Приемное устройство радиолокатора с синтезированной антенной и оптической обработкой сигналов

 

Использование: радиолокация, бортовой радиолокатор бокового обзора с синтезированной антенной. Сущность изобретения: приемное устройство радиолокатора с синтезированной и оптической обработкой сигналов содержит смеситель 1, усилитель промежуточной частоты 2, преобразователь частоты 3 с фазовым разделением каналов, гребенчатые фильтры 4 и 5, однополосные модуляторы 6 и 7, сумматор 8, фазовый детектор 9 и задающий генератор промежуточной частоты 10 и обладает повышенной чувствительностью. 7 ил.

Изобретение относится к радиолокации и может быть применено в бортовых радиолокаторах бокового обзора с синтезированной антенной (РЛБОСА).

Известны радиолокационные станции (РЛС) когерентно-импульсного типа, содержащие на выходе широкополосного усилителя промежуточной частоты (УАЧ) гребенчатый фильтр одной боковой полосы, выполненный, например, в виде набора соединенных последовательного селектора по дальности и фильтра одной боковой полосы (для каждого начала дальности), что уменьшает наложение боковых полос спектра друг на друга при последующих преобразованиях сигналов [1] Однако известное устройство не может быть использовано совместно с оптическим устройством обработки.

Наиболее близким к изобретению является приемное устройство радиолокатора с синтезированной антенной и оптической обработкой сигналов, содержащее смеситель с УПЧ, задающий генератор промежуточной частоты (ПЧ), выход которого соединен с первым входом фазового детектора, выход которого связан с видеоусилителем [2] Недостатком известного устройства является низкая чувствительность.

Цель изобретения повышение чувствительности устройства. Для этого в приемное устройство радиолокатора с синтезированной антенной и оптической обработкой сигналов, содержащее смеситель с ЧПУ, задающий генератор ПЧ: выход которого соединен с первым входом фазового детектора, выход которого связан с видеоусилителем введены преобразователь частоты с фазовым разделением каналов, два гребенчатых фильтра, сумматор и два однополосных модулятора, при этом первый и второй выходы введенного преобразователя частоты через цепочки, состоящие из последовательно соединенных гребенчатого фильтра и однополосного модулятора, подключены к соответствующим входам сумматора, выход которого связан с вторым входом фазового детектора, первый вход преобразователя соединен с выходом УПЧ, а второй вход с дополнительными входами однополосных модуляторов и выходом задающего генератора ПУ.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема приемного устройства радиолокатора с синтезированной антенной и оптической обработкой сигнала; на фиг.2 представлен вид амплитудного спектра в тракте промежуточной частоты принятого сигнала; на фиг.3 представлен спектр выходного сигнала как на первом, так и на втором выходах преобразователя частоты с фазовым разделением каналов; на фиг.4 представлена структурная электрическая схема преобразователя частоты с фазовым разделением каналов; на фиг.5 и 6 представлены структурные электрические схемы однополосных модуляторов, подключенных выходами гребенчатых фильтров, подключенных соответственно к первому и второму выходам преобразователя частоты с фазовым разделением каналов; на фиг.7 представлен амплитудный спектр сигнала на выходе сумматора приемного устройства радиолокатора с синтезированной антенной и оптической обработки сигналов.

Приемное устройство радиолокатора с синтезированной антенной и оптической обработкой сигналов содержит смеситель 1, УПЧ 2, преобразователь частоты 3 с фазовым разделением каналов, гребенчатые фильтры 4 и 5, однополосные модуляторы 6 и 7, сумматор 8, фазовый детектор 9 и задающий генератор 10 ПЧ.

Преобразователь частоты 3 с фазовым разделением каналов содержит первый и второй преобразователи частоты 11 и 12, первый и второй фазовращатели на 90^о 13 и 14, первый и второй сумматоры 15 и 16, фазовращатель 17 на 180^о. Однополосный модулятор 6 содержит фазовращатель 18 на 90^о, первый и второй балансные модуляторы 19 и 20, фазовращатель 21 на 180^о, фазовращатель 22 на 270^о в сумматор 23.

Однополосный модулятор 7 содержит первый фазовращатель 24 на 90о, первый и второй балансные модуляторы 25 и 26, второй фазовращатель 27 на 90о, фазовращатель 28 на 180 и сумматор 29.

Приемное устройство работает следующим образом.

Пусть на выходе УПЧ 2 имеется составляющая сигнала с частотой ω₁, которая выше частоты сигнала задающего генератора 10 ω_г, т.е. ω ₁ -ω _г Ω Представив эту составляющую в виде U₁(t) U₁cos( ω₁t + ϕ_c) (1) и сигнал задающего генератора в виде U_г(t) U₁cos( ω_гt + ϕ_г) (2) получим на выходах преобразователей частоты 11 и 12 соответственно U₁₁(t) U₁₁cos( Ω t + ϕ_c ϕ _г 0,5π ) (3) U₁₂(t) U₁₂cos( Ω t + ϕ_c ϕ _г) (4) Напряжение U₁₁(t) после прохождения через второй фазовращатель 14 приобретает дополнительный фазовый сдвиг на 0,5π в результате чего амплитуда напряжения на выходе второго сумматора 16 равна сумме амплитуд напряжений (3) и (4), т.е.

U_11Σ (t) (U₁₁ + U₁₂)cos( Ω t + ϕ_c ϕ_г) (5) Вследствие дополнительного сдвига фазы на 180^о в фазовращателе 17 напряжение на выходе первого сумматора 15 равно
U_12Σ (t) (U₁₂ U₁₁)cos( Ω t + ϕ_c ϕ_г) (6)
При идентичных (или отрегулированных) преобразователях частоты U₁₁= U₁₂, таким образом, получаем выделение составляющих, лежащих выше частоты задающего генератора только на втором выходе преобразователя частоты 3, т.е. на выходе второго сумматора 16.

Если составляющая сигнала или шума имеет частоту ω₂, которая ниже частоты сигнала задающего генератора 10, то, представляя эту составляющую в виде
U₂(t) U₂ cos( ω₂t + ϕ_c) (7) и учитывая формулу (2), получим на выходах преобразователей частоты 11 и 12, соответственно
U₂₁(t) U₂₁cos( Ω t + ϕ_г ϕ _с + 0,5π ) (8)
U₂₂(t) U₂₂cos( Ω t + ϕ_г ϕ _с) (9)
Аналогично предыдущему при учете фазовых сдвигов перед суммированием получим напряжения на первом и втором выходах преобразователя генератора 3 соответственно
U_21Σ (t) (U₂₁ + U₂₂)cos( Ω t + ϕ_г ϕ_с) (10)
U_22Σ (t) (U₂₂ U₂₁)cos( Ω t + ϕ_г ϕ _c) (11)
Следовательно, при идентичных преобразователях частоты спектральные составляющие, лежащие ниже частоты задающего генератора выделяются только на первом выходе преобразователя 3. Поэтому в силу симметрии спектра принимаемого сигнала относительно частоты ГПЧ (фиг.2) представленный на фиг.3 спектр соответствует спектру выходного сигнала как на первом, так и на втором выходах преобразователя частоты 3.

Для повышения чувствительности приемника к выходам преобразователя частоты 3 необходимо подключить идентичные пропускающие гребенчатые фильтры 4 и 5. На фиг. 3 амплитудно-частотные характеристики (AХЧ) этих фильтров показаны пунктирными линиями.

АХЧ имеют гребенчатый характер: парциальные полосы пропускания должны совпадать с парциальными спектрами выходных сигналов преобразователя частоты 3. При этом широкие парциальные полосы пропускания (на фиг.3 обозначены цифрой 2) практически без искажения пропускают парциальные спектры сигналов. Узкие парциальные полосы пропускания (цифра 1 на фиг.3) могут применяться при оптической обработке, эквивалентной фильтру с узкими парциальными полосами пропускания.

Назначение гребенчатых фильтров 4 и 5 пропустить принятые отраженные сигналы с минимальными искажениями и подавить (задержать) не сигналы, а собственные шумы приемника. Благодаря подавлению пропускающим гребенчатым фильтром собственных шумов приемника в определенных интервалах частот, увеличивается отношение сигнал/шум или чувствительность приемника.

Выходные сигналы гребенчатых фильтров 4 и 5 поступают на входы однополосных модуляторов 6 и 7, соответственно.

Определим выходной сигнал однополосного модулятора. В соответствии с формулой (5) при U₁₁ U₁₂ выходной сигнал гребенчатого фильтра 5 представим в следующем виде:
U(t) 2UK_пкф(jω)cos[Ωt+ϕ_c-ϕ_г+ϑ_пгф(Ω)] (12) где K_пгф(jω) и Ψ_пгф(Ω ) модуль и аргумент коэффициента передачи ПГФ на частоте Ω
Балансный модулятор производит перемножение поданных на его входы напряжений. Поэтому с учетом сдвига фаз, вносимого фазовращателем 28, на выходе второго балансного модулятора 20
U_22БМ(t) 2U_гUK_пгф(jω)cos(ω_гt+ϕ_г+π)cos[Ωt+ϕ_c-ϕ_г+Ψ_пгф(Ω)
U_гUK_пгф(jω){cos[(ω_г+Ω)t+ϕ_c+Ψ_пгф(Ω)+π] + (13)
+ cos[(ω_г-Ω)t+2ϕ_г-ϕ_c-Ψ_пгф(Ω)+π]
При учете дополнительных фазовых сдвигов, вносимых фазовращателями 24 и 27, напряжение на выходе первого балансного модулятора 25 равно
U_21БМ(t) 2U_гUK_пгф(jΩ)cos(ω_гt+ϕ_г+0,5π)cos[Ωt+ϕ_c-
-ϕ_г+Ψ_пгф(Ω)+0,5π] U_гUK_пгф(jω){cos[(ω_г+Ω)t+ (14)
+ϕ_c+Ψ_пгф(Ω)+π]+cos[(ω_г-Ω)t+2ϕ_г-ϕ_c-Ψ_пгф(Ω)+π]
В результате сложения этих сигналов при идентичных (отрегулированных) балансных модуляторах получаем на выходе однополосного модулятора 7 следующее напряжение
U_IIoкм(t) 2U_гUK_пгф(jω)cos[(ω_г+Ω)t+ϕ_c+Ψ_пгф(Ω)+π] (15)
Таким образом, на выходе однополосного модулятора 7 восстанавливаются спектральные составляющие, имевшие на выходе блока 2 частоту ω₁ > ω_г. Существенно при этом, что амплитуды и фазы составляющих по сравнению с составляющими на выходе блока 2 зависят от расстройки Ω ω₁ ω_г в соответствии с частотными характеристиками гребенчатого фильтра.

Аналогично, на выходе однополосного модулятора 6 восстанавливаются спектральные составляющие, имевшие на выходе УПЧ 2 частоту ω₂ < ω _г. При этом их амплитуда и фаза по сравнению с составляющими тех же частот ω₂ ω_г Ω на выходе УПЧ 2 зависят от расстройки Ω в соответствии с частотными характеристиками ПГФ.

В результате суммирования выходных сигналов однополосных модуляторов на выходе сумматора 8 при идентичных началах получаем сигнал, амплитудный спектр которого приведен на фиг.7. Поскольку гребенчатые фильтры не искажают сигналов, спектр сигнала на фиг. 7 совпадает со спектром сигнала фиг.2. На фиг. 7 также как на фиг.2 в виде δ функций показаны напряжения с частотами f_ГПЧ и f_ГПЧ + 0,25F_П. Штриховка, характеризующая величину корня квадратного из спектральной плотности собственных шумов приемника, на фиг.7 повторяет на промежуточной частоте АЧХ гребенчатого фильтра.

Формула изобретения

ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО РАДИОЛОКАТОРА С СИНТЕЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ И ОПТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ СИГНАЛОВ, содержащее смеситель с усилителем промежуточной частоты, задающий генератор промежуточной частоты, выход которого соединен с первым входом фазового детектора, выход которого связан с видеоусилителем, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности устройства, в него введены преобразователь частоты с фазовым разделением каналов, два гребенчатых фильтра, сумматор и два однополосных модулятора, при этом первый и второй выходы введенного преобразователя частоты через цепочки, состоящие из последовательно соединенных гребенчатого фильтра и однополосного модулятора, подключены к соответствующим входам сумматора, выход которого связан с вторым входом фазового детектора, первый вход преобразователя соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, а второй вход с дополнительными входами однополосных модуляторов и выходом задающего генератора промежуточной частоты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7