Пространственно-временной измеритель диаграммы рассеяния случайной поверхности Советский патент 1992 года по МПК G01S13/00 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиолокации, и может использоваться в измерительной аппаратуре для радиолокации земной поверхности при измерении ее радиолокационных характеристик.

Цель изобретения - повышение быстродействия.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предложенного пространственно-временного измерителя диаграммы рассеяния случайной поверхности; на фиг. 2 - структурная электрическая схема М-канального блока пространственно-временной корреляции сигналов.

Пространственно-временной измеритель диаграммы рассеяния случайной поверхности содержит когерентный передатчик 1, передающую антенну 2, приемные антенны 3, М-канаяьный приемник 4, смесители 5, усилители 6 промежуточной частоты, синх ронные детекторы 7, фильтры 8 нижних частот, аналого-цифровые преобразователи 9, гетеродин 10, М-канальный блок 1Т оценок пространственно-временной корреляции сигналов, блок 12 усреднения оценок, Фурье-преобразователь 13 и блок 14нормализации.

М-канальный блок оценок пространственно-временной корреляции сигналов содержит гтервые элементы 15 задержки, вторые элементы 1 б задв ржки, К-е элементы 17 задержки, первые перемножйтели 18, вторые перемножители 19, К-е перемножйтели 20 и (К -ь 1)-е перемножители 21.

Пространственно-временной измеритель диаграммы рассеяния случайной (юверхности работает следующим обра:3ом. . :/:.- - - .

Подвижной объект, на борту которого установлен пространственно-временной измеритель диаграммы рассеяния случайной поверхности, совершает горизритальНь1й полет, причем вектор скорости подвижного объекта перпендикулярен линии расположения приемных антенн 3. Когерентный передатчик 1 через передающую анте,нну 2 излучает по направлению к земной поверхности сверхвысокочастотные квг1зинепрерывные колебания, которые представляют собой импульсные сигналы с малой скважностью 2-30, что обеспечивает необходимую развязку между передающей аЕ1теннрй 2 и приемными антеннами 3. Отраженные от земной случайной поверхности сигналы принимаются приемными антеннами 3 и постуг1ают на входы М-канальнеого приемника 4. Широкие диаграммы направленности передающей и

приемных антенн 2 и 3 обеспечивают одновременный прием сигналов в широком диапазоне углов, то есть максимальное быстродействие. Число приемных антенн М

определяется необходимой точностью пространственной дискретизации, так при М 20 ошибка дискретизации не превышает 10%.

Поступившие на входы М-канального

0 приемника 4 отраженные от земной поверхности сигналы преобразовываются в смесителях 5 в сигналы промежуточной частоты, усиливаются в усилителях б промежуточной частоты и подвергаются синхрон5 ному детектированию в синхронных детекторах 7, выходной сигнал которого поступает на входы фильтров 8 нижних частот. Поскольку на вторые входы смесителей б и синхронных детекторов 7 поступают с выхо0 дов гетеродина 10 сигналы, когерентные сигналам передатчика 1, на выходе синхронных детекторов 7 образуются допплеровские флюктуации отраженных сигналов, ширина спектра которых равна

ДГфл«(2 -3),(1) где Д - эффективная ширина диаграммы рассеянного случайной поверхности; V - век0 тор скорости подвижного объекта; Я - длина волны.

Полосу фильтров 8 нижних частот выбирают примерно равной или несколько большей ширины спектра допплеровских флуюктуаций отраженных сигналов. Например при А 0,1 М, (Л)макс t рад, и V 8 10 м/с, использование искусственного спутника в качестве подвижного объекта, ширина спектра допплеровских флюктуации будет находиться в пределах 160-240 кГц. Выходные сигналы фильтров 8 нижних частот поступают на аналого-цифровые преобразователи 9, в которых он преобразуется в цифровой код с минималъным шагом временного квантования

(Дгк8)мин « 1 /(2 АГфл)макс «(2 - 3) 10 С, (2)

Выходной цифровой сигнал аналого-циф ровых преобразователей 9 поступает на входы М-канального блока 11 оценок пространственно-временной корреляции сигналов, в котором формируются цифровые сигналы, пропорциональные мгновенным значениям пространственно-временной корреляции, в дискретные моменты времени tn при дискретных значениях задержки Гк для всех чисел m и k, то есть В{Ахт.Тк tn)Ul(xi,tn) Um{ А Xm. tn-fK)-(3) где n 0, 1, 2, 3 Пи - номера отсчетов сигналов; Пи Ти/ AtKB - количество отсчетов на интервале измерения tn. Таким образом, формирование сигналов, пропорциональных В( Ахт, Тк, ь), осуществляется одновременно и идентично во всех каналах М-канального блока 11 оценок пространственно-временной корреляции, в каждом из которых цифровые сигналы, взятые в моменты времени tn, последовательно задерживаются на интервалы врек, мени Tk 2 к1 где ki принимает значения О, 1, 2, 3, .,., с шагом АГк1 и после каждой задержки все сигналы перемножаются с одним сигналом, считывающимся опорным, который рационально взять при m 1 или m М, то есть сигнал, принятый любой крайней приемной антенной 3, причем отсчитанный также в моменты времени tn для всех n 1, 2, 3, .... Пи. Сигналы с выхода М-канального блока 11 оценок пространственно-временной корреляции сигналов, пропорциональные мгновенным значениям корреляции, отдельно усредняются по п в блоке 12 усреднения оценок, образуя на выходах этого блока сигналы, пропорциональные пространственно-временной корреляции, определяемой выражениемВ (Xm Тк) тгг- S В (Хт . Гк , tn) V 1 Эти сигналы в цифровом виде поступают на входы Фурье-преобразователя одновременно для всех m и k, в котором осуществляется операция в соответствии с выражением.p(Ub-Q) Ci D В(АХт,Гк)х т(и.-2VTk 4- QjAXm) где Ug, Vj - дискретные значения аргументов ии Уприд О, ± 1, ±2, ±3 ±дмакс. иJ 0, ±1, ±2, ±3±jMaKc; Ci - коэффициент пропорциональности, определяющий калибровку пространствённо-временного измерителя случайной поверхности; Я длина волны; у-модуль вектора скорости подвижного объекта; и и V- нормированные декартовы координаты. Выходной сигнал Фурье-преобразователя нормализуется в блоке 14 нормализации в соответствии со следующим вы ражея и ем (1 -ИЯ + v), V) Gp{U, V) C ° gnep(U,V)-gnp(DTVr где Ср{и, V) - измеряемая диаграмма рассеяния в нормированных декартовых координатах;Со - постоянная калибровки; р(и, V) - dp(V, UXds{U, V) - пространственная плотность потока. Таким образом, операция нормировки учитывает форму диаграммы передающей антенны 2gnep(U, V), форму диаграммы Приемных антенн 3 gnp(U V), размеры отражающих площадок ds(U V), дальность дейстаия до отражающих площадок. Технико-экономический эффект предложенного пространственно-временного измерителя диаграммы рассеяния случайной поверхности заключав; -:я в повышении бь1стродействия измерений, так по сравнению с базовым обьектрм пре,дложенное устройство обладает на порядок большим быстродействием, кроме того, предложенный пространственно-временной измеритель диаграммы рассеяния случайной поверхности позволяет уменьшить габариты и массу устройстеа.

if

1. ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ДИАГРАММЫ РАССЕЯНИЯ СЛУЧАЙНОЙ ПОВЕРХНОСТИ, содержаищий соединенные последовате льно когерентный передатчик и передающую антенну, М приемных антенн и М-канальный приемник, который включает в себя гетеродин и каждый канал которого содержит соединенные последовательно смеситель, усилитель промежуточной частоты, синхронный детектор, фильтр нижних частот и аналого-цифровой преобразователь, первые входы смесителей и выходы аналогоцифровых преобразователей являются соответствующими входами и выходами Мканального приемника, вторые входы смеси телей и синхронных детекторов соединены соответственно с первым и вторым выходами гетеродина, вход которого является одним из выходов М-канального приемника и соединен с вторым выходом когерентного передатчика, выходы приемных антенн соединены с соответствующими входами Мканального приемника, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, приемные антенны расположены на линии, перпендикулярной заданному вектору скорости подвижного обьекта, на котором расположен пространственно-временной измеритель диаграммы рассеяния случайной поверхности, в который введены М-канальный блок оценок пространственно-временной корреляции сигналов, блок усреднения оценок, фурье-преобразователь и блок нормализации, М вь)ходов М-канального приемника соединены с соответствующими входами М-канального блока оценок пространственно-временной корреляции сигналов, (К+1)М выходов которого соединены с соответствукзщими входами блока усреднения оценок, выходы которого соединены с соответствующими входами Фурье-преобразователя, выход которого соединен с входом блока нормализации, выход которого является выходом пространственно-временного измерителя. (Л 2. Измерительно п. 1, отличающийс с я тем, что М-канальный блок оценок пространственно-временной корреляции сигналов содержит в каждом канале соединенные последовательно К элементов задержки и К+1 перемножителей, вход первого элемента задержки каждого канала о ю о соединен с первым входом первого перемножителя канала и является соответствующим входом М-канального блока оценок пространственно-временной корреляции СА сигналов, выходами которого являются выVI ходы всех его перемножителей, вход каждого последующего перемнржителя соединен с выходом предыдущего элемента задержки своего канала, а вторые входы всех перемножителей М-канального блока оценок пространственно-временной корреляции сигналов соединены с входом первого элемента задержки канала, соответствующего одной из крайних приемных антенн пространственно-временного измерителя диаграммы рассеяния случайной поверхности.