Радиолокатор с зондирующим двухполосным линейно-частотно- модулированным сигналом

 

Использование: радиолокационные системы обнаружения. Сущность изобретения: в радиолокаторе с зондирующим двухполосным сигналов существенно повышен потенциал и разрешающая способность за счет введения второй ступени корреляционно-фильтровой обработки - свертки спектра сигнала, полученного в первой ступени, что позволило ввести узкополосную фильтрацию гребенкой фильтров полностью свернутого входного сигнала с двусторонней линейной частотной модуляцией. 5 ил.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности, к радиолокационным системам обнаружения и измерения параметров движения целей, служащим для наведения радиолокаторов подсвета цели (РПЦ) зенитно-ракетных комплексов (ЗРК).

Изобретение может быть использовано для обнаружения и разрешения групповых барражирующих и малоскоростных целей в условиях тяжелой метеообстановки и воздействия пассивных помех.

Известны радиолокаторы, использующие корреляционно-фильтровую обработку сигналов с линейно-частотной модуляцией (ЛЧМ) для одновременного приема сигналов от многих целей ни дальность, ни скорость которых неизвестны.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является, принятый за прототип, известный радиолокатор (1).

Недостатком известного радиолокатора является то, что он не обеспечивает надежную селекцию (выделение) одиночной цели из группы и соответствующую индикацию этой селекции для осуществления надежного наведения для захвата на сопровождение одиночной барражирующей или малоскоростной цели из группы в условиях сильных отражений. Этот радиолокатор не может видеть (обнаруживать) цели, длительное время находящиеся на параметре, т.е. имеющих нулевую радиальную скорость. Как сказано в патенте, из выражений 10 и 11 (5 столбец, строки 37-50) следует, что будут подавляться цели с радиальными приближающимися скоростями и с удаляющимися Более того, даже цели с высокими скоростями на больших дальностях могут быть подавлены вместе с помехой (5 столбец, строки 52-64). Причины указанных недостатков заключаются в том, что при формировании сигнала S(+) для обнаружения цели и измерения скорости используется перемножение сигналов S^v и S^L на смесителе частоты 60, это же происходит и в мультиплексоре 70, что ведет при попадании одного из сигналов в режекцию и отсутствию результирующего сигнала на выходе смесителя частоты 60 или мультиплексора 70. При наличии группы целей на выходе смесителя частоты 60 и мультиплексора 70 появляются в результате перемножения много ложных отметок целей в прогрессии от количества истинных целей, и прототип становится неработоспособным и измерение координат целей не возможно.

Поэтому в известном радиолокаторе возникает неопределенность в выборе необходимого истинного отклика от конкретной выбранной цели из группы. При глубоком рассмотрении эта неопределенность обусловлена тем, что при наличии в луче РЛС N_ц целей образуется N_откл пересечений функций неопределенности двухполосного ЛЧМ сигнала, что и определяет появление N_откл N_ц(2N_ц-1) откликов на гребенке узкополосных фильтров анализатора спектра частот вместо требуемых N_ц откликов. В этом случае количество ложных откликов будет определяться как N_л 2(N_ц² N_ц) 2N_ц(N_ц 1) Целью изобретения является устранение недостатков сигнала и упомянутой неопределенности, повышение потенциала РЛС, разрешающей способности и расширение функциональных возможностей за счет селекции одиночной цели из группы.

Поставленная цель достигается тем, что в известный радиолокатор, содержащий источник сигнала несущей частоты, выход которого соединен через первый смеситель частоты с передающей антенной и со входом второго смесителя частоты, ко второму входу первого смесителя частоты подключен источник сигнала с линейной частотной модуляцией, ко второму входу второго смесителя частоты подключен вспомогательный источник сигнала промежуточной частоты, выход второго смесителя частоты соединен через первый полосовой фильтр со входом третьего смесителя частоты, второй вход которого соединен с приемной антенной, а выход соединен через второй полосовой фильтр со входом режекторного фильтра, в него введены четвертый, пятый и шестой смесители частоты, первый и второй балансные модуляторы, третий полосовой фильтр, первый, второй и третий перестраиваемые по частоте генераторы, датчик наведения по дальности, датчик наведения по скорости, коммутатор, блок гребенчатых фильтров, опросное устройство, индикатор, блок развертки по скорости, блок развертки по дальности, блок задержки развертки, компаратор и блок синхронизации, при этом к выходу режекторного фильтра подключены последовательно соединенные четвертый смеситель частоты, коммутатор, блок гребенчатых фильтров, опросное устройство и индикатор, при этом пятый смеситель частоты включен между выходом режекторного фильтра и вторым входом коммутатора, выход блока развертки по дальности соединен через последовательно соединенные первый перестраиваемый по частоте генератор, первый балансный модулятор со вторым входом четвертого смесителя частоты и через блок задержки развертки со входом индикатора, выход блока развертки по скорости соединен со входом опросного устройства и входом индикатора, выход датчика наведения по дальности соединен через компаратор с управляющим входом блока задержки и через второй перестраиваемый по частоте генератор со вторым входом второго балансного модулятора, выход датчика наведения по скорости соединен через последовательно соединенные третий перестраиваемый по частоте генератор, шестой смеситель частоты, третий полосовой фильтр, второй балансный модулятор с третьим входом коммутатора, выходы блока синхронизации соединены соответственно с управляющим входом коммутатора и входами блока развертки по скорости и блока развертки по дальности, выход третьего перестраиваемого по частоте генератора соединен со вторым входом пятого смесителя частоты и со вторым входом первого балансного модулятора, второй вход шестого смесителя частоты соединен с шиной сигнала вспомогательной частоты второй вход компаратора с шиной сигнала опорного напряжения метки дальности.

Сущность изобретения заключается в том, что без усложнения зондирующего сигнала радиолокатора прототипа существенно повышен его потенциал и разрешающая способность, а также расширены его функциональные возможности за счет селекции одиночной цели в группе и измерения ее скорости и дальности до нее. Достигнутые результаты получены, прежде всего, за счет введения второй ступени корреляционно-фильтровой обработки свертки спектра сигнала (энергетического синфазного векторного сложения спектральных составляющих), полученного в первой ступени (как в прототипе), которая позволила ввести также и узкополосную фильтрацию гребенкой фильтров полностью свернутого входного сигнала с двусторонней линейной частотной модуляцией и, тем самым повысить потенциал и разрешение радиолокатора. При девиации частоты ДЛЧМ сигнала ΔF равной 1 МГц и полосе 200 Гц фильтра в гребенке выигрыш по сравнению с прототипом составил более 30 дБ, т.к. в прототипе полоса пропускания вплоть до выхода цифроаналогова преобразователя 72 остается широкой и определяется максимальными дальномерным м доплеровским частотными смещениями, т.е. величиной 2f_Rмакс + f_gмакс. Введение в радиолокатор трехканального приемного устройства обзора с тремя растрами на экране индикатора, на одном из которых индицируются цели (группа) после спектральной свертки сигнала во второй ступени в координатах скорость-дальность, на втором растре их адекватное изображение спектров сигналов целей до свертки в координате скорость, на третьем растре проецируется сформированное устройством спектральное изображение, аналогичное изображению на втором растре, портрета выбираемой цели для захвата на сопровождение и для измерения дальности до нее и ее скорости. Этот портрет используется для идентификации (сличения) с целью в группе, изображенной на втором растре по параметрам скорость и дальность. Особенно эффективна работа предлагаемого радиолокатора по групповым целям, имеющим малые радиальные скорости или барражирующие эволюции, в условиях сильных мешающих и погодных отражений.

Изобретение поясняется чертежами: На фиг.1 приведена функциональная схема радиолокатора.

На фиг. 2 изображен вид зондирующего сигнала. На фиг.3 показан вид трех I, II, III растров на экране индикатора радиолокатора при обнаружении двух целей N 1 и N 2, имеющих разные координаты (скорость-дальность). На фиг.4 показан вид трех растров на экране индикатора радиолокатора после наведения на первую цель для захвата ее на сопровождение. На фиг.5 показан вид трех растров на экране радиолокатора после наведения на вторую цель для захвата ее на сопровождение.

На чертежах и в тексте приняты следующие обозначения: 1. Источник сигнала несущей частоты 2. Первый смеситель частоты 3. Передающая антенна 4. Второй смеситель частоты 5. Источник ЛЧМ сигнала 6. Вспомогательный источник сигнала промежуточной частоты
7. Первый полосовой фильтр
8. Третий смеситель частоты
9. Приемная антенна
10. Второй полосовой фильтр
11. Режекторный фильтр
12. Четвертый смеситель частоты
13. Коммутатор
14. Блок гребенчатых фильтров
15. Опросное устройство
16. Индикатор
17. Пятый смеситель частоты
18. Блок развертки по дальности
19. Первый перестраиваемый по частоте генератор
20. Первый балансный модулятор
21. Блок задержки развертки
22. Блок развертки по скорости
23. Датчик наведения по дальности
24. Компаратор
25. Второй перестраиваемый по частоте генератор
26. Второй балансный модулятор
27. Датчик наведения по скорости
28. Третий перестраиваемый по частоте генератор
29. Шестой смеситель частоты
30. Третий полосовой фильтр
31. Блок синхронизации
Радиолокатор содержит источник сигнала несущей частоты 1, выход которого соединен через первый смеситель частоты 2 с передающей антенной 3 и со входом второго смесителя частоты 4, ко второму входу первого смесителя частоты 2 подключен источник ЛЧМ сигнала 5, ко второму входу второго смесителя частоты 4 подключен вспомогательный источник сигнала промежуточной частоты 6, выход второго смесителя частоты 4 соединен через первый полосовой фильтр 7 со входом третьего смесителя частоты 8, второй вход которого соединен с приемной антенной 9, а выход соединен через второй полосовой фильтр 10 со входом режекторного фильтра 11, к выходу режекторного фильтра 11 подключены последовательно соединенные четвертый смеситель частоты 12, коммутатор 13, блок гребенчатых фильтров 14, блок опроса 15 и индикатор 16, при этом пятый смеситель частоты 17 включен между выходом режекторного фильтра 11 и вторым входом коммутатора 13, выход блока развертки по дальности 18 соединен через последовательно соединенные первый перестраиваемый по частоте генератор 19, первый балансный модулятор 20 со вторым входом четвертого смесителя частоты 12 и через блок задержки развертки 21 со входом индикатора 16, выход датчика наведения по дальности 23 соединен через компаратор 24 с управляющим входом блока задержки развертки 21 и через второй перестраиваемый по частоте генератор 25 со вторым входом второго балансного модулятора 26, выход датчика наведения по скорости 27 соединен через последовательно соединенные третий перестраиваемый по частоте генератор 28, шестой смеситель частоты 29, третий полосовой фильтр 30, второй балансный модулятор 26 с третьим входом коммутатора 13, выходы блока синхронизации 31 соединены соответственно с управляющим входом коммутатора 13 и входами блока развертки по скорости 22 и блока развертки по дальности 18, выход третьего перестраиваемого по частоте генератора 28 соединен со вторым входом пятого смесителя частоты 17 и со вторым входом первого балансного модулятора 20, второй вход шестого смесителя частоты 29 соединен с шиной сигнала вспомогательной частоты, второй вход компаратора 24 соединен с шиной сигнала опорного напряжения метки дальности.

Все узлы и блоки, входящие в функциональную схему радиолокатора фиг.1, представляют известные в радиолокации схемные решения и не требуют особых разъяснений, т. к. они широко освещены в открытой литературе, например, "Радиолокационная техника", перевод с англ. М. Сов, радио, 1949 г. "Справочник радиоинженера", Р.Ленди и др. М. и Л. ГЭИ, 1961 г. и ранее упомянутые книги Виницкого А.С. и Свистова В.М.

Коммутатор 13 это три параллельных ключа с общим выходом, последовательно открываемые импульсами, поступаемые с выходов синхронизатора 31.

Блок опроса 15 это тоже параллельно соединенные ключи (по количеству фильтров в гребенке 14), последовательно открываемые импульсами, поступающими с выходов синхронизатора.

Блоки разверток по дальности 18 и скорости 22, отличаются только длительностью периода выходного сигнала по дальности (кадры) 1-2 сек, по скорости (строки) 2-4 м/сек. Эти длительности определяются полосой фильтра в гребенке 14. Сейчас эти блоки выполняют в цифровом виде, а развертывающее напряжение получают с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП).

Блок задержки развертки 21 представляет из себя цифровой сдвиговой регистр, управляемый цифровой информацией, поступающей из компаратора 24.

Компаратор 24 выполнен в виде цифрового сумматора разность в цифре определяет величину задержки в блоке задержки развертки 21; опорный сигнал метки дальности подается в виде цифрового кода.

Работа радиолокатора осуществляется следующим образом.

Формирование излучаемого передающей антенной 3 зондирующего сигнала, происходит на выходе первого смесителя частоты 2 (балансный смесительный мощный клистрон). Гетеродинное напряжение для приема сигналов, отраженных от целей, получают из излучаемого сигнала путем смешения его по частоте на величину первой промежуточной частоты в тракте, состоящем из второго смесителя частоты 4, первого полосового фильтра 7. После приема отраженных от целей сигналов приемной антенной 9 и преобразования их в третьем смесителе частоты 8 они демодулируются по частоте первая ступень корреляционной обработки (как в прототипе). Результирующий разностный сигнал на первой промежуточной частоте на выходе третьего смесителя частоты 8 представляет из себя сложный сигнал, состоящий из двух спектральных составляющих:
и

где f_o несущая частота зондирующего сигнала
Δf частотный разнос спектральных составляющих зондирующего сигнала,
f_o≫ Δfv_r радиальная скорость цели,
R дальность до цели,
скорость перестройки частоты ЛЧМ сигнала
ΔF девиация частоты
r_м период модуляции фиг.2.

Как видно из выражений f_пр и в этих составляющих содержится полная информация о скорости f_д доплеровское приращение частоты и о дальности до цели f_R дальномерное приращение частоты. Таким образом, выражения для одной цели будут (т.к. и
f_пр f_пр1 + f_g-f_R и f_пр1 + f_д + f_R
При приеме сигналов от нескольких целей количество спектральных составляющих увеличивается на две составляющие на каждую цель. В известном радиолокаторе (прототип) вопрос селекции (выделения) одной цели из группы и измерение ее скорости и дальности до нее не рассматривается, т.к. известный радиолокатор не может решать эту задачу из-за перемножения сигналов в смесителе частоты 60 и в мультиплексоре 70, что ведет к многозначности отметок целей.

Для решения этой задачи в предлагаемом радиолокаторе служат три канала:
I канал канал поиска по дальности канал Д, в котором на выходе четвертого смесителя частоты 12 осуществляется свертка (синфазное векторное сложение) спектральных составляющих f_пр и . Это вторая ступень корреляционной обработки. Для этой свертки спектра сигнала в первом балансном модуляторе 20 формируется изменяющийся двухспектральный гетеродин адекватный сигналам целей (f_прi и ) для всей дальности (от Rmin до Rмакс), поступающий на четвертый смеситель частоты 12. В сигнале гетеродина составляющие перестраиваются по частоте (расходятся) линейно от ± f_Rмин ≈ 0 до ± f_Rмакс синхронно с разверткой по дальности на первом I растре экрана индикатора 16. Этот канал включается коммутатором 13 и позволяет на I растре экрана индикатора 16 получить отметки всех целей в координатах дальность-скорость (см. изображение на фиг.3). В формировании сигнала 1 канала задействованы: блок развертки по дальности 18, с выхода которого пилообразное напряжение (по кадрам) поступает через блок задержки 21 в отклоняющие системы индикатора 16 и на управление перестройки по частоте первого генератора 19. Но как видно на изображении I растра экрана, на нем проецируется и ложные отметки целей (дополнительные пересечения подсвеченных яркостных линий). Перестройка сигнала 1 канала под метку скорости MV осуществляется генератором 28.

Для устранения этой неоднозначности служат II и III каналы.

II канал канал поиска по скорости V_r, III канал канал формирования портрета цели в координатах дальность-скорость (f_пр1ц, ) выбранной цели, на которую необходимо навести и захватить на сопровождение, т.е. передать в приемное устройство сопровождения (ПУС) соответствующие сигналы f_дц и f_Rц выбранной цели с выходов генераторов 28 и 25).

II канал канал поиска по скорости V_r, в котором на выходе пятого смесителя частоты 17 осуществляется перестройка по частоте сигналов f_прi и от всех целей с помощью сигнала третьего перестраиваемого по частоте генератора 28 и управляемого напряжением с датчика наведения по скорости 27. Сигнал II включается коммутатором 13 и поступает на блок гребенчатых фильтров 14, блок опроса 13 и индицируется на II растре экрана индикатора 16е (см. изображение на фиг.3).

III канал канал формирования портрета выбранной цели, которую необходимо захватить на сопровождение (портрет в координатах дальность-скорость). В формировании сигнала III-го канала участвуют датчик наведения по скорости V_r 27 (датчик 27 и 23) потенциометрическое устройство кнюппель, сектор выдает управляющее напряжение, третий перестраиваемый по частоте генератор 28 формирует координату скорость в соответствии с напряжением наведения и его выходной сигнал поступает на вход шестого смесителя частоты 29 и преобразуется на промежуточную частоту III канала, такую же как и сигналов I и II каналов; сигнал с выхода третьего полосового фильтра 30 модулируется во втором балансном модуляторе 26 сигналом с выхода второго перестраиваемого по частоте генератора 25, имеющего частоту f_R соответствующую дальности выбранной цели. Управление с выхода датчика наведения по дальности 23 выполнено так, что частота сигнала на выходе второго перестраиваемого по частоте генератора 25 (f_RVar) всегда точно соответствует дальности на I растре экрана индикатора 16, подведенной под метку дальности (МД) за счет работы компаратора 24 и блока задержки развертки 21. Это легко реализуется при цифровой развертке по дальности (блок 18), оцифрению частоты генератора 25, цифровой задержке в блоке 21 и при цифровом компараторе 24.

Таким образом сигнал III канала приобрел параметры выбранной цели при этом цель с такой дальностью R и скоростью v_r на I растре экрана индикатора 16 будет находиться в перекрестии меток скорости и дальности, т.к. управляющее напряжение (или м.б. цифра) с выхода датчика наведения по дальности 23 поступает в компаратор 24 сравнивается с опорным напряжением (или цифрой) метки дальности, с выхода компаратора 24 управляющее напряжение задерживает напряжение развертки в блоке 21 так, что отметка выбранной цели, соответствующая моменту "свертки" сигнала цели в канале I будет индицироваться на линии метки дальности на I растре экрана индикатора 16.

На каждом растре в последовательном порядке с помощью коммутатора 13, индицируются сигналы с выхода спектроанализатора блока гребенчатых фильтров 14 (или БПФ процессора) посредством блока опроса 15. Сигналы с выхода блока опроса 15 поступают на яркостный модулятор индикатора 16.

Условие точного наведения (с точностью полосы пропускания фильтра из гребенки 14) по скорости и дальности определяется совмещением по частоте координатного портрета цели в канале III (на растре экрана III) с отметками - спектральными составляющими выбранной цели в канале II (на растре экрана II) только той же цели. Для четкого точного наведения выбор значения частоты вспомогательного гетеродинного напряжения, подаваемого на шестой смеситель частоты 29, осуществляется так, чтобы спектральные составляющие портрета цели на растре III экрана индикатора 16 при наведении датчиком 27 перемещались навстречу (например, слева-направо) движению (перестройке) спектральных составляющих всех целей на II растре экрана индикатора 16 (т.е. справа-налево) и одновременно всех целей на I растре экрана синхронно также справа-налево. При этом такое совмещение спектральных составляющих на растрах экрана III и II будет лишь в том случае, если на растре экрана I выбранная цель будет находиться в перекрестии меток дальности и скорости, т.е. в центре растра I экрана индикатора 16. При наведении на ложную цель (перекрестие) частотных совпадений на растрах II и III не будет.

Использование изобретения позволит выбирать для наведения и сопровождения одиночную цель из группы барражирующих или малоскоростных в условиях сильных метеоотражений и пассивных помех. Предлагаемый принцип построения обзорного приемника наведения с двухполосным ЛЧМ сигналом и портретом цели может быть применен в импульсных радиолокаторах также с целью замены нониусных частот повторения при устранении неоднозначной дальности.

Формула изобретения

Радиолокатор с зондирующим двухполосным линейно-частотно-модулированным сигналом, содержащий источник сигнала несущей частоты, выход которого соединен через первый смеситель частоты с передающей антенной и с первым входом второго смесителя частоты к второму входу первого смесителя частоты подключен источник сигнала с линейно-частотной модуляцией, к второму входу второго смесителя частоты подключен вспомогательный источник сигнала промежуточной частоты, выход второго смесителя частоты соединен через первый полосовой фильтр с первым входом третьего смесителя частоты, второй вход которого соединен с приемной антенной, а выход через второй полосовой фильтр с входом режекторного фильтра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности наведения для захвата на сопровождения, разрешающей способности при одновременном расширении функциональных возможностей путем селекции одиночной цели из группы, в него введены четвертый, пятый и шестой смесители частоты, первый и второй балансные модуляторы, третий полосовой фильтр, первый, второй и третий перестраиваемые по частоте генераторы (ПЧГ), датчик наведения по дальности (ДНД), датчик наведения по скорости (ДНС), коммутатор, блок гребенчатых фильтров (БГФ), блок опроса, индикатор, блок развертки по скорости (БРС), блок развертки по дальности (БРД), блок задержки развертки (БЗР), компаратор и блок синхронизации, при этом к выходу режекторного фильтра подключены последовательно соединенные четвертый смеситель частоты, коммутатор, БГФ, блок опроса и индикатор, при этом пятый смеситель частоты включен между выходом режекторного фильтра и вторым входом коммутатора, выход БРД соединен через последовательно соединенные первый ПЧГ, первый балансный модулятор с вторым входом четвертого смесителя частоты и через БЗР с первым входом индикатора, выход БРС соединен с управляющим входом блока опроса и с вторым входом индикатора, выход ДНД соединен через компаратор с управляющим входом БЗР и через второй ПЧГ с вторым входом второго балансного модулятора, выход ДНС соединен через последовательно соединенные третий ПЧГ, шестой смеситель частоты, третий полосовой фильтр, второй балансный модулятор с третьим входом коммутатора, первый выход блока синхронизации соединен с управляющим входом коммутатора и входами БРС и БРД, выход третьего ПЧГ соединен с вторым входом пятого смесителя частоты и с вторым входом первого балансного модулятора, второй вход шестого смесителя частоты является входом сигнала вспомогательной частоты, второй вход компаратора является входом сигнала опорного напряжения метки дальности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5