УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ ЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 2002 года по МПК G01S13/12 G01S17/00 

Изобретение относится к области локационной техники и может быть использовано в радиолокаторах и оптических локаторах, определяющих дальность и направление методом возвратно-поступательного движения луча.

Известно устройство обработки локационных сигналов, входящее в состав оптического локатора (патент 2097789, автор Часовский А.А., 1997 г.). Оно определяет дальность и направление, используя возвратно-поступательное перемещение луча с помощью оптико-механического сканирующего устройства. Излучение может быть непрерывным или с увеличенной частотой следования импульсов. Однако при нахождении объектов, близко расположенных к краям сканирования, исключается определение дальности, так как к моменту прихода отраженного сигнала луч будет двигаться в другую сторону. Для устранения этого замедляется время обзора.

Известно устройство обработки радиолокационных сигналов, входящее в состав устройства определения высоты (патент 2119176, автор Часовский А.А., 1988 г. ). Оно также определяет дальность и направление, используя возвратно-поступательное движение луча с помощью фазированной антенной решетки. Это осуществляется с помощью узлов, которые представляют собой блок определения дальности и направления. При этом выделяются пары огибающих импульсов, имеющие равные амплитуды. Узлы, осуществляющие формирование импульсов начала и конца сканирований, представляют собой блок синхронизации.

Дальность и направление определяются по формулам
Д=Δt₁-Δt₂, (1)

где Δt₁ - временное рассогласование между началом сканирования и центром огибающей сигналов;
Δt₂ - временное рассогласование между центром огибающей сигналов и концом сканирования.

Частота излучения импульсов превышает частоту известных импульсов локаторов в десятки раз. Однако из-за необходимости остановок луча в конце сканирования на время максимального запаздывания отраженного сигнала время обзора увеличивается. С помощью предлагаемого устройства уменьшается время обзора. Достигается это введением блока определения временного рассогласования между началом обратного хода и центром огибающей, первого и второго дополнительных блоков определения дальности и направления, состоящих из оперативного запоминающего устройства, сумматора, делителя на два, вычитателя и индикатора, при этом первый и второй входы блока определения временного рассогласования между началом обратного хода и центром огибающей соответственно соединены с выходом блока синхронизации и третьим выходом блока определения дальности и направления, имеющего первый и второй выходы, соответственно соединенные с первым и вторым входами второго дополнительного блока определения дальности и направления, соединенными также через второй вход первого дополнительного блока определения дальности и направления с первыми входами сумматора и вычитателя и со вторым входом оперативного запоминающего устройства, первый вход и выход которого соответственно соединены через первый вход первого дополнительного блока определения дальности и направления с выходом блока определения временного рассогласования между началом обратного хода и центром огибающей и со вторым входом сумматора, выход которого соединен через делитель на два со вторым входом вычитателя, имеющего выход, соединенный с первым входом индикатора, второй вход которого соединен с выходом сумматора.

На фиг.1 и в тексте приняты следующие обозначения:
1 - приемник;
2 - блок синхронизации;
3 - блок определения дальности и направления;
4 - дополнительный блок определения дальности и направления;
5 - блок определения временного рассогласования между началом обратного хода и центром огибающей;
6 - дополнительный блок определения дальности и направления;
7 - оперативное запоминающее устройство;
8 - сумматор;
9 - делитель на два;
10 - вычитатель;
11 - индикатор,
при этом первый и второй входы блока 5 определения временного рассогласования между началом обратного хода и центром огибающей соответственно соединены с выходом блока 2 синхронизации и третьим входом блока 3 определения дальности и направления, первый, второй входы и первый, второй выходы которого соответственно соединены с выходом блока синхронизации, с выходом приемника, с первым и вторым входами дополнительного блока 4 определения дальности и направления, соединенными также через второй вход дополнительного блока 6 определения дальности и направления с первыми входами сумматора 8 и вычитателя 10 и со вторым входом оперативного запоминающего устройства 7, первый вход и выход которого соответственно соединены через первый вход дополнительного блока 6 определения дальности и направления с выходом блока 5 определения временного рассогласования между началом обратного хода и центром огибающей и со вторым входом сумматора 8, выход которого соединен через делитель 9 на два со вторым входом вычитателя 10, имеющего выход, соединенный с первым входом индикатора 11, второй вход которого соединен с выходом сумматора 8.

Устройство работает следующим образом.

Приемник 1 осуществляет преобразование электромагнитной или световой энергии в электрические сигналы, образованные в результате отражений от объектов в результате ускоренного возвратно-поступательного равномерного перемещения луча передающего устройства сначала в прямом, а затем с обратном направлении. Общий угол поля зрения приемника 1 равен зоне сканирования. Коэффициент усиления приемника может быть увеличен за счет наличия многих каналов, которые сходятся в один канал. Выделенные электрические сигналы поступают в блок 3 определения дальности и направления. В нем осуществляется выделение пар огибающих сигналов или одиночных сигналов на разных направлениях перемещения луча соответственно при прямом и обратном ходе, имеющих равные амплитуды, что свидетельствует о том, что они принадлежат к одному и тому же объекту. Блок синхронизации 2 выдает синхроимпульсы начала и конца сканирований в прямом направлении и конца в обратном направлении.

Для определения дальности и направления в блоке 3 определяются амплитуда огибающей сигнала или одиночного сигнала, центр пачки огибающей и временные рассогласования между ними и синхроимпульсами с синхронизатора. Дальность и направление определяются по формулам
Д=Δt₁-Δt₂ (1) и

где Δt₁ - временное рассогласование между началом сканирования и центром огибающей сигналов;
Δt₂ - временное рассогласование между центром огибающей сигналов и концом сканирования.

Центр огибающей не определяется, если сигнал одиночный. Для пояснения воспользуемся вектором движения луча в прямом и обратном направлениях, представленным на фиг. 2, где показаны "а", "е" - крайние точки сканирования. Точка "а" соответствует началу сканирования в прямом направлении и концу в обратном направлении.

Отрезки аd= Δt₁ и ав=Δt₂. Точка "с" соответствует направлению, определяемому по формуле (2).

Пример конкретного исполнения блока 3 представлен в главном аналоге. В отличие от главного аналога в предлагаемом устройстве для исключения остановок луча в конце сканирования вводятся дополнительные блоки 4 и 6 определения дальности и направления, схемы которых не отличаются друг от друга. Разница заключается в назначении блоков. Блок 4 выделяет пару сигналов в период прямого хода луча, а блок 6 - в период обратного хода луча. Это имеет место, если за время прихода отраженного сигнала направление сканирования луча изменится, и два сигнала будут приняты в период движения луча в одном направлении.

Для пояснения воспользуемся фиг.2. Пусть излучение сигнала осуществляется в период прямого хода луча в точке "К", а отраженный сигнал принимается уже в период обратного хода в точке "d". При повторном излучении сигнала в период обратного хода в точке "К" отраженный сигнал будет принят также в период обратного хода в точке "в". Если бы луч продолжал двигаться в прямом ходе, не останавливаясь в точке "е", то отраженный сигнал был бы принят в точке "F". Однако луч, начиная с точки "е", двигается обратно. Следовательно, отрезки ае= dF. Вε соответствуют временному рассогласованию Δt₃, а dε-Δt₄, а значит формула дальности при приеме двух сигналов в период обратного хода луча будет иметь вид
Д₁ = Δt₃-Δt₄+2Δt₄ = Δt₃+Δt₄ (3),

где Δt₃ и Δt₄ - временные рассогласования между началом сканирования в обратном направлении и отраженным сигналом.

Δt₃ и Δt₄ определяются в блоке 5 определения временного рассогласования между началом обратного хода и центром огибающей, на входы которого поступают синхроимпульсы с блока синхронизации 2 и импульсы центра огибающей с блока 3 определения дальности и направления. Временное рассогласование запоминается в оперативном запоминающем устройстве 7 блока 6, работающем в режиме считывание - запись по адресу, характеризуемому величиной амплитуды сигнала, поступающего с блока 3 определения дальности и направления, и если амплитуды совпадают, то в сумматоре 8 осуществляется сложение Δt₃+Δt₄. Эта сумма и характеризует дальность. Далее в делителе на два осуществляется деление суммы, а в вычитателе 10 осуществляется действие по формуле (4). Аналогично определяются дальность и направление в дополнительном блоке 4, который аналогичен блоку 6, но только по формулам
Д=Δt₁+Δt₂; (5)

При этом в блок 4 с блока 3 поступает значение Δt₁ и Δt₂, а место облучения объекта находится в точке "с".

Приведем пример конкретного исполнения.

Пусть луч шириной 2^o скачкообразно с помощью фазированной антенной решетки перемещается в зоне 60^o. Тогда, при максимальной дальности обнаружения 600 км и излучении 10 импульсов в пачке (при одном скачке излучается 1 импульс), частота излучения должна быть равна 45 кГц, а время сканирования 8 м•с. Если луч сканирует на величину собственной ширины и после перемещения луча излучается 1 импульс, то частота излучения при сохранении времени сканирования 8 м•с должна составлять 4 кГц. Однако при этом вместо пачки принимается один импульс.

Предлагаемое устройство можно использовать в устройствах определения высоты, в том числе и до наиболее удаленных объектов, когда время обзора с помощью известных средств (где время запаздывания сигнала зависит от дальности) не удовлетворяет предъявляемым требованиям. Так как объекты облучаются постоянно с частотой, зависящей от времени сканирования луча, то сохраняется и дальность обнаружения.

Устройство можно использовать в обзорных и следящих радиолокаторах и оптических локаторах.

Точность определения дальности зависит от равномерности перемещения луча в прямом и обратном направлениях.

Устройство можно использовать в радиолокаторах и оптических локаторах, работающих с увеличенной частотой следования импульсов или в непрерывном режиме. Сканирование может быть и механическим в секторном режиме.

Изобретение относится к области локационной техники и может быть использовано в радиолокаторах и оптических локаторах, определяющих дальность и направление методом возвратно-поступательного движения луча. Устройство обработки локационных сигналов содержит приемник, блок синхронизации, блок определения дальности и направления, первый и второй дополнительные блоки определения дальности и направления, блок определения временного рассогласования между началом обратного хода и центром огибающей, оперативное запоминающее устройство, сумматор, делитель на два, вычитатель и индикатор. Достигаемым техническим результатом изобретения является уменьшение времени обзора. 2 ил.

Устройство обработки локационных сигналов, состоящее из приемника, блока синхронизации и блока определения дальности и направления, имеющего первый, второй входы, соответственно соединенные с выходом блока синхронизации и выходом приемника, отличающееся тем, что вводится блок определения временного рассогласования между началом обратного хода и центром огибающей, первый и второй дополнительные блоки определения дальности и направления, состоящие из оперативного запоминающего устройства, сумматора, делителя на два, вычитателя и индикатора, при этом первый и второй входы блока определения временного рассогласования между началом обратного хода и центром огибающей соответственно соединены с выходом блока синхронизации и третьим выходом блока определения дальности и направления, имеющего первый и второй выходы, соответственно соединенные с первым и вторым входами второго дополнительного блока определения дальности и направления, соединенными также через второй вход первого дополнительного блока определения дальности и направления с первыми входами сумматора и вычитателя и со вторым входом оперативного запоминающего устройства, первый вход и выход которого соответственно соединены через первый вход первого дополнительного блока определения дальности и направления с выходом блока определения временного рассогласования между началом обратного хода и центром огибающей и со вторым входом сумматора, выход которого соединен через делитель на два со вторым входом вычитателя, имеющего выход, соединенный с первым входом индикатора, второй вход которого соединен с выходом сумматора.