двухчастотный когерентно-корреляционный радиолокатор

Формула изобретения

Двухчастотный когерентно-корреляционный радиолокатор, использующий широкополосные шумоподобные дискретные частотно-манипулированные сигналы с непрерывной фазой (ШП ДЧМНФ), содержащий передатчик, состоящий из эталона частоты и времени, который является задающим элементом передатчика, первый выход которого соединен с формирователем несущих частот дискретов (НЧД) f₀ и f ₁, а второй выход соединен с синхронизатором; приемник, в котором отраженный сигнал принимается антенной, усиливается линейным усилителем, выход которого соединен с входом удвоителя частоты, отличающийся тем, что формирователь НЧД вырабатывает синусоидальные колебания с частотами f₀ и f₁ из эталонной частоты с индексом частотной манипуляции 2 f Т_d=0,5, где 2 f=f₁-f₀, Т _d - длительность одного дискрета, два выхода формирователя НЧД соединены с входом модулятор-генератора шума, последовательно соединенного с модулятор-генератором псевдослучайной последовательности (ПСП), выход которого соединен с усилителем, а выход усилителя подключен к антенне, вторые входы модулятор-генераторов соединены с соответствующими выходами синхронизатора, управляющие сигналы с которых обеспечивают формирование зондирующей посылки, длительностью (n+N)Т_d, где n - количество дискретов первой части зондирующей посылки, которое может меняться, N - количество дискретов второй части посылки; выход удвоителя частоты приемника соединен с входом регенератора и входом схемы свертки отраженного ШП ДЧМНФ сигнала во времени, при этом регенератор осуществляет взаимно перекрестное гетеродинирование непрерывных в течение посылки удвоенных НЧД 2 f₀ и 2 f ₁, их узкополосную фильтрацию на тактовой частоте и нелинейное инвариантное сжатие спектра отраженного ШП ДЧМНФ сигнала модуль-перемножителем с последующей узкополосной фильтрацией f_уф=1/(n+N)Т_d ; выход регенератора соединен с входом обнаружитель-измерителя, а выходы регенератора с удвоенными НЧД соединены с соответствующими входами схемы свертки сигнала во времени, выходной сигнал которой характеризует точную дальность, а обнаружитель-измеритель осуществляет обнаружение отраженного сигнала, измерение текущих координат и параметров сопровождаемого объекта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение - двухчастотный когерентно-корреляционный радиолокатор, относится к области радиоэлектроники. Заявляемое радиолокационное устройство обладает более высокими тактико-техническими характеристиками по сравнению с известными устройствами.

Аналогами заявляемого изобретения являются радиолокационные устройства, использующие широкополосные одночастотные дискретные фазоманипулированные сигналы (ДФМ) и их стандартное преобразование-свертку сигнала во времени (Л-1; Л-2; Л-4 и др.).

Сущность заявляемого изобретения заключается в применении новых, отличных от известных структур, формы зондирующего сигнала (посылки) на основе двухчастотных широкополосных дискретных частотно-манипулированных сигналов с непрерывной фазой (ШП ДЧМНФ), формируемых передатчиком, применении сквозной когерентно-корреляционной обработки отраженных сигналов, осуществляемой по новому принципу - нелинейного инвариантного сжатия широкополосного спектра сигнала в узкополосный (близкого к -функции) и свертки его во времени.

Техническим результатом применения заявляемого устройства являются:

- повышение потенциала радиолокатора;

- повышение отношения с/ш;

- увеличение дальности действия;

- улучшение помехозащищенности;

- фазовая чувствительность приемного устройства только к «своим» сигналам;

- предотвращение возможности разведки структуры зондирующего сигнала;

- повышение точности измерения текущих координат и параметров;

- увеличение эффективной отражающей поверхности пеленгуемого объекта и снижение влияния технологии Stels;

- исключение демаскирующего признака спектра ДФМ сигналов в виде провала на несущей частоте.

Фиг.1. Структура зондирующего сигнала (посылки)

Фиг.2. Структурная схема передатчика.

Фиг.3. Структурная схема приемника.

Структуры узлов синхронизации, АРУ, обнаружитель-измерителя, ВС и др. стандартные, не претендующие на защиту какой-либо новизны (Л-4).

Общая схема радиотехнических узлов радиолокатора и связей между ними включает: передатчик (фиг.2), формирующий зондирующий сигнал (фиг.1), приемник (фиг.3), выполняющий обработку широкополосных шумоподобных ДЧМНФ сигналов и вспомогательные средства.

Передатчик радиолокатора фиг.2 содержит эталон частоты и времени (1), соединенный с формирователем (2) несущих частот дискретов (НЧД), синхронизатор (5) и вспомогательные средства. Он отличается от аналога (Л-3) тем, что формирует ШП ДЧМНФ сигналы, состоящие из двух следующих друг за другом частей (А и Б), фиг.1. Формирователь несущих частот дискретов путем деления опорной частоты вырабатывает непрерывные синусоидальные колебания с частотами f₀ и f₁ для заполнения временных дискретов зондирующей посылки по случайному или ПСП законам, для которых индекс частотной манипуляции D=2 f T_d=0,5, где 2 f=f₁-f₀, а T_d длительность одного дискрета.

В первой части зондирующей посылки (А), длительностью n Т _d, структура чередования дискретов случайная, меняющаяся от одной посылки к другой (модулируется шумом) и выполняет двоякую функцию: во-первых, маскирует комбинации ПСП второй части, а, во-вторых, увеличивает потенциал радиолокатора за счет большей энергии зондирующего сигнала Э_с=Р _пер(n+N)T_d без увеличения мощности передатчика. Количество дискретов "n" в первой части зондирующей посылке может меняться.

Вторая часть посылки (Б) состоит из N дискретов и представляет собой ПСП структуру.

Два выхода формирователя несущих частот дискретов соединены с входом модулятор - генератора шума (3) и последовательно с ним с модулятор-генератором ПСП (4). Третий и четвертый входы модулятор-генераторов соединены с синхронизатором (5), который управляет коммутационными элементами модулятор-генераторов.

Сформированный таким образом зондирующий сигнал усиливается (6) и излучается антенной.

Приемник радиолокатора фиг.3 включает: стандартные узлы обработки MSK сигналов: антенну, входные узлы приемника, линейный усилитель (7) и удвоитель частоты (8). Отличие заявляемого приемника от аналога (Л-3) состоит в том, что выход удвоителя частоты соединен с тремя каналами:

- с каналом регенерации НЧД;

- с модуль-перемножителем формирования тактовой частоты,

- со схемой свертки во времени второй части отраженного сигнала (10).

Регенератор включает: два идентичных частотных канала 2f₀ и 2f ₁, каждый из которых содержит последовательно соединенные входной перемножитель, узкополосный фильтр, второй перемножитель и делитель частоты. Восстановление НЧД производится путем взаимно перекрестного гетеродинирования: сигналы с удвоенными НЧД канала 2f₀ поступают на вторые входы обоих пермножителей канала 2f₁, а сигналы с удвоенными НЧД канала 2f₁ поступают на вторые входы перемножителей канала 2f₀. Кроме этого, выходы вторых перемножителей соединены с входами схемы свертки во времени и с входами пятого перемножителя, на выходе которого формируется непрерывное колебание на удвоенной средней частоте 2f _cp=f₀+f₁.

Модуль-перемножитель |X|, не имеющий аналога, выполняет основную операцию нелинейного инвариантного сжатия спектра ШП ДЧМНФ сигнала в узкополосный. Его второй вход соединен с выходом пятого перемножителя регенератора, а выход соединен с узкополосны фильтром, который формирует выходной гармонический сигнал, длительностью (n+N)Т _d, обеспечивая формирование выходного сигнала с максимальным отношением с/ш. Выход фильтра соединен с входом обнаружитель-измерителя (11).

По этому сигналу в обнаружителе-измерителе регистрируется факт обнаружения сигнала, измеряется время задержки отраженного сигнала относительно излученного - дальность, вырабатывается управляющее напряжение АРУ, измеряется допплеровское смещение частоты и производятся другие вспомогательные операции (Л-4, стр.229-265, 293-316).

Схема свертки ШП ДЧМНФ сигналов во времени (10) обеспечивает преобразование второй части (Б) отраженного сигнала длительностью NT_d, в сигнал длительностью Т_d. Она отличается от стандартной (Л-4 стр.293) и адаптирована для свертки во времени ШП ДЧМНФ сигналов путем включения N перемножителей между ячейками задержки дискретов и сумматором, на которые подаются непрерывные колебания с удвоенными НЧД от регенератора. Каждый перемножитель выбирает себе альтернативный сигнал. Выходные сигналы сумматора формируются фильтром с полосой пропускания f_ф=1/Т_d, выход которого соединен с обнаружитель-измерителем. Укороченные в N раз сигналы с увеличенной в N раз амплитудой обладают более крутым передним фронтом и характеризуют уточненную дальность по сравнению с регенератором.

Работа радиолокатора. Передатчик излучает через антенну ШП ДЧМНФ зондирующие сигналы, длительностью (n+N)T _d с шумовой первой частью и с ПСП комбинацией второй ее части.

Отраженный сигнал принимается антенной, проходит линейный усилитель (7) приемника и удваивается по частоте (8). Аналитическая форма отраженного сигнала на выходе удвоителя частоты

где к - количество дискретов в зондирующем сигнале;

а={+1, -1} по случайному или ПСП законам.

;

.

С выхода удвоителя частоты сигнал разветвляется на три направления:

- на вход регенератора;

- на вход модуль-перемножителя;

- на вход схемы свертки во времени.

В регенераторе осуществляется узкополосная фильтрация сигналов на удвоенных несущих с памятью частоты сигнала в течение действия альтернативного дискрета.

Операция преобразования реализуется путем перекрестного гетеродинирования удвоенных НЧД. Причем в первых двух перемножителях частоты сигналов вычитаются 2 ₁-2 ₀, а во вторых перемножителях в канале «0» - происходит вычитание 2 ₁-4 =2 ₀, а в канале «1» - суммирование - 2 ₀+4 =2 ₁. Между первыми и вторыми перемножителями канала «0» и канала «1» включены узкополосные фильтры, настроенные на частоту 2 _т=4 . На выходах перемножителей обоих каналов формируются непрерывные колебания на удвоенных несущих, которые далее поступают в схему свертки во времени и в два делителя частоты, формирующие колебения с НЧД, из которых в пятом перемножителе формируется колебание с удвоенной средней частотой ₀+ ₁=2 _ср, поступающее на второй вход модуль-перемножителя.

Модуль-перемножитель (аналог не найден) производит следующие операции: когда на первый сигнальный вход поступает дискрет с частотой 2 ₀, а на второй вход непрерывное колебание с частотой 2 _ср, на выходе формируется колебание с частотой 2 = _т, когда же на сигнальный вход поступит дискрет с частотой 2 ₁, то взаимодействуя с постоянно действующим на второй вход колебанием с частотой 2 _ср, на выходе снова формируется непрерывное колебание с частотой 2 = _т. Причем при описанных преобразованиях сигналов сохраняется когерентность колебаний и «сшивка» фаз колебаний между дискретами. Выходное колебание проходит узкополосный фильтр с полосой пропускания f_yф=1/(n+N)Т_d , формируя выходной сигнал с максимальным отношением с/ш, но с относительно пологим передним фронтом.

Результат перемножения ШП ДЧМНФ сигнала с удвоенными НЧД на непрерывный сигнал с удвоенной средней частотой выражается

1/2cos 2 t+1/2cos{4 _cp t+a_k 2 [t-(k-1)T_d]}.

Первое слагаемое представляет собой непрерывное синусоидальное колебание в течение времени (n+N)T_d с тактовой частотой. Отсутствие в ней коэффициента "a_k" определяет инвариантность преобразования по отношению к внутренней структуре перемножаемых сигналов.

Вторая область с колеблющейся частотой подавляется узкополосным фильтром.

Отфильтрованный таким образом отраженный сигнал с тактовой частотой следования дискретов на выходе узкополосного фильтра обладает максимальным отношением с/ш.

В модуль-переножителе проявляется замечательное свойство нелинейного инвариантного сжатия спектра (не Фурье свертки). т.е преобразование, не зависящее от внутренней структуры чередующихся дискретов.

Выходной сигнал модуль-перемножителя регенератора поступает на вход обнаружителя-измерителя (11). По нему, задержанному относительно зондирующего и превысившего установленный порог, происходит обнаружение отраженного сигнала, измерение текущих координат и параметров сопровождаемой цели, выработка управляющего напряжения АРУ и др.

Схема свертки отраженного ШП ДЧМНФ сигнала во времени, осуществляет уточнение дальности R путем укорочения второй части посылки с N T_d до длительности одного дискрета. Ее построение и функционирование отличается от обычных и адаптировано к двухчастотной структуре ДЧМНФ сигналов.

В схеме свертки во времени второй части (Б) отраженного сигнала происходит последовательная задержка дискретов, их преобразование к удвоенной тактовой частоте и суммирование амплитуд в течение последнего дискрета посылки (шумовая - первая часть посылки не образует согласованный отклик на выходе схемы свертки). В результате происходит сокращение длительности второй части посылки в N раз и увеличение амплитуды также в N раз. Выходной сигнал схемы светрки формируется фильтром с полосой пропускания f_ф=1/Т_d и поступает в обнаружитель-измеритель.

Этот сигнал с крутым передним фронтом характеризует уточненное значение дальности R, необходимое в радиолокаторах слежения.

В результате, при всех прочих равных условиях, выигрыши по сравнению с ДФМ сигналами составляют:

- в отношении с/ш раз;

- в дальности раз;

повышается помехозащищенность за счет фазовой и структурной чувствительности только к "своим" сигналам;

уменьшается влияние активных помех за счет сужения результирующей полосы пропускания приемника;

повышается точность измерения координат и параметров движения цели за счет большего потенциала;

исключается демаскирующий признак ДФМ сигналов в виде провала в спектре на несущей частоте;

- увеличивается эффективная отражающая поверхность цели за счет применения двухчастотного сигнала, т.е. уменьшается влияние технологии Stels.

Универсальность (как вариант) предлагаемой структуры радиолокатора, заключается в том, что в радиолокаторах сопровождения целесообразно использовать все перечисленные и описанные выше узлы, а в обзорных радиолокаторах узел свертки сигнала во времени может не использоваться.

Литература

Л-1 Современная радиолокация. Изд. «Сов. радио», 1969 г., стр.463-475, 589-613.

Л-2 А.А.Коростелев. Пространственно-временная теория радиосистем. Изд. «Радио и связь», 1987 г. стр.27-52.

Л-3 Зарубежная радиоэлектроника. М.: «Радио и связь», № 4, 1982 г. стр.58-72.

Л-4 Радиоэлектронные системы. Под ред. Я.Д.Ширмана. М. изд. «Радиотехника», 2007 г. стр.229-265, 293-316.

Л-5 Aвт. cв № 326750.

Л-6 Aат. cв № 1584079.

Л-7 Патент № 2045128.

Л-8 Патент № 2284658.

121069, Москва, Хлебный пер. 14, кв.14, тел. 291-63-73.