ИМПУЛЬСНЫЙ РАДИОЛОКАТОР Советский патент 2014 года по МПК G01S13/08 

Изобретение относится к области радиолокации и радионавигации и может быть использовано в системах активной радиолокации.

Известны системы активной радиолокации, предназначенные для определения координат подвижных и неподвижных объектов. Аппаратура импульсного радиолокатора включает в себя антенное приемно-передающее устройство, антенный переключатель, передатчик, приемник, синхронизатор, пороговую схему, устройство измерения дальности, блок постоянных констант. Положение р/л цели (подвижной или неподвижной) по отношению к радиолокатору определяется:

тремя координатами - в пространстве,

двумя координатами - на плоскости.

Одной из координат является дальность до р/л цели.

Измерение дальности до радиолокационной цели производится измерением временного интервала между посылкой зондирующего импульса и приходом отраженного импульса.

Данной системе присущ существенный недостаток:

- ухудшение точности определения дальности до цели из-за изменения длительности переднего фронта импульса при его прохождении через среду и приемник.

Ухудшение точности определения дальности происходит вследствие того, что дальность до цели определяется по переднему фронту отраженного импульса (на каком-то определенном уровне).

Изменение длительности переднего фронта отраженного импульса (в среде, в приемнике с согласованной полосой) приводит к значительной ошибке определения дальности.

Ошибки особенно возрастают при использовании широких зондирующих импульсов без внутриимпульсной модуляции.

Целью указанного изобретения является устранение указанных недостатков; повышение точности определения дальности при изменении длительности переднего фронта импульса.

Указанная цель достигается тем, что в известном импульсном радиолокаторе, содержащем антенное приемно-передающее устройство, антенный переключатель, передатчик, приемник, синхронизатор, пороговую схему, устройство измерения дальности, блок постоянных констант, дополнительно включены вторая пороговая схема, генератор опорных импульсов, схема "И", счетчик, множительное устройство, сумматор, ответвитель мощности, устройство измерения длительности переднего фронта зондирующего импульса, устройство памяти кода переднего фронта зондирующего импульса.

Вход второй пороговой схемы соединен с входом первой пороговой схемы, выходы пороговых схем и генератор опорных импульсов подсоединены к выходам схемы "И", выход которой через счетчик подключен к множительному устройству. Выходы устройства измерения дальности, множительного устройства, блока постоянных констант, устройства памяти кода переднего фронта зондирующего импульса подключены к сумматору. Передатчик через ответвитель мощности присоединен к схеме измерения длительности переднего фронта зондирующего импульса, которая соединена с устройством памяти кода переднего фронта зондирующего импульса.

В этом случае измеряется длительность переднего фронта нормализованного по амплитуде отраженного от цели импульса, затем по длительности переднего фронта зондирующего импульса производится коррекция переднего фронта отраженного импульса и определяется истинная дальность до цели.

Длительность переднего отраженного импульса определяется в результате срабатывания двух пороговых схем.

При срабатывании первой пороговой схемы открывается схема "И" и через нее от генератора опорных импульсов на счетчик проходят кварцованные сигналы. В момент срабатывания второй пороговой схемы схема "И" закрывается. Умножив в множительном устройстве код, полученный в счетчике, на постоянную поправку, получим значение кода переднего фронта отраженного импульса.

Код длительности переднего фронта зондирующего импульса определяется следующим образом. Зондирующий импульс поступает через ответвитель мощности на схему измерения переднего фронта зондирующего импульса. Полученный код переднего фронта зондирующего импульса записывается в устройство памяти кода переднего фронта зондирующего импульса. Из кода длительности переднего фронта отраженного импульса необходимо вычесть код длительности переднего фронта зондирующего импульса. Найденную поправку, равную разности кодов передних фронтов отраженного от цели импульса и зондирующего импульса, необходимо в сумматоре вычесть из кода дальности. Кроме того, в сумматоре из скорректированного значения кода дальности вычитается код, равный величине постоянной задержки в цепях приемника и передатчика импульсного радиолокатора.

Блок-схема импульсного радиолокатора изображена на фиг.1, где обозначены:

1 - антенное приемно-передающее устройство;

2 - антенный переключатель;

3 - передатчик;

4 - приемник;

5 - ответвитель мощности;

6 - устройство измерения длительности переднего фронта зондирующего импульса;

7 - устройство памяти кода переднего фронта зондирующего импульса;

8 - устройство измерения дальности;

9 - синхронизатор;

10 - устройство измерения длительности переднего фронта отраженного импульса;

11 - блок постоянных констант;

12 - сумматор;

13, 14 - пороговая схема;

15 - генератор опорных импульсов;

16 - схема "И",

17 - счетчик;

18 - множительное устройство;

19 - выход приемника;

20 - выход передатчика;

21 - вход приемника;

22 - вход устройства измерения дальности;

23 - вход устройства измерения дальности;

24 - вход сумматора;

25 - вход сумматора;

26 - вход сумматора;

27 - вход сумматора;

28 - выход сумматора.

Временная диаграмма работы импульсного радиолокатора приведена на фиг.2 ((фиг. 2а) - идеальный прямоугольный импульс; фиг. 2б) - реальный прямоугольный импульс), где обозначены:

19 - отраженный импульс от цели на выходе приемника;

20 - зондирующий импульс на выходе передатчика;

21 - отраженный импульс на входе приемника;

22 - импульс запуска устройства измерения дальности;

$$T_1=\frac{2D}{c}$$ - время распространения электромагнитной энергии от передатчика до цели и обратно;

D - расстояние между импульсным локатором и р/л целью;

c - скорость распространения электромагнитной энергии;

$$\Delta t_n^{\text{'}}$$ - постоянная задержка в передатчике импульсного локатора;

$$\Delta t_n^{\text{'}\text{'}}$$ - постоянная задержка в приемнике импульсного локатора;

T_пов. - период повторения импульсов передатчика;

ΔT₁ - длительность переднего фронта зондирующего импульса, на выходе передатчика;

$$\Delta {\dot{T}}_2$$ - длительность переднего фронта отраженного импульса на входе приемника;

ΔT₂ - длительность переднего фронта отраженного импульса на выходе приемника:

Зондирующий импульс на выходе передатчика и отраженный импульс на выходе приемника приведен на фиг.3, где обозначены:

OB₃D₃D₁ - отраженный импульс на выходе приемника;

OA₃C₃C₁ - зондирующий импульс на выходе передатчика;

d₁, d₂ - известные уровни по амплитуде;

Δt₁ - длительность переднего фронта зондирующего импульса между двумя известными уровнями по амплитуде;

Δt₂ - длительность переднего фронта отраженного импульса между двумя известными уровнями по амплитуде;

ΔТ₁ - Длительность переднего фронта зондирующего импульса между началом отсчета и уровнем d₂, по которому определяется время прихода сигнала;

ΔТ₂ - длительность переднего фронта отраженного импульса между началом отсчета и уровнем d₂, по которому определяется время прихода сигнала;

ΔT - задержка между отраженным импульсом на выходе приемника и зондирующим импульсом на заданном уровне d₂ по амплитуде.

Предлагаемый импульсный радиолокатор состоит из антенного приемно-передающего устройства 1, антенного переключателя 2, передатчика 3, приемника 4, ответвителя мощности 5, устройства измерения длительности переднего фронта зондирующего импульса 6, устройство памяти кода переднего фронта зондирующего импульса 7, устройства измерения дальности 8, синхронизатора 9, устройства измерения переднего фронта отраженного импульса 10, блока постоянных констант 11, сумматора 12.

Устройство измерения переднего фронта отраженного импульса 10 состоит из пороговых схем 13, 14, генератора опорных импульсов 15, схемы "И" 16, счетчика 17, множительного устройства 18.

Антенное приемно-передающее устройство 1 через антенный коммутатор 2 соединено с передатчиком 3 и приемником 4.

Передатчик 3 через ответвитель мощности 5 соединен с устройством измерения длительности переднего фронта зондирующего импульса 6, выход которого соединен с устройством памяти кода переднего фронта зондирующего импульса 7.

Передатчик 3, приемник 4, устройство измерения дальности 8, соединены с синхронизатором 9.

Выход приемника 4 подключен к пороговым схемам 13, 14 устройства измерения длительности переднего фронта отраженного импульса 10. Генератор опорных импульсов 15 и выходы пороговых схем 13, 14 подключены к входам схемы "И" 16.

Выход пороговой схемы 14 подключен к устройству измерения дальности 8.

Выход схемы "И" 16 через счетчик 17 подключен к множительному устройству 18.

Выходы множительного устройства 18 устройства измерения длительности переднего фронта отраженного импульса 10, устройства памяти кода длительности переднего фронта зондирующего импульса 7, устройства измерения дальности 8, блока постоянных констант подключены к сумматору 12.

Изменение длительности переднего фронта импульса на выходе приемника корректируется поправкой ΔT, равной разности передних фронтов импульса на выходе приемника и зондирующего импульса. Для этого произведем сравнение импульсов на выходе приемника и зондирующего по фиг. 2б). Для чего совмещаем начало отсчета данных импульсов.

При этом из рассмотрения исключаются постоянные величины $$T_1=\frac{2D}{c}$$ и $$(t_n^{\text{'}}+t_n^{\text{'}\text{'}})$$ .

По фиг.3, где изображен импульс на выходе приемника и зондирующий импульс передатчика, найдены величины, которые необходимо определить для получения поправки ΔT.

Из подобия треугольников OA₂M и A₁A₂K (см. фиг.3) находим

$$\frac{A_2{K}_1}{A_2{M}_1}=\frac{A_1{K}_1}{O{M}_1}\left(1\right)$$

Из фиг.3 определяем

A₂K₁=d₂-d₁;

A₂M₁=d₂;

A₁K₁=Δt₁;

OM₁=ΔT₁.

Подставив найденные значения в выражение (1), получим

$$\frac{d_2-d_1}{d_2}=\frac{\Delta t_1}{\Delta T_1}$$ ;

Откуда

$$\Delta T_1=\frac{d_2}{d_2-d_1}\Delta t_1=K\Delta t_1$$ ;

Из подобия треугольников OB₂M₂ и B₁B₂K₂ находим

$$\frac{B_2{K}_2}{B_2{M}_2}=\frac{B_1{K}_2}{O{M}_2}\left(2\right)$$

Из фиг.3 определяем

B₂K₂=d₂-d₁;

B₂M₂=d₂;

B₁K₂=Δt₂;

OM₂=ΔT₂.

Подставив найденные значения в выражение (2), получим:

$$\frac{d_2-d_1}{d_2}=\frac{\Delta t_2}{\Delta T_2}$$ , откуда $$\Delta T_2=\frac{d_2}{d_2-d_1}\Delta t_2=K\Delta t_2$$ .

Задержка между импульсом на выходе приемника и зондирующим импульсом на заданном уровне d₂ определяется выражением

$$\Delta T=\Delta T_2-\Delta T_1=K(\Delta t_2-\Delta t_1)\left(3\right)$$

Таким образом, для вычисления поправки ΔT необходимо знать поправочный коэффициент $$K=\frac{d_2}{d_2-d_1}$$ , который равен константе и определяется двумя уровнями сигнала d₁ и d₂ и измерять интервалы времени Δt₁ и Δt₂. Δt₁, Δt₂ - интервалы времени между точками на переднем фронте зондирующего импульса и импульса на выходе приемника, когда их амплитуды достигают определенных значений (уровни d₁ и d₂).

Величину поправки ΔT₂=ΔT₂-ΔT₁, равную изменению длительности переднего фронта импульса, необходимо вычесть из измеренного значения дальности, которая соответствует временному интервалу между посылкой зондирующего импульса и приходом отраженного от цели импульса.

Измерение дальности до цели импульсным локатором производится следующим образом.

Импульс запуска с синхронизатора поступает на вход передатчика 3 и вход 22 устройства измерения дальности 8.

Зондирующий импульс с выхода 20 передатчика 3 через антенный коммутатор 2 поступает на антенное приемно-передающее устройство 1 и излучается. Отраженный от цели импульс через антенное приемно-передающее устройство 1 и антенный коммутатор 2 поступает на вход 21 приемника 4.

Импульс с выхода 19 приемника 4 поступает на входы пороговых схем 13, 14 устройства определения длительности переднего фронта отраженного импульса 10. Сигнал с выхода пороговой схемы 14, соответствующий моменту прихода отраженного импульса, поступает на вход 23 устройства измерения дальности 8, которое определяет дальность путем измерения временного интервала между излучением зондирующего импульса и приходом отраженного импульса.

Код дальности с выхода устройства измерения дальности 8 поступает на вход 24 сумматора 12.

Для исключения постоянной поправки ΔD, пропорциональной постоянной задержке $$(\Delta t_n^{\text{'}}+\Delta t_n^{\text{'}\text{'}})$$ , из этого значения кода вычитается поправка, формируемая блоком постоянных констант 11 и поступающая на вход 25 сумматора 12.

После этого в сумматоре 12 из полученного кода вычитается поправка ΔT=ΔT₂-ΔT₁, вызванная изменением длительности переднего фронта отраженного импульса (при прохождении через среду и приемник).

Величина ΔT₁ определяется следующим образом.

Сигнал с выхода передатчика 3 через ответвитель мощности 5 поступает на устройство измерения длительности переднего фронта зондирующего импульса 6 и измеренное значение кода заносится в устройство памяти кода длительности переднего фронта зондирующего импульса 7. Из устройства 7 значение кода ΔT₁ поступает на вход 26 сумматора 12.

Величина ΔT₂ поступает в сумматор 12 из устройства определения длительности переднего фронта отраженного импульса и определяется следующим образом.

При срабатывании первой пороговой схемы 13 через схему "И" 16 на вход счетчика 17 с генератора опорных импульсов 15 поступают кварцованные сигналы. При срабатывании второй пороговой схемы 14 схема "И" 16 закрывается.

Вследствие того, что на вход пороговых схем 13, 14 поступает нормализованный по амплитуде сигнал с выхода приемника, то по интервалу времени между моментами срабатывания двух пороговых схем 13, 14 определяется длительность переднего фронта импульса Δt₂ между уровнями d₁ и d₂, измеренное значение Δt₂ поступает на вход множительного устройства 18 и с его выхода значение длительности переднего фронта отраженного импульса на выходе приемника ΔT₂ поступает на вход 27 сумматора 12. С выхода 28 сумматора 12 выдается истинное значение кода дальности D_ист.

Интервал времени между формированием импульса запуска передатчика и приходом отраженного импульса с выхода приемника на устройство измерения дальности определяется выражением

$$T_{\Sigma }=T_1+(\Delta t_n^{\text{'}}+\Delta t_n^{\text{'}\text{'}})+\Delta T\left(4\right)$$

T₁ - время между излучением зондирующего импульса и приходом отраженного от цели импульса;

$$\Delta t_n^{\text{'}}$$ - постоянная задержка в цепях передатчика;

$$\Delta t_n^{\text{'}\text{'}}$$ - постоянная задержка в цепях приемника;

ΔT - задержка между импульсом на выходе приемника и зондирующим импульсом

ΔT=ΔT₂-ΔT₁

где ΔT₁ - длительность переднего фронта зондирующего импульса;

ΔT₂ - длительность переднего фронта отраженного импульса на выходе приемника.

Выражение (4) может быть преобразовано в выражение

$$T_{\Sigma }=T_1+(t_n^{\text{'}}+t_n^{\text{'}\text{'}})+(\Delta T_2-\Delta T_1)\left(5\right)$$

Дальность до р/л цели определяется выражением

$$D=\frac{c{T}_{\Sigma }}{2}=\frac{2[T_1+(t_n^{\text{'}}+t_n^{\text{'}\text{'}})+(\Delta T_2-\Delta T_1)]}{2}\left(6\right)$$

Истинная дальность до р/л цели определяется выражением

$$D_{ист}=\frac{c{T}_{\Sigma }{}_{{}_{ист}}}{2},\left(7\right)$$

где $$T_{{\Sigma }_{ист}}$$ - истинное время распространения электромагнитной энергии от локатора до р/л цели и обратно;

$$\begin{array}{l}{T}_{{\Sigma }_{ист}}=T_{\Sigma }-(t_n^{\text{'}}+t_n^{\text{'}\text{'}})-(\Delta T_2-\Delta T_1)=\\ =[T_1+(t_n^{\text{'}}+t_n^{\text{'}\text{'}})+(\Delta T_2-\Delta T_1)]-(t_n^{\text{'}}+t_n^{\text{'}\text{'}})-(\Delta T_2-\Delta T_1)=T_1\left(8\right)\end{array}$$

Подставив значение $$T_{{\Sigma }_{ист}}$$ из уравнения (8) в уравнение (7), получим

$$D_{ист}=\frac{c{T}_1}{2}\left(9\right)$$

т.е. дальность от импульсного локатора до р/л цели определяется только временем распространения электромагнитной энергии и не зависит от изменения длительности переднего фронта зондирующего импульса и отраженного импульса при его прохождении через среду и приемник.

Таким образом, точность измерения дальности по переднему фронту не зависит от изменения длительности переднего фронта импульса.

Введение схем определения длительности переднего фронта отраженного и зондирующего импульсов дает возможность повысить точность определения дальности до цели при изменении длительности переднего фронта импульса при прохождении через среду и приемник. Применение коррекции длительности переднего фронта импульса дает возможность повысить точность измерения временного интервала, пропорционального дальности на величину, равную изменению длительности переднего фронта импульса. В известных приемниках нестабильность полосы пропускания составляет 10-20%, что эквивалентно изменению длительности переднего фронта импульса на 10-20% при прохождении через приемник, полоса пропускания которого согласована с длительностью импульса. Данное построение импульсного радиолокатора наиболее целесообразно при использовании длинных импульсов без внутриимпульсной модуляции.

Изобретение относится к радиолокационным системам и может быть использовано в системах активной локации. Достигаемый технический результат - повышение точности определения дальности до цели. Указанный результат достигается за счет того, что импульсный радиолокатор, приемное и передающее устройства, две пороговые схемы, устройство измерения дальности, блок постоянных констант, генератор опорных импульсов, элемент И, счетчик, множительное устройство, сумматор, устройство измерения длительности переднего фронта зондирующего импульса с памятью, определенным образом соединенные между собой. 3 ил.

Импульсный радиолокатор, содержащий приемное и передающее устройства, пороговую схему, устройство измерения дальности, блок постоянных констант, при этом вход пороговой схемы подключен к выходу приемного устройства, а выход - ко входу устройства измерения дальности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения дальности до цели, в него введены вторая пороговая схема, генератор опорных импульсов, элемент И, счетчик, множительное устройство, сумматор, устройство измерения длительности переднего фронта зондирующего импульса с памятью, при этом вход устройства измерения длительности переднего фронта зондирующего импульса с памятью подключен к выходу передающего устройства, а выход подключен к сумматору, ко входам которого подключены также блок постоянных констант, выходы множительного устройства и устройства измерения дальности, вход второй пороговой схемы соединен с выходом приемного устройства, а выход соединен с одним из входов элемента И, второй вход которого подключен к выходу первой пороговой схемы, а третий вход подключен к выходу генератора опорных импульсов, вход счетчика соединен с выходом элемента И, а выход соединен со входом множительного устройства.