СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ Российский патент 2023 года по МПК G01S13/30 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности, к системам радиолокации, и предназначено для использования в системах обнаружения скрытых нелинейных электронных устройств (НЭУ).

Известен способ обнаружения НЭУ, применяемый в нелинейных радиолокаторах (НРЛ) (Хорев А.А. Методы и средства поиска электронных устройств перехвата информации. Москва, изд-во Министерства обороны РФ. 1998 г. 224 с., [1]), согласно которому в передатчике НРЛ формируют зондирующий радиосигнал сигнал и направляют этот сигнал в форме радиоволн с помощью антенны НРЛ на зону обзора, в которой может находиться НЭУ. Если НЭУ там действительно находится, то на электропроводящих элементах (проводниках) НЭУ радиоволны преобразуются во входной электрический сигнал, который воздействует на элементы с нелинейными вольтамперными характеристиками (нелинейные элементы), в результате чего на нелинейных элементах НЭУ возникает выходной электрический сигнал, в спектре которого содержатся как составляющая основной частоты (основная гармоника), так и составляющие с удвоенной, утроенной и т.д. частотой (высшие гармоники). Этот выходной электрический сигнал на проводниках НЭУ преобразуется в радиоволны, которые излучаются в пространство, в том числе в направлении антенны НРЛ. На выходе антенны НРЛ образуется принятый электрический сигнал, спектр которого анализируют в приемном устройстве и при наличии в нем высших гармоник принимают решение о наличии НЭУ в зоне обзора и осуществляют индикацию принятого решения. Основными недостатками данного технического решения являются сложность технической реализации антенны и приемного устройства, обусловленная множеством рабочих частот, отличающихся друг от друга в два раза и более, а также ограниченная дальность обнаружения НЭУ при фиксированной мощности зондирующего сигнала из-за низкой эффективности преобразования мощности сигнала основной гармоники в мощности сигналов высших гармоник. Эти недостатки могут быть существенно преодолены благодаря применению нового способа обнаружения НЭУ, который является предметом настоящего изобретения.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ обнаружения НЭУ, реализованный в НРЛ типа Лорнет-Стар и выбранный в качестве прототипа. Принцип действия данного НРЛ в импульсном режиме работы описан в технической документации (Произвольно конфигурируемый нелинейный локатор ЛОРНЕТ-СТАР. АО Элвира: сайт.URL: http://www.elvira.ru/ru/productions/nljd-general/nljd-lornet-star/ [2]). Принцип действия данного НРЛ полностью соответствует способу, примененному в описанных выше аналогах и обладающему теми же недостатками: сложностью технической реализации, обусловленную множеством рабочих частот, и ограниченной дальностью обнаружения НЭУ из-за низкой эффективности преобразования мощности сигнала основной гармоники в мощности сигналов высших гармоник. В данном НРЛ зондирующий радиосигнал представляет собой периодическую последовательность радиоимпульсов с прямоугольной огибающей, имеющих частоту заполнения, равную частоте основной гармоники f₁, амплитуду А₁, длительность τ₁ и период повторения Т.

Целью изобретения является упрощение технической реализации и увеличение дальности обнаружения НЭУ.

Решаются задачи выбора параметров импульсного режима работы НРЛ, при котором обеспечивается возможность обнаружения НЭУ путем измерения параметров принятого сигнала на частоте основной гармоники, а также разработки последовательности действий для обнаружения НЭУ.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе обнаружения НЭУ в зондирующий сигнал в пределах каждого периода повторения Т добавляется второй радиоимпульс, имеющий частоту заполнения, равную частоте основной гармоники f₁, амплитуду A₂, длительность τ₂, запаздывающий относительно момента окончания первого радиоимпульса на величину Δt. Отношение N амплитуды второго радиоимпульса А₂ к амплитуде первого радиоимпульса А₁ выбирается таким, чтобы в приемном устройстве по изменению этого отношения можно было установить наличие НЭУ в зоне обзора. Отношение длительности первого радиоимпульса τ₁ к длительности второго радиоимпульса τ₂ устанавливается равным N², чем обеспечивается равенство энергии первого радиоимпульса Е₁, пропорциональной произведению квадрата его амплитуды А₁ на длительность этого импульса τ₁, и энергии второго радиоимпульса Е₂, пропорциональной произведению квадрата его амплитуды А₂ на длительность этого импульса τ₂. Величина запаздывания второго радиоимпульса Δt определяется параметрами последействия зондирующего импульса на НЭУ и при отсутствии последействия может быть равной нулю.

На фиг. 1 изображена структурная схема НРЛ, реализующего заявленный способ обнаружения НЭУ.

НРЛ содержит формирователь импульсов 1, передатчик 2, антенну 3, приемное устройство 4, устройство принятия решения 5, устройство индикации 6.

Работа НРЛ в соответствии с заявляемым способом осуществляется следующим образом. Формирователь импульсов 1 на своем выходе формирует периодическую последовательность с периодом Т из пар прямоугольных импульсов, имеющих длительности τ₁ и τ₂ = N²τ₁, причем второй импульс запаздывает относительно момента окончания первого импульса на величину Δt. В передатчике 2 данная последовательность импульсов обеспечивает формирование зондирующего радиосигнала в виде периодической последовательности из пар радиоимпульсов с периодом T, длительностями τ₁ и τ₂, частотой заполнения f₁ и амплитудами А₁ и А₂=N А₁. Антенна 3 преобразует зондирующий сигнал в форму радиоволн и направляет радиоволны на зону обзора, в которой может находиться НЭУ. Если НЭУ там действительно находится, то на проводниках НЭУ радиоволны преобразуются во входной электрический сигнал, мощность которого воздействует на нелинейные элементы НЭУ, в результате чего на нелинейных элементах НЭУ возникает выходной электрический сигнал, составляющая которого с частотой основной гармоники имеет вид последовательности из пар радиоимпульсов с нарушенным относительно исходного значения N отношением амплитуды второго радиоимпульса к амплитуде первого радиоимпульса. Этот выходной электрический сигнал на проводниках НЭУ преобразуется в радиоволны, которые излучаются в пространство, в том числе в направлении антенны 3. На выходе антенны 3 образуется принятый радиосигнал, имеющий частоту основной гармоники, который в приемном устройстве 4 преобразуется в периодическую последовательность из первого принятого радиоимпульса и второго принятого радиоимпульса в форме, допускающей обработку устройством принятия решения 5. В устройстве принятия решения 5, синхронизированного с работой формирователя импульсов 1, в пределах каждого периода повторения и в течение каждого интервала времени, занимаемого первым принятым радиоимпульсом и занимаемого вторым принятым радиоимпульсом, обрабатывают так, чтобы уровни сигналов в момент окончания первого принятого радиоимпульса и в момент окончания второго принятого радиоимпульса были пропорциональны энергиям первого принятого радиоимпульса и второго принятого радиоимпульса. Уровень сигнала в момент окончания первого принятого радиоимпульса запоминают до момента окончания второго принятого радиоимпульса и производят измерение отношения этого уровня к уровню сигнала в момент окончания второго принятого импульса М. Если отношение М отличается от единицы «вверх» или «вниз» сверх границ заранее установленной зоны неопределенности, обусловленной неточностью измерений уровней сигналов и наличием радиопомех, то принимают решение о наличии НЭУ в зоне обзора НРЛ. В противном случае принимают решение об отсутствии НЭУ в зоне обзора НРЛ. Результат работы устройства принятия решения 5 отображается устройством индикации 6 в форме, удобной для восприятия оператором.

Сущность изобретения и возможность его осуществления поясняются фиг. 2-4, где

на фиг. 2 а приведен вид огибающей напряжения U зондирующего радиосигнала: первого радиоимпульса s₁(t) и второго радиоимпульса s₂(t), запаздывающего от момента окончания первого радиоимпульса на величину Δt, причем амплитуда второго радиоимпульса А₂, для примера, больше амплитуды первого радиоимпульса A₁ в N раз, а длительность второго радиоимпульса τ₂ меньше длительности первого радиоимпульса τ₁ в N² раз, а на фиг. 2 б приведен вид огибающих сигнала Z на выходе приемного устройства во время действия первого радиоимпульса z₁(i) и во время действия второго радиоимпульса z₂(t), если в приемном устройстве осуществляется накопление энергии сигнала во время действия первого радиоимпульса и во время действия второго радиоимпульса раздельно при условии, что НЭУ в зоне обнаружения отсутствует: уровни сигналов на выходе приемного устройства в момент окончания первого радиоимпульса е₁ и в момент окончания второго радиоимпульса е₂, пропорциональные энергиям первого радиоимпульса Е₁ и второго радиоимпульса Е₂, равны;

на фиг. 3 проиллюстрировано воздействие напряжений U первого радиоимпульса u₁(t) с амплитудой а₁ и второго радиоимпульса u₁(f) с амплитудой а₂, причем отношение амплитуды а₂ к амплитуде а₁ равно величине N в силу линейности среды распространения радиоволн и линейности преобразований радиоволн в электрический сигнал антенной НРЛ и проводниками НЭУ, на нелинейный элемент с вольтамперной характеристикой I(U) типа характеристики p-n перехода, в результате которого на выходе нелинейного элемента возникают переменные токи, вызванные воздействием первого радиоимпульса i₁(t) с пиковым уровнем b₁ и второго радиоимпульса i₂(t) с пиковым уровнем b₂, при этом, вследствие нелинейности вольтамперной характеристики I(U), отношение М пикового уровня b₂ к пиковому уровню b₁ отличается от отношения N амплитуды а₂ к амплитуде а₁:

на фиг. 4а приведен вид огибающей напряжения U принятого радиосигнала с частотой основной гармоники: первого принятого радиоимпульса y₁(t) и второго принятого радиоимпульса у₂(t), причем амплитуда второго принятого радиоимпульса В₂ отличается от амплитуды первого принятого радиоимпульса В₁ приблизительно в М раз (степень приближения зависит от вида вольтамперной характеристики нелинейного элемента), длительность первого принятого радиоимпульса τ₁ равна длительности первого радиоимпульса зондирующего радиосигнала, длительность второго принятого радиоимпульса τ₂ равна длительности второго радиоимпульса зондирующего радиосигнала, а на фиг. 4б приведен вид огибающей сигнала Z на выходе приемного устройства во время действия первого радиоимпульса z₁(t) и во время действия второго радиоимпульса z₂(t), если в приемном устройстве осуществляется накопление энергии во время действия первого радиоимпульса и во время действия второго радиоимпульса раздельно и когда НЭУ в зоне обнаружения присутствует: уровни сигналов на выходе приемного устройства в момент окончания первого принятого радиоимпульса е₁ и в момент окончания второго принятого радиоимпульса е₂ не равны, так как они пропорциональны значениям энергии первого принятого радиоимпульса и второго принятого радиоимпульса, а равенство этих значений нарушено, так как отношение М амплитуды второго принятого радиоимпульса В₂ к амплитуде первого принятого радиоимпульса В₁ не равно первоначальному значению N, а отношение длительности первого принятого радиоимпульса τ₁ к длительности второго принятого радиоимпульса τ₂ осталось равным N² - таким же, как отношение длительности первого радиоимпульса к длительности второго радиоимпульса зондирующего сигнала.

По сравнению с известным, предложенное техническое решение проявляет новое техническое свойство, заключающееся в том, что обнаружение НЭУ осуществляется в результате сравнения уровней двух сигналов, полученных путем обработки на частоте основной гармоники зондирующего сигнала в виде периодической последовательности из пар радиоимпульсов, следующих друг за другом и имеющих разную амплитуду, но одинаковую энергию. Таким образом, новый способ обнаружения НЭУ при технически несложном изменении способа формирования зондирующего сигнала обеспечивает существенное упрощение технической реализации способа обработки принятого сигнала, так как не требует обработки принятого сигнала на частотах высших гармоник, а также обеспечивает увеличение дальности обнаружения НЭУ при фиксированной мощности зондирующего сигнала, так как количественные различия в уровнях принятых сигналов на частоте основной гармоники, вызванные нелинейностью вольтамперных характеристик нелинейных элементов НЭУ, существенно выше количественных показателей преобразования уровней сигналов на частоте основной гармоники в уровни сигналов на частотах высших гармоник.

В результате применения заявляемого способа можно реализовать НРЛ более простой конструкции, но с увеличенной дальностью обнаружения НЭУ по сравнению с существующими импульсными НРЛ при таких же значениях мощности зондирующего сигнала.

Рассмотренное показывает, что заявляемый способ осуществим и обеспечивает достижения технического результата, заключающегося в упрощении технической реализации и повышении дальности обнаружения НЭУ.

Источники информации

1. Хорев А.А. Методы и средства поиска электронных устройств перехвата информации. Москва, изд-во Министерства обороны РФ. 1998 г. 224 с.

2. Произвольно конфигурируемый нелинейный локатор ЛОРНЕТ-СТАР. АО Элвира: сайт. URL: http://www.elvira.ru/ru/productions/nljd-general/nljd-lornet-star/ (дата обращения 18.10.2021).

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования в нелинейных радиолокаторах. Технический результат: упрощение конструкции и увеличение дальности обнаружения нелинейных электронных устройств (НЭУ). Технический результат достигается тем, что формируют зондирующий радиосигнал в виде периодической последовательности радиоимпульсов, содержащей в пределах каждого периода первый радиоимпульс и второй радиоимпульс, следующий за первым, имеющие разные амплитуды, но одинаковую энергию на частоте основной гармоники. Направляют радиоволны на зону обнаружения НЭУ, улавливают радиоволны, отраженные от них, выделяют составляющую в виде первого и второго принятых радиоимпульсов, получают выходной сигнал в виде первого и второго импульсов, измеряют отношение уровня первого импульса выходного сигнала в момент окончания первого принятого радиоимпульса к уровню второго импульса в момент окончания второго принятого радиоимпульса, и если это отношение уровней отличается от единицы сверхдопустимых граничных значений, установленных с учетом погрешностей измерений и влияния радиопомех, принимают решение о наличии пассивных радиоэлектронных устройств в зоне обзора. 4 ил.

Способ обнаружения нелинейных электронных устройств, согласно которому формируют зондирующий радиосигнал в виде периодической последовательности радиоимпульсов на частоте основной гармоники, преобразуют зондирующий радиосигнал в радиоволны, направляют радиоволны на зону обнаружения нелинейных электронных устройств, улавливают радиоволны, отраженные от нелинейных электронных устройств, преобразуют радиоволны, отраженные от нелинейных электронных устройств в принятый радиосигнал, проводят обработку принятого радиосигнала для получения выходного сигнала, измеряют параметры выходного сигнала и по результатам измерений параметров выходного сигнала принимают решение о наличии нелинейных электронных устройств в зоне обзора, отличающийся тем, что периодическая последовательность радиоимпульсов содержит в пределах каждого периода первый радиоимпульс и второй радиоимпульс, следующий за первым, имеющие разные амплитуды, но одинаковую энергию, обработка принятого радиосигнала сигнала состоит в выделении составляющей сигнала на частоте основной гармоники в виде первого принятого радиоимпульса и второго принятого радиоимпульса, получении выходного сигнала в виде первого импульса и второго импульса, уровни которых в момент окончания первого принятого радиоимпульса и в момент окончания второго принятого радиоимпульса пропорциональны энергии первого принятого радиоимпульса и энергии второго принятого радиоимпульса, соответственно, измеряют отношение уровня первого импульса выходного сигнала в момент окончания первого принятого радиоимпульса к уровню второго импульса в момент окончания второго принятого радиоимпульса и принимают решение о наличии пассивных радиоэлектронных устройств в зоне обзора, если отношение уровня первого импульса выходного сигнала в момент окончания первого принятого радиоимпульса к уровню второго импульса в момент окончания второго принятого радиоимпульса отличается от единицы сверхдопустимых граничных значений, установленных с учетом погрешностей измерений и влияния радиопомех.