РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ Российский патент 1999 года по МПК G01S13/02 G01S13/04 G01S13/26 

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для радиотехнической навигации, в частности для судовождения.

Недостатком известных импульсных РЛС, таких, например, как "Furuno" [1], применяемых в настоящее время в судовой радионавигации, являются низкая экологическая чистота и недостаточная электромагнитная совместимость с другими радиосредствами, а также невысокая помехозащищенность, что является следствием применения зондирующих импульсов с высокой скважностью (порядка 10³) и сравнительно высокой импульсной мощностью при некогерентном принципе построения.

Известна импульсная РЛС по патенту Франции [2], которая построена по когерентному принципу и содержит приемопередающее устройство, использующее импульсные сигналы с внутриимпульсной фазовой манипуляцией (ФМ), устройство для сжатия импульсов и обнаружитель. Применение в этой РЛС сигналов с малой скважностью с внутриимпульсной ФМ позволяет уменьшить импульсную мощность при сохранении энергии импульсов и ширины их спектра, при этом обеспечиваются требуемые дальность обнаружения и разрешение по дальности и достигается повышение экологической чистоты и помехозащищенности.

Недостатком указанной РЛС являются сравнительно высокий уровень остатков (боковых лепестков автокорреляционной функции) при сжатии сложных ФМ-сигналов и, как следствие, недостаточный динамический диапазон и малая вероятность обнаружения малоразмерных объектов, маскируемых остатком эхо-сигналов от больших объектов, а также отсутствие наблюдаемости эхо-сигналов от целей, находящихся на дальностях, существенно меньших величины

где с - скорость света;
T_И - длительность зондирующих импульсов ФМ-сигнала,
т.е. ограниченный диапазон дальностей обнаруживаемых целей.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является РЛС [3], которая принимается за прототип. РЛС-прототип содержит последовательно соединенные передатчик, антенный переключатель и антенну, приемник, сигнальный вход которого подключен к третьему плечу антенного переключателя, а также блок из двух формирующих фильтров с двумя коммутаторами - входов и выходов, блок синхронизации и управления, блок из двух фильтров сжатия с двумя коммутаторами - входов и выходов и устройство первичной обработки информации с соответствующими связями. РЛС-прототип обеспечивает существенное подавление остатков после сжатия благодаря попеременному (череспериодному) излучению ФМ-сигналов с различными кодами ФМ, которые выбирают так, чтобы максимально скомпенсировать боковые лепестки друг друга при сжатии.

Однако недостатком РЛС-прототипа, как и аналога, являются отсутствие наблюдаемости эхо-сигналов от целей, находящихся на дальностях, существенно меньших величины R₀ = 0,5cT_И, а также недостаточная разрешающая способность по дальности и точность измерения дальности целей, находящихся на малых дальностях, что в результате может привести к навигационным ошибкам.

Технической задачей изобретения является расширение диапазона дальностей обнаруживаемых целей при одновременном повышении разрешающей способности по дальности и точности измерения дальности обнаруживаемых целей при сохранении высокой помехозащищенности и экологической чистоты.

Для достижения заявленного технического результата предлагается использование в РЛС ФМ-сигналов с длительностью T_И, которая уменьшается при переходе от обзора с большей дальностью к обзору с меньшей дальностью, в частности, путем уменьшения длительности одного дискрета ФМ-сигнала при сохранении разрядности N кода фазовой манипуляции, а при работе с минимальной дальностью обзора - на первой шкале дальности - предлагается использовать простой импульсный сигнал с минимальной длительностью τ_И. При этом импульсная мощность сигналов постоянна и выбирается исходя из максимальной требуемой дальности обнаружения обнаруживаемых целей, что и приводит к сохранению экологической чистоты. Это оказывается возможным, потому что снижение энергии зондирующих импульсов из-за уменьшения длительности ФМ-сигналов по мере перехода к меньшей дальности компенсируется повышением импульсной мощности отраженных сигналов, обратно пропорциональной четвертой степени дальности до цели. С другой стороны, уменьшение длительности ФМ-сигналов при сохранении разрядности N кода ведет к повышению разрешения по дальности, так как уменьшается длительность одного дискрета кода ФМ, которая определяет разрешение по дальности в соответствии с соотношением

одновременно повышается и точность измерения дальности, так как среднеквадратичная ошибка измерения дальности до цели в радиолокации пропорциональна τ_И. На самой малой шкале дальности предлагается использование простых импульсных сигналов с длительностью τ_И, равной длительности дискрета самого короткого из применяемых ФМ-сигналов, что обеспечивает минимальную дальность так называемой мертвой зоны, в которой принимаемые сигналы не обнаруживаются из-за бланкирования приемника зондирующим импульсом.

Сущность изобретения заключается в том, что в радиолокационную станцию, содержащую последовательно соединенные передатчик, антенный переключатель и антенну, приемник, сигнальный вход которого подключен к третьему плечу антенного переключателя, первый блок формирующих фильтров, блок синхронизации и управления, первый блок фильтров сжатия и устройство первичной обработки информации, причем входы сигналов коммутации блока формирующих фильтров, блока сжатия и устройства первичной обработки информации объединены между собой и подключены к выходу сигнала коммутации кодов блока синхронизации и управления, выходы синхроимпульсов и тактовых импульсов которого присоединены к соответствующим входам устройства первичной обработки информации, введены импульсный модулятор, второй блок формирующих фильтров, второй блок фильтров сжатия, четыре коммутатора блоков фильтров, два усилителя, первый коммутатор режимов, полосовой фильтр, последовательно соединенные второй коммутатор режимов, амплитудный детектор и видеоусилитель, а также устройство вторичной обработки информации и устройство отображения, причем вход импульсного модулятора соединен с выходом синхроимпульсов блока синхронизации и управления, а выход импульсного модулятора подключен ко входу модуляции передатчика, гетеродинный выход которого соединен с гетеродинным входом приемника, а сигнальный вход передатчика соединен с выходом первого коммутатора блоков фильтров, первый и второй входы которого соединены с одноименными выходами второго коммутатора блоков фильтров через первый и второй блоки формирующих фильтров, соответственно, а сигнальный вход второго коммутатора блоков фильтров соединен с выходом импульсов возбуждения блока синхронизации и управления, сигнальный вход первого коммутатора режимов соединен с выходом приемника, первый выход первого коммутатора режимов соединен с первым входом второго коммутатора режимов через полосовой фильтр, а второй выход первого коммутатора режимов через первый усилитель соединен с первым входом третьего коммутатора блоков фильтров, первый и второй выходы которого через соответствующие первый и второй блоки фильтров сжатия соединены с одноименными входами четвертого коммутатора блоков фильтров, выход которого через второй усилитель соединен со вторым входом второго коммутатора режимов, управляющие входы первого и второго коммутаторов режимов подключены к выходу сигнала коммутации режимов блока синхронизации и управления, третьи управляющие входы четырех коммутаторов блоков фильтров, а также вход управления полосой видеоусилителя подключены к выходу сигналов управления длительностью зондирующих импульсов блока синхронизации и управления, входы сигналов коммутации второго блока формирующих фильтров и второго блока фильтров сжатия подключены к выходу сигнала коммутации кодов блока синхронизации и управления, выход видеоусилителя соединен со входом устройства вторичной обработки информации через устройство первичной обработки информации, второй и третий выходы которого и выход устройства вторичной обработки информации соединены с соответствующими входами устройства отображения, выход которого подключен ко входу блока синхронизации и управления, второй выход устройства вторичной обработки подключен к третьему, а выход датчика углов антенны - к четвертому входу устройства первичной обработки информации.

Предлагаемая РЛС отличается также тем, что передатчик содержит последовательно соединенные возбудитель и усилитель мощности, причем сигнальный вход возбудителя образует соответствующий вход передатчика, выход усилителя мощности является первым выходом, а его вход модуляции - вторым входом передатчика, выход колебаний гетеродинной частоты возбудителя является вторым выходом передатчика.

Кроме этого, приемник содержит последовательно соединенные блок защиты, усилитель высокой частоты, смеситель и усилитель промежуточной частоты, причем вход блока защиты соединен с сигнальным входом приемника, гетеродинный вход смесителя образует второй вход приемника, а выход усилителя промежуточной частоты является выходом приемника.

Сущность изобретения поясняется дальнейшим описанием и чертежами, на которых фиг. 1 - структурная схема РЛС, фиг. 2 - структурная схема блока формирующих фильтров, фиг. 3 - структурная схема фильтров сжатия, фиг. 4 - структурная схема устройства первичной обработки информации, фиг. 5 - структурная схема блока синхронизации и управления, фиг. 6 - осциллограммы сигналов на выходах блока синхронизации и управления.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения:
1 - антенна (А), 2 - антенный переключатель (АП), 3 - передатчик (Пер), 4 - усилитель мощности (УМ), 5 - возбудитель (В), 6, 7 - первый и второй блоки формирующих фильтров соответственно (БФФ₁, БФФ₂), 8, 9 - первый и второй коммутаторы блоков фильтров соответственно (К₁, К₂), 10 - блок синхронизации и управления (БСУ), 11 - импульсный модулятор (ИМ), 12 - приемник (Пр), 13 - блок защиты (БЗ), 14 - усилитель высокой частоты (УВЧ), 15 - смеситель (СМ), 16 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ), 17 - первый коммутатор режимов (КР₁), 18 - полосовой фильтр (ПФ), 19 - второй коммутатор режимов (КР₂), 20, 25 - первый и второй усилители соответственно (УС₁, УС₂), 21, 24 - третий и четвертый коммутаторы блоков фильтров соответственно (К₃, К₄), 22, 23 - первый и второй блоки фильтров сжатия соответственно (БФС₁, БФС₂), 26 - амплитудный детектор (АД), 27 - видеоусилитель (ВУ), 28 - устройство первичной обработки информации (УПОИ), 29 - устройство вторичной обработки информации (УВОИ), 30 - устройство отображения (УО).

На схеме фиг. 1 последовательно соединены первый коммутатор 8 блоков фильтров, передатчик 3, представляющий последовательное соединение возбудителя 5 и усилителя 4 мощности, антенный переключатель 2 и антенна 1, последовательно соединены приемник 12, представляющий последовательное соединение блока 13 защиты, усилителя 14 высокой частоты, смесителя 15 и усилителя 16 промежуточной частоты, и первый коммутатор 17 режимов, последовательно соединены второй коммутатор 19 режимов, амплитудный детектор 26, видеоусилитель 27, устройство 28 первичной обработки информации и устройство 29 вторичной обработки информации, последовательно соединены устройство 30 отображения и блок 10 синхронизации и управления. Первый сигнальный вход приемника 12 подключен к третьему плечу антенного переключателя 2, а второй - гетеродинный - вход приемника 12 соединен со вторым выходом передатчика 3, между одноименными первыми и вторыми входами первого и выходами второго коммутаторов 8, 9 блоков фильтров включены соответствующие первый и второй блоки 6 и 7 формирующих фильтров, а между одноименными - первым и вторым - выходами третьего коммутатора 21 и входами четвертого коммутатора 24 блока фильтров включены соответствующие первый и второй блоки 22 и 23 фильтров сжатия. Первый выход первого коммутатора 17 режимов соединен с одноименным входом второго коммутатора 19 через полосовой фильтр 18, а второй выход коммутатора 17 соединен со входом третьего коммутатора 21 блоков фильтров через первый усилитель 20, а выход четвертого коммутатора 24 блоков фильтров соединен со вторым входом второго коммутатора 19 режимов через второй усилитель 25. Выход датчика углов антенны 1 соединен с соответствующим - четвертым - входом устройства 28 первичной обработки информации, его пятый вход (сигналов коммутации) объединен с управляющими входами блоков 6 и 7 формирующих фильтров и блоков 22 и 23 фильтров сжатия и подключен к первому выходу (сигналов коммутации кодов) блока 10 синхронизации и управления. Выходы блока 10 соединены соответственно, второй выход (синхроимпульсов) - со вторым входом передатчика 3 через импульсный модулятор 11 и вторым входом устройства 28 первичной обработки информации, третий выход (сигналов управления длительностью зондирующих импульсов) - с объединенными между собой входами управления видеоусилителя 27 и коммутаторов 8, 9, 21 и 24 блоков фильтров, четвертый выход (тактовых импульсов) - с шестым входом устройства 28 первичной обработки информации, пятый выход (сигнала коммутации режимов) - с управляющими входами коммутаторов 17 и 19 режимов, а шестой выход (импульсов возбуждения) - со входом второго коммутатора 9 блоков формирующих фильтров. Второй и третий выходы устройства 28 первичной обработки информации соединены с одноименными входами устройства 30 отображения, первый вход которого соединен с первым выходом устройства 29 вторичной обработки информации, а второй выход последнего соединен с третьим входом устройства 28 первичной обработки информации.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: 31 - коммутатор входов формирующих фильтров (КОМ_вх), 32, 33 - первый и второй формирующие фильтры соответственно (ФФ₁₁, ФФ₁₂), 34 - коммутатор выходов формирующих фильтров (КОМ_вых).

На схеме фиг. 2 первый вход блока 6 (7) соединен со входом коммутатора 31, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими одноименными входами коммутатора 34 через первый и второй формирующие фильтры 32 и 33 соответственно, выход коммутатора 34 образует выход блока 6 (7), а второй вход блока 6 (7) соединен с объединенными входами управления коммутаторами 31 и 34.

На фиг. 3 приняты следующие обозначения: 35 - коммутатор входов фильтров сжатия (КОМ_вх), 36, 37 - первый и второй фильтры сжатия (ФС₁₁, ФС₁₂), 38 - коммутатор выходов фильтров сжатия (КОМ_вых).

На схеме фиг. 3 первый вход блока 22 (23) соединен со входом коммутатора 35, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими одноименными входами второго коммутатора 38 через первый и второй фильтры 36, 37 сжатия соответственно, выход коммутатора 38 образует выход блока 22 (23), а второй вход блока 22 (23) соединен с объединенными входами управления коммутаторов 35 и 38.

На фиг. 4 приняты следующие обозначения: 39 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП), 40 - первый счетчик (Сч₁), 41 - первый элемент задержки (ЭЗ₁), 42 - первое оперативное запоминающее устройство (ОЗУ₁), 43 - первый вентиль (B₁), 44 - первый коммутатор (KOM₁), 45 - двухвходовый сумматор (ДС), 46 - второе оперативное запоминающее устройство (ОЗУ₂), 47 - инвертор (Инв), 48 - второй вентиль (В₂), 49 - третий вентиль (В₃), 50 - второй счетчик (Сч₂), 51 - первый дешифратор (ДШ₁), 52 - второй коммутатор (КОМ₂), 53 - нулевая шина (НШ), 54 - амплитудный компаратор (АК), 55 - третье оперативное запоминающее устройство (ОЗУ₃), 56 - регистр (Р), 57 - многовходовый сумматор (МС), 58 - пороговый блок (ПБ), 59 - измеритель азимута (ИА), 60 - измеритель дальности (ИД), 61 - второй дешифратор (ДШ₂), 62 - оперативное запоминающее устройство целей (ОЗУЦ), 63 - второй элемент задержки (ЭЗ₂).

На схеме фиг. 4 первый - сигнальный - вход устройства 28 первичной обработки информации соединен через аналого-цифровой преобразователь 39 с первым входом двухвходового сумматора 45, синхровход аналого-цифрового преобразователя 39 объединен с первыми - сигнальными - входами первого, второго и третьего вентилей 43, 48 и 49 соответственно, а также со счетным входом первого счетчика 40 и подключен ко шестому входу (тактовых импульсов) устройства 28 первичной обработки информации. Выход первого счетчика 40 соединен с объединенными между собой адресными входами первого-третьего оперативных запоминающих устройств 42, 46 и 55, вторыми информационными входами измерителей 59, 60 азимута и дальности соответственно и подключен ко второму выходу устройства 28 первичной обработки информации. Обнуляющий вход первого счетчика 40 соединен со вторым входом (синхроимпульсов) устройства 28 первичной обработки информации. Выходы первого и второго вентилей 43, 48 соединены с управляющими входами первого и второго оперативных запоминающих устройств 42, 46, выход третьего вентиля 49 - с тактовым входом регистра 56 и через элемент задержки 63 с управляющим входом ОЗУ₃ 55. Выходы первого оперативного запоминающего устройства 42 и второго оперативного запоминающего устройства 46 соединены с первым и вторым входами первого коммутатора 44, а выход последнего подключен ко второму входу двухвходового сумматора 45, выход которого подключен ко входу записи ОЗУ₁ 42 через второй коммутатор 52, ко входу записи ОЗУ₂ 46 непосредственно и ко входу старшего разряда записи ОЗУ₃ 55 через амплитудный компаратор 54. Пятый вход - сигнала коммутации кодов - устройства 28 первичной обработки информации соединен с объединенными между собой управляющими входами первого вентиля 43 и первого коммутатора 44 непосредственно, через инвертор 47 с управляющим входом второго вентиля 48, а также через последовательно соединенные второй счетчик 50 и дешифратор 51 с объединенными между собой управляющими входами третьего вентиля 49 и второго коммутатора 52, ко второму сигнальному входу которого подключена нулевая шина 53. Выход дешифратора 51 подключен также к обнуляющему входу счетчика 50 через элемент задержки 41. Выходы третьего ОЗУ₃ 55 поразрядно соединены с соответствующими входами регистра 56, выходы последнего также поразрядно соединены со входами многовходового сумматора 57, кроме того, выходы всех разрядов регистра 56, кроме крайнего "младшего", соединены с соответствующими входами записи третьего ОЗУ₃ 55. Выход многовходового сумматора 57 через пороговый блок 58 соединен с объединенными между собой первыми - сигнальными - входами измерителя 59 азимута и измерителя 60 дальности, выходы последних соединены соответственно с первым и вторым входами оперативного запоминающего устройства 62 целей, выход которого является первым выходом устройства 28 первичной обработки информации, третий вход которого соединен с одноименным входом ОЗУЦ 62, а четвертый вход соединен с третьим входом измерителя 59 азимута и с третьим выходом устройства 28 через второй дешифратор 61.

На фиг. 5 приняты следующие обозначения: 64 - генератор тактовых импульсов (ГТИ), 65 - счетчик (Сч), 66 - постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), 67₁, ..., 67₄ - мультиплексоры (3 => 1) (МП₁, .. МП₄), 68 - регистр (РГ), 69 - элемент задержки (ЭЗ).

На схеме фиг. 5 выход генератора 64 тактовых импульсов соединен с тактовыми входами счетчика 65 и регистра 68. Выходы разрядов счетчика 65 соединены с адресным входом ПЗУ 66, выходы первого, двенадцатого и тринадцатого разрядов ПЗУ соединены с первым, шестым и седьмым сигнальными входами регистра 68 соответственно. Выходы разрядов со второго по четвертый ПЗУ 66 подключены ко входам первого мультиплексора 67₁, пятого-шестого - ко входам второго мультиплексора 67₂, а выходы разрядов с седьмого по девятый и десятого-одиннадцатого разрядов соединены соответственно со входами третьего и четвертого мультиплексоров 67₃, 67₄. Выходы мультиплексоров 67₃, ..., 67₄ соединены с сигнальными входами регистра 68 со второго по пятый, а управляющие входы всех мультиплексоров 67 объединены между собой и подключены ко входу блока 10 синхронизации и управления. Выходы шести сигнальных разрядов регистра являются соответствующими выходами блока 10, а выход седьмого разряда - обнуляющего сигнала - через элемент 69 задержки соединен с обнуляющим входом счетчика 65.

На фиг. 6 приняты следующие обозначения: 70 - сигнал коммутации кодов в виде меандра с длительностью импульсов T_П, равной периоду повторения зондирующих импульсов РЛС для управления блоками 6, 7 и 22, 23, а также УПОИ - на первом выходе блока 10 синхронизации и управления, 71 - синхронизирующие импульсы с длительностью T_И, равной длительности зондирующих импульсов, и с периодом повторения T_П для управления импульсным модулятором 11 и УПОИ 28 на втором выходе блока 10, 72 - пачки тактовых импульсов длительностью τ₀ ≪ τ_И, где τ_И - период импульсов (такт), для управления УПОИ 28 на четвертом выходе блока 10, 73 - импульсы возбуждения с длительностью τ₀ ≪ τ_И и периодом T_П для возбуждения формирующих фильтров в блоках 6 и 7 на шестом выходе блока 10.

Сигналы на третьем и пятом выходах блока 10 имеют вид постоянных напряжений уровней "0" или "1" - в зависимости от желаемой длительности зондирующих импульсов и выбора режима - работа с простыми импульсами (И) или ФМ-сигналами (ФМ).

РЛС работает следующим образом.

На вход коммутатора 9 с шестого выхода блока 10 синхронизации и управления (работа блока 10 рассмотрена ниже) поступает импульс возбуждения с длительностью τ₀ и периодом повторения T_П (см. 73, фиг. 6). В зависимости от значения управляющего сигнала, "0" или "1", поступающего на третьи входы коммутаторов 8, 9, 21 и 24 с третьего выхода БСУ 10, происходят формирование и отработка ФМ-сигналов с различной длительностью, а именно T_И1 = Nτ_И1 или T_И2 = Nτ_И2, причем, в частности, τ_И2 = 2τ_И1. При этом импульс возбуждения поступает через коммутатор 9 на вход одного из блоков (6 или 7) формирующих фильтров (фиг. 2). В свою очередь, каждый из этих блоков состоит из двух формирующих фильтров (32 и 33), которые коммутируются синхронно работающими коммутаторами 31 и 34 по входу и по выходу. Эти фильтры отличаются друг от друга только видом кодирующих последовательностей (при одинаковой длительности T_И и числе разрядов кода N), которые подобраны так, что после сжатия и суммирования сигналов их боковые лепестки частично взаимно компенсируются. Сами формирующие фильтры 32 и 33 могут быть реализованы на многовходовых линиях задержки, использующих поверхностно-акустические волны (ПАВ), которые возбуждаются широкополосными импульсами на промежуточной частоте с "правой" стороны линии задержки (см., например, [4], Ч. Кук и М. Бернфельд, Радиолокационные станции, "Сов. Радио", М. 1971, стр. 302-303, рис. 8.45), при этом сформированный импульс на промежуточной частоте с ФМ появляется на выходе суммирующей схемы. Заметим, забегая вперед, что для фильтра сжатия применяется такой же фильтр, но при этом ЧФМ-сигнал подается, как обычно, "слева", а на выходе суммирующей схемы образуется сжатый сигнал.

Итак, на выходе формирующего фильтра (32 или 33) образуется ФМ-сигнал на промежуточной частоте, который проходит через коммутатор 8 и поступает на вход возбудителя 5 с сигнального входа передатчика 3. Возбудитель 5 состоит из гетеродина-генератора высокочастотных СВЧ-колебаний гетеродинной частоты f_Г и смесителя, на один вход которого поступают колебания гетеродина, а на второй - ФМ-сигналы промежуточной частоты f_ПЧ с сигнального входа передатчика 3. На первом выходе возбудителя образуются колебания частоты сигнала f_С в результате смешения, например f_С = f_Г + f_ПЧ. Колебания частоты сигнала усиливаются затем в усилителе 4 мощности, а колебания гетеродинной частоты f_Г поступают непосредственно от гетеродина через второй выход передатчика и одноименный вход приемника 3 на гетеродинный вход его смесителя 15.

На второй вход передатчика через импульсный модулятор 11 поступают импульсы со второго выхода блока 10 синхронизации и управления (см. 71, фиг. 6) с длительностями T_И, так что на выходе передатчика в режиме ФМ формируются импульсы с длительностями T_И = T_И1 или T_И2 с внутриимпульсной ФМ N-разрядным кодом. Эти импульсы переходят через антенный переключатель 2 в антенну 1 и излучаются в пространство.

При работе РЛС в импульсном режиме с простыми импульсными сигналами длительность импульсов, поступающих на импульсный модулятор 11 с блока 10, выбирается равной длительности короткого дискрета ФМ-сигнала, так что T_И = τ_И1, при этом формируются простые импульсы без внутриимпульсной модуляции и с длительностью T_И = τ_И1.
Отраженные от целей сигналы из антенны через третье плечо антенного переключателя 2 поступают на блок 13 защиты приемника 12, выполненный на базе разрядников или туннельных диодов, а затем после усиления на частоте сигнала в усилителе 14 высокой частоты преобразуются в смесителе 15 на промежуточную частоту, а после усиления в усилителе 16 промежуточной частоты приходят на вход первого коммутатора 17 режимов.

В зависимости от значения управляющего сигнала на управляющих входах коммутаторов 17 и 19 режимов ("0" или "1") сигналы проходят через полосовой фильтр 18 на первый вход второго коммутатора 19 режимов (в случае работы РЛС в режиме "И" - простых импульсных сигналов) или попадают через первый усилитель 20 на вход третьего коммутатора 21 блоков фильтров (в случае работы РЛС в режиме "ФМ" - использование ФМ-сигналов). Далее, в зависимости от значения сигналов на управляющих входах коммутаторов 21 и 24 блоков фильтров, работающих синхронно с коммутаторами 8 и 9, ФМ-сигналы проходят через блок 22 или блок 23 фильтров сжатия согласованно с ФМ-сигналами с длительностями T_И1 или T_И2 соответственно. Так, если, например, используются ФМ-сигналы с длительностью T_И1, сформированные формирующим фильтром 32 из блока 6 формирующих фильтров, то, поскольку коммутаторы 31, 34 и 35, 38 также работают синхронно, ФМ-сигналы от целей проходят через согласованный с ними фильтр 36 сжатия блока 22 фильтров сжатия в текущем периоде повторения, а в следующем периоде повторения ФМ-сигналы, сформированные фильтром 33, проходят через согласованный с ними фильтр 37 сжатия того же блока 22 и т.д. Сжатые сигналы через коммутатор 24 блоков фильтров и усилитель 25 попадают на второй вход второго коммутатора 19 режимов. Сигналы с выхода второго коммутатора 19 режимов попадают на амплитудный детектор 26, в котором детектируются по амплитуде. Видеосигналы с выхода амплитудного детектора 26 проходят через видеоусилитель 27 на вход устройства 28 первичной обработки информации. Полоса видеоусилителя 27 регулируется сигналом, управляющим длительностью (т.е. шириной спектра) ФМ-сигналов и поступающим на его второй вход с третьего выхода блока 10 управления и синхронизации.

УПОИ 2 работает следующим образом (см. фиг. 4).

Импульсный видеосигнал с выхода видеоусилителя 27 поступает через первый вход УПОИ 28 на сигнальный вход аналого-цифрового преобразователя 39, на управляющий вход которого поступает пачка импульсов с шестого входа УПОИ 28. В моменты времени, определяемые тактовым импульсом, аналоговые сигналы, поступающие на первый вход АЦП 39, преобразуются в m-разрядные цифровые сигналы, где 2^m - число воспроизводимых градаций сигналов. Далее эти сигналы приходят на первый вход двухвходового сумматора 45, на второй вход которого через коммутатор 44, управляемый сигналом коммутации, поступающим через пятый вход УПОИ, приходят цифровые сигналы с соответствующих ячеек дальности одного из ОЗУ 42, 46, выходы которых переключаются через периоды повторения. Сигналы суммы с выхода двухвходового сумматора 45 записываются через период повторения поочередно в ячейки дальности одного из ОЗУ 42, 46, причем так, что если в текущем периоде повторения информация считывается, например, из ячеек ОЗУ₁ 42, складывается в двухвходовом сумматоре 45 с текущим цифровым сигналом с выхода аналого-цифрового преобразователя 39 и записывается в соответствующую ячейку ОЗУ₂ 46, то в следующем периоде ОЗУ₁ 42 и ОЗУ₂ 46 меняются местами. Запись и считывание по адресу производятся с помощью первого счетчика 40, а коммутация ОЗУ₁ 42 и ОЗУ₂ 46 производится попеременной подачей тактовых импульсов на управляющие их входы с помощью вентилей 43 и 48, открываемых и закрываемых поочередно - через период повторения - сигналом коммутации, поступающим на их управляющие входы непосредственно (на первый вентиль 43) и через инвертор 47 (на второй вентиль 48) с пятого входа УПОИ. Информация, считываемая из ОЗУ₂ 46, после отработки в двухвходовом сумматоре 45 записывается через коммутатор 52 в ОЗУ₁ 42. Таким образом, в течение нескольких периодов повторения происходит накопление в ячейках ОЗУ₁ 42 и ОЗУ₂ 46 m-разрядных цифровых сигналов в квантах дальности, соответствующих адресным ячейкам ОЗУ, при этом сигналы из четных периодов повторения складываются с сигналами из нечетных периодов, что и приводит к существенной компенсации боковых лепестков.

Сигнал коммутации с пятого входа УПОИ 28 поступает также на вход счетчика 50, который считает пары периодов повторения до срабатывания дешифратора 51, установленного заранее на нужное число накапливаемых пар. Импульс с выхода дешифратора переключает коммутатор 52, при этом на вход ОЗУ₁ 42 подключается нулевая шина 53, в результате происходит очищение (сброс) ОЗУ₁ 42, одновременно сигнал с выхода дешифратора 51 через элемент задержки 41 обнуляет счетчик 50, а также открывает третий вентиль 49, тем самым в этом периоде повторения открывается поступление тактирующих импульсов на тактовый вход регистра 56 и через элемент задержки 63 на управляющий вход ОЗУ₃ 55.

Сигнал с выхода двухвходового сумматора 45 в "открытый" период повторения поступает на первый - сигнальный - вход амплитудного компаратора 54, где сравнивается с записанным в нем пороговым уровнем и квантуется на два значения - 1 или 0 в зависимости от того, превышают ли эти сигналы или нет пороговый уровень. Бинароквантованные сигналы записываются в "старшие" разряды всех ячеек дальности ОЗУ₃ 55, опрашиваемых сигналом с выхода счетчика 40.

Предварительно информация из ОЗУ₃ 55 считывается и записывается в регистр 56 тактовыми импульсами, поступающими с выхода вентиля 49. С выхода регистра 56 все разряды, за исключением крайнего "младшего", поступают на вход ОЗУ₃ 55 и записываются в него одновременно с сигналом с выхода амплитудного компаратора 54. Таким образом, в течение рассматриваемого периода повторения происходит перезапись информации в ОЗУ₃ 55 со сдвигом на один разряд и с пополнением недостающего разряда сигналом с амплитудного компаратора 54.

Сигналы с выхода всех разрядов регистра 56 поступают на многовходовый сумматор 57, на выходе которого образуется сигнал суммы, этот сигнал сравнивается в пороговом блоке 58 с пороговым числом, и в случае его превышения формируется единичный сигнал.

Таким образом, в ОЗУ 42 и 46 и в двухвходовом сумматоре 45 реализуется накопление m-уровневых сигналов на фиксированном интервале со сбросом, а в ОЗУ 55, регистре 56 и сумматоре 57 реализуется накопление бинарноквантованных сигналов на скользящем интервале.

Единичный сигнал с выхода порогового блока приходит на сигнальные входы измерителей 59, 60 азимута и дальности, на другие входы измерителя 59 азимута приходят двоичные коды дальности с выхода первого счетчика 40 и азимута с выхода второго дешифратора 61, служащего для преобразования кодов, поступающих с датчика углов антенны через четвертый вход УПОИ 28. В измерителе 59 азимута вычисляется азимут цели - по полусумме азимутов первого и последнего из единичных сигналов на выходе порогового блока 58, относящихся к одной и той же цели, с учетом постоянной поправки на запаздывание, образующееся при накоплении на скользящем интервале. Одновременно в измерителе 60 дальности образуется код дальности обнаруженной цели. Коды дальности и азимута обнаруженной цели поступают в оперативное запоминающее устройства 62 целей, где они записываются в общую ячейку. Информация из ОЗУ 62 целей считывается и поступает через первый выход УПОИ 28 в устройство 29 вторичной обработки информации по команде, приходящей на ОЗУЦ 62 через третий вход УПОИ 28 со второго выхода устройства 29 вторичной обработки информации.

Устройство 29 вторичной обработки информации построено на основе цифровой вычислительной машины (ЦВМ). Она вычисляет по координатам целей, приходящим от УПОИ 28 от обзора к обзору, скорости цели и строит их траектории, и также определяет (прогнозирует) возможности столкновения цели с носителем РЛС. Вся эта информация передается в устройство 30 отображения, которое представляет собой монитор с генератором развертки по дальности и азимуту, построенными на основе цифроаналоговых преобразователей текущих значений дальности и азимута, поступающих на второй и третий входы УО 30 с одноименных выходов УПОИ 28.

В состав УО 30 входит также пульт управления, пользуясь которым оператор выбирает режим работы РЛС и длительность ФМ-сигналов, например, так 01 означает работу с простыми импульсными сигналами с длительностью импульса T_И = τ_И1, , 10 означает работу с ФМ-сигналами с длительностью T_И1 = Nτ_И1, , 11 означает работу с ФМ-сигналами с длительностью T_И2 = Nτ_И2,
Эти коды с выхода УО 30 поступают на вход блока 10 синхронизации и управления.

БСУ 10 работает следующим образом (фиг. 5).

Генератор 64 тактовых импульсов генерирует периодическую последовательность коротких импульсов с тактом, равным длительности τ₀ самых коротких импульсов, формируемых БСУ 10 (см. фиг. 6). Эти импульсы поступают на счетный вход счетчика 65 и на тактовый вход регистра 68. Выходы разрядов счетчика 65 соединены со входами адреса ячеек постоянного запоминающего устройства 66, число ячеек в котором равно числу элементов с длительностью τ₀, содержащихся в удвоенном периоде повторения, то есть a число разрядов - увеличенному на единицу числу разных сигналов, формируемых на выходе БСУ 10 с учетом смены режимов и длительностей ФМ-сигналов. В частности, поскольку сигнал 70 на первом выходе БСУ 10 имеет один вариант на всех режимах, сигнал 71 на втором выходе - три варианта (T_И = τ_И1, T_И1 = Nτ_И1 и T_И2 = Nτ_И2), сигнал коммутации блоков фильтров на третьем выходе БСУ 10 - два варианта, сигнал 72 на четвертом выходе БСУ 10 - три варианта, сигнал коммутации режимов на пятом выходе БСУ 10 - два варианта и, наконец, сигнал возбуждения на шестом выходе БСУ 10 - один вариант, то всего имеется двенадцать различных сигналов. Соответственно ячейки ПЗУ 66 должны иметь 13 разрядов. По мере перебора адресов счетчиком 65 на выходах ПЗУ 66 появляются соответствующие различным моментам времени значения всех двенадцати сигналов, но на регистр 68 попадает лишь 6 из них - именно те, которые определяются выбранным режимом и выбранной длительностью сигналов. Это достигается путем подачи двухразрядного кодового сигнала управления с выхода устройства 30 отображения на вход БСУ 10 и затем на управляющие входы мультиплексоров 67₁, 67₂, 67₃, 67₄, осуществляющих необходимые коммутации. Первый и шестой сигналы в коммутации не нуждаются, потому что не изменяются в зависимости от изменения режима или длительности используемых ФМ-сигналов.

Последний - седьмой - разряд ПЗУ 66 и регистра 68 используется для формирования сигнала, обнуляющего счетчик 65 и начинающего, таким образом, весь процесс сначала. Этот сигнал записан в ПЗУ по адресу последнего временного дискрета (с номером ) седьмого разряда, он поступает из регистра 68 на обнуляющий вход счетчика 6 через элемент задержки 69, чтобы не вызвать преждевременно обнуления счетчика.

Технический эффект при промышленном использовании предлагаемой РЛС по сравнению с РЛС-прототипом состоит в расширении диапазона дальностей обнаруживаемых целей при одновременном повышении разрешающей способности и точности измерения дистанции до целей при малых дальностях.

Пользуясь сведениями, представленными в материалах заявки, предложенная РЛС может быть изготовлена в производстве. В соответствии с материалами заявки был изготовлен опытный образец РЛС, испытания которого подтвердили достижение указанного в материалах заявки технического результата.

Источники информации
1. Digital Marine Radar / Furuno Electric Co., LTD, Catalogue N R-0891/.

2. Радиолокатор со сжатием импульсов. Патент Франции N 2488999, кл. G 01 S 7/28, 1973.

3. Радиолокационная станция. Патент РФ N 2012014, кл. G 01 S 13/02 от 09.04.92, публ. 30.04.94, БИ N 8 (прототип).

4. Кук Ч. и Бернфельд М., Радиолокационные сигналы, "Сов. Радио", М. 1971.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для радиотехнической навигации, в частности для судовождения. Техническим результатом изобретения является расширение диапазона дальностей обнаруживаемых целей при одновременном повышении разрешающей способности по дальности и точности измерения дальности обнаруживаемых целей при сохранении высокой помехозащищенности и экологической чистоты. Сущность изобретения заключается в том, что в радиолокационную станцию, содержащую последовательно соединенные передатчик, антенный переключатель и антенну, приемник, первый блок формирующих фильтров, блок синхронизации и управления, первый блок фильтров сжатия и устройство первичной обработки информации, введены импульсный модулятор, второй блок формирующих фильтров, второй блок фильтров сжатия, четыре коммутатора блоков фильтров, два усилителя, первый коммутатор режимов, полосовой фильтр, последовательно соединенные второй коммутатор режимов, амплитудный детектор и видеоусилитель, а также устройство вторичной обработки информации и устройство отображения. 6 ил.

Радиолокационная станция, содержащая последовательно соединенные передатчик, антенный переключатель и антенну, приемник, сигнальный вход которого подключен к третьему плечу антенного переключателя, первый блок формирующих фильтров, блок синхронизации и управления, первый блок фильтров сжатия и устройство первичной обработки информации, причем входы сигналов коммутации первого блока формирующих фильтров, первого блока фильтров сжатия и устройства первичной обработки информации объединены между собой и подключены к выходу сигнала коммутации кодов блока синхронизации и управления, выходы синхроимпульсов и тактовых импульсов которого присоединены к соответствующим входам устройства первичной обработки информации, отличающаяся тем, что в нее введены импульсный модулятор, второй блок формирующих фильтров, второй блок фильтров сжатия, четыре коммутатора блоков фильтров, два усилителя, первый коммутатор режимов, полосовой фильтр, последовательно соединенные второй коммутатор режимов, амплитудный детектор и видеоусилитель, а также устройство вторичной обработки информации и устройство отображения, причем вход импульсного модулятора соединен с выходом синхроимпульсов блока синхронизации и управления, а выход импульсного модулятора подключен ко входу модуляции передатчика, гетеродинный выход которого соединен с гетеродинным входом приемника, а сигнальный вход передатчика соединен с выходом первого коммутатора блоков фильтров, первый и второй входы которого соединены с одноименными выходами второго коммутатора блоков фильтров через первый и второй блоки формирующих фильтров соответственно, а сигнальный вход второго коммутатора блоков фильтров соединен с выходом импульсов возбуждения блока синхронизации и управления, сигнальный вход первого коммутатора режимов соединен с выходом приемника, первый выход первого коммутатора режимов соединен с первым входом второго коммутатора режимов через полосовой фильтр, а второй выход первого коммутатора режимов через первый усилитель соединен с первым входом третьего коммутатора блоков фильтров, первый и второй выходы которого через соответствующие первый и второй блоки фильтров сжатия соединены с одноименными входами четвертого коммутатора блоков фильтров, выход которого через второй усилитель соединен со вторым входом второго коммутатора режимов, управляющие входы первого и второго коммутаторов режимов подключены к выходу сигнала коммутации режимов блока синхронизации и управления, третьи управляющие входы четырех коммутаторов блоков фильтров, а также вход управления полосой видеоусилителя подключены к выходу сигналов управления длительностью зондирующих импульсов блока синхронизации и управления, входы сигналов коммутации второго блока формирующих фильтров и второго блока фильтров сжатия подключены к выходу сигнала коммутации кодов блока синхронизации и управления, выход видеоусилителя соединен со входом устройства вторичной обработки информации через устройство первичной обработки информации, второй и третий выходы которого и выход устройства вторичной обработки информации соединены с соответствующими входами устройства отображения, выход которого подключен ко входу блока синхронизации и управления, второй выход устройства вторичной обработки информации подключен к третьему, а выход датчика углов антенны - к четвертому входу устройства первичной обработки информации.