РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ ПРИЕМНИК С ЦИФРОВЫМ ГЕТЕРОДИНИРОВАНИЕМ Российский патент 2004 года по МПК G01S7/285 G01S7/26 

Изобретение относится к технике обработки сигналов радиолокационных станций.

Из уровня техники известен некогерентный приемник (Авторское свидетельство СССР 1525933, Н 04 L 17/30, 1989) с повышенной помехоустойчивостью, но он не производит обработку фазовой структуры сигнала.

Известно устройство распознавания движущихся объектов (Свидетельство РФ на полезную модель 21250, G 01 K 9/00, 2001), которое определяет класс объекта, но не решает задачу расширения динамического диапазона приемника.

Некогерентный обнаружитель сигналов в шумах (Заявка РФ на изобретение 200102468, бюллетень "Изобретения, полезные модели", 8, 2002, с.71) не обеспечивает когерентную обработку фазокодоманипулированных сигналов.

Наиболее близким по технической сущности является радиоприемное устройство когерентной РЛС (Заявка РФ на изобретение 2000120020, бюллетень "Изобретения, полезные модели", 16, 2002, с. 126), содержащее гетеродин и когерентный приемник с цифровым выходом, n (n - целое число) каналов приема, состоящих каждый из введенного аналогового сумматора, когерентного приемника с цифровым выходом и введенного фазовращателя, причем в каждом канале приема вход радиоприемного устройства соединен с первым входом введенного аналогового сумматора, второй вход аналогового сумматора соединен с выходом введенного фазовращателя, вход которого соединен с выходом гетеродина, выход аналогового сумматора соединен с первым входом когерентного приемника с цифровым выходом, второй вход когерентного приемника с цифровым выходом каждого канала параллельно соединен с выходом гетеродина, первый выход когерентного приемника с цифровым выходом каждого канала соединен с одноименным входом первого цифрового сумматора, второй выход когерентного приемника с цифровым выходом каждого канала соединен с одноименным входом второго цифрового сумматора, а выход первого цифрового сумматора является первым выходом радиоприемного устройства и выход второго цифрового сумматора является вторым выходом радиоприемного устройства.

Каждый когерентный приемник с цифровым выходом состоит из усилителя радиочастоты, выход которого параллельно соединен со входами двух синхронных преобразователей частоты, каждый из выходов которого, соответственно, соединен со входом соответствующего фильтра низкой частоты, выход которого соединен со входом соответствующего аналого-цифрового преобразователя, выход которого является действительной или, соответственно, мнимой частью выходного сигнала приемника, а выход гетеродина соединен со входом опорного напряжения второго синхронного преобразователя и входом фазовращателя, выход которого соединен с входом опорного напряжения второго синхронного преобразователя.

Однако известное устройство не обеспечивает цифрового гетеродинирования обрабатываемого сигнала, имеет ошибки при цифровой корректировке квадратур принимаемых сигналов и не решает вопрос увеличения динамического диапазона приемника.

Технический результат направлен на обеспечение цифрового гетеродинирования обрабатываемого сигнала, расширение динамического диапазона радиолокационного приемника и увеличение точности при цифровой корректировке квадратур принимаемых сигналов.

Технический результат достигается тем, что радиолокационный приемник с цифровым гетеродинированием содержит n (n-целое число) каналов приема, состоящих каждый из аналогового сумматора, когерентного приемника с цифровым выходом, состоящего из двух синхронных преобразователей частоты, каждый из выходов которого, соответственно, соединен с входом соответствующего фильтра низкой частоты, выход которого соединен со входом соответствующего аналого-цифрового преобразователя, выход которого является действительной или, соответственно, мнимой частью выходного сигнала приемника, вход опорного напряжения второго синхронного преобразователя соединен с выходом фазовращателя, причем в каждом канале приема вход радиолокационного приемника с цифровым гетеродинированием соединен с первым входом аналогового сумматора, выход аналогового сумматора соединен с первым входом когерентного приемника с цифровым выходом, первый выход когерентного приемника с цифровым выходом каждого канала приема соединен с одноименным входом первого цифрового сумматора, второй выход когерентного приемника с цифровым выходом каждого канала приема соединен с одноименным входом второго цифрового сумматора, а выход первого цифрового сумматора является первым выходом радиолокационного приемника с цифровым гетеродинированием и выход второго цифрового сумматора является вторым выходом радиолокационного приемника с цифровым гетеродинированием. В радиолокационный приемник с цифровым гетеродинированием введены кварцевый генератор, формирователь опорного сигнала, магистраль параллельной информации, а когерентный приемник с цифровым выходом дополнительно содержит дешифратор, блок резонансных усилителей с временной автоматической регулировкой усиления, устройство цифрового гетеродинирования, постоянное запоминающее устройство цифрового гетеродинирования, первый вход блока резонансных усилителей с временной автоматической регулировкой усиления соединен с первым входом когерентного приемника с цифровым выходом, второй вход соединен с выходом дешифратора, выход блока резонансных усилителей с временной автоматической регулировкой усиления соединен параллельно с первым входом первого синхронного преобразователя и с первым входом второго синхронного преобразователя, первый вход устройства цифрового гетеродинирования соединен с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, второй вход устройства цифрового гетеродинирования соединен с выходом второго аналого-цифрового преобразователя, первый выход устройства цифрового гетеродинирования соединен с первым выходом когерентного приемника с цифровым выходом, второй выход устройства цифрового гетеродинирования соединен со вторым выходом когерентного приемника с цифровым выходом, вход постоянного запоминающего устройство устройства цифрового гетеродинирования соединен с магистралью параллельной информации, первый и второй выходы постоянного запоминающего устройства устройства цифрового гетеродинирования соединены, соответственно, с третьим и четвертым входом устройства цифрового гетеродинирования, выход кварцевого генератора соединен со вторым входом каждого канала приема, вторые входы каждого канала приема соединены со вторыми входами аналоговых сумматоров каждого канала приема, вход кварцевого генератора соединен с контактом разъема сигнала включения кварцевого генератора, магистраль параллельной информации соединена с третьим входом каждого канала приема, третий вход каждого канала приема соединен с входом дешифратора и с входом постоянного запоминающего устройства устройства цифрового гетеродинирования, выход формирователя опорного сигнала соединен с четвертым входом каждого канала приема, четвертый вход каждого канала приема параллельно соединен с входом опорной частоты первого синхронного преобразователя и входом фазовращателя, вход формирователя опорной частоты соединен с разъемом сигнала опорной частоты.

Отличительными признаками от прототипа является то, что в радиолокационный приемник с цифровым гетеродинированием вводится кварцевый генератор, формирователь опорного сигнала, магистраль параллельной информации, а когерентный приемник с цифровым выходом дополнительно содержит дешифратор, блок резонансных усилителей с временной автоматической регулировкой усиления, устройство цифрового гетеродинирования, постоянное запоминающее устройство цифрового гетеродинирования и связи между ними.

Предлагаемый радиолокационный приемник с цифровым гетеродинированием обеспечивает управляемое усиление, преобразование частоты, разложение сигнала на квадратурные составляющие, аналого-цифровое преобразование, цифровое гетеродинирование и суммирование отсчетов сигнала на интервале одного элемента дальности.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства.

Радиолокационный приемник с цифровым гетеродинированием содержит кварцевый генератор 1, формирователь опорного сигнала 2, первый канал приема А1, второй канал приема А2,..., n-ый канал приема An, состоящий каждый из аналогового сумматора 3 и когерентного приемника с цифровым выходом 4. Когерентный приемник с цифровым выходом 4 состоит из дешифратора 5, блока резонансных усилителей с временной автоматической регулировкой усиления 6, первого 7 и второго 8 синхронных преобразователей, первого 9 и второго 10 фильтров низких частот, первого 11 и второго 12 аналого-цифровых преобразователей, фазовращателя 15, устройства цифрового гетеродинирования 25 и постоянного запоминающего устройства 24 устройства цифрового гетеродинирования 25.

Радиолокационный приемник с цифровым гетеродинированием также содержит первый 13 и второй 14 цифровые сумматоры, разъем входного сигнала 16 первого канала приема А1, контакт сигнала включения кварцевого генератора 17, магистраль параллельной информации 18, разъем сигнала опорной частоты 19, разъем входного сигнала 20 второго канала приема А2, разъем входного сигнала 21 n-ого канала приема An, разъем реальной составляющей выходного сигнала 22 радиолокационного приемника с цифровым гетеродинированием и разъема мнимой составляющей выходного сигнала 23 радиолокационного приемника с цифровым гетеродинированием.

При этом вход кварцевого генератора 1 соединен с контактом разъема сигнала включения кварцевого генератора 17, а его выход со вторым входом каждого канала приема А1, А2,..., Аn. Первый вход каналов приема А1, А2,..., Аn соединен с первым входом аналогового сумматора 3, а его выход с первым входом когерентного приемника с цифровым выходом 4.

Первый выход когерентного приемника с цифровым выходом 4 каждого канала приема А1, А2,..., Аn соединен с одноименным входом первого цифрового сумматора 13, а его второй выход соединен с одноименным входом второго цифрового сумматора 14.

Выход первого цифрового сумматора 13 является первым выходом радиолокационного приемника. Выход второго цифрового сумматора 14 является вторым выходом радиолокационного приемника.

Первый вход блока резонансных усилителей с временной автоматической регулировкой усиления 6 соединен с первым входом когерентного приемника с цифровым выходом 4, а второй вход соединен с выходом дешифратора 5. Выход блока резонансных усилителей с временной автоматической регулировкой усиления 6 соединен параллельно с первым входом первого синхронного преобразователя 7 и с первым входом второго синхронного преобразователя 8.

Каждый выход синхронных преобразователей частоты 7 и 8 соответственно соединен с входами соответствующих фильтров низких частот 9 и 10, выходы которых соединены с входами соответствующих аналого-цифровых преобразователей 11 и 12, первый вход устройства цифрового гетеродинирования 25 соединен с выходом первого аналого-цифрового преобразователя 11, второй вход устройства цифрового гетеродинирования 25 соединен с выходом второго аналого-цифрового преобразователя 12, первый выход устройства цифрового гетеродинирования 25 соединен с первым выходом когерентного приемника с цифровым выходом 4, второй выход устройства цифрового гетеродинирования 25 соединен со вторым выходом когерентного приемника с цифровым выходом 4, вход постоянного запоминающего устройства 24 устройства цифрового гетеродинирования 25 соединен с магистралью параллельной информации 18, первый и второй выходы постоянного запоминающего устройства 24 устройства цифрового гетеродинирования 25 соединены, соответственно, с третьим и четвертым входом устройства цифрового гетеродинирования 25.

Вход опорного напряжения второго синхронного преобразователя 8 соединен с выходом фазовращателя 15.

Вторые входы каналов приема А1, А2,..., Аn соединены со вторыми входами аналоговых сумматоров 3 каждого канала приема А1, А2,..., Аn.

Магистраль параллельной информации 18 соединена с третьим входом каждого канала приема А1, А2,..., Аn. Третий вход каждого канала приема А1, А2,..., Аn соединен с входом дешифратора 5. Выход формирователя опорного сигнала 2 соединен с четвертым входом каждого канала приема А1, А2,..., Аn. Четвертый вход каждого канала приема А1, А2,..., Аn параллельно соединен с входом опорной частоты первого синхронного преобразователя 7 и входом фазовращателя 15.

Вход формирователя опорного сигнала 2 соединен с разъемом сигнала опорной частоты 19.

Работает радиолокационный приемник следующим образом.

Входной сигнал с первого канала приема А1 радиолокационного приемника на второй промежуточной частоте f_пч2, содержащий доплеровское смещение частоты с разъема входного сигнала первого канала 16 поступает на первый вход аналогового сумматора 3 в первом канале приема А1, затем в когерентный приемник с цифровым выходом 4 первого канала приема А1.

В когерентный приемник с цифровым выходом 4 сигнал поступает на блок резонансных усилителей с временной автоматической регулировкой усиления 6, которые усиливают принятый сигнал. Коэффициент передачи усилителей изменяется дискретно по командам, поступающим от дешифратора 5. Команды управления на дешифратор поступают с магистрали параллельной информации 18. Изменения коэффициента передачи блока усилителей обеспечивается за счет дискретного изменения величины последовательной отрицательной обратной связи ключами на полевых транзисторах. Диапазон изменения коэффициента передачи каждого канала приема 47 дБ с величиной дискрета 1 дБ. Время установления усиления 1,5 мкс.

С выхода блока резонансных усилителей с временной автоматической регулировкой усиления 6 сигнал параллельно поступает на первые входы двух синхронных преобразователей 7 и 8. На вход опорного сигнала первого синхронного преобразователя 7 подается сигнал опорной частоты с формирователя опорного сигнала 2, а на вход опорного сигнала второго синхронного преобразователя 8 подается сигнал с формирователя опорного сигнала, сдвинутый на 90^o, этим обеспечивается разложение сигнала на две квадратуры: реальную (Re) и мнимую (Im). Обе составляющие фильтруются и с помощью аналого-цифровых преобразователей 11 и 12 преобразовываются в сигналы цифровой формы. Фильтры низких частот выполнены по схеме Т-образного пассивного фильтра низкой частоты пятого порядка с аппроксимацией Баттерворта и частотой среза 3,2 МГц.

Реальная часть сигнала с выхода когерентного приемника с цифровым выходом 4 поступает на первый вход первого цифрового сумматора 13, мнимая часть сигнала поступает на первый вход второго цифрового сумматора 14. В цифровых сумматорах происходит суммирование отсчетов сигнала на интервале одного элемента дальности и мультиплексирование каналов приема. С выхода первого цифрового сумматора 13 реальная составляющая сигнала подается на контакты разъема реальной составляющей выходного сигнала радиолокационного приемника 22, с выхода второго цифрового сумматора 14 мнимая составляющая подается на контакты разъема мнимой составляющей выходного сигнала радиолокационного приемника с цифровым гетеродинированием 23. Входной сигнал со второго канала приема А2 радиолокационного приемника с разъема входного сигнала второго канала 20 обрабатывается во втором канале приема А2, аналогично первому каналу приема А1. Входной сигнал An канала приема радиолокационного приемника с разъема входного n-ого канала приема 21 обрабатывается аналогично как в первом А1 и втором А2 каналах приема. Выходные сигналы второго А2,...,An каналов приема аналогично выходным сигналам первого А1 канала приема поступают на одноименные входы цифровых сумматоров 13 и 14.

Контрольный сигнал, необходимый для корректировки квадратур каналов приема, формируется кварцевым генератором 1 и подается на второй вход аналогового сумматора 3. Включение кварцевого генератора 1 производится по команде "Включение кварцевого генератора" с разъема контакта включения кварцевого генератора 17. Формирование опорных сигналов обеспечивается формирователем опорного сигнала 2, который осуществляет деление частоты входного опорного сигнала и фильтрацию гармоник полосовым фильтром на LC-элементах.

Уровень собственных шумов, приведенных по входу, в полосе 1 кГц равен 0,1 мкВ. Общая полоса пропускания одного канала приема по выходу каждой квадратуры 6 МГц.

Устройство цифрового гетеродинирования 25 выполняет операцию перемножения двух комплексных чисел:
A'l[i]=A'0[i]•K' [i],
где A'0[i] =Re0[i]+jIm 0[i] - поступающие из аналого-цифрового преобразователя коды выборок квадратурных составляющих сигнала,
K′[i] = cosϕ[i]-j sinϕ[i] - корректирующие коэффициенты, поступающие из устройства цифрового гетеродинирования,
ϕ[i] = ϕ[i-1]+Δϕ; Δϕ - фазовый набег.

Постоянное запоминающее устройство 24 устройства цифрового гетеродинирования 25 выполнено на базе двух постоянно запоминающих устройств AT29C1024-70JI. Адрес чтения информации из постоянного запоминающего устройства непрерывно формируется в соответствии с кодом Δϕ. Чтение значений корректирующих коэффициентов происходит с частотой дискретизации аналого-цифрового преобразования.

После гетеродинирования производится суммирование отсчетов сигнала на интервале одного элемента дальности.

где n - номер элемента дальности.

Количество суммирующих выборок определяется кодом N_KB и может принимать значения от единицы до шестидесяти трех.

По предлагаемому техническому решению изготовлены опытные образцы. Технические параметры подтверждены положительными результатами предварительных и летных испытаний.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в РЛС. Радиолокационный приемник с цифровым гетеродинированием содержит кварцевый генератор, формирователь опорного сигнала, два цифровых сумматора, магистраль параллельной информации, n каналов приема An, состоящий каждый из аналогового сумматора и когерентного приемника с цифровым выходом, при этом когерентный приемник с цифровым выходом состоит из дешифратора, блока резонансных усилителей с временной автоматической регулировкой усиления, двух синхронных преобразователей, двух ФНЧ, двух АЦП, фазовращателя, устройства цифрового гетеродинирования и ПЗУ. Достигаемым техническим результатом изобретения является обеспечение цифрового гетеродинирования обрабатываемого сигнала, расширение динамического диапазона радиолокационного приемника и увеличение точности при цифровой корректировке квадратур принимаемых сигналов. 1 ил.

Радиолокационный приемник с цифровым гетеродинированием, содержащей n (n - целое число) каналов приема, состоящих каждый из аналогового сумматора, когерентного приемника с цифровым выходом, состоящего из двух синхронных преобразователей частоты, каждый из выходов которого, соответственно, соединен с входом соответствующего фильтра низкой частоты, выход которого соединен с входом соответствующего аналого-цифрового преобразователя, выход которого является действительной или, соответственно, мнимой частью выходного сигнала приемника, вход опорного напряжения второго синхронного преобразователя соединен с выходом фазовращателя, причем в каждом канале приема вход радиолокационного приемника с цифровым гетеродинированием соединен с первым входом аналогового сумматора, выход аналогового сумматора соединен с первым входом когерентного приемника с цифровым выходом, первый выход когерентного приемника с цифровым выходом каждого канала соединен с одноименным входом первого цифрового сумматора, второй выход когерентного приемника с цифровым выходом каждого канала соединен с одноименным входом второго цифрового сумматора, а выход первого цифрового сумматора является первым выходом радиолокационного приемника с цифровым гетеродинированием и выход второго цифрового сумматора является вторым выходом радиолокационного приемника с цифровым гетеродинированием, отличающийся тем, что в него введен кварцевый генератор, формирователь опорного сигнала, магистраль параллельной информации, а когерентный приемник с цифровым выходом дополнительно содержит дешифратор, блок резонансных усилителей с временной автоматической регулировкой усиления, устройство цифрового гетеродинирования, постоянное запоминающее устройство цифрового гетеродинирования, при этом первый вход блока резонансных усилителей с временной автоматической регулировкой усиления соединен с первым входом когерентного приемника с цифровым выходом, второй вход соединен с выходом дешифратора, выход блока резонансных усилителей с временной автоматической регулировкой усиления соединен параллельно с первым входом первого синхронного преобразователя и с первым входом второго синхронного преобразователя, первый вход устройства цифрового гетеродинирования соединен с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, второй вход устройства цифрового гетеродинирования соединен с выходом второго аналого-цифрового преобразователя, первый выход устройства цифрового гетеродинирования соединен с первым выходом когерентного приемника с цифровым выходом, второй выход устройства цифрового гетеродинирования соединен со вторым выходом когерентного приемника с цифровым выходом, вход постоянного запоминающего устройство устройства цифрового гетеродинирования соединен с магистралью параллельной информации, первый и второй выходы постоянного запоминающего устройства устройства цифрового гетеродинирования соединены соответственно с третьим и четвертым входом устройства цифрового гетеродинирования, выход кварцевого генератора соединен со вторым входом каждого канала, вторые входы канала соединены со вторыми входами аналоговых сумматоров каждого канала, вход кварцевого генератора соединен с контактом разъема сигнала включения кварцевого генератора, магистраль параллельной информации соединена с третьим входом каждого канала, третий вход каждого канала соединен с входом дешифратора и с входом постоянного запоминающего устройства устройства цифрового гетеродинирования, выход формирователя опорного сигнала соединен с четвертым входом каждого канала, четвертый вход каждого канала параллельно соединен с входом опорной частоты первого синхронного преобразователя и входом фазовращателя, вход формирователя опорной частоты соединен с разъемом сигнала опорной частоты.