Приемное устройство для моноимпульсного радиолокатора

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. Технический результат - повышение точности измерения текущей дальности до цели, особенно на конечном участке траектории, при прохождении радиоволн через ионизированные зоны. Устройство содержит антенну, суммарно-разностный преобразователь, n идентичных подканалов обработки сигнала, каждый из которых содержит первый смеситель, первый усилитель промежуточной частоты (УПЧ) и амплитудный детектор, второй смеситель, второй УПЧ, фазовый детектор, гетеродин, сумматор, блок логической обработки по критерию m из n, блок формирования дальности, второй сумматор, одновходовый сумматор, перемножитель, делитель на два, управляемый делитель и первый ключ. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 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.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является приемное устройство для моноимпульсного радиолокатора (см. патент на полезную модель №31168, МПК G 01 S 13/44), выбранное в качестве прототипа. Известное устройство 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.

Известное устройство не обеспечивает устойчивой работы при распространении радиоволн через возмущенные зоны с повышенным содержанием электронов (ионизированные области искусственного или естественного происхождения). Влияние возмущенных зон может вызвать ухудшение точности измерения дальности до цели и даже привести к полному нарушению работы устройства за счет происходящего при этом временного сдвига радиолокационных импульсов, различного для различных частот используемого многочастотного радиолокационного сигнала (см. Колосов А.М., Арманд Н.А., Яковлев О.И. Распространение радиоволн при космической связи. - M.: Связь, 1969, стр.13).

При использовании известного устройства точность измерения дальности в указанных условиях ухудшается на этапах поиска, захвата и сопровождения импульсов от цели. Появившиеся на этапах поиска и захвата цели ошибки измерения дальности, как правило, не оказывают существенного влияния на эффективность использования беспилотных аппаратов. Однако, на конечном участке траектории, при их самонаведении на цель, особенно при наблюдаемой тенденции к возрастанию скоростей, а также маневренности указанных аппаратов и целей, ошибки измерения текущей дальности неизбежно приводят к резкому снижению вероятности наведения на цель, что является недостатком известного устройства.

Технический результат от использования предлагаемого устройства заключается в повышении точности измерения текущей дальности до цели, особенно на конечном участке траектории, при прохождении радиоволн через ионизированные зоны.

Сущность изобретения заключается в том, 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 блок формирования дальности, входы которого объединены с соответствующими входами блока логической обработки по критерию m из n и подключены к соответствующим первым выходам подканалов обработки сигнала, второй сумматор, входы которого подключены к соответствующим выходам блока формирования дальности, последовательно соединенные одновходовый сумматор, перемножитель, второй вход которого объединенный с входом одновходового сумматора подключен к дополнительному входу блока логической обработки по критерию m из n, делитель на два, управляемый делитель и первый ключ, выход которого является выходом устройства, причем выход второго сумматора подключен ко второму входу управляемого делителя, управляющий вход первого ключа подключен к выходу блока логической обработки по критерию m из n, а дополнительный вход блока формирования дальности, объединенный с дополнительным входом блока логической обработки по критерию m из n, является дополнительным входом устройства.

Блок формирования дальности содержит n подканалов формирования дальности, каждый из которых состоит из последовательно соединенных триггера, вход каждого из которых является соответствующим входом блока формирования дальности, интегратора и первого ключа, выход которого соединен с входами (n-1) соответствующих масштабных усилителей, а также из последовательно соединенных сумматора и второго ключа, выход каждого из которых является соответствующим выходом блока формирования дальности, причем в каждом из n подканалов формирования дальности инверсные выходы триггеров подключены к управляющим входам ключей соответствующих подканалов формирования дальности, выходы (n-1) масштабного усилителя подключены к соответствующим входам сумматоров других подканалов формирования дальности, при этом объединенные вторые входы всех триггеров являются дополнительным входом блока формирования дальности.

Блок логической обработки по критерию m из n содержит последовательно соединенные элемент ИЛИ, счетчик и компаратор, выход которого является выходом блока, причем входами блока логической обработки по критерию m из n являются входы элемента ИЛИ и входы (n-1) блока задержки, выходы которого подключены к входам элемента ИЛИ, при этом дополнительными входом и выходом блока логической обработки по критерию m из n являются соответствующие дополнительные вход и выход счетчика.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где:

на фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого приемного устройства для моноимпульсного радиолокатора (для упрощения показаны только три подканала обработки сигнала: для 1-ой, i-ой и n-ой гармоники многочастотного сигнала);

на фиг.2 представлена структурная схема блока формирования дальности (для большей наглядности и простоты описания приведена схема для случая использования 4-х подканалов обработки сигнала);

на фиг.3 представлена структурная схема блока логической обработки.

Приемное устройство для моноимпульсного радиолокатора (фиг.1) содержит так же, как и прототип, антенну (Ант) 1, первый и второй выходы которой подключены к соответствующим входам суммарно-разностного преобразователя (СРП) 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 (См) 3, первый вход которого является первым входом подканала обработки сигнала, первый УПЧ 4 и амплитудный детектор (АД) 5, выход которого является первым выходом подканала обработки сигнала; соединенные последовательно второй смеситель (См) 6, первый вход которого является вторым входом подканала обработки сигнала, второй УПЧ 7 и фазовый детектор (ФД) 8, выход которого является вторым выходом подканала обработки сигнала. При этом вторые входы первого 3 и второго 6 смесителей (См) соединены с выходом гетеродина (Г) 9, к выходу первого УПЧ 4 подключен второй вход фазового детектора (ФД) 8, вторые выходы n подканалов обработки сигнала подключены к соответствующим входам сумматора (Сум) 10, блок логической обработки (БЛО) 11 по критерию m из n.

В отличие от прототипа в предлагаемое приемное устройство для моноимпульсного радиолокатора введены блок формирования дальности (БФД) 12, входы которого объединены с соответствующими входами (БЛО) 11 по критерию m из n и подключены к соответствующим первым выходам подканалов обработки сигнала, второй сумматор (Сум) 13, входы которого подключены к соответствующим выходам блока формирования дальности 12, последовательно соединенные одновходовый сумматор (Сум) 14, перемножитель (Пр) 15, второй вход которого, объединенный с входом одновходового сумматора 14, подключен к дополнительному входу блока 11 логической обработки по критерию m из n, делитель на два (Дл) 16, управляемый делитель (УД) 17 и первый ключ (Кл) 18, выход которого является выходом устройства. Выход второго сумматора 13 подключен ко второму входу управляемого делителя 17, управляющий вход первого ключа 18 подключен к выходу блока 11 логической обработки по критерию m из n, а дополнительный вход блока формирования дальности 12, объединенный с дополнительным входом блока 11 логической обработки по критерию m из n, является дополнительным входом устройства.

Блок формирования дальности (БФД) 12 (см. структурную схему на фиг.2 для случая, когда n=4) содержит n подканалов формирования дальности, каждый из которых состоит из последовательно соединенных триггера (Тр) 19, вход каждого из которых является соответствующим входом блока формирования дальности 12, интегратора (Инт) 20 и первого ключа (Кл) 21, выход которого соединен с входами (n-1) соответствующих масштабных усилителей (МУ) 22, 23 и 24, а также из последовательно соединенных сумматора (Сум) 25 и второго ключа (Кл) 26, выход каждого из которых является соответствующим выходом блока формирования дальности 12. В каждом из n подканалов формирования дальности инверсные выходы триггеров 19 подключены к управляющим входам ключей 26 соответствующих подканалов формирования дальности, выходы (n-1) масштабного усилителя 22, 23 и 24 подключены к соответствующим входам сумматоров 25 других подканалов формирования дальности, при этом объединенные вторые входы всех триггеров 19 являются дополнительным входом блока формирования дальности.

Блок логической обработки (БЛО) 11 по критерию m из n (см. фиг.3) содержит последовательно соединенные элемент ИЛИ 27, счетчик (Сч) 28 и компаратор (Км) 29, выход которого является выходом блока. Входами блока логической обработки (БЛО) 11 по критерию m из n являются входы элемента ИЛИ 27 и входы (n-1) блока задержки (БЗ) 30, выходы которого подключены к входам элемента ИЛИ 27, при этом дополнительными входом и выходом блока логической обработки (БЛО) 11 по критерию m из n являются соответствующие дополнительные вход и выход счетчика.

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 происходят 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 сигналы на промежуточной частоте 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 в каждом подканале обработки сигнала.

Известно (см. Котяшкин С.Н. Определение ионосферной задержки в одночастотной аппаратуре потребителей спутниковой системы навигации Навстар // Зарубежная радиоэлектроника. 1989, № 5), что истинное значение дальности D, измеряемой радиолокационными способами в условиях ионизированной среды, может быть, в принципе определено с помощью выражения

где D_i и D_j - значения дальности, полученные соответственно при частотах радиолокационных сигналов f_i и f_j;

В отличие от прототипа сигналы дальности с выходов амплитудных детекторов 5 всех подканалов, соответствующие разным составляющим сигнала (т.е. с первых выходов n подканалов обработки сигналов), поступают на входы соответствующих подканалов блока 12 формирования дальности.

На фиг.2 приведена структурная схема блока формирования дальности (БФД) 12, которая состоит из четырех подканалов, т.е. для n=4 (для простоты описания). В каждом подканале триггер 19 запускается тактовым (зондирующим) импульсом ТИ, поступающим на дополнительный вход блока 12 от передатчика радиолокатора. Принятый (ответный) импульс с выхода подканала обработки сигнала возвращает триггер 19 в исходное положение. При этом на выходе интегратора 20 формируется напряжение, пропорциональное интервалу времени между зондирующим и принятым импульсами, т.е. дальности до цели D_i, измеренной на частоте f_i. Импульс с инверсного выхода триггера 19 открывает первый и второй ключи 21 и 26.

Через открытый ключ 21 напряжение, пропорциональное D_i, поступает на входы (n-1) масштабных усилителей МУ 22, 23 и 24 (в данном случае при n=4 необходимы 3 усилителя).

Принцип работы такого блока формирования дальности заключается в том, что измеренные значения D₁, D₂, ..., D_n попарно обрабатываются в соответствии с выражением (1).

Если в каком-либо подканале сигнал отсутствует, на инверсном выходе триггера 19 сигнал не формируется, соответственно ключи 21 и 26 закрыты и обрабатываются только те пары D_i-D_j, которые измерены в работающих подканалах. Применительно к фиг.2 (n=4) коэффициенты усиления масштабных усилителей (блоки 22, 23 и 24) в каждом подканале должны быть установлены равными значениям, полученным по выражениям, приведенным в таблице.

При этом на выходах подканалов блока 12 (при условии, что сигналы приняты во всех подканалах) формируются напряжения:

U₁=-b₁₂D₂-b₁₃D₃-b₁₄D₄

U₂=a₁₂D₁-b₂₃D₃-b₂₄D₄

U₃=a₁₃D₁+a₂₃D₂-b₃₄D₄

U₄=a₁₄D₁+a₂₄D₂+a₃₄D₃

Напряжения с выходов блока 12 суммируются в сумматоре 13 (см. фиг.1), напряжение на выходе которого равно

U=a₁₂D₁-b₁₂D₂+a₁₃D₁-b₁₃D₃+a₁₄D₁-b₁₄D₄+a₂₃D₂-b₂₃D₃+a₂₄D₂-b₂₄D₄+a₃₄D₃-b₃₄D₄.

Таблица
подканал   МУ	I	II	III	IV
Блок 22
Блок 23
Блок 24

С учетом (1) U=6D.

При подавлении одного из сигналов, например в четвертом подканале, напряжение U будет равно (см. фиг.2)

U=а₁₂D₁-b₁₂D₂+a₁₃D₁-b₁₃D₃+a₂₃D₂-b₂₃D₃=3D.

Нетрудно убедиться, что в общем случае при n подканалах и при приеме n₁≤n сигналов напряжение на выходе сумматора 13 всегда равно

U=C² _n1D.

Для получения истинного значения текущей дальности D, усредненного по всем подканалам, участвующим в работе, необходимо разделить выходное напряжение общего сумматора 13 на величину С_n1 ². Указанная операция осуществляется с помощью управляемого делителя 17. Напряжение, пропорциональное D, поступает на выход устройства через ключ 18, управляемый сигналом блока 11 логической обработки. Усреднение истинной дальности D по всем подканалам позволяет уменьшить влияние флуктуационных ошибок измерения.

Блок логической обработки 11 по критерию m из n (фиг.3) работает следующим образом.

Сигналы с выходов всех подканалов обработки сигнала через элемент ИЛИ 27 поступают на вход счетчика 28, с выхода первого подканала непосредственно, с выходов последующих - через блоки задержки 30.

Длительность задержки указанных блоков выбрана из условия

τ_max<τ₂<τ₃<...<τ_n,

где τ_max - максимальный временной сдвиг между сигналами разных частот, вызванный воздействием ионизированной среды, чем обеспечивается несовпадение сигналов во времени как при работе в нормальных условиях, так и при наличии ионизации. Сигналы своими передними фронтами запускают счетчик 28. Счетчик 28 устанавливается в исходное положение тактовыми (зондирующими) импульсами передатчика радиолокатора. Как только число принятых сигналов достигает заданного значения m, срабатывает компаратор (схема сравнения) 29, порог которого установлен равным m, и на выходе блока 11 появляется разрешающий сигнал, открывающий ключ 18. Таким образом, осуществляется логическая обработка по критерию m из n.

Как было сказано выше, в управляющем делителе 17 необходимо осуществить операцию деления на величину

Делитель 17 представляет собой усилитель с программируемым коэффициентом усиления. Ослабление аналогового сигнала в нем осуществляется двоичным кодом, поступающим на управляющий вход (см. Алексеенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых ИС. - M.: Радио и связь, 1981, рис.2.5, стр.60...62).

Поскольку

формирование управляющего сигнала для делителя 17 производится в соответствии с (2) с помощью одновходового сумматора 14, осуществляющего операцию (n₁-1), цифрового перемножителя 15, реализующего операцию n₁(n₁-1) и делителя на два 16.

Таким образом, технический результат от использования предлагаемого устройства по сравнению с прототипом заключается в повышении точности измерения текущей дальности до цели, особенно на конечном участке траектории, при прохождении радиоволн через ионизированные зоны.

Все вновь вводимые элементы и блоки широко используются в устройствах автоматики и связи, описаны в литературе и их практическая реализация не вызывает трудностей.

1. 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 блок формирования дальности, входы которого объединены с соответствующими входами блока логической обработки по критерию m из n и подключены к соответствующим первым выходам подканалов обработки сигнала, второй сумматор, входы которого подключены к соответствующим выходам блока формирования дальности, последовательно соединенные одновходовый сумматор, перемножитель, второй вход которого, объединенный с входом одновходового сумматора, подключен к дополнительному входу блока логической обработки по критерию m из n, делитель на два, управляемый делитель и первый ключ, выход которого является выходом устройства, причем выход второго сумматора подключен ко второму входу управляемого делителя, управляющий вход первого ключа подключен к выходу блока логической обработки по критерию m из n, а дополнительный вход блока формирования дальности, объединенный с дополнительным входом блока логической обработки по критерию m из n, является дополнительным входом устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок формирования дальности содержит n подканалов формирования дальности, каждый из которых состоит из последовательно соединенных триггера, вход каждого из которых является соответствующим входом блока формирования дальности, интегратора и первого ключа, выход которого соединен с входами (n-1) соответствующих масштабных усилителей, а также из последовательно соединенных сумматора и второго ключа, выход каждого из которых является соответствующим выходом блока формирования дальности, причем в каждом из n подканалов формирования дальности инверсные выходы триггеров подключены к управляющим входам ключей соответствующих подканалов формирования дальности, выходы (n-1) масштабного усилителя подключены к соответствующим входам сумматоров других подканалов формирования дальности, при этом объединенные вторые входы всех триггеров являются дополнительным входом блока формирования дальности.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что блок логической обработки по критерию m из n содержит последовательно соединенные элемент ИЛИ, счетчик и компаратор, выход которого является выходом блока, причем входами блока логической обработки по критерию m из n являются входы элемента ИЛИ и входы (n-1) блока задержки, выходы которого подключены к входам элемента ИЛИ, при этом дополнительными входом и выходом блока логической обработки по критерию m из n являются соответствующие дополнительные вход и выход счетчика.