СПОСОБ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2004 года по МПК G01S13/00 

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в перспективных РЛС, например, при сопровождении объектов.

Известен способ формирования диаграммы направленности антенны (ДНА), оптимальный с точки зрения отношения сигнал/шум, заключающийся в равномерном суммировании энергии колебания, падающей на любой участок раскрыва антенны. Способ основан на использовании закона равномерного амплитудного распределения поля в раскрыве вида f(х)=1 (Справочник по радиоэлектронным системам. Под ред. Б.Х.Кривицкого. Т.2. - М.: Энергия, 1979, с.85, табл.7-2).

Недостаток этого способа состоит в том, что наибольший уровень бокового лепестка (УБЛ) ДНА лишь на 13,2 до ниже уровня основного, что приводит при большом уровне сигнала к ложному обнаружению объектов.

Известен способ снижения УБЛ, основанный на использовании закона амплитудного распределения поля в раскрыве антенны f(х)≠1, т.е. отличного от равномерного (там же).

Отличие состоит в том, что суммируют энергию колебания, падающую на участки раскрыва антенны, с различным весом, как правило, уменьшающимся от центра к краю раcкрыва.

Чаще всего используют функцию f(х) с пьедесталом Δ (там же):

При изменении Δ от 1 до 0,08 уровень бокового лепестка уменьшается на 30 дБ при расширении главного лепестка в 1,5 раза и уменьшении его уровня на 1,34 дБ (там же).

Таким образом, изменяя один параметр Δ в амплитудном распределении вида (I), можно в широких пределах изменять УБД при незначительных изменениях уровня главного лепестка ДНА.

Недостаток этого способа пространственной обработки состоит в том, что ложное обнаружение объектов за счет действия боковых лепестков по-прежнему не может быть исключено для больших уровней сигнала, хотя оно и возникает при значительно больших его значениях, чем прежде.

Наиболее близким является способ пространственной обработки сигнала, основанный на изменении веса суммирования энергии двух полей, имеющих амплитудные распределения поля в раскрыве антенны вида f(х)≠1 и 1-f(х), с частотой, превышающей ширину спектра сигнала, и на принятии решения об обнаружении сигнала, если глубина модуляции сигнала не превышает порогового значения (патент №2121156 RU, п.3).

Суть способа состоит в том, что изменение (модуляция) веса суммирования энергии двух полей эквивалентна модуляции величины Δ в (1) ( т.к. величина Δ и является весом суммирования двух функций).

В результате модуляции Δ в процессе приема сигнала принятый сигнал будет модулирован по амплитуде. При этом уровень модуляции будет зависеть от пределов изменения Δ и величины угла между направлением на объект и положением луча ДНА. Так, если Δ изменять от 1 до 0,08, то глубина модуляции принятого лучом ДНА сигнала будет соответствовать значению 1,34 дБ, а его боковым лепестком 30 дБ и более. На этом и основано подавление приема сигнала в области боковых лепестков ДНА.

Преимущество способа-прототипа состоит в том, что для случая, когда можно реализовать функции распределения f(х) и 1-f(x), модуляция распределения поля в раскрыве антенны достигается путем модуляции веса суммирования двух сигналов, что может быть обеспечено не в антенне, а на промежуточной частоте в приемном канале.

Недостатки способа-прототипа состоят в следующем.

1. Трудно обеспечить требуемую частоту модуляции при использовании широкополосного сигнала.

2. В некоторых видах базированных антенных решетках (ФАР) трудно реализовать функции амплитудного распределения поля в раскрыве антенны вида 1(х)=1 и 1-f(x).

В этих случаях не обеспечивается подавление боковых лепестков антенны, причем во 2-м случае ни для узкополосного, ни для широкополосного сигнала.

Решаемой задачей изобретения является устранение отмеченных недостатков, а именно обеспечение подавления приема сигналов в области боковых лепестков ДНА.

Эта задача решается на основе совместного использования результатов пространственной и частотной весовой обработки сигнала.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе пространственной обработки сигнала, основанном на модуляции веса суммирования энергии двух полей, имеющих амплитудные распределения вида f(х)(1 и 1-f(х), согласно изобретению длину волны модулирующего колебания берут меньшей длительности сигнала, принимают решение об обнаружении сигнала, если относительный уровень боковых лепестков сжатого сигнала, образующихся за счет модуляции, не превышает порогового значения.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе пространственной обработки сигнала, основанном на модуляции распределения поля в раскрыве антенны, согласно изобретению длину волны модулирующего колебания берут меньшей длительности сигнала, принимают решение об обнаружении сигнала, если относительный уровень боковых лепестков сжатого сигнала, образующихся за счет модуляции, не превышает порогового значения, а также тем, что модуляцию распределения поля в раскрыве дозированной антенной решетки осуществляют путем модуляции фазовых сдвигов в фазовращателях или коэффициента усиления в приемных модулях антенны.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе пространственной обработки сигнала, основанном на модуляции распределения поля в раскрыве антенны с частотой, превышающий ширину спектра сигнала, на принятии решения об обнаружении сигнала, если глубина модуляции сигнала не превышает порогового значения, согласно изобретению модуляцию распределения осуществляют путем модуляции разовых сдвигов в фазовращателях или коэффициента усиления в приемных модулях антенны.

Предлагаемое первое техническое решение основано на следующем. Известно, что если огибающая спектра шириной В широкополосного сигнала имеет n>1 выбросов амплитуды или фазы с относительной величиной a_n, то после его частотной весовой обработки будет получено три немодулированных импульса: основной сигнал и два его лепестка с относительным уровнем, равным а_n/2 и отстоящим по временной оси от него на величину ±n/B (Справочник по радиолокации. Под ред. М.Окопника. Т.3. - М.: Сов. радио, 1979, с.430, 3-й абз., с.438, последний абз.)

Таким образом, информация об уровне модуляции амплитуды широкополосного сигнала содержится в относительном уровне появляющихся после сжатия сигнала в результате этой модуляции боковых лепестков.

Отсюда, если изменять величину Δ в функции (1) амплидудного распределения, поля в раскрыве антенны в диапазоне от 1 до 0,08, то относительный уровень боковых лепестков сжатого сигнала составит величину порядка 0,04, если сигнал принят лучом ДНА, и порядка 0,5, если его боковым лепестком. Таким образом, уровень бокового лепестка сжатого сигнала несет информацию о положении луча ДHА, относительно направления на объект, т.е. появление бокового лепестка (превышающего пороговый уровень) в результате частотной весовой обработки сигнала означает, что его прием осуществлен боковым лепестком ДНА, появившимся в результате пространственной обработки.

Второе, третье и четвертое заявленные изобретения также направлены на обеспечение возможности подавления приема сигнала в области боковых лепестков ДНА в случаях, когда нет возможности реализовать функции амплитудного распределения вида f(х)≠1 и 1-f(х).

В них предусматривается использовать управление распределением поля во всем раскрыве антенны (а не весом суммирования двух полей с неуправляемыми распределениями).

При этом за счет изменения фазовых сдвигов в фазовращателях можно изменять как фазовое, так и амплитудное распределение поля. Так, коэффициентом передачи фазовращателей можно управлять за счет сдвига фазы на ±Δϕ в двух параллельно включенных фазосдвигающих цепях или в симметрично расположенных фазовращателях.

Последнее техническое решение предлагается для случая, когда используется узкополосный сигнал.

Изобретение относится к области радиолокации и может использоваться в перспективных РЛС, например, при сопровождении объектов. Решаемой задачей является обеспечение подавления приема сигналов в области боковых лепестков диаграммы направленности антенны (ДНА). В заявленном способе пространственной обработки сигнала осуществляют модуляцию веса суммирования энергии двух полей антенны, имеющих амплитудные распределения вида f(x)#1 и 1-f(x), при этом период модулирующего колебания берут меньшим длительности сигнала, принимают решение об обнаружении сигнала, если относительный уровень боковых лепестков сжатого сигнала, образующихся за счет модуляции, не превышает порогового значения. В одном из вариантов способа модуляцию распределения поля осуществляют с частотой, превышающей ширину спектра сигнала, и принимают решение об обнаружении сигнала, если глубина модуляции сигнала не превышает порогового значения. Модуляцию распределения поля в раскрыве фазированной антенной решетки осуществляют путем модуляции фазовых сдвигов в фазовращателях или коэффициента усиления в приемных модулях антенны. 3 c. и 1 з.п. ф-лы.

1. Способ пространственной обработки сигнала, основанный на модуляции веса суммирования энергии двух полей антенны, имеющих амплитудные распределения вида f(x)#1 и 1-f(x), отличающийся тем, что период модулирующего колебания берут меньшим длительности сигнала, принимают решение об обнаружении сигнала, если относительный уровень боковых лепестков сжатого сигнала, образующихся за счет модуляции, не превышает порогового значения.2. Способ пространственной обработки сигнала, основанный на модуляции распределения поля в раскрыве антенны, отличающийся тем, что период модулирующего колебания берут меньшим длительности сигнала, принимают решение об обнаружении сигнала, если относительный уровень боковых лепестков сжатого сигнала, образующихся за счет модуляции, не превышает порогового значения.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что модуляцию распределения поля в раскрыве фазированной антенной решетки осуществляют путем модуляции фазовых сдвигов в фазовращателях или коэффициента усиления в приемных модулях антенны.4. Способ пространственной обработки сигнала, основанный на модуляции распределения поля в раскрыве антенны с частотой, превышающей ширину спектра сигнала, на принятии решения об обнаружении сигнала, если глубина модуляции сигнала не превышает порогового значения, отличающийся тем, что модуляцию распределения поля осуществляют путем модуляции фазовых сдвигов в фазовращателях или коэффициента усиления в приемных модулях антенны.