РЛС С ПРОГРАММИРУЕМОЙ ВРЕМЕННОЙ ДИАГРАММОЙ И СПОСОБ ЕЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ Российский патент 2014 года по МПК G01S13/00 

Изобретение относится к СВЧ технике, а именно к РЛС (радиолокационным станциям) с программируемой временной диаграммой и способам их функционирования, в которых формирование временной диаграммы работы радиолокационной станции во время ее работы в реальном времени позволяет настраивать РЛС согласно особенностям сканируемого пространства и поставленным задачам, и может применяться в радиолокационных системах с цифровым синтезатором сигнала и цифровыми методами синхронизации и управления РЛС.

В настоящее время существуют РЛС с цифровыми и аналоговыми способами формирования зондирующего сигнала. В отличие от аналоговых цифровые способы позволяют более гибко и точно формировать характеристики зондирующего сигнала, в том числе использовать сложные сигналы с частотной и фазовой модуляцией. Формирование сигнала выполняется методом прямого синтеза в цифровом синтезаторе сигнала. Смена типа сигнала или его характеристик может выполняться в реальном времени посредством управляющих команд. На основе данной технологии разработаны РЛС с одним или несколькими сигналами для решения детерминированного набора задач с установленными ограничениями (дальность действия, разрешение по координатам, типы сигналов). Временные диаграммы работы РЛС задают согласно поставленным задачам при проектировании системы с ожидаемыми характеристиками работы приемного и передающего тракта. Система управления РЛС синхронизирует работу всех ее узлов посредством управляющих сигналов и установленного алгоритма управления.

Известна РЛС с изменяемой временной диаграммой (заявка на патент США №2012235857), в которой временная диаграмма разработана только для двух типов сигнала с определенными характеристиками: для покрытия ближней и дальней зоны обзора. Данная РЛС выбрана в качестве прототипа заявленного изобретения.

Недостаток РЛС прототипа заключается в том, что ее временную диаграмму и параметры сигнала нельзя изменять в реальном времени и адаптировать под параметры подстилающей поверхности, что ограничивает универсальность РЛС в смысле разнообразия выполняемых ею задач.

Задачей заявленного изобретения является создание РЛС с программируемой в реальном времени временной диаграммой и программируемым в реальном времени зондирующим сигналом и способа ее функционирования с увеличенной универсальностью в смысле выполняемых ими задач, которые позволяют снять многие ограничения системы обработки сигнала, при этом обеспечив выполнение ряда новых задач, к которым относятся: увеличение дальности действия РЛС при ограниченной пиковой мощности передатчика; повышение вероятности обнаружения малоразмерных объектов на фоне неоднородной подстилающей поверхности за счет улучшения селекции по доплеровской скорости с использованием сложных сигналов разной базы; уменьшение мертвой зоны для обнаружения близко расположенных объектов.

Поставленная задача решена путем создания РЛС с программируемой временной диаграммой, содержащей блок формирования временной диаграммы, который соединен с цифровым синтезатором сигнала и с блоком управления стробами передатчика и приемника, который связан с цифровым синтезатором сигнала, с передающим устройством, с приемным устройством, а также с аналого-цифровым преобразователем, который связан с блоком предобработки сигнала, при этом передающее устройство связано с цифровым синтезатором сигнала, а приемное устройство связано с аналого-цифровым преобразователем, причем блок формирования временной диаграммы выполнен с возможностью задания временной диаграммы работы приемно-передающего тракта РЛС на основе параметров временной диаграммы, а также с возможностью формирования сигналов управления цифровым синтезатором сигнала, блоком предобработки сигнала и блоком управления стробами передатчика и приемника на основе параметров временной диаграммы; цифровой синтезатор сигнала выполнен с возможностью формирования зондирующего сигнала на основе параметров временной диаграммы по сигналу управления цифровым синтезатором сигнала, а также с возможностью передачи зондирующего сигнала в передающее устройство, выполненное с возможностью излучения зондирующего сигнала, при этом приемное устройство выполнено с возможностью приема эхо-сигнала и передачи его в аналого-цифровой преобразователь, пройдя через который эхо-сигнал попадает в блок предобработки сигнала, выполненный с возможностью предварительной обработки эхо-сигнала в соответствии с параметрами временной диаграммы и передачи его для дальнейшего анализа в систему сигнальной обработки, причем блок управления стробами передатчика и приемника выполнен с возможностью синхронизации работы передающего устройства и приемного устройства, а также с возможностью стробирования цифрового синтезатора сигнала и аналого-цифрового преобразователя.

В предпочтительном варианте осуществления РЛС она содержит постоянное запоминающее устройство, соединенное с блоком формирования временной диаграммы и с блоком предобработки сигнала и выполненное с возможностью хранения временной диаграммы работы приемно-передающего тракта РЛС.

В предпочтительном варианте осуществления РЛС она содержит канал управления, соединенный с блоком формирования временной диаграммы и выполненный с возможностью передачи в него параметров временной диаграммы.

В предпочтительном варианте осуществления РЛС она содержит канал управления, соединенный с блоком формирования временной диаграммы и выполненный с возможностью передачи в него параметров временной диаграммы как во время работы, так и во время настройки РЛС.

В предпочтительном варианте осуществления РЛС блок формирования временной диаграммы выполнен с возможностью задания временной диаграммы работы приемно-передающего тракта радиолокационной станции с постоянным или изменяемым периодом.

В предпочтительном варианте осуществления РЛС она содержит систему сигнальной обработки, соединенную с блоком предобработки сигнала и выполненную с возможностью дальнейшего анализа эхо-сигнала.

В предпочтительном варианте осуществления РЛС ее узлы соединены цифровыми высокоскоростными каналами связи.

В предпочтительном варианте осуществления РЛС параметрами временной диаграммы работы РЛС являются: строб формирования зондирующего сигнала в цифровом синтезаторе сигнала, временные стробы включения/выключения передающего устройства и приемного устройства, период излучения, функция модуляции для сложного сигнала, причем изменение временной диаграммы РЛС в реальном времени происходит путем изменения вышеперечисленных параметров.

В предпочтительном варианте осуществления РЛС блок формирования временной диаграммы выполнен с возможностью формирования на основе параметров временной диаграммы сигналов управления прямым методом цифрового синтеза с настраиваемыми параметрами.

В предпочтительном варианте осуществления РЛС блок формирования временной диаграммы выполнен с возможностью задания временной диаграммы работы приемно-передающего тракта РЛС в виде профилей, причем каждый профиль полностью определяет параметры зондирующего сигнала и временную диаграмму работы приемно-передающего тракта.

В предпочтительном варианте осуществления РЛС она содержит блок предобработки сигнала, выполненный с возможностью предварительной обработки эхо-сигнала, а именно с возможностью выполнения децимации отсчетов аналого-цифрового преобразования.

Поставленная задача решена путем создания способа функционирования РЛС с программируемой временной диаграммой, содержащей блок формирования временной диаграммы, который соединен с цифровым синтезатором сигнала и с блоком управления стробами передатчика и приемника, который связан с цифровым синтезатором сигнала, с передающим устройством, с приемным устройством, а также с аналого-цифровым преобразователем, который связан с блоком предобработки сигнала, при этом передающее устройство связано с цифровым синтезатором сигнала, а приемное устройство связано с аналого-цифровым преобразователем, в котором посредством блока формирования временной диаграммы задают временную диаграмму работы приемно-передающего тракта РЛС на основе параметров временной диаграммы, а также формируют сигналы управления цифровым синтезатором сигнала, блоком предобработки сигнала и блоком управления стробами передатчика и приемника на основе параметров временной диаграммы; посредством цифрового синтезатора формируют зондирующий сигнал на основе параметров временной диаграммы по сигналу управления цифровым синтезатором сигнала, а также передают зондирующий сигнал в передающее устройство, посредством которого излучают зондирующий сигнал;

посредством приемного устройства принимают эхо-сигнал и передают его в аналого-цифровой преобразователь, посредством которого передают эхо-сигнал в блок предобработки сигнала, посредством которого осуществляют предварительную обработку эхо-сигнала в соответствии с параметрами временной диаграммы и передают его для дальнейшего анализа в систему сигнальной обработки; посредством блока управления стробами передатчика и приемника синхронизируют работу передающего устройства и приемного устройства, а также стробируют цифровой синтезатор сигнала и аналого-цифровой преобразователь.

В предпочтительном варианте осуществления способа РЛС содержит постоянное запоминающее устройство, соединенное с блоком формирования временной диаграммы и с блоком предобработки сигнала, посредством которого сохраняют временную диаграмму работы приемно-передающего тракта РЛС.

В предпочтительном варианте осуществления способа РЛС содержит канал управления, соединенный с блоком формирования временной диаграммы, при этом посредством канала управления передают параметры временной диаграммы в блок формирования временной диаграммы.

В предпочтительном варианте осуществления способа РЛС содержит канал управления, соединенный с блоком формирования временной диаграммы, при этом посредством канала управления передают параметры временной диаграммы в блок формирования временной диаграммы как во время работы, так и во время настройки РЛС.

В предпочтительном варианте осуществления способа посредством блока формирования временной диаграммы задают временную диаграмму работы приемно-передающего тракта радиолокационной станции с постоянным или изменяемым периодом.

В предпочтительном варианте осуществления способа РЛС содержит систему сигнальной обработки, соединенную с блоком предобработки сигнала, посредством которой выполняют дальнейший анализ эхо-сигнала.

В предпочтительном варианте осуществления способа передают данные между узлами РЛС посредством цифровых высокоскоростных каналов связи.

В предпочтительном варианте осуществления способа посредством блока формирования временной диаграммы формируют на основе параметров временной диаграммы сигналы управления прямым методом цифрового синтеза с настраиваемыми параметрами.

В предпочтительном варианте осуществления способа посредством блока формирования временной диаграммы задают временную диаграмму работы приемно-передающего тракта РЛС в виде профилей, причем каждый профиль полностью определяет параметры зондирующего сигнала и временную диаграмму работы приемно-передающего тракта.

В предпочтительном варианте осуществления способа посредством блока предобработки сигнала осуществляют предварительную обработку эхо-сигнала, а именно выполняют децимацию отсчетов аналого-цифрового преобразования.

Для лучшего понимания заявленного изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими графическими материалами.

Фиг.1. Функциональная схема варианта выполнения РЛС с программируемой временной диаграммой согласно изобретению.

Элементы: 1 - блок формирования временной диаграммы; 2 - цифровой синтезатор сигнала; 3 - блок управления стробами передатчика и приемника; 4 - блок предобработки сигнала; 5 - аналого-цифровой преобразователь; 6 - передающее устройство; 7 - приемное устройство; 8 - постоянное запоминающее устройство.

Фиг.2. Временная диаграмма работы РЛС согласно изобретению.

Фиг.3. Эпюры напряжений временной диаграммы работы РЛС с переменным сигналом согласно изобретению.

Рассмотрим вариант выполнения заявленной РЛС с программируемой временной диаграммой и способа ее функционирования (Фиг.1-3). В заявленной РЛС временную диаграмму (ВД) задают набором параметров, определяющих свойства излучаемого сигнала и взаимное положение временных стробов передающего устройства 6 и приемного устройства 7: период повторения, длительность зондирующего импульса, вид модулирующей функции, защитный интервал (расстояние между спадом зондирующего импульса и началом строба приема), длительность строба приема (Фиг.2). В блоке 1 задают временную диаграмму работы приемно-передающего тракта программируемой РЛС с постоянным или изменяемым периодом, которую затем сохраняют в постоянном запоминающем устройстве 8. Параметры ВД устанавливают посредством канала управления как в реальном времени во время работы РЛС, так и во время ее настройки. На основе установленных параметров ВД посредством блока 1 формирования ВД формируют сигналы управления цифровым синтезатором 2 сигнала, блоком 4 предобработки сигнала и блоком 3 управления стробами передатчика и приемника. На основании установленных параметров в цифровом синтезаторе 2 сигнала методом прямого синтеза формируют зондирующий сигнал. Сформированный зондирующий сигнал пересылают в передающее устройство 6. Приемное устройство 7 принимает эхо-сигнал и передает его в аналого-цифровой преобразователь 5. Далее цифровой сигнал обрабатывают в блоке 4 предобработки сигнала в соответствии с параметрами временной диаграммы и передают для дальнейшего анализа в систему сигнальной обработки.

Стробы формирования зондирующего сигнала задают начальной t _DDS1 и конечной t _DDS2 временной отметкой в цифровом синтезаторе 2 сигнала. Пример временной диаграммы работы заявленной многофункциональной РЛС с программируемым сигналом представлен на фиг.3 (фиг.3а, фиг.3г). С учетом временной задержки каналов связи между цифровым синтезатором 2 сигнала и передающим устройством 6 устанавливают метки начала t _ПРД1 и конца t _ПРД2 временного строба передатчика (фиг.3б, фиг.3д) и приемника t _ПРМ1 и t _ПРМ2 (фиг.3в, фиг.3е). На фиг.3 представлены эпюры сигналов программируемой РЛС для ближней (фиг.3а), б), в)) и дальней (фиг.3 г), д), е) зон дальности.

Параметры временной диаграммы и сигнала задаются так называемыми профилями временной диаграммы. Каждый профиль полностью определяет параметры зондирующего сигнала и временную диаграмму работы приемно-передающего тракта РЛС. Количество профилей ограничено только объемом памяти запоминающего устройства 8.

Основным ограничением величины набора сигналов РЛС с программируемой временной диаграммой является ширина полосы пропускания приемно-передающего тракта и частота аналого-цифрового преобразования, которая должна не противоречить теореме дискретизации Котельникова. В случае если ширина спектра сигнала устанавливается меньшей, чем полоса пропускания приемно-передающего тракта (например, при необходимости уменьшить информационный поток на входе системы обработки), в блоке предварительной обработки может быть применена децимация отсчетов АЦП.

Хотя описанный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации настоящего изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла настоящего изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение относится к СВЧ технике, а именно к РЛС с программируемой временной диаграммой и способам их функционирования. Техническим результатом изобретения является создание РЛС с программируемой в реальном времени временной диаграммой и программируемым в реальном времени зондирующим сигналом и способа ее функционирования с увеличенной универсальностью в смысле выполняемых ими задач, которые позволяют снять многие ограничения системы обработки сигнала, при этом обеспечив выполнение ряда новых задач, к которым относятся: увеличение дальности действия РЛС при ограниченной пиковой мощности передатчика; повышение вероятности обнаружения малоразмерных объектов на фоне неоднородной подстилающей поверхности за счет улучшения селекции по доплеровской скорости с использованием сложных сигналов разной базы; уменьшение мертвой зоны для обнаружения близко расположенных объектов. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. РЛС с программируемой временной диаграммой, содержащая блок формирования временной диаграммы, который соединен с цифровым синтезатором сигнала и с блоком управления стробами передатчика и приемника, который связан с цифровым синтезатором сигнала, с передающим устройством, с приемным устройством, а также с аналого-цифровым преобразователем, который связан с блоком предобработки сигнала, при этом передающее устройство связано с цифровым синтезатором сигнала, а приемное устройство связано с аналого-цифровым преобразователем, причем блок формирования временной диаграммы выполнен с возможностью задания временной диаграммы работы приемно-передающего тракта РЛС на основе параметров временной диаграммы, а также с возможностью формирования сигналов управления цифровым синтезатором сигнала, блоком предобработки сигнала и блоком управления стробами передатчика и приемника на основе параметров временной диаграммы; цифровой синтезатор сигнала выполнен с возможностью формирования зондирующего сигнала на основе параметров временной диаграммы по сигналу управления цифровым синтезатором сигнала, а также с возможностью передачи зондирующего сигнала в передающее устройство, выполненное с возможностью излучения зондирующего сигнала, при этом приемное устройство выполнено с возможностью приема эхо-сигнала и передачи его в аналого-цифровой преобразователь, пройдя через который эхо-сигнал попадает в блок предобработки сигнала, выполненный с возможностью предварительной обработки эхо-сигнала в соответствии с параметрами временной диаграммы и передачи его для дальнейшего анализа в систему сигнальной обработки, причем блок управления стробами передатчика и приемника выполнен с возможностью синхронизации работы передающего устройства и приемного устройства, а также с возможностью стробирования цифрового синтезатора сигнала и аналого-цифрового преобразователя.

2. РЛС по п.1, отличающаяся тем, что содержит постоянное запоминающее устройство, соединенное с блоком формирования временной диаграммы и с блоком предобработки сигнала и выполненное с возможностью хранения временной диаграммы работы приемно-передающего тракта РЛС.

3. РЛС по п.1, отличающаяся тем, что содержит канал управления, соединенный с блоком формирования временной диаграммы и выполненный с возможностью передачи в него параметров временной диаграммы.

4. РЛС по п.3, отличающаяся тем, что содержит канал управления, соединенный с блоком формирования временной диаграммы и выполненный с возможностью передачи в него параметров временной диаграммы как во время работы, так и во время настройки РЛС.

5. РЛС по п.1, отличающаяся тем, что блок формирования временной диаграммы выполнен с возможностью задания временной диаграммы работы приемно-передающего тракта радиолокационной станции с постоянным или изменяемым периодом.

6. РЛС по п.1, отличающаяся тем, что содержит систему сигнальной обработки, соединенную с блоком предобработки сигнала и выполненную с возможностью дальнейшего анализа эхо-сигнала.

7. РЛС по п.1, отличающаяся тем, что ее узлы соединены цифровыми высокоскоростными каналами связи.

8. РЛС по п.1, отличающаяся тем, что параметрами временной диаграммы работы РЛС являются: строб формирования зондирующего сигнала в цифровом синтезаторе сигнала, временные стробы включения/выключения передающего устройства и приемного устройства, период излучения, функция модуляции для сложного сигнала, причем изменение временной диаграммы РЛС в реальном времени происходит путем изменения вышеперечисленных параметров.

9. РЛС по п.1, отличающаяся тем, что блок формирования временной диаграммы выполнен с возможностью формирования на основе параметров временной диаграммы сигналов управления прямым методом цифрового синтеза с настраиваемыми параметрами.

10. РЛС по п.1, отличающаяся тем, что блок формирования временной диаграммы выполнен с возможностью задания временной диаграммы работы приемно-передающего тракта РЛС в виде профилей, причем каждый профиль полностью определяет параметры зондирующего сигнала и временную диаграмму работы приемно-передающего тракта.

11. РЛС по п.1, отличающаяся тем, что содержит блок предобработки сигнала, выполненный с возможностью предварительной обработки эхо-сигнала, а именно с возможностью выполнения децимации отсчетов аналого-цифрового преобразования.

12. Способ функционирования РЛС с программируемой временной диаграммой, содержащей блок формирования временной диаграммы, который соединен с цифровым синтезатором сигнала и с блоком управления стробами передатчика и приемника, который связан с цифровым синтезатором сигнала, с передающим устройством, с приемным устройством, а также с аналого-цифровым преобразователем, который связан с блоком предобработки сигнала, при этом передающее устройство связано с цифровым синтезатором сигнала, а приемное устройство связано с аналого-цифровым преобразователем, в котором посредством блока формирования временной диаграммы задают временную диаграмму работы приемно-передающего тракта РЛС на основе параметров временной диаграммы, а также формируют сигналы управления цифровым синтезатором сигнала, блоком предобработки сигнала и блоком управления стробами передатчика и приемника на основе параметров временной диаграммы; посредством цифрового синтезатора формируют зондирующий сигнал на основе параметров временной диаграммы по сигналу управления цифровым синтезатором сигнала, а также передают зондирующий сигнал в передающее устройство, посредством которого излучают зондирующий сигнал; посредством приемного устройства принимают эхо-сигнал и передают его в аналого-цифровой преобразователь, посредством которого передают эхо-сигнал в блок предобработки сигнала, посредством которого осуществляют предварительную обработку эхо-сигнала в соответствии с параметрами временной диаграммы и передают его для дальнейшего анализа в систему сигнальной обработки; посредством блока управления стробами передатчика и приемника синхронизируют работу передающего устройства и приемного устройства, а также стробируют цифровой синтезатор сигнала и аналого-цифровой преобразователь.

13. Способ по п.1,отличающийся тем, что РЛС содержит постоянное запоминающее устройство, соединенное с блоком формирования временной диаграммы и с блоком предобработки сигнала, посредством которого сохраняют временную диаграмму работы приемно-передающего тракта РЛС.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что РЛС содержит канал управления, соединенный с блоком формирования временной диаграммы, при этом посредством канала управления передают параметры временной диаграммы в блок формирования временной диаграммы.

15. Способ по п.3, отличающийся тем, что РЛС содержит канал управления, соединенный с блоком формирования временной диаграммы, при этом посредством канала управления передают параметры временной диаграммы в блок формирования временной диаграммы как во время работы, так и во время настройки РЛС.

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что посредством блока формирования временной диаграммы задают временную диаграмму работы приемно-передающего тракта радиолокационной станции с постоянным или изменяемым периодом.

17. Способ по п.1, отличающийся тем, что РЛС содержит систему сигнальной обработки, соединенную с блоком предобработки сигнала, посредством которой выполняют дальнейший анализ эхо-сигнала.

18. Способ по п.1,отличающийся тем, что передают данные между узлами РЛС посредством цифровых высокоскоростных каналов связи.

19. Способ по п.1, отличающийся тем, что посредством блока формирования временной диаграммы формируют на основе параметров временной диаграммы сигналы управления прямым методом цифрового синтеза с настраиваемыми параметрами.

20. Способ по п.1, отличающийся тем, что посредством блока формирования временной диаграммы задают временную диаграмму работы приемно-передающего тракта РЛС в виде профилей, причем каждый профиль полностью определяет параметры зондирующего сигнала и временную диаграмму работы приемно-передающего тракта.

21. Способ по п.1, отличающийся тем, что посредством блока предобработки сигнала осуществляют предварительную обработку эхо-сигнала, а именно выполняют децимацию отсчетов аналого-цифрового преобразования.