СПОСОБ СИНХРОННОГО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ В ОБНАРУЖИТЕЛЯХ ДВИЖУЩИХСЯ ЦЕЛЕЙ Российский патент 2008 года по МПК G01S13/52 

Изобретение относится к радиолокации, а точнее к устройствам селекции движущихся целей (СДЦ) с внутренней когерентностью, использующим импульсный зондирующий сигнал (ЗС) с низкой частотой повторения импульсов (ЧПИ) и высокой скважностью.

Известны способы синхронного детектирования, реализуемые в истинно когерентных системах СДЦ (ИКСДЦ) /1, стр.163; 2, стр.296/, в которых формирование радиоимпульсов ЗС S(t) происходит путем импульсной модуляции вырабатываемого независимым когерентным гетеродином (КГ) непрерывного гармонического сигнала частоты f₀, который также используется в качестве опорного B(t) в синхронном детекторе (СД) для выделения доплеровской информации из принимаемого сигнала S(t-τ). Процесс модуляции осуществляется под управлением периодической последовательности импульсов (видео) P(t) с ЧПИ, равной F.

Недостаток аналогов заключается в сложности схемы передатчика, состоящей из нескольких каскадов усилителей мощности ЗС.

Наиболее близким к предложенному является способ СД, реализуемый в псевдокогерентных системах СДЦ (ПКСДЦ) /I, стр.130; 2, стр.308/, в которых радиоимпульсы ЗС S(t) вырабатываются путем самовозбуждения колебаний частоты f в генераторе радиочастот (ГРЧ) с последующим созданием условий для их затухания. Полученные таким способом радиоимпульсы S(t) также используются для формирования опорного сигнала B(t) с той же несущей частотой f с выхода управляемого КГ для выделения с помощью СД доплеровской информации из принимаемого сигнала S(t-τ). Процесс синхронизации управляемого КГ по фазе радиоимпульсами S(t) возобновляется в каждом периоде повторения. Для управления процессами самовозбуждения и затухания в ГРЧ (включение и выключение ГРЧ) используется периодическая последовательность импульсов P(t) с ЧПИ, равной F.

Недостаток прототипа заключается в сложности устройства фазовой синхронизации КГ радиоимпульсами ЗС S(t).

Цель изобретения состоит в упрощении процесса синхронного детектирования в ПКСДЦ.

Для достижения поставленной цели в способе-прототипе, который заключается в возбуждении ГРЧ последовательностью видеоимпульсов, излучении полученных радиоимпульсов и приеме отраженных радиоимпульсов, генерации с помощью КГ высокочастотного колебания S₀(t), синхронном детектировании принимаемых радиоимпульсов с использованием S₀(t) в качестве опорного сигнала, отличающийся тем, что в качестве КГ используется независимый генератор, выходной сигнал S₀(t) которого является непрерывным гармоническим сигналом частоты f₀, дополнительно осуществляется формирование из сигнала S₀(t) периодической последовательности видеоимпульсов P(t) путем деления частоты f₀ КГ, ПРИЧЕМ в качестве периодической последовательности видеоимпульсов, возбуждающих ГРЧ, используются видеоимпульсы P(t).

На фиг.1, фиг.2, фиг.3 изображены функциональные схемы: ИКСДЦ - аналог (фиг.1), ПКСДЦ - прототип (фиг.2,), ПКСДЦ - предложенный способ (фиг.3), где обозначено: 1 - КГ - независимый в схемах фиг.1, фиг.3 и управляемый - в схеме фиг.2; 2 - синхронный детектор (СД); 3 - делитель частоты (ДЧ); 4 - модулятор; 5 - передатчик в виде усилителя мощности - на фиг.1 и ГРЧ (автогенератор) - на фиг.2, фиг.3.

На фиг.4 изображены временные диаграммы зондирующего S(t), принимаемого S(t-τ) и опорного B(t) сигналов в схемах фиг.1, 2, 3.

Дадим ряд комментариев к схемам фиг.1, 2, 3. Во-первых, все они представлены в максимально упрощенном виде с тем, чтобы изложение сущности предложенного способа было наиболее доступным. В частности, во всех схемах не показаны приемные блоки; на фиг.2 не изображены вспомогательные усилители промежуточной частоты, гетеродины и смесители, необходимые для синхронизации управляемого КГ на промежуточной частоте; кроме того, две антенны - передающую и приемную - можно было заменить одной антенной вместе с переключателем «прием-передача» и т.д. Во-вторых, на фиг.1 элемент 3 и связи к нему изображены пунктирной линией. Это объясняется тем, что в ИКСДЦ частота f₀ может выбираться либо кратной ЧПИ F, и тогда ЗС S(t) называют периодической последовательностью когерентных радиоимпульсов, либо не кратной ЧПИ F, и тогда ЗС S(t) называют периодической последовательностью видеоимпульсов с когерентным заполнением /1, стр.67/. В первом случае ДЧ 3 должен быть включен в схему ИКСДЦ, а во втором случае элемент 3 из схемы фиг.1 необходимо исключить. В-третьих, элемент ДЧ 3 в схеме фиг.2 не несет никакой функциональной нагрузки и введен в нее только для придания единообразия всем трем схемам. В-четвертых, в схемах фиг.1 и фиг.3 для уменьшения коэффициента деления ДЧ 3 к правому выходу КГ 1 могут быть дополнительно подключены умножители частоты, которые также для упрощения не показаны. Последний, пятый комментарий состоит в том, что в отличие от схем фиг.1 и фиг.2, в которых излучаемый S(t) и опорный B(t) сигналы имеют одну и ту же несущую частоту: f₀ для фиг.1 и f - для фиг.2 соответственно, в схеме фиг.3 частота f излучаемого сигнала S(t) не совпадает с частотой f₀ опорного сигнала B(t).

Перейдем к изложению сущности предложенного способа, опираясь на временные диаграммы фиг.4.

КГ 1 вырабатывает непрерывный гармонический сигнал частоты f₀, который является опорным B(t) для СД 2. Кроме того, сигнал частоты f₀ поступает на ДЧ 3, где из него формируется последовательность видеоимпульсов P(t) длительностью Т_р и ЧПИ, равной F=1\T, т.е. частота f₀ является кратной частоте F:

Например, если ДЧ реализовать на базе пяти 4-разрядных счетчиков входных импульсов /3, стр.170-221/, коэффициент деления М получается равным М=1048576. Выбирая частоту f₀=1000 МГц, ЧПИ получается приблизительно равной F≈1 кГц.

Для моментов появления видеоимпульсов P(t), обозначаемых через t_n, выполняется условие:

Соотношения (1), (2) означают, что в моменты t_n опорный сигнал B(t) при любом значении n имеет одну и ту же фазу, в частности, нулевую, как показано на фиг.4. Заметим, что аналогичная ситуация наблюдается в ИКСДЦ (аналог, фиг.1, при подключенном ДЧ): там также частота f₀ опорного колебания B(t) кратна ЧПИ F.

Видеоимпульсы P(t) поступают на вход ГРЧ, собранный, например, по трехточечной схеме с емкостной связью /1, стр.197/. Запертый в исходном состоянии ГРЧ периодически отпирается видеоимпульсами P(t), причем передние фронты видеоимпульсов P(t) должны быть достаточно крутыми, чтобы в результате ударного воздействия на ГРЧ 5 форма генерируемых радиоимпульсов S(t) оставалась неизменной от периода к периоду. Для гармонических радиоимпульсов S(t) это означает постоянство их начальной фазы. Такой ЗС S(t) называют периодической последовательностью некогерентных радиоимпульсов /1, стр.67/. Длительность радиоимпульсов ГРЧ S(t) практически совпадает с длительностью Т_р видеоимпульсов P(t).

Далее ЗС S(t) поступает на передающую антенну, а отраженный сигнал поступает на приемную антенну. Принимаемые радиоимпульсы S(t-τ) также будут сохранять свою форму (начальную фазу) от периода к периоду, если пренебречь флуктуациями отраженного сигнала. Последнее условие обычно предполагается выполненным при рассмотрении способов-аналогов и способа-прототипа /1, 2/.

Пусть в n-й период излучения и приема задержка принимаемого радиоимпульса S(t-τ) относительно зондирующего радиоимпульса S(t) составляет величину τ_n. Временно предположим, что несущая частота f радиоимпульсов ГРЧ и частота f₀ КГ совпадают (f=f₀). Тогда соответствующую задержке τ_n разность фаз между принимаемым радиоимпульсом S(t-τ) и опорным колебанием B(t) в n-м периоде обозначим через ϕ_n. В следующем, (n+1)-м периоде задержка принимаемого радиоимпульса S(t-τ) относительно зондирующего радиоимпульса S(t) составит величину τ_n+2VT/C, где V/C - отношение скорости движущейся цели к скорости света (фиг.4). Поэтому разность фаз принимаемого радиоимпульса S(t-τ) и опорного колебания B(t) в (n+1)-м периоде будет определяться выражением

Постоянство «мгновенной» доплеровской частоты движущейся цели

позволяет в дальнейшем произвести ее селекцию путем череспериодной компенсации данных Sinϕ_n с выхода СД.

Снимем введенное выше предположение о равенстве f=f₀, учитывая независимость процесса самовозбуждения ГРЧ и несущей частоты f его радиоимпульсов от частоты f₀ независимого КГ. В этом случае для сохранения зависимости выходного напряжения СД Sinϕ_n от фазы ϕ_n необходимо ограничить длительность Т_р величиной 0,25/|f-f₀]. Выразим это условие в виде

Из (5) можно получить требование к стабильности частоты f ГРЧ. Учитывая, что стабильность частоты f₀ КГ (фиг.3) значительно более высокая (кварцевый генератор, Δf₀/f₀=10^-5÷10^-6), чем стабильность частоты f ГP4, из (5) следует, что стабильность частоты f ГРЧ должна быть не хуже величины, обратной коэффициенту заполнения T_pf радиоимпульсов ГРЧ несущей частотой f. Например, задавая Т_р и f равными Т_р=0,25 мксек, f₀≈f≈1000 МГц, а следовательно, задавая коэффициент заполнения равным T_pf=250, из (5) получаем, что стабильность частоты f ГРЧ должна быть не хуже 10^-3. При ранее использованном предположении относительно величины ЧПИ F≈1 кГц скважность получается приблизительно равной Т/Т_р=1000.

Источники информации:

1. Бакулев П.А. Радиолокация движущихся целей. - М.: Сов. радио, 1964 г.

2. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. - М.: Сов. радио, 1973 г.

3. Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования. - М.: Мир, 2001 г.

Изобретение относится к радиолокационным устройствам селекции движущихся целей (СДЦ), использующим импульсный зондирующий сигнал с низкой частотой повторения импульсов и высокой скважностью. Предложенный способ синхронного детектирования в псевдокогерентных системах СДЦ позволяет при формировании опорного сигнала отказаться от использования сложного процесса фазовой синхронизации управляемого гетеродина зондирующими радиоимпульсами от генератора радиочастот. В заявленном изобретении предлагается в качестве опорного сигнала использовать непрерывный гармонический сигнал от независимого генератора, а генератор радиочастот возбуждать последовательностью видеоимпульсов, полученных в результате относительно простой процедуры деления частоты опорного сигнала. Достигаемым техническим результатом является упрощение устройства синхронного детектирования в псевдокогерентных системах СДЦ. 4 ил.

Способ синхронного детектирования сигналов в обнаружителях движущихся целей, заключающийся в возбуждении генератора радиочастот последовательностью видеоимпульсов, излучении полученных радиоимпульсов и приеме отраженных радиоимпульсов, генерации с помощью когерентного гетеродина высокочастотного колебания S₀(t), синхронном детектировании принимаемых радиоимпульсов с использованием S₀(t) в качестве опорного сигнала, отличающийся тем, что в качестве когерентного гетеродина используется независимый генератор, выходной сигнал S₀(t) которого является непрерывным гармоническим сигналом частоты f₀, дополнительно осуществляется формирование из сигнала S₀(t) периодической последовательности видеоимпульсов P(t) путем деления частоты f₀ когерентного гетеродина, причем в качестве периодической последовательности видеоимпульсов, возбуждающих генератор радиочастот, используются видеоимпульсы P(t).