СПОСОБ ЗЕРКАЛЬНОЙ РАДИОЛОКАЦИИ В РЛС НИ Российский патент 2011 года по МПК G01S13/34 G01S13/58 

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано в РЛС НИ для определения дальности целей с "разрешением" и ее привязкой к скорости на основе линейно-частотной модуляции (ЛЧМ) излучаемого сигнала.

ЛЧМ излучаемой частоты открывает возможность определять дальность до целей в РЛС НИ по разности частот излучаемой и принимаемой, имеющей место вследствие задержки распространения сигнала до цели и обратно.

Однако при этом возникает ряд проблем, связанных с присутствием в принимаемом сигнале кроме дальномерных (д/м) частот и доплеровских, которые необходимо разделять, а если целей несколько на азимуте, то и определять принадлежность каждой д/м частоты конкретной из нескольких частот доплеровских, т.е. решать задачу "разрешения' целей по дальности с привязкой к скорости.

Решению этих задач мешает и присутствие в принимаемых сигналах мощных мешающих отражений земли, частотных и амплитудных шумов передатчика, необходимость подавления которых приводит к применению режектирования с коэффициентом подавления 100-130 дБ.

Вследствие задержки распространения отражений и ЛЧМ несущих, спектр отражений земли расширяется до 1-2,5 кГц и более, а необходимость их подавления приводит к расширению пределов режекции, что исключает из анализа существенную часть возможных значений доплеровских и д/м частот сигналов, отраженных от целей.

В отдаленном аналоге заявляемого изобретения - способ линейно-частотной модуляции двойной боковой полосы сигнала РЛС НИ, работающий на верхней и нижней боковых полосах несущих колебаний, осуществляющий прием несущих колебаний, разделение верхней и нижней боковых полос несущих колебаний, в которых имеются доплеровские составляющие, характеризующие дальность до цели, сигналы верхней и нижней боковых полос когерентно объединяются для разделения доплеровской составляющей и составляющей, характеризующей дальность, смешивают сигналы верхней и нижней боковых полос для формирования суммарного выходного сигнала, который поступает на режекторный фильтр сигналов пассивных помех для выделения полезного сигнала и определения радиальной скорости цели (см. патент США №4388622, МКИ G01S 13/34, G01S 13/58, 1981),

задача определения параметров целей с "разрешением" по дальности нескольких целей на одном азимуте не ставится вообще, т.к. аналог решает задачу определения параметров цели одиночной, пределы режекции частот, особенно при ЛЧМ с диаграммой направленности антенны в приземном слое, большие, а подавление помех осуществляется лишь в режектируемой области, что не дает возможности реализовать чувствительность приемников современных РЛС за пределами режекции.

Более близким аналогом, выбранным в качестве прототипа в связи с сходством выполняемой задачи, - "разрешения" по дальности нескольких целей на одном азимуте с привязкой к радиальным скоростям, является способ, использующий линейно-частотную модуляцию двойной боковой полосы радиолокационного сигнала, прием и режектирование боковых полос раздельно, дополнительно, в радиолокационный сигнал добавляют немодулируемый сигнал центральной несущей частоты, который принимают отдельно на своей несущей частоте и режектируют, разделяют цели на удаляющиеся и приближающиеся, определяют смещение частот сигналов относительно несущих частот, вычисляют полусуммы пар частот сигналов с противоположным знаком дальномерного смещения частоты относительно каждого доплеровского смещения частоты, выделяют пары частот, полусуммы которых равны доплеровским смещениям частоты, и вычисляют их полуразность (см. авт. свид. СССР №286 399 с МКИ G01S 13/34, G01S 13/58, 1987).

Прототип заявляемого изобретения характеризуется высоким уровнем шумов в тракте приемника, который обусловлен шумами в сигнале передающего устройства, отражениями местных предметов, особенно при ЛЧМ, флюктуациями движения целей в пространстве, активными помехами и т.д., что приводит к загрублению чувствительности приемника, снижению д/м рубежей, увеличению пределов режекции.

Технический результат предлагаемого изобретения - подавление помех, увеличение д/м рубежей и снижение пределов режекции внедрением в РЛС НИ впервые зеркальности несущих, обеспечивающей подавление помех широкого класса во всей области возможных частот анализа.

Указанный технический результат достигается тем, что в РЛС НИ, использующей линейно-частотную модуляцию двойной боковой полосы несущих радиолокационного сигнала, прием боковых полос раздельно, режектирование, определение радиальной скорости и дальности с "разрешением",

несущие модулируют зеркально, излучают одной и принимают одной диаграммой направленности, вычитают одну из другой.

В частности, в целях эффективного подавления помех вычитанием одной несущей из другой зеркальность предполагает:

- равенство мощностей излучаемых несущих, симметричность их частот, фаз и скоростей модуляции относительно частоты задающего генератора передатчика, а также их излучение одной диаграммой направленности;

- прием несущих одной диаграммой направленности и идентичность амплитудно-частотных характеристик каналов двухканального приемника,

т.е. предполагает зеркальность и аппаратуры, и сигналов, что и является основанием внедрения термина зеркальная радиолокация.

В известном прототипе (см. а.с. СССР №286 399 с МКИ G01S 13/34, G01S 13/58, 1987) задача зеркальности аппаратуры и сигналов не ставится.

Операция вычитания, с целью определения разности д/м частот, в прототипе осуществляется после режекции, накопительной фильтрации и т.д. - последней, в цифровом виде, а в предлагаемом способе перед режекцией и до фильтров, определяющих чувствительность приемника, в аналоговом виде, где помехи еще присутствуют и при вычитании подавляются в соответствии с выражением для разности синусов:

где: - W/2 - мощность сигнала от цели каждой из несущих;

- f_g, f_r, f_d - частоты гетеродинная, д/м и доплеровская соответственно и при анализе сигнала разности получаем:

- в первом сомножителе W - сумму мощностей несущих, т.е. излучение двумя несущими без потерь потенциала РЛС;

- во втором - полусумму несущих частот f_g+f_d, до вычитания имеющих д/м смещения частоты f_r с разными знаками, полусумму, смещенную скоростью цели на f_d и перенесенную на гетеродинную f_g, с подавлением равных частот и зеркальных помех земли, как и зеркальных д/м тоже равных частот f_r, поскольку их частоты во втором сомножителе суммируются с разными знаками, и незеркальных помех вычитанием их равных мощностей с идентичными частотами и фазами в зеркальных каналах приемника;

- в третьем сомножителе - частоту д/м f_r с подавлением незеркальных и идентичных помех, как и незеркальных доплеровских частот.

Выражение для двух целей на азимуте показывает возможность их разрешения по дальности - комбинационные частоты при вычитании получат значения частот во втором сомножителе, отличающиеся от доплеровских и при анализе частот исключаются.

На чертеже представлена функциональная схема РЛС НИ по предлагаемому способу.

Сигнал высокостабильного задающего генератора 1 модулируется в амплитудном модуляторе 2, обеспечивающем зеркальность модуляции, генератором ЛЧМ сигнала 3 до появления целей постоянной частотой. На выходе модулятора 2 появляются три частоты - две боковых зеркальных и центральная, которая фильтром 4 вырезается, т.к. для реализации "разрешения" по дальности в предлагаемом способе она уже не нужна. После усиления в усилителе мощности 5 две зеркальные несущие поступают на излучающую антенну 6, с одного рупора которой обеспечивается диаграмма направленности одна для обоих несущих.

Часть сигнала усилителя 5 аттенюатором 7 отбирается на фильтры 8, которые разделяют несущие по двум каналам для формирования из частоты гетеродинного генератора 9 и излучаемых несущих в смесителях 10 и после фильтров 11 гетеродинных частот для приемника.

Отраженные от целей сигналы двух несущих с антенны 12 с одним рупором, т.е. одной диаграммой направленности, через волноводные фильтры 13, разделяющие несущие на два канала, поступают на смесители 14, где разность частот несущих понижается до частоты гетеродина 9.

После фильтров 15 сигналы вычитаются один из другого в узле вычитания сигналов 16, где мощность, поделенная между несущими поровну при излучении, восстанавливается, помехи и отражения земли, шумы и СВЧ усилителя, и передатчика во всей области частот анализа подавляются, что и повышает чувствительность приемника и снижает пределы режекции.

Разность сигналов поступает на режекторный фильтр 17, где отражения земли вблизи антенны подавляются до требуемых 100-130 дБ.

После РЖФ 17 сигнал разности поступает на накопительные фильтры 18, каждый из которых выделяет свою несущую частоту (см. выраж 1, сомнож 2), соответствующую полусумме несущих, смещенную на доплеровское значение, и "звенит", т.е. фиксирует определенную скорость цели.

После измерения скорости цели по команде с вычислительного устройства генератор ЛЧМ 3 изменяет свою частоту по линейному закону, а частоты несущих на выходе фильтра 4, кроме того, изменяются и зеркально.

На выходах фильтров 18 будут те же доплеровские частоты, но уже промодулированные по амплитуде д/м разностью частот целей fr, по которой анализатор спектра 19 определяет дальность до целей уже с привязкой к скорости, а. вычислительное устройство 20 по его сигналам формирует цифровые коды скорости и дальности.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в РЛС НИ для определения дальности с "разрешением" на основе линейно-частотной модуляции (ЛЧМ) излучаемых сигналов. Техническим результатом изобретения является подавление широкого класса помех, увеличение дальномерных рубежей и снижение пределов режекции. Способ зеркальной радиолокации в РЛС НИ использует линейно-частотную модуляцию двойной боковой полосы несущих радиолокационного сигнала, раздельный прием боковых полос, режектирование, определение радиальной скорости и дальности с "разрешением". При этом несущие модулируют зеркально, излучают одной и принимают одной диаграммой направленности, вычитают одну из другой.

Способ зеркальной радиолокации в РЛС НИ, использующий линейно-частотную модуляцию двойной боковой полосы несущих радиолокационного сигнала, раздельный прием боковых полос, режектирование, определение радиальной скорости и дальности с "разрешением", отличающийся тем, что, с целью подавления помех, увеличения дальномерных рубежей и снижения пределов режекции, несущие модулируют зеркально, излучают одной и принимают одной диаграммой направленности, вычитают одну из другой.