РАДИОЛОКАТОР С НЕПРЕРЫВНЫМ ШУМОВЫМ СИГНАЛОМ И СПОСОБ РАСШИРЕНИЯ ДИАПАЗОНА ИЗМЕРЯЕМЫХ ДАЛЬНОСТЕЙ В РАДИОЛОКАТОРЕ С НЕПРЕРЫВНЫМ СИГНАЛОМ Российский патент 2016 года по МПК G01S13/42 

Предлагаемое изобретение относится к радиолокационной измерительной технике и может быть использовано в радиолокаторах, в том числе радиовысотомерах, с непрерывным сигналом.

Применение шумовых и шумоподобных сигналов - один из вариантов повышения скрытности и помехозащищенности радиолокационных станций (РЛС). За счет перестройки параметров сигнала по случайному закону противник не способен определить параметры обнаруженного сигнала РЛС и поставить ей эффективную помеху.

Известна РЛС [1, р. 178-180], в которой шумовой сигнал с шириной спектра, соответствующего требуемому разрешению по дальности, проходит через усилитель мощности, поступает в передающую антенну и излучается. С усилителя мощности часть шумового сигнала с помощью смесителя и гетеродина переносится на промежуточную частоту, задерживается управляемой линией задержки, умножается на принятый приемной антенной отраженный сигнал, сдвинутый на ту же промежуточную частоту, фильтруется фильтром низкой частоты, поступает на обнаружитель цели. Перестройкой линии задержки ищут в диапазоне рабочих задержек сигнала задержку положения сигнала цели, где есть обнаружение и наблюдается максимум сигнала на выходе низкочастотного фильтра.

Недостатком РЛС является ограничение диапазона измеряемых дальностей, связанное с маскированием полезного сигнала сигналом межантенной связи. Эффект маскирования заключается в том, что полезный сигнал от цели находится на шумовом фоне сигнала межантенной связи. Шумовой фон определяется как пространственной развязкой приемной антенны от передающей, так и уровнем боковых лепестков автокорреляционной функции зондирующего сигнала. Особенностью автокорреляционной функции шумового сигнала является то, что уровень боковых лепестков слабо флюктуирует вокруг уровня, определяемого базой сигнала, и в первом приближении может быть принят одинаковым для всего диапазона дальностей. Соответственно при заданном разносе приемной и передающей антенн сигнал межантенной связи ограничивает и минимальную, и максимально измеряемую дальность.

Известна РЛС [2], работающая на одну антенну, в которой зондирующие сигналы - амплитудно-, частотно-модулированные импульсы, несущая частота которых изменяется по линейному закону (ЛЧМ), а амплитуда модулирована гауссовым шумом. При приеме отраженного сигнала демодулируют частоту отраженного сигнала с помощью ЛЧМ сигнала, вычисляют функцию взаимной корреляции демодулированного сигнала с комплексно сопряженной амплитудной модуляцией зондирующего сигнала, находят спектр функции взаимной корреляции, находят спектральные составляющие спектра, превышающие порог обнаружения, выдают потребителю оценки дальности объектов сцены в соответствии с частотой обнаруженных спектральных составляющих.

Шумовая амплитудная модуляция зондирующего сигнала обеспечивает как невозможность выявления параметров модуляции сигнала противником, так и снижение уровня сигнала передатчика в сигнале, принимаемом приемником.

Недостатком РЛС является относительно большая величина минимально измеряемой дальности, определяемая как положением и уровнем боковых лепестков автокорреляционной функции модуляции зондирующего сигнала, так и малой развязкой передатчик - приемник через антенный переключатель (11…21 дБ).

Известна РЛС [3], принятая в качестве прототипа. В РЛС генерируется непрерывный широкополосный случайный шумовой сигнал, который усиливается в полосе пропускания усилителя передатчика, проходит через направленный ответвитель на передающую антенну и излучается, часть мощности зондирующего сигнала со второго выхода направленного ответвителя переносится с помощью первого смесителя и гетеродина на видеочастоту, усиливается первым видеоусилителем, преобразуется с тактом выборки Т1 в бинарный опорный сигнал (положительной полярности видеосигнала соответствует «1», а отрицательной «-1»), отраженный сигнал принимается приемной антенной, ограничивается по амплитуде, усиливается малошумящим усилителем, ослабляется управляемым аттенюатором, переносится вторым смесителем на видеочастоту, преобразуется в бинарный отраженный сигнал, сжимается по дальности (коррелируется с задержанными опорными сигналами) в блоке корреляторов на интервале Т_в, процессор выбирает сжатые блоком корреляторов сигналы с тактом Т_в, вычисляет с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ) на интервале ΝТ_в спектр сигналов на каждой разрешаемой дальности (получает кадр сцены в координатах дальность-частота) и с помощью порогового обнаружения обнаруживает сигналы объектов сцены, координаты которых (дальность - радиальная скорость) выдаются в систему управления носителем.

В данной РЛС для согласования уровня сигнала с диапазоном входных сигналов приемника процессор управляет уровнем отраженного сигнала, поступающего на обработку, с помощью аттенюатора в зависимости от анализируемой дальности цели.

Недостатком РЛС при заданном разносе приемной и передающей антенн является ограничение минимальной и максимальной измеряемой дальности, связанное с уровнем сигнала межантенной связи, маскирующего отраженный сигнал.

Целью предлагаемого изобретения является расширение верхних и нижних границ диапазона измеряемых дальностей в радиолокаторе с непрерывным шумовым сигналом для заданного разноса приемной и передающей антенн при сохранении скрытности и повышенной помехозащищенности.

Заявленная цель достигается за счет формирования непрерывного опорного шумового сигнала с полосой и формой спектра, соответствующей требуемому разрешению по дальности и допустимому уровню боковых лепестков автокорреляционной функции, переноса модуляции опорного сигнала на несущую, усиления и излучения через передающую антенну, прием отраженного сигнала через приемную антенну, переноса принятого сигнала на видеочастоту, оцифровки принятого сигнала, задержки опорного сигнала на паспортизованную величину задержки сигнала межантенной связи, отслеживания амплитуды сигнала межантенной связи, формирования аналога сигнала межантенной связи и компенсации сигнала межантенной связи путем вычитания аналога сигнала межантенной связи из принятого сигнала.

Предлагаемая РЛС содержит последовательно соединенные генератор сигнала, модулированного шумом, усилитель мощности и передающую антенну, последовательно соединенные приемная антенна, малошумящий усилитель, аттенюатор, смеситель, видеоусилитель и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), последовательно соединенные блок корреляторов и процессор, первый выход которого соединен со вторым входом аттенюатора, гетеродин, третий выход которого соединен с вторым входом смесителя, второй выход процессора соединен с третьим входом блока корреляторов, процессор управляет поиском отраженных сигналов сцены, перестраивая положение окна дальностей, в котором блок корреляторов оценивает амплитуду разрешаемых сигналов сцены, выставляет ослабление сигнала в аттенюаторе в зависимости от анализируемого окна дальности, вычисляет спектр сигналов каждой дальности на выходе блока корреляторов, обнаруживает сигналы сцены в рабочем диапазоне дальностей по превышению их амплитуды порога обнаружения, измеряет дальность и радиальную скорость обнаруженных объектов сцены, выдает результаты измерения потребителю через третий вход-выход, отличается тем, что вводятся схема цифровой управляемой задержки и компенсатор сигнала межантенной связи, при этом выход АЦП через компенсатор межантенной связи соединен с четвертым входом блока корреляторов, первый и второй выходы гетеродина соединены с одноименными входами генератора сигнала, модулированного шумом, первый и второй выходы генератора сигнала, модулированного шумом, через схему цифровой управляемой задержки соединены с одноименными входами компенсатора сигнала межантенной связи и блока корреляторов, первый выход процессора соединен с третьим входом схемы цифровой управляемой задержки,

процессор до начала боевой работы с помощью схемы цифровой управляемой задержки устанавливает паспортизованную задержку опорного сигнала относительно зондирующего сигнала равной задержке сигнала межантенной связи, в боевом режиме по результатам обнаружения процессор выбирает цель на сопровождение, отключает поиск, переходит в режим захвата и сопровождения выбранной цели,

компенсатор сигнала межантенной связи содержит последовательно соединенные первый умножитель, первый накопитель, второй умножитель, сумматор, выход которого является выходом компенсатора сигнала межантенной связи, последовательно соединенные третий умножитель, второй накопитель и четвертый умножитель, выход которого соединен с вторым входом сумматора, третий вход компенсатора сигнала межантенной связи соединен с третьим входом сумматора, выход которого соединен с первыми входами первого и третьего умножителей, первый вход компенсатора межантенной связи соединен со вторыми входами первого и второго умножителей, второй вход компенсатора сигнала межантенной связи соединен со вторыми входами третьего и четвертого умножителей,

генератор сигнала, модулированного шумом, содержит цифровой генератор шума, цифроаналоговый преобразователь, фильтр низкой частоты и модулятор одной боковой полосы, при этом первый и второй выходы цифрового генератора шума соединены с одноименными входами цифроаналогового преобразователя и выходами генератора сигнала, модулированного шумом, первый и второй выходы цифроаналогового преобразователя через фильтр низкой частоты соединены с одноименными входами модулятора одной полосы, первый и второй входы генератора сигнала, модулированного шумом, соединены с третьим и четвертым входом модулятора одной боковой полосы, выход которого является выходом генератора сигнала, модулированного шумом.

Работа РЛС поясняется дальнейшим описанием и чертежами.

На фиг. 1 приведена предлагаемая структура РЛС.

На фиг. 2 приведена структура компенсатора сигнала межантенной связи 12.

На фиг. 3 приведена структура генератора, модулированного шумовым сигналом,

На фиг. 1 приняты следующие обозначения:

1 - усилитель мощности (УМ);

2 - передающая антенна (A1);

3 - приемная антенна (А2);

4 - генератор сигнала, модулированного шумом (ГСМШ);

5 - гетеродин (ГЕТ);

6 - малошумящий усилитель (МШУ);

7 - схема цифровой управляемой задержки (ЦУЗ);

8 - видеоусилитель (ВУ);

9 - смеситель (СМ);

10 - аттенюатор (AT);

11 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

12 - компенсатор сигнала межантенной связи (КМАС);

13 - блок корреляторов (БКОР);

14 - процессор (ПРЦ).

На фиг. 1 последовательно соединены генератор сигнала, модулированного шумом, 4, схема цифровой управляемой задержки 7, компенсатор сигнала межантенной связи 12, блок корреляторов 13, процессор 14, аттенюатор 10, смеситель 9, видеоусилитель 8, АЦП 11, последовательно соединены усилитель мощности 1 и передающая антенна 2, последовательно соединены приемная антенна 3 и малошумящий усилитель 6, первый и второй выходы гетеродина 5 соединены с одноименными входами генератора сигнала, модулированного шумом 4, первый вход компенсатора сигнала межантенной связи 12 соединен с одноименным входом блока корреляторов 13, выход АЦП 11 соединен с третьим входом компенсатора сигнала межантенной связи 12, второй выход схемы цифровой управляемой задержки 7 соединен с одноименными входами компенсатора сигнала межантенной связи 12 и блока корреляторов 13, третий выход генератора сигнала, модулированного шумом, 4 соединен с входом усилителя мощности 1, третий выход гетеродина 5 соединен с вторым входом смесителя 9, второй выход процессора 14 соединен с третьим входом блока корреляторов 13, первый выход процессора 14 соединен с третьим входом схемы цифровой управляемой задержки 7, второй выход генератора сигнала, модулированного шумом 4, соединен с вторым входом схемы цифровой управляемой задержки 7, третий вход-выход процессора 14 является интерфейсным для связи с потребителем.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения:

15 - первый умножитель (Умн 1);

16 - первый накопитель (Нак 1);

17 - второй умножитель (Умн 2);

18 - сумматор (СУМ);

19 - третий умножитель (Умн 3);

20 - второй накопитель (Нак 2);

21 - четвертый умножитель (Умн 4);

На фиг. 2 первый вход компенсатора сигнала межантенной связи 12 через последовательно соединенные первый умножитель 15, первый накопитель 16, второй умножитель 17 соединен с первым входом сумматора 18, третий вход компенсатора сигнала межантенной связи 12 соединен с третьим входом сумматора 18, второй вход компенсатора сигнала межантенной связи 12 через последовательно соединенные третий умножитель 19, второй накопитель 20, четвертый умножитель 21 соединен с вторым входом сумматора 18, первый вход первого умножителя 15 соединен с одноименным входом третьего умножителя 19, выходом сумматора 18 и выходом компенсатора сигнала межантенной связи 12, второй вход первого умножителя 15 соединен с вторым входом второго умножителя 17, второй вход третьего умножителя 19 соединен с вторым входом четвертого 21 умножителя.

На фиг. 3 приняты следующие обозначения:

22 - цифровой генератор шума (ЦГШ);

23 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП);

24 - блок фильтров низкой частоты (ФНЧ);

25 - модулятор одной боковой полосы (МОБП).

На фиг. 4 первый и второй выходы цифрового генератора шума 22 соединены с одноименными входами цифроаналогового преобразователя 23 и выходами генератора, модулированного шумовым сигналом 4, первый и второй выходы цифро-аналогового преобразователя 23 через блок фильтров низкой частоты 24 соединен с одноименными входами модулятора одной боковой полосы 25, первый и второй входы генератора, модулированного шумовым сигналом 4, соединены с третьим и четвертым входом модулятора одной боковой полосы 25 соответственно, выход модулятора одной боковой полосы 25 является третьим выходом генератора, модулированного шумовым сигналом 4.

Основные элементы структур, изображенных на фиг. 1-3, известны, широко используются в современных радиоэлектронных устройствах и не требуют пояснения. Расшифровка структуры генератора сигнала, модулированного шумом 4, компенсатора сигнала межантенной связи 12 приведена на фигурах 2 и 3.

Работа РЛС описывается со ссылками на фиг. 1. Предполагается, что раскрывы приемной и передающей антенн находятся в одной плоскости и расположены в непосредственной близости.

Работа РЛС происходит в следующей последовательности.

Управляет работой РЛС процессор 14. Перед боевой работой процессор 14 через схему цифровой управляемой задержки 7 выставляет задержку опорного квадратурного сигнала равной паспортизованной задержке сигнала межантенной связи τ_MA, через третий вход блока корреляторов 13 устанавливает начальное положение окна просматриваемых дальностей j, соответствующее априорным данным о положении цели, $$j=\overline{O,J-1}$$ , через второй вход аттенюатора 10 выставляет затухание сигнала в аттенюаторе 10, соответствующее временному положению j-того окна дальностей. Размер окна просматриваемых дальностей Δτ постоянный для всех окон.

Во время боевой работы генератор сигнала, модулированного шумом, 4 на первом и втором выходах формирует на видеочастоте оцифрованные квадратурные составляющие опорного сигнала в виде непрерывного шума с шириной и формой спектра, выбранных исходя из допустимого уровня боковых лепестков автокорреляционной функции и требуемого разрешения дальности. На третьем выходе генератора, модулированного шумом, 4 формируется сверх высокочастотный (СВЧ) сигнал, спектр которого соответствует спектру опорного сигнала, сдвинутому вверх на частоту f_Г квадратурного сигнала, приходящего с гетеродина 5. СВЧ сигнал с третьего выхода генератора сигнала, модулированного шумом, 4 через усилитель мощности 1 поступает на передающую антенну 2 и излучается в сторону цели.

Отраженный сигнал принимается приемной антенной 3, усиливается малошумящим усилителем 6, проходит через управляемый аттенюатор 10 и поступает на первый вход смесителя 9. Смеситель 9 с помощью сигнала гетеродина 5, приходящего на его второй вход, переносит спектр отраженного сигнала на видеочастоту. После усиления видеоусилителем 8 и оцифровки в АЦП 11 принятый сигнал Y(kT), где Т - период выборки сигнала, k - номер выборки, поступает на компенсатор сигнала межантенной связи 12. На первый и второй входы компенсатора межантенной связи 12 со схемы цифровой управляемой задержки 7 приходит задержанный на τ_MA квадратурный опорный сигнал.

В компенсаторе сигнала межантенной связи 12 определяются квадратурные сигналы коррекции Y_MAC(kТ) и Y_MAS(kТ), выполняется компенсация сигнала межантенной связи в принятом Y(kT), при этом выходной сигнал компенсатора сигнала межантенной связи 12 равен

Выходной сигнал Y_C(kT) компенсатора сигнала межантенной связи 12 поступает на четвертый вход блока корреляторов 13, управляемого процессором 14 по третьему входу, где с тактом периода повторения где К - число выборок сигнала в периоде повторения, ΔF_D - расчетная ширина доплеровского спектра сигнала, вычисляются S(t_MA+τ_ij, n) - взаимные корреляции сигнала Y_C(kT) с квадратурными опорными сигналами и выводятся значения сжатых сигналов на вход процессора 14 с тактом Т_П

где τ_ij=τ_i+jΔτ - задержка сигнала селектируемого элемента сцены,

i - номер задержки дальности в пределах окна Δτ,

n - номер периода повторения, на котором получен сжатый сигнал.

В процессоре 14 сжатые сигналы S(t_MA+τ_ij, n) подвергаются спектральному анализу, после которого в каждой разрешаемой ячейке дальность - доплеровская частота вычисляется модуль амплитуды отраженного сигнала и сравнивается с порогом обнаружения. При отсутствии обнаружения в анализируемом j-том окне дальности процессор 14 выполняет поиск сигнала путем перестройки номера окна дальностей j в пределах от 0 до J-1 до получения обнаружения. В процессе поиска отраженного сигнала процессор 14 также перестраивает и затухание сигнала N(j) в аттенюаторе 10, чем обеспечивает согласование уровня сигнала на входе видеоусилителя 8 с его динамическим диапазоном.

При обнаружении сигнала цели процессор 14 отключает поиск, переходит в режим захвата и сопровождения отраженного сигнала. Дальность (r_MA+r_ij) и доплеровская частота сопровождаемого элемента сцены соответствуют координатам цели и выдаются потребителю процессором 14 через третий вход-выход.

Работа компенсатора сигнала межантенной связи 12 аналогична компенсатору с корреляционными обратными связями [4, с. 356]. Однако последний использует квадратурный сигнал вспомогательной антенны для подавления внешней активной помехи, а не задержанный опорный квадратурный сигнал модуляции для подавления сигнала межантенной связи.

Работа компенсатора сигнала межантенной связи 12 поясняется фиг. 2 и происходит в следующей последовательности. Квадратурные составляющие задержанного опорного шумового сигнала и через первый и второй входы компенсатора сигнала межантенной связи 12 поступают в два квадратурных канала, состоящих из последовательно соединенных умножителя 15 (19), накопителя 16 (20) и умножителя 17 (21). Каждый из каналов формирует соответствующий сигнал коррекции, поступающий в сумматор 18, где путем вычитания их из сигнала Y(kT), приходящего на третий вход компенсатора 12, получают скорректированный сигнал Y_C(kT) с подавленным сигналом межантенной связи:

Значения сигналов коррекции Y_MAC(kТ) и Y_MAS(kT) вычисляются в умножителях 17 и 21 по данным о амплитудах сигналов коррекции U_MAC((k-1)T) и U_МАS((k-1)T), снимаемых с накопителей 16 и 20, и квадратур опорного сигнала, приходящих на вторые входы умножителей 17 и 21.

Новые значения амплитуд сигналов коррекции U_MAC(kT) и U_MAS(kT) вычисляются с помощью первого 15 и третьего 19 умножителей, первого 16 и второго 20 накопителей

- выход первого накопителя 16;

- выход второго накопителя 20;

где - задержанные квадратуры опорного сигнала.

Работа генератора сигнала, модулированного шумом, 4 поясняется фиг. 3 и происходит следующим образом. Цифровой генератор шума 22 формирует на первом и втором выходах оцифрованный квадратурный видеосигнал шума (опорный сигнал), поступающий через цифроаналоговый преобразователь 23 и блок фильтров низкой частоты 24 на одноименные входы модулятора одной боковой полосы 25. Форма спектра шума и его полоса Δf_ш выбирается исходя из требуемой величины уровня боковых лепестков и ширины главного максимума автокорреляционной функции (требуемого разрешения зондирующего сигнала по дальности). На третий и четвертый входы модулятора одной боковой полосы 25 с гетеродина 5 приходят аналоговые квадратурные сигналы на частоте f_Г. Модулятор одной боковой полосы 25 сдвигает спектр шума на частоту f_Г, его выход является третьим выходом генератора сигнала, модулированного шумом, 6.

В предложенном радиолокаторе использован шумовой зондирующий сигнал. Точность компенсации сигнала межантенной связи зависит от точности установки опорного сигнала на задержку сигнала межантенной связи. Моделированием для наихудшего случая, когда ошибка установки менее 0,1 разрешения зондирующего сигнала по дальности, уровень подавления сигнала межантенной связи на входе блока корреляторов составил не менее 20 дБ, что позволило и уменьшить минимально измеряемую дальность, и увеличить максимально измеряемую дальность.

Данный подход компенсации сигнала межантенной связи применим и к РЛС с непрерывным сигналом с произвольной модуляцией, в том числе с линейной частотной модуляцией, где достигается снижение минимально измеряемой дальности.

Предлагаемый способ расширения диапазона измеряемых дальностей в радиолокаторе с непрерывным сигналом включает формирование непрерывного зондирующего сигнала с шириной и формой спектра, выбранных исходя из допустимого уровня боковых лепестков автокорреляционной функции и требуемого разрешения по дальности, усиление и излучение зондирующего сигнала через передающую антенну, прием отраженного сигнала через разнесенную относительно передающей приемную антенну, гомодинный прием отраженного сигнала с переносом спектра отраженного сигнала на видеочастоту, оцифровку с получением выборок видеосигнала Y(kT), сжатие отраженного сигнала по дальности с периодом повторения Т_П путем вычисления на каждом периоде повторения взаимной корреляции оцифрованного видеосигнала с задержанными опорными сигналами с получением кадра амплитуд отраженных сигналов сцены S(τ,n) в координатах дальность - номер периода, спектральный анализ сигналов сцены на всех дальностях рабочего диапазона, вычисление модулей амплитуды разрешаемых элементов кадра дальность - доплеровская частота, обнаружение сигналов сцены по превышению модуля амплитуды разрешаемых элементов сцены порога обнаружения, определение координат дальность - радиальная скорость обнаруженных элементов сцены, выдачу их потребителю, отличающийся тем, что зондирующий непрерывный сигнал получают путем формирования на видеочастоте цифрового непрерывного опорного сигнала в виде пары квадратурных сигналов, представляющих закон модуляции зондирующего сигнала, преобразования цифровых квадратур опорного сигнала в аналоговые, фильтрации аналоговых квадратур опорного сигнала фильтрами низкой частоты и сдвига вверх спектра отфильтрованного сигнала на частоту гетеродина, при гомодинном приеме осуществляют сдвиг спектра принятого сигнала вниз на частоту гетеродина, после оцифровки перед сжатием отраженного сигнала выполняют компенсацию сигнала межантенной связи, компенсация сигнала межантенной связи включает задержку косинусного и синусного опорных сигналов на паспортизованную величину задержки сигнала межантенной связи τ_MA, вычисление для каждой k-той выборки принятого сигнала Y(kT) значения скорректированного сигнала Y_C(kT) как разность между принятым сигналом Y(kT) и суммой косинусного и синусного сигналов коррекции, косинусный сигнал коррекции получают умножением задержанного на τ_ΜΑ косинусного опорного сигнала на предшествующее значение амплитуды косинусного сигнала коррекции U_MAC((k-1)T), новое значение амплитуды косинусного сигнала коррекции U_MAC(kT) получают суммированием произведения скорректированного сигнала Y_C(kT) с задержанными на время τ_MA косинусным опорным сигналом и сложения результата произведения с предшествующим значением амплитуды косинусного сигнала коррекции U_MAC(k-1)T), синусный сигнал коррекции получают умножением задержанного на τ_MA синусного опорного сигнала на предшествующее значение амплитуды синусного сигнала коррекции U_MAS((k-1)T), новое значение амплитуды синусного сигнала коррекции U_MAS(kT) получают суммированием произведения скорректированного сигнала Y_C(kT) с задержанными на время τ_MA синусным опорным сигналом и сложения результата произведения с предшествующим значением амплитуды синусного сигнала коррекции U_MAS((k-1)T).

Предлагаемый способ заключается в следующем:

выполняют формирование на видеочастоте цифрового непрерывного опорного сигнала в виде пары квадратурных сигналов. Ширину и форму спектра опорного сигнала выбирают исходя из допустимого уровня боковых лепестков автокорреляционной функции и требуемого разрешения по дальности,

преобразуют цифровые квадратурные опорные сигналы в аналоговые, фильтруют аналоговые сигналы фильтрами низкой частоты,

сдвигают вверх спектр отфильтрованного сигнала на частоту гетеродина f_Г, усиливают и излучают зондирующий сигнал через передающую антенну,

принимают отраженный сигнал через разнесенную относительно передающей приемную антенну,

выполняют гомодинный прием отраженного сигнала путем сдвига вниз спектра отраженного сигнала на частоту гетеродина f_Г, в результате получают сигнал на видеочастоте,

оцифровывают принятый сигнал с получением выборок видеосигнала Y(kT),

задерживают косинусный и синусный опорные сигналы на паспортизованную величину задержки сигнала межантенной связи τ_MA, получают сигналы U_ОПС(kT-τ_MA) и U_OПS(kТ-τ_MA);

выполняют для каждой k-той выборки принятого сигнала Y(kT) компенсацию сигнала межантенной связи, включающую:

- вычисление косинусных и синусных сигналов коррекции V_MAC(kT) и V_MAS(kТ)

- вычисление скорректированного сигнала Y_C(kT) с подавленным сигналом межантенной связи

- вычисление новых значений амплитуд сигналов коррекции U_MAC(kТ) и U_MAS(kT)

выполняют для скорректированного сигнала Y_C(kT) сжатие (согласованную фильтрацию) отраженного сигнала на селектируемых дальностях путем взаимно корреляционной обработки сигнала Y_C(kТ) с задержанными опорными сигналами на интервале периода повторения T_П=КТ≤1/(2ΔF_D), где К - число выборок сигнала в периоде повторения, ΔF_D - расчетная ширина доплеровского спектра отраженного сигнала в эксплуатации. В результате вычисления взаимной корреляции получают амплитуды сжатых сигналов n-ного периода повторения

где τ_i - задержка сигнала i-того элемента сцены относительно сигнала межантенной связи,

n - номер периода повторения, на котором вычисляют сжатый сигнал,

выполняют спектральный анализ сжатых сигналов сцены S(τ_MA+τ_i, n) на всех дальностях рабочего диапазона, получают кадр амплитуд разрешаемых элементов сцены в координатах дальность - доплеровская частота;

вычисляют модули амплитуд разрешаемых элементов кадра дальность - доплеровская частота,

обнаруживают сигналы сцены по превышению модулем амплитуды разрешаемых элементов сцены порога обнаружения,

выдают координаты (дальность, радиальная скорость) обнаруженных элементов сцены потребителю.

Предлагаемый способ за счет компенсации сигнала межантенной связи в принятом сигнале при произвольном разносе приемной и передающей антенн и произвольной модуляции сигнала обеспечивает снижение нижней границы обнаружения и измерения малых дальностей, а для сигнала с шумовой модуляцией также повышение верхней границы обнаружения и измерения максимальных дальностей.

В случае сигнала, модулированного шумом, сохраняется невозможность постановки противником помех с параметрами модуляции зондирующего сигнала.

Проведено моделирование работы РЛС, подтверждающее расширение диапазона измеряемых дальностей. Для наихудшего случая, когда ошибка установки опорного сигнала относительно сигнала межантенной связи менее 0,1 разрешения зондирующего сигнала по дальности, уровень подавления сигнала межантенной связи составил не менее 20 дБ.

Пользуясь сведениями, представленными в материалах заявки, предлагаемая РЛС может быть изготовлена по существующей, известной в радиопромышленности технологии на базе известных комплектующих изделий и использована при измерениях координат целей (дальность - радиальная скорость) в условиях воздействия активных помех.

ЛИТЕРАТУРА

. "Ultrawideband Radar: Applications and Design" James D. Taylor - 2012 - Technology & Engineering.

Google Books Result books.google.com/books?isbn=1420089862.

2. Патент США 8035551 "Noise correlation radar devices and methods for detecting targets with noise correlation radar".

3. Патент США 6121915 "Random noise automotive radar system".

4. Ширман Я.Д., Манжос B.H. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. М: Радио и связь, 1981.

Предлагаемое изобретение относится к радиолокационной измерительной технике и может быть использовано в радиолокаторах, в том числе радиовысотомерах, с непрерывным сигналом. Достигаемый технический результат изобретения - расширение верхних и нижних границ диапазона измеряемых дальностей в радиолокаторе с непрерывным шумовым сигналом для заданного разноса приемной и передающей антенн при сохранении скрытности и повышенной помехозащищенности. Указанный результат достигается за счет формирования непрерывного опорного шумового сигнала с полосой и формой спектра, соответствующей требуемому разрешению по дальности и допустимому уровню боковых лепестков автокорреляционной функции, переноса модуляции опорного сигнала на несущую, усиления и излучения через передающую антенну, прием отраженного сигнала через приемную антенну, переноса принятого сигнала на видеочастоту, оцифровки принятого сигнала, задержки опорного сигнала на паспортизованную величину задержки сигнала межантенной связи, отслеживания амплитуды сигнала межантенной связи, формирования аналога сигнала межантенной связи и компенсации сигнала межантенной связи путем вычитания аналога сигнала межантенной связи из принятого сигнала. 5 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Радиолокационная станция (РЛС) с непрерывным сигналом, модулированным шумом, содержащая последовательно соединенные генератор сигнала, модулированного шумом, усилитель мощности и передающую антенну, последовательно соединенные приемную антенну, малошумящий усилитель, аттенюатор, смеситель, видеоусилитель и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), последовательно соединенные блок корреляторов и процессор, первый выход которого соединен со вторым входом аттенюатора, гетеродин, третий выход которого соединен со вторым входом смесителя, второй выход процессора соединен с третьим входом блока корреляторов, процессор управляет поиском отраженных сигналов сцены, перестраивая положение окна дальностей, в котором блок корреляторов оценивает амплитуду разрешаемых сигналов сцены, выставляет ослабление сигнала в аттенюаторе в зависимости от анализируемого окна дальности, вычисляет спектр сигналов каждой дальности на выходе блока корреляторов, обнаруживает сигналы сцены в рабочем диапазоне дальностей по превышению их амплитуды порога обнаружения, измеряет дальность и радиальную скорость обнаруженных объектов сцены, выдает результаты измерения потребителю через третий выход, отличающаяся тем, что вводятся схема цифровой управляемой задержки и компенсатор сигнала межантенной связи, при этом выход АЦП через компенсатор межантенной связи соединен с четвертым входом блока корреляторов, первый и второй выходы гетеродина соединены с одноименными входами генератора сигнала, модулированного шумом, первый и второй выходы генератора сигнала, модулированного шумом, через схему цифровой управляемой задержки соединены с одноименными входами компенсатора сигнала межантенной связи и блока корреляторов, первый выход процессора соединен с третьим входом схемы цифровой управляемой задержки, процессор до начала боевой работы с помощью схемы цифровой управляемой задержки устанавливает паспортизованную задержку опорного сигнала относительно зондирующего сигнала равной задержке сигнала межантенной связи, в боевом режиме по результатам обнаружения процессор выбирает цель на сопровождение, отключает поиск, переходит в режим захвата и сопровождения выбранной цели.

2. Компенсатор сигнала межантенной связи по п. 1, отличающийся тем, что содержит последовательно соединенные первый умножитель, первый накопитель, второй умножитель, сумматор, выход которого является выходом компенсатора сигнала межантенной связи, последовательно соединенные третий умножитель, второй накопитель и четвертый умножитель, выход которого соединен со вторым входом сумматора, третий вход компенсатора сигнала межантенной связи соединен с третьим входом сумматора, выход которого соединен с первыми входами первого и третьего умножителей, первый вход компенсатора межантенной связи соединен со вторыми входами первого и второго умножителей, второй вход компенсатора сигнала межантенной связи соединен со вторыми входами третьего и четвертого умножителей.

3. Генератор сигнала, модулированного шумом, по п. 1, отличающийся тем, что содержит цифровой генератор шума, цифроаналоговый преобразователь, блок фильтров низкой частоты и модулятор одной боковой полосы, при этом первый и второй выходы цифрового генератора шума соединены с одноименными входами цифроаналогового преобразователя и выходами генератора сигнала, модулированного шумом, первый и второй выходы цифроаналогового преобразователя через блок фильтров низкой частоты соединены с одноименными входами модулятора одной полосы, первый и второй входы генератора сигнала, модулированного шумом, соединены с третьим и четвертым входом модулятора одной боковой полосы, выход которого является выходом генератора сигнала, модулированного шумом.

4. Способ расширения диапазона измеряемых дальностей в РЛС с непрерывным сигналом, включающий формирование непрерывного зондирующего сигнала с шириной и формой спектра, выбранных исходя из допустимого уровня боковых лепестков автокорреляционной функции и требуемого разрешения по дальности, усиление и излучение зондирующего сигнала через передающую антенну, прием отраженного сигнала через разнесенную относительно передающей приемную антенну, гомодинный прием отраженного сигнала с переносом спектра отраженного сигнала на видеочастоту, оцифровку с получением выборок видеосигнала Y(kT), сжатие отраженного сигнала по дальности с периодом повторения Т_п путем вычисления на каждом периоде повторения взаимной корреляции оцифрованного видеосигнала с задержанными опорными сигналами с получением кадра амплитуд отраженных сигналов сцены S(τ,n) в координатах дальность - номер периода, спектральный анализ сигналов сцены на всех дальностях рабочего диапазона, вычисление модулей амплитуды разрешаемых элементов кадра дальность - доплеровская частота, обнаружение сигналов сцены по превышению модуля амплитуды разрешаемых элементов сцены порога обнаружения, определение координат дальность - радиальная скорость обнаруженных элементов сцены, выдачу их потребителю, отличающийся тем, что зондирующий непрерывный сигнал получают путем формирования на видеочастоте цифрового непрерывного опорного сигнала в виде пары квадратурных сигналов и представляющих закон модуляции зондирующего сигнала, преобразования цифровых квадратур опорного сигнала в аналоговые, фильтрации аналоговых квадратур опорного сигнала фильтрами низкой частоты и сдвига вверх спектра отфильтрованного сигнала на частоту гетеродина, при гомодинном приеме осуществляют сдвиг спектра принятого сигнала вниз на частоту гетеродина, после оцифровки перед сжатием отраженного сигнала выполняют компенсацию сигнала межантенной связи.

5. Компенсация сигнала межантенной связи по п. 4, включающая задержку косинусного и синусного опорных сигналов на паспортизованную величину задержки сигнала межантенной связи τ_МА, вычисление для каждой k-той выборки принятого сигнала Y(kT) значения скорректированного сигнала Y_C(kT) как разность между принятым сигналом Y(kT) и суммой косинусного и синусного сигналов коррекции, косинусный сигнал коррекции получают умножением задержанного на τ_MA косинусного опорного сигнала на предшествующее значение амплитуды косинусного сигнала коррекции U_MAC((k-1)T), новое значение амплитуды косинусного сигнала коррекции U_MAC(kT) получают суммированием произведения скорректированного сигнала Y_C(кТ) с задержанным на время τ_MA косинусным опорным сигналом и сложения результата произведения с предшествующим значением амплитуды косинусного сигнала коррекции U_MAC((k-1)T), синусный сигнал коррекции получают умножением задержанного на время τ_MA синусного опорного сигнала на предшествующее значение амплитуды синусного сигнала коррекции U_MAS((k-1)Т), новое значение амплитуды синусного сигнала коррекции UMAS(kT) получают суммированием произведения скорректированного сигнала Y_C(kT) с задержанными на время τ_MA синусным опорным сигналом и сложения результата произведения с предшествующим значением амплитуды синусного сигнала коррекции U_MAC((k-1)T).