Способ обнаружения и высокоточного определения параметров морских ледовых полей и радиолокационная система для его реализации Российский патент 2020 года по МПК G01S13/95 

Предлагаемые способ и система относятся к информационно-измерительной системе и могут быть использованы в радиолокационной технике для высокоточной оценки ледовой обстановки в районах морской добычи и транспортировки нефтегазовых ресурсов.

Известны способы и устройства обнаружения и определения параметров морских ледовых полей (авт. свид. СССР №№1.778.487, 1.818.608; патенты РФ №№2.082.095, 2.158.008, 2.170.442, 2.319.205, 2.349.513, 2.360.848, 2.435.136, 2.467.347, 2.500.031, 2.660.752; патенты США №№3.665.466, 4.697.254, 6.188.348; Простаков А.Л. Электронный ключ к океану. Л.: Судостроение, 1986, с. 15, 16, 24 и другие).

Из известных способов и систем наиболее близкими к предлагаемым являются «Способ обнаружения и высокоточного определения параметров морских ледовых полей и радиолокационная система для его реализации» (патент РФ №2.660.752, G01S 13/95, 2017), которые и выбраны в качестве прототипов.

В известных технических решениях одно и то же значение промежуточной частоты f_пр может быть получено в результате приема сигналов на частотах f₁, f₂, f₃, f_з1, f_з2 и f_з3, то есть

f_пp=f_г1-f₁, f_пp=f_г2^_f₂, f_пp=f_г3-f₃,

f_пp=f_з1-f_г1, f_пp=f_з2^_f_г2, f_пp=f_з3-f_г3,

Следовательно, если частоты настройки f₁, f₂ и f₃ принять за основные каналы приема, то наряду с ними будут иметь место зеркальные каналы приема, частоты f_зl, f_з2 и f_з3 которых отличаются от частот f₁, f₂ и f₃ на 2f_пp и расположены симметрично (зеркально) относительно частот f_г1, f_г2 и f_г3 гетеродинов (фиг. 3). Преобразование по зеркальным каналам приема происходит с тем же коэффициентом преобразования К_пр, что и по основным каналам. Поэтому они наиболее существенно влияют на избирательность и помехоустойчивость приемников радиолокационной системы.

Кроме зеркальных, существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема. В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении условий:

f_пp=|±mf_кi±nf_г1|,

f_пp=|±mf_кj±nf_г2|

f_пp=|±mf_кγ±nf_г3|,

где f_кi, f_кj, f_кγ - частоты i-го, j-го, γ-го комбинационных каналов приема;

m, n, i, j, γ - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии первой гармоники частот сигналов с гармониками частот гетеродинов малого порядка (второй, третьей), так как чувствительность приемников по этим каналам близка к чувствительности основных каналов. Так, шести комбинационным каналам при m=1 и n=2 соответствуют частоты:

f_к1=2f_г1-f_пp, f_к2=2f_г1+f_пр,

f_к3=2f_г2-f_пp, f_к4=2f_г2+f_пр,

f_кs=2f_г3-f_пp, f_к6=2f_г3+f_пр.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, приводит к снижению помехоустойчивости и точности определения параметров морских ледовых полей.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и точности определения параметров морских ледовых полей путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам.

Поставленная задача решается тем, что способ обнаружения и высокоточного определения параметров морских ледовых полей, включающий, в соответствии с ближайшим аналогом, действия на дистанции по обнаружению изменений параметров отраженных сигналов двумя интерферометрическими антеннами, создание мониторинга изменений, построение карт изменений, анализ изменений, при этом радиоизлучение производят с одной из двух разнесенных по высоте антенн, отраженные сигналы принимают двумя антеннами, временные отчеты отраженных сигналов разбивают на секции и для сжатия фазоманипулированных отраженных сигналов производят линейные свертки между отсчетами секций и отсчетами опорных функций, определяющих доплеровское смещение принимаемых сигналов посекционно для эхо-сигналов интерферометрических антенн, накопления результатов сжатия и по ним обнаружения кромки ледового поля, его фрагментов, оценки скорости дрейфа и разности фаз отраженных сигналов, приходящих на две интерферометрические антенны, при этом устанавливают в азимутальной плоскости вторую приемную антенну с возможностью ее вращения с угловой скоростью Ω по окружности вокруг приемопередающей антенны, формируют вторую измерительную базу d₂ между приемопередающей и второй приемной антеннами в азимутальной плоскости и третью измерительную базу d₃ между первой и второй приемными антеннами в гипотенузной плоскости, перемножают отраженные сигналы на промежуточной частоте f_пp, принятые приемопередающей и первой приемной антеннами, выделяют низкочастотное напряжение, измеряют разность фаз между отраженными сигналами и определяют угол места β опасного объекта, перемножают отраженные сигналы, принятые передающей антенной и второй приемной антеннами, первой и второй приемными антеннами, выделяют низкочастотные напряжения с частотой Ω, сравнивают их по фазе с опорным напряжением с частотой Ω и определяют азимут и угол ориентации опасного объекта, по значению трех углов α, β и γ определяют местоположение опасных объектов, отличается от ближайшего аналога тем, что в процессе преобразования частот отраженных сигналов выделят напряжения промежуточной (разностной) частоты:

f_пр=f_г1-f₁, f_пр=f_г2-f₂, f_пр=f_г3-f₃,

и напряжения суммарных частот:

f_∑1=f₁+f_г1, f_∑2=f₂+f_г2, f_∑3=f₃+f_г3

где f₁, f₂,f₃ - частоты отраженных сигналов, принимаемых по основным каналам,

f_г1, f_г2, f_г3 - частоты первого, второго и третьего гетеродинов;

f_∑1, f_∑2, f_∑3 - суммарные частоты, детектируют напряжения суммарных частот и используют продетектированные напряжения для разрешения дальнейшей обработки напряжений промежуточной (разностной) частоты.

Поставленная задача решается тем, что радиолокационная система обнаружения и высокоточного определения параметров морских ледовых полей, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, последовательно включенные блок управления РЛС, синтезатор частот, генератор М-кода, первый модулятор, второй вход которого соединен со вторым выходом синтезатора частот, первый усилитель мощности, СВЧ коммутатор, второй вход которого соединен со вторым выходом блока управления РЛС, блок управления антенной системой, второй вход которого связан с блоком управления РЛС, третий вход - связан с приемопередающей антенной, а четвертый вход соединен с первой приемной антенной, первый усилитель высокой частоты, первый смеситель, второй вход которого соединен с третьим выходом синтезатора частот и первый усилитель промежуточной частоты, второй вход которого через устройство временной автоматической регулировки усиления соединен с третьим выходом блока управления РЛС, последовательно включенные коммутатор промежуточной частоты, усилитель промежуточной частоты, второй вход которого через блок автоматической и ручной регулировки усиления соединен с его выходом и с пятым выходом блока управления РЛС, первый блок фазовых детекторов, второй вход которого через фазовращатель соединен с шестым выходом синтезатора частот, первый блок аналого-цифровых преобразователей квадратурных сигналов в цифровую форму, второй вход которого соединен с шестым выходом синтезатора частот, двухпортовое буферное оперативное запоминающее устройство, второй вход которого соединен с седьмым выходом блока управления РЛС, и цифровой измеритель, второй вход которого соединен с шестым выходом синтезатора частот, третий вход соединен с выходом блока управления антенной системы, а выход является выходом блока первичной цифровой обработки, последовательно подключенные к второму выходу генератора М-кода второго модулятора, второй вход которого соединен с третьим выходом синтезатора частот, и второй усилитель мощности, выход которого соединен с третьим входом СВЧ коммутатора, последовательно подключенные к третьему выходу блока управления антенной системы второй усилитель высокой частоты, второй смеситель, второй вход которого соединен с пятым выходом синтезатора частот, и второй усилитель промежуточной частоты, второй вход которого соединен с вторым выходом устройства временной автоматической регулировки усиления, последовательно подключенные к выходу усилителя промежуточной частоты второй блок фазовых детекторов, второй вход которого соединен с шестым выходом синтезатора частот, и второй блок аналого-цифровых преобразователей квадратурных сигналов в цифровую форму, второй вход которого соединен с седьмым выходом синтезатора частот, а выход подключен к третьему входу двухпортового буферного оперативного запоминающего устройства, первой и второй приемными антеннами образованы три измерительные базы, расположенные в виде прямоугольного треугольника, в вершине которого расположена приемопередающая антенна с возможностью вращения с частотой Ω вокруг вертикального катета, к выходу второй приемной антенны последовательно подключен блок управления антенной системы, третий усилитель высокой частоты, третий смеситель, второй вход которого соединен с девятым выходом синтезатора частот, и третий усилитель промежуточной частоты, второй вход которого соединен с третьим выходом устройства временной автоматической регулировки усиления, а выход подключен к четвертому входу коммутатора промежуточной частоты, к выходу первого перемножителя подключен первый узкополосный фильтр, выход которого соединен с пятым входом цифрового измерителя, к выходу второго перемножителя последовательно подключены второй узкополосный фильтр и первый дополнительный фазовый детектор, второй вход которого через опорный генератор соединен с пятым выходом блока управления РЛС, а выход подключен к шестому входу цифрового измерителя, к выходу третьего перемножителя последовательно подключены третий узкополосный фильтр и второй дополнительный фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора, а выход подключен к седьмому входу цифрового измерителя, отличается от ближайшего аналога тем, что она снабжена усилителем первой суммарной частоты, усилителем второй суммарной частоты, усилителем третьей суммарной частоты, тремя амплитудными детекторами и тремя ключами, причем к выходу первого смесителя последовательно подключены усилитель первой суммарной частоты, первый амплитудный детектор и первый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к первому входу коммутатора промежуточной частоты, первого и второго перемножителей, к выходу второго смесителя последовательно подключены усилитель второй суммарной частоты, второй амплитудный детектор и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к второму входу коммутатора промежуточной частоты первого и третьего перемножителей, к выходу третьего смесителя последовательно подключены усилитель третьей суммарной частоты, третий амплитудный детектор и третий ключ, второй вход которого соединен с выходом третьего усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к третьему входу коммутатора промежуточной частоты, к второму входу второго и третьего перемножителей.

Структурная схема радиолокационной станции, реализующей предлагаемый способ, представлена на фиг. 1 Взаимное расположение приемных антенн показано на фиг. 2. Частотные диаграммы изображены на фиг. 3.

Радиолокационная станция содержит последовательно включенные блок 1 управления РЛС, синтезатор 2 частот, генератор 3 М-кода, первый модулятор 4, второй вход которого соединен с вторым выходом синтезатора 2 частот, первый усилитель 6 мощности, СВЧ коммутатор 8, второй вход которого соединен с вторым выходом блока 1 управления РЛС, блок 9 управления антенной системой, второй вход которого связан с блоком 1 управления РЛС, третий вход связан с приемопередающей антенной 11, четвертый вход соединен с выходом первой приемной антенны 12, пятый вход соединен с выходом второй приемной антенны 31, первый усилитель 13 высокой частоты, первый смеситель 15, второй вход которого соединен с четвертым выходом синтезатора 2 частот, усилитель 44 первой суммарной частоты, первый амплитудный детектор 45, первый ключ 46, второй вход которого через первый усилитель 18 промежуточной частоты соединен с выходами первого смесителя 15, коммутатор 20 промежуточной частоты, четвертый вход которого соединен с четвертым выходом блока 1 управления РЛС, первый блок 23 фазовых детекторов, второй вход которого через фазовращатель 25 соединен с пятым выходом синтезатором 2 частот, первый блок 26 аналого-цифровых преобразователей квадратурных сигналов в цифровую форму, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока 1 управления РЛС, и цифровой измеритель 30, выход которого является выходом блока 28 первичной цифровой обработки. К второму выходу генератора 3 М-кода последовательно подключены второй модулятор 5, второй вход которого соединен с третьим выходом синтезатора 2 частот, и второй усилитель 7 мощности, выход которого соединен с третьим входом СВЧ коммутатора 8. К третьему выходу блока 9 управления антенной системой последовательно подключены второй усилитель 14 высокой частоты, второй смеситель 16, второй вход которого соединен с пятым выходом синтезатора 2 частот, второй усилитель 19 промежуточной частоты, второй вход которого соединен с вторым выходом устройства 17 временной автоматической регулировки усиления. К четвертому выходу блока 9 управления антенной системой последовательно подключены третий усилитель 32 высокой частоты, третий смеситель 33, второй вход которого соединен с шестым выходом синтезатора 2 частот, третий усилитель 34 промежуточной частоты, второй вход которого соединен с третьим выходом устройства 17 временной автоматической регулировки усиления. К выходу усилителя 21 промежуточной частоты последовательно подключены второй блок 24 фазовых детекторов, второй вход которого соединен с пятым выходом синтезатором 2 частоты и второй блок 27 аналого-цифровых преобразователей квадратурных сигналов в цифровую форму, второй вход которого соединен с шестым выходом синтезатора 2 частот, а выход подключен к второму входу двухпортового буферного оперативного запоминающего устройства 29. К выходу первого смесителя 15 последовательно подключены усилитель 44 первой суммарной частоты, первый амплитудный детектор 45, первый ключ 46, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 18 промежуточной частоты, первый перемножитель 35, второй вход которого соединен с выходом второго ключа 49, и первый узкополосный фильтр 38, выход которого соединен с пятым входом цифрового измерителя 30. К выходу первого ключа 46 последовательно подключены второй перемножитель 36, второй вход которого соединен с выходом третьего ключа 52, второй узкополосный фильтр 39 и первый дополнительный фазовый детектор 42, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора 41, а выход подключен к шестому входу цифрового измерителя 30. К выходу второго смесителя 16 последовательно подключены усилитель 47 второй суммарной частоты, второй амплитудный детектор 48, второй ключ 49, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 19 промежуточной частоты, третий узкополосный фильтр 37, второй вход которого соединен с выходом третьего ключа 52, третий узкополосный фильтр 40 и второй дополнительный фазовый детектор 43, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора 41, а выход подключен к седьмому входу цифрового измерителя 30. К выходу третьего смесителя 33 последовательно подключены усилитель 50 третьей суммарной частоты, третий амплитудный детектор 51 и третий ключ 52, второй вход которого соединен с выходом третьего усилителя 34 промежуточной частоты, а выход подключен к вторым входам второго 36 и третьего 37 перемножителей.

Выходы первого 46, второй 49 и третьего 52 ключей подключены к соответствующим входам коммутатора 20 промежуточной частоты.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

В способе обнаружения и высокоточного определения параметров морских ледовых полей производят действия по обнаружению изменений радиоизлучений тремя интерферометрическими антеннами на дистанции. Радиоизлучения производят приемопередающей антенной, а отраженные сигналы принимают тремя антеннами. Отраженные сигналы разбиваются на секции. Производятся действия по обработке сигналов. Причем производятся вычисления каждой свертки посекционно. После чего спектр каждой секции перемножается почленно со спектром опорной функции. По окончании этого процесса над результатом перемножения проводится операция комплексного сопряжения. А над полученным выражением далее проводится операция преобразования функций посредством ОБПФ - обратного быстрого преобразования Фурье и затем повторно берется комплексное сопряжение от результата операции преобразования функций (ОБПФ). Для обнаружения кромки ледового поля, его фрагментов, оценки скорости дрейфа, направления дрейфа, торосистости ледовой поверхности осуществляется наполнение результатов сжатия, после чего производят сжатие эхо-сигналов интерферометрических антенн. При этом обеспечивается создание мониторинга измерений. По завершению процесса при необходимости производят построение карт изменений.

Существует множество способов ускорения вычисления БПФ. В нашем случае выбрана простая и весьма эффективная вычислительная структура «пинг/понг» с постоянными параметрами. Как правило, подобные устройства проектируются на основе ПЛИС - программируемых логических интегральных схем, что позволяет достигать высокой производительности, так как все операции решаются аппаратным путем, а не программным. Кроме того, им свойственна высокая степень адаптивности. Отсчеты сжатых ФМн сигналов квадратурно накапливаются и объединяются для решения задачи обнаружения кромки ледового поля. Одновременно когерентно накопленные отсчеты сжатых ФМн сигналов используются для анализа доплеровского спектра в каждом элементе дальности (после срабатывания обнаружителя), позволяющего оценить скорость дрейфа ледового поля.

Работа РЛС контроля ледовой обстановки может быть описана следующим образом.

Блок 1 управления РЛС формирует все служебные команды, выбор адресов в ОЗУ при записи и считывании, необходимые сигналы управления. Синтезатор 2 частот формирует гармонические сигналы двух диапазонов f₁=9,372 ГГц (λ=3,2 см) и f₂=34,88 ГГц (λ=8,6 мм), тактовые импульсы F_T для регистра сдвига генератора М-кода, гетеродинные частоты f_г1 и f_г2 для преобразования частот принимаемых сигналов, сигнал опорной частоты для первого 23 и второго 24 блоков фазовых детекторов. Генератор 3 М-кода предназначен для формирования М-псевдослучайной последовательности из 1023 дискретов, СВЧ коммутатор 8 переключает сигналы обоих диапазонов 8,6 мм и 3,2 см по команде от блока 1 управления РЛС. При этом в качестве основного рабочего режима РЛС принят диапазон на длине волны 8,6 мм. Переключение режима работы РЛС на частотный диапазон 3,2 см используется в основном в случае плохих погодных условий, вызывающих сильные потери в мм диапазоне или распространении сигнала на трассе. Блок 9 управления антенной системой предназначен для коммутации режимов излучения и приема сигналов. Блок 10 антенной системы состоит из трех антенн: 11, 12 и 31. Причем антенна 11 используется как передающая и приемная для частот обоих диапазонов (отличие только в конструкции облучателя), а антенны 12 и 31 используются только как приемные антенны при работе РЛС в радиоинтерферометрическом режиме. Антенны 11, 12 и 31 вращаются на опоре основания 32.

Отраженные от опасных приближающихся объектов (айсберги, торосы и т.п.) сложные ФМн сигналы принимаются антеннами 11, 12 и 31 соответственно:

u₁(t)=U₁⋅Cos[2π(f₁±Δf)t+ϕ_k(t)+ϕ₁],

u₂(t)=U₂⋅Cos[2π(f₁±Δf)t+ϕ_k(t)+ϕ₂],

где U₁, U₂, U₃, f₁, ϕ₁, ϕ₂, T₁ - амплитуды, несущая частота, начальные фазы и длительность сигналов;

±Δf - нестабильность несущей частоты сигналов, обусловленная различными дестабилизирующими факторами, в том числе и эффектом Доплера:

ϕ_k(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем ϕ_k(t)=const при kτ_э<t<(k+1)τ_э и может изменяться скачком при t=kτ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, 2, …, N-1);

τ_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T₁ (T₁=N⋅τ_э);

d₂ - радиус окружности, по которой вращается антенна 31 (измерительная база) (фиг. 2);

Ω - скорость вращения антенны 31 вокруг антенны 11;

α - пеленг (азимут) на опасный приближающий объект.

Указанные сигналы поступают на первые входы смесителей 15, 16 и 33, на вторые входы которых из синтезатора 2 частот подаются напряжения генераторов:

u_г1(t)=U_г1⋅Cos(2πf_г1t+ϕ_г1),

u_г2(t)=U_г2⋅Cos(2πf_г2t+ϕ_г2),

u_г3(t)=U_г3⋅Cos(2πf_г3t+ϕ_г3).

На выходах смесителей 15, 16 и 33 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 18, 19 и 35 выделяются напряжения промежуточной частоты соответственно:

u_пр1(t)=U_пр1⋅Cos[2π(f_пp±Δf)t+ϕ_k(t)+ϕ_пр1],

u_пр2(t)=U_пр2⋅Cos[2π(f_пp±Δf)t+ϕ_k(t)+ϕ_пр2],

где

f_пр=f₁-f_г1=f₂-f_г2=f₃-f_г3 - промежуточная частота;

ϕ_пр1=ϕ₁-ϕ_г1; ϕ_пр2=ϕ₂-ϕ_г2; ϕ_пр3=ϕ₃-ϕ_г3.

Усилителями 44, 47 и 50 выделяются напряжения суммарных частот соответственно:

u_∑1(t)=U_пр1⋅Cos[2π(f_∑1±Δf)t+ϕ_k(t)+ϕ_∑1],

u_∑2(t)=U_пр2⋅Cos[2π(f_∑2±Δf)t+ϕ_k(t)+ϕ_∑2],

u_∑3(t)=U_пр3⋅Cos[2π(f_∑3±Δf)t+ϕ_k(t)+ϕ_∑3], 0≤t≤Т₁,

где f_∑1=f₁+f_г1 - первая суммарная частота;

f_∑2⁼f₂+f_г2 - вторая суммарная частота;

f_∑3=f₃+f_г3 ^_ третья суммарная частота;

ϕ_∑1=ϕ₁+ϕ_г1; ϕ_∑2=ϕ₂+ϕ_г2; ϕ_∑3=ϕ₃+ϕ_г3,

которые поступают на входы амплитудных детекторов 45, 48 и 51 соответственно. Последние выделяют огибающие, которые поступают на управляющие входы ключей 46, 49 и 52, открывая их. Ключи 46, 49 и 52 в исходном состоянии всегда закрыты.

При этом напряжения u_пp1(t), u_пp2(t) и u_пp3(t) с выхода усилителей 18, 19 и 34 промежуточной частоты через открытые ключи 46, 49 и 52 поступают для дальнейшей обработки.

Следует отметить, что частоты настройки f_н1, f_н2 и f_н3 усилителей 44, 47 и 50 суммарной частоты выбираются следующим образом:

f_н1=f_∑1, f_н2=f_∑2, f_н3=f_∑3.

Напряжения u_пр1(t) и u_пp2(t) поступают на два входа первого перемножителя 35, на выходе которого образуется гармоническое напряжение

u₄(β)=U₄⋅CosΔϕ;

- угол места опасного объекта;

λ - длина волны;

d₁ - измерительная база; которое выделяется узкополосным фильтром 38 и поступает на пятый вход цифрового измерителя 30.

Напряжения u_пр1(t) и u_пp3(t) поступают на два входа второго перемножителя 36, на выходе которого образуется гармоническое напряжение

u₅(t)=U₅⋅Cos(Ωt-α),

где

которое выделяется узкополосным фильтром 39 и поступает на первый вход первого дополнительного фазового детектора 42, на второй вход которого подается опорное напряжение опорного генератора 41

u₀(t)=U₀⋅CosΩt.

На выходе фазового детектора 42 образуется низкочастотное напряжение

u₆(α)=U₆⋅Cosα;

где

- азимут опасного объекта;

d₂ - измерительная база;

которое поступает на шестой вход цифрового измерителя 30.

Напряжения u_пр2(t) и u_пр4(t) поступают на два входа третьего перемножителя 37, на выходе которого образуется гармоническое напряжение

u₇(t)=U₇⋅Cos(Ωt-γ),

где

Это напряжение выделяется узкополосным фильтром 40 и поступает на первый вход второго дополнительного фазового детектора 43, на второй вход которого подается опорное напряжение u₀(t) с выхода опорного генератора 41.

На выходе фазового детектора 43 образуется низкочастотное напряжение

u₈(γ)=U₈⋅Cosγ,

где

- угол стабилизации опасного объекта, которое поступает на седьмой вход цифрового измерителя 30.

Описанная выше работа радиолокационной системы соответствует случаю приема отраженных сигналов по основным каналам на частотах fi, f₂ и f₃ (фиг. 3).

Если ложный сигнал (помеха) поступает по первому зеркальному каналу на частоте f_з1 (фиг. 3)

u_з1(t)=U_з1⋅Cos(2πf_зlt+ϕ_з1), 0≤t≤T_з1,

то на выходе смесителя 15 образуются следующие напряжения (фиг. 3, а):

u_пр5(t)=U_пр5⋅Cos(2πf_прt+ϕ_пр5), 0≤t≤T_з1,

u_∑4(t)=U_пр5⋅Cos(2πf_∑4t+ϕ_∑4),

где

f_пр=f_з1-f_г1 - промежуточная частота;

f_∑4=f_г1+f_з1 - четвертая суммарная частота;

ϕ_пр4=ϕ_з1-ϕ_г1; ϕ_∑4=ϕ_г1+ϕ_з1.

Напряжение u_пр5(t) выделяется усилителем 18 промежуточной частоты. Напряжение u_∑4(t) не попадает в полосу пропускания усилителя 44 первой суммарной частоты. Это объясняется тем, что частота f_∑4 отличается от частоты настройки f_н1=f_∑1 усилителя 44 первой суммарной частоты на 2f_пр

f_∑4-f_∑1=2f_пр.

В этом случае ключ 46 не открывается и ложный сигнал (помеха), поступающий по первому зеркальному каналу на частоте f_з1, подавляется.

Если ложный сигнал (помеха) поступает по второму зеркальному каналу на частоте f_з2 (фиг. 3)

u_з2(t)=U_з2⋅Cos(2πf_з2t+ϕ_з2), 0≤t≤Т_з2,

то на выходе смесителя 16 образуются следующие напряжения (фиг. 3, б):

u_пр6(t)=U_пр6⋅Cos(2πf_прt+ф_пр6),

u_∑5(t)=U_пр6⋅Cos(2πf_∑5t+ϕ_∑5), 0≤t≤Т_з2;

где

f_пр=f_з2-f_г2 - промежуточная частота;

f_∑5=f_г2+f_з2 - пятая суммарная частота;

ϕ_пр6=ϕ_з2-ϕ_г2; ϕ_∑5=ϕ_г2+ϕ_з2.

Напряжение u_пр6(t) выделяется усилителем 19 промежуточной частоты. Напряжение u_∑5(t) не попадает в полосу пропускания усилителя 47 второй суммарной частоты. Это объясняется тем, что частота f_∑5 отличается от частоты настройки f_н2=f_∑2 усилителя 47 второй суммарной частоты на 2f_пр

f_∑5-f_∑2=2f_пр.

В этом случае ключ 49 не открывается и ложный сигнал (помеха), поступающий по второму зеркальному каналу на частоте f_з2, подавляется.

Если ложный сигнал (помеха) поступает по третьему зеркальному каналу на частоте f_з3 (фиг. 3)

u_з3(t)=U_з3⋅Cos(2πf_з3t+ϕ_з3), 0≤t≤Т_з3,

то на выходе смесителя 33 образуются следующие напряжения:

u_пр7(t)=U_пр7⋅Cos(2πf_прt+ϕ_пр6),

u_∑6(t)=U_∑7⋅Cos(2πf_∑6t+ϕ_∑6), 0≤t≤Т_з3,

где

f_пр=f_з3-f_г3 - промежуточная частота;

f_∑6=f_г3+f_з3 - пятая суммарная частота;

ϕ_пр6=ϕ_з3-ϕ_г3; ϕ_∑5=ϕ_г3+ϕ_з3.

Напряжение u_пр7(t) выделяется усилителем 34 промежуточной частоты. Напряжение u_∑6(t) не попадает в полосу пропускания усилителя 50 третьей суммарной частоты. Это объясняется тем, что частота f_∑6 отличается от частоты настройки f_н3=f_∑3 усилителя 50 третьей суммарной частоты на 2f_пр

f_∑6-f_∑3=2f_пр.

В этом случае ключ 50 не открывается и ложный сигнал (помеха), поступающий по третьему зеркальному каналу на частоте f_з3, подавляется.

Для осуществления замеров толщины ледовой кромки, шероховатости льда, т.е. его торосов, подключается к работе миллиметровый диапазон антенны 11 и замеры этих показателей осуществляются при помощи двух антенн 11 и 12, т.е. в сантиметровом режиме обнаруживает кромку льда, а в миллиметровом не только обнаруживает, но и замеряет шероховатость льда, толщину ледовой кромки. При поступлении сигнала он усиливается усилителями 13 и 14 высокой частоты, преобразуется по частоте смесителями 15 и 16, усиливается усилителями 18 и 19 промежуточной частоты и поступает на коммутатор 20, который переключает каналы 8,6 мм и 3,2 см. Первый блок 26 и второй блок 27 аналого-цифровых преобразователей преобразовывают квадратурные сигналы в цифровую форму, которые поступают в двухпортовое буферное оперативное запоминающее устройство 29. В радиоинтерферометрическом режиме работы РЛС на частоте f₂=34,88 ГГц (λ=8,6 мм) от антенн 11 и 12 по СВЧ и ПЧ трактам, по фазовому детектированию и оцифровке в АЦП используют идентичные параллельные приемные каналы. Запись и считывание отсчетов в двухпортовом буферном оперативном запоминающем устройстве (БОЗУ) 29 происходит одновременно, но с разными темпами и по разным адресам.

Блок 28 первичной цифровой обработки состоит из двухпортового БОЗУ 29 и цифрового измерителя 30. Двухпортовое буферное оперативное запоминающее устройство 29 включает в себя процессор сжатия ФМн сигналов и обнаружитель. Цифровой измеритель 30 состоит из счетчика дальности, процессора БПФ, цифрового коррелятора интерферометра и соответственно цифрового измерителя.

Все используемые блоки являются известными, либо могут быть получены из известных устройств путем их объединения известными методами.

Предлагаемые технические решения позволяют обеспечить бесконтактное измерение толщины опасных ледовых образований с толщиной льда более 50 см с высокой точностью, определить в заданном радиусе кромки льда. Кроме того, может быть определена скорость движения дрейфующих полей и крупногабаритного льда по направлению к морским добывающим платформам.

Предлагаемые технические решения обеспечивают определение местоположения приближающихся опасных объектов, таких как айсберг, обширные ледовые поля, торосы, крупные льдины и оценку их опасности для морских добывающих платформ. Это достигается за счет использования второй и третьей измерительных баз, расположенных в азимутальной и гипотенузной плоскостях, антенны которых размещены в виде прямоугольного треугольника, в вершине которого помещена приемопередающая антенна.

Предлагаемые технические решения инвариантны к виду модуляции (манипуляции) и нестабильности несущей частоты принимаемых сложных ФМн сигналов, что также обеспечивает повышение точности определения местоположения приближающихся опасных объектов.

Таким образом, предлагаемые технические решения по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают повышение помехоустойчивости и точности определения параметров морских ледовых полей. Это достигается за счет подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, методом суммарных частот.

Следует отметить, что каждый смеситель при работе на линейном участке вольт-амперной характеристики представляет собой перемножитель, реализующий алгоритм

Обычно используется только разностная (промежуточная) составляющая и реализуется процедура «преобразование вниз».

В предлагаемых технических решениях используется и суммарная составляющая, реализующая процедуру «преобразование вверх», для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам.

Предлагаемые способ и система относятся к информационно-измерительной системе и могут быть использованы в радиолокационной технике для высокоточной оценки ледовой обстановки в районах морской добычи и транспортировки нефтегазовых ресурсов. Техническим результатом изобретения является повышение помехоустойчивости и точности определения параметров морских ледовых полей путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам. Радиолокационная система (РЛС), реализующая предлагаемый способ, содержит блок 1 управления РЛС, синтезатор 2 частот, генератор 3 М-кода, модуляторы 4 и 5, усилители 6 и 7 мощности, СВЧ коммутатор 8, блок 9 управления антенной системой, блок 10 антенной системы, приемопередающую антенну 11, приемные антенны 12 и 31, усилители 13, 14 и 32 высокой частоты, смесители 15, 16 и 33, устройство 17 временной автоматической регулировки усиления, усилители 18, 19 и 34 промежуточной частоты, коммутатор 20 промежуточной частоты, усилитель 21 промежуточной частоты, блок 22 автоматической и ручной регулировки усиления, блоки 23 и 24 фазовых детекторов, фазовращатель 25, блоки 26 и 27 аналого-цифровых преобразователей, блок 28 первичной цифровой обработки, буферное запоминающее устройство 29, цифровой измеритель 30, перемножители 35, 36, 37, узкополосные фильтры 38, 39, 40, опорный генератор 41, дополнительные фазовые детекторы 42 и 43, усилители 44, 47 и 50 суммарной частоты, амплитудные детекторы 45, 48 и 51, ключи 46, 49 и 52. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ обнаружения и высокоточного определения параметров морских ледовых полей, включающий действия на дистанции по обнаружению изменений параметров отраженных сигналов приемопередающей антенной и первой приемной антенной, созданию мониторинга измерений, анализу изменений, при этом радиоизлучение производят приемопередающей антенной, отраженные сигналы принимают приемопередающей антенной и первой приемной антенной, временные отсчеты отраженных сигналов разбивают на секции и для сжатия фазоманипулированных отраженных сигналов производят линейные свертки между отсчетами секций и отсчетами опорных функций, определяющих доплеровское смещение принимаемых сигналов посекционно для эхо-сигналов приемопередающей антенны и первой приемной антенны, накопления результатов сжатия и по ним обнаружения кромки ледового поля, его фрагментов, оценки скорости дрейфа и разности фаз отраженных сигналов, приходящих на приемопередающую антенну и первую приемную антенну, при этом между приемопередающей антенной и первой приемной антенной формируют первую измерительную базу d₁ в угломестной плоскости, устанавливают в азимутальной плоскости вторую приемную антенну с возможностью ее вращения с угловой скоростью Ω по окружности вокруг приемопередающей антенны, формируют вторую измерительную базу d₂ между приемопередающей и второй приемной антенной в азимутальной плоскости и третью измерительную базу d₃ между первой и второй приемными антеннами в гипотенузной плоскости, сформированные три измерительные базы d₁, d₂ и d₃ размещают в виде прямоугольного треугольника, в вершине которого помещают приемопередающую антенну, перемножают отраженные сигналы на промежуточной частоте f_пp, выделяют низкочастотные напряжения, сравнивают их по фазе с опорным напряжением с частотой Ω и определяют азимут α, угол места β и угол ориентации у опасного объекта, по значению трех углов: азимута α, угла места β и угла ориентации γ определяют местоположение опасных объекта, отличающийся тем, что в процессе преобразования частот отраженных сигналов выделяют напряжение промежуточной (разностной) частоты:

f_пp=f_г1-f₁, f_пp=f_г2-f₂, f_пp=f_г3-f₃

и напряжения суммарных частот:

f_∑1=f₁+f_г1, f_∑2=f₂+f_г2, f_∑3=f₃+f_г3,

где f₁, f₂, f₃ - частоты отраженных сигналов, принимаемых по основным каналам,

f_г1, f_г2, f_г3 - частоты первого, второго и третьего гетеродинов,

f_∑1, f_∑2, f_∑3 - суммарные частоты, детектируют напряжения суммарных частот и используют продетектированные напряжения для разрешения дальнейшей обработки напряжений промежуточной (разностной) частоты.

2. Радиолокационная система обнаружения и высокоточного определения параметров морских ледовых полей, содержащая последовательно включенные блок управления РЛС, синтезатор частот, генератор М-кода, первый модулятор, второй вход которого соединен с вторым выходом синтезатора частот, первый усилитель мощности, СВЧ коммутатор, второй вход которого соединен с вторым выходом блока управления РЛС, блок управления антенной системой, второй вход которого связан с блоком управления РЛС, третий вход связан с приемопередающей антенной, а четвертый вход соединен с первой приемной антенной, первый усилитель высокой частоты, первый смеситель, второй вход которого соединен с четвертым выходом синтезатора частот, и первый усилитель промежуточной частоты, второй вход которого через устройство временной автоматической регулировки усиления соединен с третьим выходом блока управления РЛС, последовательно включенные коммутатор промежуточной частоты, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока управления РЛС, усилитель промежуточной частоты, второй вход которого через блок автоматической и ручной регулировки усиления соединен с его выходом и с пятым выходом блока управления РЛС, первый блок фазовых детекторов, второй вход которого через фазовращатель соединен с шестым выходом синтезатора частот, первый блок аналого-цифровых преобразователей квадратурных сигналов в цифровую форму, второй вход которого соединен с седьмым выходом синтезатора частот, двухпортовое буферное оперативное запоминающее устройство, второй вход которого соединен с седьмым выходом блока управления РЛС, и цифровой измеритель, второй вход которого соединен с девятым выходом синтезатора частот, третий вход соединен с выходом блока управления антенной системой, четвертый вход соединен с седьмым выходом блока управления РЛС, а выход является выходом блока первичной цифровой обработки, последовательно подключенные к второму выходу генератора М-кода второй модулятор, второй вход которого соединен с третьим выходом синтезатора частот, и второй усилитель мощности, выход которого соединен с третьим входом СВЧ коммутатора, последовательно подключенные к третьему выходу блока управления антенной системой второй усилитель высокой частоты, второй смеситель, второй вход которого соединен с пятым выходом синтезатора частот, и второй усилитель промежуточной частоты, второй вход которого соединен с вторым выходом устройства временной автоматической регулировки усиления, последовательно подключенные к выходу усилителя промежуточной частоты второй блок фазовых детекторов, второй вход которого соединен с шестым выходом синтезатора частот, и второй блок аналого-цифровых преобразователей квадратурных сигналов в цифровую форму, второй вход которого соединен с седьмым выходом синтезатора частот, а выход подключен к третьему входу двухпортового буферного запоминающего устройства, приемопередающей антенной, первой и второй приемными антеннами образованы три измерительные базы, расположенные в виде прямоугольного треугольника, в вершине которого расположена приемопередающая антенна с возможностью вращения с частотой Ω вокруг вертикального катета, к выходу второй приемной антенны последовательно подключены блок управления антенной системой, третий усилитель высокой частоты, третий смеситель, второй вход которого соединен с восьмым выходом синтезатора частот, и третий усилитель промежуточной частоты, второй вход которого соединен с третьим выходом устройства временной автоматической регулировки усиления, а выход подключен к четвертому входу коммутатора промежуточной частоты, к выходу первого перемножителя подключен первый узкополосный фильтр, выход которого соединен с пятым входом цифрового измерителя, к выходу второго перемножителя последовательно подключены второй узкополосный фильтр и первый дополнительный фазовый детектор, второй вход которого через опорный генератор соединен с пятым выходом блока управления РЛС, а выход подключен к шестому входу цифрового измерителя, к выходу третьего перемножителя последовательно подключены третий узкополосный фильтр и второй дополнительный фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора, а выход подключен к седьмому входу цифрового измерителя, при этом пятый, шестой и седьмой входы цифрового измерителя связаны с процессором БПФ, который обеспечивает определение местоположения опасного объекта, отличающаяся тем, что она снабжена усилителем первой суммарной частоты, усилителем второй суммарной частоты, усилителем третьей суммарной частоты, тремя амплитудными детекторами и тремя ключами, причем к выходу первого смесителя последовательно подключены усилитель первой суммарной частоты, первый амплитудный детектор и первый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к первому входу коммутатора промежуточной частоты, первого и второго перемножителей, к выходу второго смесителя последовательно подключены усилитель второй суммарной частоты, второй амплитудный детектор и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к второму входу коммутатора промежуточной частоты, первого и третьего перемножителей, к выходу третьего смесителя последовательно подключены усилитель третьей суммарной частоты, третий амплитудный детектор и третий ключ, второй вход которого соединен с выходом третьего усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к третьему входу коммутатора промежуточной частоты, к второму входу второго и третьего перемножителей.