Устройство для измерения "нелинейных" радиолокационных характеристик

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для измерения радиолокационных характеристик объектов, обладающих "нелинейными" электромагнитными свойствами. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства за счет измерения кросс-поляризационной составляющей отраженного сигнала, разности фаз между основной и кросс-поляризационной составляющими отраженного сигнала и вычисление на их основе коэффициента эллиптичности и угла наклона большой оси эллипса поляризации отраженной волны. Устройство для измерения "нелинейных" радиолокационных характеристик объектов содержит задающий генератор, полосовой фильтр, передающую антенну, приемную антенну и регистратор, при этом в него введены усилитель, блок стабилизации частоты гетеродина, гетеродин, расщепитель поляризации, два параллельных приемных канала, каждый из которых состоит из смесителя и усилителя, направленный ответвитель и фазовый детектор. 1 ил.

 

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для измерения радиолокационных характеристик объектов, обладающих "нелинейными" электромагнитными свойствами.

Известна установка для измерения "нелинейной" эффективной площади рассеяния [Штейншлейгер В.Б., Мисежников Г.С. Исследование эффекта нелинейного рассеяния радиоволн металлическими объектами - Радиотехника и электроника - 1994, т.39 - №6 - с.902-906], содержащая в передающем канале последовательно соединенные генератор, фильтр и передающую антенну, а в приемном канале - антенну, фильтр, измерительный приемник и самописец.

Недостатком этой установки является отсутствие возможности измерения поляризационных характеристик, что приводит к потере значительной части информации об объекте измерения.

Из известных устройств для измерения "нелинейных" радиолокационных характеристик объектов наиболее близким по назначению и достижению положительного эффекта является стенд для исследования расширенной поляризационной матрицы рассеяния [Ларцов С.В. Исследование деполяризующих свойств нелинейных рассеивателей при помощи расширенной матрицы рассеяния. Радиотехника и электроника, 1998, том 43, №2, с.180-184]. Стенд содержит последовательно соединенные генератор, полосовой фильтр, вольтметр, переключатель поляризации передающей антенны, ко второму входу которого подключен первый выход коммутирующего устройства, к выходу - передающая антенна, а также последовательно соединенные приемная антенна с переключателем поляризации, ко второму входу которого подключен второй выход коммутирующего устройства, к выходу - режекторный фильтр, а также содержит усилитель и амплифазометр, к входу которого через удвоитель частоты подсоединен генератор.

Для оценки недостатков стенда рассмотрим одну из важнейших характеристик сигнала, рассеянного радиолокационной целью, - поляризационною матрицу рассеяния.

Известно (см. Д.Б.Канарейкин и др. Поляризация радиолокационных сигналов. М.; Сов. радио, 1966 г.), что отражающие и поляризационные свойства радиолокационных целей наиболее полно описываются поляризационной матрицей рассеяния. Эта матрица связывает поляризацию облучающей волны с отраженной волной с помощью четырех комплексных величин , , , . Математически матрица рассеяния записывается в виде:

где Е_хх - амплитуда рассеяния целью сигнала для х-й поляризации зондирующего сигнала и х-й поляризации принимаемого сигнала;

Е_ху - амплитуда рассеянного целью сигнала для х-й поляризации зондирующего сигнала и у -й поляризации принимаемого сигнала;

Е_ух - амплитуда рассеянного целью сигнала для у-й поляризации зондирующего сигнала и х -й поляризации принимаемого сигнала;

Е_уу - амплитуда рассеянного целью сигнала для у-й поляризации зондирующего сигнала и у -й поляризации принимаемого сигнала;

ϕ_хх, ϕ_ху, ϕ_ух, ϕ_yy - соответствующих сигналов.

Рассматриваемый стенд позволяет измерять два элемента матрицы рассеяния:

и

но не позволяет измерять кросс-поляризационную составляющую отраженного сигнала, что необходимо для решения задач радиолокационного распознавания по поляризационным характеристикам: кросс-поляризационной составляющей отраженного сигнала; коэффициенту эллиптичности отраженного сигнала и углу наклона большей оси эллипса поляризации.

Задача, на решение которой направлено заявляемое устройство, состоит в расширении функциональных возможностей устройства за счет обеспечения измерения кросс-поляризационной составляющей отраженного сигнала и разности фаз между основной и кросс-поляризационными составляющими отраженного сигнала.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройство для измерения "нелинейных" радиолокационных характеристик объектов, содержащее задающий генератор, полосовой фильтр, передающую антенну, приемную антенну и регистратор, в него введены последовательно соединенные усилитель, блок стабилизации частоты гетеродина и гетеродин, введены между приемной антенной и регистратором последовательно соединенные расщепитель поляризации и два параллельных приемных канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных смесителя и усилителя, между задающим генератором и полосовым фильтром введен направленный ответвитель, к ответвляющему выходу которого подключен усилитель и между обоих приемных каналов введен фазовый детектор, выход которого подключен к регистратору, при этом передающая антенна выполнена с круговой поляризацией, причем два выхода гетеродина подключены к смесителям соответствующих приемных каналов, а третий выход - к блоку стабилизации частоты и выход полосового фильтра подсоединен к передающей антенне.

Устройство позволяет излучать электромагнитные волны круговой поляризации и измерять основную, кросс-поляризационную составляющие отраженного сигнала и разность фаз между ними на гармониках зондирующего сигнала, что соответствует измерению элементов матрицы рассеяния (1) , . За счет введения расщепителя поляризации и двух приемных каналов с общим гетеродином, блоком стабилизации частоты гетеродина и фазового детектора, позволяющего измерять разность фаз между сигналами приемных каналов, и выполнению передающей антенны с круговой поляризацией. Информативность этих элементов выше, чем раздельно измеряемых элементов , , потому что позволяет вычислить коэффициент эллиптичности отраженной электромагнитной волны r и угол наклона большой оси эллипса поляризации β по формулам (см. Д.В.Канарейкин и др. Поляризация радиолокационных сигналов. М.: Сов.Радио, 1966 г.):

где β - угол наклона большой оси эллипса поляризации;

E_x - амплитуда горизонтальной составляющей отраженного сигнала;

Е_у - вертикальной составляющей отраженного сигнала;

Ф - разность фаз компонент Е_x и Е_y отраженного сигнала.

Измеренные величины используются при построении системы распознавания радиолокационных объектов.

На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения "нелинейных" радиолокационных характеристик объектов.

Устройство для измерения "нелинейных" радиолокационных характеристик объектов содержит (фиг.1) задающий генератор 1, направленный ответвитель 2, полосовой фильтр 3, передающую антенну 4, приемные каналы 5.1, 5.2, приемную антенну 6, расщепитель поляризации 7, два смесителя 8.1 и 8.2, два усилителя 9.1, 9.2 приемных каналов, усилитель 10, блок стабилизации частоты гетеродина 11, гетеродин 12, фазовый детектор 13, регистратор 14, объект измерения 15. При этом задающий генератор 1, направленный ответвитель 2, полосовой фильтр 3, передающая антенна 4 круговой поляризации соединены последовательно и связаны с объектом измерения 15 посредством излучаемых электромагнитных волн. Приемная антенна 6 соединена с расщепителем поляризации 7, два выхода которого соединены с двумя параллельными приемными каналами 5.1, 5.2, каждый из которых состоит из последовательно соединенных смесителей 8.1, 8.2 и усилителей 9.1, 9.2, выходы которых присоединены к соответствующим входам регистратора 14, ответвляющий выход направленного ответвителя 2 последовательно соединен с усилителем 10, блоком стабилизации частоты гетеродина 11 и гетеродином 12, два выхода которого подключены к смесителям 8.1, 8.2, соответствующих приемных каналов, а третий выход подключен к блоку стабилизаци частоты 11, вторые выходы усилителей 9.1, 9.2, подключены к фазовому детектору 13, выход которого подключен к регистратору 14, выполненным на основе IBM PC.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 генерирует монохроматические колебания на частоте f₀, которые через направленный ответвитель 2 и полосовой фильтр 3 поступают к передающей антенне 4 с круговой поляризацией, которая излучает их в направлении объекта измерения 15. Преобразованный объектом 15 сигнал эллиптической поляризации на частоте гармоники поступает к приемной антенне 6 и далее к расщепителю поляризации 7, работающему в режиме ортогонально линейного разложения принятого сигнала. С выходов расщепителя поляризации 7 сигналы поступают к соответствующим смесителям 8.1 и 8.2 приемных каналов, затем к усилителям 9.1 и 9.2 и далее ко входам регистратора 14. От ответвляющего выхода направленного ответвителя 2 сигнал на частоте гармоники поступает к усилителю 10 и блоку стабилизации частоты гетеродина 11 и далее к гетеродину 12. Гетеродин 12 работает на частоте nf₀+f_пр, где n - номер гармоники, и выдает сигналы к смесителям 8.1 и 8.2, а с третьего выхода гетеродина 12 сигнал поступает в блок стабилизации частоты гетеродина 11 и используется для поддержания промежуточной частоты приемных каналов на постоянном уровне. Фазовый детектор 13, подключенный к обоим дополнительным выходам усилителей 9.1 и 9.2, выдает сигнал пропорциональный разности фаз Ф сигналов обоих каналов и передает его в регистратор 14.

Возможность достижения положительного эффекта определяется тем, что устройство содержит расщепитель поляризации и два приемно-усилительных канала соответственно для основной и кросс-поляризационной составляющих отраженного сигнала, что позволяет измерить эти составляющие и разность фаз между ними, и на их основе вычислить коэффициент эллиптичности отраженного сигнала и угол наклона большой оси эллипса поляризации и, таким образом, получить дополнительные данные для расчета системы распознавания радиолокационных объектов за счет введения расщепителя поляризации, фазового детектора, блока стабилизации частоты гетеродина, гетеродина, направленного ответвителя и выполнения передающей антенны с круговой поляризацией.

Устройство для измерения "нелинейных" радиолокационных характеристик объектов, содержащее задающий генератор, полосовой фильтр и передающую антенну, приемную антенну и регистратор, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные усилитель, блок стабилизации частоты гетеродина и гетеродин, введены между приемной антенной и регистратором последовательно соединенные расщепитель поляризации и два параллельных приемных канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных смесителя и усилителя приемного канала, выходы усилителей приемных каналов присоединены к соответствующим входам регистратора, а вторые их выходы подключены к фазовому детектору, выход которого подключен к регистратору, между задающим генератором и полосовым фильтром введен направленный ответвитель, к ответвляющему выходу которого последовательно подключены усилитель и блок стабилизации частоты гетеродина, при этом передающая антенна выполнена с круговой поляризацией, причем два выхода гетеродина подключены к смесителям соответствующих приемных каналов, а третий выход - к блоку стабилизации частоты и выход полосового фильтра подсоединен к передающей антенне.