ПРИЕМНИК КОГЕРЕНТНОЙ РЛС С БОЛЬШИМ ДИНАМИЧЕСКИМ ДИАПАЗОНОМ Российский патент 2004 года по МПК G01S13/04 

Изобретение относится к технике обработки сигналов радиолокационных станций (РЛС).

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 применяемый в известном устройстве когерентный приемник с цифровым выходом имеет незначительный динамический диапазон, а гетеродин и фазовращатель имеют повышенный уровень побочных составляющих в спектре выходного сигнала фазовращателя, что приводит к ошибке корректировки квадратур применяемых сигналов.

Технический результат предлагаемого технического решения направлен на расширение динамического диапазона приемника когерентной РЛС и повышение точности цифровой корректировки квадратур принимаемых сигналов.

Технический результат достигается тем, что приемник когерентной РЛС с большим динамическим диапазоном, (далее приемник) содержит n (n-целое число) каналов приема, состоящих каждый из аналогового сумматора, когерентного приемника с цифровым выходом, выполненного из 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 когерентного приемника с цифровым выходом, вход опорного напряжения второго синхронного преобразователя соединен с выходом фазовращателя, причем в каждом канале приема вход заявляемого приемника 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 заявляемого приемника и выход второго цифрового сумматора является вторым выходом заявляемого приемника. Заявляемый приемник также содержит кварцевый генератор, формирователь опорных частот, магистраль параллельной информации, а в когерентный приемник с цифровым выходом дополнительно введены дешифратор и блок резонансных усилителей с временной автоматической регулировкой усиления, первый вход которого 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. Выход кварцевого генератора соединен со вторым входом каждого канала приема, вторые входы 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. 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 приемник когерентной РЛС дополнительно содержит кварцевый генератор, формирователь опорных частот, магистраль параллельной информации. А в когерентный приемник с цифровым выходом дополнительно введены дешифратор и блок резонансных усилителей с временной автоматической регулировкой усиления, первый вход которого 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. Выход кварцевого генератора соединен со вторым входом каждого канала приема, вторые входы 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. 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 опорного сигнала соединен с разъемом сигнала опорной частоты.

Использование предлагаемого приемника когерентной РЛС с большим динамическим диапазоном обеспечивает управляемое усилие, преобразование частоты, разложение сигнала на квадратурные составляющие, аналого-цифровое преобразование и суммирование отсчетов сигнала на интервале одного элемента дальности.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства.

Приемник когерентной РЛС с большим динамическим диапазоном содержит кварцевый генератор 1, формирователь опорного сигнала 2, первый канал приема А1, второй канал приема А2,... n-й канал приема An, состоящие 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 и фазовращателя 15.

Приемник когерентной РЛС 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-го канала приема An, разъем реальной составляющей выходного сигнала 22 приемника когерентной РЛС и разъема мнимой составляющей выходного сигнала 23 приемника когерентной РЛС.

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. В каждом канале приема А1, А2,... Аn вход заявляемого приемника 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,... An 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 заявляемого приемника. Выход второго цифрового сумматора 14 является вторым выходом заявляемого 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.

Выходы аналого-цифровых преобразователей 11 и 12 являются действительной или соответственно мнимой частью выходного сигнала когерентного приемника с цифровым выходом 4.

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

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

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 приемник когерентной РЛС следующим образом. Входной сигнал с первого канала РЛС 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 когерентном приемнике 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 из 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 47 дБ с величиной дискрета 1 дБ. Время установления усиления 1,5 мкс.

С выхода блока резонансных усилителей с временной автоматической регулировкой усиления сигнал параллельно поступает на первые входы первого 7 и второго 8 синхронных преобразователей. На второй вход первого синхронного преобразователя 7 подается сигнал опорной частоты с формирователя опорной частоты 2, а на второй вход второго синхронного преобразователя 8 подается сигнал с формирователя опорной частоты 2, сдвинутый на фазовращателе 15 на 90°, этим обеспечивается разложение сигнала на две квадратуры: реальную составляющую сигнала (Re) и мнимую составляющую сигнала (Im). Обе составляющие фильтруются в первом фильтре низких частот 9 и соответственно во втором фильтре низких частот 10 и с помощью первого 11 и соответственно второго 12 аналого-цифрового преобразователя преобразовываются в сигналы цифровой формы.

Фильтры низких частот выполнены по схеме Т-образного пассивного фильтра низких частот пятого порядка с аппроксимацией Баттерворта и частотой среза 3,2 МГц. Реальная часть сигнала с первого выхода когерентного приемника с цифровым выходом 4 поступает на первый вход первого цифрового сумматора 13, мнимая часть сигнала со второго выхода когерентного приемника с цифровым выходом 4 поступает на первый вход второго цифрового сумматора 14. В цифровых сумматорах происходит суммирование отсчетов сигнала на интервале одного элемента дальности. С выхода первого цифрового сумматора 13 реальная составляющая сигнала подается на контакты разъема реальной составляющей выходного сигнала приемника когерентной РЛС 22, с выхода второго цифрового сумматора 14 мнимая составляющая подается на контакты разъема мнимой составляющей выходного сигнала приемника когерентной РЛС 23. Входной сигнал со второго канала приема РЛС с разъема входного сигнала второго канала 20 обрабатывается во втором канале приема А2, аналогично первому каналу приема А1. Входной сигнал n-го канала приема РЛС с разъема входного сигнала n-го канала 21 обрабатывается аналогично как в первом А1 и во втором А2 каналах приема. Выходные сигналы второго А2 и... An каналов приема аналогично выходным сигналам первого канала приема А1 поступают на одноименные входы цифровых сумматоров.

Контрольный сигнал, необходимый для корректировки квадратур каналов приема, формируется кварцевым генератором 1 с нестабильностью частоты 10^-6, обеспечивая точность при цифровой корректировке квадратур принимаемых сигналов. Затем он подается на второй вход аналогового сумматора 3. Включение кварцевого генератора 1 производят по команде “Включить кварцевый генератор” с разъема контакта сигнала включения кварцевого генератора 17.

Для формирования опорного напряжения для когерентного приемника с цифровым выходом 4 используется сигнал опорной частоты высокой стабильности, который с входного разъема сигнала опорной частоты 19 поступает на формирователь опорного сигнала 2, где осуществляется деление частоты и фильтрация гармоник полосовым фильтром на LC-элементах.

Коэффициент передачи каналов по выходу каждой квадратуры 40 дБ, уровень собственных шумов, приведенных по входу, в полосе 1 кГц равен 0,1 мкВ. Общая полоса пропускания одного канала по выходу каждой квадратуры 6 МГц.

По предлагаемому техническому решению изготовлены опытные образцы, технические параметры подтверждены положительными результатами при проведении предварительных и летных испытаний.

Использование предлагаемого приемника когерентной РЛС позволяет расширить динамический диапазон приемника, что позволит улучшить технические параметры РЛС, а также повысить точность цифровой корректировки квадратур принимаемых сигналов, что приведет к уменьшению вероятности ложных тревог в радиолокационных станциях.

Изобретение относится к технике обработки сигналов радиолокационных станций (РЛС). Техническим результатом предлагаемой заявки является расширение динамического диапазона устройства и повышение точности цифровой корректировки квадратур принимаемых сигналов. Технический результат достигается за счет того, что в когерентный приемник с цифровым выходом вводится блок резонансных усилителей с временной автоматической регулировкой усиления, обеспечивающей управляемое усиление. Коэффициент передачи блока резонансных усилителей с временной автоматической регулировкой усиления изменяется дискретно по командам с магистрали параллельной информации. Изменение коэффициента передачи блока усилителей осуществляется за счет дискретного изменения величины последовательной отрицательной обратной связи ключами на полевых транзисторах. Время установления усиления 1,5 мкс. Формирование контрольного сигнала для проверки квадратур приемных каналов осуществляется кварцевым генератором, а для получения опорных сигналов для синхронных преобразователей в когерентном приемнике с цифровым выходом используется сигнал опорной частоты, формируемый на формирователе. 1 ил.

Приемник когерентной РЛС с большим динамическим диапазоном, содержащий 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 когерентного приемника с цифровым выходом, вход опорного напряжения второго синхронного преобразователя соединен с выходом фазовращателя, причем в каждом канале приема вход приемника когерентной РЛС 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 приемника когерентной РЛС и выход второго цифрового сумматора является вторым выходом приемника когерентной РЛС, отличающийся тем, что в него введен кварцевый генератор, формирователь опорных частот, магистраль параллельной информации, а в когерентный приемник с цифровым выходом введен дешифратор, блок резонансных усилителей с временной автоматической регулировкой усиления, первый вход которого 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, выход кварцевого генератора соединен со вторым входом каждого канала приема, вторые входы канала приема соединены со вторыми входами аналоговых сумматоров каждого канала приема, вход кварцевого генератора соединен с контактом разъема сигнала включения кварцевого генератора, в свою очередь магистраль параллельной информации соединена с третьим входом каждого канала приема, третий вход каждого канала приема соединен с входом дешифратора, 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 опорного сигнала соединен с разъемом сигнала опорной частоты.