СПОСОБ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК G01S13/02 

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к радиолокационным средствам обзора земной поверхности неконтактного исследования среды, и может быть использовано в картографии, геодезии, радиолокационной фотограмметрии, в гражданской авиации, в прибрежном мореплавании и в речном судовождении, в картосличительной навигации.

Известны способ радиолокационного зондирования и устройство для его осуществления, реализованные в [1 и 2]. Этот способ и устройство основаны на использовании параметрических генераторов для приема отраженного сигнала, и формирования зондирующего сигнала, модулированного по фазе.

Недостатком указанных способа и устройств является сложность реализации развязки приемного параметрического генератора по опорному сигналу субгармоники, подаваемому на фазовый детектор.

Наиболее близким к заявленному техническим решением задачи радиолокационного зондирования, принятым в качестве прототипа, является способ и устройство радиолокационного зондирования, реализованные в [3]. Этот способ основан на формировании импульсного когерентного опорного сигнала, передний фронт которого совмещен по времени с моментом завершения режима фазирования приемного параметрона (параметрического генератора) и перехода его в режим устойчивой генерации. Работа устройства, реализующего этот способ радиолокационного зондирования, заключается в циклическом повторении последовательности режимов функционирования (см. Фиг.1): «A» - формирование зондирующего сигнала на передающем параметрическом генераторе, входящем в состав формирователя зондирующего сигнала и кодовой последовательности 4 и излучение его с помощью приемно-передающей антенны 6, «В» - пауза или холостой ход, «С» - фазирование приемного параметрического генератора 8 путем предосцилляционного интегрирования входного отраженного сигнала, поступающего от приемно-передающей антенны 6, «D» - устойчивая генерация приемного параметрона с навязанной фазой и регистрация фазовой информации для дальнейшей корреляционной обработки. Тактовое управление циклической работой устройства может осуществляться формированием квазикогерентных импульсных сигналов накачки подаваемых на параметроны 4 и 8 либо периодическим смещением по постоянному току рабочих точек параметрических диодов.

Устройство для осуществления этого способа представлено на фиг.1. Штриховыми линиями выделены блоки прототипа, которые исключены из состава в заявленном изобретении. Прототип устройства содержит генератор сигнала накачки 1, делители мощности сигнала накачки 2 и 3, формирователь зондирующего сигнала и опорной кодовой последовательности 4, циркуляторы 5 и 7, приемно-передающую антенну 6, параметрический генератор 8, амплитудный модулятор 9, фазовый детектор 10, формирователь опорного сигнала на частоте субгармоники 11 и коррелятор 12, причем, выход генератора накачки 1 соединен с входом делителя мощности 2, первый выход которого соединен с входом делителя мощности 3, а второй выход делителя мощности 2 соединен с входом формирователя опорного сигнала на частоте субгармоники 11, первый выход делителя мощности 3 соединен с входом формирователя 4, а второй выход соединен с входом амплитудного модулятора 9, первый выход формирователя 4 соединен с первым входом циркулятора 5, второй выход формирователя 4 соединен со вторым входом коррелятора 12, второй выход-вход циркулятора 5 соединен с антенной 6, третий выход циркулятора 5 соединен с первым входом циркулятора 7, второй вход-выход циркулятора 7 соединен с первым входом-выходом параметрического генератора 8, второй вход параметрического генератора 8 соединен с выходом амплитудного модулятора 9, третий выход циркулятора 7 соединен с первым входом фазового детектора 10, второй вход фазового детектора соединен с выходом формирователя 11, выход фазового детектора соединен со вторым входом коррелятора 12, выход коррелятора является выходом устройства.

Недостатком указанных способа и устройства является четырехтактный принцип работы, препятствующий уменьшению скважности зондирующего сигнала, необходимой для повышения энергетического потенциала РЛС, и низкая надежность в безотказной работе по причине аппаратной сложности.

Целью настоящего изобретения является повышение энергетического потенциала и надежности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе 1) цикл работы содержит четыре такта (излучение, пауза, фазирование и регистрация), 2) зондирующий сигнал и регистрируемый сигнал формируются в индивидуальных блоках, 3) корреляционная обработка регистрируемого сигнала осуществляется с использованием опорной кодовой последовательности, модулирующей зондирующий сигнал, согласно изобретению 1) цикл работы содержит три такта, причем такты излучения и регистрации совмещены по времени, 2) формирование зондирующего и регистрация принятого сигналов осуществляется в одном блоке и одновременно, т.е. зондирующий сигнал одновременно является регистрируемым сигналом, а выходная фазовая информация выполняет функцию опорной кодовой последовательности, 3) корреляционная обработка выходной информации заменена автокорреляционной обработкой.

Новым в предложенном способе по сравнению с прототипом является 1) сокращение числа тактов в цикле с четырех до трех совмещением тактов зондирования и регистрации, 2) принудительная псевдослучайная фазовая модуляция зондирующего сигнала кодовой последовательностью заменена случайной фазовой модуляцией квантованным входным шумовым сигналом, 3) корреляционная обработка выходной информации, предполагающая использование специально формируемой кодовой последовательности, заменена на автокорреляционную обработку.

Поставленная цель достигается также тем, что в известном устройстве синтеза радиолокационного зондирования (см. фиг.1), содержащем генератор сигнала накачки 1, делители мощности сигнала накачки 2 и 3, формирователь зондирующего сигнала и опорной кодовой последовательности 4, циркуляторы 5 и 7, приемно-передающую антенну 6, параметрический генератор 8, амплитудный модулятор 9, фазовый детектор 10, формирователь опорного сигнала на частоте субгармоники 11 и коррелятор 12, причем выход генератора накачки 1 соединен с входом делителя мощности 2, первый выход которого соединен с входом делителя мощности 3, а второй выход делителя мощности 2 соединен с входом формирователя опорного сигнала на частоте субгармоники 11, первый выход делителя мощности 3 соединен с входом формирователя 4, а второй выход соединен с входом амплитудного модулятора 9, первый выход формирователя 4 соединен с первым входом циркулятора 5, второй выход формирователя 4 соединен со вторым входом коррелятора 12, второй выход-вход циркулятора 5 соединен с антенной 6, третий выход циркулятора 5 соединен с первым входом циркулятора 7, второй вход-выход циркулятора 7 соединен с первым входом-выходом параметрического генератора 8, второй вход параметрического генератора 8 соединен с выходом амплитудного модулятора 9, третий выход циркулятора 7 соединен с первым входом фазового детектора 10, второй вход фазового детектора соединен с выходом формирователя 11, выход фазового детектора соединен со вторым входом коррелятора 12, выход коррелятора является выходом устройства, согласно изобретению исключены делитель мощности сигнала накачки 3, формирователь зондирующего сигнала и опорной кодовой последовательности 4, циркуляторы 5 и 7 и введен делитель мощности сигнала субгармоники 13, причем выход делителя мощности 2 соединен с входом амплитудного модулятора 9, первый вход-выход делителя мощности субгармоники 12 соединен с антенной, второй вход-выход делителя 12 соединен с первым входом параметрического генератора 8, выход делителя мощности 13 соединен с первым входом фазового детектора 10.

Новым в предложенном устройстве по сравнению с прототипом является (сравни фиг.1 и фиг.2) исключение из состава устройства делителя мощности сигнала накачки 3, формирователя зондирующего сигнала и опорной кодовой последовательности 4 и циркуляторов 5 и 7 и введение в состав устройства делителя мощности сигнала субгармоники 13.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что в известном способе радиолокационного зондирования излучаемый сигнал формируют независимо от регистрируемого сигнала, а корреляционная обработка предполагает использование кодовой последовательности, формируемой для модуляции зондирующего сигнала.

Однако такой способ реализует четырехтактный цикл и лимитирует минимальную скважность.

В настоящей заявке цикл сокращен до трех тактов, что повышает энергетический потенциал РЛС, а исключение из состава устройства активного блока формирования зондирующего сигнала и опорной кодовой последовательности 4 упрощает схему и повышает надежность работы устройства.

Сущность предлагаемого устройства состоит в двухцелевом использовании приемного параметрического генератора, что позволило исключить формирователь зондирующего сигнала и опорной кодовой последовательности 4.

Предлагаемый способ синтеза радиолокационного изображения включает следующую последовательность операций: а) фазируют параметрический генератор входным сигналом, представляющим собой аддитивную смесь собственного и внешнего шумов и суперпозиции отраженных сигналов со случайными начальными фазами, пришедшими с разных дальностей, б) мощность колебаний параметрического генератора, фазированного входным сигналом, разветвляют на два канала. По одному каналу сигнал канализируют в антенну для излучения, по другому каналу сигнал синхронно детектируют с использованием квазикогерентной импульсной последовательности, формируемой только во время излучения, в) детектированный сигнал подают на коррелятор в качестве входного и в качестве опорного, а результат автокорреляции выдают на выход устройства.

Устройство радиолокационного зондирования работает следующим образом: генератор накачки 1, работающий в непрерывном режиме, выдает высокостабильный сигнал на частоте накачки. Мощность сигнала накачки делят. Часть мощности сигнала накачки подают на импульсный делитель частоты (параметрический генератор) 11 и часть мощности направляют на амплитудный модулятор 9. В открытом состоянии модулятор пропускает колебания на частоте накачки к параметрическому генератору 8. Под воздействием этих колебаний параметрический генератор начинает «раскачиваться» на частоте субгармоники, при этом фаза сигналу на частоте субгармоники навязывается входным шумоподобным сигналом, вносимым в колебательный контур параметрического генератора 8 из антенны 6 через делитель мощности 13. Параметрические колебания нарастают по амплитуде и через некоторое время генерация становится устойчивой и не зависящей от фазирующего входного сигнала. Начиная с момента завершения переходного режима и установления устойчивых колебаний, сформированный параметрическим генератором сигнал излучают через цепь делитель мощности 13 - антенна, а часть мощности, снимаемой с делителя 13, подают на фазовый детектор 10. В качестве опорного сигнала используют сигнал субгармоники, формируемый блоком 11 в моменты устойчивой генерации параметрона 8. Детектированный сигнал с выхода блока 10 подают на информационный и опорный входы коррелятора 12. В закрытом состоянии модулятора 9 излучения и приема нет. Устройство периодически меняет режим работы: предосцилляционное интегрирование - излучение и прием - пауза.

На фиг.2 приведена структурная схема заявленного устройства радиолокационного зондирования.

При реализации предлагаемого способа и устройства радиолокационного зондирвания устанавливается устройство фиг.1 (прототип). Из устройства извлекаются блоки 3, 4, 5, 7. Вводят в состав установки делитель мощности сигнала частоты накачки (пассивный элемент) и соединяют блоки в соответствии с фиг. 2.

Технический результат использования предложенного способа и устройства по сравнению с прототипом состоит в том, что при тех же числовых значениях временных интервалов режимов интегрирования, генереции, приема и паузы период повторения уменьшается более чем на 25%. Это позволяет повысить потенциал РЛС либо при сохранении потенциала повысить скорость радиолокационного обзора, что может быть использовано в радиолокаторах наземного, воздушного, морского и космического базирования широкого профиля применения.

Литература

1. Авторское свидетельство № 233901, заявка № 3114231, приоритет изобретения 7 мая 1985 г.

2. Авторское свидетельство № 322280, заявка № 4522873, приоритет изобретения 16 ноября 1989 г.

3. Опаленов Ю.В. Фазированная антенная решетка на КВЧ компараторах в геофизических измерительных комплексах дистанционного зондирования // Антенны, выпуск 03-04(70-71), 2003. Стр.73-77.

4. Кнорре К.Г., Тузов В.М., Шур Г.И. Фазовые и частотные информационные СВЧ элементы. - М.: Сов. радио, 1975. 352 с.

5. Комолов В.П., Трофименко И.Т. Квантование фазы при обнаружении радиосигналов. - М.: Сов. радио, 1976. 224 с.

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к радиолокационным средствам обзора земной поверхности, и может быть использовано в картографии, геодезии, радиолокационной фотограмметрии, в гражданской авиации, в прибрежном мореплавании и в речном судовождении, в картосличительной навигации. Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение энергетического потенциала РЛС со сложным зондирующим сигналом, модулированным по фазе. Сущность предлагаемого изобретения состоит в дополнительном использовании принятого входного сигнала, квантованного по фазе, на параметроне в качестве зондирующего. Предлагаемый способ позволяет существенно упростить аппаратную реализацию РЛС с параметрическим принципом функционирования и повысить их энергетический потенциал. 2 н.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ радиолокационного зондирования, заключающийся в том, что сложный зондирующий сигнал формируют из когерентной импульсной последовательности, заполненной колебаниями на несущей частоте, путем импульсной модуляции фазы несущей частоты по закону, задаваемому опорной кодовой последовательностью, а прием отраженных сигналов осуществляют в интервалах между зондирующими импульсами квантованием входного сигнала по фазе на несущей частоте, квантованный сигнал когерентно детектируют и результаты детектирования коррелируют с опорной последовательностью, отличающийся тем, что квантованный по фазе на несущей частоте входной сигнал используют в качестве зондирующего сигнала, а когерентно детектированный квантованный сигнал дополнительно используют в качестве опорной последовательности.2. Устройство радиолокационного зондирования, содержащее генератор сигнала накачки (1), делитель мощности сигнала накачки (2), приемно-передающую антенну (6), параметрический генератор (8), амплитудный модулятор (9), фазовый детектор (10), формирователь опорного сигнала на частоте субгармоники (11), коррелятор (12), причем выход генератора накачки (1) соединен с входом делителя мощности (2), второй выход которого соединен с входом формирователя опорного сигнала на частоте субгармоники (11), с выходом которого соединен второй вход фазового детектора, второй вход параметрического генератора (8) соединен с выходом амплитудного модулятора (9), выход коррелятора является выходом устройства, отличающееся тем, что введен делитель мощности сигнала субгармоники (13), причем первый выход делителя мощности (2) соединен с входом амплитудного модулятора (9), первый вход-выход делителя мощности субгармоники (13) соединен с приемно-передающей антенной (6), второй вход-выход делителя мощности сигнала субгармоники (13) соединен с первым входом параметрического генератора (8), выход делителя мощности сигнала субгармоники (13) соединен с первым входом фазового детектора, причем детектированный сигнал с выхода фазового детектора (10) подают на информационный и опорный входы коррелятора.