РАДИОЛОКАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2011 года по МПК G01S13/30 

Настоящее изобретение относится к радиолокационному устройству, предназначенному для передачи групп импульсов энергии к целям и приема групп импульсов энергии, отраженных от целей.

Судовая радиолокационная станция в основном применяет мощный магнетрон в качестве микроволнового источника для передаваемых импульсных сигналов. Чтобы уменьшить количество мешающих отражений на экране радиолокационной станции, вызванных отраженными сигналами от волн, дождя и т. п., устройство имеет пороговые схемы, настроенные так, чтобы исключать сигналы с малыми амплитудами. Это устройство работает удовлетворительно при наблюдении за большими судами, континентальными массивами и т. п., но снижает возможности отображения радиолокационной станцией сигналов от меньших объектов, представляющих интерес, таких как буи, прогулочные катера и быстроходные боевые катера.

Современные военные корабли часто проектируются так, чтобы их было труднее обнаруживать противником. Высокая мощность, вырабатываемая обычной радиолокационной станцией, однако, относительно легко может быть обнаружена другими кораблями, поэтому это является недостатком там, где кораблю необходимо оставаться ненаблюдаемым.

Хотя амплитуда передаваемой энергии радиолокационного излучения может быть уменьшена, это приводит к соответствующему уменьшению эффективной дальности устройства и обычно не всегда возможно. Амплитуда импульса может быть уменьшена, а его энергия сохранена посредством увеличения длительности импульса. Проблема с более длинными импульсами, однако, заключается в том, что невозможно обнаруживать цели на малой дальности, так как отраженный сигнал, создаваемый от близких целей, будет приниматься в течение передаваемого сигнала.

Задачей настоящего изобретения является создание альтернативного радиолокационного устройства.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения создано радиолокационное устройство вышеопределенного типа, отличающееся тем, что каждая группа импульсов энергии включает в себя по меньшей мере два импульса различной длительности, причем более короткий импульс позволяет выполнять обнаружение целей на малой дальности, а более длинный импульс позволяет выполнять обнаружение целей на большей дальности, при этом импульсы различной длительности кодируются различным образом.

Предпочтительно, что каждая группа импульсов включает в себя три импульса, причем каждый из трех импульсов имеет различную ширину. Импульсы могут иметь ширину примерно 0,1 мкс, 5 мкс и 33 мкс соответственно. Импульсы в каждой группе предпочтительно имеют одинаковую амплитуду. Радиолокационное устройство предпочтительно выполнено с возможностью выполнения сжатия импульсов при приеме. Импульсы предпочтительно кодируются посредством частотного кодирования, такого как нелинейная частотная модуляция. Каждая группа импульсов может включать в себя три импульса, причем самый короткий представляет собой сигнал непрерывного колебания, и два других имеют частотно-модулированный импульс с изменением частоты, один представляет собой частотно-модулированный импульс с увеличением частоты, а другой представляет собой частотно-модулированный импульс с уменьшением частоты. Выходная мощность устройства может составлять примерно 190 Вт.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения создан способ обнаружения целей, включающий в себя этапы передачи последовательности импульсов радиолокационной энергии по направлению к целям и приема радиолокационной энергии, отраженной от целей, отличающийся тем, что последовательности импульсов включают в себя, по меньшей мере, два импульса различной ширины, при этом более короткий импульс пригоден для использования при обнаружении целей на малой дальности, более длинный импульс пригоден для использования при обнаружении целей на большей дальности, причем два импульса кодируются различным образом.

Ниже описывается судовое радиолокационное устройство и его способ работы согласно настоящему изобретению в качестве примера с ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 представляет собой блок-схему устройства;

фиг.2 иллюстрирует структуру передаваемой импульсной последовательности; и

фиг.3 представляет собой блок-схему обработки сигнала, выполняемой в устройстве.

Устройство включает в себя обычную радиолокационную антенну 1, такую как LPA-A1 компании Kelvin Hughes. Генератор 2 сигнала, такой как использующий устройство прямого цифрового синтеза, управляется блоком 3 задающего генератора и синхронизации для получения кадра или группы импульсов, которая одинакова независимо от скорости вращения антенны 1 или настройки дальности действия устройства. Кадр или группа импульсов повторяется непрерывно и содержит три интервала А, В и С повторения импульсов, как показано на фиг.2, но не в масштабе. Импульсы А, В и С имеют одинаковую амплитуду, но имеют различную ширину или длительность. Только в качестве примера импульс А может иметь длительность 0,1 мкс, импульс В может иметь длительность 5 мкс, и импульс С может иметь длительность 33 мкс. Промежуток между импульсами А и В и В и С зависит от дальности действия радиолокационной станции. Когда генератор 2 сигнала принимает запускающий сигнал от блока 3 генератора и синхронизации, он вырабатывает или узкий импульс стробируемого сигнала непрерывного колебания или импульс, содержащий частотно-модулированный импульс с шириной полосы качания частоты примерно 20 МГц. Самый короткий импульс А представляет собой простой стробированный сигнал непрерывного колебания; более длинные импульсы В и С содержат частотно-модулированный импульс, причем один импульс имеет частотную модуляцию с увеличением частоты, а другой имеет частотную модуляцию с уменьшением частоты. Таким образом, три различных импульса А, В и С кодируются различным образом, так что они могут различаться друг от друга при приеме, причем самый короткий импульс кодируется отсутствием какой-либо частотной модуляции. Частотно-модулированный (ЧМ) импульс, применяемый к двум более длинным импульсам, использует предпочтительно нелинейный закон изменения частоты. Можно видеть поэтому, что каждый из трех импульсов в одном кадре является уникальным как по длительности, так и по кодированию.

Импульсы, вырабатываемые генератором 2 сигналов, являются когерентными пачками импульсов малой мощности на промежуточной частоте 60 МГц. Они подаются на смеситель 4 с сигналами от второго генератора 5 для преобразования на радиочастоту в диапазоне от 2,9 до 3,1 ГГц, например на 3,05 ГГц. Маломощный радиочастотный (РЧ) выходной сигнал смесителя 4 подается на многокаскадный усилитель 6 мощности для получения выходного сигнала мощностью примерно 190 Вт. Выходной сигнал усилителя 6 подается на дуплексер 7 и после него подается через вращающееся сочленение 8 в антенну 1 для передачи.

В режиме приема усилитель 6 отключается для предотвращения утечки паразитных сигналов. Сигналы, принимаемые антенной 1, проходят через дуплексер 7 на малошумящий приемник 8. Во входном каскаде приемника 8 твердотельное устройство 9 защиты приемника защищает приемник от сигналов высокой энергии, которые могут поступить во время передачи или от внешних источников излучения. Линейный динамический диапазон всего приемника 8 составляет предпочтительно 65 дБ или более. Этот динамический диапазон увеличивается посредством блока 10 временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ) непосредственно после приемника 8 и реализуется переключаемым аттенюатором под управлением блока 3 синхронизации. РЧ-сигналы от блока 10 ВАРУ проходят на второй смеситель 11, где они преобразуются по частоте на промежуточную частоту 60 МГц. Сигналы промежуточной частоты (ПЧ-сигналы) подаются через ограничитель и полосовой фильтр 12 на аналого-цифровой преобразователь 13, который одновременно оцифровывает и преобразует сигналы на ПЧ 20 МГц. Выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 13 подается на процессор 20 сигналов, как показано на фиг.3.

Понятно, что блоки, представленные на фиг.3, могут представлять или дискретные блоки или этапы программирования. Дискретизированный сигнал с АЦП 13 преобразуется в полосу частот модулирующих сигналов блоком 21 разделителя синфазного и квадратурного сигналов, который выполняет функцию, обычно связанную с аналоговым смешением и фильтрацией нижних частот. Так как сигнал теперь находится в полосе частот модулирующих сигналов, частота дискретизации понижается в блоке 21 с коэффициентом два до 40 мегавыборок/с. Блок 22 выполняет сжатие импульсов по выборкам, принимаемым соответственно средним и длинным импульсам В и С, и выполняет фильтрацию нижних частот по коротким импульсам А. Сжатие импульсов и фильтрация нижних частот предпочтительно выполняется в частотной области посредством выполнения преобразования Фурье для выборок, принимаемых в течение интервалов повторения импульсов, умножения преобразованного сигнала на хранимое, предварительно вычисленное множество весовых коэффициентов и затем выполнения обратного преобразования Фурье для произведения обратно во временную область. Частота дискретизации затем дополнительно понижается с коэффициентом два до 20 мегавыборок/с блоком 23 прореживания. С него сигнал подается на банк 24 фильтров доплеровских частот, содержащий банк полосовых фильтров, которые охватывают и делят однозначную скорость цели на N каналов, где N представляет собой количество когерентно интегрируемых импульсов. Банк 24 фильтров доплеровских частот создается посредством преобразования выборок сигнала, получаемых из элемента дальности в течение пачки импульсов, в частотную область, используя взвешенное преобразование Фурье. Выходной сигнал каждого банка фильтров затем пропускается через процесс 25 постоянной вероятности ложных тревог (ПВЛТ) перед подачей на пороговый блок 26, где сигналы сравниваются с порогом и идентифицируются в качестве обнаруженных целей для подачи на средство использования, такое как экран дисплея, обычным образом. Доплеровская информация дает возможность идентифицировать цели с различными скоростями и, следовательно, способствует различению информации о целях на фоне мешающих отражений от моря и дождя, которые будут идентифицироваться как неподвижные. Когерентная сущность системы дополнительно позволяет уменьшать шум.

Описанное выше устройство использует значительно меньшую мощность, чем было возможно ранее из-за ограничений по дальности, которые обычно вызываются. Мощность стандартной судовой радиолокационной станции обычно составляет примерно 30 кВт по сравнению с мощностью в настоящем изобретении, которая может быть примерно 190 Вт. Меньшая используемая мощность снижает риск обнаружения противником корабля, несущего радиолокационную станцию. Устройство согласно настоящему изобретению обеспечивает надежную работу при малой мощности и большой дальности посредством обеспечения импульсов энергии, которые имеют большую длительность, чем использовалось ранее, например, до примерно 22 мкс по сравнению со стандартной радиолокационной станцией, использующей относительно короткие импульсы примерно 50 нс. Чтобы решить проблему, заключающуюся в невозможности обнаружения на малой дальности импульсами с большей длительностью, настоящее устройство создает импульсы с более короткой длительностью в дополнение к импульсам с большей длительностью. Хотя система, использующая только два различных по длительности импульса (один - короткий и один - длинный), имеет некоторое преимущество, было обнаружено, что лучше использовать три различные длительности импульсов: короткую, среднюю и длинную, чтобы обеспечивать надежное обнаружение целей на средней дальности. Нет необходимости передавать импульсы в порядке увеличения длительности. Посредством кодирования импульсов можно сопоставлять отраженные сигналы по их кодированию и таким образом снижать влияние помех; это также позволяет уменьшать обнаружение эхо-сигналов, принимаемых от целей за пределами нормальной дальности.

Понятно, что относительная длительность импульсов может изменяться и что могут использоваться различные формы кодирования, такие как шумовое кодирование и коды Баркера.

Судовое радиолокационное устройство предназначено для передачи групп импульсов энергии к целям и приеме групп импульсов энергии, отраженных от целей. Сущность изобретения заключается в том, что передает группы из трех импульсов А, В, С одинаковой амплитуды, но различной ширины, причем более короткий импульс позволяет выполнять обнаружение целей на малой дальности, а более длинные импульсы позволяют выполнять обнаружение целей на большей дальности. Импульсы кодируются различным образом, причем короткий импульс А представляет собой сигнал непрерывных колебаний, более длинные импульсы модулируются посредством частотной модуляции, причем один импульс С представляет собой частотно-модулированный импульс с увеличением частоты, а другой импульс В представляет собой частотно-модулированный импульс с уменьшением частоты, причем мощность радиолокационной станции составляет примерно 190 Вт. Достигаемый технический результат изобретения - возможность обнаружения целей на различных дальностях и снижение влияния помех. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Судовое радиолокационное устройство, содержащее средство (24) для формирования доплеровской информации, дающей возможность идентифицировать цели с разными скоростями, причем устройство выполнено с возможностью передачи непрерывно повторяющихся групп импульсов энергии по направлению к целям и приема групп импульсов энергии, отраженных обратно от целей, причем каждая группа импульсов энергии включает в себя три импульса (А, В, С) различной ширины, причем между каждым из импульсов имеется промежуток, причем более короткий импульс (А) позволяет выполнять обнаружение целей на малой дальности, а более длинные импульсы (В, С) позволяют выполнять обнаружение целей на большей дальности, при этом импульсы с различной длительностью кодируются различным образом.

2. Радиолокационное устройство по п.1, выполненное с возможностью отображения сигналов от малых морских целей, включающих в себя буи, прогулочные катера и быстроходные боевые катера.

3. Радиолокационное устройство по п.1 или 2, в котором каждая группа импульсов имеет три импульса с шириной в диапазоне от 0,1 мкс до 33 мкс.

4. Радиолокационное устройство по п.1 или 2, в котором более короткий импульс (А) имеет ширину примерно 0,1 мкс.

5. Радиолокационное устройство по п.1 или 2, в котором самый длинный импульс (С) имеет ширину примерно 33 мкс.

6. Радиолокационное устройство по п.1 или 2, содержащее процессор сигналов, который формирует доплеровскую информацию.

7. Радиолокационное устройство по п.6, в котором процессор сигналов содержит банк фильтров доплеровских частот.

8. Радиолокационное устройство по п.7, в котором банк фильтров доплеровских частот содержит банк полосовых фильтров.

9. Радиолокационное устройство по пп.6 или 7, в котором процессор сигналов дополнительно содержит блок разделителя синфазного и квадратурного сигналов, блок сжатия импульсов и блок прореживания.

10. Радиолокационное устройство по п.1 или 2, в котором более длинные импульсы (В, С) кодируются посредством частотного кодирования.

11. Радиолокационное устройство по п.1 или 2, в котором более длинные импульсы (В, С) кодируются по частоте посредством нелинейной частотной модуляции.

12. Радиолокационное устройство по п.1 или 2, в котором самый короткий импульс (А) представляет собой сигнал непрерывных колебаний, а другие два импульса (В, С) имеют частотную модуляцию, причем один представляет собой частотно-модулированный импульс с увеличением частоты, и другой представляет собой частотно-модулированный импульс с уменьшением частоты.

13. Радиолокационное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что устройство выполнено с возможностью выполнения сжатия более длинных импульсов (В, С) при приеме и выполнения фильтрации нижних частот более короткого импульса (А).

14. Радиолокационное устройство по п.1 или 2, в котором импульсы в каждой группе (А, В, С) имеют одинаковую амплитуду.

15. Радиолокационное устройство по п.1 для применения на судне, причем устройство имеет малую выходную мощность для уменьшения риска обнаружения судна, несущего радиолокационное устройство.

16. Радиолокационное устройство по п.1, имеющее выходную мощность примерно 190 Вт.

17. Способ обнаружения морских целей, включающий в себя этапы передачи непрерывно повторяющихся групп импульсов по направлению к целям и приема радиолокационной энергии, отраженной от целей, причем каждая группа импульсов включает в себя три импульса (А, В, С) различной ширины с промежутком между каждым из импульсов, причем более короткий импульс (А) позволяет выполнять обнаружение целей на малой дальности, и более длинные импульсы (В, С) позволяют выполнять обнаружение целей на большей дальности, причем упомянутые импульсы с различной длиной кодируются различным образом, причем способ содержит дополнительный этап обработки принятых сигналов и формирования доплеровской информации (24), дающей возможность идентифицировать цели с разными скоростями.

18. Способ по п.17 с возможностью приема радиолокационной энергии, отраженной от малых морских целей, включающих в себя буи, прогулочные катера и быстроходные боевые катера.

19. Способ по п.17 или 18, содержащий этап формирования и передачи группы импульсов, имеющей три импульса с шириной в диапазоне от 0,1 мкс до 33 мкс.

20. Способ по п.17, содержащий этап обработки принятых сигналов с помощью банка фильтров доплеровских частот.

21. Способ по п.17, в котором более длинные импульсы (В, С) кодируются посредством частотного кодирования.

22. Способ по п.17, в котором более длинные импульсы (В, С) кодируются по частоте посредством нелинейной частотной модуляции.

23. Способ по п.17, в котором самый короткий импульс (А) представляет собой сигнал непрерывных колебаний, а другие два импульса (В, С) имеют частотную модуляцию, причем один представляет собой частотно-модулированный импульс с увеличением частоты, и другой представляет собой частотно-модулированный импульс с уменьшением частоты.