РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ ПРИЕМНИК С УСТРОЙСТВОМ УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК G01S7/285 G01S13/02 

Изобретение относится к приемному тракту радиолокационных или аналогичных систем и предназначено для обеспечения высокопроизводительной первичной цифровой обработки сигналов в реальном масштабе времени во всех режимах работы бортовой радиолокационной станции (БРЛС).

Одной из основных задач в радиолокационных системах и в устройствах передачи информации является обеспечение синхронизации работы всех составных частей БРЛС при различных режимах работы, задаваемых бортовым вычислительным комплексом.

Наиболее близким устройством, выбранным в качестве прототипа для заявляемого технического решения, является радиолокационный приемник с каналами высокого разрешения [патент РФ 2344436, МПК: G01S 7/285, 2009 г.], содержащий n (n - целое число) приемных каналов, каждый из которых включает усилитель промежуточной частоты, аналого-цифровой преобразователь, цифровой формирователь квадратур, постоянное запоминающее устройство, устройство цифрового гетеродинирования, адаптер, цифровой сумматор и передатчик данных. Кроме этого радиолокационный приемник содержит формирователь опорных частот и n приемных каналов высокого разрешения. Недостатком данного радиолокационного приемника является то, что в нем отсутствуют средства для обеспечения синхронизации работы составных частей БРЛС.

Техническим результатом, на который направлено заявляемое изобретение, является создание радиолокационного приемника с устройством управления, формирующим управляющие сигналы, синхронизирующие работу блоков, входящих в состав БРЛС.

Технический результат достигается тем, что в радиолокационный приемник, содержащий n (n - целое число) приемных каналов и формирователь опорных частот, введено устройство управления. Каждый приемный канал включает усилитель промежуточной частоты, аналого-цифровой преобразователь, цифровой формирователь квадратур, постоянное запоминающее устройство, устройство цифрового гетеродинирования, адаптер, цифровой сумматор и передатчик данных. Устройство управления содержит: первый приемопередатчик, первый формирователь сигналов, второй приемопередатчик, второй формирователь сигналов, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой буферы, первый и второй драйверы сигналов, преобразователь уровней. Первый вход усилителя промежуточной частоты является входом приемного канала. Выход усилителя промежуточной частоты соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, первый выход которого соединен с первым входом цифрового формирователя квадратур. Выход цифрового формирователя квадратур соединен с первым входом устройства цифрового гетеродинирования, выход которого соединен с первым входом цифрового сумматора. Выход цифрового сумматора соединен с первым входом передатчика данных, выход которого является выходом приемного канала. Второй выход аналого-цифрового преобразователя соединен со вторыми входами цифрового формирователя квадратур, устройства цифрового гетеродинирования, цифрового сумматора и передатчика данных. Выход постоянного запоминающего устройства соединен с третьим входом устройства цифрового гетеродинирования. Первый выход адаптера соединен с четвертым входом устройства цифрового гетеродинирования, а второй выход соединен с третьим входом цифрового сумматора. Входы-выходы усилителя промежуточной частоты и адаптера соединены с интерфейсом центрального процессора. Вход формирователя опорных частот является входом опорного сигнала. Первый выход формирователя опорных частот соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, а второй выход соединен с первым входом второго формирователя сигналов. Второй вход усилителя промежуточной частоты, четвертый вход цифрового сумматора и первый вход первого формирователя сигналов являются входами тактового импульса. Интерфейс центрального процессора соединен с первым входом-выходом первого приемопередатчика, второй вход-выход которого соединен с первым входом-выходом второго приемопередатчика, а третий вход-выход соединен с входом-выходом первого формирователя сигналов. Второй вход-выход второго приемопередатчика соединен с входом-выходом второго формирователя сигналов. Первый выход первого формирователя сигналов соединен со вторым входом второго формирователя сигналов, второй выход соединен с третьим входом второго формирователя сигналов, а третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы соединены соответственно с входами первого драйвера сигналов, первого буфера, второго драйвера сигналов, второго буфера и третьего буфера. Первый выход второго формирователя сигналов соединен с входом первого приемопередатчика, второй выход соединен со вторым входом первого формирователя сигналов, а третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы соединены соответственно с входами четвертого буфера, пятого буфера, преобразователя уровней, шестого буфера и седьмого буфера. Выход первого драйвера сигналов соединен с пятым входом цифрового сумматора. Выходы первого буфера, второго драйвера сигналов, второго буфера, третьего буфера, четвертого буфера, пятого буфера, преобразователя уровней, шестого буфера и седьмого буфера являются соответственно выходами первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого и девятого управляющих сигналов.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что радиолокационный приемник содержит n (n - целое число) приемных каналов, формирователь опорных частот и устройство управления.

На чертеже представлена функциональная схема одноканального радиолокационного приемника с устройством управления, остальные приемные каналы имеют аналогичную структуру.

Одноканальный радиолокационный приемник с устройством управления содержит приемный канал, включающий усилитель промежуточной частоты (УПЧ) 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, цифровой формирователь квадратур (ЦФК) 3, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 4, устройство цифрового гетеродинирования (УЦТ) 5, адаптер (А) 6, цифровой сумматор (ЦС) 7 и передатчик данных (ПД) 8. Кроме этого, он содержит формирователь опорных частот (ФОЧ) 9 и устройство управления, состоящее из первого приемопередатчика (ПП1) 10, первого формирователя сигналов (ФС1) 11, второго приемопередатчика (ПП2) 12, второго формирователя сигналов (ФС2) 13, первого драйвера сигналов (ДС1) 14, первого буфера (Б1) 15, второго драйвера сигналов (ДС2) 16, второго буфера (Б2) 17, третьего буфера (Б3) 18, четвертого буфера (Б4) 19, пятого буфера (Б5) 20, преобразователя уровней (ПУ) 21, шестого буфера (Б6) 22 и седьмого буфера (Б7) 23.

Первый вход УПЧ 1 является входом приемного канала. Выход УПЧ 1 соединен с первым входом АЦП 2, первый выход которого соединен с первым входом ЦФК 3. Выход ЦФК 3 соединен с первым входом УЦГ 5, выход которого соединен с первым входом ЦС 7. Выход ЦС 7 соединен с первым входом ПД 8, выход которого является выходом приемного канала. Второй выход АЦП 2 является синхронизирующим и соединен со вторыми входами ЦФК 3, УЦГ 5, ЦС 7 и ПД 8. Выход ПЗУ 4 соединен с третьим входом УЦГ 5. Первый выход адаптера 6 соединен с четвертым входом УЦГ 5, а второй выход соединен с третьим входом ЦС 7. Управляющие входы-выходы УПЧ 1 и адаптера 6 соединены с интерфейсом центрального процессора (Интерфейс ЦП). Вход ФОЧ 9 является входом опорного сигнала Fоп. Первый выход ФОЧ 9 соединен со вторым входом АЦП 2, а второй выход соединен с первым входом ФС2 13. Второй вход УПЧ 1, четвертый вход ЦС 7 и первый вход ФС1 11 являются входами тактового импульса ТИ.

Интерфейс ЦП соединен с первым входом-выходом ПП1 10, второй вход-выход которого соединен с первым входом-выходом ПП2 12, а третий вход-выход соединен с входом-выходом ФС1 11. Второй вход-выход ПП2 12 соединен с входом-выходом ФС2 13. Первый выход ФС1 11 соединен со вторым входом ФС2 13. Второй выход ФС1 11 соединен с третьим входом ФС2 13. Третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы ФС1 11 соединены с входами ДС1 14, Б1 15, ДС2 16, Б2 17 и Б3 18 соответственно. Первый выход ФС2 13 соединен с управляющим входом ПП1 10. Второй выход ФС2 13 соединен со вторым входом ФС1 11. Третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы ФС2 13 соединены с входами Б4 19, Б5 20, ПУ 21, Б6 22 и Б7 23 соответственно. Выход ДС1 14 соединен с пятым входом ЦС 7. Выходы Б1 15, ДС2 16, Б2 17, Б3 18, Б4 19, Б5 20, ПУ 21, Б6 22 и Б7 23 являются выходами первого (УС1), второго (УС2), третьего (УС3), четвертого (УС4), пятого (УС5), шестого (УС6), седьмого (УС7), восьмого (УС8) и девятого (УС9) управляющих сигналов соответственно.

При этом:

УС1 - импульс бланкирования системы Госопознавания;

УС2 - тактовый импульс управления антенной;

УС3 - импульс запуска передатчика;

УС4 - импульс бланкирования приемника;

УС5 - импульс управления задающим генератором имитатора цели;

УС6 - импульс управления фазовым манипулятором имитатора цели;

УС7 - импульс управления режимами задающего генератора;

УС8 - импульс управления задающим генератором;

УС9 - импульс управления фазовым манипулятором.

Рассмотрим работу радиолокационного приемника с устройством управления на примере прохождения принимаемого сигнала по одному приемному каналу. Поскольку построение остальных приемных каналов идентично первому каналу, то прохождение принимаемого сигнала по ним будет аналогично.

С высокочастотного приемника входной сигнал на второй промежуточной частоте поступает на первый вход УПЧ 1. При этом УПЧ 1 обеспечивает программно регулируемое усиление и управляемую частотную селекцию сигналов. С выхода УПЧ 1 сигнал поступает на первый вход АЦП 2, на второй вход которого поступает сигнал частоты дискретизации с первого выхода ФОЧ 9.

С первого выхода АЦП 2 сигнал в цифровой форме поступает на первый вход ЦФК 3. Синхронизирующий сигнал со второго выхода АЦП 2 поступает на вторые входы ЦФК 3, УЦГ 5, ЦС 7 и ПД 8. С выхода ЦФК 3 цифровые сигналы, соответствующие реальной и мнимой квадратурным составляющим сигнала, поступают на первый вход УЦГ 5, на третий вход которого поступают корректирующие коэффициенты с выхода ПЗУ 4. Код частоты цифрового гетеродина поступает на четвертый вход УЦГ 5 с первого выхода адаптера 6. После гетеродинирования сигнал поступает на первый вход ЦС 7, который выполняет суммирование отсчетов сигнала на интервале одного элемента дальности. Количество суммируемых выборок, задержка начала зоны приема относительно импульса начала отсчета (ИНО), количество элементов дальности в зоне приема, задержка начала кадра относительно тактового импульса ТИ (количество пропускаемых ИНО, следующих после ТИ) и размер кадра (количество ИНО в кадре) определяются соответствующими кодами, поступающими на третий вход ЦС 7 со второго выхода адаптера 6. Команды управления УПЧ 1 и адаптер 6 получают от центрального процессора БРЛС.

После суммирования отсчетов сигнала в ЦС 7 производится деление суммарного сигнала на количество суммируемых выборок (нормировка данных), после чего полученный сигнал поступает на первый вход ПД 8, который обеспечивает передачу выходной цифровой информации в устройство вторичной обработки сигналов радиолокационной станции по последовательным LVDS (Low-Voltage Differential Signaling) шинам.

Устройство управления формирует управляющие сигналы, обеспечивающие синхронизацию работы составных частей БРЛС. Синхронизация устройства управления осуществляется по тактовому импульсу ТИ, поступающему на первый вход ФС1 11, и через ФС1 11 - на второй вход ФС2 13. Со второго выхода ФОЧ 9 на первый вход ФС2 13 поступает опорная частота, которая передается со второго выхода ФС2 13 на второй вход ФС1 11. По интерфейсу ЦП управляющие коды и команды поступают на ПП1 10, который передает их на ПП2 12. ПП1 10 и ПП2 12 выполняют преобразование последовательного кода в параллельный с последующей передачей управляющих кодов и команд в ФС1 11 и в ФС2 13 соответственно. ФС1 11 и ФС2 13 построены по схеме формирователей импульсов на реверсивных счетчиках, управляемых кодами, поступающими из ПП1 10 и ПП2 12. Формирование всех сигналов синхронизации БРЛС блокируется при отсутствии сигнала готовности «ready», который формируется в ФС2 13 и передается с его первого выхода на управляющий вход ПП1 10.

ФС1 11 формирует следующие сигналы:

- импульс начала отсчета (ИНО), поступающий с третьего выхода через ДС1 14 на пятый вход ЦС 7;

- импульс бланкирования системы Госопознавания, поступающий с четвертого выхода через Б1 15 на выход приемника УС1;

- тактовый импульс управления антенной, поступающий с пятого выхода через ДС2 16 на выход приемника УС2;

- импульс запуска передатчика, поступающий с шестого выхода через Б2 17 на выход приемника УС3, при этом импульс, привязанный к переднему фронту импульса запуска передатчика, поступает со второго выхода на третий вход ФС2 13;

- импульс бланкирования приемника, поступающий с седьмого выхода через Б3 18 на выход приемника УС4.

ФС2 13 формирует следующие сигналы:

- импульс управления задающим генератором имитатора цели, поступающий с третьего выхода через Б4 19 на выход приемника УС5;

- импульс управления фазовым манипулятором имитатора цели, поступающий с четвертого выхода через Б5 20 на выход приемника УС6;

- импульс управления режимами задающего генератора, поступающий с пятого выхода через ПУ 21 на выход приемника УС7;

- импульс управления задающим генератором, поступающий с шестого выхода через Б6 22 на выход приемника УС8;

- импульс управления фазовым манипулятором, поступающим с седьмого выхода через Б7 23 на выход приемника УС9.

Управление радиолокационным приемником осуществляется центральным процессором БРЛС по интерфейсу SMI (Serial Management Interface) через УПЧ 1, адаптер 6 приемного канала, и через ПП1 10, ПП2 12 устройства управления. Синхронизация работы приемного канала обеспечивается тактовым импульсом ТИ, поступающим из синхронизатора БРЛС на тактовые входы УПЧ 1, ЦС 7 и ФС1 11, и импульсом начала отсчета ИНО, формирующимся в устройстве управления и поступающим с выхода ДС1 14 на вход начала отсчета ЦС 7.

Опорный сигнал Fоп на вход ФОЧ 9 поступает с задающего генератора БРЛС. ФОЧ 9 обеспечивает частотную фильтрацию опорного сигнала и формирование дифференциальных сигналов частоты дискретизации с уровнями и формой сигналов, необходимых для работы АЦП 2 приемного канала и ФС1 11, ФС2 13 устройства управления.

Для подтверждения возможности реализации технического решения был изготовлен опытный образец четырехканального радиолокационного приемника с устройством управления с тактико-техническими характеристиками для конкретной бортовой радиолокационной станции.

Управление радиолокационным приемником от центрального процессора осуществлено с использованием интерфейса SMI. УПЧ, адаптер приемного канала и приемопередатчики интерфейса SMI устройства управления реализованы на ПЛИС (программируемая логическая интегральная схема) и обеспечивают преобразование последовательного кода управляющей информации, поступающей по интерфейсу SMI, в параллельный код управляющих сигналов. Умножители, усилители и АЦП выбраны из промышленно выпускаемой элементной базы.

Цифровая обработка сигнала, поступающего с АЦП, организована на базе ПЛИС и обеспечивает выполнение следующих операций: цифровое формирование квадратур входного сигнала, фильтрацию гармоник верхних частот, цифровое гетеродинирование, суммирование отсчетов сигнала на интервале одного элемента дальности и деление результата на количество суммирований (нормировка данных). Передача данных радиолокационным приемником производится через встроенный в ПЛИС передатчик данных LVDS. Устройство управления реализовано на двух ПЛИС: первый приемопередатчик и первый формирователь сигналов на ПЛИС типа EPM1270T144I5, второй приемопередатчик и второй формирователь сигналов на ПЛИС типа EP2S15F484I4. Буферы, драйверы сигналов и преобразователь уровней реализованы на интегральных микросхемах.

Для уменьшения массогабаритных характеристик радиолокационного приемника аналоговые части (УПЧ) двух каналов выполнены в едином модуле стандарта «Евромеханика-3U», при этом приемопередатчик интерфейса SMI выполнен на одной ПЛИС. Также в едином модуле выполнены цифровые части двух каналов, при этом ЦФК, УЦГ, ПЗУ, ЦС, ПД и адаптер для обоих каналов выполнены на одной ПЛИС. В отдельных модулях выполнены формирователь опорных частот и устройство управления. Таким образом, полностью четырехканальный радиолокационный приемник с устройством управления в исполнении «Евромеханика» типоразмера 1ATR Short состоит из шести модулей стандарта «Евромеханика-3U». Дополнительно в нем может быть использован модуль сопряжения с центральным процессором. Источник питания выполнен по стандартной схеме в зависимости от требований к первичным системам электропитания.

Полученные характеристики опытного образца радиолокационного приемника с устройством управления подтверждают достижение технического результата заявляемого изобретения.

Изобретение предназначено для обеспечения первичной цифровой обработки сигналов в реальном масштабе времени во всех режимах работы бортовой радиолокационной станции (БРЛС). Достигаемый технический результат - формирование управляющих сигналов, синхронизирующих работу блоков, входящих в состав БРЛС. Указанный результат достигается тем, что в радиолокационный приемник, содержащий n (n - целое число) приемных каналов и формирователь опорных частот, введено устройство управления. Каждый приемный канал включает усилитель промежуточной частоты, аналого-цифровой преобразователь, цифровой формирователь квадратур, постоянное запоминающее устройство, устройство цифрового гетеродинирования, адаптер, цифровой сумматор и передатчик данных. Устройство управления содержит два приемопередатчика SMI, два формирователя сигналов, семь буферов, два драйвера сигналов и преобразователь уровней. 1 ил.

Радиолокационный приемник с устройством управления, содержащий n (n - целое число) приемных каналов и формирователь опорных частот, при этом каждый приемный канал включает усилитель промежуточной частоты, аналого-цифровой преобразователь, цифровой формирователь квадратур, постоянное запоминающее устройство, устройство цифрового гетеродинирования, адаптер, цифровой сумматор и передатчик данных, первый вход усилителя промежуточной частоты является входом приемного канала, выход усилителя промежуточной частоты соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, первый выход которого соединен с первым входом цифрового формирователя квадратур, выход цифрового формирователя квадратур соединен с первым входом устройства цифрового гетеродинирования, выход которого соединен с первым входом цифрового сумматора, выход цифрового сумматора соединен с первым входом передатчика данных, выход которого является выходом приемного канала, второй выход аналого-цифрового преобразователя соединен со вторыми входами цифрового формирователя квадратур, устройства цифрового гетеродинирования, цифрового сумматора и передатчика данных, выход постоянного запоминающего устройства соединен с третьим входом устройства цифрового гетеродинирования, первый выход адаптера соединен с четвертым входом устройства цифрового гетеродинирования, а второй выход соединен с третьим входом цифрового сумматора, входы-выходы усилителя промежуточной частоты и адаптера соединены с интерфейсом центрального процессора, вход формирователя опорных частот является входом опорного сигнала, первый выход формирователя опорных частот соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход усилителя промежуточной частоты и четвертый вход цифрового сумматора являются входами тактового импульса, отличающийся тем, что в него введено устройство управления, содержащее первый приемопередатчик, первый формирователь сигналов, второй приемопередатчик, второй формирователь сигналов, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой буферы, первый и второй драйверы сигналов, преобразователь уровней, при этом интерфейс центрального процессора соединен с первым входом-выходом первого приемопередатчика, второй вход-выход которого соединен с первым входом-выходом второго приемопередатчика, а третий вход-выход соединен с входом-выходом первого формирователя сигналов, второй вход-выход второго приемопередатчика соединен с входом-выходом второго формирователя сигналов, первый вход первого формирователя сигналов является входом тактового импульса, первый выход первого формирователя сигналов соединен со вторым входом второго формирователя сигналов, второй выход соединен с третьим входом второго формирователя сигналов, а третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы первого формирователя сигналов соединены соответственно с входами первого драйвера сигналов, первого буфера, второго драйвера сигналов, второго буфера и третьего буфера, первый вход второго формирователя сигналов соединен со вторым выходом формирователя опорных частот, первый выход второго формирователя сигналов соединен с входом первого приемопередатчика, второй выход соединен со вторым входом первого формирователя сигналов, а третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы второго формирователя сигналов соединены соответственно с входами четвертого буфера, пятого буфера, преобразователя уровней, шестого буфера и седьмого буфера, выход первого драйвера сигналов соединен с пятым входом цифрового сумматора, выходы первого буфера, второго драйвера сигналов, второго буфера, третьего буфера, четвертого буфера, пятого буфера, преобразователя уровней, шестого буфера и седьмого буфера являются соответственно выходами первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого и девятого управляющих сигналов.