прямых радиоволн от цели и постановщика помех вблизи антенны РЛС. При повышении интенсивности помехи уровень напряжения на выходе устройства уменьшается, т.е. интенсивная помеха ухудшает отношение сигнал/шум приемника на выходе устpойства, несмотря на то, что при отсутствии эхо-сигнала эта помеха полностью подавляется и на выход устройства не проходит.Calculations according to formula (12) showed that in the presence of an echo signal of a low-altitude target and an extended impact interference from a high-flying jammer, the voltage at the output of the proposed device depends not only on the phase shift of the interference and echo signal, but also on the intensity of the interference, i.e. . from the ratio S _c / S _p power densities of direct radio waves from the target and the jammer near the radar antenna. With increasing noise intensity, the voltage level at the output of the device decreases, i.e. intense interference degrades the signal-to-noise ratio of the receiver at the output of the device, despite the fact that in the absence of an echo signal, this interference is completely suppressed and does not pass to the output of the device.

Сравнительная оценка помехозащищенности предложенного устройства от прицельных помех, приходящих с углов места θ_п ≥ θ_o по сравнению с прототипом поясняется с помощью расчетных графиков, изображенных на фиг. 3 и 4. На фиг. 3 представлены зависимости отношения Р_с/Р_ш сигнал/шум на выходе предложенного устройства от угла места θ_ц маловысотной цели при различных значениях отношения S_ц/S_п плотностей мощности прямых радиоволн эхо-сигналов и помехи вблизи РЛС для помехи, приходящей с угла места θ_п1^о и сдвига фаз помехи и сигнала Δ φ 90^о. На фиг. 4 представлены аналогичные графики отношения Р_с/Р_п сигнал/помеха на выходе приемника прототипа при прочих равных условиях. При этом полагалось, что уровень собственных шумов приемников предложенного устройства и прототипа одинаков и на 20 дБ ниже максимального значения уровня эхо-сигнала цели в прототипе в рассматриваемом угломестном секторе. Эти расчеты проведены для частной реализации приемопередающей антенной решетки РЛС (длина волны λ 0,35 м, средняя высота антенны h 8 м, количество элементов антенной решетки N 80). Сравнение графиков на фиг. 3 и 4 показывает, что предложенное устройство позволяет улучшить отношение сигнал/шум на 15-20 дБ при воздействии интенсивной прицельной помехи по сравнению с прототипом при прочих равных условиях. При этом выигрыш возрастает при использовании приемников с низким коэффициентом шума и возрастании интенсивности помех. Перечисленные выше элементы структурной схемы предложенного устройства выполнены следующим образом. Сумматор 6, амплитудные детекторы 7-9 и устройства 10 и 11 вычитания выполнены по обычным известным схемам. При этом модуль разности видеосигналов нижнего и верхнего приемных каналов I U_mн-U_mв I на выходе устройства 10 вычитания может быть получен, например, с помощью известной мостовой диодной схемы, широко используемой в двухполупериодных выпрямителях. Антенный переключатель 2 имеет обычную известную конструкцию и подключает передатчик одновременно к обеим половинам антенной решетки при передаче, а при приеме верхнюю половину решетки подключает к приемнику 5, а нижнюю к приемнику 4. Излучающие элементы приемопередающей антенны 3 одинаковы и могут быть выполнены, например, в виде симметричных горизонтальных вибраторов или рупорных излучателей. Косинусоидальное амплитудное распределение на апертуре антенной решетки установлено с помощью элементов связи излучающих элементов с общим фидерным трактом. Другие элементы, показанные на фиг. 1, ничем не отличаются от соответствующих элементов прототипа.A comparative assessment of the noise immunity of the proposed device from impact interference coming from elevation angles θ _p ≥ θ _o compared with the prototype is explained using the calculation graphs depicted in FIG. 3 and 4. In FIG. 3 shows the dependence of the ratio R _c / R _w signal / noise at the output of the proposed device on the elevation angle θ _{c of a} low-altitude target for various values of the ratio S _c / S _{p of} the power density of direct echo signals and interference near the radar for interference coming from the elevation angle θ _p 1 ^about and phase shift noise and signal Δ φ 90 ^about . In FIG. 4 presents similar graphs of the ratio P _c / P _n signal / interference at the output of the prototype receiver, ceteris paribus. It was assumed that the noise level of the receivers of the proposed device and prototype is the same and 20 dB below the maximum value of the target echo level in the prototype in the considered elevation sector. These calculations were performed for the private implementation of the radar transceiver antenna array (wavelength λ 0.35 m, average antenna height h 8 m, number of antenna array elements N 80). A comparison of the graphs in FIG. 3 and 4 shows that the proposed device can improve the signal-to-noise ratio by 15-20 dB when exposed to intense impact interference compared with the prototype, ceteris paribus. In this case, the gain increases when using receivers with a low noise figure and increasing interference intensity. The above elements of the structural diagram of the proposed device are as follows. The adder 6, the amplitude detectors 7-9 and the subtraction device 10 and 11 are made according to the usual known schemes. In this case, the difference module of the video signals of the lower and upper receiving channels IU _mn -U _mv I at the output of the subtraction device 10 can be obtained, for example, using the well-known bridge diode circuit, widely used in two-half-wave rectifiers. Antenna switch 2 has the usual known design and connects the transmitter simultaneously to both halves of the antenna array during transmission, and when receiving, connects the upper half of the array to receiver 5 and the lower to receiver 4. The radiating elements of the transceiver antenna 3 are the same and can be performed, for example, in in the form of symmetrical horizontal vibrators or horn emitters. The cosine amplitude distribution at the aperture of the antenna array is established using communication elements of the radiating elements with a common feeder path. Other elements shown in FIG. 1, are no different from the corresponding elements of the prototype.

Устройство защиты от помех работает следующим образом. The anti-jamming device operates as follows.

Передатчик формирует импульсный зондирующий сигнал, антенный переключатель подключает его ко всей антенной решетке, которая излучает этот сигнал в секторе малых углов места. Эхо-сигналы маловысотной цели в угломестном рабочем секторе 0 < θ_ц< θ_о принимаются верхней и нижней половиной антенной решетки и поступает соответственно в верхний и нижний приемные каналы. Аналогично принимаются ответные импульсные или другие прицельные помехи, приходящие с углов места θ_п ≥ θ_o Напряжения с выходов приемников нижнего и верхнего каналов на промежуточной частоте суммируются сумматором, детектируются амплитудными детекторами и поступают на устройства вычитания, которые вычитают модуль разности видеосигналов нижнего и верхнего приемных каналов из видеосигналов суммарного канала. При этом помехи на выходе предложенного устройства подавляются.The transmitter generates a pulse sounding signal, the antenna switch connects it to the entire antenna array, which emits this signal in the sector of small elevation angles. The echo signals of the low-altitude target in the elevated working sector 0 <θ _c <θ _о are received by the upper and lower half of the antenna array and enters the upper and lower receiving channels, respectively. Response pulsed or other impact interference coming from elevation angles θ _p ≥ θ _{o is} similarly received _. Voltages from the outputs of the receivers of the lower and upper channels at the intermediate frequency are summed by an adder, detected by amplitude detectors and fed to subtraction devices that subtract the difference module of the lower and upper receiving video signals channels from the video signals of the total channel. In this case, interference at the output of the proposed device is suppressed.

Следует отметить, что при отсутствии помех уровень эхо-сигнала маловысотной цели на выходе предложенного устройства примерно на 3 дБ ниже, чем у равноценного прототипа. Поэтому при отсутствии помех целесообразно использовать сигнал не с выхода устройства, а с выхода амплитудного детектора 9 суммарного канала. При этом и при отсутствии помех предложенное устройство ничем не будет уступать прототипу, а при наличии помех предложенное устройство значительно эффективнее последнего. It should be noted that in the absence of interference, the echo level of a low-altitude target at the output of the proposed device is approximately 3 dB lower than that of an equivalent prototype. Therefore, in the absence of interference, it is advisable to use the signal not from the output of the device, but from the output of the amplitude detector 9 of the total channel. In this case, and in the absence of interference, the proposed device will not be inferior to the prototype, and in the presence of interference, the proposed device is much more effective than the latter.

Для эффективной работы предложенного устройства желательно, чтобы коэффициент отражения радиоволн от подстилающей поверхности был близок к

= 1. Поэтому в предложенном дальномере целесообразно использовать радиоволны горизонтальной поляризации и применять дальномер на позициях в морском секторе. При использовании предложенного дальномера в сухопутных районах целесообразно вырубить растительность вблизи антенны и выровнять площадку, а при необходимости эффективно бороться с помехами, приходящими с больших углов места, целесообразно покрыть площадку вблизи антенны металлической сеткой.For the effective operation of the proposed device, it is desirable that the coefficient of reflection of radio waves from the underlying surface is close to

= 1. Therefore, it is advisable to use horizontal polarization radio waves in the proposed range finder and use the range finder at positions in the marine sector. When using the proposed range finder in land areas, it is advisable to cut down vegetation near the antenna and level the site, and if necessary, to effectively deal with interference coming from large elevation angles, it is advisable to cover the area near the antenna with a metal mesh.

Таким образом, предложенное устройство позволяет почти полностью подавить ответные импульсные помехи, приходящие по верхней части главного луча и верхним боковым лепесткам диаграммы направленности антенны, а также улучшить отношение сигнал/шум на 15-20 дБ по сравнению с прототипом при борьбе с протяженными прицельными помехами. Thus, the proposed device allows you to almost completely suppress the response pulsed noise coming along the upper part of the main beam and the upper side lobes of the antenna radiation pattern, as well as improve the signal-to-noise ratio by 15-20 dB compared with the prototype in the fight against extended impact interference.

Claims

DEVICE FOR PROTECTION AGAINST A HIGH ALTITUDE RANGE MEASUREMENT, comprising a pulse transmitter connected via an antenna switch to a transceiver antenna, and a two-channel receiver, characterized in that the transceiver antenna is made in the form of an in-phase equidistant antenna array of identical horizontally directed symmetric radiating elements spaced apart in height, has an oblique distribution along the height of the aperture of the array, and the vertical size of the aperture is equal to the maximum height of the antenna above Ground, the upper and lower halves of the antenna array are connected through the antenna switch, respectively, to the upper and lower channels of the receiver, and an adder, three amplitude detectors and two subtraction units are included, while the inputs of the adder are connected to the outputs of the upper and lower channels of the receiver, the inputs of the amplitude detectors are connected with the outputs of the channels of the receiver and the adder, and the outputs of the amplitude detectors of the signals of the upper and lower channels are connected to the inputs of the first subtraction unit, the output of which and the output of the amplitude detector ra sum signal coupled to the second inputs of the subtractor.