Способ обзора пространства

 

Изобретение относится к радиолокации и гидролокации и может быть использовано для обзора пространства и определения пространственных координат удаленных объектов. Ожидаемый от использования изобретения технический результат заключается в повышении дальности действия и сохранении при этом высокой скорости обзора пространства. В способе обзора пространства, заключающемся в излучении в некоторую его область зондирующего сигнала посредством передающей антенны и приеме эхо-сигналов по набору N пространственных каналов посредством приемной антенны, в качестве зондирующего сигнала используют импульсный сигнал малой скважности, при излучении и приеме осуществляют непрерывное сканирование диаграммами направленности передающей и приемной антенн по наперед заданным законам, таким, что в произвольный момент времени направления максимумов диаграмм направленности указанных антенн не совпадают в пространстве, при этом в каждом n-м (n=1,...,N) пространственном канале приема регистрируют моменты t_m максимумов эхо-сигнала, после чего, исходя из заданных законов сканирования, определяют дальность и угловые координаты объекта, максимум эхо-сигнала от которого регистрируется в n-м пространственном канале приема в момент времени t_m. 7 ил.

Изобретение относится к радиолокации и гидролокации и может быть использовано для обзора пространства и определения пространственных координат удаленных объектов.

Известен способ /1, с. 193/ обзора пространства, заключающийся в излучении зондирующего сигнала и приеме эхо-сигналов посредством либо приемопередающей антенны, либо передающей и приемной антенн (максимум диаграмм направленности которых совпадают в пространстве) соответственно. При этом осуществляется дискретное (пошаговое) измерение пространственной ориентации совмещенных диаграмм направленности на передачу и прием, на каждом шаге которого производится облучение области пространства, охваченной диаграммами направленности, и прием эхо-сигналов от объектов, оказавшихся в этой области. Дальность до указанных объектов определяется по величине временной задержки эхо-сигнала относительно зондирующего, а их угловые координаты по ориентации главного максимума совмещенных диаграмм направленности.

Недостатками известного способа являются: во- первых, низкая скорость обзора, величина которой определяется запаздыванием эхо-сигнала от максимально удаленного объекта, и тем меньше, чем больше дальность действия; во-вторых, отсутствие в процессе обзора информации об обстановке вне пределов той области пространства, которая ограничена совмещенными диаграммами направленности.

Прототипом заявляемого решения является способ /2, c. 42-43/ обзора пространства, заключающийся в изучении зондирующего сигнала посредством передающей антенны, и приеме эхо-сигналов по набору N пространственных каналов посредством приемной антенны (антенной решетки). По данному способу производится параллельный обзор пространства, когда главный максимум диаграммы направленности передающей антенны охватывает всю область обзора. При этом дальность до объекта, находящегося в области пространства, охваченной лепестком диаграммы направленности приемной антенны, соответствующим произвольному n-му (n= 1,N) пространственному каналу приема, определяется временной задержкой эхо-сигнала от указанного объекта относительно зондирующего сигнала, а его угловые координаты пространственной ориентацией упомянутого лепестка.

Недостатком прототипа является ограничение на дальность действия, вызванное необходимостью облучения зондирующим сигналом всей области обзора. При этом энергия излученного сигнала равномерно распределяется в пределах телесного угла, соответствующего данной области, и плотность ее потока ( а следовательно, и дальность объекта, эхо-сигнал от которого можно надежно обнаружить) тем меньше, чем больше указанная область.

Задача изобретения состоит в создании способа обзора пространства, обеспечивающего определение пространственных координат удаленных объектов.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении дальности действия и сохранения при этом высокой скорости обзора.

Указанный результат достигается тем, что в способе обзора пространства, заключающемся в излучении в некоторую его область зондирующего сигнала посредством передающей антенны и приеме эхо-сигналов по набору N пространственных каналов посредством приемной антенны, в качестве зондирующего сигнала используют импульсный сигнал малой скважности, при излучении и приеме осуществляют непрерывное сканирование диаграммами направленности передающей и приемной антенн по наперед заданным законам, таким, что в произвольный момент времени направления максимумов диаграмм направленности указанных антенн не совпадают в пространстве, при этом в каждом n-м (n=1,N) пространственном канале приема регистрируют моменты t_m максимумов эхо-сигнала, после чего, исходя из заданных законов сканирования, определяют дальность и угловые координаты объекта, максимум эхо-сигнала от которого регистрируется в n-м пространственном канале приема в момент времени t_m.

Сущность изобретения заключается в преобразовании дальностных различий отражающих объектов в различия фазовых распределений на раскрывах антенн и использовании этих различий для определения пространственных координат.

Рассмотрим сущность предлагаемого способа на примере секторного сканирования. Введем декартову систему координат XYZ (фиг.1) и будем считать, что передающая 1 и приемная 2 антенны плоские и их плоскости раскрыва параллельны оси Z. Допустим, что путем поворота обеих антенн вокруг оси Z выполняется сканирование их диаграммами направленности в плоскости XOY. Пусть в некоторый момент времени сечения диаграмм направленности указанных антенн ( в пренебрежении боковыми лепестками) имеют вид, представленный на фиг.2, где принято, что передающая антенна имеет узкую однолучевую диаграмму направленности G₁, а диаграмма направленности G₂ приемной антенны имеет многолучевой характер с N лучами G_2n (n=1,N), каждый n-тый из которых соответствует n-тому пространственному каналу приема.

Излучаемый передающей антенной зондирующий сигнал представляет собой импульсный сигнал малой скважности. К таковым, по классификации радиолокационных сигналов, относятся /3, c.5/: во- первых, импульсные сигналы, длительность которых соизмерима с временем запаздывания отражений от объекта, находящегося на максимальной дальности в области обзора, а во-вторых, последовательности импульсов, у которых интервал между импульсами (период) меньше, чем время запаздывания отражений от объекта, находящегося на минимальной дальности в области обзора. С точки зрения сущности предлагаемого способа обзора пространства оба указанных типа импульсного сигнала малой скважности полностью эквивалентны. Поэтому, не теряя общности, положим, что зондирующий сигнал есть последовательность импульсов (огибающая s(t) которой представлена на фиг.3.а) с периодом T, существенно меньшим 2r_min(c)^-1 (где r_min -дальность наименее удаленного объекта, с скорость распространения сигналов в среде).

В силу малости T сигнал, облучающий произвольный объект А с координатами r_A (дальность и ϕ_A (азимут) -см. фиг.2, будет представлять собой /4, c.82/ пачку импульсов, взвешенных по амплитуде диаграммой G₁ направляющей антенны. Действительно, как следует из фиг.2, достигнуть объекта A могут только импульсы, излученные в течение интервала времени t₁≅t≅t₂ (интервала облучения), когда максимум диограммы направленности передающей антенны находится в интервале азимутов от ϕ_A + α (при t=t₁ до ϕ_A - α (при t=t₂),т.е. в α окрестности азимута цели, ограниченной полушириной a этой диаграммы направленности. Будем считать, что функция G₁(ζ), описывающая диаграмму направленности передающей антенны, имеет максимум при ζ=0. Примем также, что закон сканирования диаграммой направленности задан так, что ее перемещение на угол, равный ширине, проходит с постоянной угловой скоростью, которая достаточно мала, чтобы пренебречь перемещением диаграммы в течение длительного одного импульса излучаемой последовательности. Тогда если на временном интервале t₁≅t≅t₂ облучения объекта указанная скорость равна W₁ то с учетом малости периода T последовательности произвольный k-й импульс, излученный в направлении этого объекта в момент t₁+kT, будет иметь амплитуду, пропорциональную G₁(α - kΩ₁T) Следовательно, в направлении объекта будет излучаться пачка импульсов с огибающей s₁(t)-см. фиг. 3б, которая представляет собой результат взвешивания (амплитудной модуляции) последовательности s(t) функцией, пропорциональной G₁(Ω₁t - Ω₁t_A) где t_A - момент прохождения максимумом диаграммы направленности передающей антенны направления визирования объекта.

В результате облучения объекта A (который считаем точечным) сигналом в виде пачки импульсов с огибающей s₁t будет переизлучаться эхо-сигнал e(t) с аналогичной огибающей. Плоская волна его переносчик достигнет раскрыва приемной антенны в момент τ₁= t₁+ t_r (где t_r время запаздывания при дальности r). При этом в течение интервала времени τ₁ ≅ t ≅ (τ₂= t₂+ t_r) на раскрыве будет создаваться поле с некоторым фазовым распределением, которое зависит от азимута ϕ_A объекта. Поскольку при сканировании приемная антенна вращается вокруг оси Z (см. фиг.1), то угол (в плоскости XOY) между перпендикуляром к ее раскрыву и направлением на объект меняется во времени, что приводит к изменениям указанного фазового распределения в интервале τ₁ ≅ t ≅ τ₂ Допустим, что эти изменения достаточно медленные, чтобы пренебречь ими в течение длительности элементарного импульса принимаемой пачки. При этом каждому импульсу r(t) будет соответствовать свое постоянное фазовое распределение. Примем, что произвольный луч диаграммы направленности приемной антенны формируется путем компенсации /1,5/ фазового распределения, идентичного тому, которое создается на раскрыве, когда на него поступает плоская волна с направлением прохода, совпадающим с ориентацией главного максимума этого луча. Тогда при e(t) степень компенсации образовавшегося на раскрыве фазового распределения будет меняться от одного элементарного импульса к другому. При этом амплитуда каждого импульса, принятого по произвольному пространственному каналу, будет определяться ориентацией соответствующего этому каналу луча относительно направления на объект в момент приема импульса.

В частности, как следует из фиг.2, амплитуда импульсов, принимаемых в n-том канале в течение интервала времени τ₁ ≅ t ≅ τ₂, отлична от нуля только тогда, когда в указанном интервале n-тый луч находится в β_n окрестности азимута объекта. Пусть диаграмма направленности n-того луча описывается в плоскости XOY функцией G_2n(ζ) Тогда прием эхо-сигналов от объекта А по n-тому пространственному каналу возможен только при выполнении условия где ζ(t) -зависимость пространственного положения n-того луча от времени (закон сканирования этим лучом), 2β_n ширина n-того луча.

Допустим, что для законов сканирования диаграммами направленности приемной и передающей антенн справедливы одни и те же допущения. Тогда по аналогии с режимом передачи получим, что при выполнении условия (1) выходной сигнал n-того пространственного канала будет представлять собой пачку импульсов, огибающая y(t) которой (см. фиг. 3в) пропорциональна произведению G₁[Ω₁(t-t_A-t_r)]G_2n[Ω₂(t-t_n)] (2) где Ω₂ скорость углового перемещения n-того луча диаграммы направленности приемной антенны в пределах β_n окрестности азимута объекта; t_n момент прохождения максимумом n-того луча направления на объект.

При этом максимум пачки (максимум эхо-сигнала) будет наблюдаться при равенстве t_n и t_A-t_r, т.е. когда момент t_n синхронен с моментом поступления на приемную антенну максимума отраженного от объекта сигнала. Следовательно, при точном выполнении условия (1) и известном законе сканирования регистрация максимума эхо-сигнала позволяет определить угловые координаты объекта.

Следует подчеркнуть, что условие (1) может выполняться только для одной дальности и одного соответствующего ей пространственного канала приема. Действительно, даже если существуют объекты, имеющие тот же азимут, что и А, но другие дальности, то отражения от них будут поступать на приемную антенну вне временного окна, определяемого произведением (2) модулирующих функций (либо раньше для объектов с малой дальностью, либо позже для более удаленных объектов). При этом направления прихода этих отражений будут принадлежать области минимума диаграммы направленности n-того луча, создаваемые ими фазовые распределения не будут компенсироваться и по n-тому пространственному каналу указанные отражения не будут приниматься (но могут быть приняты по другим каналам из их набора, размерностью N).

Таким образом, взаимное смещение диаграмм направленности приемной и передающей антенн при непрерывном их сканировании обеспечивает преобразование дальностных различий объектов в различия фазовых распределений на раскрыве приемной антенны. При этом каждому пространственному каналу ставится в соответствие уникальная область дальностей, которая определяется законами сканирования и шириной диаграмм направленности. В частности, при равномерном сканировании с одинаковой для обеих антенн угловой скоростью (Ω₁= Ω₂= Ω) каждая из таких областей будет представлять собой кольцо дальности, ширина Δr которого определяет разрешающую способность по дальности и, как следует из (2), для n-того канала меньше величины Δr_max = cγ(Ω)^-1 где c скорость распространения волн в среде; γ = min(α,β_n) полуширина наиболее узкой из диаграмм G₁(ζ), G_2n(ζ). То обстоятельство, что каждому пространственному каналу соответствует некоторая уникальная область дальностей, обеспечивает при заданных законах сканирования возможность определения дальности объектов. Пусть законы сканирования (углы сканирования) диаграммы направленность передающей антенны и n-того луча диаграммы направленности приемной антенны описываются известными функциями ζ₁(t) и ζ_2n(t) соответственно. Тогда при выполнении условия (1) имеет место равенство ζ₁(t_n- t_r) = ζ_2n(t_n) которое позволяет определить дальность r=ct_r/2 путем решения интегрального уравнения

где первая производная от закона сканирования ζ₁(t);
средняя (в смысле теоремы /6/ о среднем значении) скорость сканирования диаграммой направленности передающей антенны в интервале времени от t_n-t_r до t_n.

К примеру, при равномерных законах сканирования
ζ₁(t) = ζ₀₁+ Ω₁t; ζ_2n(t) = ζ_02n+ Ω₂t,
из (3) следует, что искомая оценка t_r может быть найдена следующим образом
t_r = (ζ₀₁+ Ω₁t_n- ζ_02n- Ω₂t_n)Ω^-₁¹, (4)
где ζ₀₁, ζ_02n углы, характеризующие положение главных максимумов соответственно, диаграммы направленности передающей антенны и n-того луча диаграммы направленности приемной антенны в некоторый "нулевой" момент времени (за который в силу известности законов сканирования может быть принят произвольный момент, например, момент начала сканирования в некотором заданном секторе);
Ω₁, Ω₂ скорости сканирования диаграммами направленности передающей и приемной антенн.

В частности, если обе антенны сканируют с одинаковой угловой скоростью Ω из (4) следует, что t_r = (ζ₀₁- ζ_02n)Ω^-1 Так как в этом случае относительное смещение Δζ_0n= ζ₀₁- ζ_02n диаграмм направленности не изменяемся во времени, заданность законов сканирования означает, что Δζ_0nΩ^-1 является постоянным коэффициентом, который можно определить заранее. При этом для определения дальности до объекта достаточно зафиксировать номер пространственного канала, в котором регистрируется максимум эхо-сигнала.

Таким образом, осуществление операций, отличающих предлагаемый способ обзора пространства, необходимо по следующим причинам:
использование в качестве зондирующего сигнала импульсного сигнала малой скважности (в частности, импульсной последовательности с периодом, меньшим времени запаздывания отражений от наименее удаленного из объектов в области обзора) необходимо для того, чтобы при непрерывном сканировании обеспечить возможность фиксации момента прихода эхо-сигнала от объекта;
осуществление непрерывного сканирования диаграммами направленности необходимо для обеспечения обзора выбранной области пространства с высокой скоростью при сохранении высокой плотности потока энергии при излучении;
задание законов сканирования такими, что в любой момент времени направления максимумов диаграмм направленности передающей и приемной антенн не совпадают в пространстве, необходимо для преобразования дальностных различий объектов в различия фазовых распределений в пространственных каналах приема, при этом известность законов сканирования обеспечивает определение пространственных координат объектов;
регистрация в произвольном n-м пространственном канале приема моментов t_m максимумов эхо-сигнала необходима для определения взаимного расположения диаграмм направленности передающей и приемной антенн, известность которого при известности законов сканирования и t_m дает возможность далее определить дальность и угловые координаты объекта, порождающего эхо-сигнал, который в указанный момент достигает максимума в n-м канале приема.

Совокупность вышеперечисленных отличий достаточна для достижения ожидаемого технического результата.

Заявителю неизвестны описанные ранее способы обзора пространства с вышеперечисленной совокупностью признаков.

В качестве примера технического воплощения предложенного решения, подтверждающего возможность его промышленной применимости, на фиг. 4 дана общая структурная схема одной из возможных реализаций устройства, осуществляющего заявляемый способ обзора пространства. На фиг.5 представлена структурная схема входящего в устройство по фиг.4 измерительного блока. При этом на указанных фигурах шины передачи аналоговых сигналов показаны тонкими линиями, шины передачи цифровых кодов утолщенными линиями, а кинематические связи двойными прерывистыми линиями.

На фиг. 6 изображены сечения приемной и передающей антенн плоскостью, в которой производится сканирование и условно (прерывистыми стрелками) диаграмма направленности передающей антенны и лучи диаграммы направленности приемной антенны.

На фиг. 7а фиг. 7ж приведены временные диаграммы сигналов в некоторых характерных точках устройства по фиг. 5.

Устройство по фиг. 4 содержит передаточную антенну 1, приемную антенну (М-элементарную антенную решетку) 2, механизм 3 вращения антенн, датчик угла поворота 4, передатчик 5, генератор импульсов 6, блок 7 формирования многолучевой диаграммы направленности (БФМДН) и N (по числу пространственных каналов приема) измерительных блоков 8. При этом передающая 1 и приемная 2 антенны кинематически связаны с механизмом вращения антенн 3; вход антенны 1 соединен с выходом передатчика 5, подключенного своим входом к выходу генератора импульсов 6; выходы приемной антенны 2 с 1-го по М-й, каждый m-й из которых (m= 1,M) является выходом m-го элемента антенной решетки, совмещены со входами БФМДН 7, соответственно с 1-го по М-й; N выходов блока 7 совмещены со входами N измерительных блоков 8, так что произвольный n-й (n=1,N) выход БФМДН 7 является первым входом n-го блока 8, вторые входы блоков 8 совмещены и подключены к выходу датчика угла поворота 4, который кинематически связан с приемной антенной 2, а первый и второй выходы произвольного n-го блока 8 соответственно являются n-м выходом готовности (R_n и n-м информационным выходом (I_n) устройства по фиг. 4.

На фиг. 5 представлена структурная схема измерительного блока 8. Блок по фиг. 5 содержит приемник 9, формирователь начала и конца пачки 10, схему выделения фронта и среза импульса 11, регистры 12, 14 и сумматор 13. При этом первый вход измерительного блока 8 совмещен со входом приемника 9, выход которого совмещен со сходом формирователя 10, своими первыми и вторым выходами подключенного ко входу схемы 11 и синхровходу регистра 12 соответственно. Выход регистра 12 соединен с первым входом сумматора 13, второй вход которого совмещен со входом регистра 12 и вторым входом блока 8. Выход сумматора 13 соединен со входом регистра 14, синхровход которого подключен ко второму выходу схемы 11, при этом первый выход схемы 11 и выход регистра 14 является соответственно первым и вторым выходами измерительного блока 8.

В качестве передающей 1 и приемной 2 антенны могут использованы известные по /7, глава 3,4/ радиолокационные антенны.

Механизм 3 вращения антенн известен по /4, c.152-153, c.163-164, рис. 7-113/.

Датчик угла поворота 4 описан в /4. с. 148, рис. 7-93/.

В качестве передатчика 5 может быть использован передатчик, описанный в /9, раздел 3. с. 323/.

Генератор импульсов 6 может быть реализован в соответствии с /8, c. 51-52/.

Блок 7 формирования многолучевой диаграммы направленности может быть реализован в соответствии с принципами, изложенными в /1, c. 370 -388/, в частности, на основе схем /1, рис.7.37-7.38/.

Приемник 9 может быть выполнен, согласуясь с /10, глава 2/, например по /4. c. 81-82, рис. 7-4/.

Формирователь начала и конца пачки 10 описан в /11, c. 404-406, рис. 8. 5. 3/.

Схема 11 выделения фронта и среза импульса описана в /8, c. 58-59, рис. 1.37/.

Регистры 12, 14 и сумматор 13 реализуются с использованием серийных микросхем и описаны в /8/ соответственно на с. 105-133 и 155-165.

Устройство по фиг. 5 реализует предложенный способ обзора пространства применительно к случаю равномерного секторного сканирования диаграммами направляющей и приемной антенны с одинаковыми скоростями Ω и работает следующим образом.

Механизм вращения антенн 3 осуществляет синхронный поворот антенн 1, 2 вокруг некоторой оси Z (см. фиг.1) с постоянной угловой скоростью W При этом в плоскости XOY, ортогональной оси вращения (см. фиг.1, фиг.6), раскрывы антенн взаимно смещены на некоторый угол Dx который не изменяется в процессе сканирования. Генератор 6 формирует на своем выходе последовательность импульсов x(t) (см. фиг. 7а) с малой скважностью. В передатчике 5 видеоимпульсы x(t) переносятся на некоторую несущую частоту, в результате чего формируется соответствующая x(t) последовательность радиоимпульсов с высокочастотным заполнением и малой скважностью. Далее посредством ее усиления по мощности в передатчике формируется зондирующий сигнал, который поступает на вход передающей антенны 1 и излучается по направленности этой антенны.

Произвольный m-й элемент М-элементной приемной антенны 2 (антенной решетки) осуществляет /5/ измерение поля, образованного совокупностью всех плоских волн, поступающих на раскрыв этой антенны. При этом выходной сигнал m-го элемента представляет собой суперпозицию колебаний, фаза каждого из которых зависит /5/ от координат m-го элемента на раскрыве и направления прихода плоской волны переносчика этого колебания (указанное направление определяется относительно перпендикуляра к раскрыву). Выходные сигналы всех M элементов приемной антенны поступают на М входов блока формирования многолучевой диаграммы направленности (БФМДН) 7. Те колебания из суперпозиции, образующей выходной сигнал каждого элемента антенны 2, которые соответствуют какому-либо n-му из N заранее заданных углами x_n (относительно перпендикуляра к раскрыву антенны в плоскости XOY) направлений прихода плоской волны, синфазно суммируются в блоке 7. Полученная при этом n-тая сумма образует сигнал на n-м выходе блока 7, и этот выход, таким образом, представляет собой выход n-го пространственного канала приема.

Указанному каналу соответствует n-й луч диаграммы направленности (см. фиг. 2, фиг.6) приемной антенны, главный максимум которого (в силу изначального механического разворота антенн 1 и 2 на угол Δζ смещен относительно главного максимума диаграммы направленности передающей антенны на некоторый неизменный при сканировании угол Dx_0n согласно фиг.6 равный Δζ - ζ_n.

При равномерном вращении обеих антенн с угловой скоростью Ω их диаграммы направленности будут равномерно сканировать в плоскости XOY с той же угловой скорость W Как уже отмечалось, в этом случае в произвольном пространственном канале приема могут быть приняты эхо-сигналы только от тех объектов, которые находятся в кольце дальности с радиусом, определяемым согласно (4) величиной W и взаимным смещение диаграмм направленности антенн 1 и 2. Примем, что дальность r_A объекта А (см. фиг.2) равна cΔζ_0n(2Ω)^-1 Тогда в некоторый момент времени τ₁ соответствующий приходу на приемную антенну эхо-сигнала от объекта А, на n-м выходе БФМДН будет сформирована пачка радиоимпульсов e(t) -см. фиг. 7б. Эта пачка поступит на первый вход n-го измерительного блока 8, а с него на вход находящегося в этом блоке приемника 9. В результате обработки e(t) приемником на его выходе будет образована пачка y(t) (см. фиг. 7в) видеоимпульсов (их форма треугольна, т.к. любой радиолокационный приемник имеет в своем составе /12/ оптимальный или квазиоптимальный (фильтр).

Огибающая пачка y(t) повторяет огибающую эхо-сигнала, причем момент t_c ее максимума совпадает с моментом t_m максимума эхо-сигнала. В силу симметричности функций, которые описывают диаграммы направленности антенн, огибающая y(t) также симметрична, поэтому регистрация момента максимума эхо-сигнала эквивалентна определению момента t_c cередины пачки y(t), который можно найти /11/ как среднее между моментами ее начала t_H и конца t_к:t_c=(t_н+t_к)/2. Как уже отмечалось выше, при равномерном сканировании диаграммами направленности передающей и приемной антенн с одинаковыми угловыми скоростями дальность до объекта определяется номером того пространственного канала приема (т.е. номером соответствующего ему блока 8 и информационного выхода устройства по фиг. 5), в котором обнаруживается эхо-сигнал от объекта. Поэтому для определения пространственных координат объекта достаточно оценить его угловое положение (азимут).

При равномерном сканировании закон ϕ_n(t) сканирования произвольным n-м из лучей диаграммы направленности приемной антенны линеен: ϕ_n(t) = const + Ωt, где ϕ_n(t) угол в плоскости XOY (азимут), соответствующий текущему положению главного максимума n-го луча. Поэтому в силу срединного положения момента t_m относительно границ пачки y(t) азимут ϕ_A объекта А можно определить следующим образом:

где ϕ_н= ϕ_n(t_н) = [ϕ₂(t_н) - ζ_n] азимут n-го луча в момент начала пачки y(t);
ϕ_к= ϕ_n(t_к) = [ϕ₂(t_к) - ζ_n] азимут n-го луча в момент конца пачки y(t);
ζ_n угол в плоскости XOY (см. фиг.6) между перпендикуляром к раскрыву приемной антенны 2 и направлением главного максимума n-го луча;
ϕ₂(t_н), ϕ₂(t_к) угол ϕ₂(t) поворота антенны 2 (см. фиг.6) в моменты начала и конца пачки y(t) соответственно.

С выхода приемника 9 пачка импульсов y(t) поступает на выход находящегося в n-м блоке 8 формирователя начала и конца пачки 10. В результате выполняемой согласно /11, c.404-406/ логической обработки тех импульсов y(t), которые превышают некоторый пороговый уровень U₀, на первом и втором выходах формирователя 10 будут сформированы импульсы s_к (фиг. 6д) конца и s_н (фиг. 6г) начала пачки соответственно. Импульс s_н поступает на синхровход регистра 12, в результате в момент t_н его переднего фронта в регистре фиксируется цифровой код, который присутствует на его входе. Поскольку вход регистра 12 соединен со вторым входом блока 8, на который поступает цифровой код угла поворота антенны 2, непрерывно вырабатываемый датчиком угла поворота 4, в регистре 12 фиксируется цифровой эквивалент (код) угла ϕ₂(t_н) Этот код с выхода регистра 12 поступает на первый вход сумматора 13. На второй вход сумматора, соединеный со вторым входом блока 8, поступает непрерывно изменяющийся код, который является цифровым эквивалентом текущего значения угла поворота антенны 2. Этот код суммируется с кодом, зафиксированным в регистре 12, и суммарный код поступает на вход регистра 14. Поэтому в момент t_к переднего фронта s_к (и конца пачки импульсов на выходе приемника 9) входной код регистра 14 является цифровым эквивалентом S суммы ϕ₂(t_н) + ϕ₂(t_к) Импульс s_к поступает на вход схемы 11 выделения фронта и среза импульса, которая формирует на своих первом и втором выходах импульсы r₁ (фиг. 7е) и r₂ (фиг. 7ж) синхронные, соответственно, с задним и передним фронтами s_к. Импульс r₂ поступает ни синхровход регистра 14, поэтому на его выходе (и на соединенных с ним втором выходе блока 8 и n-м информационном выходе устройства по фиг. 4) фиксируется код S. При этом факт фиксации указанного кода индицируется подачей на первый выход блока 8 (и n-й выход готовности устройства по фиг. 5) импульса r₁ с первого выхода схемы 11.

Как следует из (5), код S определяет азимут объекта с точностью до коэффициента 1/2 и заданной заранее как параметр сканирования аддитивной компоненты ζ_n Поэтому появление импульса (r₁) на произвольном n-м выходе готовности устройства по фиг.5 является признаком того, что:
во-первых, в процессе обзора пространства обнаружен объект, находящийся на дальности r_n, которая может быть определена через заранее заданные параметры сканирования следующим образом:
r_n= c(Δζ - ζ_n)(2Ω)^-1,
где с скорость распространения радиоволн;
Δζ относительное угловое смещение раскрывов передающей и приемной антенн в плоскости сканирования;
x_n угол между направлением главного максимума n-го луча диаграммы направленности приемной антенны и перпендикуляром к ее раскрыву;
Ω угловая скорость равномерного сканирования;
во-вторых, на n-м информационном выходе сформирован код s_n, который однозначно связан с азимутом v_n обнаруженного объекта
F_n 1/2S_n-E_m,
где F_n цифровой эквивалент (код) азимута обнаруженного объекта;
E_n цифровой эквивалент (код) вышеуказанного угла ζ_n который также известен заранее, поскольку этот угол задан структурой блока формирования многолучевой диаграммы направленности.

Предложенный способ обзора пространства осуществляется при последовательной реализации следующих операций.

1. Посредством передающей антенны в некоторую область пространства производят излучение зондирующего импульсного сигнала малой скважности (например, при использовании устройства по фиг.4, фиг. 5 путем подачи на антенну 1 от передатчика 5 последовательности радиоимпульсов, период которой меньше, чем время запаздывания отражений от наименее удаленного объекта).

2. Посредством приемной антенны осуществляют прием эхо-сигналов по набору N пространственных каналов (например, при использовании устройства по фиг. 4, фиг. 5 применяют антенную решетку 2, выходные сигналы всех элементов которой подают на N-канальный блок формирования многолучевой диаграммы направленности 7).

3. При излучении и приеме осуществляют непрерывное сканирование диаграммы направленности передающей и приемной антенн по наперед заданным законам, таким, что в любой момент времени направления максимумов диаграмм направленности указанных антенн не совпадают в пространстве. Для этого, например, в устройстве по фиг. 4, фиг. 5 посредством механизма вращения антенн 3 одновременно и с одинаковой угловой скоростью поворачивают антенны 1 и 2 вокруг некоторой оси. При этом предварительно механически разворачивают антенны на некоторый угол, который при сканировании не изменяется.

4. В каждом n-м (n=1,N) пространственном канале приема регистрируют моменты t_m максимумов эхо-сигнала. К примеру, в устройстве по фиг. 4, фиг. 5 для этого посредством приемника 9 измерительного блока 8 выделяют огибающую пачки радиоимпульсов, образующейся на n-м выходе блока 7 при приеме эхо-сигнала, после чего с помощью блока 10 формируют импульсы начала и конца пачки.

5. Исходя из заданных законов сканирования, определяют дальность и угловые координаты объекта, максимум эхо-сигнала от которого регистрируется в n-м пространственном канале приема в момент времени t_m. В устройстве по фиг. 4, фиг. 5 для этого посредством схемы 11 формируют импульс на n-м выходе готовности устройства и определяют дальность объекта по номеру выхода, где формируется импульс. Для определения угловых координат формируют на n-м информационном выходе код, равный сумме кодов углов поворота приемной антенны 2 в моменты начала и конца пачки, образованной принятым по n-му пространственному каналу эхо-сигналом.

Такое выполнение способа обзора пространства позволяет существенно, по сравнению с прототипом /2, c.42-43/, увеличить дальность действия. В предлагаемом способе в отличие от прототипа энергия зондирующего сигнала концентрируется в узком секторе, определяемом шириной диаграммы направленности. Поэтому если при его реализации использовать передатчик с той же мощностью, что в реализации прототипа, то будет обеспечена дальность действия, которая согласно уравнению /1/ дальности примерно в G^1/4 раз больше, чем у прототипа (здесь G отношение угловых размеров сектора обзора к ширине диаграммы направленности передней антенны).

Дополнительным преимуществом предлагаемого способа по сравнению с известными аналогами является то, что он обеспечивает значительно более высокую скорость обзора. Это объясняется тем, что в предлагаемом способе увеличение скорости приводит к перераспределению эхо-сигналов от удаленных объектов по пространственным каналам приема, тогда как в известных аналогах
к потере указанных эхо-сигналов.

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

Источники информации
1. Скольник М. Введение в технику радиолакационных систем. М. Мир, 1965.

2. Радиолакационные методы исследования Земли / Ю.А.Мельник, В.Д.Степаненко и др. Под ред.Ю.А.Мельника М. Сов.радио, 1980.

3. Свистов В. М. Радиолакационные сигналы и их обработка.М. Сов.радио, 1977.

4. Справочник по радиоэлектронным системам: в 2-х томах.Т.2/ Болошин И. А. Быков В.В. Васин В.В. и др. Под ред.Б.Х.Кривицкого -М. Энергия, 1979.

5. Зверев В.А. Радиооптика. М. Сов.радио,1975.

6.Корн Г. Корн Т. Справочник по математике.-М. Наука, 1968.

7. Справочник по радиолокации В 4-х томах. Под ред. М.Сколкина. Т.2.-М: Сов.радио,1977.

8. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. Справочник М. Радио и связь, 1989.

9. Справочник по радиоэлектронным устройствам: В 2-х томах. Т.1./ Бурин Л.И. Васильев В.П. Каганов В.И. и др. Под ред. Д.П.Линде. М. Энергия, 1978.

10. Справочник по радиолокации: В 4-х томах. Под ред. М.Сколника Т.3.- М. Сов.радио, 1978.

11. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. -М. Сов радио, 1973.

12. Лезин Ю.С. Оптимальные фильтры и накопители импульсных сигналов. - М. Сов.радио, 1969.

Формула изобретения

Способ обзора пространства, заключающийся в том, что посредством передающей антенны в некоторую область пространства излучают зондирующий сигнал, а посредством приемной антенны осуществляют прием эхо-сигналов по набору N пространственных каналов приема, отличающийся тем, что в качестве зондирующего сигнала используют импульсный сигнал малой скважности, при излучении и приеме осуществляют непрерывное сканирование диаграммами направленности передающей и приемной антенн так, что в любой момент времени направления максимумов диаграмм направленности указанных антенн не совпадают в пространстве, при этом в каждом n-м (n 1.N) пространственном канале приема регистрируют моменты t_n максимумов эхо-сигнала, после чего определяют дальность и угловые координаты объекта, максимум эхо-сигнала от которого регистрируют в n-м пространственном канале приема в момент времени t_n, для чего в момент t_n определяют значение ζ₁(t_n) функции ζ₁(t), описывающей закон сканирования диаграммой направленности передающей антенны, и значение ζ_2n(t_n) функции ζ_2n(t), описывающей закон сканирования соответствующим n-му пространственному каналу приема лучом диаграммы направленности приемной антенны, при этом в качестве оценки угловых координат выбирают значение ζ_2n(t_n), а оценку r дальности получают посредством решения уравнения

где ζ^*₁(t) - первая производная от ζ₁(t) по времени;
c скорость распространения сигналов в пространстве.

РИСУНКИ

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