Приемный тракт локатора

 

Изобретение относится к области радиолокационной и гидролокационной техники и, в частности, может быть использовано в радиолокационных станциях кругового обзора, обеспечивающих наблюдение за наземными объектами и объектами, находящимися вблизи поверхности земли. Технический результат от использования изобретения заключается в повышении надежности обнаружения в ближней зоне обзора локатора объектов с малой эффективной отражающей поверхностью. Приемный тракт локатора содержит последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты с временной регулировкой коэффициента усиления, первый согласованный фильтр, первый амплитудный детектор с видеоусилителем и первый пороговый блок, формирователь регулирующего напряжения, выход которого подключен к входу управления усилителя промежуточной частоты с временной регулировкой коэффициента усиления, и, кроме того, последовательно соединенные амплитудный ограничитель, второй согласованный фильтр, усилитель с автоматической регулировкой усиления, второй амплитудный детектор с видеоусилителем и второй пороговый блок, а также элемент ИЛИ, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго пороговых блоков, при этом вход амплитудного ограничителя соединен с входом усилителя промежуточной частоты с временной регулировкой коэффициента усиления и является входом приемного тракта локатора, выходом которого является выход элемента ИЛИ. 3 ил.

Изобретение относится к области радиолокационной и гидролокационной техники и, в частности, может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС) кругового обзора, обеспечивающих наблюдение за наземными объектами и объектами, находящимися вблизи поверхности земли.

Известно [1, с.256-263] [2, с.156] что как в РЛС кругового обзора наземного типа, так и в РЛС других типов в течение всего времени обзора на вход приемного тракта помимо полезных эхо-сигналов (э-с) поступают различного рода помехи. В частности, весьма распространенными являются помехи, связанные с отражениями зондирующих импульсов в приземном слое атмосферы от дождя, тумана, скоплений птиц и насекомых, а также от оптических ненаблюдаемых объектов, для которых принято собирательное название "angels" "ангелы" (в гидролокации аналогичные по характеристикам помехи называются реверберационными).

Эффективная отражающая поверхность (ЭПР) указанных отражателей достаточно велика и лишь немного меньше ЭПР реактивного истребителя [1, с.256] Наличие помех данного типа, в особенности на малых дальностях, может вызывать перегрузку входных каскадов приемника, что приводит к ухудшению возможности обнаружения и разрешения э-с от близкорасположенных целей в системах автоматической обработки и на индикаторе кругового обзора (ИКО) РЛС, который в присутствии этих помех может быть даже полностью засвечен [см. 1, с.258-262, рис.15-20] Различие э-с от групп ближних объектов на фоне мешающих отражений возможно при уменьшении коэффициента усиления приемника, но при этом падает его чувствительность по э-с от дальних объектов. По этой причине задача обнаружения и разрешения э-с от ближних и дальних объектов, как правило, решается [1, 2] посредством регулировки коэффициента усиления приемника в каждом такте приема э-с пропорционально времени в квадрате [2, с.158] которая называется временной автоматической регулировкой усиления (ВАРУ).

Достоинством приемного тракта локатора с ВАРУ является отсутствие перегрузок по сильным сигналам. Однако ему свойственен существенный недостаток, который заключается в том, что приемный тракт с ВАРУ практически исключает возможность учета различий в уровнях э-с, отраженных от объектов с различными ЭПР.

Прототипом заявляемого технического решения является типовой приемный тракт РЛС обнаружения [3, с.13, рис.1.1] Устройство-прототип содержит усилитель промежуточной частоты (УПЧ) с временной регулировкой коэффициента усиления, к выходу которого подключены последовательно соединенные согласованный фильтр, амплитудный детектор с видеоусилителем, пороговый блок (решающее устройство), и формирователь функции ВАРУ, выходом подключенный к входу управления усилением УПЧ.

Основным недостатком этого устройства является пропуск в ближней зоне обзора РЛС эхо-сигналов от объектов, имеющих относительно малую ЭПР.

Указанный недостаток поясняется эпюрами напряжений сигналов и помех, которые приведены на фиг.1. При этом на фиг.1а представлена огибающая смеси сигналов и помехи на входе усилителя с ВАРУ, где U_нас- уровень сигнала, при котором наступает перегрузка приемника, на фиг.1б возможная зависимость коэффициента усиления от времени, на фиг.1в смесь сигнала и помехи на входе порогового блока, на фиг.1г выходной сигнал порогового блока, который представляет собой нормированные по амплитуде э-с, превышающие порог обнаружения U_пор, устанавливаемый в пороговом блоке, исходя из заданных вероятностей ложной тревоги и правильного обнаружения.

В каждом цикле обзора в момент излучения зондирующего сигнала синхроимпульсом запускается формирователь функции ВАРУ, который создает на своем выходе нарастающий во времени сигнал U_k (как правило, по закону U_k ≈ t² [2, c. 158]). В ближней зоне обзора РЛС коэффициент усиления УПЧ устанавливается таким, что исключается перегрузка его каскадов сильными сигналами (1, 2, 3, 4), а в более дальней зоне обеспечиваются условия, когда основная масса отражений от образований типа "ангелов" находится ниже порога обнаружения (см. [2] ). При этом часть э-с (5, 6, 7) от объектов, имеющих сравнительно малую ЭПР, может оказаться ниже порога обнаружения, в результате чего на выходе порогового блока будут присутствовать только сигналы, образованные э-с от объектов с большой ЭПР в ближней зоне обзора (1, 2, 3, 4) и от более дальних объектов (8), где коэффициент усиления УПЧ достаточно велик см. фиг. 1в, 1г.

Задача изобретения состоит в создании приемного тракта локатора, обеспечивающего обнаружение объектов, ЭПР которых может изменяться в широких пределах.

Ожидаемый от использования изобретения технический результат состоит в повышении надежности обнаружения в ближней зоне обзора локатора объектов с малой ЭПР.

Указанный результат достигается тем, что в приемный тракт локатора, содержащий последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты с временной регулировкой коэффициента усиления, первый согласованный фильтр, первый амплитудный детектор с видеоусилителем и первый пороговый блок, формирователь регулирующего напряжения, выход которого подключен к входу управления усилителя промежуточной частоты с временной регулировкой коэффициента усиления, дополнительно введены последовательно соединенные амплитудный ограничитель, второй согласованный фильтр, усилитель с автоматической регулировкой усиления, второй амплитудный детектор с видеоусилителем и второй пороговый блок, а также элемент ИЛИ, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго пороговых блоков, при этом вход амплитудного ограничителя соединен с входом усилителя промежуточной частоты с временной регулировкой коэффициента усиления и является входом приемного тракта локатора, выходом которого является выход элемента ИЛИ.

Сущность изобретения состоит во введении в приемный тракт локатора дополнительного канала выделения э-с от находящихся в ближней зоне обзора объектов, которые имеют сравнительно малую ЭПР.

Структурная схема приемного тракта локатора представлена на фиг.2. На фиг. 1 а, б, в, г изображены временные диаграммы соответственно огибающей смеси сигналов и помехи на входе приемного тракта (U₁), выходного сигнала формирователя регулирующего напряжения (U_k), смеси сигналов и помехи на входе первого порогового блока (U₂) и сигнала на выходе первого порогового блока (U₃). При этом на фиг.1а приняты следующие обозначения: U_нас уровень сигнала, при котором в отсутствие регулировки усиления в усилителе промежуточной частоты с временной регулировкой коэффициента усиления (т.е. при U_k const) возникает его перегрузка, U_огр уровень ограничения амплитудного ограничителя. На фиг.1в: U_пор уровень порога, устанавливаемый в первом пороговом блоке. На фиг.3 а, б, в, г, д приведены временные диаграммы соответственно огибающей смеси сигналов и помехи на выходе амплитудного ограничителя (U₄), огибающей сигналов и нормированной по уровню помехи на выходе усилителя с автоматической регулировкой усиления (U₅), смеси сигналов и помехи на входе второго порогового блока (U₆), сигнала на выходе второго порогового блока (U₇) и сигнала на выходе приемного тракта (U_вых). При этом на фиг.3а: U_огр уровень ограничения в амплитудном ограничителе, на фиг.3в: U_пор уровень порога, устанавливаемый во втором пороговом блоке.

Приемный тракт локатора по фиг.2 содержит усилитель промежуточной частоты с временной регулировкой коэффициента усиления 1, первый согласованный фильтр 2, первый амплитудный детектор с видеоусилителем 3, первый пороговый блок 4, амплитудный ограничитель 5, второй согласованный фильтр 6, усилитель с автоматической регулировкой усиления 7, второй амплитудный детектор с видеоусилителем 8, второй пороговый блок 9, формирователь регулирующего напряжения 10 и элемент ИЛИ 11. При этом блоки 1, 2, 3, 4 соединены последовательно, вход управления блока 1 подключен к выходу блока 10, вход блока 1 совмещен с входом устройства и входом блока 5, к выходу которого подключены последовательно соединенные блоки 6, 7, 8, 9, выходы блоков 4 и 9 подключены соответственно к первому и второму входам блока 11, выход которого является выходом устройства.

Амплитудный ограничитель 5 может быть реализован в соответствии с [2, с. 179] усилитель с автоматической регулировкой усиления описан в [2, с.161] элемент ИЛИ может быть выполнен на стандартных микросхемах (см. [4]), а блоки 1, 10, 2 и 6, 3 и 8, 4 и 9 могут быть реализованы аналогично тому, как они реализуются в устройстве-прототипе.

Устройство по фиг.2 работает следующим образом. Эхо-сигналы 1 8 на фоне помехи (см. фиг.1а) одновременно поступают на входы усилителя промежуточной частоты с временной регулировкой коэффициента усиления 1 и амплитудного ограничителя 5. В каждом цикле обзора в момент излучения зондирующего сигнала синхроимпульсом запускается формирователь регулирующего напряжения (т.е. функции ВАРУ) 10, который создает на своем выходе нарастающий во времени сигнал U_k (см. фиг.1б). Вследствие нарастания усиления в блоке 1 пропорционально U_k в ближней зоне обзора локатора существенно уменьшается интенсивность помехи и полезных э-с. В результате временная диаграмма смеси э-с и помехи после прохождения первого согласованного фильтра 2 и первого амплитудного детектора с видеоусилителем 3 приобретает вид, показанный на фиг.1в. Часть э-с от объектов с относительно малой ЭПР (5, 6, 7), находящихся вследствие малого (на малых дальностях) усиления блока 1 ниже порога обнаружения U_пор, устанавливаемого в первом пороговом блоке 4 исходя из заданных вероятностей ложной тревоги и правильного обнаружения, не будет обнаружена блоком 4. Поэтому его выходной сигнал U₃ (см. фиг.1г) будет образован только э-с 1-4, отраженными от объектов с большой ЭПР в ближней зоне обзора, и э-с (8), отраженными от объектов в более дальней зоне.

В амплитудном ограничителе 5 осуществляется нормирование сильных сигналов (1-4) и части помехи по амплитуде к уровню ограничения U_огр см. фиг.1а и 3а (который, в принципе, можно изменять в каждом цикле зондирования с учетом рельефа местности). Сильные сигналы 1-4 подавляются в ограничителе 5, а сигналы 5-8 и неподавленная помеха поступают на второй согласованный фильтр 6. Данный блок осуществляет наилучшее выделение полезных э-с на фоне шумов, а также обеспечивает фильтрацию внеполосных помех и комбинационных составляющих, которые возникают при ограничении сильных сигналов и помехи в амплитудном ограничителе 5. При этом неподавленная помеха проходит через согласованный фильтр 6 аналогично сигналу, поскольку она является продуктом отражения зондирующих импульсов от физических отражателей и "ангелов" [2, с.256-263] Однако скорость изменения огибающей помехи существенно меньше, чем скорость изменения огибающей полезных э-с [1, с.92-93] Усилитель с автоматической регулировкой усиления (АРУ) 7 осуществляет нормирование поступающих на его вход сигналов к установленному уровню поддержания. При выборе постоянной времени цепи АРУ несколько большей интервала разрешения локатора во времени нормировке будет подвергаться только помеха, интервал корреляции огибающей которой существенно больше интервала разрешения, тогда как разрешаемые полезные э-с пройдут через блок 7 практически неподавленными. В результате временные диаграммы сигнала и помехи на выходе усилителя с АРУ 7 и второго амплитудного детектора с видеоусилителем 8 будут иметь вид, представленный соответственно на фиг.3б, 3в. Во втором пороговом блоке 9, порог обнаружения которого, как и блока 4, устанавливается исходя из заданных вероятностей ложной тревоги и правильного обнаружения, будут обнаружены как э-с от дальних целей, так и э-с от объектов с малой ЭПР, находящихся в ближней зоне обзора см. фиг.3г.

При конъюнкции (логическом сложении) выходных сигналов обоих пороговых блоков 4 и 9 элементом ИЛИ 11 на его выходе и, следовательно, выходе приемного тракта локатора будет сформирована последовательность импульсов U_вых (см. фиг.3д), образованная э-с от объектов, расположенных в дальней и ближней зоне обзора, причем имеющих как малую, так и большую ЭПР.

Следовательно, введение в приемный тракт локатора дополнительного канала, образованного амплитудным ограничителем, вторым согласованным фильтром, усилителем с АРУ, вторым амплитудным детектором и вторым пороговым блоком, вкупе с логическим суммированием выходных сигналов первого и второго пороговых блоков обеспечивает повышение надежности обнаружения в ближней зоне обзора локатора объектов с малой ЭПР. При этом характеристики приемного тракта по обнаружению э-с от объектов с большой ЭПР, находящихся в ближней зоне обзора, и э-с от объектов в дальней зоне остаются теми же, что в устройстве-прототипе.

Таким образом, совокупность вышеперечисленных отличий достаточна для достижения ожидаемого от использования изобретения технического результата.

Заявителю неизвестны описанные ранее структуры приемного тракта локатора с вышеперечисленной совокупностью признаков.

Разработанное устройство может найти применение в существующих РЛС, поскольку его использование требует лишь незначительной доработки приемного тракта. В качестве примера на фиг.4 приведена фотография ИКО РЛС, в которой штатный приемный тракт с ВАРУ (прототип) и заявляемый включались поочередно через обзор. При этом верхний сектор ИКО соответствует режиму, когда включался штатный приемный тракт, а на нижней половине ИКО зеркально отображена та же зона обзора РЛС в случае, когда использовался заявляемый. Из сравнения верхнего и нижнего секторов ИКО на фиг.4 видно, что на нижнем секторе наблюдается гораздо большее количество объектов с различной ЭПР (более широкие азимутальные отметки -- азимутальные пакеты соответствуют объектам с большой ЭПР, а точечные отметки объектам со сравнительно малой ЭПР). Этим экспериментально подтверждается, что предлагаемое техническое решение по сравнению с прототипом обеспечивает отображение э-с от объектов, ЭПР которых меняется в существенно более широких пределах.

Таким образом, проведенный анализ свидетельствует о новизне и изобретательском уровне решения, а выполненная техническая проработка подтверждает возможность его промышленной применимости.

Формула изобретения

Приемный тракт локатора, содержащий последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты с временной регулировкой коэффициента усиления, первый согласованный фильтр, первый амплитудный детектор с видеоусилителем и первый пороговый блок, формирователь регулирующего напряжения, выход которого подключен к входу управления усилителя промежуточной частоты с временной регулировкой коэффициента усиления, отличающийся тем, что введены последовательно соединенные амплитудный ограничитель, второй согласованный фильтр, усилитель с автоматической регулировкой усиления, второй амплитудный детектор с видеоусилителем и второй пороговый блок, а также элемент ИЛИ, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго пороговых блоков, при этом вход амплитудного ограничителя соединен с входом усилителя промежуточной частоты с временной регулировкой коэффициента усиления и является входом приемного тракта локатора, выходом которого является выход элемента ИЛИ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3