СПОСОБ НЕЛИНЕЙНОЙ РАДИОЛОКАЦИИ С ЛИНЕЙНЫМ ЧАСТОТНЫМ МОДУЛИРОВАННЫМ ЗОНДИРУЮЩИМ СИГНАЛОМ Российский патент 2021 года по МПК G01S13/34 G01S13/88 F41H11/136 G01V3/12 

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к области техники нелинейной радиолокации, и может использоваться для поиска и обнаружения объектов с нелинейными электрическими свойствами (ОНЭС) различного типа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу нелинейной радиолокации (прототипом к предполагаемому изобретению) является нелинейный радар для обнаружения исполнительных радиоэлектронных устройств управления взрывом [Патент РФ №2234715 от 20.08.2004. Нелинейный радар для обнаружения исполнительных радиоэлектронных устройств управления взрывом /С.Б. Баглаев, В.В. Беляев, Н.И. Козачок, С.А. Панов, А.В. Тютерев, А.А.Чаплыгин], основанный на том, что зондирующий сигнал излучается в направлении объектов поиска, имеющих нелинейные электромагнитные характеристики, в отраженном сигнале появляются частотные составляющие, отсутствующие в спектре облучающего поля. В сигнале, поступающем на вход приемной антенны, наряду с сигналом, отраженным от объекта с нелинейными электрическими свойствами (ОНЭС), появляется частотная составляющая с удвоенным значением девиации частоты, отсутствующая в спектре облучающего поля, которая преобразуется по частоте, свертывается по спектру и принимает значение разностной частоты прямо пропорциональной дальности до объекта поиска.

Недостатком прототипа является то, что в нелинейном радаре обеспечивается обнаружение ОНЭС только на одной гармонике (n=2) и отсутствует возможность анализа уровня отраженного сигнала на третьей и последующих, т.е. на гармониках зондирующего сигнала. Отсутствие малошумящего усилителя в приемном канале обуславливает большой коэффициент шума, определяемый смесителем. Усиление-ограничение сформированного сигнала приводит к появлению в спектре сигнала на nf₀ множества дополнительных спектральных составляющих, которые необходимо фильтровать перед подачей на смеситель. Кроме того, фиксированные импульсная мощность и длительность зондирующих сигналов, формируемых передатчиком, и коэффициент усиления антенны нелинейного радара ограничивают дальность его действия (как правило, единицами метров), что не в полной мере обеспечивает безопасность оператора, например, при обнаружении исполнительных радиоэлектронных устройств с дистанционным радиоуправляемым подрывом.

Задача, на решение которой направлен заявляемый способ состоит в повышении дальности действия средств нелинейной радиолокации за счет когерентного накопления сигналов на гармониках, отраженных от ОНЭС, и их одновременной обработки в (N-1) приемных каналах.

Техническим результатом изобретения является обнаружение ОНЭС различного рода (p-n-р переход, металл-окисел-металл, соединений пластика с тяжелыми металлами и т.п.) на гармониках и повышение дальности действия нелинейного радара за счет когерентного накопления отраженных гармоник через период следования зондирующего сигнала ТИ в первом (n=2) и во введенных приемных каналов, каждый из которых настроен на соответствующую частоту n-ой () гармоники, отраженной от ОНЭС.

Указанный технический результат достигается тем, что: во-первых, формируется зондирующий линейный частотный модулированный (ЛЧМ) сигнал путем уменьшения в известном прототипе частоты опорного генератора в N! раз; во-вторых, получение разностных частот, пропорциональных дальностям до объектов поиска, в смесителях каждого приемного канала за счет преобразования по частоте и свертывания по спектру сигналов, поступающих от линейного частотно-модулированного генератора после деления f0 на коэффициенты , и сигналов на гармониках, отраженных от ОНЭС; в-третьих, в (N-1) приемных каналах осуществляется когерентное череспериодное суммирование (накопление) М=trunc(Т_К/Т_И) сигналов разностной частоты, где Т_К - время облучения объекта с нелинейными электрическими свойствами, trunc(•) - функция округления до ближайшего меньшего целого.

Время когерентного накопления гармоник сигналов, обеспечивающее повышение дальности действия нелинейного радара, определяется промежутком времени от момента формирования первого синхроимпульса, совпадающего с началом формирования первого ЛЧМ зондирующего сигнала до последнего ЛЧМ зондирующего сигнала, кратного периоду их следования.

Способ нелинейной радиолокации поясняется фигурой, на которой изображена нелинейная РЛС, содержащая линейный частотный модулированный генератор 1, многоканальный делитель частоты 2 с коэффициентами деления , передатчик 3, передающую антенну 4, приемные антенны 7.1,…,7.(N-1), приемники 8.1,…,8.(N-1), смесители 9.1,…,9.(N-1), когерентные накопители 10.1,…,10.(N-1), устройства индикации 11.1,…,11.(N-1),соединенные как показано на фигуре, а также объект с нелинейными электрическими свойствами 6.

Линейный частотный модулированный генератор 1 формирует ЛЧМ опорный сигнал, который поступает на вход многоканального делителя 2 с коэффициентами деления (для передающего тракта частота ЛЧМ сигнала уменьшается в N! раз), усиливается в передатчике 3 и поступает на вход передающей антенны 4. Со второго выхода ЛЧМ генератора сформированный синхроимпульс, совпадающий с началом формирования зондирующего сигнала, поступает на вторые входы когерентных накопителей 10.1,…,10.(N-1). С выходов 2,...,N многоканального делителя частоты 2 частоты опорного ЛЧМ сигнала, уменьшенные в раз, поступают на вторые входы смесителей 9.1,…,9.(N-1) в соответствии с номером 1,…, (N-1) приемного канала.

Обнаружение ОНЭС различного типа начинается после излучения передающей антенной 4 М ЛЧМ сигналов. При облучении объектов поиска, имеющих нелинейные электромагнитные характеристики, в отраженном сигнале появляются частотные составляющие, отсутствующие в спектре облучающего поля [Зарубежная радиоэлектроника, 1994, стр. 49-50, см. стр. 49, Щербаков Г.Н. Средства обнаружения управляемых взрывных устройств. Специальная техника, 2000, №5, стр. 38-42, см. стр. 40]. В сигналах, поступающих на вход приемных антенн 7.1,…,7.(N-1), наряду с сигналами, отраженными от ОНЭС, имеется частотная составляющая с увеличенным в n=2,…,N раз значением девиации частоты, отсутствующая в спектре облучающего поля [Кузнецов А.С., Кутин Г.И. Методы исследования эффекта нелинейного рассеяния электромагнитных волн. Зарубежная радиоэлектроника, 1985,4, стр. 41-53].

В приемниках 8.1,…,8.(N-1) усиливаются сигналы от ОНЭС на частотах nf₀ (n=2,…,N).

Каждая из принятых n=2,...,N гармоник преобразуется по частоте и свертывается по спектру в соответствующих смесителях 9.1,…,9.(N-1).

Преобразованные на промежуточной частоте полезные сигналы будут иметь приращения частот (f_p1,…,f_pN-1), прямо пропорциональные дальностям до объектов поиска [Патент РФ №2234715 от 20.08.2004. Нелинейный радар для обнаружения исполнительных радиоэлектронных устройств управления взрывом / С.Б. Баглаев, В.В. Беляев, Н.И. Козачок, С.А. Панов, А.В. Тютерев, А.А.Чаплыгин], поступают в когерентные накопители 10.1,…,10.(N-1), которые обеспечивают череспериодное суммирование отраженных на гармониках сигналов от ОНЭС. Это в свою очередь, в отличие от дальности действия прототипа D_прот, повышает дальность действия средства нелинейной радиолокации на n=2,…,N гармониках в раз

Например, при условии, что Т_К=5 с, Т_И=5кГц, дальность действия нелинейного радара на второй гармонике увеличится в 5,4 раза, а на третьей - в 2,3 раза.

Результаты обработки и когерентного накопления сигналов в приемных трактах отображаются на устройствах индикации 11.1,…, 11.(N-1).

Таким образом, в предложенном способе нелинейной радиолокации с ЛЧМ сигналом при когерентном накоплении на гармониках сигналов, отраженных ОНЭС повышается дальность действия средств нелинейной радиолокации и, тем самым, увеличивается безопасность проведения работ по поиску исполнительных радиоэлектронных устройств с дистанционным радиоуправляемым подрывом.

Предлагаемое изобретение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестен способ нелинейной радиолокации с линейным частотным модулированным сигналом, заключающийся в формировании опорных ЛЧМ сигналов, излучении их в зондируемую область пространства и когерентного суммирования разностной частоты на гармониках сигналов от целей с нелинейными электрическими свойствами в (N-1) приемных трактах.

Предлагаемое изобретение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявляемый способ нелинейной радиолокации с ЛЧМ сигналом обеспечивает повышение дальности действия средств нелинейной радиолокации за счет когерентного накопления отраженных ЛЧМ сигналов одновременно на всех гармониках.

Предлагаемое изобретение промышленно реализуемо, так как для его создания могут быть использованы типовые радиотехнические узлы и устройства, применяемые в радиоэлектронной аппаратуре, а также оборудование и материалы СВЧ диапазона широко распространенных технологий.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к способам и технике нелинейной радиолокации, и может использоваться для поиска и обнаружения объектов с нелинейными электрическими свойствами (ОНЭС). Техническим результатом изобретения является обнаружение ОНЭС различного рода (p-n-р переход, металл-окисел-металл, соединения пластика с тяжелыми металлами и т.п.) и повышение дальности действия нелинейного радара. В заявленном способе для формирования N линейно частотно модулированных (ЛЧМ) сигналов производят деление частоты опорного генератора на N!/n. Первый сигнал используют в качестве зондирующего сигнала, а другие в качестве опорных ЛЧМ сигналов для (N-1) приемных каналов. Зондирующие ЛЧМ сигналы с периодом следования Т_И излучают в направлении объекта с нелинейными электрическими свойствами. При их отражении принимают приемной антенной частотные составляющие, кратные номерам гармоник . Сигнал на второй гармонике преобразуют по частоте, свертывают по спектру, после чего он принимает значение разностной частоты, прямо пропорциональной дальности до ОНЭС. В приемных каналах осуществляют когерентное череспериодное суммирование (накопление) сигналов разностной частоты. 1 ил.

Способ нелинейной радиолокации с линейным частотным модулированным сигналом (ЛЧМ), заключающийся в том, что зондирующие сигналы с периодом следования Т_И излучаются в направлении объекта с нелинейными электрическими свойствами, при отражении которых появляются частотные составляющие, кратные номерам гармоник , поступающие через вход приемной антенны в приемный тракт, где сигнал на второй гармонике преобразуется по частоте, свертывается по спектру и принимает значение разностной частоты, прямо пропорциональной дальности до объекта поиска, отличающийся тем, что производится деление частоты опорного генератора на N!/n для формирования N ЛЧМ сигналов, из которых первый используется в качестве зондирующего сигнала, а другие – в качестве опорных ЛЧМ сигналов для соответствующих (N-1) приемных каналов, в которых осуществляется когерентное череспериодное суммирование (накопление) М = trunc(Т_К/Т_И) сигналов разностной частоты, где Т_К - время облучения объекта с нелинейными электрическими свойствами, trunc(•) - функция округления до ближайшего меньшего целого.