СПОСОБ НЕЛИНЕЙНОЙ РАДИОЛОКАЦИИ Российский патент 2010 года по МПК G01S13/00 

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к способам и технике нелинейной радиолокации, и может использоваться для поиска и обнаружения объектов с нелинейными электрическими свойствами (ОЭНС).

Способом-аналогом является способ нелинейной радиолокации, например [1], основанный на использовании специфического эффекта преобразования спектра зондирующего сигнала (ЗС) ОЭНС, включающий прием эхо-сигналов от ОЭНС на второй и третьей гармониках ЗС, обработку и индикацию их уровней для распознавания ОЭНС оператором. Это обусловлено тем, что обычно радиолокационные цели, содержащие ОЭНС с полупроводниковыми компонентами, имеют на второй гармонике уровень сигналов отклика на 20-30 дБ более высокий, чем на третьей гармонике. Для ОЭНС контактного типа, как правило, выполняется обратное соотношение. К недостаткам способа-аналога следует отнести малую дальность действия и низкую разрешающую способность по дальности техники нелинейной радиолокации, а также то, что использование в способе-аналоге обработки (сжатия) фазокодоманипулированного (ФКМ) радиоимпульса приведет к изменению кода внутриимпульсной манипуляции фазы в эхо-сигнале от ОЭНС на n-й гармонике ЗС по сравнению с соответствующим кодом в зондирующем ФКМ радиоимпульсе и, как следствие, к отсутствию эффекта увеличения дальности действия и улучшения разрешающей способности техники нелинейной радиолокации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу нелинейной радиолокации (прототипом к предлагаемому изобретению) является способ радиолокации, основанный на формировании ФКМ радиоимпульса большой длительности путем смыкания М>1 парциальных радиоимпульсов несущей частоты ЗС f₀ одинаковой амплитуды u₀, одинаковой длительности τ₀ при ограниченном числе Р>1 различающихся возможных значений начальной фазы колебаний φ_i, где , его излучении в зондируемую область пространства, приеме эхо-сигнала от цели и его обработке (сжатии) в согласованном фильтре с импульсной характеристикой, зеркальной по отношению к закону внутриимпульсной манипуляции фазы сформированного зондирующего ФКМ радиоимпульса [2, с.135-136], с обеспечением обнаружения объекта. Однако способ-прототип не предназначен для обработки эхо-сигналов на частоте n-й гармоники ЗС.

Техническим результатом изобретения является улучшение разрешающей способности по дальности и дальности действия нелинейной РЛС.

Технический результат достигается тем, что в известном способе-прототипе дополнительно уменьшают в n раз значение начальной фазы φ_i каждого из М парциальных радиоимпульсов формируемого зондирующего ФКМ радиоимпульса с обеспечением в согласованном фильтре постоянного низкого уровня боковых пиков автокорреляционной функции ФКМ радиоимпульса по отношению к уровню основного пика, при этом эхо-сигнал от ОЭНС принимают на частоте n-й гармоники ЗС.

Сущность заявляемого способа состоит в том, что для получения на частоте n-й гармоники ЗС nf₀ ФКМ радиоимпульса с законом внутриимпульсной манипуляции фазы, зеркальным по отношению к импульсной характеристике согласованного фильтра, используется известный из теории нелинейных цепей [3] эффект увеличения в n раз частоты и фазы колебаний падающей на ОЭНС электромагнитной волны ЗС. В связи с этим при формировании ЗС уменьшают в n раз значения начальных фаз φ_i парциальных радиоимпульсов, из которых состоит зондирующий ФКМ радиоимпульс. Затем ЗС излучают в направлении ОЭНС, где он преобразуется в эхо-сигнал на частоте n-й гармоники ЗС с увеличенными в n раз начальными фазами парциальных радиоимпульсов, что обеспечивает получение ФКМ радиоимпульса на частоте nf₀, сжатие которого осуществляют в согласованном фильтре с известной импульсной характеристикой, например [4, с.436-437].

Способ нелинейной радиолокации поясняется чертежом, на котором изображены нелинейная РЛС, состоящая из опорного генератора 1, устройства формирования ФКМ сигнала 2, передатчика 3, передающей антенны 4, приемной антенны 7, приемника 6 и согласованного фильтра 5, соединенных как показано на чертеже, а также объект с нелинейными электрическими свойствами 8.

Опорный генератор 1 вырабатывает сигнал, представляющий собой электромагнитные колебания несущей частоты ЗС f_0. Устройство формирования ФКМ сигнала 2, выполненное, например, по известной схеме [5, с.424-425], обеспечивает формирование ФКМ радиоимпульса с уменьшенными в n раз значениями начальных фаз φ₁ парциальных радиоимпульсов относительно закона внутриимпульсной манипуляции фазы, зеркального по отношению к импульсной характеристике согласованного фильтра 5. Согласованный фильтр 5, построенный, к примеру, по известной схеме [4, с.436-437] или [6, с.244-246], предназначен для сжатия эхо-сигнала от ОЭНС, представляющего собой ФКМ радиоимпульс на частоте nf₀. Передатчик 3 усиливает ФКМ радиоимпульс частоты f₀ и подает его на вход передающей антенны 4, с помощью которой сформированный ЗС излучается в заданную область пространства. Приемная антенна 7 служит для приема эхо-сигнала, рассеянного объектом с нелинейными электрическими свойствами 8 на частоте n-й гармоники ЗС и представляющего собой ФКМ радиоимпульс частоты nf₀ с законом внутриимпульсной манипуляции фазы, зеркальным по отношению к импульсной характеристике согласованного фильтра 5. Приемник 6 усиливает сигналы, поступившие на его вход с выхода приемной антенны 7, и подает их на вход согласованного фильтра 5.

Способ нелинейной радиолокации поясняется следующим образом. С помощью опорного генератора 1 и устройства формирования ФКМ сигнала 2 формируют ФКМ радиоимпульс с уменьшенными в n раз значениями начальных фаз φ_i парциальных радиоимпульсов относительно закона внутриимпульсной манипуляции фазы, зеркального по отношению к импульсной характеристике согласованного фильтра 5. Сформированный таким образом сигнал подают на вход передатчика 3, где он усиливается и поступает на вход передающей антенны 4, с помощью которой излучается в заданную область пространства. Далее электромагнитная волна ЗС частоты f₀ преобразуется объектом с нелинейными электрическими свойствами 8 в эхо-сигнал частоты nf₀, представляющий собой ФКМ радиоимпульс с законом внутриимпульсной манипуляции фазы, зеркальным по отношению к импульсной характеристике согласованного фильтра 5. Прием эхо-сигнала на частоте nf₀ от объекта с нелинейными электрическими свойствами 8 осуществляют приемной антенной 7. Сигнал с выхода приемной антенны 7 подают на вход приемника 6, где он усиливается и поступает на вход согласованного фильтра 5, который осуществляет сжатие полученного ФКМ радиоимпульса частоты nf₀.

Таким образом, предложенный способ нелинейной радиолокации, имеющий новые операции в виде дополнительного уменьшения в n раз значений начальных фаз φ_i парциальных радиоимпульсов ЗС и приема эхо-сигналов от ОЭНС на n-й гармонике ЗС, позволяет осуществлять сжатие ФКМ эхо-сигналов от ОЭНС с частотой nf₀ в М раз.

Эффективность предложенного способа оценим для случая внутриимпульсной манипуляции фазы зондирующего ФКМ радиоимпульса частоты f₀ 13-позиционным кодом Баркера (М=13, Р=2): 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1,0, 0, 1,0, 1,0. Положим, что ОЭНС преобразует ЗС в ФКМ радиоимпульс частоты 2f₀. При реализации предложенного способа последовательность значений начальных фаз парциальных радиоимпульсов в зондирующем сигнале будет иметь вид: 0, 0, 0, 0, 0, π/2, π/2, 0, 0, π/2, 0, π/2, 0. После преобразования ЗС ОЭНС получим ФКМ радиоимпульс частоты 2f₀ с внутриимпульсной 0, π манипуляцией фазы кодом Баркера, где последовательность значений начальных фаз парциальных радиоимпульсов определяется как 0, 0, 0, 0, 0, π, π, 0, 0, π, 0, π, 0. Согласованная фильтрация такого сигнала позволит сжать его в 13 раз и обеспечить постоянный низкий уровень (1/13 от уровня основного пика) боковых пиков автокорреляционной функции ФКМ радиоимпульса.

Известно, что в нелинейной радиолокации дальность действия нелинейной РЛС R пропорциональна корню 2(n+1)-й степени уровня мощности принимаемого эхо-сигнала [7], а также что разрешающая способность нелинейной РЛС по дальности Δr=c/2Δf_ЗC определяется шириной спектра ЗС Δf_ЗС [8], где с - скорость света. Тогда с учетом того, что в способе-прототипе внутриимпульсная 0, π манипуляция фазы колебаний зондирующего ФКМ радиоимпульса преобразуется ОЭНС во внутриимпульсную 0, 2π манипуляцию фазы колебаний эхо-сигнала, т.е. фактически будет отсутствовать, ширина спектра составит Δf_ЗС=1/13τ₀ и следовательно, разрешающая способность ухудшится в 13 раз. Дальность действия нелинейной РЛС при этом уменьшится в раз, так как не произойдет увеличения уровня принимаемого эхо-сигнала в 13 раз за счет его сжатия в согласованном фильтре.

Отсюда следует, что реализация предложенного способа нелинейной радиолокации обеспечивает улучшение разрешающей способности по дальности и дальности действия нелинейной РЛС (в рассмотренном случае в 13 и 1,9 раз соответственно).

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестен способ нелинейной радиолокации, заключающийся в формировании ФКМ радиоимпульса большой длительности путем смыкания М>1 парциальных радиоимпульсов несущей частоты ЗС f₀ одинаковой амплитуды u₀, одинаковой длительности τ₀ при ограниченном числе Р>1 различающихся возможных значений начальной фазы колебаний φ_i, где его излучении в зондируемую область пространства и обработке эхо-сигнала от цели в согласованном фильтре с импульсной характеристикой, зеркальной по отношению к закону внутриимпульсной манипуляции фазы сформированного зондирующего ФКМ радиоимпульса, с обеспечением обнаружения объекта с нелинейными электрическими свойствами, в котором дополнительно уменьшают в п раз значение начальной фазы φ_i каждого из М парциальных радиоимпульсов формируемого зондирующего ФКМ радиоимпульса с обеспечением в согласованном фильтре постоянного низкого уровня боковых пиков автокорреляционной функции ФКМ радиоимпульса по отношению к уровню основного пика, при этом эхо-сигнал от ОЭНС принимают на частоте n-й гармоники.

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявляемый способ нелинейной радиолокации способствует улучшению разрешающей способности по дальности и дальности действия нелинейной РЛС.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы типовые радиотехнические узлы и устройства, применяемые в нелинейных РЛС, например [1], а также оборудование и материалы СВЧ-диапазона широко распространенной технологии [3, 5, 9].

Источники информации:

1. Нелинейный локатор «Люкс». Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - М.: Новоком, 2005.

2. Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. - М.: Радио и связь, 1981.

3. Андреев В.С. Теория нелинейных электрических цепей: Учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1982.

4. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. для вузов по спец. «Радиотехника», 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2003.

5. Теория и техника генерирования, излучения и приема радиолокационных сигналов: Учебник для слушателей академии. / Под ред. Ю.Н.Седышева. - Харьков: Издание ВИРТА, 1986.

6. Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации: Учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1992.

7. Harger, R., Harmonic Radar System for Near-Ground In-Foliage Nonlinear Scatterers, IEEE Trans., AES-12, 1976, no. 2, pp.230-245.

8. Теоретические основы радиолокации. / Под ред. Я.Д.Ширмана. - М.: Советское радио, 1970.

9. Дулин В.Н. Электронные и квантовые приборы СВЧ: Учебное пособие для студентов высших технических учебных заведений. Издание 2-е, переработанное. - М.: Энергия, 1972.

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться для поиска и обнаружения объектов с нелинейными электрическими свойствами. Достигаемый технический результат - улучшение разрешающей способности по дальности и дальности действия нелинейных РЛС. Указанный результат достигается за счет формирования фазокодоманипулированного радиоимпульса большой длительности путем смыкания М>1 парциальных радиоимпульсов несущей частоты зондирующего сигнала f₀ одинаковой амплитуды u₀, одинаковой длительности τ₀ при ограниченном числе Р>1 различающихся возможных значений начальной фазы колебаний φ_i где его излучения в зондируемую область пространства и за счет обработки эхо-сигнала от цели в согласованном фильтре с импульсной характеристикой, зеркальной по отношению к закону внутриимпульсной манипуляции фазы сформированного зондирующего фазокодоманипулированного радиоимпульса, кроме того, осуществлении при этом уменьшения в n раз значения начальной фазы φ_i каждого из М парциальных радиоимпульсов формируемого зондирующего фазокодоманипулированного радиоимпульса, где - номер гармоники зондирующего сигнала, и приеме эхо-сигнала от объекта с нелинейными электрическими свойствами на частоте n-й гармоники зондирующего сигнала. 1 ил.

Способ нелинейной радиолокации, заключающийся в формировании фазокодоманипулированного радиоимпульса большой длительности путем смыкания М>1 парциальных радиоимпульсов несущей частоты зондирующего сигнала f₀ одинаковой амплитуды м₀, одинаковой длительности τ₀ при ограниченном числе Р>1 различающихся возможных значений начальной фазы колебаний φ_i,
где
его излучении в зондируемую область пространства и обработке эхо-сигнала от цели в согласованном фильтре с импульсной характеристикой, зеркальной по отношению к закону внутриимпульсной манипуляции фазы сформированного зондирующего фазокодоманипулированного радиоимпульса, с обеспечением обнаружения объекта с нелинейными электрическими свойствами, отличающийся тем, что уменьшают в n раз значение начальной фазы φ_i каждого из М парциальных радиоимпульсов формируемого зондирующего фазокодоманипулированного радиоимпульса с обеспечением в согласованном фильтре постоянного низкого уровня боковых пиков автокорреляционной функции фазокодоманипулированного радиоимпульса по отношению к уровню основного пика, где - номер гармоники зондирующего сигнала, при этом эхо-сигнал от объекта с нелинейными электрическими свойствами принимают на частоте n-й гармоники.