ГОМОДИННЫЙ РАДИОЛОКАТОР Российский патент 2017 года по МПК G01S13/08 

Изобретение относится к области радиолокации, а именно к гомодинным радиолокаторам.

Известен гомодинный радиолокатор, содержащий генератор зондирующего сигнала, выход которого соединен через циркулятор с приемно-передающей антенной, смеситель, один вход которого соединен с приемно-передающей антенной, а второй - с выходом генератора зондирующего сигнала.

Недостатком известного радиолокатора являются: чрезвычайно большой динамический диапазон выходных сигналов радиолокатора, при котором не будет работать аналогово-цифровой преобразователь (АЦП); малое быстродействие, узкие функциональные возможности.

С целью исключения указанных недостатков предложенный радиолокатор дополнительно содержит последовательно соединенные с выходом смесителя усилитель, амплитудный модулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора функции временного окна, и усилитель с квадратичной амплитудно-частотной характеристикой, выход которого соединен с выходом радиолокатора.

Использование изобретения позволит уменьшить динамический диапазон выходных сигналов радиолокатора, сделать минимальной «слепую» зону радиолокатора, осуществить сжатие (на 2 и более порядков) полосы частот широкополосного зондирующего сигнала (ЗС) и тем самым упростить аналоговую и цифровую части структуры радиолокатора, минимизировать его стоимость.

Суть изобретения поясняется Фигурами 1-6.

На Фиг. 1 изображена структурная схема гомодинного радиолокатора, где приняты следующие обозначения:

1. Генератор зондирующего сигнала

2. Циркулятор

3. Приемно-передающая антенна

4. Смеситель

5. Усилитель

6. Амплитудный модулятор

7. Усилитель с квадратичной амплитудно-частотной характеристикой

8. Генератор функции временного окна

На Фигуре 2 представлен закон изменения частоты зондирующего и принятого сигналов.

На Фигуре 2 обозначено:

ƒ₀ - несущая частота ЗС, ƒ - частота, t - время,

ƒ_б - частота биений, прямо пропорциональная дальности до объекта R,

ƒ_min и ƒ_max - минимальная и максимальная частота ЛЧМ зондирующего сигнала,

Δƒ_Д - девиация частоты ЗС,

t_R - временная задержка отраженного сигнала, пропорциональная дальности до объекта R,

T_м - период модуляции ЗС.

На Фигуре 3 представлен спектр сигнала биений без S₁(f) и с учетом S₂(f) частотной коррекции.

На Фигуре 4 представлен спектр сигнала биений S(f) и спектр сигнала биений, модулированный функцией временного окна S_mod(f).

На Фигуре 5 представлен спектр сигнала биений без S₃(f) с учетом S₁(f) преобразований.

Гомодинный радиолокатор работает следующим образом.

Выходной сигнал генератора ЗС 1 (Фиг. 1), частота которого с помощью частотного модулятора и генератора модулирующего сигнала управляется по закону непрерывной линейной частотной модуляции (ЛЧМ) (Фиг. 2), соединен со входом первого плеча циркулятора 2. С выхода второго плеча циркулятора 2 сигнал подается на приемно-передающую антенну 3 и излучается в пространство.

Отраженный от объекта сигнал принимается приемно-передающей антенной 3, с выхода которой через второе и третье плечи циркулятора 2 этот сигнал поступает на первый вход смесителя 4. Сигнал просачки генератора зондирующего сигнала 1 через первое и третье плечи циркулятора 2 поступает на второй вход смесителя 4. Смеситель 4 осуществляет перемножение входного отраженного от объекта сигнала с опорным сигналом генератора зондирующего сигнала 1 (сигналом просачки), прошедшего в обратном направлении с первого на третье плечо циркулятора 2.

Учитывая низкий уровень сигналов, отраженных от объектов с малой величиной эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) - S_эф, выходной сигнал смесителя 4 (сигнал биений) сначала усиливается в малошумящем усилителе 5 (усилителе с малой величиной коэффициента шума).

Для реализации частотного эспандирования и уменьшения динамического диапазона сигнала биений в гомодинном радиолокаторе используется зависимость интенсивности принятых сигналов от дальности (пропорциональной частоте биений), путем применения нелинейной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) усилителя 7. Наиболее просто реализуется квадратичная (по амплитуде) частотная характеристика. Поэтому применение усилителя сигнала биений 7 с квадратичной АЧХ выравнивает мощность сигналов, принятых от объектов, расположенных на различных дальностях и имеющих одинаковую величину S_эф. При этом динамический диапазон всех сигналов сужается до динамического диапазона наблюдаемой сцены (Фиг. 3).

Однако кроме отмеченного положительного эффекта сужения динамического диапазона возникает проблема возрастания уровня боковых лепестков функции неопределенности ЛЧМ зондирующего сигнала. Это возрастание создает существенные помехи на радиолокационном изображении сцены - пространственную засветку экрана по дальности, следующую за сигналом, который соответствует отражению от объекта.

Для устранения этого эффекта, а также паразитной амплитудной модуляции генератора зондирующего сигнала в гомодинном радиолокаторе применяется амплитудный модулятор 6, в котором сигнал биений (Фиг. 4) модулируется по амплитуде функцией «временного окна» в виде функции: .

Несложно показать, что в этом случае огибающая спектра сигнала биений на выходе амплитудного модулятора 6 будет иметь вид функции:

,

где: ω_б - частота биений,

S(ω) - спектральная плотность сигнала биений.

В отличие от функции , огибающая спектра сигнала биений, модулированная функцией «временного окна» S_mod(ω), на выходе усилителя с квадратичной АЧХ 7 (Фиг. 4) имеет более широкий основной лепесток и боковые лепестки, которые спадают обратно пропорционально третьей степени частоты.

Таким образом, умножение сигнала в амплитудном модуляторе 6 на функцию окна приводит к компенсации сомножителя , и, следовательно, спектр огибающей сигнала биений будет иметь вид функции:

В результате в гомодинном радиолокаторе не будет наблюдаться нежелательного роста уровня боковых лепестков функции неопределенности ЛЧМ сигнала (Фиг. 5).

Таким образом, технический результат от использования предложенного технического решения заключается в упрощении радиолокатора, повышении его функциональных возможностей и снижении стоимости.

Изобретательский уровень предложенного технического решения подтверждается отличительной частью формулы изобретения.

Литература

1. Приемно-передающее устройство гомодинного радиолокатора. Кошуринов Е.И. Патент РФ №2189055 от 20.01.2000, МПК G01S 13/08, прототип.

Изобретение относится к области радиолокации, а именно к гомодинным радиолокаторам. Достигаемый технический результат - уменьшение динамического диапазона принимаемых сигналов, а также упрощение радиолокатора. Указанный результат достигается за счет того, что гомодинный радиолокатор содержит приемно-передающую антенну, генератор зондирующего сигнала, циркулятор, смеситель, усилитель, амплитудный модулятор, генератор функции временного окна, усилитель с квадратурной амплитудно-частотной характеристикой, определенным образом соединенные между собой. 5 ил.

Гомодинный радиолокатор, содержащий приемно-передающую антенну 3 и последовательно соединенные генератор зондирующего сигнала 1, циркулятор 2 и смеситель 4, выход приемно-передающей антенны 3 соединен через циркулятор 2 со вторым входом смесителя 4, а третий выход циркулятора 2 соединен с входом приемно-передающей антенны 3, отличающийся тем, что дополнительно содержит последовательно соединенные с выходом смесителя 4 усилитель 5, амплитудный модулятор 6, второй вход которого соединен с выходом генератора функции временного окна 8, и усилитель с квадратичной амплитудно-частотной характеристикой 7, выход которого соединен с выходом радиолокатора.