приемно-передающее устройство

Формула изобретения

ПРИЕМНО-ПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, включающее синхрогенератор, выход задержанного сигнала которого подключен к управляющему входу импульсного модулятора, последовательно соединенные антенну, антенный переключатель, первый смеситель и усилитель промежуточной частоты, последовательно соединенные гетеродин, второй смеситель и усилитель мощности, генератор промежуточной частоты и фазовый детектор, выход которого является выходом устройства, выход гетеродина соединен с вторым входом первого смесителя, отличающееся тем, что в него введены между выходом импульсного модулятора и вторым входом второго смесителя частотный модулятор, между выходом усилителя промежуточной частоты и первым входом фазового детектора частотный демодулятор, между выходом опережающего сигнала синхрогенератора и вторым входом фазового детектора последовательно соединенные задатчик фазы и фазовый модулятор, второй вход которого подключен к выходу генератора промежуточной частоты, а выход к сигнальному входу импульсного модулятора, выход усилителя мощности подключен к второму входу антенного переключателя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехническим устройствам для передачи и приема электромагнитных волн и может быть использовано в радиолокации и технике радиосвязи, радиотелеметрии.

Известно приемно-передающее устройство (Бакулев П.А. Радиолокация движущихся целей. М. Советское радио, 1964, с. 163, рис.2.45), содержащее последовательно соединенные антенну, антенный переключатель, первый смеситель, усилитель промежуточной частоты и фазовый детектор, выход которого является выходом устройства, последовательно соединенные модулятор и усилитель мощности, выход которого соединен с вторым входом антенного переключателя, последовательно соединенные генератор промежуточной частоты и второй смеситель, выход которого подключен к второму входу первого смесителя, задающий генератор, первый выход которого подключен к второму входу усилителя мощности, а второй выход к второму входу второго смесителя, причем второй выход генератора промежуточной частоты подключен к второму входу детектора. Известное приемно-передающее устройство обладает низкой помехоустойчивостью.

Наиболее близким к изобретению является приемно-передающее устройство (Бакулев П. А. Радиолокация движущихся целей. М. Советское радио, 1964, с. 185, рис.3.2), содержащее синхрогенератор, выход которого подключен к управляющему входу импульсного модулятора, последовательно соединенные антенну, антенный переключатель, первый смеситель, усилитель промежуточной частоты, фазовый детектор, выход которого является выходом устройства, последовательно соединенные гетеродин, второй смеситель и усилитель мощности, выход которого подключен к сигнальному входу импульсного модулятора, генератор промежуточной частоты, выход которого подключен к второму входу второго смесителя и второму входу фазового детектора, причем выход гетеродина подключен к второму входу первого смесителя. Основным недостатком прототипа является низкая помехоустойчивость.

Задачей изобретения является повышение помехоустойчивости.

Для ее решения в приемно-передающее устройство, включающее синхрогенератор, выход задержанного сигнала которого подключен к управляющему входу импульсного модулятора, последовательно соединенные антенну, антенный переключатель, первый смеситель и усилитель промежуточной частоты, последовательно соединенные гетеродин, второй смеситель и усилитель мощности, генератор промежуточной частоты и фазовый детектор, выход которого является выходом устройства, причем выход гетеродина соединен с вторым входом первого смесителя, введены между выходом импульсного модулятора и вторым входом второго смесителя частотный модулятор, между выходом усилителя промежуточной частоты и первым входом фазового детектора демодулятор, между выходом опережающего сигнала синхрогенератора и вторым входом фазового детектора последовательно соединенные задатчик фазы и фазовый модулятор, второй вход которого подключен к выходу генератора промежуточной частоты, а выход к сигнальному входу импульсного модулятора, при этом выход усилителя мощности подключен к второму входу антенного переключателя.

На чертеже приведена электрическая функциональная схема приемно-передающего устройства.

Приемно-передающее устройство содержит последовательно соединенные антенну 1, антенный переключатель 2, первый смеситель 3, усилитель 4 промежуточной частоты, частотный демодулятор 5, фазовый детектор 6, выход которого является выходом устройства, последовательно соединенные гетеродин 7, второй смеситель 8 и усилитель 9 мощности, выход которого подключен к второму входу антенного переключателя 2, последовательно соединенные генератор 10 промежуточной частоты, фазовый модулятор 11, импульсный модулятор 12 и частотный модулятор 13, выход которого подключен к второму входу второго смесителя 8, синхрогенератор 14, выход задержанного сигнала которого подключен к второму входу импульсного модулятора 12, а выход передающего сигнала к входу задатчика 15 фазы, выход которого подключен к второму входу фазового модулятора 11. Выход гетеродина 7 подключен к второму входу первого смесителя 3, а выход фазового модулятора 11 соединен с вторым входом фазового детектора 6.

Работает приемно-передающее устройство циклически с периодическим излучением передатчиком радиоимпульса и приемом в этом же периоде ответного сигнала, содержащего информацию, закодированную в одном из параметров принимаемого (отраженного) сигнала, например во времени задержки его приема относительно момента излучения или в сдвиге несущей частоты. Рассмотрим работу приемно-передающего устройства применительно к радиолокации.

Формирование зондирующего импульса происходит следующим образом. Синхрогенератор 14 вырабатывает на первом и втором выходах соответственно задержанный и опережающий сигналы с периодом повторения Т_п, величина которого определяется максимально возможным временем задержания отраженного сигнала от объекта, находящегося на максимальной заданной дальности работы.

На первом выходе синхрогенератора 14 формируется задержанный сигнал видеоимпульс длительностью S_и < < T_п, который поступает на управляющий вход импульсного модулятора 12. Длительность задержанного сигнала S_и определяет длительность зондирующего радиоимпульса и соответственно разрешающую способность радиолокатора по дальности. На втором выходе синхрогенератора 14 формируется опережающий сигнал, который поступает на вход задатчика 15 фазы.

В задатчике 15 фазы по каждому поступающему на его вход переключающему импульсу происходит разыгрывание по случайному, например, равномерному в диапазоне от 0 до 360^о закону распределения значения начальной фазы зондирующего радиоимпульса в текущем периоде повторения. Полученное в задатчике фазы значение фазы поступает на первый (управляющий) вход фазового модулятора 11, в котором устанавливается это разыгранное в текущем периоде повторения значение фазы для сигнала, поступающего на второй (сигнальный) вход фазового модулятора 11.

Разыгрывание и установление требуемого значения фазы в текущем периоде повторения в задатчике 15 фазы и фазовом модуляторе 11 происходит с некоторым аппаратным временем задержки _з относительно момента начала опережающего сигнала переключающего импульса. Для согласования момента времени начала формирования зондирующего импульса и момента установки требуемого значения начальной фазы зондирующего колебания в текущем периоде повторения начало задержанного сигнала, формируемого на первом выходе синхрогенератора 14, задержано на время относительно начала опережающего сигнала переключающего импульса, формируемого на втором выходе синхрогенератора 14.

Генератор 10 промежуточной частоты непрерывно формирует стабильные гармонические колебания с частотой f_пч, равной центральной частоте настройки усилителя 4 промежуточной частоты приемника. При прохождении сигнала с выхода генератора промежуточной частоты через фазовый модулятор 11 у сигнала устанавливается постоянное в текущем периоде повторения разыгранное в задатчике 15 фазы значение фазы, которое изменяется по случайному закону от периода к периоду повторения.

С выхода фазового модулятора 11 непрерывный гармонический сигнал с частотой f_пч и с установленной начальной фазой поступает одновременно на сигнальный вход импульсного модулятора 12 и на второй (опорный) вход фазового детектора 6. Импульсный модулятор 12 открывается управляющим импульсом длительностью S_и, поступающим с выхода задержанного сигнала синхрогенератора 14, на время его действия. Гармонический сигнал с выхода фазового модулятора 11 через открытый импульсный модулятор 12 поступает на вход частотного модулятора 13. В частотном модуляторе осуществляется модуляция частоты каждого радиоимпульса в диапазоне девиации частоты от минимального f_н до максимального f_в значения частоты по определенному закону. Частота f₁ на выходе частотного модулятора 13, например, линейно возрастает от f_н до f_в за длительность импульса.

С выхода частотного модулятора 13 сигнал поступает на второй вход второго смесителя 8, на первый вход которого подается непрерывное гармоническое колебание с частотой f₂, причем f₂ >> f₁, с выхода гетеродина 7. Во втором смесителе 8 происходит смешивание сигналов и на его выходе выделяется колебание либо с разностной частотой f_o f₂ f₁, либо с суммарной частотой f_o f₂ + f₁ биений. В дальнейшем примем первый вариант преобразования.

Таким образом, спектр радиоимпульса с выхода частотного модулятора 13 переносится на высокую несущую частоту f_o зондирующих радиоимпульсов.

Затем радиоимпульс с выхода второго смесителя 8 усиливается в усилителе 9 мощности до необходимого уровня, обеспечивающего требуемую дальность работы, и поступает на второй вход антенного переключателя 2, который отключает от антенны 1 первый вход первого смесителя 3 на время излучения сформированного зондирующего радиоимпульса.

С выхода антенного переключателя 2 радиоимпульс через антенну 1 излучается в заданном диаграммой направленности антенны направлении для зондирования пространства в текущем периоде повторения. После излучения зондирующего радиоимпульса антенный переключатель 2 подключает выход антенны 1 к первому (сигнальному) входу первого смесителя 3.

Если на пути распространения зондирующего радиоимпульса находится какой-либо отражающий объект, то часть отраженной от него энергии через время задержки t_з, пропорциональное дальности R до объекта и равное t_з 2R/с, где с скорость распространения радиоволн в пространстве, возвращается в качестве отраженного сигнала на вход антенны 1 и наводит в ней сигнал, уровень которого определяется параметрами приемно-передающего устройства и характеристиками объекта и трассы распространения в соответствии с уравнением радиолокации.

Через антенный переключатель 2 принятый сигнал подается на первый (сигнальный) вход первого смесителя 3, на второй (опорный) вход которого подается непрерывный гетеродинный сигнал с выхода гетеродина 7. В первом смесителе 3 осуществляется преобразование частоты принимаемого сигнала на промежуточную частоту, равную разности частоты f_c сигнала от объекта и частоты f₂. В усилителе 4 промежуточной частоты преобразованный сигнал усиливается до необходимого уровня и подается на вход частотного демодулятора 5.

В частотном демодуляторе осуществляется изменение частоты сигнала, принятого радиоимпульса, по закону, зеркальному по отношению к закону изменения частоты радиоимпульса в частотном модуляторе 13, т.е. он имеет демодуляционную характеристику, зеркальную по отношению к модуляционной характеристике частотного модулятора. В результате на выходе частотного демодулятора 5 формируется радиоимпульс без частотной модуляции его частоты заполнения, т.е. радиоимпульс на выходе частотного демодулятора 5 имеет среднюю частоту заполнения, равную промежуточной частоте f_пч ( в случае отсутствия доплеровской поправки частоты из-за взаимного радиального движения объекта и антенны 1), и начальную фазу зондирующего радиоимпульса, установленную в текущем периоде повторения на выходе фазового модулятора 11.

Принятый сигнал с выхода частотного демодулятора 5 подается на первый вход фазового детектора 6, на второй вход которого подается сигнал с выхода фазового модулятора 11 в качестве опорного сигнала. На выходе фазового детектора 6 выделяется сигнал биений с разностной частотой сигналов на его входах и подается на выход приемно-передающего устройства для дальнейшей обработки.

Процессы в приемно-передающем устройстве повторяются каждый период повторения зондирующих импульсов. При этом, если принимаются сигналы, отраженные от объектов, находящихся на пути распространения зондирующих радиоимпульсов, то на выходе приемно-передающего устройства сигналы в соседних периодах повторения имеют корреляционную связь, позволяющую, например, осуществить их выделение на основании этой связи за определенное время наблюдения. Если принимаемые сигналы не являются результатом отражения от объектов, а сформированы источниками, некоррелированными в каждом периоде повторения по частоте, закону ее изменения и фазе с зондирующими сигналами, то на выходе приемно-передающего устройства сигналы в соседних периодах повторения некоррелированы. Они имеют случайный характер изменения как амплитуды, так и полярности от периода повторения к периоду, что не позволяет установить наличие корреляционной связи выходных сигналов между периодами и соответственно, например, не происходит выделение за определенное время наблюдения. Таким образом, формирование передаваемого радиоимпульса со случайно изменяющимися в каждом периоде повторения параметрами и когерентная обработка в каждом периоде повторения принимаемых сигналов позволяют декоррелировать случайные принимаемые сигналы на выходе приемно-передающего устройства в соседних периодах повторения и тем самым повысить помехоустойчивость приемно-передающего устройства.