РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СИСТЕМА С ПЕРЕСТРОЙКОЙ НЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЫ И РЕЖИМОМ СДЦ Российский патент 2005 года по МПК G01S13/58 

Предлагаемое изобретение относится к области радиолокации и может найти применение при разработке помехоустойчивых радиолокационных систем, сохраняющих работоспособность в сложной электромагнитной обстановке и при наличии интенсивных мешающих отражений от пассивных помех, местных предметов и метеообразований.

Известна РЛС с перестройкой несущей частоты и режимом СДЦ по патенту №4155088 США МКИ² G 01 S 9/42, НКИ 343-7.7, 343-18, 1979 г. Используемый в ней зондирующий сигнал представляет собой последовательность составных импульсов. Каждый составной импульс состоит из двух парциальных импульсов одинаковой длительности разных несущих частот. Принципиальным для реализации режима СДЦ является то, что несущие частоты двух парциальных импульсов, находящихся на одной и той же позиции в любых двух последовательно излучаемых составных импульсах, равны.

В каждом последующем составном импульсе несущие частоты другого парциального импульса выбираются по случайному закону из заданного набора частот. Поэтому режим СДЦ обеспечивается путем обработки в схеме компенсации пар парциальных импульсов одной и той же частоты, находящихся на одинаковых позициях в двух последовательно следующих составных импульсах. При каждом следующем цикле зондирования меняются позиции парциальных импульсов в соответствии с изменением их несущих частот.

Работа прототипа предлагаемой РЛС с перестройкой несущей частоты и режимом СДЦ поясняется чертежами, представленными на фиг.1, 2.

Фиг.1 - Эпюра изменения несущей частоты зондирующих составных импульсов прототипа.

Фиг.2 - Схема электрическая функциональная прототипа:

1 - перестраиваемый СВЧ-генератор;

2 - первый строб-каскад;

3 - второй строб-каскад;

4 - первый генератор строб-импульсов;

5 - второй генератор строб-импульсов;

6 - синхрогенератор;

7 - линия задержки на длительность τ;

8 - сумматор;

9 - передатчик;

10 - переключатель прием-передача;

11 - приемопередающая антенна;

12 - импульсный модулятор;

13 - усилитель высокой частоты;

14 - первый полосовой фильтр;

15 - второй полосовой фильтр;

16 - первый смеситель;

17 - второй смеситель;

18 - первый усилитель промежуточной частоты;

19 - второй усилитель промежуточной частоты;

20 - первый фазовый детектор;

21 - второй фазовый детектор;

22 - первая схема коммутации;

23 - процессор;

24 - схема вычитания;

25 - линия задержки на период повторения Тп;

26 - вторая схема коммутации.

Работа этой РЛС может быть пояснена функциональной схемой. Перестраиваемый по частоте СВЧ-генератор 1 вырабатывает непрерывные СВЧ-колебания, частоты которых равны fm, fn, fm+fnч, fn+fnч, fnч, где fnч - промежуточная частота приемника РЛС. Частоты fm и fn являются несущими частотами парциальных импульсов. Частоты fm+fnч и fn+fnч являются гетеродинирующими для понижения частоты отраженного сигнала до промежуточной.

Частоты fm, fn, fm+fnч и fn+fnч получают путем умножения опорного колебания fnч, чем обеспечивается когерентность всех колебаний.

Непрерывные колебания с частотами fm и fn поступают на первый и второй строб-каскады 2 и 3 соотвественно, которые управляются импульсами длительностью τ, вырабатываемыми первым и вторым генераторами строб-импульсов 4 и 5 соотвественно. Синхронизация их запуска осуществляется импульсами, вырабатываемыми синхрогенератором 6. Запуск второго генератора строб-импульсов 5 осуществляется с задержкой на время τ относительно момента запуска первого генератора строб-импульсов 4. Это обеспечивается задержкой синхронизирующих импульсов на время τ в ЛЗ 7.

В результате на выходах первого и второго строб-каскадов 2 и 3 формируются парциальные СВЧ-импульсы длительностью τ различных несущих частот fm и fn и сдвинутых один относительно другого на время τ. После их объединения в сумматоре 8 формируется составной зондирующий импульс длительностью 2τ, состоящий из двух парциальных импульсов различных частот. Усиленный в передатчике 9 составной импульс проходит через переключатель прием-передача 10 и излучается через приемопередающую антенну 11. Передатчик 9 стробируется импульсным модулятором 12, длительность импульсов которого выбирается несколько больше 2τ для исключения искажений фазы, возникающих при включении передатчика. Принятые от цели сигналы поступают в усилитель высокой частоты 13 приемника РЛС. После усиления парциальные импульсы различных частот селектируются в первом и втором полосовых фильтрах 14 и 15, полоса пропускания которых соответствует участкам диапозона частот, в пределах которых происходит случайный выбор частот fm и fn.

Преобразование парциальных импульсов на промежуточную частоту происходит в первом и втором смесителях 16 и 17, на гетеродинирующие входы которых поступают сигналы fm+fnч и fn+fnч с выходов СВЧ-генератора 1. Усиленные в первом и втором усилителях промежуточной частоты 18 и 19 парциальные импульсы поступают на первый и второй фазовые детекторы 20 и 21 соответственно. В качестве опорного сигнала используются колебания fnч, поступающие с выхода СВЧ-генератора 1. На выходах первого и второго фазовых детекторов 20 и 21 образуются парциальные видеоимпульсы составного принятого от цели сигнала.

Видеоимпульсы поступают на первую схему коммутации 22, которая имеет два сигнальных входа и выхода.

Второй выход первой схемы коммутации 22 соединен с первым входом схемы вычитания 24, а первый выход - через линию задержки 25 на один период повторения - со вторым входом схемы вычитания 24. На выходе схемы вычитания 24 образуются видеоимпульсы в случае отражений от движущейся цели. В случае отражений от местных предметов и метеообразований видеоимпульсы с выходов первого и второго фазовых детекторов взаимно компенсируются и сигнал на выходе схемы вычитания 24 отсутствует.

Управление схемами коммутации и временными циклами работы всей РЛС осуществляется процессором 23.

Вследствие того, что одинаковые несущие частоты формируются на одинаковых позициях парциальных импульсов, необходимо синхронизировать сигнал запуска дисплея СДЦ. Для этого используется вторая схема коммутации 26, соединенная с синхронизатором 6 и выходом ЛЗ 7, которая обеспечивает задержку запуска чередующихся периодов на время τ.

Данная РЛС с перестройкой несущей частоты и режимом СДЦ наиболее близка к предлагаемой.

Однако данная РЛС характеризуется рядом серьезных недостатков. Применение парциальных импульсов позволяет производить когерентную обработку только между двумя парциальными импульсами, имеющими одинаковую частоту, но при этом когерентность между парциальными импульсами с разной несущей частотой не обеспечивается. Следовательно, огибающая видеоимпульсов на выходе схемы вычитания будет иметь случайный характер. Соответственно, измерение радиальной скорости цели по допплеровскому смещению частоты невозможно.

Сравнительно низкая помехозащищенность РЛС по отношению к активным помехам, т.к. несущая частота парциальных импульсов, находящихся на одинаковых позициях, повторяется, следовательно, может быть вскрыта разведывательным приемником РЭП и подавлена.

Предлагаемым изобретением решаются задачи повышения помехозащищенности по отношению к активным помехам и измерения радиальной скорости цели по допплеровскому смещению частоты.

Для достижения указанного технического результата в РЛС с перестройкой несущей частоты и режимом СДЦ, содержащую перестраиваемый СВЧ-генератор, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первого и второго строб-каскадов соответственно, вторые входы которых соединены с выходами первого и второго генераторов строб-импульсов соответственно. Вход второго генератора строб-импульсов подключен к выходу линии задержки на длительность импульсов τ. Выходы первого и второго строб-каскадов подключены к первому и второму входам сумматора, выход которого соединен с первым входом передатчика, второй вход передатчика соединен с выходом импульсного модулятора, выход передатчика подключен ко входу переключателя прием-передача, вход-выход которого соединен со входом-выходом приемопередающей антенны, а выход переключателя прием-передача соединен со входом усилителя высокой частоты. Выход усилителя высокой частоты подключен к входам первого и второго полосовых фильтров. Полосовые фильтры последовательно соединяются с первым смесителем, первым усилителем промежуточной частоты, первым фазовым детектором и вторым смесителем, вторым усилителем промежуточной частоты, вторым фазовым детектором соответственно. При этом вторые входы первого и второго смесителей подключены к третьему и четвертому выходам перестраиваемого СВЧ-генератора, вторые входы первого и второго фазовых детекторов подключены к пятому выходу перестраиваемого СВЧ-генератора. Выходы первого и второго фазовых детекторов подключены к первому и второму входам первой схемы коммутации. Первый выход первой схемы коммутации подключен к первому входу линии задержки на период повторения, второй выход линии задержки на период повторения подключен к входу синхрогенератора, выход синхрогенератора подключен ко второму входу линии задержки на период повторения, ко входу процессора, ко входу первого генератора строб-импульсов, ко входу линии задержки на длительность импульса τ, ко входу импульсного модулятора, к первому входу второй схемы коммутации, при этом второй вход второй схемы коммутации подключен к выходу линии задержки на длительность импульса τ, первый выход процессора подключен к третьему входу первой схемы коммутации, второй выход процессора подключен ко входу перестраиваемого СВЧ-генератора, третий выход соединен с третьим входом второй схемы коммутации, а также дополнительно введенный третий фазовый детектор, первый вход которого соединен со вторым выходом первой схемы коммутации, а второй вход соединен с первым выходом линии задержки на период повторения. При этом на выходе формируется сигнал СДЦ.

Принципиальным для обеспечения когерентной обработки является то, что несущие частоты двух парциальных импульсов, находящихся на одной и той же позиции в любых двух последовательно излучаемых составных импульсов, отличаются на фиксированное значение частоты Δf.

В каждом последующем составном импульсе несущая частота другого парциального импульса выбирается по случайному закону из заданного диапазона частот.

Благодаря наличию отличительных признаков на выходе третьего фазового детектора при отражениях сигналов от движущейся цели образуются видеоимпульсы, амплитуда которых промодулирована разностной частотой Допплера. Разностная частота Допплера зависит от выбора фиксированного значения отстройки несущей частоты Δf

ΔFдоп=Fдоп2-Fдоп1=2Vр(f1+Δf)/с-2Vрf1/с=2VрΔf/с,

где Vp - радиальная скорость цели, f1 - несущая частота первого в паре парциального зондирующего импульса, с - скорость света.

По значению частоты огибающих видеоимпульсов на выходе третьего фазового детектора появляется возможность определения радиальной скорости цели.

При случайном выборе несущей частоты первого в паре парциального импульса и фиксированной отстройки несущей частоты Δf для второго в паре парциального импульса значение несущих частот всей последовательности составных зондирующих импульсов будет представляться разведывательному приемнику системы радиоэлектронного подавления случайной последовательностью. Это значительно затруднит постановку активных помех и, следовательно, повысит помехозащищенность предлагаемой РЛС.

Предлагаемая РЛС с перестройкой несущей частоты и режимом СДЦ иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.3, 4.

Фиг.3 - Эпюра изменения несущей частоты зондирующих составных импульсов.

Фиг.4 - Схема электрическая функциональная, где:

1 - перестраиваемый СВЧ-генератор;

2 - первый строб-каскад;

3 - второй строб-каскад;

4 - первый генератор строб-импульсов;

5 - второй генератор строб-импульсов;

6 - синхронизатор;

7 - линия задержки на длительность импульса τ;

8 - сумматор;

9 - передатчик;

10 - переключатель прием-передача;

11 - приемопередающая антенна;

12 - импульсный модулятор;

13 - усилитель высокой частоты;

14 - первый полосовой фильтр;

15 - второй полосовой фильтр;

16 - первый смеситель;

17 - второй смеситель;

18 - первый усилитель промежуточной частоты;

19 - второй усилитель промежуточной частоты;

20 - первый фазовый детектор;

21 - второй фазовый детектор;

22 - первая схема коммутации;

23 - процессор;

25 - линия задержки на период повторения Тп;

26 - вторая схема коммутации;

27 - третий фазовый детектор.

РЛС с перестройкой несущей частоты и режимом СДЦ содержит перестраиваемый СВЧ-генератор 1, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первого и второго строб-каскадов 2, 3 соответственно. Вторые входы строб-каскадов 2, 3 подключены к выходам первого и второго генераторов строб-импульсов 4, 5 соответственно. Вход генератора строб-импульса 5 соединен с выходом линии задержки на длительность импульса τ 7. Выходы строб-каскадов 2 и 3 подключены к первому и второму входам сумматора 8, выход которого соединен с первым входом передатчика 9, второй вход передатчика 9 соединен с выходом импульсного модулятора 12. Выход передатчика 9 соединен со входом переключателя прием-передача 10, вход-выход которого соединен со входом-выходом приемопередающей антенны 11, а выход - со входом усилителя высокой частоты 13. Выход усилителя высокой частоты 13 подключен к входам первого и второго полосовых фильтров 14, 15. Выходы полосовых фильтров 14, 15 соединены с первыми входами первого и второго смесителей 16, 17 соответственно. Вторые входы первого и второго смесителей 16, 17 соединены с третьим и четвертым выходами перестраиваемого СВЧ-генератора 1 соответственно. Выходы первого и второго смесителей 16, 17 соединены со входами первого и второго усилителей промежуточной частоты 18, 19 соответственно. Выходы первого и второго усилителей промежуточной частоты 18, 19 соединены с первыми входами первого и второго фазовых детекторов 20, 21 соответственно. Вторые входы фазовых детекторов 20, 21 соединены с пятым выходом перестраиваемого СВЧ-генератора 1. Выходы первого и второго фазовых детекторов 20, 21 соединены с первым и вторым входами первой схемы коммутации 22 соответственно, второй выход которой подключен к первому входу третьего фазового детектора 27, а первый выход - к первому входу линии задержки на период повторения Тп 25. Первый выход линии задержки 25 подключен ко второму входу третьего фазового детектора 27.

Временная регламентация работы РЛС осуществляется синхрогенератором 6, выход которого соединен со входами процессора 23, первого генератора строб-импульсов 4, линии задержки на длительность импульса τ 7, первым входом второй схемы коммутации 26, входом импульсного модулятора 12 и вторым входом линии задержки 25.

Вход синхрогенератора 6 соединен со вторым выходом линии задержки 25. Выход линии задержки 7 также соединен со вторым входом второй схемы коммутации 26. Первый, второй и третий выходы процессора 23 подключены соответственно к третьему входу первой схемы коммутации 22, входу перестраиваемого СВЧ-генератора 1 и к третьему входу второй схемы коммутации 26.

Заявляемая радиолокационная система функционирует следующим образом.

Перестраиваемый СВЧ-генератор 1 вырабатывает непрерывные СВЧ-колебания частотой fnч, fm, fn, fm+fnч, fn+fnч. Колебания несущих частот fm, fn поступают на первый и второй строб-каскады 2 и 3, которые управляются импульсами длительностью τ, вырабатываемыми первым и вторым генераторами строб-импульсов 4 и 5. Синхронизация их запуска осуществляется импульсами синхронизации, вырабатываемыми синхрогенератором 6. Запуск второго генератора строб-импульсов 5 осуществляется с задержкой на время τ относительно момента запуска первого генератора строб-импульсов 4. Это обеспечивается задержкой импульсов синхронизации на время т в линии задержки на длительность импульса τ 7. В результате на выходах первого и второго строб-каскадов 2 и 3 формируются парциальные СВЧ-импульсы длительностью τ и несущими частотами fm и fn. При этом парциальные импульсы оказываются сдвинуты друг относительно друга на время τ. Полученные парциальные импульсы объединяются в сумматоре 8, формируя составной радиоимпульс длительностью 2τ, состоящий из частот fm и fn. Составной импульс усиливается в передатчике 9 и через переключатель прием-передача 10 поступает в приемопередающую систему 11, которая излучает импульс в пространство. При этом передатчик 9 стробируется импульсным модулятором 12, длительность импульсов которого выбирается несколько больше, чем 2τ для исключения искажений фазы, возникающих при включении передатчика.

Отраженные от цели сигналы принимаются приемопередающей антенной 11 и через переключатель прием-передача 10 поступают в усилитель высокой частоты 13 радиолокационного приемника. После предварительного усиления сигналы поступают на первый 14 и второй 15 полосовые фильтры, где происходит разделение сигналов частотой fm+fдоп1 и fn+fдоп2, где fдоп1, fдоп2 - допплеровское смещение частоты при несущих частотах РЛС fm и fn соответствнно.

Преобразование разделенных парциальных импульсов в промежуточную частоту осуществляется в первом и втором смесителях 16, 17, на гетеродинирующие входы которых поступает непрерывное колебание частотой fm+fnч, fn+fnч с 3-го и 4-го выходов перестраиваемого СВЧ-генератора 1. Усиленные в первом и втором усилителях промежуточной частоты 18, 19 парциальные импульсы поступают на первые входы первого и второго фазовых детекторов 20, 21, на вторые входы которых поступает опорное напряжение fnч с 5-го выхода перестраиваемого СВЧ-генератора 1. На выходах первого и второго фазовых детекторов 20, 21 образуется сигнал соответствующей допплеровской частоты fдоп1 и fдоп2. Эти сигналы поступают на первый и второй входы первой схемы коммутации 22. Первый в паре парциальный импульс задерживается в линии задержки на период повторения Тп 25 и поступает на второй вход третьего фазового детектора 27, на первый вход которого поступает незадержанный второй парциальный импульс в паре. На выходе третьего фазового детектора 27 образуются видеоимпульсы с частотой огибающей, равной разностной частоте Допплера

Δfдоп=fдоп2-fдоп1=2VpΔf/c

Управление схемами коммутации 22 и 26 осуществляется сигналами процессора 23. Когда один из выходов первой схемы коммутации подключается к линии задержки на период повторения Тп 25, другой из ее выходов непосредственно соединяется со входом третьего фазового детектора. На выходе третьего фазового детектора 27 формируется сигнал СДЦ путем совместной обработки парциальных импульсов с фиксированной отстройкой двух последовательно следующих составных зондирующих импульсов.

Вследствие того, что несущие частоты с фиксированной отстройкой формируются на одинаковых позициях парциальных импульсов, необходимо синхронизировать сигнал запуска дисплея СДЦ. Для этого используется вторая схема коммутации 26, соединенная с синхрогенератором 6 и выходом линии задержки 7, которая обеспечивает задержку запуска чередующихся периодов на время τ.

Изобретение относится к области радиолокации и может найти применение при разработке помехоустойчивых радиолокационных систем, сохраняющих работоспособность в сложной электромагнитной обстановке и при наличии интенсивных мешающих отражений от пассивных помех, местных предметов и метеообразований. Технический результат заключается в повышении помехозащищенности по отношению к активным помехам и измерении радиальной скорости цели по допплеровскому смещению частоты. Устройство содержит перестраиваемый СВЧ-генератор, два строб-каскада, два генератора строб-импульсов, синхронизатор, линию задержки на длительность импульса τ, сумматор, передатчик, переключатель прием-передача, приемопередающую антенну, импульсный модулятор, усилитель высокой частоты, два полосовых фильтра, два смесителя, два усилителя промежуточной частоты, три фазовых детектора, две схемы коммутации, процессор, линию задержки на период повторения. 4 ил.

РЛС с перестройкой несущей частоты и режимом СДЦ, содержащая перестраиваемый СВЧ-генератор, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первого и второго строб-каскадов соответственно, вторые входы которых соединены с выходами первого и второго генераторов строб-импульсов соответственно, при этом вход второго генератора строб-импульсов подключен к выходу линии задержки на длительность импульсов τ, выходы первого и второго строб-каскадов подключены к первому и второму входам сумматора, выход которого соединен с первым входом передатчика, второй вход передатчика соединен с выходом импульсного модулятора, выход передатчика подключен ко входу переключателя прием-передача, вход-выход которого соединен со входом-выходом приемопередающей антенны, выход переключателя прием-передача соединен со входом усилителя высокой частоты, выход усилителя высокой частоты подключен к входам первого и второго полосовых фильтров, которые последовательно соединяются с первым смесителем, первым усилителем промежуточной частоты, первым фазовым детектором и вторым смесителем, вторым усилителем промежуточной частоты, вторым фазовым детектором соответственно, при этом вторые входы первого и второго смесителей подключены к третьему и четвертому выходам перестраиваемого СВЧ генератора, вторые входы первого и второго фазовых детекторов подключены к пятому выходу перестраиваемого СВЧ генератора, выходы первого и второго фазовых детекторов подключены к первому и второму входам первой схемы коммутации, первый выход первой схемы коммутации подключен к первому входу линии задержки на период повторения, второй выход линии задержки на период повторения подключен к входу синхрогенератора, выход синхрогенератора подключен ко второму входу линии задержки на период повторения, ко входу процессора, ко входу первого генератора строб-импульсов, ко входу линии задержки на длительность импульса τ, ко входу импульсного модулятора, к первому входу второй схемы коммутации, при этом второй вход второй схемы коммутации подключен к выходу линии задержки на длительность импульса τ, первый выход процессора подключен к третьему входу первой схемы коммутации, второй выход процессора подключен ко входу перестраиваемого СВЧ генератора, третий выход соединен с третьим входом второй схемы коммутации, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введен третий фазовый детектор, первый вход которого соединен со вторым выходом первой схемы коммутации, второй вход соединен с первым выходом линии задержки на период повторения.