УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ ЭХОСИГНАЛОВ, ПРИНИМАЕМЫХ ПО БОКОВЫМ ЛЕПЕСТКАМ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ Российский патент 2007 года по МПК G01S7/36 

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в импульсных радиолокационных станциях (РЛС) для подавления эхосигналов, принимаемых по боковым лепесткам (БЛ) диаграммы направленности антенны (ДНА).

Эта задача возникает, когда конструктивные и массогабаритные требования к радиолокатору накладывают ограничения на размеры антенной системы [1-3]. Актуальность задачи подтверждается ходом разработок самых современных РЛС [4, 5]. Ограничения на размеры апертуры антенной системы, увеличение мощности передающего устройства для увеличения дальности обнаружения целей, уменьшение потерь на обработку эхосигналов значительно увеличивают вероятность обнаружения эхосигналов от сильных целей (малой дальности либо с большой ЭПР), принимаемых по БЛ ДНА.

К прямым методам ослабления приема эхосигналов по БЛ ДНА можно отнести методы, заключающиеся в весовой обработке распределения поля по апертуре антенны с целью снижения уровня БЛ ДНА [4, 5]. Эти методы требуют значительного увеличения апертуры антенны и высокой точности ее изготовления, что опять же ограничивается конструктивными и массогабаритными требованиями к РЛС.

Известны многоканальные системы подавления приема по БЛ ДНА [1-4], основанные на сравнении уровней сигналов, принятых основной антенной и дополнительными антеннами, ДНА которых перекрывают БЛ ДНА основной антенны. К недостаткам таких систем относятся большие сложность и стоимость, обусловленные необходимостью введения группы дополнительных антенн, приемных каналов и большого объема аппаратуры обработки.

Известно одноканальное устройство [6], предназначенное для устранения приема стационарных сигналов помехоносителя боковыми лепестками ДНА, однако оно не обладает разрешением по дальности.

Известно также одноканальное устройство для подавления эхосигналов, принятых по БЛ ДНА [7], которое является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и которое выбрано за прототип.

Структурная схема устройства-прототипа приведена на фиг.1. Устройство [7] содержит последовательно соединенные антенну 1, приемное устройство 2, детектор-интегратор 3, блок памяти 4, подключенный к первому входу устройства сравнения 5. К выходу детектора-интегратора 3 параллельно входу блока памяти 4 подключены "n" (по числу элементов разрешения по дальности) каналов формирования порогового уровня. Каждый из "n" каналов состоит из последовательно соединенных первого клапана 6, блока усреднения-усиления 7 и второго клапана 8. Выходы каналов подключены к входам сумматора 9, подключенного своим выходом ко второму входу устройства сравнения 5. Блок управления 10 имеет "n" выходов, каждый из которых подключен к управляющим входам первого 6 и второго 8 клапанов соответствующего i-го канала, и "(n+1)"-й выход, подключенный к управляющему входу блока памяти 4. Синхронизирующий вход блока управления 10 подключен к выходу задающего генератора 11. Выход устройства сравнения 5 является выходом устройства.

Принцип работы устройства-прототипа заключается в следующем. В каждом элементе разрешения по дальности осуществляются считывание амплитуды принятого эхосигнала и ввод ее значения в соответствующий этому элементу дальности блок усреднения-усиления 7, формирующий пороговый уровень для сигналов, принятых с этой дальности. Формирование порогового уровня в каждом элементе дальности осуществляется путем усреднения в некотором угловом интервале Δ, много большем ширины ДНА, уровня напряжения, принятого приемным каналом, с последующим усилением на величину, обеспечивающую подавление эхосигналов, принимаемых по БЛ ДНА, с требуемой вероятностью. При этом используется то обстоятельство, что огибающая ДНА практически везде вне главного лепестка представляет собой стационарный случайный процесс, а главный лепесток в достаточно широком секторе углов образует резкую нестационарность.

С блока памяти 4 на первый вход устройства сравнения 5 поочередно поступают сигналы, задержанные на интервал Δ/2 и соответствующие разным элементам дальности, которые сравниваются каждый раз со своим порогом. Задержка радиолокационной информации на величину Δ/2 необходима для совмещения максимумов напряжения, соответствующего огибающей ДНА, и сформированного порога, поскольку блок усреднения-усиления 7 инерционен.

В результате в каждом элементе дальности эхосигналы от цели, принятые по главному лучу ДНА, проходят на выход схемы сравнения 5, а сигналы, принятые по БЛ ДНА, в схеме сравнения отсекаются.

Недостатком описанного устройства является его инерционность в формировании порога, обусловленная применением в блоке усреднения-усиления 7 схем на линейных фильтрах, и делающая невозможным разрешение двух целей, расположенных на одинаковой дальности, угловое положение которых отличается примерно на ширину главного луча ДНА. Причем в зависимости от соотношения амплитуд эхосигналов от целей возможна ситуация, когда относительно слабый эхосигнал маскируется более сильным (см. фиг.2: 1 - суммарный эхосигнал при наложении двух целей, 2 - пороговый уровень на входе устройства сравнения 5 прототипа) или ситуация, когда суммарный эхосигнал от двух приблизительно равных по амплитуде целей не превышает порогового уровня, сформированного в данном элементе дальности блоком усреднения-усиления 7, что приводит к необнаружению, т.е. пропуску обеих целей (см. фиг.3). Иначе говоря, устройство-прототип не обладает разрешением по угловой координате, а его применение может привести к необнаружению (пропуску) как одной из близкорасположенных целей, так и вообще обеих целей.

Техническим результатом изобретения является устранение указанного недостатка устройства-прототипа при сохранении качества подавления БД, т.е. повышение разрешающей способности по угловой координате.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство-прототип, состоящее из антенны, приемного устройства, детектора-интегратора, блока памяти, устройства сравнения, "n" каналов формирования порогового уровня, содержащих первый и второй клапаны, сумматора, блока управления и задающего генератора, в каждый из "n" каналов формирования порогового уровня введены канальный блок памяти, устройство ранжирования и вычислитель порогового уровня с соответствующими связями.

На фиг.4 приведена структурная схема предлагаемого устройства, где обозначено:

1 - антенна;

2 - приемное устройство;

3 - детектор-интегратор;

4 - блок памяти;

5 - устройство сравнения;

6 - первый клапан;

8 - второй клапан;

9 - сумматор;

10 - блок управления;

11 - задающий генератор;

12 - канальный блок памяти;

13 - устройство ранжирования;

14 - вычислитель порогового уровня.

Из структурной схемы (фиг.4) видно, что предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные антенну 1, приемное устройство 2, детектор-интегратор 3, блок памяти 4 и устройство сравнения 5, а также "n" каналов формирования порогового уровня, каждый из которых состоит из последовательно соединенных первого клапана 6, канального блока памяти 12, устройства ранжирования 13, вычислителя порогового уровня 14 и второго клапана 8. Выходы клапанов 8 соединены со входами сумматора 9, соединенного своим выходом со вторым входом устройства сравнения 5, выход которого является выходом всего устройства. Первые входы первых клапанов 6 в каждом канале соединены с выходом детектора-интегратора 3, а вторые (управляющие), так же как и вторые входы вторых клапанов 8 - с "n" выходами блока управления 10, "(n+1)"-й выход которого соединен со вторым (управляющим) входом блока памяти 4, а вход - с выходом задающего генератора.

Работа предлагаемого устройства отличается от работы прототипа способом формирования порогового уровня, основанного на использовании порядковых статистик.

Реализация на практике способа формирования адаптивного порогового уровня, основанного на использовании порядковой статистики X^(к), где 1<k<N [8], и обладающего несомненным достоинством - безинерционностью, зачастую вызывает достаточно серьезные затруднения. Они связаны с необходимостью реализации в каждом из "n" каналов канального блока памяти 12 (оперативного запоминающего устройства большой емкости) на N отсчетов-элементов разрешения по угловой координате и устройства ранжирования для образования ряда порядковых статистик 13 (математическо-логического процессора с высокой производительностью). Особенно возрастают требования к этим устройствам при реализации устройств подавления БЛ ДНА для случаев уменьшенного элемента разрешения по угловой координате (например, при скорости вращения РЛС в азимутальной плоскости 2÷3 оборота в минуту), т.к. в этих случаях пропорционально уменьшению элемента разрешения увеличивается объем обучающей выборки N. Аналогичные требования выдвигаются и к блоку памяти 4.

С целью сохранения неизменным объема обучающей выборки N (а значит, и количества математических операций в устройстве ранжирования) при различных значениях элемента разрешения по угловой координате в предлагаемом устройстве для формирования адаптивного порогового уровня используются значения базовой X^(к), где k>N/2, и максимальной Х^(N) порядковых статистик.

В каждом элементе разрешения по дальности значение порогового уровня П, поступающего на второй вход схемы сравнения 5, вычисляется в соответствии с формулой

П=α·Х^(к)+β·Х^(N).

Пороговый уровень, необходимый для подавления с требуемой вероятностью эхосигналов, принимаемых по БЛ ДНА, и разрешения эхосигналов от двух целей при различных значениях элемента разрешения по угловой координате, обеспечивается за счет оптимального выбора в вычислителе порогового уровня 14 значений пары коэффициентов α и β для каждого необходимого случая (значения элемента разрешения). Константы α и β подбираются экспериментально, а также с помощью математического моделирования.

На фиг.2 и 3 представлена тестовая ситуация, которая позволяет показать преимущества заявляемого устройства подавления БЛ ДНА по сравнению с устройством-прототипом. На каждой из фигур кривая 1 изображает суммарный эхосигнал при наложении двух целей, кривая 2 - пороговый уровень, поступающий на вход схемы сравнения в устройстве-прототипе, а кривая 3 - пороговый уровень, поступающий на вход схемы сравнения в заявляемом устройстве. Как видно из фиг.2, при различии уровней эхосигналов целей ˜ на 3 дБ в устройстве-прототипе относительно слабый сигнал маскируется более сильным, так как только главный лепесток более сильного сигнала превышает пороговый уровень. Из фиг.3 видно, что в случае приблизительного равенства амплитуд эхосигналов целей их главные лепестки не превышают сформированного в устройстве-прототипе порогового уровня, т.е. ни одна из целей не обнаруживается. В то же время при использовании заявляемого устройства в обоих случаях главные лепестки обеих целей превышают пороговый уровень, т.е. обнаруживаются обе цели, при сохранении качества подавления боковых лепестков.

Таким образом, введение в каждый из "n" каналов формирования порогового уровня канального блока памяти, устройства ранжирования и вычислителя порогового уровня с соответствующими связями позволяет повысить разрешающую способность по угловой координате в заявляемом устройстве.

Литература

1. Теоретические основы радиолокации./Под ред. Я.Д.Ширмана. М., Сов. Радио, 1970 г., стр.429-435, 318-319.

2. Ш.М.Караускас, Р.Н.Шабалин, В.Н.Яковлев. "Об одном способе подавления сигналов боковых лепестков посадочной РЛС". РЖ, 24 Г "Радиолокация", 1974 г., №4, стр.14.

3. Патент США №3747100, МПК G 01 S 3/06, опубл. 1973 г.

4. РЛС "55Ж6У". "Оружие России". Каталог. Ч. 5, М., 1997 г., стр.179-182.

5. РЛС "59Н6". "Оружие России". Каталог. Ч. 5, М., 1997 г., стр.183-186.

6. Патент РФ №2074403, с приоритетом от 06.06.1977 г. "Амплитудный пеленгатор для постановщиков активных помех". Авторы Бляхман А.Б., Самарин А.В., Зачепицкий А.А., МПК G 01 S 3/06.

7. Патент РФ №2123708, с приоритетом от 02.04.1987 г. "Устройство для подавления эхосигналов, принятых по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны". Авторы Бляхман А.Б., Самарин А.В., МПК G 01 S 7/36, прототип.

8. Патент США №4649394, МПК G 01 S 7/28, опубл. 1987 г.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в импульсных РЛС для подавления эхосигналов, принимаемых по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны.

Техническим результатом изобретения является повышение разрешающей способности по угловой координате. Этот результат достигается за счет того, что в известное устройство для подавления эхосигналов, принимаемых по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны, содержащее последовательно соединенные антенну, приемное устройство, детектор-интегратор, блок памяти, устройство сравнения, а также "n" каналов формирования порогового уровня, каждый из которых состоит из первого и второго клапанов, выходы которых соединены с "n" входами сумматора, соединенного своим выходом со вторым входом устройства сравнения, выход которого является выходом всего устройства, при этом первые входы первых клапанов в каждом канале соединены с выходом детектора-интегратора, а вторые, также как и вторые входы вторых клапанов - с "n" выходами блока управления, "n+1"-й выход которого соединен со вторым входом блока памяти, а вход - с выходом задающего генератора, в каждый из "n" каналов формирования порогового уровня введены последовательно соединенные с выходом первого клапана канальный блок памяти, устройство ранжирования и вычислитель порогового уровня, выход которого соединен с первым входом второго клапана. 4 ил.

Устройство для подавления эхосигналов, принимаемых по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны, содержащее последовательно соединенные антенну, приемное устройство, детектор-интегратор, блок памяти, устройство сравнения, а также "n" каналов формирования порогового уровня, каждый из которых состоит из первого и второго клапанов, выходы которых соединены с "n" входами сумматора, соединенного своим выходом со вторым входом устройства сравнения, выход которого является выходом всего устройства, при этом первые входы первых клапанов в каждом канале соединены с выходом детектора-интегратора, а вторые, также как и вторые входы вторых клапанов - с "n" выходами блока управления, "n+1"-й выход которого соединен со вторым входом блока памяти, а вход - с выходом задающего генератора, отличающееся тем, что в каждый из "n" каналов формирования порогового уровня введены последовательно соединенные с выходом первого клапана канальный блок памяти, устройство ранжирования и вычислитель порогового уровня, выход которого соединен с первым входом второго клапана.