СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ЦЕЛИ ПО ДАЛЬНОСТИ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2014 года по МПК G01S13/58 

Изобретения относятся к радиолокационной технике и могут быть использованы при создании измерителей скорости движения цели.

Известна РЛС измерения начальной скорости снаряда (РЛС) [патент 2367975, RU, G01S 13/58], содержащая приемно-передающую антенну, вход которой, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно спадающему закону (НЛЧМ сигнал), а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика, а выход, через фильтр разностных частот, обнаружитель сигналов узкополосного спектра частот, измеритель интервала времени и вычислитель начальной скорости снаряда - к выходной шине.

Данную РЛС можно использовать при создании измерителя изменения скорости движения цели по дальности, если на ее низкочастотный (НЧ) смеситель подавать два опорных сигнала и измерить и вычислить:

скорость цели V¹ ₁=4До/t¹ ₁, при пролете целью интервала расстояния

от (До/Vo)(Vi+NVo) до (До/Vo)[Vi+(N+4)Vo];

скорость цели V¹ ₂=4До/t¹ ₂, при пролете целью интервала расстояния

от (До/Vo)[Vi+(N+4)Vo] до (До/Vo)[Vi+(N+8)Vo],

изменение скорости цели на интервале расстояния 8До

V¹ ₁-V¹ ₂=4До/(t¹ ₁-t¹ ₂), где

Vo и До - соответственно минимально возможная величина скорости цели и базовое расстояние, выбираемое из условия До/Vo=fн/Fмfд,

fн, fд, Fм - соответственно средняя частота, девиация частоты и частота модуляции НЛЧМ сигнала,

Vi - скорость цели; N - положительное число.

Целью изобретения является сокращение времени определения изменения скорости движения цели по дальности.

Поставленная цель достигается за счет определения изменения скорости движения цели по дальности на интервале расстояния в 4До, а не в 8До - как раньше.

Измерение изменения скорости движения цели по дальности осуществляют посредством формирования интервала времени между моментами возникновения и обнаружения на радиолокационной станции (РЛС) измерения изменения скорости движения цели по дальности сигналов частотой

3Fдо и Fдо=2Vоfн/С,

где fн - средняя частота излучаемого РЛС непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно спадающему закону (НЛЧМ сигнал), выбираемая из условия

До/Vo=fн/Fмfд;

где fд - девиация частоты НЛЧМ сигнала;

Fм - частота модуляции НЛЧМ сигнала;

Vo - минимально возможная величина радиальной скорости цели;

До - выбираемое базовое расстояние;

С - скорость света,

причем на РЛС формируют три интервала времени:

- t₁ - в течение которого цель пролетает интервал расстояния S₁

от (До/Vo)(Vi+NVo)-δ×(Д/Vo)(Vi+NVo) до (До/Vo)(Vi+NVo)+δ×(До/Vo)(Vi+NVo),

где N - положительное число;

δ - коэффициент, определяющий длину известных интервалов S₁=S₃ расстояния;

Vi - скорость цели;

- t₂ - в течение которого цель пролетает интервал расстояния S₂ от

(До/Vo)(Vi+NVo)-δ×(Д/Vo)(Vi+NVo)

до (До/Vo)[Vi+(N+4)Vo]+δ×(До/Vo)[Vi+(N+4)Vo];

- t₃ - в течение которого цель пролетает интервал расстояния S₃ от

(До/Vo)[Vi+(N+4)Vo]-δ×(Д/Vo)[Vi+(N+4)Vo]

до (До/Vo)[Vi+(N+4)Vo]+δ×(До/Vo)[Vi+(N+4)Vo]

и вычисляют выражение

V₁-V₃=(4Дo/t₂)×[(1-t₁/t₃)],

где V₁ и V₃ - скорости пролета целью соответственно интервалов расстояния S₁=S₃, определяющее величину изменения скорости движения цели по дальности.

Устройство измерения изменения скорости движения цели по дальности (фиг.1) содержит: приемно-передающую антенну 2, вход которой, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика 1 непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно спадающему или возрастающему законам (НЛЧМ сигнал), а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя 3, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика НЛЧМ сигнала, а выход, через фильтр 4 разностных частот, к входу обнаружителя 5 сигнала узкополосного спектра частот, выход которого подключен к входу регистра 7 сдвига и входам первого и третьего элементов И 9 и 11, первый выход регистра 7 сдвига подключен к входу второго элемента И 10 и третьему входу третьего элемента И 11, второй выход регистра 7 сдвига подключен к третьему входу первого элемента И 9 и через элемент 8 задержки к входам сброса регистра 7 сдвига и первого, второго и третьего счетчиков 12, 13, 14 импульсов, выход генератора 6 счетных импульсов подключен к вторым входам первого, второго и третьего элементов И 9, 10, 11, выходы первого, второго и третьего элементов И 9, 10, 11 подключены к входам счета соответственно первого, второго и третьего счетчиков 12, 13, 14 импульсов, выходы первого счетчика 12 импульсов подключены к входам первой схемы 15 умножения, выходы второго счетчика 13 импульсов подключены к входам второй схемы 16 умножения и второй схемы 18 деления, выходы третьего счетчика 14 импульсов подключены к вторым входам второй схемы 16 умножения, выходы которой подключены к вторым входам первой схемы 17 деления, первые входы которой подключены к выходам первой схемы 15 умножения, а выходы через схему 19 вычитания к выходным шинам 21, вторые входы первой схемы 15 умножения и второй схемы 18 деления подключены к шине постоянного цифрового числа 20, а выходы второй схемы 18 деления подключены к вторым входам схемы 19 вычитания.

Рассмотрим, в том числе на примерах, работу устройства измерения изменения скорости движения цели по дальности (фиг.1).

Пусть РЛС в пространство излучает и принимает отраженные от неподвижных объектов и перемещающейся цели со скоростью, например, V₂₀₀₀=2000 м/с НЛЧМ сигнал с, например, параметрами:

fн=100 ГГц, Fм=50 КГц и fд=50 МГц - соответственно средняя частота, частота модуляции и девиация частоты НЛЧМ сигнала, выбранными при базовом расстоянии Do=6 м и минимально возможной скорости цели Vo=150 м/с,

а также при опорном сигнале частотой 21Fдо=21(2Vofн)/C=2100 КГц, поступающем на низкочастотный (НЧ) смеситель РЛС.

В результате смешивания в смесителе 3 отраженного и излученного сигналов на его выходе будут формироваться разностные сигналы частотой:

Fp_193,97=[(2Д_193,97)Fмfд/С]-(2V₂₀₀₀fн/С)=1899,5 КГц - разностный сигнал от цели, находящейся на удалении в Д_193,97=193,97 м от антенны РЛС, в момент пролета целью точки пространства, соответствующей дальности, вычисляемой по формуле (До/Vo)(Vi+NVo)-S₁/2, где N=19 и, например, S₁=6 см;

Fp_194,03=[(2Д_194,03)Fмfд/С]-(2V₂₀₀₀fд/С)=1900,5 КГц - разностный сигнал от цели, находящейся на удалении в Д_194,03=194,03 м от антенны РЛС, в момент пролета целью точки пространства, соответствующей дальности, вычисляемой по формуле (До/Vo)(Vi+NVo)+S₁/2;

Fp_217,97=[(2Д_217,97)Fмfд/С]-(2V₂₀₀₀fн/С)=2299,5 КГц - разностный сигнал от цели, находящейся на удалении в Д_217,97=217,97 м от антенны РЛС, в момент пролета целью точки пространства, соответствующей дальности, вычисляемой по формуле (До/Vo)[Vi+(N+4)Vo)]-S₂/2 и, например, S₂=6 см;

Fp_218,03=[(2Д_218,03)Fмfд/С]-(2V₂₀₀₀fн/С)=2300,5 КГц - разностный сигнал от цели, находящейся на удалении в Д_218,03=218,03 м от антенны РЛС, в момент пролета целью точки пространства, соответствующей дальности, вычисляемой по формуле (До/Vo)[Vi+(N+4)Vo)]+S₁/2.

Очевидно, что если 4До намного больше S₁ и S₂, то цель интервал расстояния

Д_218,03-Д_193,97=(218,03-193,97)м=24,06 м=4До

пролетит со средней скоростью Vcp=4До/t₂, где t₂ интервал времени между моментами возникновения и обнаружения на РЛС сигналов с частотами Fp_193,97 и Рр_218,03 и между моментами смены потенциалов на первом и втором выходах регистра 7 сдвига.

Пусть скорость цели по дальности изменяется, например убывает линейно.

Тогда цель интервал S₁ пространства, находящийся на расстоянии от антенны РЛС {(До/Vo)[Vi+(N+4)Vo)]+(До/Vo)(Vi+NVo)}/2=(До/Vo)[Vi+(N+2)Vo)]=206 м, пролетит со скоростью Vcp=V₁=4Доt₂. При этом на выходе обнаружителя 5 сигнала узкополосного спектра частот будет сформирован импульс длительностью t₁=L/V₁=Lt₂/4До (при, например, L=60 см - длине цели, значительно большей интервала S₁=6 см).

Очевидно, что через 2До=12 м цель длиной L и скоростью V₃ пролетит интервал S₂=S₁ пространства за время длительности импульса t_3, сформированного на выходе обнаружителя 5 сигнала узкополосного спектра частот. При этом скорость цели будет равна

V₃=L/t₃=4До×t₁/t₂×t₃.

Тогда разность скоростей движения цели между точками пространства, отстоящими от антенны РЛС на 206 м и 230 м, можно будет вычислить по формуле

V₁-V₃=(4До/t₂)[(1-t₁/t₃)].

За время длительности импульса, соответствующего по длительности интервалу времени t₁, на выходе счетчика 14 импульсов будет сформировано цифровое число, соответствующее величине t₁, так как на вход счетчика 14 импульсов, через элемент И11, в течение времени t₁, будут поступать счетные импульсы с генератора 6 счетных импульсов.

За время, соответствующее по длительности интервалу времени t₂, на выходе счетчика 13 импульсов будет сформировано цифровое число, соответствующее величине t₃, так как на вход счетчика 13 импульсов, через элемент И10, в течение времени t₂, будут поступать счетные импульсы с генератора 6 счетных импульсов.

За время длительности импульса, соответствующего по длительности интервалу времени t₃, на выходе счетчика 12 импульсов будет сформировано цифровое число, соответствующее величине t₃, так как на вход счетчика 12 импульсов, через элемент И9, в течение времени t₃, будут поступать счетные импульсы с генератора 6 счетных импульсов.

Схема, образованная двумя схемами 15 и 16 умножения, двумя схемами 17 и 18 деления и схемой 19 вычитания, представляет собой вычислитель выражения:

V₁-V₃=(4До/t₂)×[(1-t₁/t₃)]

при подаче на нее цифровых чисел с выходов счетчиков импульсов, а на вторые входы схемы 15 умножения и схемы 18 деления с шин 20 - постоянного цифрового числа, соответствующего интервалу расстояния 4До.

Так, например, при вышепринятых параметрах НЛЧМ сигнала и значениях других величин, допустим, получим, через интервал времени t₂=0,012 с на выходе обнаружителя 5 сигнала узкополосного спектра частот импульсы длительностью t₁=0,0003 с и t₃=0,000300225 с. Тогда изменение скорости цели по дальности определится величиной:

V₁-V₃=(4До/t₂)×[(1-t₁/t₃)]=(4×6 м/0,012 с)×[(1-0,0003с/0,000300225 с)]=1,5 м/с, что возможно только при принятых выше

L=4До×t₁/t₂=60 см и V₁=Vcp=4До/t₂=2000 м/с.

Следует отметить, что установку счетчиков 12, 13 и 14 импульсов и регистра 7 сдвига в исходное состояние осуществляют задержанным элементом 8 задержки потенциалом, снимаемым с второго выхода регистра 7 сдвига.

Изобретения относятся к радиолокационной технике. Техническим результатом является сокращение времени измерения изменения скорости движения цели по дальности. Величина изменения скорости движения цели по дальности определяется вычисленным выражением V₁-V₃=(4До/t₂)×[(1-t₁/t₃)], где: - t₁ - интервал времени, в течение которого цель пролетает интервал расстояния S₁ от (До/Vo)(Vi+NVo)-δ×(Д/Vo)(Vi+NVo) до (До/Vo)(Vi+NVo)+δ×(Дo/Vo)(Vi+NVo), - δ - коэффициент, определяющий длину известных интервалов S₁=S₃ расстояния, - Vo и До - соответственно минимально возможная величина скорости цели и базовое расстояние, выбираемое из условия До/Vo=fн/Fмfд, fн - средняя частота излучаемого РЛС непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно спадающему или возрастающему законам (НЛЧМ сигнал), - fд и Fм - девиация частоты и частота модуляции НЛЧМ сигнала, - N - положительное число, Vi - скорость цели, С - скорость света, - t₂ - интервал времени, в течение которого цель пролетает интервал расстояния S₂ от (До/Vo)(Vi+NVo)-δ×(n/Vo)(Vi+NVo) до (Дo/Vo)[Vi+(N+4)Vo]+δ×(До/Vo)[Vi+(N+4)Vo], t₃ - интервал времени, в течение которого цель пролетает интервал расстояния S₃ от (До/Vo)[Vi+(N+4)Vo]-δ×(Д/Vo)[Vi+(N+4)Vo] до (До/Vo)[Vi+(N+4)Vo]+δ×(Дo/Vo)[Vi+(N+4)Vo]. Устройство измерения изменения скорости движения цели по дальности содержит: приемно-передающую антенну, передатчик непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно спадающему или возрастающему законам, смеситель, фильтр разностных частот, обнаружитель сигнала узкополосного спектра частот, регистр сдвига, три элемента И, элемент задержки, три счетчика импульсов, генератор счетных импульсов, две схемы умножения, две схемы деления, схему вычитания и шины постоянного цифрового числа. 3 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ измерения изменения скорости движения цели по дальности, заключающийся в формировании интервала времени между моментами возникновения и обнаружения на радиолокационной станции (РЛС) измерения изменения скорости движения цели по дальности сигналов частотой 3Fдо и Fдо=2Vofн/C,
где fн - средняя частота излучаемого РЛС непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно спадающему закону (НЛЧМ сигнал), выбираемая из условия До/Vo=fн/Fм fд;
fд - девиация частоты НЛЧМ сигнала;
Fм - частота модуляции НЛЧМ сигнала;
Vo - минимально возможная величина радиальной скорости цели;
До - выбираемое базовое расстояние;
С - скорость света,
отличающийся тем, что на РЛС формируют три интервала времени:
- t₁ - в течение которого цель пролетает интервал расстояния S₁ от (До/Vo)(Vi+NVo)-δ×(Д/Vo)(Vi+NVo) до (Дo/Vo)(Vi+NVo)+δ×(Дo/Vo)(Vi+NVo),
где N - положительное число;
δ - коэффициент, определяющий длину известных интервалов S₁=S₃ расстояния;
Vi - скорость цели;
- t2 - в течение которого цель пролетает интервал расстояния S₂ от
(Дo/Vo)(Vi+NVo)-δ×(Д/Vo)(Vi+NVo)
до (Дo/Vo)[Vi+(N+4)Vo]+δ×(Дo/Vo)[Vi+(N+4)Vo];
- t₃ - в течение которого цель пролетает интервал расстояния S₃ от
(До/Vo)[Vi+(N+4)Vo]-δ×(Д/Vo)[Vi+(N+4)Vo]
до (До/Vo)[Vi+(N+4)Vo]+δ×(Дo/Vo)[Vi+(N+4)Vo]
и вычисляют выражение
V₁-V₃=(4До/t₂)×[(1-t₁/t₃)],
где V₁ и V₃ - скорости пролета целью соответственно интервалов расстояния S₁=S₃, определяющее величину изменения скорости движения цели по дальности.

2. Устройство измерения изменения скорости движения цели по дальности, содержащее приемно-передающую антенну, вход которой, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно спадающему закону, а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно спадающему закону, а выход, через фильтр разностных частот, к входу обнаружителя сигнала узкополосного спектра частот, отличающееся тем, что выход обнаружителя сигнала узкополосного спектра частот подключен к входу регистра сдвига и входам первого и третьего элементов И, первый выход регистра сдвига подключен к входу второго элемента И и третьему входу третьего элемента И, второй выход регистра сдвига подключен к третьему входу первого элемента И и через элемент задержки к входам сброса регистра сдвига и первого, второго и третьего счетчиков импульсов, выход генератора счетных импульсов подключен к вторым входам первого, второго и третьего элементов И, выходы первого, второго и третьего элементов И подключены к входам счета соответственно первого, второго и третьего счетчиков импульсов, выходы первого счетчика импульсов подключены к входам первой схемы умножения, выходы второго счетчика импульсов подключены к входам второй схемы умножения и второй схемы деления, выходы третьего счетчика импульсов подключены к вторым входам второй схемы умножения, выходы которой подключены к вторым входам первой схемы деления, первые входы которой подключены к выходам первой схемы умножения, а выходы через схему вычитания к выходным шинам, вторые входы первой схемы умножения и второй схемы деления подключены к шине постоянного цифрового числа, а выходы второй схемы деления подключены к вторым входам схемы вычитания.

3. Устройство измерения изменения скорости движения цели по дальности, содержащее приемно-передающую антенну, вход которой, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону, а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесители, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону, а выход, через фильтр разностных частот, к входу обнаружителя сигнала узкополосного спектра частот, отличающееся тем, что выход обнаружителя сигнала узкополосного спектра частот подключен к входу регистра сдвига и входам первого третьего элементов И, первый выход регистра сдвига подключен к входу второго элемента И и третьему входу третьего элемента И, второй выход регистра сдвига подключен к третьему входу первого элемента И и через элемент задержки к входам сброса регистра сдвига и первого, второго и третьего счетчиков импульсов, выход генератора счетных импульсов подключен к вторым входам первого, второго и третьего элементов И, выходы первого, второго и третьего элементов И подключены к входам счета соответственно первого, второго и третьего счетчиков импульсов, выходы первого счетчика импульсов подключены к входам первой схемы умножения, выходы второго счетчика импульсов подключены к входам второй схемы умножения и второй схемы деления, выходы третьего счетчика импульсов подключены к вторым входам второй схемы умножения, выходы которой подключены к вторым входам первой схемы деления, первые входы которой подключены к выходам первой схемы умножения, а выходы через схему вычитания к выходным шинам, вторые входы первой схемы умножения и второй схемы деления подключены к шине постоянного цифрового числа, а выходы второй схемы деления подключены к вторым входам схемы вычитания.