СПОСОБ ИМПУЛЬСНО-ДОПЛЕРОВСКОЙ РАДИОЛОКАЦИИ И УСТРОЙСТВО С АВТОДИННЫМ ПРИЁМОПЕРЕДАТЧИКОМ ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2023 года по МПК G01S13/18 G01S13/34 G01S13/42 G01S13/53 G01S13/93 G01S7/288 

Изобретение относится к системам ближней радиолокации (СБРЛ) с определением дальности путем измерения времени задержки отраженного от объекта локации радиоимпульса и относительной скорости движения по доплеровскому смещению частоты. Может использоваться в системах обнаружения и определения параметров движения целей в контролируемой зоне, например, в системах предотвращения столкновений транспортных средств.

Известны устройства радиоимпульсной локации контролируемого пространства с определением дальности до цели путем измерения времени задержки отраженных от объекта радиоимпульсов, заявленные, например, в [1-19]. Принцип действия этих устройств основан на разделении во времени процессов формирования зондирующих и приема отраженных радиосигналов (см. стр. 334-363, [20]). При этом прием отраженных радиосигналов производится на определенном отрезке времени после излучения зондирующих радиоимпульсов, которым соответствует дальность обнаружения цели. Устройства содержат источники зондирующих радиоимпульсов, раздельные антенны для приема и передачи или антенные переключатели и одну общую антенну, приемники. Недостатками таких устройств являются сложность и громоздкость конструкции приемопередающего СВЧ модуля, создающие проблему при их бортовом исполнении, при котором экономичность, малые габариты, вес и стоимость комплектующих являются определяющими факторами.

Известны радиолокационные устройства, также работающие в режиме радиоимпульсного излучения [21-27]. Эти устройства выполнены на основе автогенератора в сверхрегенеративном режиме, который совмещает функции передатчика зондирующих радиоимпульсов и приемника радиосигналов, отраженных от цели. Благодаря такому совмещению сверхрегенеративные приемопередатчики обеспечивают простейшую конструкцию СВЧ модуля. Недостатком устройств на основе сверхрегенераторов является низкая точность определения относительной скорости движения цели из-за отсутствия доплеровской селекции сигналов, полученных от цели.

Известны устройства, в которых функции передатчика и приемника также выполняет единственный каскад - автогенератор (собственно, автодин), работающий в так называемом автодинном режиме [26-35]. Принцип действия этих устройств основан на автодинном эффекте, который состоит в изменениях с частотой Доплера параметров колебаний (амплитуды и частоты), а также тока и/или напряжения в цепи смещения активного элемента под воздействием отраженного от цели излучения. Регистрация (выделение) этих изменений в качестве автодинного сигнала и его обработка обеспечивают получение по частоте Доплера информацию об относительной скорости цели, а по измерениям амплитуды отраженного от цели сигнала и доплеровской частоты - о дальности. Недостатком таких устройств является низкая точность определения расстояния до цели.

Известны устройства, в которых автодинный приемопередатчик работает в режиме импульсной модуляции излучения [36-51]. При этом приём отражённого радиосигнала и его выделение производятся во время излучения зондирующего радиоимпульса, когда время запаздывания отражённого радиосигнала меньше длительности зондирующих радиоимпульсов () [52,53]. В этом случае процесс выделения информации об отраженном сигнале производится по разности фаз излучаемого и принимаемого радиосигналов вследствие их взаимной когерентности. Относительное перемещение цели и радиолокационного устройства вызывает соответствующие изменения разности фаз этих радиосигналов. Данные изменения фазы в цепи питания автодинного генератора и/или на выходе амплитудного детектора, подключенного к колебательной системе автодина, преобразуются в видеоимпульсы длительностью . Выделение и «растяжение» по времени этих видеоимпульсов на период их повторения путем временного стробирования схемой выборки-хранения и последующая фильтрация обеспечивают формирование доплеровского сигнала. Этот сигнал служит для измерения скорости, определения относительно исходного текущего положения цели и решения задачи ее обнаружения.

Известны также конструктивно простые локационные устройства с радиоимпульсным излучением [54,55], выполненные на основе автодинного генератора. Устройства содержат последовательно соединенные, блок формирования тактирующих импульсов, автодинный генератор с присоединенной к нему антенной и средства выделения и усиления автодинного сигнала. В этих устройствах используется принцип формирования парных радиоимпульсов на одной частоте, из которых первый радиоимпульс является зондирующим, а второй - приемным. При этом отраженный радиоимпульс во время его приема смешивается с генерируемым автодинным генератором вторым радиоимпульсом той же пары, когда время задержки отраженного радиоимпульса совпадает с временным интервалом между парами. В результате этого смешения возникает реакция автодина в виде изменения его режима работы: амплитуды колебаний, тока и/или напряжения в цепи питания генератора. Выделение этих изменений в виде полезного сигнала обеспечивает получение информации о цели. В устройстве согласно патенту [54], указанные изменения режима происходят с доплеровской частотой, что обеспечивает возможность селекции цели как по дальности, так и по скорости ее перемещения.

Недостатками устройств, заявленных в материалах [36-54] являются невозможность обнаружения неподвижных и медленно движущихся объектов и определения текущего расстояния до цели, поскольку принцип действия их основан на получении и обработке доплеровских сигналов [52,53]. При этом фликкерные флуктуации параметров колебаний автодинного генератора ограничивают максимальную дальность действия СБРЛ.

Способ радиоимпульсной локации устройства, заявленного в [55], состоит в формировании амплитудно-модулированного (АМ) первого радиоимпульса пары, излучении его в направлении цели, приеме части отраженного от цели излучения, воздействии принятым излучением на автодинный генератор во время формирования следующего радиоимпульса пары, выделении в генераторе автодинного сигнала на частоте АМ излучаемого радиоимпульса, усилении и сравнении амплитуды автодинного сигнала с пороговым уровнем.

Анализ технического решения, заявленного в [55], показал, что в качестве зондирующего излучения в этом устройстве используется энергетически невыгодный вид модуляции - амплитудный. При таком виде модуляции даже при стопроцентной глубине модуляции мощность боковых составляющих колебания составляет примерно треть (0,375) относительно пикового значения мощности или половину относительно мощности немодулированного несущего колебания (см. стр. 88, [56]). Кроме того, известно, что прием сигнала с АМ посредством автодинного генератора также не является оптимальным. Воздействие отраженного радиосигнала на автодинный генератор с такой же несущей частотой вызывает его захват. При этом АМ воздействующего радиосигнала в синхронизированном автогенераторе ограничивается (см. стр. 54-55, [57], стр. 149-164, [58]). По этой причине результирующая реакция автогенератора как приемного устройства радиолокатора на воздействие АМ сигнала является пониженной или может вообще отсутствовать. Поэтому известное устройство [55] имеет значительные потери в энергетике сигналов, как передатчика, так и приемника, и, соответственно, в дальности его действия как радиолокационного устройства. Дополнительным недостатком этого устройства является низкая точность определения относительной скорости движения цели из-за отсутствия доплеровской селекции сигналов цели, поскольку принцип действия его основан на получении информации о дальности только по времени запаздывания отраженного сигналов.

Известны также технические решения, которые предложены в способах и устройстве импульсно-доплеровской локации для обнаружения целей в контролируемой зоне селекции по дальности и определения их параметров движения, описанные в патентах [59-62]. Наиболее полно суть изобретений на способ и устройство изложена в патенте США US5864313, опубл. 26.06.1999, МПК⁶ G01S7/28. Process for determining the intermediate frequency deviation in frequency pulsed radar systems / R. Speck et al. [62]. По технической сущности, принципу действия и достигаемому положительному эффекту описанные в этом патенте устройство и способы являются наиболее близкими аналогами (прототипами) предлагаемому техническому решению.

Устройство-прототип содержит (см. фиг. 1, [62]) антенну, высокочастотный (ВЧ) генератор с возможностью электрического управления частотой (генератор управляемый напряжением - ГУН), (ВЧ) смеситель, первый и второй управляемые переключатели ВЧ сигналов (УПВЧС), делитель мощности (ДМ) сигналов разностной частоты (РЧ), первый и второй квадратурные смесители сигналов РЧ, фазовращатель на два квадратурных выхода 0° и 90° опорного сигнала промежуточной частоты (ПЧ), первое и второе устройства выборки-хранения (УВХ), блок синхронизации и управления (БСУ). Высокочастотный порт ВЧ генератора присоединен к переключаемому выводу первого УПВЧС, антенна присоединена к переключаемому выводу второго УПВЧС, выводы S первого и второго УПВЧС соединены между собой, вывод E первого УПВЧС присоединен к гетеродинному входу ВЧ смесителя, вывод E второго УПВЧС присоединен к сигнальному сходу ВЧ смесителя, а выход ВЧ смесителя подключен к входу делителя мощности сигналов РЧ, выходы которого присоединены к сигнальным входам первого и второго квадратурных смесителей сигналов РЧ, при этом выходы последних подключены к сигнальным входам первого и второго УВХ. Первый выход БСУ подключен к управляющему входу частотой ВЧ генератора, второй выход БСУ подключен к входам управления УПВЧС, третий выход опорного сигнала ПЧ подключен к входу фазовращателя, квадратурные выходы которого подключены к гетеродинным входам первого и второго квадратурных смесителей сигналов РЧ, а четвертый выход БСУ подключен к входам управления УВХ.

БСУ содержит тактовый генератор, выходы которого подключены к входу формирователя импульсов управления УПВЧС и частотой ВЧ генератора, а также к входу умножителя частоты опорного сигнала ПЧ.

Согласно описанию принципа действия, изложенного в [62], способ импульсно-доплеровской локации устройства-прототипа состоит в том, что частоту выходных колебаний ВЧ генератора на время формирования зондирующих радиоимпульсов переключают на величину ПЧ относительно частоты колебаний в остальное время периода повторения зондирующих радиоимпульсов, когда колебания ВЧ генератора являются гетеродинными, излучают зондирующие радиоимпульсы в контролируемое пространство, принимают отраженные от цели радиоимпульсы и смешивают их с гетеродинными колебаниями ВЧ генератора, преобразуют принятые от цели радиоимпульсы в радиоимпульсы РЧ, смешивают последние в квадратурном смесителе с опорными колебаниями ПЧ, преобразуют радиоимпульсы РЧ в область низких доплеровских частот в виде квадратурных видеоимпульсов и , затем выполняют выборку мгновенных значений квадратурных видеоимпульсов и , и по значениям выборок получают информацию о наличии цели, дальности и параметрах ее перемещения.

При этом опорные колебания ПЧ получают умножением частоты выходных колебаний тактового генератора, этими же колебаниями тактового генератора синхронизируют моменты формирования зондирующих радиоимпульсов и переключения частоты ВЧ генератора.

В отношении выборки мгновенных значений квадратурных видеоимпульсов и в [62] предложено четыре способа их выполнения. По первому способу указанную выборку выполняют с регулярными периодическими интервалами времени в пределах каждого квадратурного видеоимпульса и . По второму способу указанную выборку выполняют во множестве точек, расположенных в шахматном порядке по фазе квадратурных видеоимпульсов и . По третьему способу указанную выборку выполняют во множестве точек, расположенных в шахматном порядке по фазе, и со смещением точек выборки по времени от одного принятого от цели радиоимпульса к последующему радиоимпульсу на временную задержку, которая равна длительности импульса выборки, деленной на количество значений выборки в них. По четвертому способу предложено выполнять выборку аналогично первому способу, но при увеличении ширины зондирующего радиоимпульса таким образом, чтобы он распространялся на множество точек выборки.

Основной недостаток прототипа заключается в следующем. Колебания зондирующих радиоимпульсов и гетеродинные колебания, отличающиеся по частоте на величину ПЧ, генерируются одним и тем же ВЧ генератором во временной последовательности, то есть, оба сигнала никогда не присутствуют на выходе ВЧ генератора одновременно. Когерентность этих колебаний, которая задается тактовым генератором относительно моментов переключения частоты ВЧ генератора, из-за естественной нестабильности и непредсказуемых уходов частоты генерации нарушается с увеличением времени запаздывания отраженных от цели радиоимпульсов, то есть, дальности до цели. Это приводит к нелинейности в зависимости набега фазы колебаний отраженных радиоимпульсов от времени запаздывания, а также, как следствие, изменению значения РЧ сигнала на выходе ВЧ смесителя, снижению отношения сигнал/шум и искажениям видеоимпульсов и на выходе квадратурного смесителя (см. описание и диаграммы фиг. 8, [62]). Отмеченные явления усиливаются с увеличением диапазона частот несущего излучения, особенно в диапазоне миллиметровых волн. Они являются причиной снижения предельной дальности действия СБРЛ, надежности обнаружения и точности определения параметров движения цели.

Дополнительными недостатками прототипа являются большое потребление тока по цепи питания, поскольку ВЧ генератор работает непрерывно. Наличие утечки излучения ВЧ генератора осложняет решение задачи электромагнитной совместимости и скрытности работы в условиях возросшего количества радиосредств. Конструктивная сложность ВЧ части устройства также относится к недостатку прототипа. Указанные недостатки создают проблему применения устройства-прототипа в СБРЛ бортового исполнения. Например, в датчиках обнаружения цели в зоне контроля, а также в системах предотвращения столкновений транспортных средств.

Таким образом, техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в исключении недостатков прототипа, а именно: увеличение дальности действия СБРЛ, повышение надежности обнаружения и точности определения параметров движения цели путем улучшения когерентности колебаний зондирующих и гетеродинных радиоимпульсов, а также снижение потребления тока питания и уровня утечки излучения благодаря переводу ВЧ генератора в импульсный режим работы, а также упрощение конструкции ВЧ части СБРЛ за счет исключения ВЧ смесителя, первого и второго УПВЧС при сохранении функциональных возможностей и энергетических параметров прототипа, влияющих на дальность действия СБРЛ.

Для достижения поставленной цели ВЧ генератор «переводится в режим автодина [55]», что следует понимать, согласно определению [63], как оснащение ВЧ генератора блоком выделения (БВ) автодинного сигнала. В таком случае совокупность ВЧ генератора и БВ автодинного сигнала становится так называемым автодинным генератором (или просто автодином), выполняющим функции (автодинного) приемопередатчика. В автодинном генераторе под воздействием парных импульсов запуска формируется последовательность из пар радиоимпульсов. В этих парах первый радиоимпульс является зондирующим, а второй - приемным. Частота зондирующего радиоимпульса относительно частоты приемного радиоимпульса смещена на величину ПЧ. Когерентность колебаний каждого из формируемых радиоимпульсов обеспечивается ударным возбуждением ВЧ генератора, при котором импульсом запуска с крутым фронтом навязываются начальные фаза и амплитуда колебаний, а частота генерации становится кратной частоте повторения импульсов с пониженным уровнем шума (см. авт. свидетельство SU1292161A1 [64] и стр. 37-40 в книге [65]). При этом когерентность полученных колебаний достигается относительно колебаний задающего тактового генератора, что создает условия для их использования в качестве простых приемопередающих устройств импульсно-доплеровских радиолокаторов.

Решение указанной проблемы достигается тем, что предложен способ импульсно-доплеровской радиолокации, заключающийся в том, что на ВЧ генератор ударно воздействуют последовательностью парных импульсов запуска с крутыми фронтами, формируют при этом в ВЧ генераторе в течение каждого радиоимпульса когерентные относительно частоты запускающих импульсов колебания, причем частоту первых радиоимпульсов каждой пары смещают относительно частоты вторых радиоимпульсов на величину ПЧ, облучают контролируемое пространство сформированными в ВЧ генераторе радиоимпульсами, принимают отраженные от находящейся в этом пространстве цели первые радиоимпульсы каждой пары и воздействуют ими на ВЧ генератор во время формирования в нем второго радиоимпульса, смешивают колебания принятого радиоимпульса с собственными колебаниями ВЧ генератора, вызывая в нем автодинные изменения амплитуды колебаний, а также тока и/или напряжения в цепи питания ВЧ генератора с РЧ, выделяют автодинные изменения в виде радиоимпульсов РЧ, смешивают их с опорными колебаниями ПЧ в квадратурном смесителе, преобразуют радиоимпульсы РЧ в область низких доплеровских частот в виде квадратурных видеоимпульсов и , затем выполняют выборку мгновенных значений квадратурных видеоимпульсов и , и по значениям выборок далее получают информацию о наличии цели, дальности и параметрах ее перемещения.

Предлагаемое устройство с автодинным приёмопередатчиком для систем импульсно-доплеровской радиолокации содержит антенну, ВЧ генератор, выполненный с возможностью электрического управления частотой генерации, делитель мощности (ДМ) сигналов РЧ, первый и второй квадратурные смесители сигналов РЧ, фазовращатель на два квадратурных выхода сигналов опорной ПЧ, первое и второе устройства выборки-хранения, а также программируемый блок синхронизации и управления (ПБСУ), причем высокочастотный порт ВЧ генератора присоединен к антенне, выходы делителя мощности сигнала РЧ присоединены к сигнальным входам первого и второго квадратурных смесителей сигналов РЧ, первый выход ПБСУ подключен к управляющему входу частотой ВЧ генератора, а третий выход подключен к входу фазовращателя, квадратурные выходы которого подключены к гетеродинным входам первого и второго квадратурных смесителей сигналов РЧ, при этом выходы последних подключены к сигнальным входам устройств выборки-хранения, для решения указанной проблемы между вторым выходом ПБСУ и входом запуска ВЧ генератора введен генератор импульсов ударного возбуждения (ГИУВ), а между ВЧ генератором и делителем мощности сигнала РЧ введен блок выделения автодинного сигнала РЧ. ПБСУ содержит тактовый генератор, выходы которого подключены к входам программируемых умножителя и делителя частоты, а также селектор импульсов на три входа.

Выполненный анализ упомянутых выше технических решений в области применения автодина в качестве приемопередатчика в импульсно-доплеровских радиолокаторах показал, что известные устройства [54,55] по своей сути и принципу действия, а также достигаемым техническим показателям существенно отличаются от предлагаемого технического решения и не могут быть противопоставлены заявляемому устройству. Были рассмотрены также альтернативные решения в данной и смежной областях техники (см., например, патенты [1-19], [36-51]; EP2159597A2; JP4392428B2; US2423644, US2467670, US3390391, US3454946, US4521778, US6587072 B1, US7420503 B2, US20080246650A1; US20100265121A1) и литературу (см. [20, 28, 52, 53], стр. 279-285, рис. 9.5, 9.6 [66]; стр. 164-169, [67]; стр. 517-530, рис. 11.4 - 11.6 [68]; а также [69,70]). В результате установлено, что известные устройства импульсно-доплеровской радиолокации выполнены преимущественно на основе отдельных узлов передатчика и приёмника. Следовательно, предлагаемое техническое решение обладает новизной, поскольку авторам не известны устройства аналогичного назначения, содержащие признаки, которые фигурируют в предлагаемом изобретении в качестве отличительных признаков.

Анализ результатов патентного поиска показал, что предлагаемое решение не следует явным образом из уровня техники. Отсюда следует, что поиск не выявил известность влияния существенных признаков заявляемого технического решения на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Изобретение направлено на улучшение параметров и характеристик СБРЛ, предназначенных для решения широкого круга задач обнаружения, измерения дальности и определения параметров движения целей. Решение этих задач востребовано во многих отраслях человеческой деятельности, например, в системах контроля технологических параметров в производстве и на транспорте, в сельском хозяйстве и медицине, в системах безопасности и военном деле, в робототехнике, технологиях бесконтактной сенсорики объектов и научных исследованиях, что необходимо для удовлетворения все возрастающих потребностей человека. Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства с автодинным приёмопередатчиком для систем импульсно-доплеровской радиолокации.

На фиг. 2 представлена структурная схема варианта выполнения БСУ в виде программируемого блока синхронизации и управления ПБСУ.

На фиг. 3 представлены варианты выполнения автодина (АД) с выделением автодинного сигнала по изменению тока в цепи питания автодинного генератора (АГ) (а) и по изменению амплитуды колебаний (б).

На фиг. 4 представлены временные диаграммы сигналов в характерных точках устройства с автодинным приёмопередатчиком для систем импульсно-доплеровской радиолокации: (а) - выходное напряжение управления частотой автодинного генератора; (б) - выходное напряжение генератора импульсов ударного возбуждения автодинного генератора; (в) - опорные колебания промежуточной частоты; (г) - выходные пачки импульсов синхронизации выборок первого и второго АЦП-1 и АЦП-2; (д) - выходные колебания автодинного генератора при формировании пар радиоимпульсов на первой и второй частоте соответственно; (е) - колебания отраженных от цели радиоимпульсов; (ж) - преобразованные колебания на выходе автодинного приемопередатчика; (з) - выходной сигнал на выходе квадратурного смесителя; (и) - выходной сигнал на выходе квадратурного смесителя.

Суть предложенного способа импульсно-доплеровской радиолокации будет рассмотрена ниже при описании работы устройства.

Устройство с автодинным приёмопередатчиком для систем импульсно-доплеровской радиолокации (см. фиг. 1) содержит антенну А, автодинный приемопередатчик (или просто автодин - АД), выполненный на основе ВЧ генератора с возможностью электрического управления частотой генерации и блока выделения автодинного сигнала, делитель мощности ДМ сигналов РЧ, первый СМ-I и второй СМ-Q квадратурные смесители сигналов РЧ, фазовращатель ФВ на два квадратурных выхода сигнала опорной ПЧ, первый АЦП-1 и второй АЦП-2 аналого-цифровые преобразователи, программируемый блок синхронизации и управления ПБСУ, а также блок цифровой обработки сигналов БЦОС.

Антенна А присоединена к высокочастотному порту автодина АД, а его третий вывод сигнала РЧ подключен к входу делителя мощности ДМ сигнала РЧ. Выходы ДМ присоединены к сигнальным входам первого СМ-I и второй СМ-Q квадратурных смесителей сигналов РЧ. При этом выходы первого СМ-I и второй СМ-Q квадратурных смесителей сигналов РЧ присоединены к сигнальным входам первого АЦП-1 и второго АЦП-2 соответственно, а выходы последних подключены к сигнальным входам блока цифровой обработки сигналов БЦОС. Первый вывод программируемого блока синхронизации и управления ПБСУ подключен к входу (под цифрой 1) управления частотой генерации автодина АД, а второй вывод ПБСУ через генератор импульсов ударного возбуждения ГИУВ подключен к входу (под цифрой 2) запуска автодина АД. Третий вывод ПБСУ подключен к входу фазовращателя ФВ опорного сигнала ПЧ, квадратурные выходы которого подключены к гетеродинным входам первого СМ-I и второй СМ-Q квадратурных смесителей сигналов РЧ, а четвертый вывод ПБСУ подключен к тактовым входам первого АЦП-1 и второго АЦП-2.

Программируемый блок синхронизации и управления ПБСУ содержит (см. фиг. 2) тактовый генератор ТГ, программируемые умножитель ПУЧ и делитель ПДЧ частоты, селектор импульсов СИ на три входа, а также приемопередающий порт 5 шины команд программирования ШКП. При этом выходы тактового генератора ТГ подключены к входам ПУЧ и ПДЧ, а программируемые выходы последних (ПУЧ и ПДЧ) подключены к входам селектора импульсов СИ на три входа. Первый, второй, третий и четвертый выводы ПБСУ подключены к программируемым выходам ПДЧ, ПУЧ и СИ.

БЦОС содержит средства для цифровой обработки сигналов, а также шинные приемопередатчики (на фиг. 1 не показаны), которые посредством шины команд программирования ШКП и шины выходных данных ШВД связаны с пятым приемопередающим портом ПБСУ и конечным потребителем данных соответственно (см. фиг. 1).

Автодин АД (см. фиг. 3) содержит автодинный генератор АГ, выполненный, например, на основе генераторного диода Д2 (диода Ганна или лавинно-пролётного диода), помещенного в резонатор АГ, и блок выделения (БВ) автодинного сигнала РЧ. Варианты выполнения АД на основе генераторных диодов с БВ автодинного сигнала по первому варианту (в цепи питания) описаны в статье [63] (см. рис. 14 и рис. 21). БВ может быть выполнен в виде широкополосного датчика тока ДТ, включенного между выводом диода Д2 и вторым выводом автодина АД (см. фиг. 3,а). В качестве датчиков тока обычно используются последовательно подключенные в цепь питания резистор, индуктивность, трансформатор тока, параллельный колебательный контур или схема с трансформаторно-емкостной связью контуров (см. рис. 74, монографии [71]). В патенте [48] (см. фиг. 1, 4 и 5) для повышения быстродействия и, соответственно, расширения полосы частот автодинного сигнала РЧ предложено применение в качестве БВ схемы делителя Вилкинсона, образованной микрополосковыми линиями.

Блок выделения (БВ) автодинного сигнала РЧ по второму варианту может быть выполнен на основе детекторного диода Д3, помещенного в резонатор АГ (см. фиг. 3,б) или в связанную с резонатором передающую линию, как показано на фиг. 2 патента РФ RU2295911C1 (опубл. 27.03.2007, бюл. № 9) и на рис. 6а и 9а статьи [63]. Для обеспечения электрической перестройки частоты генерации в резонатор АГ может быть помещён варикап (см. стр. 80-84, [72]). Запуск АГ на диоде Ганна производится подачей импульса напряжения в цепь питания (см. рис. 15, [63], патент [64]), а ЛПД - импульса тока (см. рис. 22, [63]). Выход БВ автодинного сигнала подключен к третьему выводу АД. Электрическое управление частотой генерации АД через его первый вывод в обоих вариантах осуществляется посредством варикапа Д1, помещенного в колебательную систему АГ.

Автодин АД может быть выполнен также в виде генераторного модуля на основе одного или нескольких транзисторов, в цепь питания которых последовательно подключен резистор или электронная схема для преобразования автодинных изменений тока в напряжение автодинного сигнала (см., например, фигуры с 18 по 23 патента [34]). Для перестройки частоты в резонатор ВЧ генератора обычно подключается варикап (см. фиг. 44с, 45с, [34]). Ударный запуск ВЧ генератора может осуществляться по цепи питания генератора (см. фиг. 43, [34]), а также по цепям управления усилителей, выполненных на биполярных или полевых транзисторах [73, 74].

Генератор импульсов ударного возбуждения ГИУВ, предназначенный для формирования импульсов запуска с крутым фронтом пикосекундной длительности, служит для получения в АГ когерентных колебаний радиоимпульсов. При этом длительность фронта выходных импульсов ГИУВ для возбуждения в ВЧ генераторе инкрементных [75] (возрастающих) колебаний обычно выбирают равной половине периода колебаний ВЧ генератора, а амплитуда импульсов должна быть не менее чем на порядок выше уровня собственных шумов ВЧ генератора (см. раздел 5.6. «Примерный порядок проектирования и расчета РПЧ», стр. 103-108, книги [65]).

Исследования радиоимпульсных генераторов на диодах Ганна 3-см диапазона длин волн показали, что условия когерентности радиоимпульсов выполняются при запуске импульсами с продолжительностью фронта около 50 пикосекунд и амплитудой ударного возбуждения во время прохождения порогового напряжения диода Ганна не менее 0,01 Вольт [76]. При этом получено снижение частотных шумов по сравнению с шумами в режиме непрерывной генерации на 35 дБ на расстоянии 1 кГц от несущей. Амплитудные шумы в режиме радиоимпульсного умножения частоты снижаются на 2…2,5 дБ. Для радиоимпульсных генераторов на ЛПД подавление частотных шумов достигает 50 дБ [77]. Результаты исследований фазовой стабильности колебаний в радиоимпульсных генераторах на диодах Ганна показали, что при длительностях фронта запускающих импульсов менее 2 нс независимые по цепям СВЧ генераторы на диодах Ганна позволяют получить нестабильность (расхождение) начальной фазы 2…2,5° при длительности наблюдения 200 нс [78, 79].

Технические решения создания ГИУВ широко известны (см. главу 7.8. «Формирователи и генераторы импульсов с пикосекундными фронтами», стр. 118-136, пособия [80]; раздел 3.4. «Источники зондирующих радиоимпульсных сигналов», стр. 108-114, монографии [81]). ГИУВ могут быть выполнены на основе линии передачи, туннельных диодов, коммутируемых разрядных линий, лавинных S-диодов и S-транзисторов, оптоэлектронных формирователей, диодов с накоплением заряда (ДНЗ), дрейфовых диодов, быстродействующих транзисторов и интегральных схем. Расчет генератора субнаносекундных импульсов на основе ДНЗ, изложен в [82], а примеры их применения в ГИУВ для радиоимпульсных генераторов, выполненных на диодах Ганна и полевых транзисторах, приведены в описаниях к патентам [64,74]. Описания ГИУВ, выполненных на лавинных транзисторах и S-диодах, для радиоимпульсных генераторов на диодах Ганна, представлены на рис. 3.7, 3.8 и 3.9 монографии [81].

Антенна А может иметь различное исполнение, зависящее от требований к диаграмме направленности и рабочего диапазона частот, например, в виде щелевого или полоскового вибратора, рупорной, диэлектрической стержневой, спиральной антенны или типа «волновой канал» (см. соответственно стр. 115, 149, 218, 239, 260, [83]).

Делитель мощности ДМ сигналов РЧ разделяет сигнал на два синфазных канала, он может быть выполнен в виде тройника (коаксиального, микрополоскового, волноводного в E-плоскости), по схеме делителя Вилкинсона на микрополосковых линиях [84] или использован компактный двойной кольцевой мост, предложенный в патенте на полезную модель RU190044U1 [85].

Первый СМ-I и второй СМ-Q квадратурные смесители сигналов РЧ идентичны и могут быть выполнены на полупроводниковых диодах по схеме балансного преобразователя частоты (см. стр. 102, рис. 5.26, [86]).

Фазовращатель ФВ на два квадратурных выхода обеспечивает относительно входного сигнала получение на выходах двух сигналов ПЧ, сдвинутых по фазе на плюс и минус 45 градусов. В зависимости от диапазона частот ФВ может быть выполнен на основе индуктивности и емкости по известным в теории электрических цепей правилам (см. стр. 92-94, рис. 6.11, [87]) или использован компактный направленный ответвитель, предложенный в патенте на полезную модель RU187315U1 [88].

Программируемый блок синхронизации и управления ПБСУ может быть выполнен на базе «жесткой» логики, программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) или с применением специализированных микросхем и иметь различное функциональное построение. Один из примеров «гибкого» выполнения ПБСУ представлен на структурной схеме фиг. 2. Данная схема реализована на микросхеме Si5368, содержащей опорный тактовый генератор и два независимых программируемых умножителей/делителей частоты и формирователей импульсов с низким джиттером (дрожанием) фазы выходных колебаний в диапазоне частот от 2 кГц до 1,4 ГГц (см. сайт фирмы Silicon Laboratories: http://www.silabs.com). ПБСУ содержит тактовый генератор ТГ, программируемые умножитель ПУЧ и делитель ПДЧ частоты, а также селектор импульсов СИ на три входа. При этом выход тактового генератора ТГ подключен к входам ПУЧ и ПДЧ, а программируемые выходы «а» и «б» ПДЧ и «б» ПУЧ подключены к входам селектора импульсов СИ на три входа. Для связи с другими блоками предлагаемого устройства ПБСУ содержит первый, второй, третий и четвертый выводы, которые связаны с программируемыми выходами «а» ПДЧ, «б» ПДЧ, «а» ПУЧ и с выходом СИ соответственно. Приемопередающий порт 5 ПБСУ связан с выводами программирования микросхемы Si5368 и предназначен для подключения шины команд программирования ШКП для связи с БЦОС.

В качестве АЦП-1 и АЦП-2 предпочтительно использование микросхем быстродействующих АЦП [89,90]. Например, микросхема AD9689 фирмы «Analog Devices» представляет собой двойной 14-разрядный АЦП с интерфейсом JESD204B, быстродействием 2,6 Гбайт/с (см. сайт: https://www.analog.com/ru/products/ad9689.html#product-overview). Этот АЦП способен осуществлять прямую выборку аналоговых сигналов с шириной полосы пропускания по уровню -3 дБ до 9 ГГц. Аналогичные АЦП типа DAC38RF82 и DAC38RF89 выпускаются фирмой Texas Instruments.

Блок цифровой обработки сигналов БЦОС (см. фиг. 1) не является предметом настоящего изобретения, он может быть выполнен на основе сигнального процессора, например, контроллера семейства MSP430X1XX [91]. Контроллер содержит: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), хранящее программу обработки сигналов; высокоскоростное вычислительное ядро, выполняющее функции цифровой обработки сигнала (спектральный анализ, цифровую фильтрацию сигнала и формирование данных, индикации); оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), выполняющее функции запоминания текущих значений и результатов отработки сигналов; приемопередатчики шин последовательного порта для передачи и обмена информацией по шине команд программирования ШКП с ПБСУ и по шине выходных данных ШВД с конечным потребителем - бортовым компьютером.

Необходимо отметить, что в состав предлагаемого устройства могут входить дополнительные или иные элементы, не изменяющие суть изобретения. Например, перед делителем мощности ДМ может быть установлен обычный или малошумящий полосовой усилитель с линейной амплитудной характеристикой в рабочем диапазоне уровней сигнала (см. стр. 60, рис. 4.3б, [86]).

Устройство с автодинным приёмопередатчиком для систем импульсно-доплеровской радиолокации работает следующим образом.

После подачи напряжения питания на устройство в БЦОС (см. фиг. 1) в соответствие с алгоритмом его работы вычислительное ядро включает команду «Инициализация» [91], по которой производится настройка периферийных устройств, распределение внутренней памяти, установка значений внутренних переменных, копирование исполняемого кода из низкопроизводительного ПЗУ в высокопроизводительное ОЗУ и подача в ПБСУ по шине ШКП команд, устанавливающих коэффициенты умножения и деления, а также алгоритм формирования сигналов синхронизации и управления.

После прохождения команд программирования в ПБСУ (см. фиг. 2) производится запуск тактового генератора ТГ. Выходные импульсы ТГ поступают на программируемые делитель ПДЧ и умножитель ПУЧ частоты. На выходе «а» ПДЧ формируются импульсы управления частотой генерации автодина (см. фиг. 4,а), поступающие на первый вывод ПБСУ и на вход «а» селектора импульсов СИ. На выходе «б» ПДЧ формируются периодические пары импульсов запуска генерации автодина (см. фиг. 4,б), имеющие длительность , которые поступают на второй вывод ПБСУ и на вход «б» селектора импульсов СИ. На выходе «а» ПУЧ формируются гармонические колебания ПЧ (см. фиг. 4,в), поступающие на третий вывод ПБСУ. На выходе «б» ПУЧ формируются тактовые импульсы для первого и второго АЦП-1 и АЦП-2, которые поступают на вход «в» селектора импульсов СИ. С выхода СИ пачки импульсов синхронизации выборок (см. фиг. 4,г) первого и второго АЦП-1 и АЦП-2 поступают на четвертый вывод ПБСУ.

Как видно из временной диаграммы фиг. 4,а, формирование импульсов управления частотой генерации автодина в каждой паре начинается сразу за срезом первого импульса запуска генерации автодина (см. фиг. 4,б) и завершается после среза второго импульса запуска. Поэтому возбуждаемые в автодине АД под воздействием генератора импульсов ударного возбуждения ГИУВ радиоимпульсы каждой пары имеют разную частоту генерации. В первом радиоимпульсе пары возбуждаются колебания на частоте , а вторые - на частоте (см. фиг. 4,д). Длительность импульсов управления частотой соответствует времени задержки второго радиоимпульса пары относительно ее первого радиоимпульса. При этом очевидно, что период повторения пар радиоимпульсов для сохранения однозначности определения расстояния до цели должен превышать максимальное время запаздывания отраженного от цели радиоимпульса , где - максимальное расстояние до цели; - скорость распространения электромагнитного излучения. Пачки импульсов синхронизации выборок первого и второго АЦП-1 и АЦП-2 (см. фиг. 4,г) имеют место только во время формирования второго радиоимпульса каждой пары.

Периодическая последовательность парных импульсов запуска генерации автодина (см. фиг. 4,б) со второго вывода ПБСУ после формирования в ГИУВ импульсов с пикосекундными фронтами поступает на второй вход АД. Первые в парах импульсы обеспечивают в автодинном генераторе АГ условия возбуждения когерентных колебаний на частоте , например, , определяемой величиной напряжения на варикапе АГ. Формируемые при этом радиоимпульсы генерации (см. фиг 4,д), преобразуются антенной А в электромагнитное излучение, которое в соответствие с ее диаграммой направленности испускается в контролируемое пространство в качестве зондирующего радиосигнала . Выражение для этого радиосигнала имеет вид:

где

- амплитуда зондирующего радиосигнала;

- прямоугольная огибающая зондирующего радиосигнала;

- круговая частота излучения зондирующего радиосигнала;

- целое число, коэффициент умножения частоты зондирующего радиосигнала;

- круговая частота тактового генератора;

и - длительность зондирующих радиоимпульсов и период их повторения соответственно;

- начальная фаза -го радиоимпульса, навязанная запускающим импульсом;

- целое число, порядковый номер зондирующего радиоимпульса.

После завершения процесса формирования первого (зондирующего) радиоимпульса каждой пары под воздействием подаваемых на варикап импульсов управления частотой (см. фиг 4,а) генерации производится переключение собственной частоты резонатора АГ на частоту . Задержанные на время задержки импульсы запуска вторых радиоимпульсов пар обеспечивают в АГ условия возбуждения когерентных колебаний на частоте , например, . Формируемые при этом радиоимпульсы генерации (см. фиг 4,д), также излучаются антенной А в соответствие с ее диаграммой направленности в контролируемое пространство, но не используются в качестве зондирующих сигналов. Эти радиоимпульсы условно назовем приемными , поскольку во время их формирования выполняется прием отраженных от цели сигналов и их выделение в цепи питания АГ. Выражение для формируемых в АГ приемных радиоимпульсов имеет вид:

где

- амплитуда приемного радиосигнала;

- единичная функция огибающей приемного радиосигнала;

- круговая частота излучения приемного радиосигнала;

- целое число, коэффициент умножения частоты приемного радиосигнала;

- круговая частота тактового генератора;

и - длительность радиоимпульсов и период их повторения соответственно;

- время задержки второго (приемного) радиоимпульса пары относительно первого;

- начальная фаза -го радиоимпульса, навязанная запускающим импульсом;

- целое число, порядковый номер приемного радиоимпульса.

После завершения процесса формирования второго (приемного) радиоимпульса каждой пары, под воздействием подаваемого на варикап импульса управления частотой (см. фиг 4,а) генерации производится переключение собственной частоты резонатора АГ на частоту зондирующего радиоимпульса. Частоты зондирующего и приемного радиосигналов отличаются на величину промежуточной частоты (), которая также кратна частоте тактового генератора ТГ, например . На частоте с третьего вывода ПБСУ на вход квадратурного фазовращателя ФВ поступают гармонические колебания (см. фиг. 4,в) , которые после ФВ делятся поровну и становятся квадратурными и . Эти колебания, поступающие далее на гетеродинные входы первого СМ-I и второго СМ-Q квадратурных смесителей, описываются следующими выражениями:

где

- амплитуда сигнала промежуточной частоты;

- промежуточная частота;

- целое число, коэффициент умножения промежуточной частоты;

- целое число, коэффициент умножения частоты зондирующего радиосигнала;

- целое число, коэффициент умножения частоты приемного радиосигнала.

В случае наличия в поле излучения антенны А цели (полагаем для простоты, что цель точечная) отраженное от нее электромагнитное излучение принимается антенной А, преобразуется в электрические радиосигналы и воздействуют на автодинный генератор АД. (см. фиг. 4,е). Выражение для этих радиосигналов запишем в виде:

где

- амплитуда зондирующего радиосигнала;

- безразмерный коэффициент ослабления амплитуды излучаемого сигнала по пути распространения до цели и обратно, приведенный к порту антенны А;

- время запаздывания отраженного излучения от цели, в общем случае переменное;

- текущее расстояние до цели, в общем случае переменное;

- скорость распространения радиоволн;

- начальная фаза -го радиоимпульса, навязанная запускающим импульсом;

- целое число;

- фазовый сдвиг, связанный с отражающими свойствами цели;

- средняя мощность зондирующего радиосигнала;

- минимальный обнаруживаемый (пороговый) сигнал;

- коэффициент усиления антенны А;

- длина волны излучения;

- эффективная площадь рассеяний цели;

- скорость распространения электромагнитного излучения;

- единичная функция для огибающей отраженного сигнала.

Воздействие отраженных от цели радиосигналов на автодинный генератор АГ состоит в смешении колебаний принятых антенной А радиоимпульсов частоты с собственными колебаниями АГ на частоте и их нелинейном взаимодействии. Это взаимодействие вызывает в АГ автодинный эффект, который в зависимости от соотношения величины разности частот и полуширины полосы синхронизации АГ проявляется по-разному (см. стр. 13-24, [58]).

Величина полуширины полосы синхронизации АГ, как известно (см. стр. 257-262, формулу (5.73), [92]), определяется внутренними параметрами генератора и относительным уровнем воздействующего сигнала:

где

- полуширина полосы синхронизации генератора;

- внешняя добротность колебательной системы генератора;

- угол между линией прибора (активного элемента) генератора и его линией годографа импеданса колебательной системы и нагрузки (см. рис. 5.16, стр. 260, [92]);

- коэффициент неизохронности генератора.

В результате расчета полуширины полосы синхронизации по формуле (6) при , что соответствует случаю сильного сигнала и близкого расстояния от СБРЛ до цели, на частоте при и получаем , т.е. 20 МГц.

Если выбрать промежуточную частоту в пределах полуширины полосы синхронизации , то происходит захват частоты генератора воздействующим сигналом и процесс преобразования частоты отсутствует. В случае выполнения неравенства в генераторе наблюдается режим биений, который сопровождается амплитудно-частотной модуляцией колебаний генератора и значительными нелинейными искажениями автодинного сигнала [93]. В случае выполнения сильного неравенства в АГ наблюдаются квазигармонические изменения (биения) амплитуды и частоты колебаний, а также среднего значения тока и/или напряжения в цепи питания АГ с разностной частотой . Проявление автодинного эффекта в этом случае напоминает явление преобразования частоты в обычных смесителях, поэтому автодины, в которых используется этот эффект называются автодинными преобразователями частоты, или, просто, автодинными (генерирующими) смесителями [93-95]. Очевидно, что последнему условию удовлетворяет выбор промежуточной частоты порядка , то есть 300 МГц и более. Улучшению «линейности» преобразования частоты, как видно из выражения (6), способствует стабилизация частоты АГ посредством, например, применения в генераторе дополнительного высокодобротного резонатора, собственная частота которого управляется при помощи регулируемой емкости варакторного диода, варикапа или посредством переключаемых p-i-n-диодов (см. рис. 25, [96]; стр. 120-129, [97]).

Выделяемый в цепи питания (см. фиг. 3,а) или посредством детекторного диода (см. фиг. 3,б) преобразованный сигнал АД (см. фиг. 4,ж) на РЧ описывается следующим выражением:

где

- коэффициент автодинного усиления АД, характеризующий передачу отраженного от цели сигнала в сигнал РЧ на выходе АД;

- единичная функция преобразованного сигнала;

- набег фазы зондирующего излучения при его распространении до цели и обратно;

- начальная фаза преобразованного сигнала;

- разностная, в данном случае промежуточная частота преобразованного сигнала АД;

- время запаздывания отраженного от цели излучения;

- текущее расстояние до цели;

- длительность зондирующих и приемных радиоимпульсов;

- период повторения спаренных радиоимпульсов;

- время задержки второго (приемного) радиоимпульса пары относительно первого.

Полученный на третьем выводе АД преобразованный сигнал (7) делится поровну делителем мощности ДМ и поступает на сигнальные входы первого СМ-I и второго СМ-Q квадратурных смесителей. В результате нелинейного взаимодействия сигналов РЧ (7) и опорных (3), (4) колебаний ПЧ в смесителях СМ-I и СМ-Q происходит преобразование сигналов в область низких доплеровских частот. При этом на выходах и смесителей сигналы и (см. фиг. 4,з и 4,и) формируются в виде видеоимпульсов. Выражения, полученные для этих видеоимпульсов, имеют вид:

где

- сомножитель амплитуды выходных сигналов смесителей СМ-I и СМ-Q;

- коэффициент преобразования смесителей СМ-I и СМ-Q;

- единичная

функция преобразованного сигнала на выходах смесителей СМ-I и СМ-Q;

, - синфазная и ортогональная составляющие собственных шумов смесителей и шумов автодинного генератора АГ, преобразованных на выходы смесителей СМ-I и СМ-Q;

Первые слагаемые в (8) и (9), представляющие результат преобразования отраженного сигнала в автодине АД и смесителях СМ-I и СМ-Q, содержат информацию о дальности до цели, скорости и направления ее движения. При этом для реально существующих скоростей движения цели справедливо условие, что за время действия зондирующего радиоимпульса расстояние между антенной А и целью практически не изменится. Тогда согласно (8) и (9) полученные видеоимпульсы на выходах и квадратурного смесителя остаются в течение их формирования практически постоянными (см. фиг. 4,з и 4,и). Поэтому выглядят они в форме ступенчатых функций времени, при этом «высота» ступенек пропорциональна уровню отраженного сигнала, а знак (вверх или вниз) их зависит от текущей разности фаз излученного автодином и отраженного от цели колебаний. При относительном перемещении цели мгновенные изменения высоты видеоимпульсов происходят с доплеровской частотой [98]. При условии равномерного и прямолинейного движения цели во времени t набег фазы в (8) и (9)

где

- начальный фазовый сдвиг, который определяется положением объекта в момент времени ;

- частота Доплера;

- относительная радиальная скорость между СБРЛ и объектом локации.

С учетом (10) выражения (8) и (9) имеют вид:

Вторые слагаемые и в (8), (9) и (11), (12) отображают результат преобразования собственных шумов автодинного генератора АГ и смесителей СМ-I и СМ-Q. Присутствие этих шумов выражается в шумовой модуляции высоты видеоимпульсов и на выходах смесителей СМ-I и СМ-Q. При этом необходимо отметить, что шумовые составляющие и на выходах смесителей СМ-I и СМ-Q представляют собой независимые стационарные нормальные процессы с нулевым средним значением. Взаимная корреляция этих составляющих отсутствует. Кроме того, благодаря значительному разносу частот первого в паре (зондирующего) и второго (приемного) радиоимпульсов влияние фликкерных шумов смесителей и автодинного генератора пренебрежимо мало и распределение спектральной плотности шумов является равномерным.

С выходов смесителей СМ-I и СМ-Q (см. фиг. 1) видеоимпульсы с составляющими шума далее поступают соответственно на сигнальные входы АЦП-1 и АЦП-2, где выполняется сначала операция дискретизации сигналов (11) и (12) по времени. Во время действия импульсов выборки (см. диаграмму на фиг. 4,г) в АЦП-1 и АЦП-2 происходит выборка и запоминание мгновенных значений сигналов (11) и (12) в виде импульсов, амплитуда которых равна мгновенным значениям этих сигналов (см. диаграммы на фиг. 4,з и 4,и). Уровни этих импульсов далее в АЦП-1 и АЦП-2 преобразуются в цифровые значения, которые в виде параллельного кода поступают в ОЗУ БЦОС в качестве массивов данных, полученных для принятого сигнала от -го зондирующего радиоимпульса:

где

, - цифровые отсчеты мгновенных значений принятого сигнала от -го зондирующего радиоимпульса, полученные для -го тактового импульса (здесь );

- число отсчетов за время .

При этом шумовые составляющие и на выходах смесителей СМ-I и СМ-Q в результате дискретизации и оцифровки мгновенных значений отсчетов вследствие эргодичности процессов в среднем по реализациям и отсчетам сохраняют свое среднеквадратическое значение уровня шума в массивах данных (13) и (14) Значение уровня шума может быть рассчитано или измерено экспериментально и учтено в программе работы БЦОС.

Необходимо отметить, что в предлагаемом устройстве путем соответствующего программирования ПБСУ выборка мгновенных значений квадратурных видеоимпульсов и может быть осуществлена по любому из четырех способов, описанных в [62]. По первому способу указанную выборку выполняют с регулярными периодическими интервалами времени в пределах каждого квадратурного видеоимпульса и . По второму способу выборку выполняют во множестве точек, расположенных в шахматном порядке по фазе квадратурных видеоимпульсов и . По третьему способу выборку выполняют во множестве точек, расположенных в шахматном порядке по фазе, и со смещением точек выборки по времени от одного принятого от цели радиоимпульса к последующему радиоимпульсу на временную задержку, которая равна длительности импульса выборки, деленной на количество значений выборки в них. По четвертому способу предложено выполнять выборку аналогично первому способу, но при увеличении ширины зондирующего радиоимпульса таким образом, чтобы он распространялся на множество точек выборки.

Обработка полученных данных в массивах (13) и (14) БЦОС позволяет по значениям квадратурных составляющих рассчитать амплитуду и фазу отраженного сигнала, а также его отношение сигнал/шум и решить задачу обнаружения цели на заданной дальности. По величине временной задержки между парными радиоимпульсами определяется расстояние до цели, а по значениям изменения фазы и ее знака отраженного сигнала - скорость (по частоте Доплера) и направление движения цели. Текущие результаты обработки сигналов через шинный приемопередатчик БЦОС с заданным темпом передаются по шине ШВД конечному потребителю.

Когерентность колебаний формируемых радиоимпульсов в предлагаемом устройстве, как следует из представленного описания, задается не относительно моментов переключения частоты генерации, как у устройства-прототипа, а относительно моментов ударного возбуждения колебаний генератора при формировании каждого радиоимпульса пары. Естественные нестабильности и уходы частоты генерации при таком формировании радиоимпульсов практически не нарушают их когерентность с увеличением времени запаздывания отраженных от цели радиоимпульсов, то есть, дальности до цели. Это приводит к линейной зависимости набега фазы колебаний отраженных радиоимпульсов от времени запаздывания и постоянству значения промежуточной частоты сигнала на выходе смесителя, а также как следствие, к отсутствию нелинейных искажений видеоимпульсов и на выходе квадратурного смесителя и увеличению отношения сигнал/шум. Как результат увеличения отношения сигнал/шум предлагаемые устройство и способ обеспечивают увеличение дальности действия СБРЛ, надежности обнаружения и точности определения параметров движения цели. Кроме того, предложенное техническое решение снимает принципиальное ограничение на увеличение несущей частоты СБРЛ и переход в более перспективный диапазон миллиметровых волн.

Необходимо отметить также, что импульсный режим работы автодинного генератора обеспечил уменьшение уровня утечки излучения, повышение скрытности работы СБРЛ и снижение потребления тока питания. За счет исключения ВЧ смесителя, первого и второго управляемых переключателей высокочастотных сигналов при сохранении функциональных возможностей и энергетических параметров прототипа, влияющих на дальность действия СБРЛ, достигнуто упрощение конструкции ВЧ части СБРЛ. Указанные качественные показатели, а также экономичность, малые габариты, вес и низкая стоимость комплектующих для предлагаемого устройства создают преимущества его использования в перспективных СБРЛ бортового исполнения.

Предлагаемый способ и устройство были реализованы в виде действующего макета СБРЛ 8-мм диапазона, выполненного на основе автодинного генератора на диоде Ганна с выделением сигнала по изменению амплитуды колебаний посредством диода Шоттки, установленного в резонатор генераторной камеры. Запуск генератора осуществлялся по цепи питания парными импульсами напряжения амплитудой 4,5 В, имеющих фронт не более 0,1 нс, период повторения 5 мкс, длительность 15 нс. Время задержки между радиоимпульсами изменялось в пределах от 30 до 1000 нс. Число отсчетов за время излучения радиоимпульса (частота импульсов выборки ГГц). При этом разрешающая способность СБРЛ по дальности составила м. Результаты лабораторных исследований образца показали, что потенциал СБРЛ в полосе доплеровских частот кГц составляет дБ. Испытания макетного образца на открытой площадке с уголковыми отражателями и легковым автомобилем подтвердили возможность определения расстояния до цели с погрешностью около 1 м на расстояниях от 10 до 300 м.

Таким образом, техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, успешно завершена. При этом показана применимость предлагаемого устройства в СБРЛ, предназначенных для обнаружения целей на заданной дальности и определения параметров их движения, в том числе в системах для предупреждения столкновений транспортных средств.

Литература

1. Патент США US3454946, опубл. 08.07.1969, Int. Cl. G01S7/28. Pulsed Doppler radar systems / Warren et al.

2. Патент США US5036327, опубл. 30.07.1991, МПК⁵ G01S13/28. Single oscillator FSK pulsed radar receiving transmitter / Dannenberg.

3. Патент США US6037895A, опубл. 14.03.2000, МПК⁷ G01S13/00. Vehicle mounted radar apparatus / Uehara.

4. Патент США US6067040A, опубл. 23.05.2000, МПК⁷ G01S13/12. Low cost-high resolution radar for commercial and industrial applications / Puglia.

5. Патент США US6191724B1, опубл. 20.02.2001, МПК⁷ G01S7/28. Short pulse microwave transceiver / McEWan.

6. Патент США US6362777B1, опубл. 26.03.2002, МПК⁷ G01S13/53. Pulse-Doppler radar apparatus / Kawakami.

7. Патент США US6614390B2, опубл. 02.09.2003, МПК⁷ G01S13/08. Method for generating and analyzing radar pulses as well as radar sensor / Steinbuch.

8. Патент США US6788246B2, опубл. 07.09.2004, МПК⁷ G01S13/00. In-vehicle pulse radar device / Uehara.

9. Патент США US7006033B2, опубл. 28.02.2006, МПК⁷ G01S13/26. Pulse radar apparatus / Ishii et al.

10. Патент США US7098841, опубл. 29.08.2006, МПК⁽²⁰⁰⁶⁾ F42C13/04. Methods and systems for controlling a height of munition detonation / Hager

11. Патент США US7274922B2, опубл. 25.09.2007, МПК⁽²⁰⁰⁶⁾ H04B1/26. Circuit arrangement for generating an IQ-signan / Wintermantel.

12. Патент США US7352319, опубл. 01.04.2008, МПК⁽²⁰⁰⁶⁾ F42C13/04. Methods and systems utilizing Doppler prediction to enable fusing / Thomas.

13. Патент США US7453392, опубл. 18.11.2008, МПК⁽²⁰⁰⁶⁾ F42C13/04. Methods and systems utilizing Doppler prediction to enable fusing / Thomas et al.

14. Патент США US7477182B2, опубл. 13.06.2009, МПК⁽²⁰⁰⁶⁾ G01S13/00. Puls radar system / Ikeda et al.

15. Патент США US7710314, опубл. 04.05.2010, МПК⁽²⁰⁰⁶⁾ G01S13/08. Pulse radar ranging system / Benari et al.

16. Патент США 20100265121, опубл. 21.10.2010, МПК (2003) G01S13/08. Short distance range resolution in pulsed radar / Bandhauer.

17. Патент ФРГ DE102005020246B4, опубл. 16.06.20016, МПК⁽²⁰⁰⁶⁾ G01S13/26. Verfahren zur Bestimmung und Einstellung der Zwischenfrequenz bei Frequenz-Puls-Radarsystemen und Frequenz-Puls-Radarsystem / Markus Wintermantel.

18. Патент РФ RU2603687C1, опубл. 27.11.2016, бюл. № 33. МПК⁽²⁰⁰⁶⁾ F42C13/04. Способ формирования команды срабатывания радиовзрывателя / А.Я. Волков и др.

19. Патент РФ RU2603862C1, опубл. 10.12.2016, бюл. № 34. МПК⁽²⁰⁰⁶⁾ F42C13/04. Способ формирования команды срабатывания радиовзрывателя / А.Я. Волков и др.

20. Радиолокационные устройства (теория и принципы построения) / Под ред. В.В. Григорина-Рябова. -М.: Сов. радио, 1970. - 680 с.

21. Патент США US3329952, опубл. 04.07.1967, МПК F42C 13/04. Super-regenerative pulse radar proximity fuze / Boge.

22. Патент США US3538506, опубл. 03.11.1970, МПК G01S 9/02. Super-regenerative oscillator target detection system / Wiley.

23. Патент США US3538507, опубл. 03.11.1970, МПК F42C 11/00. Super-regenerative target detection system / Wiley.

24. Parkins T.O., Teunas J.A., et al. A low cost, accurate, target detection device for altimetry and fuzing. IEEE, MTT-S, International Microwave Symposium Dig. 1985. Р. 155-158.

25. Патент США US20060220947A1, опубл. 05.10.2006, МПК G01S 13/08. Compact low power consumption microwave distance sensor obtained by power measurement on a stimulated receiving oscillator / Kornbichler et al.

26. Иванов В.Э., Носков В.Я., Смольский С.М. Двухканальная радиоимпульсная СБРЛ на диоде Ганна // 19-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2009): материалы конф. в 2 т. (Севастополь, 14-18 сент. 2009 г.) Севастополь: Вебер, 2009. Т. 2. С. 817-820.

27. Носков В.Я., Варавин А.В., Васильев А.C., Ермак Г.П., Закарлюк Н.М., Игнатков К.А., Смольский С.М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 9. Радиолокационное применение автодинов // Успехи современной радиоэлектроники. 2016. № 3. С. 32-86.

28. Коган И.М. Ближняя радиолокация. - М.; Сов. радио, 1973. - 272 с.

29. Патент США US3670328, опубл. 13.06.1972, МПК¹ G01S9/46. Tunnel diode movement detector / Mardon et al.

30. Патент США US3836963, опубл. 17.09.1974, МПК¹ F42C13/04. Transistor oscillator-detector for proximity fuzers / Arsem et al.

31. Патент США US5043703, опубл. 27.08.1991, МПК⁵ G01B13/18. Supervision of autodyne microwave motion-detection system / William et al.

32. Патент США US6717544, опубл. 06.04.2004, МПК⁷ G01S13/00. Radar sensor / Nagasaku et al.

33. Патент США US7224944, опубл. 29.05.2007, МПК⁽²⁰⁰⁶⁾ H04B1/40. RF transceiver having a directly radiating transistor / McEWan.

34. Патент США US8212718B2, опубл. 03.07.2012, МПК⁽²⁰⁰⁶⁾ G01S13/04. Microwave/millimeter wave sensor apparatus / Utagawa et al.

35. Патент РФ RU2718557, опубл. 08.04.2020, бюл. № 10. МПК⁽²⁰⁰⁶⁾ F42C13/00. Способ обеспечения неконтактного подрыва боеприпаса / Н.С. Кузнецов.

36. Патент США US3849778, опубл. 19.11.1974, МПК¹ F42C13/04. Pulse Doppler fuse / Redcay.

37. Патент США US4131889, опубл. 26.12.1978, МПК³ G01S13/04. Miniature Doppler radar systems and microwave receivers suitable therefore / Gray.

38. Патент США US4194203, опубл. 18.03.1980, МПК³ F42C13/04. Pulse Doppler-radio proximity fuze / Kuck et al.

39. Патент США US4313118, опубл. 26.06.1982, МПК⁴ G01S13/04. Microwave proximity sensor / Calvin.

40. Патент США US4697184, опубл. 29.09.1987, МПК⁵ G01S13/56. Intrusion detection radar system with amplitude and frequency carrier modulation to eliminate targets at short and long ranges / Cheal et al.

41. Патент США US5521600, опубл. 28.05.1996, МПК⁶ G01S13/94. Range-gated field disturbance sensor with range-sensitivity compensation / McEWan.

42. Патент США US5682164, опубл. 28.10.1997, МПК⁶ G01S13/56. Pulse homodyne field disturbance sensor / McEWan.

43. Патент США US5966090, опубл. 12.10.1999, МПК⁶ G01S13/56. Differential pulse radar motion sensor / McEWan.

44. Патент США US5986600, опубл. 16.11.1999, МПК⁶ G01S13/56. Pulse RF oscillator and radar motion sensor / McEWan.

45. Патент США US6414627, опубл. 02.07.2002, МПК⁷ G01S13/10. Homodyne swept-range radar / McEWan.

46. Патент США US6426716, опубл. 30.07.2002, МПК⁷ G01S13/04. Modulated pulse Doppler sensor / McEWan.

47. Патент США US6492933B1, опубл. 10.12.2002, МПК⁷ G01S 13/08, G01S 13/53. SSB pulse Doppler sensor and active reflector system / McEWan.

48. Патент США US6577270B2, опубл. 10.01.2003, МПК⁷ G01S13/34. Radar transceiver / Kanechika et al.

49. Патент США US6677887B2, опубл. 13.01.2004, МПК⁷ G01S13/62. Intrusion detection radar system / Harman.

50. Патент РФ RU2688717C1, опубл. 22.05.2019, бюл. № 15. МПК⁽²⁰⁰⁶⁾ F42C13/04. Радиовзрыватель на основе автодина / Н.С. Кузнецов и др.

51. Патент РФ RU2783402C1, опубл. 14.11.2022, бюл. № 32. МПК⁽²⁰⁰⁶⁾ G01S13/52, G01S 13/58, G01S 7/288. Способ обработки радиолокационных сигналов для обнаружения целей и измерения их параметров движения в зоне селекции и радиолокационный датчик его реализующий / В.Я. Носков, Р.Г. Галеев, Е.В. Богатырев, К.А. Игнатков, К.Д. Шайдуров.

52. Носков В.Я., Смольский С.М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 6. Исследования радиоимпульсных автодинов. Успехи современной радиоэлектроники. 2009. № 6. С. 3-51.

53. Закарлюк Н.М., Носков В.Я. Принцип действия и основные возможности автодинного радиоимпульсного дальномера. Сборник трудов III ВНТК «Радиовысотометрия-2010». - Екатеринбург: Форт Диалог-Исеть, 2010. - С. 134-138.

54. Патент США US3603999, опубл. 07.09.1971, Int. Cl. G01S7/28. Pulse Doppler detection system / Palleiko.

55. Патент РФ RU2755202C1, опубл. 14.09.2021, бюл. № 26. МПК⁽²⁰⁰⁶⁾ G01S13/93. Устройство импульсной локации на основе автодина / А.В. Хабаров.

56. Радиотехнические цепи и сигналы / Под ред. К.А. Самойло. - М.: Радио и связь. - 528 с.

57. Фомин Н.Н. Синхронизация диодных генераторов СВЧ. - М.: Связь, 1974. - 72 с.

58. Демьянченко А.Г. Синхронизация генераторов гармонических колебаний. - М.: Энергия, 1976. - 240 с.

59. Патент ФРГ DE19512904A1, опубл. 16.07.1998, МПК⁵ G01S7/03. Verfahren zur Bestimmung der Zwischenfrequenzenabweichung bei Frequenz-Puls-Radarsystemen / Speck et al.

60. Патент EPO EP0499706A2, опубл. 26.08.1992, МПК⁵ G01S7/03. A transmitting and receiving part of a pulse Doppler radar / Knepper et al.

61. Патент США US5150126, опубл. 22.09.1992, МПК⁵ G01S13/34. Transmitting and receiving part of a pulse Doppler radar / Knepper et al.

62. Патент США US5864313, опубл. 26.06.1999, МПК⁶ G01S7/28. Process for determining the intermediate frequency deviation in frequency pulsed radar systems / Speck et al.

63. Носков В.Я., Смольский С.М., Игнатков К.А., Мишин Д.Я., Чупахин А.П. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Ч. 11. Основы реализации автодинов // Успехи современной радиоэлектроники. 2019. № 2. С. 5-33.

64. Авт. свид. СССР SU1292161A1, опубл. 23.02.1987, бюл. № 7. МПК⁴ H03B19/00. Радиоимпульсный умножитель частоты / В.Я. Баржин и др.

65. Григулевич В.И., Иммореев И.Я. Радиоимпульсное преобразование частоты. - М.: Советское радио, 1966. - 262 с.

66.Васин В.В., Власов О.В., Дудник П.И., Степанов Б.М. Авиационная радиолокация. - М.: Изд. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1964. - 583 с.

67. Виницкий А.С. Автономные радиосистемы. - М.: Радио и связь, 1986. - 336 с.

68. Авиационные радиолокационные комплексы и системы / Под ред. П.И. Дудника. - М.: Изд. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2006. - 1112 с.

69. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. - М.: Радио и связь, 1983. - 536 с.

70. Справочник по радиолокации / Под ред. М.И. Сколника. В 2 книгах. Москва: Техносфера, 2014. - Книга 1 - 672 с., книга 2 - 682 с.

71. Костылев С.А., Гончаров В.В., Соколовский И.И., Челядин А.В. Полупроводники с объемной отрицательной проводимостью в СВЧ полях: Электронные процессы и функциональные возможности. - Киев: Наук. думка, 1987. - 144 с.

72. Царапкин Д.П. Генераторы СВЧ на диодах Ганна. - М.: Радио и связь, 1982. - 112 с.

73. Патент США US7548191B2, опубл. 16.06.2009, МПК⁽²⁰⁰⁶⁾ G01S13/02. Radar oscillator capable of preventing leak of oscillation output / Arayashiki.

74. Авт. свид. СССР SU1584064A1, опубл. 07.08.1990, бюл. № 29. МПК⁵ H03B19/00. Радиоимпульсный умножитель частоты / А.А. Кулик и др.

75. Кудинов С.И., Иванов В.Э. Исследование влияния флуктуационных и ударных колебаний на чувствительность сверхрегенеративных приемопередающих устройств // Ural Radio Engineering Journal. 2019. Т. 3. № 2. С. 170-194.

76. Венгер А.З., Полуэктов Ю.М., Якименко А.М. Об ударном возбуждении колебаний в резонаторе диодом Ганна // Радиотехника. 1981. Т. 36. № 7. С. 87-89.

77. Венгер А.З., Гаврилова Н.И., Якименко А.М. Об одной возможности снижения шумов генераторов на ЛПД и диодах Ганна // Радиотехника. 1980. Т. 35. № 2. С. 50-52.

78. Введенский Ю.В., Сюваткин В.С. Измерение фазовой стабильности радиоимпульсных генераторов на диоде Ганна // Радиотехника и электроника. 1981. Т. 26. № 3. С. 664-666.

79. Введенский Ю.В., Сюваткин В.С., Хрусталёв А.А. Исследование фазовой стабильности колебаний в импульсных генераторах на диодах Ганна // Радиотехника и электроника. 1985. Т. 30. № 10. С. 2063-2064.

80. Авдоченко Б.И. Цифровые и аналоговые быстродействующие устройства: Курс лекций. - Томск: ТУСУР, 2007. - 165 с.

81. Исследование объектов с помощью пикосекундных импульсов / Под ред. В.Г. Глебовича. - М.: Радио и связь, 1984. - 256 с.

82. Бобрешов А.М., Жабин А.С., Степкин В.А., Усков Г.К. Расчет генератора субнаносекундных импульсов на основе диодов с накоплением заряда // Радиотехника. 2016. № 2. С. 100-106.

83. Воскресенский Д.И. Антенны и устройства СВЧ. Расчет и проектирование антенных решеток и их излучающих элементов. - М.: Советское радио, 1972. - 320 с.

84. Конин В.В. Полосковые делители мощности СВЧ / В кн.: Проектирование фазированных антенных решёток / Под ред. Д.И. Воскресенского. 4-е изд. - М.: Радиотехника, 2012. - C. 587-619.

85. Патент РФ RU190044U1, опубл. 17.06.2019, бюл. № 17. МПК⁽²⁰⁰⁶⁾ H01P5/16. Компактный двойной кольцевой мост / Д.А. Летавин и др.

86. Радиоприемные устройства / Под ред. А.П. Жуковского. - М.: Высшая школа, 1989. - 342 с.

87. Карпов В.М., Малышев В.А., Перевощиков И.В. Широкополосные устройства СВЧ на элементах с сосредоточенными параметрами. - М.: Радио и связь, 1984. - 104 с.

88. Патент РФ RU187315U1, опубл. 01.03.2019, бюл. № 7. МПК⁽²⁰⁰⁶⁾ H01P 5/18. Компактный квадратурный направленный ответвитель / В.А. Чечеткин, Ю.Е. Мительман, Д.А. Летавин.

89. Грушвицкнй Р.И., Мурсаев А.X., Угрюмое Е.П. Проектирование систем на микросхемах программируемой логики. - СПб.: БХВ-Петербург, 2002. - 606 с.

90. Гузик В.Ф., Каляев И.А., Левин И.И. Реконфигурируемые вычислительные системы. - Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета, 2016. - 472 с.

91. Руководство пользователя: Семейство микроконтроллеров MSP430X1XX. Пер. с англ. - М.: Изд. ЗАО Компэл, 2004. - 368 с.

92. Полупроводниковые приборы в схемах СВЧ / Под ред. М. Хауса, Д. Моргана. - М.: Мир, 1979. - 443 с.

93, Минаев М.И. Низкочастотный спектр автодинного преобразователя частоты // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1989. №. 7. С. 12-14.

94. Авт. свид. СССР SU1599968A1, опубл. 15.10.1990, бюл. № 38. МПК⁵ H03B9/12, 7/14. Автодинный преобразователь / В.Т. Бузыкин, С.Д. Воторопин, В.Я. Носков и др.

95. Патент США US6594478B1, опубл. 15.07.2003, МПК⁷ H04B1/28. Self oscillating mixer / V. Nair, N. El.

96. Носков В.Я., Игнатков К.А., Смольский С.М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 8. Автодины со стабилизацией частоты внешним высокодобротным резонатором // Успехи современной радиоэлектроники. 2013. № 12. С. 3-42.

97. Касаткин Л.В., Чайка В.Е. Полупроводниковые устройства диапазона миллиметровых волн. - Севастополь: Вебер, 2006. - 319 с.

98. Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника. Нью-Йорк, 1970: Пер. с англ. Том 3. Радиолокационные устройства и системы / Под ред. А.С. Виницкого. - М.: Сов. радио, 1978. - 528 с.

Изобретение относится к системам ближней радиолокации (СБРЛ) с определением дальности путем измерения времени задержки отраженного от объекта локации радиоимпульса и относительной скорости движения по доплеровскому смещению частоты. Может использоваться в системах обнаружения и определения параметров движения целей в контролируемой зоне, например, в системах предотвращения столкновений транспортных средств. Техническим результатом является увеличение дальности действия СБРЛ, повышение надежности обнаружения и точности определения параметров движения цели путем достижения когерентности колебаний зондирующих и приемных радиоимпульсов, а также снижение потребления тока питания и уровня утечки излучения благодаря переводу автодинного генератора в импульсный режим работы, а также упрощение конструкции высокочастотной (ВЧ) части СБРЛ. В заявленном способе на выходе ВЧ генератора получают радиоимпульсы путем ударного воздействия на ВЧ генератор последовательностью парных импульсов запуска с крутыми фронтами, формируя при этом внутри парных радиоимпульсов относительно импульсов запуска когерентные колебания. Первые радиоимпульсы каждой пары являются зондирующими, а вторые – приемными. Частоту колебаний зондирующих радиоимпульсов переключают на величину промежуточной частоты (ПЧ) относительно частоты приемных радиоимпульсов, излучают зондирующие радиоимпульсы в контролируемое пространство и принимают отраженные от цели радиоимпульсы, смешивают их с собственными колебаниями ВЧ генератора во время формирования в нем приемных радиоимпульсов, вызывая в ВЧ генераторе автодинные изменения амплитуды колебаний, а также тока и/или напряжения в цепи его питания в виде радиоимпульсов РЧ, после чего выделяют автодинные изменения в виде радиоимпульсов РЧ. Смешивают радиоимпульсы РЧ в квадратурном смесителе с опорными колебаниями ПЧ и преобразуют в область низких доплеровских частот в виде квадратурных видеоимпульсов и , после чего запоминают выборку мгновенных значений квадратурных видеоимпульсов и , по значениям которых далее получают информацию о наличии цели, дальности и параметрах ее перемещения. Заявлено также устройство импульсно-доплеровской радиолокации с автодинным приёмопередатчиком для осуществления способа. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ импульсно-доплеровской радиолокации, включающий формирование на выходе высокочастотного (ВЧ) генератора зондирующих радиоимпульсов, частоту колебаний которых смещают на величину промежуточной частоты (ПЧ) относительно частоты колебаний в остальное время периода повторения зондирующих радиоимпульсов, излучают зондирующие радиоимпульсы в контролируемое пространство и принимают отраженные от цели радиоимпульсы, в квадратурном смесителе радиоимпульсы разностной частоты (РЧ) смешивают с опорными колебаниями ПЧ и преобразуют их в область низких доплеровских частот в виде квадратурных видеоимпульсов и , после чего запоминают выборку мгновенных значений квадратурных видеоимпульсов и , по значениям которых далее получают информацию о наличии цели, дальности и параметрах ее перемещения, отличающийся тем, что радиоимпульсы на выходе ВЧ генератора получают путем ударного возбуждения ВЧ генератора последовательностью парных импульсов запуска с крутыми фронтами, формируя при этом внутри этих парных радиоимпульсов относительно импульсов запуска когерентные колебания, причем первые радиоимпульсы каждой пары являются зондирующими, а вторые – приемными, колебания отраженных от цели радиоимпульсов смешивают с собственными колебаниями ВЧ генератора во время формирования в нем приемных радиоимпульсов, вызывая в ВЧ генераторе автодинные изменения амплитуды колебаний, а также тока и/или напряжения в цепи его питания в виде радиоимпульсов РЧ, после чего выделяют автодинные изменения в виде радиоимпульсов РЧ и направляют их в квадратурный смеситель.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что частоту зондирующих радиоимпульсов выбирают отстоящей от частоты приемных радиоимпульсов на величину, по крайней мере, на порядок большую, чем половина полосы синхронизации ВЧ генератора, вызываемой воздействием отраженного радиосигнала.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что длительность фронта импульсов ударного возбуждения выбирают такой, чтобы она равнялась половине периода колебаний ВЧ генератора, а амплитуда импульсов была не менее чем на порядок выше уровня собственных шумов ВЧ генератора.

4. Устройство для импульсно-доплеровской радиолокации с автодинным приёмопередатчиком, содержащее антенну, ВЧ генератор, выполненный с возможностью электрического управления частотой генерации, делитель мощности сигнала РЧ, первый и второй квадратурные смесители сигналов РЧ, фазовращатель на два квадратурных выхода сигналов опорной ПЧ, первое и второе устройства выборки-хранения, а также программируемый блок синхронизации и управления (ПБСУ), причем выходы делителя мощности сигнала РЧ присоединены к сигнальным входам первого и второго квадратурных смесителей сигналов РЧ, первый вывод ПБСУ подключен к управляющему входу частотой ВЧ генератора, третий вывод ПБСУ подключен к входу фазовращателя сигналов опорной ПЧ, квадратурные выходы которого подключены к гетеродинным входам первого и второго квадратурных смесителей сигналов РЧ, при этом выходы последних подключены к сигнальным входам первого и второго устройств выборки-хранения, а четвертый вывод ПБСУ подключен к входам управления устройств выборки-хранения, отличающееся тем, что между вторым выводом ПБСУ и входом запуска ВЧ генератора введен генератор импульсов ударного возбуждения (ГИУВ), между ВЧ генератором и входом делителя мощности сигнала РЧ введен блок выделения (БВ) автодинного сигнала, а высокочастотный порт ВЧ генератора присоединен к антенне.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что ПБСУ содержит первый, второй, третий и четвертый выводы, тактовый генератор, подключенный к входам программируемых умножителя (ПУЧ) и делителя (ПДЧ) частоты, а также селектор импульсов на три входа, входы которого подключены к программируемым выходам «а» ПДЧ, «б» ПДЧ и «б» ПУЧ, при этом первый, второй, третий и четвертый выводы ПБСУ подключены к программируемым выходам «а» ПДЧ, «б» ПДЧ, «а» ПУЧ и выходу селектора импульсов на три входа соответственно.

6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что блок выделения автодинного сигнала РЧ выполнен в виде включенного последовательно в цепь питания ВЧ генератора датчика тока, в качестве которого могут использоваться резистор, индуктивность, трансформатор, параллельный колебательный контур, схема с трансформаторно-емкостной связью контуров или выполненный на микрополосковых линиях делитель мощности Вилкинсона.

7. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что блок выделения автодинного сигнала РЧ выполнен на основе детекторного диода, помещенного в резонатор ВЧ генератора или в связанную с резонатором передающую линию.

8. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что ВЧ генератор выполнен со стабилизацией частоты дополнительным внешним высокодобротным резонатором, собственная частота которого управляется при помощи регулируемой емкости варакторного диода, варикапа или посредством переключающих p-i-n-диодов.

9. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что в качестве устройств выборки-хранения к выходам первого и второго квадратурных смесителей сигналов РЧ подключены аналого-цифровые преобразователи.