Приемно-передающее устройство радиолокации Российский патент 2019 года по МПК G01S13/08 G01S7/18 

Устройство относится к техническим средствам ближней радиолокации, в частности - к измерителям расстояний до земли, то есть к высотомерам.

Известны приемно-передающие устройства ближней радиолокации. См., например, Коган И.М. Ближняя радиолокация (теоретические основы). М., «Сов. радио». 1973 г., 272 с, где подробно описаны так называемые автодины - предельно простые и ранее широко применявшиеся устройства радиолокации с непрерывным излучением. В автодинах функции приема и передачи сигнала полностью совмещены в одном приемо-передающем тракте: приемно-передающая антенна является частью колебательного контура генератора. В процессе работы генератор автодина находится под воздействием собственного запаздывающего отраженного от объекта локации сигнала. Амплитуда отраженного сигнала зависит от расстояния до объекта локации и после соответствующей аппаратной обработки приводит к срабатыванию порогового устройства после достижения необходимой дальности до объекта локации. В случае высотомера роль объекта локации играет, так называемая, подстилающая поверхность, то есть различные виды грунта, заснеженная или водная поверхность. Отражающие свойства различных подстилающих поверхностей весьма различаются. По этой причине точность оценки высоты посредством автодина мала и не всегда соответствует современным требованиям к устройствам ближней радиолокации.

Этого недостатка удается избежать посредством построения систем, так называемой, импульсной ближней радиолокации - см. Импульсная РЛС. // патент №2106654, автор - Зыбин М.Н. Предлагаемое в патенте устройство содержит перестраиваемый по частоте магнетрон и предназначено, преимущественно, для крупногабаритных систем радиолокации. Для малогабаритных высокодинамичных носителей требуются более компактные технические решения, позволяющие интегрировать все необходимые компоненты в один или несколько малогабаритных модулей. Кроме того, в этом устройстве используется длинный зондирующий импульс (единицы микросекунд), что не обеспечивает скрытность и помехозащищенность.

Таких недостатков лишены сверхкороткоимпульсные устройства - см. Dekawave EVK-1000 https://www.decawave.com/product/evk1000-evaluation-kit.

Это радиолокационное устройство содержит тактовый генератор, блок формирования стробов передачи и приема, модулятор, антенный блок, генератор несущей частоты, приемник и микроконтроллер, причем здесь последовательно связаны между собой тактовый генератор, блок формирования стробов передачи и приема, модулятор и антенный блок, при этом микроконтроллер связан с блоком формирования стробов передачи и приема, а также с приемником, причем приемник дополнительно связан с блоком формирования стробов передачи и приема, а также с антенным блоком.

Это техническое решение наиболее близко к заявляемому устройству и принимается за прототип.

Недостатком этого устройства является отсутствие возможности изменения длительности зондирующего импульса, используемой для согласования тракта приема-передачи сигнала с синтезируемыми под различные задачи антеннами с соответствующими диаграммами направленности. Так, например, простые монопольные антенны с широкой неуправляемой диаграммой направленности хорошо соответствуют задачам контроля доступа в охраняемые помещения и им подходят зондирующие импульсы с предельно малой длительностью - как в прототипе.

Антенны с более сложной диаграммой направленности, например, многоэлементные, как правило, имеют более сложное устройство и обладают большей добротностью (избирательностью к относительно узкому спектральному диапазону сигнала), что препятствует эффективному излучению слишком коротких радиоимпульсов, для которых характерен широкий или даже сверхширокий частотный спектр сигнала.

В результате многолетних исследований авторами было установлено, что адаптация приемно-передающего тракта и к тем и другим антеннам может быть достигнута изменением длительности зондирующего импульса в диапазоне от долей наносекунды до единиц наносекунд, а именно - от 0,2 не до 5 не. В прототипе такая возможность отсутствует, что сужает область его применения.

Предлагаемое техническое решение позволяет избежать описанного недостатка. Как и прототип, оно содержит тактовый генератор, блок формирования стробов передачи и приема, модулятор, антенный блок, генератор несущей частоты, приемник и микроконтроллер, причем здесь последовательно связаны между собой тактовый генератор, блок формирования стробов передачи и приема, модулятор и антенный блок, при этом микроконтроллер связан с блоком формирования стробов передачи и приема, а также с приемником, причем приемник дополнительно связан с блоком формирования стробов передачи и приема, а также с антенным блоком.

В отличие от прототипа в это устройство добавлен блок управления длительностью импульса, причем этот блок управления длительностью импульса размещен в разрыве связи между блоком формирования стробов приема и передачи и модулятором, а также дополнительно связан с тактовым генератором и с микроконтроллером.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется фиг. 1. Это устройство содержит тактовый генератор (1), блок формирования стробов передачи и приема (2), модулятор (3), антенный блок (4), генератор несущей частоты (5), приемник (6) и микроконтроллер (7), причем здесь последовательно связаны между собой тактовый генератор (1), блок формирования стробов передачи и приема (2), модулятор (3) и антенный блок (4), при этом микроконтроллер (7) связан с блоком формирования стробов передачи и приема (2), а также с приемником (6), причем приемник (6) дополнительно связан с блоком формирования стробов передачи и приема (2), а также с антенным блоком (4).

Кроме того, в устройство добавлен блок управления длительностью импульса (8), причем этот блок управления длительностью импульса (8) размещен в разрыве связи между блоком формирования стробов приема и передачи (2) и модулятором (3), а также дополнительно связан с тактовым генератором (1) и с микроконтроллером (7).

Функционирование предложенного устройства поясняет фиг. 2, где изображена циклограмма работы отдельных его блоков. Здесь показаны: 1 - импульсы тактовой частоты, формируемые тактовым генератором (см. 1 на фиг. 1) при участии микроконтроллера (см. 7 на фиг. 1), 2 - стробы, создаваемые и посылаемые блоком формирования стробов передачи и приема (см. 2 на фиг. 1) в блок управления длительностью импульса (см. 8 на фиг. 1), а также посылаемые в приемник (см. 6 на фиг. 1). Также здесь на фиг. 2 показаны: 3а и 3б - короткий излучаемый импульс и он же с заполнением несущей частотой, 4а и 4б - импульс увеличенной длительности и он же с заполнением несущей частотой, 5 и 6 - поступающие в приемник отраженные от объекта локации импульсы, соответственно, короткий и увеличенной длительности. Благодаря наличию в предлагаемой структуре устройства блока управления длительностью импульса (см. 8 на фиг. 1) появляется возможность подстройки ширины спектра излучаемого сигнала, определяемой длительностью импульса. Это позволяет выполнить адаптацию компонентов устройства к конкретным характеристикам антенного блока (см. 6 на фиг. 1), что обеспечивает повышение эффективности работы устройства, в том числе - в условиях постановки активных радиопомех. Благодаря программно-аппаратному регулированию длительности импульса посредством нового блока (см. 8 на фиг. 1) и соответствующему расширению области применения устройства дополнительно появляется возможность увеличения объема выпуска устройства, как следствие - снижения его себестоимости и повышения качества. Кроме того, предложенное устройство упрощает экспериментальную доводку, выбор режимов и параметров приемно-передающего устройства радиолокации в процессе разработки таких устройств.

При этом следует иметь в виду, что по конструктивно-технологическим соображениям возможно объединение отдельных блоков устройства в рамках одной или нескольких микросхем или микросборок. Это дополнительно снизит производственные затраты, например, вследствие отсутствия необходимости дорогостоящего размещения в индивидуальных защитных корпусах отдельных блоков, а также повысит устойчивость устройства к механическим воздействиям, характерным для высокодинамичных объектов.

Необходимо отметить, что схемотехническое решение блока управления длительностью импульса (8) может быть построено, например, путем программного или аппаратного подсчета и ограничения количества тактовых импульсов в пределах формируемой длительности управляющего импульса аналогично известным в низкочастотном диапазоне микросхемам счетчиков с предварительной загрузкой, например, К561ИЕ11. Для требуемых длительностей зондирующих импульсов в диапазоне от 0,2 не и более длительных необходимо иметь технологические возможности изготовления микросхем и микросборок с нормами проектирования 180 нм. Такая технология уже освоена отечественными предприятиями микроэлектроники, например, г. Зеленограда и, следовательно - предлагаемое техническое решение может быть промышленно реализовано.

Изобретение относится к области средств ближней радиолокации, а именно к измерителям расстояний до земли, то есть к высотомерам. Технический результат заключается в обеспечении возможности подстройки ширины спектра излучаемого сигнала, определяемой длительностью импульса, для адаптации компонентов устройства к конкретным характеристикам антенного блока в условиях постановки активных помех. Для этого приемно-передающее устройство радиолокации содержит тактовый генератор, блок формирования стробов передачи и приема, модулятор, антенный блок, генератор несущей частоты, приемник и микроконтроллер, причем здесь последовательно связаны между собой тактовый генератор, блок формирования стробов передачи и приема, модулятор и антенный блок, при этом микроконтроллер связан с блоком формирования стробов передачи и приема, а также с приемником, причем приемник дополнительно связан с блоком формирования стробов передачи и приема, а также с антенным блоком. При этом для повышения эффективности устройства путем подстройки ширины спектра излучаемого сигнала в устройство добавлен блок управления длительностью импульса, размещенный в разрыве связи между блоком формирования стробов приема и передачи и модулятором и связанный с тактовым генератором и с микроконтроллером. 2 ил.

Приемно-передающее устройство радиолокации, содержащее тактовый генератор, блок формирования стробов передачи и приема, модулятор, антенный блок, генератор несущей частоты, приемник и микроконтроллер, причем здесь последовательно связаны между собой тактовый генератор, блок формирования стробов передачи и приема, модулятор и антенный блок, при этом микроконтроллер связан с блоком формирования стробов передачи и приема, а также с приемником, причем приемник дополнительно связан с блоком формирования стробов передачи и приема, а также с антенным блоком, отличающееся тем, что в это устройство добавлен блок управления длительностью импульса, причем этот блок управления длительностью импульса размещен в разрыве связи между блоком формирования стробов приема и передачи и модулятором, а также дополнительно связан с тактовым генератором и с микроконтроллером.