РАДИОЛОКАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2005 года по МПК G01S13/00 

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в радиолокаторах, работающих в условиях воздействия помех от местных предметов, в частности от морской поверхности.

Известны “Радиолокатор с подавлением местных помех” [1] (аналог), “Радиолокатор” [2] (аналог), в которых для улучшения выделения сигналов целей на фоне помех от морской поверхности принимаются отраженные сигналы от морских волн по двум независимым каналам с ортогональными линейными поляризациями - совпадающей с плоскостью поляризации излученной волны и ортогональной. Эти устройства содержат антенну, поляриметр, циркулятор, передатчик, двухканальный приемник, амплитудные детекторы и схему вычитания. Дополнительно, в радиолокаторе [2] для повышения энергетического потенциала на больших дальностях в зоне свободной от морских помех схема вычитания преобразуется в схему сложения сигналов.

Недостатком этих устройств является малая эффективность подавления помех от местных предметов, поскольку при селекции сигналов целей не учитывается тонкая структура сигналов, их флуктуационные характеристики, статистика отражений и пр.

Известно “Радиолокационное устройство” [3] (аналог), в котором также осуществляются прием и обработка волн с ортогональными линейными поляризациями, при этом учитывается тонкая структура отраженных сигналов, сигналы выделяются двумя амплитудными детекторами и двумя фазовыми детекторами, медленные и быстрые флуктуаций отражений учитываются в схеме устройства, в случае медленных флуктуаций схемами деления (нормировки принимаемых сигналов ортогональных поляризаций), и в случае быстрых флуктуаций - перестраиваемым фильтром с регулируемой частотой среза. Устройство содержит антенну, поляриметр, передатчик, двухканальный усилитель, два амплитудных детектора, сумматор, два делителя, фазовращатель, перестраиваемый фильтр, два умножителя, два фильтра, два двухполупериодных выпрямителя, блок сравнения и второй сумматор.

Недостатком устройства является его сложность, обусловленная введением ряда новых элементов.

Наиболее близким по выполнению и достигаемому результату является “Радиолокатор с подавлением морских помех” [4], принимаемый за прототип, в котором прием волн с двумя ортогональными линейными поляризациями используется для выявления межканальных взаимокорреляционных связей как для помеховых отражений от морской поверхности, так и для сигналов отражений от надводных целей, и на основе их различия достигается улучшение в отношении сигнал/мешающие отражения. Различия между скоростью изменения фазы помеховых сигналов и сигналов надводных объектов позволяют, используя фазовый различитель, “прореживать” сильнокоррелированные в соседних периодах зондирования помеховые сигналы и благодаря этому даже при отсутствии необходимых для обнаружения цели амплитудных различий между сигналами цели и помехи отношение сигнал/помеха может быть улучшено. “Радиолокатор с подавлением морских волн” [4] содержит передатчик, циркулятор, поляриметр, антенну, двухканальный приемник, содержащий фазовращатель, гибридную суммарно-разностную цепь, два ограничителя, два смесителя с общим гетеродином и два усилителя промежуточной частоты, 1-й и 2-й детектор для выделения отраженных сигналов по каждой поляризации, 3-й и 4-й детектор для детектирования сигналов суммы и разности сигналов разной поляризации и генератор полярного сигнала, использующий разность между суммой выходов 1-го и 2-го детекторов и абсолютным значением разности между этими выходами, и разность между выходами 3-го и 4-го детекторов, и генератор полярного сигнала. Выход генератора полярного сигнала управляет цепью переключения полярности, на сигнальный вход которой подаются видеосигналы, амплитуда которых не меняется в широком интервале разности фаз сигналов ортогональных поляризаций, а выход соединен с последовательно соединенными интегратором и схемой абсолютного значения.

Недостаток прототипа состоит в том, что существует возможность пропуска сигнала цели в тех обзорах, когда отраженный от цели сигнал имеет фазу, соответствующую такому управляющему сигналу на выходе генератора полярного сигнала, который не разрешает прохождение видеосигналов на вход интегратора. В этом случае происходит потеря сигналов цели, что снижает эффективность работы радиолокатора.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы радиолокатора за счет уменьшения потери сигналов целей на фоне помех от местных предметов путем учета при обработке числовых характеристик статистических распределений выходных сигналов радиолокационного устройства, а именно параметров разброса между сигналами помехи и сигналами цели.

Технический результат достигается тем, что радиолокационное устройство содержит передатчик, циркулятор, поляриметр, антенну эллиптической поляризации, двухканальный приемник, схему суммирования сигналов, 1-й и 2-й детекторы, 1-ю и 2-ю схемы вычитания сигналов, вход антенны соединен с выходом эллиптической поляризации поляриметра, а его выходы ортогональных линейных поляризаций соединены соответственно с 1-м входом двухканального приемника и 1-м выходом циркулятора, 2-й и 3-й выход циркулятора соединены соответственно со 2-м входом двухканального приемника и выходом передатчика, выходы двухканального приемника подключены ко входам схемы сложения сигналов и ко входам 1-й схемы вычитания сигналов, выход схемы сложения и выход 1-й схемы вычитания через 1-й и 2-й детекторы соединены со входами 2-й схемы вычитания.

Согласно изобретению, в него введены многоотводная линия задержки, имеющая вход, выход и N-2 отводов, N двухполупериодных выпрямителей, блок оценки параметра разброса статистического распределения сигналов цели и помехи, имеющий N первых входов, N вторых входов и выход; к последнему подключены последовательно соединенные дополнительная линия задержки, схема деления и пороговое устройство, выход блока оценки соединен с другим входом схемы деления, выход 2-й схемы вычитания сигналов соединен со входом многоотводной линии задержки, вход, выход и N-2 отвода последней соединены с первыми входами блока оценки непосредственно, а со вторыми входами блока оценки - через N двухполупериодных выпрямителей, при этом время задержки между отводами в многоотводной линии задержки выбрано равным периоду повторения зондирующих импульсов передатчика, время задержки дополнительной линии задержки соответствует интервалу разрешения по дальности зондирующего сигнала.

Другое отличие состоит в том, что число отводов N многоотводной линии задержки определяется из неравенства:

τ_м<(10-30)NT_п<τ_ц,

где - τ_м, τ_ц - интервал корреляции эхосигналов от морской поверхности и от сигнала цели;

T_п - период повторения зондирующих сигналов передатчика.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема радиолокационного устройства.

На фиг.2 приведены осциллограммы четырех (а, б, в, г) реализаций сигнала с выхода схемы вычитания 10 на фиг.1 в смежных периодах повторения, а также наложение этих реализаций (д), иллюстрирующее повторяемость сигнала цели и разброс сигналов, отраженных от морской поверхности.

Радиолокационное устройство (фиг.1) содержит передатчик 1, циркулятор 2 с выводами 1, 2, 3, поляриметр 3, антенну 4, двухканальный приемник 5 со входами 1 и 2, схему сложения сигналов 6, первую схему вычитания сигналов 7, первый детектор 8, второй детектор 9, вторую схему вычитания сигналов 10, многоотводную линию задержки 11, N двухполупериодных выпрямителей 12, блок оценки параметра разброса статистического распределения сигнала цели и помехи 13, линию задержки 14, схему деления 15 и пороговое устройство 16.

Вход антенны 4 соединен с выходом 1 эллиптической поляризации поляриметра 3, а его выходы 2 и 3 ортогональных линейных поляризаций соединены соответственно с 1-м входом двухканального приемника 5 и 1-м выходом циркулятора, 2-й и 3-й выход циркулятора соединены соответственно со 2-м входом двухканального приемника 5 и выходом передатчика 1, выходы двухканального приемника 5 подключены ко входам схемы сложения сигналов 6 и ко входам 1-й схемы вычитания сигналов 7, выход схемы сложения 6 и выход 1-й схемы вычитания 7 через 1-й и 2-й детекторы 8 и 9 соединены со входами 2-й схемы вычитания 10. Согласно изобретению, дополнительно введены многоотводная линия задержки 11, имеющая вход, выход и N-2 отводов, N двухполупериодных выпрямителей 12, блок оценки параметра разброса статистического распределения сигналов цели и помехи 13, имеющий N первых входов, N вторых входов и выход, к выходу блока оценки 13 подключены последовательно соединенные другая линия задержки 14, схема деления 15 и пороговое устройство 16. Выход блока оценки 13 соединен с другим входом схемы деления 15, выход 2-й схемы вычитания сигналов 10 соединен со входом многоотводной линии задержки 11, а ее вход, выход и N-2 отвода соединены с первыми входами блока оценки 13 непосредственно, а со вторыми входами блока оценки 13 - через N двухполупериодных выпрямителей 12, при этом время задержки между отводами в многоотводной линии задержки 11 выбрано равным периоду повторения зондирующих импульсов передатчика, время задержки дополнительной линии задержки 14 соответствует интервалу разрешения по дальности зондирующего сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Передатчик 1 излучает импульсы сверхвысокой частоты, которые через циркулятор 2 подаются на один из входов линейной поляризации, например горизонтальной, при запитке сигналом передатчика входа 3 поляриметра 3 и после прохождения на его выход 1 эллиптической поляризации поступают в антенну 4, которая излучает в пространство в направлении цели горизонтально поляризованные в данном случае радиоволны, а при запитке сигналом передатчика входа 2 поляриметра 3 в пространство будет излучаться вертикально поляризованная волна. Отраженные от надводной цели и от морской поверхности радиоволны в той или иной степени оказываются деполяризованы и, в общем случае, эллиптически поляризованная волна, принятая антенной 4, поступает в поляриметр 3, и на его ортогональных выходах 2 и 3 линейной поляризации выделяются сигналы, соответствующие вертикально и горизонтально поляризованной составляющей отраженного сигнала, которые поступают соответственно на первый вход двухканального приемника 5 непосредственно, а на второй вход приемника 5 - через циркулятор 2. В двухканальном приемнике 5 эти сигналы раздельно усиливаются и, при необходимости переносятся на промежуточную частоту. С выходов двухканального приемника 5 усиленные вертикально и горизонтально поляризованные составляющие отраженного сигнала подаются на схему сложения сигналов 6 и на 1-ю схему вычитания сигналов 7, выходные сигналы схем 6 и 7 детектируются соответственно 1-м и 2-м детекторами 8 и 9, выходные сигналы детекторов подаются на входы 2-й схемы вычитания сигналов 10. Элементы 6, 7, 8, 9, 10 образуют схему фазового детектора, который при квадратичных детекторных характеристиках детекторов 8 и 9 является перемножителем выходных сигналов двухканального приемника 5. Сигнал с выхода 2-й схемы вычитания сигналов 10 поступает на вход многоотводной линии задержки 11 с N-2 отводами, отстоящими по задержке на время, равное периоду повторения зондирующих импульсов передатчика. Со входа, выхода и N-2 отводов многоотводной линии задержки 11 сигналы поступают на N первых входов блока оценки параметра разброса статистического распределения сигналов цели и помехи 13 непосредственно, а на N вторых входов этого же блока - через N двухполупериодных выпрямителей 12. Последние выполняют операцию вычисления абсолютного значения i-го отсчета сигнала с выхода 2-й схемы вычитания сигналов 10. Блок оценки 13 вычисляет параметр разброса согласно выражению:

где i=1...N.

Вторая сумма есть оценка среднего значения величины х - напряжения с выхода 2-й схемы вычитания сигналов 10, а первая сумма - оценка 1-го абсолютного момента; величина γ является для данного вида статистического распределения параметром разброса, аналогичным среднеквадратическому отклонению [5].

Блок оценки 13 может быть реализован с помощью универсальной схемы вычитания [6, стр. 139] или [7, стр. 77], предназначенной одновременно для сложения и вычитания N входных напряжений.

При этом в качестве первых входов блока оценки 13 используются инвертирующие входы операционного усилителя, а в качестве вторых входов блока 13 - неинвертирующие входы.

Изображенные на фиг.2 реализации сигналов отражений от морской поверхности и от цели в нескольких периодах зондирования показывают, что в области сигнала цели разброс реализации меньше (особенно наглядно при совмещении реализации), чем в случае только отраженний от моря. Для различных точечных надводных объектов отношение, реализуемое схемой деления 15, параметра разброса для морской поверхности к параметру разброса для сигнала цели составляет 1,19-1,66, что позволяет повысить эффективность обнаружения сигналов цели на фоне отражений от морской поверхности.

На схеме (фиг.1) это выполняется цепочкой из линии задержки 14, схемы деления 15 и порогового устройства 16. В итоге на выходе схемы деления 15 при сравнении сигналов в соседних по дальности импульсных объемах, определяемых задержкой линии 14, сигнал будет близок к единице при наличии только помехи, а при наличии сигнала цели будет отличаться от единицы, что и будет являться признаком сигнала цели.

Источники информации

1. Радиолокатор с подавлением местных помех, заявка №58-58632 Японии, МПК G 01 S 7/02, 7/42, опублик. 26.12.83 г.

2. Радиолокатор. Патент №1570279 Великобритании, МПК G 01 S 13/02, опублик. 25.06.80 г.

3. Радиолокационное устройство, а.с. СССР №1568740, МПК G 01 S 13/02, 7/36 опублик. 18.08.88 г.

4. Радиолокатор с подавлением морских помех, патент США №4928131, МПК G 01 S 13/50, опублик. 22.05.90 г. - прототип.

5. В.В.Четвергов “Морское приборостроение”, серия общетехническая, вып.6, 1973 г.

6. У.Титце, К.Шенк. Полупроводниковая схемотехника, М., “Мир”, 1982 г.

7. А.Г.Алексенко и др. Применение прецизионных аналоговых ИС, М., “Радио и связь” 1981 г.

Заявленное изобретение относится к радиолокации. Техническим результатом является повышение эффективности работы радиолокатора за счет уменьшения потери сигналов целей на фоне помех от местных предметов путем учета числовых характеристик статистических распределений выходных сигналов радиолокационного устройства, а именно параметров разброса между сигналами помехи и сигналами цели. Радиолокационное устройство содержит передатчик, циркулятор, поляриметр, антенну, двухканальный приемник, схему сложения и вычитания сигналов, выходы которых детектируются и подвергаются вычитанию другой схемой вычитания. Сущность изобретения заключается в том, что результат вычитания обрабатывается многоотводной линией задержки с N отводами, отстоящими по задержке на период повторения РЛС, N двухполупериодными выпрямителями, блоком оценки параметра разброса статистических распределений сигналов цели и помехи. В результате обработки вычисляются оценки параметров разброса в соседних интервалах разрешения по дальности зондирующего сигнала, и по их отношению судят о наличии сигнала цели.1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Радиолокационное устройство, содержащее передатчик, циркулятор, поляриметр, антенну, двухканальный приемник, 1-й и 2-й детектор, схему сложения сигналов, 1-ю и 2-ю схемы вычитания сигналов, вход антенны соединен с выходом эллиптической поляризации поляриметра, а его выходы ортогональных линейных поляризаций соединены соответственно с первым входом двухканального приемника и через циркулятор - со 2-м входом двухканального приемника и передатчиком, выходы двухканального приемника подключены ко входам схемы сложения сигналов и ко входам 1-й схемы вычитания сигналов, выход схемы сложения сигналов и выход 1-й схемы вычитания сигналов через 1-й и 2-й детекторы соединены со входами 2-й схемы вычитания сигналов, отличающееся тем, что в него дополнительно введены многоотводная линия задержки, имеющая вход, выход и N-2 отводов, N двухполупериодных выпрямителей, блок оценки параметра разброса статистического распределения сигналов цели и морской помехи, имеющий N первых входов, N вторых входов и выход, к которому подключены последовательно соединенные дополнительная линия задержки, схема деления и пороговое устройство, выход блока оценки соединен с другим входом схемы деления, выход 2-й схемы вычитания сигналов соединен со входом многоотводной линии задержки, вход, выход и N-2 отвода ее соединены с первыми входами блока оценки параметра разброса непосредственно, а со вторыми входами этого блока - через N двухполупериодных выпрямителей, при этом время задержки между отводами в многоотводной линии задержки выбрано равным периоду повторения зондирующих импульсов передатчика, время задержки дополнительной линии задержки соответствует интервалу разрешения по дальности зондирующего сигнала.2. Радиолокационное устройство по п.1, отличающееся тем, что число N отводов многоотводной линии задержки определяется из неравенства

τ_м<(10-30)NТ_п<τ_ц,

где τ_м, τ_ц - интервалы корреляции эхо-сигналов от морской поверхности и от сигнала цели;

Т_п - период повторения зондирующих сигналов передатчика.