СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА О СОСТОЯНИИ ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК G01S13/78 

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для получения в отраженном сигнале информации о состоянии объекта и выделения отраженного сигнала на фоне пассивных помех.

Известен способ получения информации о состоянии объекта, реализованный в устройстве (1), при котором формируют зондирующий сигнал высокой частоты и излучают его в сторону объекта, принимают зондирующий сигнал высокой частоты на объекте, принимают отраженный объектом сигнал высокой частоты с последующим получением информации о состоянии объекта.

Однако данный способ не обеспечивает достаточно высокий коэффициент полезного действия, высокую надежность и информативность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ, реализованный в устройстве (2), при котором формируют зондирующий сигнал высокой частоты и излучают его в сторону объекта, принимают зондирующий сигнал высокой частоты приемным электрическим диполем отражателя, установленного на объекте, принимают отраженный объектом сигнал высокой частоты с последующим получением информации о состоянии объекта.

Однако этот способ имеет те же недостатки.

Целью изобретения является повышение коэффициента полезного действия, надежности и информативности.

Поставленная цель достигается тем, что усовершенствуется способ получения информации о состоянии объекта, при котором формируют зондирующий сигнал высокой частоты и излучают его в сторону объекта, принимают зондирующий сигнал высокой частоты приемным электрическим диполем отражателя, установленного на объекте, принимают отраженный объектом сигнал высокой частоты с последующим получением информации о состоянии объекта.

Отличительные признаки способа получения информации о состоянии объекта заключаются в том, что формируют и излучают в сторону объекта К, где К = 2, 3, . . . зондирующих сигналов высокой частоты F_o, F_o + Δ F₁, F_o + Δ F₂, . . . , F_o + Δ F_i, . . . , F_o + Δ F_k при этом Δ F_i ≥ F_n, где F_n - полоса пропускания i-го приемного электрического диполя отражателя в условиях эксплуатации, принимают излученные сигналы на объекте и осуществляют в соответствующих приемных электрических диполях отражателя объекта предыскажение зондирующих сигналов высоких частот, формируют из полученных сигналов предыскажения в соответствующих отражательных электрических диполях отражателя объекта сигналы вторых гармонических составляющих 2F_o, 2(F_o + Δ F₁), 2(F_o + Δ F₂), . . . , 2(F_o + Δ F_i), . . . , 2(F_o+ Δ F_k), отражают полученный кодовый сигнал информации о состоянии объекта, принимают его и выделяют сигналы вторых гармоник в К приемниках, настроенных соответственно на частоты 2F_o, 2(F_o + Δ F₁), 2(F_o + Δ F₂), . . . , 2(F_o + Δ F_i), . . . , 2(F_o + Δ F_k), с последующей регистрацией, дешифрированием и получением информации о состоянии объекта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту устройством, реализующим предлагаемый способ, является устройство получения информации о состоянии объекта (2), содержащее передающую антенну, приемную антенну, приемник и размещенные на объекте приемный электрический диполь, настроенный на частоту зондирующего сигнала F_o, отражательный электрический диполь, в разрыв приемного электрического диполя включены параллельно соединенные нелинейный элемент и элемент переключения, а к точкам разрыва подключен отражательный электрический диполь.

Отличительными признаками устройства, реализующего предложенный способ, являются следующие.

Устройство содержит К-1 отражательных электрических диполей, настроенных соответственно на частоты зондирующих сигналов F_o + Δ F₁, F_o+ Δ F₂, . . . , F_o + Δ F_i, . . . , F_o + Δ F_k, в разрыв которых включены цепочки из параллельно включенных нелинейного элемента и элемента переключения, а к каждой точке разрыва подключены отражательные электрические диполи, настроенные соответственно на частоты вторых гармоник зондирующих сигналов 2F_o, 2(F_o + Δ F₁), 2(F_o + Δ F₂), . . . , 2(F_o+ Δ F_i), . . . , 2(F_o + Δ F_k), многоканальный передатчик с управлением, К-1 приемник, К блоков формирования сигналов распознавания, блок сопряжения, последовательно соединенные регистр, дешифратор и блок сигнализации, выход приемной антенны подключен к входу блока сопряжения, К выходов которого соединены с входами К приемников соответственно, выходы К приемников подключены к входам К блоков формирования сигналов распознавания соответственно, выходы которых подключены к соответствующим входам регистра, установочный вход которого соединен с шиной сигнала окончания цикла многоканального передатчика с управлением, выход которого подключен к входу передающей антенны.

Сущность изобретения заключается в том, что на объекте отсутствует источник питания, а отражение принятых зондирующих сигналов F_o, F_o + Δ F₁, F_o + Δ F₂, . . . , F_o + Δ F_i, . . . , F_o + Δ F_kосуществляется только на частотах вторых гармоник 2F_o, 2(F_o + Δ F₁), 2(F_o + Δ F₂), . . . , 2(F_o + Δ F_i), . . . , 2(F_o + Δ F_k), имеющих наибольшую энергетическую плотность.

Таким образом, при увеличении информативности существенно повышается КПД в связи с отсутствием потребления энергии на объекте. Кроме того, существенно повышается и надежность, так как отсутствуют элементы питания, наименее надежные и недолговечные устройства.

На фиг. 1 приведена структурная схема реализации одного из вариантов устройства получения информации о состоянии объекта; на фиг. 2 - структурная схема многоканального передатчика с управлением.

Устройство содержит приемные электрические диполи 1, 2 и 3, настроенные каждый на соответствующую частоту зондирующих сигналов F_o, F_o + Δ F₁, F_o + Δ F₂, . . . , F_o + Δ F_k, отражательные электрические диполи 4, 5 и 6, настроенные соответственно на частоты вторых гармоник 2F_o, 2(F_o + Δ F₁), 2(F_o + Δ F₂), . . . , 2(F_o + Δ F_k), нелинейные элементы 7, 8 и 9, элементы 10, 11 и 12 переключения, передающую антенну 13, приемную антенну 14, выходную шину 15 передатчика, входную шину 16 приемника, многоканальный передатчик 17 с управлением, блок 18 сопряжения, шину 19 управления, шину 20 сигнала окончания цикла, приемники 21, 22 и 23, блоки 24, 25 и 26 формирования сигналов распознавания, регистр 27 памяти, дешифратор 28, блок 29 сигнализации, передающий радиоканал 42, приемный радиоканал 43.

К обеим точкам разрыва каждого приемного электрического диполя 1, 2 и 3 подключены нелинейные элементы 7, 8 и 9 с параллельно подключенными к ним элементами 10, 11 и 12 переключения соответственно и отражательные электрические диполи 4, 5 и 6. Приемные и отражательные электрические диполи, расположенные на объекте, связаны с приемной и передающей антеннами, расположенными в составе аппаратуры распознавания, при помощи радиоканалов 43 и 42 соответственно. Вход передающей антенны 13 подключен к выходу многоканального передатчика 17 с управлением через выходную шину 15 передатчика. Выход приемной антенны 14 подключен к входам приемников 21, 22 и 23 через входную шину 16 приемника и блок 18 сопряжения. Выходы приемников 21, 22 и 23 подключены соответственно к входам блоков 24, 25 и 26 формирования сигналов распознавания, выходы которых подключены к входам регистра 27 памяти, входы блока 29 сигнализации подключены к выходам дешифратора 28, вход установки в "0" регистра 27 памяти связан с первым выходом 20 многоканального передатчика 17 с управлением.

Многоканальный передатчик 17 с управлением (см. фиг. 2) содержит управляемый генератор 30 импульсов, счетчик 31, дешифратор 32, формирователи 33-36 сигналов, СВЧ-генераторы 37-40, волноводный объединитель (сборку) 41, выходную шину 15 и шину 19 управления.

Вход управляемого генератора 30 импульсов подключен к шине 19 управления, а выход - к счетному входу счетчика 31, первый, второй, третий и четвертый информационные выходы счетчика 31 подсоединены к первому, второму, третьему и четвертому входам дешифратора 32, первый, второй, третий и четвертый выходы которого связаны с входами соответственно первого, второго, третьего и четвертого формирователей 33-36 сигналов, входы и выходы СВЧ-генераторов 37-40 подключены соответственно к выходам формирователей 33-36 и к входам волноводного объединителя 41, выход которого связан с выходной шиной 15 передатчика.

Многоканальный передатчик 17 с управлением (см. фиг. 2) работает следующим образом.

Сигналы с выхода управляемого генератора 30 импульсов подаются на счетный вход счетчика 31, где осуществляется их пересчет. С информационных выходов счетчика 31 сигналы кодовых комбинаций подаются на входы дешифратора 32, который осуществляет преобразование двоичного кода в позиционный. При этом каждому значению двоичного кода соответствует сигнал на определенном выходе дешифратора 32. Сигналы с выходов дешифратора 32 далее формируются по длительности и амплитуде с помощью формирователей 33-36. Сформированные соответствующим образом сигналы с выходов формирователей подаются на входы СВЧ-генераторов 37-40, осуществляя модуляцию сигналов высокой частоты соответственно F_o, F_o + Δ F₁, F_o + Δ F₂, F_o + Δ F₃. При этом с выходов СВЧ-генераторов 37-40 имеют место посылки импульсных высокочастотных сигналов. Причем с выхода СВЧ-генератора 38 импульсный высокочастотный сигнал сдвинут по времени относительно сигнала с выхода СВЧ-генератора 37 на величину периода сигналов с выхода генератора 30 импульсов. В свою очередь сигнал с выхода СВЧ-генератора 39 сдвинут по времени относительно сигнала с выхода СВЧ-генератора 38 на величину периода сигналов с выхода генератора 30 импульсов. И так далее.

Посылки импульсных высокочастотных сигналов с выходов СВЧ-генераторов 37-40 далее объединяются в один передающий канал с помощью волноводного объединителя 41 сигналов. При этом на его выходе имеет место последовательность посылок стабильных импульсных зондирующих сигналов высоких частот F_o, F_o + Δ F₁, F_o + Δ F₂, F_o + Δ F₃, которые подаются на выходную шину 15 передатчика. Для обеспечения возможности оперативного изменения временного сдвига между импульсами предусматривается возможность изменения частоты импульсов с выхода генератора 30 с помощью подачи сигналов управления с шины 19 управления на управляющий вход генератора.

Формирование импульсных посылок осуществляется циклически. В конце каждого цикла на выходе счетчика 31 вырабатывается сигнал окончания цикла, который подается на шину 20 сигнала окончания цикла, который далее используется для обнуления регистра 27 памяти.

Устройство получения информации о состоянии объекта (см. фиг. 1) работает следующим образом.

Многоканальный передатчик 17 с управлением вырабатывает в каждой посылке последовательность зондирующих импульсов с частотой F_o, F_o + Δ F₁, F_o + Δ F₂, F_o + + Δ F₃, . . . , F_o + Δ F_k. Эти сигналы подаются через выходную шину 15 передатчика на вход передающей антенны 13, которая излучает их в эфир.

Зондирующие сигналы принимаются соответственно приемными электрическими диполями 1, 2, 3, . . . , К. Сигналы, наведенные в них, подаются на входы нелинейных элементов 7, 8, 9, . . . , К с параллельно подключенными к ним элементами переключения 10, 11, 12, . . . , К. В результате через эти цепочки начинает протекать ток. В зависимости от положения элементов переключения, характеризующих состояние объекта, имеет место либо наличие отраженных сигналов от соответствующих диполей, либо их отсутствие.

В случае, если элемент переключения разомкнут, рабочая точка нелинейного элемента находится в нелинейной области. При этом на нелинейном элементе при приеме соответствующим диполем зондирующего сигнала появляются гармонические составляющие этого сигнала.

Эти сигналы подаются на отражательные электрические диполи, связанные с нелинейным элементом и настроенные на вторые гармоники (имеющие наибольшую энергетическую плотность) 2F_o, 2(F_o + Δ F₁), 2(F_o + Δ F₂), 2(F_o + Δ F₃), . . . , 2(F_o + Δ F_k). При этом осуществляется излучение в эфир сигнала на данной частоте.

В случае, если элемент переключения замкнут, то нелинейный элемент исключается из цепи, в которой действуют сигналы с выходов диполей. При этом очевидно, что на нелинейном элементе при приеме зондирующего сигнала отсутствуют гармонические составляющие этого сигнала и, следовательно, не происходит излучения сигнала в эфир с отражательных электрических диполей, связанных с данным нелинейным элементом.

Сигналы, излучаемые отражательными электрическими диполями 4, 5, 6, . . . , К, принимаются приемной антенной 14 и далее с ее выхода подаются через входную шину 16 приемника и блок 18 сопряжения на входы приемников 21, 22, 23, . . . , К. Поскольку каждый из приемных каналов настроен на свою частоту, то принятый сигнал проходит в тот приемный канал, который настроен на его частоту.

С выходов приемных каналов сигналы формируются с помощью формирователей 24, 25, 26, . . . , К сигналов и далее с их выходов подаются на входы регистра 27 памяти, где запоминаются. С выходов регистра 27 памяти сигналы подаются на входы дешифратора 28. Дешифратор 28 служит для согласования сигналов с целью обеспечения возможности оптимального оповещения. С выходов дешифратора сигналы подаются на вход блока 29 сигнализации и оповещения.

Следует отметить, что с началом каждого цикла зондирования регистр 27 памяти обнуляется сигналом, поступающим с выхода многоканального передатчика 17 через шину 20, и описанный процесс повторяется.

Блок 18 сопряжения предназначен для осуществления сопряжения между выходом приемной антенны 14 и входами приемников 21, 22 и 23.

Управляемый генератор 30 импульсов представляет собой генератор частоты с цепочкой управления частотой сигналом напряжения и выходным формирователем импульсов для работы с цифровыми элементами. (56) 1. Патент США N 4090198, кл. 560-99, 1978.

2. Патент США N 3108275, кл. 343-18, 1960.

Использование: в радиотехнике для получения в отраженном сигнале информации о состоянии объекта. Сущность изобретения: устройство, реализующее способ, содержит K, где K 2, 3, . . . , приемных электрических диполей 1, 2, 3, K отражательных электрических диполей 4, 5, 6, K нелинейных элементов 7, 8, 9, K элементов переключения 10, 11, 12, передающую антенну 13, приемную антенну 14, выходную шину передатчика 15, входную шину приемника 16, многоканальный передатчик с управлением 17, блок сопряжения 18, шину управления, шину сигнала окончания цикла 20, K приемников 21, 22, 23, K блоков формирования сигналов распознования 24, 25, 26, регистр памяти 27, дешифратор 28, блок сигнализации 29. 14 - 16 - 18 - 21 - 24 - 27 - 28 - 29, 18 - 22 - 25 - 27, 18 - 23 - 26 - 27, 17 - 15 - 13, 3 - 9 - 12 - 6, 2 - 8 - 11 - 5, 1 - 7 - 10 - 4, 17 - 20 - 27. 1 с. п. ф-лы, 2 ил.

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА О СОСТОЯНИИ ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Способ фоpмиpования сигнала о состоянии объекта, пpи котоpом фоpмиpуют зондиpующий сигнал высокой частоты F₀ и излучают его в стоpону объекта, пpинимают зондиpующий сигнал высокой частоты пpиемным электpическим диполем отpажателя, установленного на объекте, пpедискажают в зависимости от состояния объекта, пpинимают отpаженный объектом сигнал высокой частоты с последующим получением инфоpмации о состоянии объекта, отличающийся тем, что дополнительно фоpмиpуют и излучают в стоpону объекта К-1, где К= 2,3, . . . , зондиpующих сигналов высокой частоты, F_o+ΔF₁ , F_o+ΔF₂ , . . . , F_o+ΔF_i , . . . , F_o+ΔF_k , пpи этом ΔF_i ≥ F_п , где F_n - полоса пpопускания i-го пpиемного электpического диполя отpажателя в условиях эксплуатации, пpинимают излучение сигналы на объекте и осуществляют в соответствующих пpиемных электpических диполях отpажателя объекта пpедискажение зондиpующих сигналов высоких частот в зависимости от состояния объекта, фоpмиpуют из полученных сигналов пpедискажения в соответствующих отpажательных электpических диполях отpажателя объекта сигналы втоpых гаpмонических составляющих 2F₀, { 2(F_о+ΔF₁), } , 2(F_o+ΔF₂) , . . . , 2(F_o+ΔF_i) , . . . , 2(F_o+ΔF_k) , пpедставляющие собой кодовый сигнал инфоpмации, в котоpом наличие гаpмонического сигнала символизиpует собой "I", а его отсутствие - "0", отpажает полученный кодовый сигнал инфоpмации о состоянии объекта, пpинимают его и выделяют сигналы втоpых гаpмоник в K пpиемниках, настpоенных соответственно на частоте 2F, 2(F_o+ΔF₁) , 2(F_o+ΔF₂) , . . . , 2(F_o+ΔF_i) , . . . , 2(F_o+ΔF_k) , с последующей pегистpацией, дешифpиpованием, получением инфоpмации о состоянии объекта, опpеделением его значения и фоpмиpовании сигнала оповещения.