УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ ДВИЖУЩЕГОСЯ ОБЪЕКТА Российский патент 2013 года по МПК G01S13/56 

Предлагаемое изобретение относится к средствам радиолокационного обнаружения движущегося объекта и может использоваться в сигнальных системах в качестве датчика, в частности датчика включения и выключения электросвета.

Известны устройства обнаружения движущегося объекта: патенты РФ 2054960, 2384860, 2419812; патент США 5281953; патент Германии 4242973 и другие.

Известное устройство, содержащее передающую и приемную антенны, последовательно соединенные задающий генератор, доплеровский смеситель, малошумящий усилитель, режекторный фильтр, усилитель низкой частоты, ограничитель, уровень ограничения которого задается дополнительным интегратором, амплитудный детектор, интегратор, компаратор с блоком опорного напряжения, формирователь сигнала обнаружения /1/. Недостатком устройства является слабая чувствительность.

Этот недостаток устраняется в другом известном устройстве /2/. Данное устройство содержит последовательно включенные опорный генератор, микроволновый балансный смеситель, второй вход которого соединен со вторым выходом задающего генератора, микроволновый фильтр нижних частот и передающую антенну, последовательно включенные приемную антенну, доплеровский смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом задающего генератора, усилитель промежуточной частоты и фазовый детектор, второй вход которого соединен со вторым выходом опорного генератора, к выходу фазового детектора последовательно подключены малошумящий усилитель, режекторный фильтр, усилитель низкой частоты, ограничитель, уровень ограничения которого задается дополнительным интегратором, амплитудный детектор, интегратор, компаратор с блоком опорного напряжения, формирователь сигнала обнаружения. Это устройство подвержено температурной нестабильности характеристик обнаружения, определяемой колебаниями коэффициента передачи микроволнового фильтра низких частот из-за близости частоты среза к излучаемой частоте.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому, выбранный за прототип, является «Доплеровский радиоволновый извещатель для охранной тревожной сигнализации» /3/. Устройство содержит задающий генератор, последовательно включенные опорный генератор, микроволновый балансный смеситель, второй вход которого соединен со вторым выходом задающего генератора, микроволновый фильтр нижних частот и передающую антенну, выход приемной антенны подключен к последовательно соединенным первым доплеровским смесителем, второй вход которого соединен с первым выходом задающего генератора, первым усилителем промежуточной частоты, первым перемножителем, первым фильтром удвоенной доплеровской частоты, выход приемной антенны также подключен к последовательно соединенным вторым доплеровским смесителем, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, вторым усилителем промежуточной частоты, фазовращателем на 90°, вторым перемножителем, вторым фильтром удвоенной доплеровской частоты, а выходы первого и второго фильтров удвоенной доплеровской частоты подключены к фазовому детектору, к выходу которого последовательно подключены малошумящий усилитель, режекторный фильтр, усилитель низкой частоты, ограничитель, уровень ограничения которого задается дополнительным интегратором, амплитудный детектор, интегратор, компаратор с блоком опорного напряжения, формирователь сигнала обнаружения. Это устройство подвержено температурной нестабильности характеристик обнаружения определяемой колебаниями коэффициента передачи микроволнового фильтра низких частот из-за близости частоты среза к излучаемой частоте.

Задачей изобретения является повышение температурной стабильности характеристик обнаружения движущегося объекта за счет выделения в диапазоне низких частот доплеровских составляющих спектра излучаемого сигнала и определения ближней зоны дальности.

Поставленная задача решается тем, что устройство обнаружения движущегося объекта, содержащее микроволновый балансный смеситель, передающую антенну, первый опорный генератор, первый перемножитель, задающий генератор, первый выход которого соединен с первым входом микроволнового балансного смесителя, последовательно соединенные приемную антенну, доплеровский смеситель, второй вход которого соединен со вторым выходом задающего генератора, усилитель первой промежуточной частоты и второй перемножитель, последовательно соединенные фазовый детектор, малошумящий усилитель, режекторный фильтр, усилитель низкой частоты, ограничитель, уровень ограничения которого задается дополнительным интегратором, амплитудный детектор, интегратор, первый компаратор с подключенным первым блоком опорного напряжения и формирователь сигнала обнаружения, снабжено вторым компаратором с подключенным вторым блоком опорного напряжения, первым делителем частоты на два, включенным между первым выходом первого опорного генератора и вторым входом микроволнового балансного смесителя, выход которого подключен к передающей антенне, вторым опорным генератором и вторым делителем частоты на два, вторым фазовым детектором, первым фильтром удвоенной второй промежуточной частоты, включенным между выходом первого фазового детектора и первым входом второго фазового детектора, вторым фильтром удвоенной второй промежуточной частоты, включенным между выходом первого перемножителя и вторым входом второго фазового детектора, выход которого через второй компаратор подключен ко второму входу формирователя сигнала обнаружения, первым и вторым усилителями второй промежуточной частоты, включенными между выходом второго перемножителя и, соответственно, первым и вторым входами первого фазового детектора, первый выход второго опорного генератора через второй делитель частоты на два соединен со вторым входом второго перемножителя, к первому и второму входам первого перемножителя подключены вторые выходы первого и второго опорных генераторов.

Новая совокупность признаков позволяет исключить температурную нестабильность характеристик обнаружения, вызванную температурными изменениями коэффициента передачи микроволнового фильтра низких частот и температурной нестабильностью несущей частоты задающего генератора за счет фильтрации доплеровских составляющих спектра принимаемого сигнала на второй промежуточной частоте в диапазоне низких частот.

Кроме того, предложенная совокупность признаков повышает энергетический потенциал, так как отсутствуют потери мощности излучаемого сигнала, вызванные прямыми потерями в полосе пропускания микроволнового фильтра нижних частот.

Сущность изобретения иллюстрируется фиг.1, где приведена структурная схема предлагаемого устройства обнаружения движущегося объекта.

Предлагаемое устройство обнаружения движущегося объекта (Фиг.1) содержит микроволновый балансный смеситель 1, передающую антенну 2, первый опорный генератор 3, первый перемножитель 4, задающий генератор 5, первый выход которого соединен с первым входом микроволнового балансного смесителя 1, последовательно соединенные приемную антенну 6, доплеровский смеситель 7, второй вход которого соединен со вторым выходом задающего генератора 5, усилитель первой промежуточной частоты 8 и второй перемножитель 9, последовательно соединенные фазовый детектор 10, малошумящий усилитель 11, режекторный фильтр 12, усилитель низкой частоты 13, ограничитель 14, уровень ограничения которого задается дополнительным интегратором 15, амплитудный детектор 16, интегратор 17, первый компаратор 18 с подключенным первым блоком опорного напряжения 19 и формирователь сигнала обнаружения 20, второй компаратор 21 с подключенным вторым блоком опорного напряжения 22, первый делитель частоты на два 23, включенный между первым выходом первого опорного генератора 3 и вторым входом микроволнового балансного смесителя 1, выход которого подключен к передающей антенне 2, второй опорный генератор 24 и второй делитель частоты на два 25, второй фазовый детектор 26, первый фильтр удвоенной второй промежуточной частоты 27, включенный между выходом первого фазового детектора 10 и первым входом второго фазового детектора 26, второй фильтр удвоенной второй промежуточной частоты 28, включенный между выходом первого перемножителя 4 и вторым входом второго фазового детектора 26, выход которого через второй компаратор 21 подключен ко второму входу формирователя сигнала обнаружения 20, первый 29 и второй 30 усилители второй промежуточной частоты, включенные между выходом второго перемножителя 9 и, соответственно, первым и вторым входами первого фазового детектора 10, первый выход второго опорного генератора 24 через второй делитель частоты на два 25 соединен со вторым входом второго перемножителя 9, к первому и второму входам первого перемножителя 4 подключены вторые выходы первого 3 и второго 24 опорных генераторов.

Работа устройства происходит следующим образом.

Задающий генератор 5 вырабатывает колебания на частоте f₀ которые поступают с его первого выхода на первый вход микроволнового балансного смесителя 1, а на его второй вход поступает сигнал с выхода первого делителя частоты на два 23 с частотой F₁/2, на вход которого приходит сигнал с первого выхода первого опорного генератора 3 частотой F₁. С выхода микроволнового балансного смесителя 1 сигнал с частотами f₀+F₁/2 и f₀-F₁/2 через передающую антенну 2 излучается в пространство. Отражаясь от движущегося объекта (например, приближающегося), принимаемый сигнал с приемной антенны 6 с частотами f₀+F₁/2+f_д и f₀-F₁/2+f_д поступает на доплеровский смеситель 7, на второй вход которого со второго выхода задающего генератора 5 приходит сигнал с частотой f₀. В результате преобразования с выхода доплеровского смесителя 7 сигнал с частотами F₁/2+f_д и F₁/2-f_д через усилитель 8 первой промежуточной частоты f_ПЧ1=F₁/2 поступает на первый вход второго перемножителя 9, на второй вход которого с выхода второго делителя частоты на два 25 поступает сигнал с частотой F₂/2, на вход которого приходит сигнал с частотой F₂, с первого выхода второго опорного генератора 24. В результате преобразования на его выходе формируется сигнал с частотами (F₂-F₁)/2±f_д. Эти составляющие сигнала поступают на первый 29 и второй 30 усилители второй промежуточной частоты f_ПЧ2 =(F₂-F₁)/2. Первый усилитель второй промежуточной частоты 29 настроен на частоты сигналов, находящиеся ниже второй промежуточной частоты f_ПЧ2, a второй усилитель второй промежуточной частоты 30 настроен на частоты сигналов, находящиеся выше второй промежуточной частоты f_ПЧ2. Таким образом, после первого усилителя второй промежуточной частоты 29 сигнал будет иметь частоту f_ПЧ2-f_д, а после второго усилителя второй промежуточной частоты 30 сигнал будет иметь частоту f_ПЧ2+f_д. Сигналы с выходов первого и второго усилителей второй промежуточной частоты 29 и 30 поступают на первый и второй входы фазового детектора 10, на выходе которого появляются сигналы с удвоенной доплеровской частотой 2f_д и удвоенной второй промежуточной частотой 2f_ПЧ2. Сигнал с выхода фазового детектора 10 с удвоенной доплеровской частотой 2f_д усиливается малошумящим усилителем 11 и поступает на режекторный фильтр 12, который предназначен для подавления помех с частотами, соответствующими гармоникам сетевого напряжения 50, 100, 150 Гц, попадающими в полосу усиливаемых доплеровских частот. Далее доплеровский сигнал через усилитель низкой частоты 13 поступает на ограничитель 14, уровень ограничения которого изменяется от длительности действия сигнала, постоянная времени изменения определяется дополнительным интегратором 15. Если сигнал имеет достаточную длительность, амплитуда сигнала увеличивается на выходе ограничителя 14 и он поступает через амплитудный детектор 16 и интегратор 17 на первый компаратор 18, где получаемое напряжение сравнивается с величиной напряжения, задаваемого первым блоком опорного напряжения 19. При превышении величины опорного напряжения первый компаратор 18 выдает сигнал о наличии движущегося объекта на первый вход формирователя сигнала обнаружения 20. Доплеровский сигнал с выхода фазового детектора 10 с удвоенной второй промежуточной частотой 2f_ПЧ2 через первый фильтр удвоенной второй промежуточной частоты 27 приходит на первый вход второго фазового детектора 26, на второй вход которого через второй фильтр удвоенной второй промежуточной частоты 28 поступает сигнал выхода первого перемножителя 4, имеющий частоту, равную (F₂-F₁), и образованного сигналами, поступающими на его первый и второй входы со вторых выходов первого 3 и второго 24 опорных генераторов. Сигнал на первом входе второго фазового детектора 26 с выхода первого фильтра удвоенной промежуточной частоты 27 запаздывает по фазе относительно сигнала на его втором входе на величину, определяемую частотой первого опорного генератора 3 и расстоянием до движущегося объекта R, равную 4π F₁ R/с (где с - скорость света). Соответственно величина напряжения на выходе второго фазового детектора 26 будет однозначно определяться расстоянием R до движущегося объекта. Поэтому сигнал на выходе второго компаратора 21 будет иметь два уровня низкий и высокий, который будет определять нахождение движущегося объекта в ближней и дальней зоне. Таким образом уровень сигнала на втором входе формирователя сигнала обнаружения 20 при появлении сигнала на его первом входе будет определять нахождение движущегося объекта в ближней зоне, и на выходе формирователя обнаружения 20 появиться выходной сигнал, который можно будет использовать, например, для включения - выключения элетроосветительных приборов.

Предлагаемое устройство обнаружения движущегося объекта по сравнению с прототипом обладает повышенной стабильностью характеристик обнаружения за счет фильтрации доплеровских составляющих спектра принимаемого сигнала на второй промежуточной частоте в диапазоне низких частот, обладает повышенным энергетическим потенциалом, позволяет определить зону нахождения движущегося объекта. Для предлагаемого устройства не требуется высокая стабильность частоты задающего генератора, не требуется микроволновый фильтр низких частот, что приводит к снижению его себестоимости.

Источники информации

1. Патент Российской Федерации №2117962, МКИ G01S 13/56.

2. Патент Российской Федерации №2221260, МКИ G01S 13/56.

3. Патент Российской Федерации №2287841, МКИ G01S 13/56-прототип.

Изобретение относится к средствам радиолокационного обнаружения движущегося объекта и может использоваться в сигнальных системах в качестве датчика. Достигаемый технический результат заключается в повышении температурной стабильности характеристик обнаружения. Устройство обнаружения движущегося объекта содержит определенным образом соединенные между собой - микроволновый балансный смеситель, первый и второй опорные генераторы, передающую и приемные антенны, задающий генератор, доплеровский смеситель, усилитель первой промежуточной частоты, первый и второй перемножители, первый и второй усилители второй промежуточной частоты, первый и второй фазовые детекторы, малошумящий усилитель, режекторный фильтр, усилитель низкой частоты, ограничитель, уровень ограничения которого задается дополнительным интегратором, амплитудный детектор, интегратор, первый компаратор с первым блоком опорного напряжения, формирователь сигнала обнаружения, второй компаратор со вторым блоком опорного напряжения, первый и второй делители частоты на два, первый и второй фильтры удвоенной второй промежуточной частоты. 1 ил.

Устройство обнаружения движущегося объекта, содержащее микроволновый балансный смеситель, передающую антенну, первый опорный генератор, первый перемножитель, задающий генератор, первый выход которого соединен с первым входом микроволнового балансного смесителя, последовательно соединенные приемную антенну, доплеровский смеситель, второй вход которого соединен со вторым выходом задающего генератора, усилитель первой промежуточной частоты и второй перемножитель, последовательно соединенные фазовый детектор, малошумящий усилитель, режекторный фильтр, усилитель низкой частоты, ограничитель, уровень ограничения которого задается дополнительным интегратором, амплитудный детектор, интегратор, первый компаратор с подключенным первым блоком опорного напряжения и формирователь сигнала обнаружения, отличающееся тем, что оно снабжено вторым компаратором с подключенным вторым блоком опорного напряжения, первым делителем частоты на два, включенным между первым выходом первого опорного генератора и вторым входом микроволнового балансного смесителя, выход которого подключен к передающей антенне, вторым опорным генератором и вторым делителем частоты на два, вторым фазовым детектором, первым фильтром удвоенной второй промежуточной частоты, включенным между выходом первого фазового детектора и первым входом второго фазового детектора, вторым фильтром удвоенной второй промежуточной частоты, включенным между выходом первого перемножителя и вторым входом второго фазового детектора, выход которого через второй компаратор подключен ко второму входу формирователя сигнала обнаружения, первым и вторым усилителями второй промежуточной частоты, включенными между выходом второго перемножителя и, соответственно, первым и вторым входами первого фазового детектора, первый выход второго опорного генератора через второй делитель частоты на два соединен со вторым входом второго перемножителя, к первому и второму входам первого перемножителя подключены вторые выходы первого и второго опорных генераторов.