Способ радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу Российский патент 2017 года по МПК G01S13/24 

Описание патента на изобретение RU2628526C1

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при построении бортовых радиолокационных станций с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу.

Известен способ радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу [1], заключающийся в использовании одновременно перестраиваемых по частоте передатчика и приемника.

Реализация способа [1] заключается в следующем.

В передатчике с перестройкой частоты формируются излучаемые радиоимпульсы несущей частоты, которые излучаются в направлении цели. Отраженные сигналы принимаются приемником, в котором частота настройки изменяется с помощью перестраиваемого по частоте гетеродина. Частоты передатчика и гетеродина приемника перестраиваются таким образом, чтобы разностная частота всегда имела постоянное значение, равное промежуточной частоте приемника. Оптимальная фильтрация отраженных сигналов обеспечивается на промежуточной частоте частотно-избирательным устройством, полоса пропускания которого согласована со спектром излучаемого радиоимпульса.

Недостатками способа [1] являются:

- сложность сопряжения частот передатчика и гетеродина приемника при их перестройке в рабочем диапазоне частот;

- необходимость обеспечения долговременной стабильности частотных параметров задающего генератора передатчика, гетеродина и частотно-избирательного устройства при эксплуатации РЛС.

Известен способ радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу [2], заключающийся в использовании системы автоматической подстройки частоты (АПЧ) гетеродина приемника, обеспечивающей сопряжение несущей частоты передатчика с частотой настройки приемника.

Реализация способа [2] заключается в следующем.

В передатчике формируются радиоимпульсы несущей частоты, которые излучаются в направлении цели. Часть мощности сигнала передатчика поступает в систему АПЧ гетеродина приемника и за время, равное длительности излучаемого радиоимпульса, система АПЧ подстраивает частоту гетеродина приемника. Частота дискриминатора системы АПЧ, равная разности несущей частоты передатчика и частоты гетеродина приемника, совпадает с промежуточной частотой приемника.

Отраженный от цели сигнал поступает в приемник, частота настройки которого с помощью системы АПЧ гетеродина во время излучения радиоимпульса подстроена под несущую частоту передатчика, при этом полоса пропускания линейной части приемника согласована с шириной спектра радиоимпульса передатчика. Это равенство обеспечивает условие оптимального приема отраженного сигнала.

Недостатками способа [2] являются:

- необходимость обеспечения стабильности частотных характеристик дискриминатора системы АПЧ гетеродина и амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) усилителя промежуточной частоты (УПЧ) приемника;

- наличие остаточной расстройки в системе АПЧ гетеродина, не позволяющей обеспечить полное согласование полосы пропускания линейной части приемника с шириной спектра радиоимпульса передатчика, т.е. его оптимальность;

- наличие ограничений на длительность излучаемых радиоимпульсов при перестройке их несущей частоты ввиду инерционности системы АПЧ гетеродина.

Известен способ радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу [3], заключающийся в формировании излучаемого радиоимпульса переносом радиоимпульсного сигнала генератора, частота которого фиксирована и равна промежуточной частоте приемника, на несущую частоту методом гетеродинирования с использованием перестраиваемого по частоте непрерывного гетеродинного сигнала, и приеме отраженного сигнала супергетеродинным приемником с использованием этого же гетеродинного сигнала. Данный способ выбран за прототип.

Реализация способа [3] заключается в следующем.

Из сигнала UРИ(t) (поз. 1 на фиг. 1) источника радиоимпульсов фиксированной частоты ƒРИ (поз. 1 на фиг. 2) и непрерывного гетеродинного сигнала UИПЧ(t) (поз. 2 на фиг. 1) с частотой ƒИПЧ источника с перестройкой частоты (поз. 4 на фиг. 2) методом прямого гетеродинирования вверх по частоте первым смесителем (поз. 2 на фиг. 2) формируется радиоимпульсный сигнал U0(t) несущей частоты ƒ0 (поз. 3 на фиг. 1)

ƒ0РИИПЧ,

который после усиления усилителем мощности (поз. 3 на фиг. 2) излучается в направлении цели.

Отраженный от цели сигнал UОТР(t) (поз. 4 на фиг. 1) после усиления малошумящим усилителем (поз. 5 на фиг. 2) методом возвратного гетеродинирования вторым смесителем (поз. 6 на фиг. 2) смещается вниз на промежуточную частоту ƒПЧ

ƒПЧ0ИПЧ,

на которой сигнал промежуточной частоты UПЧ(t) (поз. 5 на фиг. 1) фильтруется согласованным со спектром излучаемого сигнала S0 частотно-избирательным устройством (ЧИУ) с полосой пропускания ΔƒЧИУ (поз. 7 на фиг. 2).

Таким образом, при равенстве частоты источника радиоимпульсов ƒРИ промежуточной частоте ƒПЧ, на которой осуществляется фильтрация,

ƒРИПЧ,

для любой несущей частоты излучаемого сигнала ƒ0 будет обеспечена настройка приемника на эту частоту.

Недостатками способа [3] являются:

- необходимость поддержания в эксплуатации равенства частот источника радиоимпульсов передатчика частоте настройки ЧИУ приемника;

- сложность схемы, реализующей данный способ.

Первый недостаток обусловлен сложностью обеспечения долговременной стабильности частотных параметров передатчика и ЧИУ приемника при старении и дестабилизирующих факторах внешней среды.

Второй недостаток обусловлен наличием двух смесителей, из которых первый (смеситель сдвига) методом прямого гетеродинирования формирует в передатчике сигнал несущей частоты, второй в приемнике возвратным гетеродинированием преобразует отраженный сигнал несущей частоты в сигнал промежуточной частоты.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение оптимального приема отраженных сигналов при перестройке несущей частоты излучаемых радиоимпульсов от импульса к импульсу без предъявления требований к долговременной стабильности частотных параметров входящих устройств и при более простой практической реализации.

Технический результат достигается тем, что в способе радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу, заключающемся в получении сигнала несущей частоты методом прямого гетеродинирования радиоимпульсов фиксированной частоты вверх по частоте на величину частоты гетеродинного сигнала и приеме отраженного сигнала методом возвратного гетеродинирования сдвигом его вниз по частоте с последующей фильтрацией отраженного сигнала на частоте радиоимпульсов фиксированной частоты частотно-избирательным устройством, при этом перестройку несущей частоты осуществляют изменением частоты гетеродинного сигнала, при прямом гетеродинировании в качестве радиоимпульсов фиксированной частоты используют отклик частотно-избирательного устройства на сверхкороткое импульсное воздействие, а после возвратного гетеродинирования фильтрацию отраженного сигнала производят этим же частотно-избирательным устройством, причем прямое и возвратное гетеродинирование осуществляют одним и тем же устройством.

Технический результат достигается тем, что в способе радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу используют частотно-избирательное устройство, отклик которого на сверхкороткое импульсное воздействие имеет вид радиоимпульса заданной длительности и частоты заполнения.

Способ радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу поясняют следующие фигуры:

Фигура 1 поясняет способ радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу в прототипе [3]. На ней показаны эпюры напряжения следующих сигналов: 1 - радиоимпульсные сигналы UРИ(t) фиксированной частоты ƒРИ; 2 - перестраиваемый по частоте непрерывный гетеродинный сигнал UИПЧ(t) с текущей частотой ƒИПЧ; 3 - излучаемые радиоимпульсные сигналы U0(t) несущей частоты ƒ0, полученные методом прямого гетеродинирования; 4 - отраженные сигналы UОТР(t) несущей частоты ƒ0; 5 - отраженные сигналы UПЧ(t) промежуточной частоты ƒПЧ, полученные методом возвратного гетеродинирования.

Фигура 2 поясняет реализацию способа радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу в прототипе [3]. На ней показаны: 1 - источник радиоимпульсов фиксированной частоты; 2 - первый смеситель, осуществляющий прямое гетеродинирование; 3 - усилитель мощности; 4 - источник непрерывного сигнала с перестройкой частоты; 5 - малошумящий усилитель; 6 - второй смеситель, осуществляющий обратное гетеродинирование; 7 - ЧИУ промежуточной частоты.

Фигура 3 поясняет предлагаемый способ радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу. На ней показаны эпюры напряжения следующих сигналов: 1 - сверхкороткие импульсы δ(t); 2 - радиоимпульсы - отклики ЧИУ на воздействие сверхкоротких импульсов g(t); 3 - перестраиваемый по частоте непрерывный гетеродинный сигнал UИПЧ(t), 4 - радиоимпульсные сигналы несущей частоты U0(t), полученные методом прямого гетеродинирования из откликов поз. 2 и сигнала поз. 3; 5 - отраженные сигналы несущей частоты UОТР(t); 6 - сигналы промежуточной частоты UПЧ(t), полученные методом возвратного гетеродинирования из отраженных сигналов поз. 5 и сигнала поз. 3.

Фигура 4 поясняет возможность реализации предлагаемого способа радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу. На ней показаны: 1 - источник сверхкоротких импульсов; 2 - ЧИУ промежуточной частоты; 3 - смеситель, осуществляющий прямое и возвратное гетеродинирование; 4 - переключатель «Передача-Прием»; 5 - усилитель мощности; 6 - малошумящий усилитель; 7 - источник непрерывного сигнала с перестройкой частоты.

Предлагаемый способ радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса импульсу и оптимальным приемом отраженных сигналов осуществляется следующим образом.

Радиоимпульсный сигнал U0(t) несущей частоты ƒ0 (поз. 4 на фиг. 3) формируется смесителем (поз. 3 на фиг. 4) методом прямого гетеродинирования вверх по частоте из отклика узкополосного ЧИУ (поз. 2 на фиг. 4) на сверхкороткий импульс δ(t) (поз. 1 на фиг. 3), имеющий вид радиоимпульса g(t) (поз. 2 на фиг. 3), длительность которого определяется полосой пропускания ΔƒЧИУ АЧХ этого ЧИУ, и непрерывного сигнала UИПЧ(t) (поз. 3 на фиг. 3) источника с перестройкой частоты (поз. 7 на фиг. 4). Полученный радиоимпульсный сигнал несущей частоты U0(t) с помощью переключателя «Передача-Прием» (поз. 4 на фиг. 4), находящегося в положении «Передача», направляется в усилитель мощности (поз. 5 на фиг. 4) и далее через антенну излучается в направлении цели.

Отраженный от цели сигнал в виде радиоимпульса UОТР(t) (поз. 5 на фиг. 3) через малошумящий усилитель (поз. 6 на фиг. 4) и переключатель «Передача-Прием» (поз. 4 на фиг. 4), находящийся в положении «Прием», направляется в смеситель (поз. 3 на фиг. 4), на который поступает непрерывный сигнал UИПЧ(t) с источника непрерывного сигнала с перестройкой частоты (поз. 7 на фиг. 4), частота которого после формирования радиоимпульса несущей частоты не изменяется до начала следующего такта. Далее радиоимпульс промежуточной частоты UПЧ(t) проходит через ЧИУ (поз. 2 на фиг. 4), АЧХ которого по полосе пропускания К(ƒ) согласована со спектром S0(ƒ) излучаемого радиоимпульса. В следующем такте частота источника непрерывного сигнала с перестройкой частоты ƒИПЧ изменяется и передатчик излучает, а приемник принимает радиоимпульс с другой несущей частотой.

Теоретически возможность реализации предлагаемого способа радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу обусловлена тем, что при сверхкоротком импульсном воздействии в виде δ(t)-функции, спектр которого N(ω) равномерен во всей полосе частот, отклик частотно-избирательного устройства g(t) имеет спектр S(ω), повторяющий его амплитудно-частотную характеристику K(ω), т.е.

S(ω)~NK(ω),

при этом временная форма отклика g(t) является обратным преобразованием Фурье от амплитудно-частотной характеристики частотно-избирательного устройства [4]:

Таким образом, амплитудно-частотная характеристика ЧИУ К(ω) пропорциональна спектру S(ω) как излучаемого, так и отраженного сигналов

К(ω)=k0S(ω),

что позволяет осуществлять согласованную фильтрацию отраженного сигнала, т.е. его оптимальный прием.

При практической реализации способа радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу ЧИУ может быть выполнено в виде полосно-пропускающего фильтра, полоса пропускания которого Δƒ определяется длительностью излучаемого радиоимпульса τРИ [5]:

Δƒ≈1/τРИ,

при этом для формирования этого радиоимпульса - отклика на сверхкороткое импульсное воздействие - форма АЧХ полосно-пропускающего фильтра должна быть одногорбой.

В результате предлагаемый способ радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу позволяет обеспечить оптимальный прием отраженного сигнала за счет использования единого ЧИУ, обеспечивающего как формирование спектра излучаемого сигнала, так и согласованную фильтрацию отраженного сигнала.

Следует отметить, что для предлагаемого способа радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу жесткие требования к частотной стабильности реализующих его устройств в условиях действия дестабилизирующих факторов и старении не предъявляются.

Предлагаемый способ радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу позволяет по сравнению с прототипом:

- обеспечить оптимальный прием отраженного сигнала во всем диапазоне перестройки несущей частоты излучаемых радиоимпульсных сигналов;

- формирование излучаемого сигнала и прием отраженного сигнала осуществить прямым и возвратным гетеродинированием с помощью одного устройства, что снизит энергетические затраты и упростит практическую реализацию данного способа;

- снизить требования к долговременной стабильности частотных параметров реализующих данный способ устройств.

Таким образом, предлагаемый способ радиолокации обладает существенными преимуществами перед прототипом и аналогами.

Литература

1. Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника. Том 1. М., Сов. радио, 1976, с. 8.

2. Радиоприемные устройства. Под ред. В.И. Сифорова. М., Сов. радио, 1974, с. 504.

3. Соловьев Н.А. Использование сигнала с синтезом спектра для построения дальностного портрета и инверсного синтеза апертуры // Наука и Образование: научно-техническое издание: 77-30569/249869. Научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана, ноябрь, 2011.

4. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. М., Сов. радио, 1973, с. 195-200.

5. Радиоприемные устройства. Под ред. А.П. Жуковского. М, Высш. шк., 1989, с. 244.

Похожие патенты RU2628526C1

название год авторы номер документа
Способ радиолокации с изменением несущей частоты от импульса к импульсу 2019
  • Козлов Валерий Александрович
  • Кунилов Анатолий Львович
  • Ивойлова Мария Михайловна
  • Белинский Артем Васильевич
RU2714510C1
СПОСОБ РАДИОЛОКАЦИИ С ПЕРЕСТРОЙКОЙ НЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЫ ОТ ИМПУЛЬСА К ИМПУЛЬСУ 2023
  • Носков Владислав Яковлевич
  • Галеев Ринат Гайсеевич
  • Богатырев Евгений Владимирович
  • Игнатков Кирилл Александрович
  • Вишняков Даниил Сергеевич
RU2799999C1
Способ защиты метеорного радара от помех возвратно-наклонного зондирования 1990
  • Ганин Виктор Александрович
  • Макаров Владимир Александрович
  • Сидоров Владимир Васильевич
SU1807428A1
Способ навигации летательных аппаратов и устройство для его осуществления 2019
  • Кунилов Анатолий Львович
  • Ивойлова Мария Михайловна
RU2707269C1
ОБНАРУЖИТЕЛЬ РАДИОИМПУЛЬСНОГО СИГНАЛА 2006
  • Меньших Олег Федорович
RU2310882C1
РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩИЙ МОДУЛЬ 2000
  • Минаев М.И.
  • Борейша В.В.
  • Федотов А.Н.
  • Бабенко А.И.
RU2177628C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИГНАЛОВ ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА 2008
  • Меньших Олег Федорович
RU2357261C1
СПОСОБ ИМПУЛЬСНО-ДОПЛЕРОВСКОЙ РАДИОЛОКАЦИИ И УСТРОЙСТВО С АВТОДИННЫМ ПРИЁМОПЕРЕДАТЧИКОМ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДВУХ ЗОН СЕЛЕКЦИИ ЦЕЛИ ПО ДАЛЬНОСТИ 2023
  • Носков Владислав Яковлевич
  • Галеев Ринат Гайсеевич
  • Богатырев Евгений Владимирович
  • Игнатков Кирилл Александрович
  • Вишняков Даниил Сергеевич
RU2822284C1
АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА СИГНАЛОВ 2006
  • Меньших Олег Федорович
RU2315327C1
СПОСОБ ПЕРВИЧНОЙ ДАЛЬНОМЕТРИИ ЦЕЛЕЙ ИМПУЛЬСНО-ДОПЛЕРОВСКОЙ РЛС С МАЛОЙ СКВАЖНОСТЬЮ ЗОНДИРУЮЩИХ ПОСЫЛОК 2020
  • Колбаско Иван Васильевич
  • Кириченко Александр Андреевич
RU2742461C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 628 526 C1

Реферат патента 2017 года Способ радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при построении бортовых радиолокационных станций с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу. Достигаемый технический результат - обеспечение оптимального приема отраженных сигналов при перестройке несущей частоты излучаемых радиоимпульсов от импульса к импульсу без предъявления требований к долговременной стабильности частотных параметров входящих устройств и при более простой практической реализации. Указанный результат достгается за счет того, что способ радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу заключается в получении сигнала несущей частоты методом прямого гетеродинирования радиоимпульсов фиксированной частоты вверх по частоте на величину частоты гетеродинного сигнала и приеме отраженного сигнала методом возвратного гетеродинирования сдвигом его вниз по частоте с последующей фильтрацией отраженного сигнала на частоте радиоимпульсов фиксированной частоты частотно-избирательным устройством, при этом перестройку несущей частоты осуществляют изменением частоты гетеродинного сигнала, при прямом гетеродинировании в качестве радиоимпульсов фиксированной частоты используют отклик частотно-избирательного устройства на сверхкороткое импульсное воздействие, а после возвратного гетеродинирования фильтрацию отраженного сигнала производят этим же частотно-избирательным устройством, причем прямое и возвратное гетеродинирование осуществляют одним и тем же устройством. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула изобретения RU 2 628 526 C1

1. Способ радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу, заключающийся в получении сигнала несущей частоты методом прямого гетеродинирования радиоимпульсов фиксированной частоты вверх по частоте на величину частоты гетеродинного сигнала и приеме отраженного сигнала методом возвратного гетеродинирования сдвигом его вниз по частоте с последующей фильтрацией отраженного сигнала на частоте радиоимпульсов фиксированной частоты частотно-избирательным устройством, при этом перестройку несущей частоты осуществляют изменением частоты гетеродинного сигнала, отличающийся тем, что при прямом гетеродинировании в качестве радиоимпульсов фиксированной частоты используют отклик частотно-избирательного устройства на сверхкороткое импульсное воздействие, а после возвратного гетеродинирования фильтрацию отраженного сигнала производят этим же частотно-избирательным устройством, причем прямое и возвратное гетеродинирование осуществляют одним и тем же устройством.

2. Способ радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу по п. 1, отличающийся тем, что используют частотно-избирательное устройство, отклик которого на сверхкороткое импульсное воздействие имеет вид радиоимпульса заданной длительности и частоты заполнения.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2628526C1

СОЛОВЬЕВ Н.А
Использование сигнала с синтезом спектра для построения дальностного портрета и инверсного синтеза апертуры
Спускная труба при плотине 0
  • Фалеев И.Н.
SU77A1
Научное издание МГТУ им
Н.Э
Баумана, ноябрь 2011
СПОСОБ ВНЕШНЕГО РАДИОЛОКАЦИОННОГО ВЫЯВЛЕНИЯ ФАКТА НАЛИЧИЯ ТРАЕКТОРНЫХ НЕСТАБИЛЬНОСТЕЙ ПОЛЕТА У ВОЗДУШНОГО ОБЪЕКТА ПО СТРУКТУРЕ ЕГО ИМПУЛЬСНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ 2014
  • Митрофанов Дмитрий Геннадьевич
  • Майоров Дмитрий Александрович
  • Бортовик Виталий Валерьевич
  • Романенко Алексей Владимирович
  • Абраменков Виктор Васильевич
  • Сафонов Алексей Викторович
  • Красавцев Олег Олегович
  • Кичулкин Денис Александрович
RU2562060C1
РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СИСТЕМА С ПЕРЕСТРОЙКОЙ НЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЫ ОТ ИМПУЛЬСА К ИМПУЛЬСУ В РЕЖИМЕ СДЦ 2002
  • Гульшин В.А.
  • Панкратов Ю.Г.
  • Сайфутдинов Н.А.
RU2234719C2
УСТРОЙСТВО СЕЛЕКЦИИ ДВИЖУЩИХСЯ ЦЕЛЕЙ ДЛЯ РЕЖИМА ПЕРЕСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ ОТ ИМПУЛЬСА К ИМПУЛЬСУ 2014
  • Майоров Дмитрий Александрович
  • Митрофанов Дмитрий Геннадьевич
  • Котов Дмитрий Васильевич
  • Злобинова Марина Владимировна
  • Островой Сергей Владимирович
  • Васильев Дмитрий Анатольевич
RU2541504C1
US 5347283 A, 13.09.1994
WO 2006133268 A2, 14.12.2006
JP 2004198359 A, 15.07.2004.

RU 2 628 526 C1

Авторы

Катин Станислав Владимирович

Кашин Александр Васильевич

Козлов Валерий Александрович

Кунилов Анатолий Львович

Даты

2017-08-18Публикация

2016-12-16Подача