КОГЕРЕНТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ РАДИОЛОКАТОР Российский патент 2005 года по МПК G01S13/50 

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к радиолокационным системам, предназначенным для распознавания различия между неподвижным и подвижным объектами.

Известен когерентно-импульсный радиолокатор, который является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству (см. Бакулев П.А. Радиолокация движущихся целей. - М.: Сов. радио, 1964, стр.157), принятый за прототип. Известное устройство-прототип содержит последовательно соединенные модулятор, усилитель мощности, переключатель прием-передача, первый смеситель, усилитель промежуточной частоты (УПЧ), первый полосовой фильтр, первый детектор и первый накопитель, а также задающий генератор, выход которого соединен со вторым входом усилителя мощности и с первым входом второго смесителя, выход которого соединен со вторым входом первого смесителя, генератор промежуточной частоты, выход которого соединен со вторым входом второго смесителя, приемно-передающую антенну, подключенную ко второму входу переключателя прием-передача, и пороговое устройство, выход которого является выходом радиолокатора.

Устройство-прототип за счет фильтрации в пределах одной парциальной области спектра на промежуточной частоте в первом полосовом фильтре, полоса прозрачности которого соответствует всему диапазону анализируемых доплеровских частот сигнала движущейся цели, из входной смеси сигналов, отраженных от неподвижных и движущихся целей, принимаемых приемно-передающей антенной, и преобразованных на промежуточную частоту, не пропускает спектральные составляющие пассивной помехи - сигналов, отраженных от неподвижных объектов, например от подстилающей поверхности, и выделяет сигналы движущихся целей, сигналы от которых затем детектируются в первом детекторе, накапливаются в первом накопителе и сравниваются с порогом в пороговом устройстве, в результате чего происходит обнаружение движущейся цели.

Однако в реальных условиях спектры пассивной помехи, не имеющей доплеровского смещения, и сигналы движущейся цели могут частично перекрываться и в полосу пропускания первого полосового фильтра может попадать часть спектральных составляющих пассивной помехи, которые далее детектируются, накапливаются и поступают на вход порогового устройства в качестве части составляющей анализируемого в нем сигнала. Эта накопленная на выходе первого накопителя помеховая составляющая в отсутствии сигнала от движущейся цели может вызвать ложное срабатывание порогового устройства, что определяет вероятность ложной тревоги, которая увеличивается с расширением спектра и увеличением мощности пассивной помехи. Таким образом, точность обнаружения движущейся цели в устройстве-прототипе недостаточно высока.

Задачей настоящего изобретения является создание когерентно-импульсного радиолокатора, обеспечивающего повышение точности обнаружения движущейся цели за счет снижения влияния пассивной помехи.

Поставленная задача решается за счет того, что в когерентно-импульсный радиолокатор, содержащий так же, как и прототип, последовательно соединенные модулятор, усилитель мощности, переключатель прием-передача, первый смеситель, УПЧ, первый полосовой фильтр, первый детектор и первый накопитель, а также задающий генератор, выход которого соединен со вторым входом усилителя мощности и с первым входом второго смесителя, выход которого соединен со вторым входом первого смесителя, генератор промежуточной частоты, выход которого соединен со вторым входом второго смесителя, приемно-передающую антенну, подключенную ко второму входу переключателя прием-передача, и пороговое устройство, выход которого является выходом радиолокатора, в отличие от прототипа, введены последовательно соединенные блок удвоения промежуточной частоты, вход которого соединен с выходом генератора промежуточной частоты, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом УПЧ, второй полосовой фильтр, второй детектор, второй накопитель и блок вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого накопителя, а выход - с входом порогового устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого когерентно-импульсного радиолокатора, на фиг.2 представлены спектры сигналов и амплитудно-частотные характеристики блоков, поясняющие работу предлагаемого когерентно-импульсного радиолокатора для случая приближения цели к радиолокатору.

Когерентно-импульсный радиолокатор (см. фиг.1) содержит так же, как и прототип, последовательно соединенные модулятор 1, усилитель мощности 2, переключатель прием-передача 3, первый смеситель 4, УПЧ 5, первый полосовой фильтр (ПФ) 6, первый детектор 7 и первый накопитель 8, а также содержит задающий генератор 9, выход которого соединен со вторым входом усилителя мощности 2 и с первым входом второго смесителя 10, выход которого соединен со вторым входом первого смесителя 4, генератор промежуточной частоты 11, выход которого соединен со вторым входом второго смесителя 10, приемно-передающую антенну 12, подключенную ко второму входу переключателя прием-передача 3, и пороговое устройство 13, выход которого является выходом радиолокатора.

В отличие от прототипа, в предлагаемый когерентно-импульсный радиолокатор введены последовательно соединенные блок удвоения промежуточной частоты 14, вход которого соединен с выходом генератора промежуточной частоты 11, третий смеситель 15, второй вход которого соединен с выходом УПЧ 5, второй ПФ 16, второй детектор 17 и второй накопитель 18, а также блок вычитания 19, первый вход которого соединен с выходом первого накопителя 8, второй вход - с выходом второго накопителя 18, а выход - с входом порогового устройства 13.

На фиг.2 представлены спектры сигналов и амплитудно-частотные характеристики блоков, где

а) - спектр сигналов на выходе УПЧ 5 при движении цели на радиолокатор,

б) - спектр сигнала на выходе генератора промежуточной частоты 11,

в) - спектр сигнала на выходе блока удвоения промежуточной частоты 14,

г) - спектр сигналов на выходе третьего смесителя 15,

д) - амплитудно-частотные характеристики первого ПФ 6 W₆(f) и второго ПФ 16 W₁₆(f),

е) - спектр сигналов на выходе первого ПФ 6,

ж) - спектр сигнала на выходе второго ПФ 16.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Приемно-передающая антенна 12 излучает зондирующие импульсы, поступающие через переключатель прием-передача 3 от передатчика, построенного по многокаскадному принципу, в котором колебания задающего генератора 9 усиливаются в усилителе мощности 2, в котором одновременно происходит импульсная модуляция сигнала с частотой повторения, задаваемой модулятором 1. Отраженные сигналы принимаются приемно-передающей антенной 12 и через переключатель прием-передача 3 поступают на первый вход первого смесителя 4. На второй вход первого смесителя 4 с выхода второго смесителя 10 поступает гетеродинный сигнал, сформированный из колебаний задающего генератора 9, поступающих на первый вход второго смесителя 10, и колебаний генератора промежуточной частоты 11 (см. фиг.2,б), поступающих на второй вход второго смесителя 10. Выходной сигнал первого смесителя 4 на разностной частоте (промежуточной частоте) поступает в УПЧ 5. Усиленный в УПЧ 5 сигнал (см. фиг.2,а) поступает на вход первого ПФ 6, полоса пропускания которого в пределах одной парциальной области спектра на промежуточной частоте W₆(f) (см. фиг.2,д) перекрывает диапазон ожидаемых доплеровских частот сигнала движущейся цели. Сигнал с выхода первого ПФ 6 (см. фиг.2,е) детектируется в первом детекторе 7 и накапливается в первом накопителе 8. В результате формируется сигнал, величина которого пропорциональна мощности сигнала в пределах полосы пропускания первого ПФ 6. Одновременно на выходе блока удвоения промежуточной частоты 14 формируется сигнал, частота которого равна удвоенной промежуточной частоте 2 f_пч (см. фиг.2,в) и который подается на первый (опорный) вход третьего смесителя 15, на второй (сигнальный) вход которого поступает сигнал с выхода УПЧ 5 (см.фиг.2,а). В результате гетеродинирования разностная частотная составляющая выходного сигнала третьего смесителя 15 имеет спектр сигнала на выходе УПЧ 5, симметрично повернутый относительно промежуточной частоты (см. фиг.2,г).

Сигнал с выхода третьего смесителя 15 (см. фиг.2,г) поступает на вход второго ПФ 16, амплитудно-частотная характеристика W₁₆(f) (см. фиг.2,д) которого идентична АЧХ первого ПФ 6.

Сигнал с выхода второго ПФ 16 (см. фиг.2,ж) детектируется во втором детекторе 17 и накапливается во втором накопителе 18. В результате формируется сигнал, величина которого пропорциональна мощности сигнала в пределах полосы пропускания второго ПФ 16.

Постоянная составляющая сигналов с выходов первого 8 и второго 18 накопителей поступает на входы блока вычитания 19, выходной сигнал которого поступает на вход порогового устройства 13, в котором он сравнивается с порогом обнаружения, и формируется сигнал об обнаружении движущейся цели, если произошло превышение порога.

Для конкретности далее рассмотрим процессы, когда цель движется на радиолокатор и доплеровская составляющая увеличивает частоту спектральных составляющих сигнала движущейся цели, как показано на фиг.2.

В полосе прозрачности первого ПФ 6 будут находиться спектральные составляющие сигнала движущейся цели и часть спектральных составляющих сигналов пассивных помех (см. фиг.2,е). В полосе прозрачности второго ПФ 16, имеющего точно такую же амплитудно-частотную характеристику, как и первый ПФ 6, будут находиться только спектральные составляющие сигнала пассивной помехи (см. фиг.2,ж). При этом мощности остатков сигнала пассивной помехи на выходах первого ПФ 6 и второго ПФ 16, при условии идентичности амплитудно-частотных характеристик каналов и симметрии (наиболее часто встречающейся на практике) спектра пассивной помехи, будут равны друг другу.

Видно, что продетектировав на первом детекторе 7 и накопив в первом накопителе 8 сигнал движущейся цели и остаток пассивной помехи, и продетектировав на втором детекторе 17 и накопив во втором накопителе 18 только остаток пассивной помехи, можно получить на выходе блока вычитания 19, производящем вычитание постоянных составляющих выходных сигналов первого 8 и второго 18 накопителей, подавление сигнала пассивной помехи на входе порогового устройства 13, причем степень подавления будет зависеть от степени симметричности центральной парциальной составляющей спектра сигнала пассивной помехи. При идеально симметричном спектре сигнала пассивной помехи, что обычно существует на практике, произойдет полное подавление сигнала пассивной помехи на выходе блока вычитания 19. С выхода блока вычитания 19 сигнал поступает на вход порогового устройства 13 и при наличии сигнала цели на входе радиолокатора происходит обнаружение цели с малой вероятностью ложных тревог, так как сигнал пассивной помехи на входе порогового устройства 13 скомпенсирован и отсутствует.

При движении цели от радиолокатора результат работы когерентно-импульсного радиолокатора будет аналогичен рассмотренному выше (при движении цели на радиолокатор) с уменьшенным влиянием пассивной помехи.

Достигаемый технический результат от использования предлагаемого когерентно-импульсного радиолокатора, в отличие от прототипа, заключается в повышении точности обнаружения движущейся цели за счет снижения влияния пассивной помехи.

Реализация устройства не вызывает практических трудностей, так как вновь вводимые блоки представляют собой завершенные функциональные узлы, выполняемые на основе известных и широко распространенных радиотехнических элементов, выпускаемых отечественной промышленностью.

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к системам, предназначенным для распознавания различия между неподвижными и подвижными объектами. Достигаемый технический результат - повышение точности обнаружения движущейся цели за счет снижения влияния пассивной помехи. Когерентно-импульсный радиолокатор состоит из модулятора (1), усилителя мощности (2), переключателя прием-передача (3), смесителей (4, 10, 15), усилителя промежуточной частоты (5), полосовых фильтров (6, 16), детекторов (7, 17),накопителей (8, 18), задающего генератора (9), генератора промежуточной частоты (11), приемно-передающей антенны (12), порогового устройства (13), блока удвоения промежуточной частоты (14), вычитателя (19), соединенных соответствующими связями. 2 ил.

Когерентно-импульсный радиолокатор, содержащий последовательно соединенные модулятор, усилитель мощности, переключатель прием - передача, первый смеситель, усилитель промежуточной частоты (УПЧ), первый полосовой фильтр, первый детектор и первый накопитель, а также задающий генератор, выход которого соединен со вторым входом усилителя мощности и с первым входом второго смесителя, выход которого соединен со вторым входом первого смесителя, генератор промежуточной частоты, выход которого соединен со вторым входом второго смесителя, приемно-передающую антенну, подключенную ко второму входу переключателя прием - передача, и пороговое устройство, выход которого является выходом радиолокатора, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные блок удвоения промежуточной частоты, вход которого соединен с выходом генератора промежуточной частоты, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом УПЧ, второй полосовой фильтр, второй детектор и второй накопитель, а также блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом первого накопителя, второй вход - с выходом второго накопителя, а выход - с входом порогового устройства.