СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ДВИЖУЩЕГОСЯ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ С НЕИЗВЕСТНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2003 года по МПК G01S13/58 G01S11/10 

Изобретение относится к области пассивней радиолокации и может быть использовано для решения некоторых задач противовоздушной и противоракетной обороны страны и в научных исследованиях.

Известен способ определения радиальной скорости перемещения источника излучения, использующий эффект Доплера, заключающийся в том, что излученный сигнал принимают в одной точке и измеряют его частоту (см. Тузов Г.И. Выделение и обработка информации в доплеровских системах. М., "Сов.радио", 1967 г., с.46 ).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является выбранный в качестве прототипа способ определения радиальной скорости системой с активным ответом (см. Ширман Я.Д. и др. "Теоретические основы радиолокации". Войска ПВО страны, 1968 г., стр. 329-338), способ, основанный на приеме, выделении и обработке излученного сигнала, являющегося переизлученным запросным сигналов, сравнении его по частоте с опорным, являющимся по сути тем же запросным, т.е. известным сигналом.

Нeдостатком этого способа является то, что он не применим для случая сигнала с неизвестными параметрами.

Задачей изобретения являлась разработка способа и структурной схемы устройства, определяющих радиальную скорость перемещения движущегося источника радиоизлучения с неизвестными параметрами.

Техническим результатом решения поставленной задачи является способ определения радиальной скорости перемещения движущегося источника радиоизлучения с неизвестными параметрами и структурная схема устройства, позволяющего определить радиальную скорость движущегося источника радиоизлучения с неизвестными параметрами.

Технический результат достигается тем, что в способе определения радиальной скорости, основанном на использовании эффекта Доплера, приеме, выделении и обработке принятого радиоизлучения, сравнении его по частоте с опорным и расчете значения радиальной скорости по найденной разности частот, прием и выделение сигнала прямого излучения ведут квазидвухканальным приемным устройством, один канал которого - реальный, а второй канал - виртуальный, причем приемная антенна виртуального канала "движется" относительно источника радиоизлучения с радиальной скоростью V_ra, а реальные измерительные операции в виртуальном канале заменены расчетными операциями, проводимыми с учетом эффекта Доплера.

Предлагаемый способ определения радиальной скорости заключается в следующем. Приемным устройствам с неподвижной антенной принимается выборки прямого излученного сигнала. По этой выборке определяется частота входного сигнале f_вх и период колебаний входного сигнала Т_вх. Задается изменение периода ΔТ_вх для расчета частоты входного сигнала виртуального канала. Изменение периода входного сигнала задается из предположения, что антенна виртуального канала движется со скоростью V_ra, и рассчитывается по формуле

По формуле

рассчитывается частота входного сигнала виртуального канала. Находится разность частот реального и виртуального каналов
Δfввх

= f_вх-fввх
По заданной радиальной скорости V_ra, найденной разности частот Δfввх и измеренной частоте входного сигнала реального канала f_вх по формуле

рассчитывается радиальная скорость источника излучения.

Если в диапазоне частот, в котором происходит прием излученного сигнала, не обеспечивается требуемая точность измерения частоты входного сигнала и его периода, соответствующие операции проводят на промежуточной частоте и в общем случае расчет радиальной скорости проводят по формуле:

где С - скорость распространения электромагнитных волн, равная 299793000 м/с;
V_ra - заданная скорость перемещения виртуальной антенны;
Δfввх

- виртуальная разность частот входного сигнала реального и виртуального каналов;
f_rn - частота гетеродина n-го преобразователя частоты;
f_пр ⁽ⁿ⁾ - n-ая промежуточная частота;
n - число преобразователей частоты.

На чертеже показана структурная схема устройства для определения радиальной скорости движущегося источника радиоизлучения. Структурная схема устройства содержит антенну 1, усилитель высокой частоты 2, n-каскадный преобразователь частоты 3, формирователь последовательности коротких импульсов с измеряемым периодом Т_изм 4, электронный ключ 5, счетчик числа периодов емкостью m_о 6, схему формирования временного строба и импульсов обнуления счетчиков 7, генератор импульсов счета 8, временной селектор 9, счетчик импульсов счета 10 и вычислитель 11.

Устройство работает следующим образом. На антенну 1 поступает прямой сигнал с частотой f_вх и соответственно с периодом Т_вх. После выделения и усиления в УВЧ 2 сигнал поступает на n-каскадный преобразователь частоты 3 и после него на n-ой промежуточной частоте f_пр ⁽ⁿ⁾ поступает на формирователь 4, который из входного сигнала формирует последовательность коротких импульсов, следующих с периодом Т_изм. Эта последовательность поступает на электронный ключ 5, который в этот момент закрыт. С приходом импульса съема информации схемы формирования импульса строба и импульсов обнуления счетчиков 7 начинает вырабатывать импульс строба, который поступает на управляющие входы электронного ключа 5 и временного селектора 9. С этого момента на счетный вход счетчика числа периодов 6 будут поступать импульсы, следующие с периодом Т_изм, а на счетчик импульсов 10 будут поступать импульсы счета с периодом Т_сч, как только счетчик 6 заполнится, т.е. будут сосчитаны m_о периодов сигнала n-ой промежуточной частоты, на выходе счетчика 6 возникнет импульс, срывающий в схеме формирования временного строба процесс формирования этого строба. Электронный ключ 4 и временной селектор 9 закроются. К этому моменту времени на счетчик 10 поступит m импульсов счета. Таким образом будет сформирована выборка сигнала длительностью m_о Т_изм, измеренная с дискретностью Т_сч. Данные со счетчика импульсов счета - число m поступает в вычислитель 11. В базу данных вычислителя заранее заложена информация о частотах гетеродинов, значении Т_сч, числе m_о и виртуальной скорости движения антенны V_ra. Вычислитель на основе равенства
m_о • Т_изм = m • Т_сч.
рассчитывает значение периода сигнала n-ой промежуточной частоты

значение n-ой промежуточной частоты

значение частоты входного сигнала
f_вх = f₂₁ + f₂₂ +... + f_2n + f_пр ^(n).,
период входного сигнала

рассчитывает изменение периода в виртуальном канале

частоту входного сигнала виртуального канала

разность частот
Δfввх

= f_вх-fввх
и, наконец, по формуле

рассчитывает значение радиальной скорости перемещения движущегося источника радиоизлучения с неизвестными параметрами.

Справедливость указанных формул можно объяснить следующим. Пусть в пространстве движется источник излучения с радиальной скоростью V_r. Частота излучения f_о, период Т_о. В соответствии с законом Доплера период колебаний, поступающих от движущегося источника на вход приемника, определяется по формуле

при этом, если источник удаляется от приемника, то V_r > 0 и период входных колебаний больше периода излученных. Период излученных колебаний можно определить по формуле

Если бы во время приема антенна приемника двигалась в сторону от источника со скоростью V_ra ^, то скорость изменения расстояния между источником и приемником V_r ^' будет равна сумме скоростей
V_r ^'=V_r+V_ra.

Тогда период выходного сигнала Т_вх ^' будет равен

где

Это выражение показывает, что движение антенны со скоростью V_ra приводит к изменению периода входного сигнала на величину

по сравнению с периодом входного сигнала в случае неподвижной антенны.

Расчеты показывают, что для скоростей движения источника меньше хотя бы первой космической влияние V_r на ΔТ_вх практически равно нулю, т.е. при V_r<<С можно принять

При приеме сигнала неподвижной антенной частота входного сигнала f_вх будет равна

При приеме сигнала подвижной антенной частота входного сигнала f_вх ^' будет равна

Это выражение показывает, что значение частоты f_вх ^' будет одно и то же, если оно будет рассчитываться либо по измеренному периоду T_вх ^' в случае реального движения антенны со скоростью V_ra, либо по измеренному периоду Т_вх, полученному при неподвижной антенне, но искусственно увеличенному на величину

Это позволяет в способе определения радиальной скорости, основанном на сравнении частот принятого сигнала и опорного, заменить сравнение частот входного сигнала с частотой опорного сигнала сравнением частоты входного сигнала с частотой входного сигнала, определенной расчетным путем, при условии движения приемной антенны относительно источника радиоизлучения с радиальной скоростью V_ra.

Как известно, частота сигнала на входе приемника при неподвижной антенне и движущемся источнике определяется по формуле

В то же время, частота сигнала на входе приемника с подвижной антенной, а следовательно, на входе виртуального канала будет равна

Найдем разность частот реального и виртуального каналов

Следовательно

поэтому

откуда
я

Изобретение относится к области пассивной радиолокации. Технический результат заключается в упрощении определения радиальной скорости перемещения движущегося источника радиоизлучения с неизвестными параметрами. При определении радиальной скорости осуществляют прием и обработку излученного сигнала одноканальным приемным устройством с неподвижной антенной. Второй канал является виртуальным, в котором расчетные операции проводят с учетом эффекта Доплера. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения радиальной скорости перемещения источника радиоизлучения, использующий эффект Доплера, основанный на приеме, выделении и обработке выборки прямого излученного сигнала, отличающийся тем, что прием сигнала ведут одноканальным приемным устройством, антенна которого неподвижна относительно источника, измеряют частоту и период входного сигнала, по формуле

рассчитывают изменение периода входного сигнала при условии движения антенны с заданной предполагаемой радиальной скоростью, рассчитывают виртуальную частоту входного сигнала при условии движения антенны

и по результатам измерения и расчетов вычисляют значение радиальной скорости перемещения источника радиоизлучения по формуле

где V_r - радиальная скорость источника радиоизлучения;
С - скорость распространения электромагнитных волн;
V_ra - заданная предполагаемая радиальная скорость антенны;
f_вх - измеренная частота входного сигнала;
f_вх ^в - расчетная виртуальная частота. 2. Устройство для определения виртуальной скорости перемещения движущегося источника радиоизлучения, содержащее последовательно соединенные антенну и усилитель высокой частоты, а также вычислитель, отличающееся тем, что устройство выполнено содержащим последовательно соединенные усилитель высокой частоты, n - каскадный преобразователь частоты, формирователь последовательности коротких импульсов, электронный ключ, счетчик числа периодов и последовательно соединенные генератор импульсов счета, временной селектор и счетчик импульсов счета, а также схему формирования временного строба и импульса обнуления счетчиков, выход формирования строба которой соединен с управляющими входами электронного ключа и временного селектора, а выход формирования имульса обнуления счетчиков соединен с соответствующими входами счетчика импульсов счета и счетчика числа периодов, выход которого соединен со вторым управляющим входом схемы формирования временного строба и импульса обнуления счетчиков, первый управляющий вход которого соединен с датчиком импульса съема информации, информационный выход счетчика импульсов счета соединен с информационным входом вычислителя, в базу данных которого введена информация о частотах гетеродинов n-каскадного преобразователя частоты, периоде следования импульсов счета, заданной радиальной скорости движения антенны, числе периодов, по которому формируется выборка входного сигнала.