Приемное устройство для моноимпульсного радиолокатора

Изобретение относится к радиосвязи. Технический результат заключается в повышении устойчивости работы при прохождении радиоволн через ионизированные области, находящиеся на трассе их рапространения. Сущность изобретения заключается в том, что в известное устройство, содержащее антенну, суммарно-разностный преобразователь, первый смеситель, первый усилитель промежуточной частоты, амплитудный детектор, второй смеситель, второй усилитель промежуточной частоты, фазовый детектор, гетеродин, сумматор, блок логической обработки по критерию m из n дополнительно введены элемент ИЛИ, одновибратор, дифференцирующий блок и n RS-триггеров. 3 ил.

 

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к устройствам приема радиолокационных сигналов, и может быть использовано, например, в информационных каналах системы управления беспилотными летательными аппаратами, в частности, в активных головках самонаведения ракет и т.д.

Известно приемное устройство для моноимпульсного радиолокатора, которое является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству (см. Патент на полезную модель №31168, МПК G 01 S 13/44), принятое за прототип. Известное устройство-прототип содержит антенну, первый и второй выходы которой подключены к соответствующим входам суммарно-разностного преобразователя, к первому и второму выходам которого подключены соответственно первый и второй входы n идентичных подканалов обработки сигнала, каждый из которых содержит соединенные последовательно первый смеситель, первый вход которого является первым входом подканала обработки сигнала, первый усилитель промежуточной частоты (УПЧ) и амплитудный детектор, выход которого является первым выходом подканала обработки сигнала, соединенные последовательно второй смеситель, первый вход которого является вторым входом подканала обработки сигнала, второй УПЧ и фазовый детектор, выход которого является вторым выходом подканала обработки сигнала, при этом вторые входы первого и второго смесителей соединены с выходом гетеродина, к выходу первого УПЧ подключен второй вход фазового детектора. Первые выходы n подканалов обработки сигнала подключены к соответствующим входам блока логической обработки по критерию m из n, вторые выходы n подканалов обработки сигнала подключены к соответствующим входам сумматора. На выходе сумматора образуется сигнал углового рассогласования между направлением на цель и равносигнальным направлением, а с выхода блока логической обработки по критерию m из n снимается сигнал, используемый для определения дальности до цели.

Устройство-прототип за счет применения многочастотного сигнала и полной его обработки обеспечивает захват и сопровождение целей с высокой точностью в условиях наличия помех. Однако в реальных условиях на трассе распространения сигналов могут находиться возмущенные зоны с повышенным содержанием электронов (ионизированные области). В режиме захвата и сопровождения цели влияние возмущенных зон может вызвать полное нарушение работы устройства за счет происходящего при этом временного сдвига радиолокационных импульсов, различного для различных частот используемого многочастотного сигнала. Это является существенным недостатком прототипа.

Задачей настоящего изобретения является повышение устойчивости работы устройства при прохождении радиоволн через ионизированные области, находящиеся на трассе их распространения, за счет компенсации временного сдвига радиолокационных импульсов на различных частотах (гармонических составляющих) используемого многочастотного сигнала.

Поставленная задача решается за счет того, что в приемное устройство для моноимпульсного радиолокатора, содержащее так же, как и прототип, антенну, первый и второй выходы которой подключены к соответствующим входам суммарно-разностного преобразователя, к первому и второму выходам которого подключены соответственно первый и второй входы n идентичных подканалов обработки сигнала, каждый из которых содержит соединенные последовательно первый смеситель, первый вход которого является первым входом подканала обработки сигнала, первый усилитель промежуточной частоты (УПЧ) и амплитудный детектор, выход которого является первым выходом подканала обработки сигнала, соединенные последовательно второй смеситель, первый вход которого является вторым входом подканала обработки сигнала, второй УПЧ и фазовый детектор, выход которого является вторым выходом подканала обработки сигнала, при этом вторые входы первого и второго смесителей соединены с выходом гетеродина, к выходу первого УПЧ подключен второй вход фазового детектора, вторые выходы n подканалов обработки сигнала подключены к соответствующим входам сумматора, блок логической обработки по критерию m из n, в отличие от прототипа, введены последовательно соединенные элемент ИЛИ, одновибратор и дифференцирующий блок, при этом первые выходы n подканалов обработки сигнала подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ и через соответствующие RS-триггеры - к соответствующим входам блока логической обработки по критерию m из n, а вторые входы RS-триггеров соединены с выходом дифференцирующего блока.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого приемного устройства для моноимпульсного радиолокатора, на фиг.2 - временные диаграммы выходных напряжений в узловых точках структурной схемы приемного устройства, поясняющие работу устройства-прототипа, на фиг.3 - временные диаграммы выходных напряжений в узловых точках структурной схемы приемного устройства, поясняющие работу предлагаемого устройства.

Приемное устройство для моноимпульсного радиолокатора (см. фиг.1) содержит так же, как и прототип, антенну 1, первый и второй выходы которой подключены к соответствующим входам суммарно-разностного преобразователя 2, к первому и второму выходам которого подключены соответственно первый и второй входы n идентичных подканалов обработки сигнала, каждый из которых содержит соединенные последовательно первый смеситель 3, первый вход которого является первым входом подканала обработки сигнала, первый усилитель промежуточной частоты (УПЧ) 4 и амплитудный детектор 5, выход которого является первым выходом подканала обработки сигнала, соединенные последовательно второй смеситель 6, первый вход которого является вторым входом подканала обработки сигнала, второй УПЧ 7 и фазовый детектор 8, выход которого является вторым выходом подканала обработки сигнала. При этом вторые входы первого 3 и второго 6 смесителей соединены с выходом гетеродина 9, к выходу первого УПЧ 4 подключен второй вход фазового детектора 8, вторые выходы n подканалов обработки сигнала подключены к соответствующим входам сумматора 10, блок 11 логической обработки по критерию m из n.

В отличие от прототипа в предлагаемое приемное устройство для моноимпульсного радиолокатора введены последовательно соединенные элемент ИЛИ 12, одновибратор 13 и дифференцирующий блок 14, при этом первые выходы n подканалов обработки сигнала подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ 12 и через соответствующие RS-триггеры - к соответствующим входам блока 11 логической обработки по критерию m из n, а вторые входы RS-триггеров соединены с выходом дифференцирующего блока 14.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

В предлагаемом устройстве так же, как и в устройстве-прототипе, принимаемые от цели сигналы с выхода антенны 1 поступают в суммарно-разностный преобразователь 2, где происходит их суммирование и вычитание. На обоих выходах суммарно-разностного преобразователя 2 формируются суммарно-разностные сигналы всех принятых гармонических составляющих многочастотного сигнала. Эти составляющие поступают на соответствующие входы смесителей каждого из n идентичных подканалов, предназначенных для обработки сигналов соответствующей гармонической составляющей (на фиг.1 для упрощения показаны только три подканала для первой, i-ой и n-ой гармоники). Поскольку все подканалы обработки сигнала идентичны и функционируют одинаково, рассмотрим работу одного из них, например, первого подканала обработки сигнала. Остальные (n-1) подканалов обработки сигнала функционируют аналогично первому подканалу обработки сигнала.

С выходов суммарно-разностного преобразователя 2 суммарный и разностный высокочастотные сигналы поступают на смесители 3 и 6 суммарного и разностного каналов соответственно, где они преобразуются в промежуточную частоту путем смешения с колебаниями, поступающими на объединенные вторые входы смесителей 3 и 6 с гетеродина 9. После усиления в УПЧ 4 и 7 сигналы поступают на промежуточной частоте на соответствующие входы фазового детектора 8, на выходе которого образуется сигнал углового рассогласования между направлением на цель и равносигнальным направлением. Сигналы, пропорциональные угловому отклонению цели, с выходов фазовых детекторов 8 всех подканалов обработки сигнала поступают на соответствующие входы сумматора 10. В сумматоре 10 осуществляется осреднение сигналов, полученных на разных несущих. Результирующий сигнал с выхода 1 устройства поступает в схему углового сопровождения. Сигнал с выхода УПЧ 4 подается на вход амплитудного детектора 5.

Известно, что при прохождении радиолокационного сигнала через ионизированные области за счет рефракции радиоволн происходит искривление трассы их распространения, причем угол рефракции зависит от частоты сигнала. В связи с этим различные частотные составляющие сигнала будут приходить в точку приема в разное время. Задержка τ сигнала при распространении в ионизированной области зависит от частоты.

Коэффициент преломления радиоволн η , излучаемых на частоте f в ионосфере с концентрацией электронов N_E, определяется (см. Колосов А.М., Арманд Н.А., Яковлев О.И. Распространение радиоволн при космической связи. - М.: Связь, 1969, стр. 13, (1.5)) выражением

Следовательно, для однородной ионизированной области протяженностью Δ h задержка радиолокационного сигнала равна

где с - скорость света.

Таким образом, чем выше частота, тем меньше величина задержки τ . Следовательно, импульсы с выходов амплитудных детекторов 5 всех подканалов, соответствующие разным составляющим сигнала поступают на входы соответствующих RS-триггеров 15 в следующем порядке: сначала импульс, соответствующий гармонике f₁, затем - соответствующий f₂...и, наконец, - f_n (предполагая, что f₁>f₂>... >f_n). По приходе импульсов соответствующие RS-триггеры 15 срабатывают и выдают сигналы на соответствующие входы блока 11 логической обработки, который так же, как и в прототипе, осуществляет селекцию сигналов по критерию m из n.

Одновременно первый же пришедший импульс через элемент ИЛИ 12 запускает одновибратор 13, длительность Т₀ которого выбирается равной сумме длительностей максимальной задержки и импульса сигнала. Задний фронт импульса одновибратора 13 через дифференцирующий блок 14 возвращает все n RS-триггеров 15 в исходное положение.

Приведенные на фиг.2 и 3 временные диаграммы выходных напряжений в узловых точках структурной схемы приемного устройства построены для случая использования в приемном устройстве многочастотного сигнала с числом гармонических составляющих, равным 3 и логике работы блока 11 по критерию "3 из 3".

На фиг.2а представлены временные диаграммы выходных напряжений в узловых точках структурной схемы, поясняющие работу устройства-прототипа в штатном режиме, где u_5/1 - выходное напряжение блока 5 первого подканала, u_5/2 - выходное напряжение блока 5 второго подканала, u_5/3 - выходное напряжение блока 5 третьего подканала, u₁₁ - выходное напряжение блока 11.

На фиг.2б - временные диаграммы выходных напряжений в узловых точках структурной схемы, поясняющие работу устройства-прототипа при наличии ионизированных областей на трассе распространения, где u_5/1 - выходное напряжение блока 5 первого подканала, u_5/2 - выходное напряжение блока 5 второго подканала, u_5/3 - выходное напряжение блока 5 третьего подканала, u₁₁ - выходное напряжение блока 11.

На фиг.3 - временные диаграммы выходных напряжений в узловых точках структурной схемы, поясняющие работу предлагаемого устройства при наличии ионизированных областей на трассе распространения, приводящих к временному рассогласованию гармонических составляющих сигнала, передаваемых на разных частотах (когда устройство-прототип оказывается неработоспособным), где u_5/1 - выходное напряжение блока 5 первого подканала, u_5/2 - выходное напряжение блока 5 второго подканала, u_5/3 - выходное напряжение блока 5 третьего подканала, u_15/1 - выходное напряжение блока 15 первого подканала, u_15/2 - выходное напряжение блока 15 второго подканала, u_15/3 - выходное напряжение блока 15 третьего подканала, u₁₃ - выходное напряжение блока 13, u₁₄ - выходное напряжение блока 14, u₁₁ - выходное напряжение блока 11.

Если ионизированные области отсутствуют, предлагаемое устройство функционирует аналогично устройству-прототипу. Поскольку влияние ионизированных областей в первую очередь может проявляться на этапах захвата и сопровождения сигналов от цели (т.е. на средних и конечных участках полета летательных аппаратов с ГСН), появление дополнительной задержки результирующего сигнала не будет оказывать существенного влияния на эффективность применения этих летательных аппаратов.

Технический результат от использования предлагаемого приемного устройства для моноимпульсного радиолокатора, в отличие от прототипа, заключается в повышении устойчивости работы устройства при прохождении радиоволн через ионизированные области, находящиеся на трассе их распространения, за счет компенсации временного сдвига радиолокационных импульсов на различных частотах (гармонических составляющих) используемого многочастотного сигнала.

Реализация устройства не вызывает практических трудностей, так как вновь вводимые блоки представляют собой завершенные функциональные узлы, выполняемые на основе известных и широко распространенных радиотехнических элементов, выпускаемых отечественной промышленностью.

Приемное устройство для моноимпульсного радиолокатора, содержащее антенну, первый и второй выходы которой подключены к соответствующим входам суммарно-разностного преобразователя, к первому и второму выходам которого подключены соответственно первый и второй входы n идентичных подканалов обработки сигнала, каждый из которых содержит соединенные последовательно первый смеситель, первый вход которого является первым входом подканала обработки сигнала, первый усилитель промежуточной частоты (УПЧ) и амплитудный детектор, выход которого является первым выходом подканала обработки сигнала, соединенные последовательно второй смеситель, первый вход которого является вторым входом подканала обработки сигнала, второй УПЧ и фазовый детектор, выход которого является вторым выходом подканала обработки сигнала, при этом вторые входы первого и второго смесителей соединены с выходом гетеродина, к выходу первого УПЧ подключен второй вход фазового детектора, вторые выходы n подканалов обработки сигнала подключены к соответствующим входам сумматора, блок логической обработки по критерию m из n, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные элемент ИЛИ, одновибратор и дифференцирующий блок, при этом первые выходы n подканалов обработки сигнала подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ и через соответствующие RS-триггеры - к соответствующим входам блока логической обработки по критерию m из n, а вторые входы RS-триггеров соединены с выходом дифференцирующего блока.