Устройство для обработки импульсных радиосигналов Советский патент 1984 года по МПК G01S7/28 

1Г Изобретение относится к радиотехинке и может использоваться для сжатия частотно-модулированных радиосиг налов, принимаемых на фоне шумовприемника. Известно устройство обработки импульсных радиосигналов, содержащее генератор импульсов тока, генератор возбуждаюгдих импульсов и последовательно включенные синхронизатор, задающий генератор, датчик эхо-сигналов и усилитель высокой частоты Lll. Однако известное устройство имеет низкую помехозащищенность, что обусловлено случайной интерференцией отдельных компонент сжатого эхо-сигнала вследствие некогерентности исполь зуемых радиоимпульсов и нарушением условий сжатия, а также образованием ложных эхо-сигналов при неидеальной настройке момента запуска и формы им пульсов тока. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство обработки импульсных радиосигналов, содержащее задающий генера тор, программатор, оконечный блок, последовательно соединенные приемопередатчик и антенну и последователь но соединенные усилитель мощностиj датчик эхо-сигналов и усилитель высо кой частоты С 21. Однако такое устройство имеет низ кую помехозащищенность, что обусловлено возникновением ложных (комбинационных) эхо-сигн.алов вследствие использования трехимпульсной последова тельности 90° импульсов, а также случайной интерференции отдельных компонент сжатых эхо-сигналов, ложны эхо- и спадов индуцированных сигналов из-за некогерентности используемых радиоимпульсов. Цель изобретения - увеличение помехозащищенности. Для этого в устройство для обработки импульсных радиосигналов, содержащее задающий генератор, програм матор, оконечный блок, последователь но соединенные приемопередатчик и ан тенну и последовательно соединенные усилитель мощности, датчик эхо-сигна лов и усилитель высокой частоты, введены генератор импульсов тока, уп равляемый фазовращатель, первый, второй и третий ключи и синхронный детектор, при этом выход задающего генератора соединен через последовательно соединенные управляемый фазо92вращатель и первь й ключ с входом приемопередатчика, а через синхронный детектор - с входом оконечного блока, выход усилителя высокой частоты соединен с вторым входом синхронного детектора, выход управляемого фазовращателя соединен через второй ключ с первым входом усилителя мощности, второй выход приемопередатчика через третий ключ соединен с вторым входом датчика эхо-сигналов первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы программатора соединены с вторыми входами соответственно управляемого фазовращателя, первого, второго и третьего ключей и усилителя мощности, а второй выход программатора соединен с третьим входом датчика эхо-сигналов через генератор импульсов тока. На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предложенного устройства; на фиг. 2 - эпюры, поясвяю дие работу устройства; на фиг, 3 приемопередатчик; на фиг. 4 и 5 датчик эхо-сигналов, варианты выполнения; на фиг. 6 - синхронньм детектор . Устройство для обработки импульсных радиосигналов содержит задающий генератор I, программатор 2, оконечный блок 3, приемопередатчик А, антенну 5, усилитель 6 мощности, датчик 7 эхо-сигналов, усилитель 8 высокой частоты, генератор 9 импульсов тока, первый 10, второй 11 и третий 12 ключи, синхронный детектор 13 и управляемый фазовращатель 14. Устройство для обработки импульсных радиосигналов работает следующим образом. Непрерывный сигнал с частотой fj с выхода задающего генератора 1 (фиг. 2а) поступает на первый (сигнальный) вход управляемого фазовращателя 14, фаза сигнала на выходе которого с момента времени t, 0 до момента времени t.,-f-t , где fy, - длительность зондирующего радиоимпульса, изменяется под действием управляющего сигнала, поступающего на второй (управляющий) вход управляв- мого фазовращателя 14 с первого выхода программатора 2 в соответствии с используемым законом частотной модуляции сигнала. Сформированный таким образом линейно-частотно-модулированный (ЛЧМ) сигнал (фиг. 26) с выхода управляемого фазовращателя

31

14через открытый по сигналу с второго выхода программатора 2 (фиг. 2в) первьм ключ 10 поступает на вход приемопередатчика 4 (фиг. 3), который содержит усилитель 15 мощпости, цир кулятор 16 и усилитель 17 высокой частоты. После усиления в усилителе

15мощности и прохождения через циркулятор 16 ЛЧМ радиоимпульсный сигнал (фиг. 2г) излучается через антенну 5. По окончании радиоимпульса первьш ключ 10 размыкается на вре мя Tn-tiu, , где Тп - период повторения зондирующих радиоимпульсов.

Одновременно с излучением ЛЧМ радиоимпульса по сигналу с второго выхода программатора 2 на третий вход датчика 7 эхо-сигналов (фиг. 4 и 5), содержащего сумматоры 18, резонатор 19 или катушку 20 индуктивности с рабочим веществом 21, помещенные в поле постоянного магнита 22 и катушки 23 градиента постоян ного магнитного поля, подается импульс тока с выхода генератора 9 импульсов тока (фиг. 2д). Импульс тока может иметь произвольные амплитуду и направленность при условии, что создаваемая им неоднородность постоянного магнитного поля больше ширины линии спинового магнитного резонанса рабочего вещества 21. В частности, импульс тока может быть промодулирован случайной функцией. В результате действия этого импульса тока имевшаяся до момента времени t,0 в рабочем веществе 21 когерентная намагниченность затухает до нуля

В момент времени t + tj, по сигналу (фиг. 2е) с четвертого выхода программатора 2 замыкается на время , где tj - максимально возможное время задержки принимаемого сигнала, третий ключ 12, через который принятый антенной 5 сигнал (фиг. 2ж) с отвода диркулятора 16 через усилитель 17 высокой частоты приемопередатчика 4 подается на один из входов сумматора 18 датчика 7 эхо-сигналов.

В момент времени t, которое заведомо больше ожидаемой задержки принятого сигнала t (фиг. 2ж), с выхода усилителя 6 мощности подается на другой из входов сумматоров 18 датчика 7 эхо-сигналов короткий радиоимпульс (фиг. 2з), сформированный из немодулированного непрерывного сигнала (фиг. 2а) путем замыкания на время второго ключа 1 1 по сигна

37594

лу (фиг. 2и) с третьего выхода программатора 2. Амплитуда Л этого сигнала зависит от управляющего сигнала с пятого выхода программатора 2 которьш формируется в соответствии с условиями . и

Нд5 27Гй- , где Н - напряженность магнитного

радиочастотного поля, созданного этим импульсом (фиг. 2з) в рабочем веществе 21 датчика 7 эхо-сигналов Н,, А; J - гиромагнитное отношение используемых спинов (напрР1мер, для электрона 2,8 МГд/Гс, для протонов ,21- 103 МГц/Гс); д f - ишрина резонансной линии рабочего вещества 21 датчика 7 эхо-сигналов равная глубине частотной модуляции зондирующего радиоимпульсного сигнала (фиг. 2г).

В момент времени .-. на выходе датчика 7 эхо-сигналов начинает формироваться эхо-сигнал (фиг. 2к) представляющий собой инвертированную во времени копию принятого сигнала (фиг. 2ж). Для сжатия сигнала (фиг. 2к) в момент времени t6 l-t2 на первьй вход датчика 7 эхо-сигналов (на один из входов сумматоров 18) подается с выхода усилителя 6 мощности ЛЧМ радиоимпульс (фиг. 2л) длительностью ., -.у С-ц. .

, Этот импульс формируется из сигнала с выхода управляемого фазовращателя (фиг. 26) путем замыкания на время

f

второго ключа 11 по сигналу

ISO

(фиг. 2м) с третьего выхода програм матора 2 (вне интервалов времени STtL и тхдо на выходе управляемого фазовращателя имеет место немодулированный сигнал частотой fo). При этом глубина частотной модуляции остается равной глубине частотной модуляции зондирующего радиоимпульса (фиг 2г), а закон изменения частоты имеет обратный знак по сравнению с законом изменения частоты зондирующего радиоимпульса. Амплитуда второго 180°

0 импульса определяется уровнем управляющего сигнала с пятого выхода программатора 2, который устанавливается заранее, исходя из соотношения

(H.f.fM.

i/u J

где напряженность радиочастотного магнитного поля, создаваемого

Q

вторым 180 импульсом в рабочем вещества 21 датчика 7 эхо-сигналов, и запоминается в программаторе 2.

В результате действия второго 180° импульса в момент времени tj 2t2+t3 на выходе датчика 7 эхосигналов возникает сжатый эхо-сигнал (фиг. 2н), который подается через усилитель 8 высокой частоты на вход синхронного детектора 13, содержащего (фиг. 6) фазовращатель 24, первьй и второй фазовые детекторы 25, 26, первый и второй накопители 27, 28, первый и второй квадраторы 29,. 30, сумматор 31 и блок 32 извлечения квадратного корня.

Сжатый эхо-сигнал (фиг. 2н) подается на первые входы фазовых детекторов 25, 26, на вторые входы которых подается опорное напряжение, и с выхода задающего генератора 1 сдвинутые по отношению друг к другу на 90° с помощью фазовращателя 24 на выходах первого и второго фазовых детекторов 25, 26 вьщеляются соответственно синфазная и квадратурная компоненты сжатого эхо-сигнала, которые накапливаются в течение нескольких циклов зондирования с периодом Тп в первом и втором накопителях 27, 28 Сигналы с улучщенным соотношением сигнал - шум подаются на входы первого и второго квадраторов 29, 30, после чего суммируются в сумматоре 3 и преобразуются в блоке 32 извлече596

ния квадратного корня, на выходе которого формируется модуль аьтлитуды радиоимпульсного сигнала. С выхода синхронного детектора 13 сжатый сигнал поступает на оконечный блок 3 для визуального наблюдения или дальнейшей обработки.

Сравнительньш анализ известного и

предложенного устройств показал, что предложенное устройство имеет большую помехозащищенность за счет исключения случайной интерференции отдельных компонент сжатого эхо-сигнала

и регистрации посторонних сигналов даже с идентичным законом частотной модуляции вследствие применения когерентных зондирующего и обрабатывающих (180°) радиоимпульсов. Кроме

того, исключается образование ложных (комбинационных) эхо-гтналов вследствре применения 180° обрабатывающих радиоимпульсов, не создающих поперечной намагниченности в рабочем веществе датчика эхо-сигналов; а также уничтожается, поперечная (гамагниченность между отдельными циклами сжатия путем наложения на рабочее вещество датчика эхо-сигналов импульсов градиентов постоянного магнитного поля, параметры которых некритичны для достржения жeлae aIx результатов, что позволяет проводить подряд несколько циклов зондирование - сжатие с накоплением получаемых сигналов.

-ш

JVVN.

п

t4

77

фаз. 2

г

АЛА-

f А

ЛЯ7

вхо

fS

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ИМПУЛЬСНЫХ РАДИОСИГНАЛОВ, содержащее задающий генератор, программатор, оконечный блок, последовательно соединенные приемопередатчик и антенну и .последовательно соединенные усилитель мощности, датчик эхо-сигналов и усилитель высокой частоты, отличающееся тем, что, с целью увеличения помехозащищенности, в него введены генератор импульсов тока, управляемый фазовращатель, первьй, второй и третий ключи и синхронньй детектор, при этом выход задающего генератора соединен через последовательно соединенные управляемый.фазо-, вращатель и первый ключ с входом приемопередатчика, а через синхронный детектор - с входом оконечного блока, выход усилителя высокой частоты соединен с вторым входом синхронного детектора, выход управляемого фазовращателя соединен через второй ключ с первым входом усилителя мощности, второй выход приемопередатчика через третий ключ соединен.с вторым входом датчика эхо-сигналов, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы программатора соединены с вторыми входами соответственно управляемого фазовращателя, первого, второго и третьего ключей и усилителя мощноети, а второй выход программатора соединен с третьим входом датчика эхосигналов через генератор- импульсов тока.

B fxodl

Фиг.

-г ,,, выУод

В)(од2

Bxofft

N .

22

Фиа.д

db/)fod

Фс(8.5