Системы подавления сигналов боковых лепестков диаграмм направленности антенн

Мощность излучения по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны (ДНА) запросчика негативно влияет на функционирование системы вторичной радиолокации. Ответчик на небольших расстояниях может принимать запросы, излучаемые боковыми лепестками ДНА. При большом числе ВС возможен прием «чужих» ответов по боковым лепесткам. Это все приводит к появлению дополнительных ложных отметок на индикаторах, неоднозначному определению азимута ВС и излишней загрузке ответчиков. Возможны два варианта исключения влияния боковых лепестков ДНА запросчика.

1. Излучение таких запросных сигналов, при которых ответный сигнал не излучается, если запрос послан по боковым лепесткам.

2. Подавление сигналов по боковым лепесткам ДНА при приеме.

Первый способ исключения влияния боковых лепестков реализуется на основе сравнения амплитуд запросных сигналов в ответчике, переданных запросчиком через основную антенну и специальную передающую антенну подавления. Система подавления может быть двухимпульсной и трехимпульсной.

Трехимпульсная система подавления является основной. Принцип ее работы заключается в следующем. Через основную остронаправленную в горизонтальной плоскости антенну запросчиком излучаются импульсы Р1 и Р3 (рис.4.215). Временной интервал запросных кодов между фронтами импульсов Р1 и Р3 (отношение мощностей этих импульсов не более 1,26, а напряжений 1,12) определяет вид запрашиваемой информации. Амплитуда импульса Р3 должна быть не более чем на 1дБ меньше амплитуды импульса Р1. Для исключения запросов по боковым лепесткам через антенну подавления с круговой или слабонаправленной ДН на той же частоте запроса излучается импульс подавления Р2. Этот импульс следует после импульса Р1 через 20,15 мкс. Амплитуда импульса Р2 в пределах желаемого сектора ответа (в направлении основного лепестка ДНА запросчика) должна быть на 9дБ меньше Р1. Во всех других направлениях (включая направления боковых лепестков) амплитуда Р2 должна быть больше либо равна амплитуде Р1. На рис.4.199 изображены области изменения амплитуды импульсов Р3Р1 относительно Р2, в которых ответчик отвечает или не отвечает. При Р1≥Р2 + 9дБ (направление основного лепестка) ответчик должен отвечать. При Р1Р2 (другие направления) ответчик должен не отвечать. В пределах области, где Р2Р1Р2+9дБ, ответчик может отвечать или не отвечать. Сравнение амплитуд импульсов Р1 и Р2 производится в устройстве подавления боковых лепестков (ПБЛ) ответчика, которое преобразует амплитудный признак сигнала правильного запроса в признак количественный (количество импульсов с выхода приемника поступающих на вход дешифратора).

Рис.4.215. Трехимпульсная система подавления

При правильном запросе (Р1Р2) импульс Р2 в схеме сравнения подавляется и на вход дешифратора поступают два импульса Р1 и Р3 с кодовым интервалом, соответствующим запросному коду. Дешифратор распознает этот код и выдает команду в шифратор на формирование ответных сигналов. При неправильном запросе (Р1Р2) через схему сравнения амплитуд проходят все три импульса (Р1, Р2, Р3). Дешифратор декодирует временной интервал между импульсами Р1 и Р2, равный 2мкс, и формирует импульс БЛАНК ПБЛ длительностью 3510 мкс. Этот импульс отключает выход устройства ПБЛ от входа дешифратора. Таким образом, второй импульс запросного кода (Р3) на вход дешифратора не поступает и ответчик запирается.

Подавление по каналу ответа. Вторичный радиолокатор (запросчик) кроме основной антенны имеет приемную антенну подавления и приемник подавления. Диаграмма направленности основной антенны в горизонтальной плоскости имеет узкие лепестки (рис.4.216, а), а ДНА подавления либо круговая, либо слабонаправленная, но перекрывает боковые лепестки основной антенны. Прием ответных сигналов осуществляется одновременно как по основному приемному каналу, так и по каналу подавления. Принятые сигналы (видеоимпульсы) U₁ и U₂ вычитаются, а их разность U₃=U₁–U₂ через диод поступает в устройство обработки или в простейшем случае – на индикатор.

Если прием сигналов производится с направления основного лепестка а, то U₁U₂, U₃=U₁–U₂0 и разностный сигнал через диод проходит на дешифратор (индикатор).

Если прием ответного сигнала производится с направления б бокового лепестка, то U₁U₂, U₃=U₁–U₂0 и разностный сигнал отрицательной полярности через диод не проходит. Информация с направления боковых лепестков подавляется.

Эта система отличается простотой реализации, но ее применение сопровождается уменьшением дальности действия радиолокатора из-за ухудшения отношения сигнал/шум при вычитании сигналов.

Кроме того, в системе требуется линейность и идентичность амплитудных характеристик обоих каналов в динамическом диапазоне не менее 45дБ.

Для улучшения отношения сигнал/шум и повышения эффективности подавления сигналов боковых лепестков по всем направлениям, необходимо оптимизировать форму ДНА подавления. Для этого ДНА канала подавления должна иметь вид, изображенный на рис.4.217.

Устранение приема ложных ответов может достигаться и за счет применения временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ). Усиление приемника нарастает с увеличением дальности так, чтобы обеспечить прием сигналов только по главному лепестку диаграммы направленности антенны.

Недостаток, связанный с жесткими требованиями к амплитудным характеристикам приемников, может быть устранен преобразованием амплитудных различий сигналов в фазовые, которые в меньшей степени зависят от изменения коэффициентов передачи приемных трактов.

Фазовая система подавления сигналов боковых лепестков основана на создании фазовых различий сигналов, принимаемых основным и дополнительным каналами. В такой системе в качестве критерия принадлежности сигнала, принятого основным или боковыми лепестками ДНА, используется соотношение амплитуд этих сигналов. Однако, для исключения влияния различий коэффициентов передачи приемных трактов (основного и подавления) это соотношение амплитуд преобразуется в фазовые соотношения. Принцип работы заключается в следующем. Сигналы, принятые основной антенной и антенной подавления, одновременно складываются и вычитаются. Образующиеся суммарный и разностный сигналы получают относительно друг друга определенные фазовые различия, которые в зависимости от направления приема будут иметь одно из двух возможных значений:

– при приеме с направления главного лепестка основной антенны угол между векторами суммарного и разностного сигналов будет острым (<90⁰);

– при приеме сигналов с направления боковых лепестков угол между векторами суммарного и разностного сигналов будет тупым ( 90⁰).

Сказанное иллюстрируется на рис.4.217. При приеме с направления главного лепестка сигнал, поступающий от основной антенны, превышает сигнал от антенны подавления. Сдвиг фаз _г между векторами суммарного и разностного сигналов будет 0_г90⁰ (рис.4.218, а). При приеме с направления боковых лепестков сигнал, поступающий от основной антенны, будет всегда меньше сигналов, поступающих от антенны подавления. В этом случае (рис.4.218, б) угол между векторами суммарного и разностного сигналов будет тупым: 90⁰_бл180⁰.

Суммарные и разностные сигналы, получившие фазовые различия в зависимости от направления приема, усиливаются в отдельных каналах промежуточной частоты, после чего фазовые соотношения вновь преобразуются в амплитудные. Суммарные и разностные сигналы сравниваются по фазе с помощью фазового детектора. При этом суммарные сигналы промежуточной частоты используются в качестве опорных и подаются на оба плеча детектора в фазе. Разностные сигналы промежуточной частоты поступают на плечи фазового детектора в противофазе. При приеме сигналов с направления главного лепестка продетектированное напряжение во втором плече нагрузки фазового детектора будет всегда больше продетектированного напряжения первого плеча нагрузки. При приеме сигналов с направления боковых лепестков ситуация становится обратной.

Если теперь после фазового детектора включить схему амплитудного сравнения сигналов первого и второго плеч нагрузки, то на выходе ее останутся сигналы только от тех объектов, которые находятся в зоне действия главного лепестка ДНА основного канала.

Структурная схема приемника, осуществляющего подавление сигналов боковых лепестков, изображена на рис.4.219.

Рис.4.219. Схема подавления ложных ответов способом фазовых

различий сигналов

Недостатком схемы является неэффективность подавления сигналов с направления задних лепестков ДН основной антенны. Это объясняется тем, что по энергетическим соображениям создавать с помощью одной антенны подавления единую диаграмму направленности, перекрывающую все без исключения боковые лепестки, нецелесообразно.