Определение фазовых сдвигов передачи для радиолокатора с множеством совмещенных трактов передачи

Использование: в области радиолокации, включая радиолокационное наблюдение для обнаружения вторжений в охраняемое пространство, телекоммуникации и т.д. Изобретение применимо, в частности, для радиолокаторов типа MIMO. Сущность: определяют фазовый сдвиг (Φ₀₂, Φ₀₃) передачи как фазовый сдвиг между по меньшей мере двумя трактами (10₁, 10₂, 10₃) передачи радиолокатора. Для этого компоненты обратного сигнала радиолокатора во взаимнооднозначном соотношении с передающими излучениями (R₁), которые раздельно генерируют два тракта передачи, идентифицируют посредством различных модуляций. Тогда возможно произвести компенсацию для каждого фазового сдвига передачи, чтобы лучше управлять направлением передачи-приема радиолокатора, а также формой луча. Технический результат: улучшение контроля диаграммы направленности радиолокатора с несколькими трактами передачи, обеспечение возможности управления лучом без использования специальных тестовых компонентов или без специальных тестовых условий, а также обеспечение диагностирования возможного ухудшения состояния радиолокатора с несколькими трактами передачи, которое проявляется с течением времени, независимо от того, связано ли это со старением или неисправностью некоторых из его компонент передачи, для того чтобы управлять действиями по техническому обслуживанию радиолокатора или действиями по корректировке некоторых его рабочих параметров. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Настоящее изобретение относится к способу определения фазовых сдвигов передачи для радиолокатора, который имеет множество совмещенных трактов передачи. Его можно применить во многих областях, включая радиолокационное наблюдение для обнаружения вторжений в охраняемое пространство, телекоммуникации и т.д.

Как известно, радиолокатор с фазированной решеткой и/или радиолокатор с формированием луча содержит несколько трактов передачи, которые питают излучающие элементы, расположенные в антенной решетке. Каждый тракт передачи содержит вход для приема передаваемого сигнала, переменный фазовращатель, усилитель и излучающий элемент, на который подают сигнал, подлежащий передаче после того, как этот сигнал был сдвинут по фазе и усилен. Направление луча излучения, создаваемого антенной решеткой для передачи сигнала, а также форму этого луча, то есть диаграмму направленности радиолокатора, регулируют значениями фазового сдвига, которые применяют индивидуально к трактам передачи. Однако также могут иметь место непреднамеренные вклады в фазовый сдвиг между различными трактами передачи радиолокатора, так что фазовые сдвиги, фактически произведенные между этими трактами передачи, не соответствуют точно требуемым значениям фазового сдвига. Это приводит к неопределенности в направленности и форме луча, создаваемого радиолокатором.

В частности, радиолокаторы с многоканальным входом – многоканальным выходом, обозначенные аббревиатурой MIMO, относятся к этому типу и представляют эту неопределенность в фазовых сдвигах, которые существуют между различными трактами передачи.

Вообще говоря, в настоящем описании фразу «фазовый сдвиг, который существует между двумя трактами передачи или между двумя сигналами» следует понимать как разность между двумя значениями фазы, которые находятся во взаимно однозначном отношении к двум трактам передачи или к двум сигналам. Под расширением и эквивалентностью такого фазового сдвига также будет пониматься сдвиг по времени, который имеет место между работой двух трактов передачи или который имеет место между двумя сигналами.

Известно также, что под ортогональными модуляциями понимают модуляции, позволяющие путем фильтрации отделять компоненты сигнала, каждая из которых включает в себя одну из этих модуляций, отличную от модуляции каждой другой компоненты сигнала. Более точно, результат фильтрации в соответствии с одной из модуляций, применяемой к компонентам сигнала, которые модулируют по отдельности, является ненулевым для компоненты сигнала, имеющей модуляцию фильтра, и нулевым или практически нулевым для каждой компоненты сигнала, имеющей модуляцию, ортогональную модуляции фильтра. В дальнейшем термин «ортогональные модуляции» будет обозначать как строго ортогональные модуляции, так и по существу ортогональные модуляции, другими словами, для которых результат фильтрации можно рассматривать как практически нулевой или ниже заданного порогового значения.

В частности, радиолокаторы типа MIMO позволяют применять модуляции, ортогональные к трактам передачи, которые различны для каждого из этих радиолокаторов.

В общем случае изобретение, являющееся предметом настоящей заявки на патент, может быть объединено с любым известным типом модуляции, включая кодовые модуляции, обозначенные аббревиатурой CDMA («множественный доступ с кодовым разделением каналов»), модуляции по дискретным частотам, обозначенные через FDMA («множественный доступ с частотным разделением каналов»), модуляции временного сдвига, обозначенные через TDMA («множественный доступ с временным разделением каналов»), и так далее.

В этом контексте одна из целей изобретения заключается в том, чтобы сделать возможным улучшенный контроль диаграммы направленности радиолокатора с несколькими трактами передачи.

Дополнительная цель изобретения состоит в том, чтобы позволить достичь такого улучшения в управлении лучом без использования специальных тестовых компонентов или без специальных тестовых условий. В частности, желательно, чтобы улучшение управления лучом, создаваемым радиолокатором, могло быть достигнуто без необходимости проведения специальных действий по техническому обслуживанию, только в результате использования радиолокатора, соответствующего выполнению задачи.

Еще одна цель изобретения заключается в том, чтобы предложить диагностирование возможного ухудшения состояния радиолокатора с несколькими трактами передачи, которое проявляется с течением времени, независимо от того, связано ли это со старением или неисправностью некоторых из его компонент передачи, для того чтобы управлять действиями по техническому обслуживанию радиолокатора или действиями по корректировке некоторых его рабочих параметров.

Для этого в первом аспекте изобретения предложен способ определения по меньшей мере одного фазового сдвига передачи радиолокатора, который содержит по меньшей мере два совмещенных тракта передачи и по меньшей мере один тракт приема. Изобретение применяют, если радиолокатор устроен так, что каждый из его трактов передачи производит передающее излучение, модулированное в соответствии с модуляцией, назначенной этому тракту передачи, и которая ортогональна модуляции, назначенной каждому из остальных трактов передачи. Другим условием изобретения является то, что, если приемный тракт радиолокатора обнаруживает обратный сигнал, то этот обратный сигнал фильтруют в соответствии с каждой модуляцией. Таким образом, для каждой модуляции, независимо от тракта передачи, для которого ее используют, выделяют компоненту обратного сигнала, имеющую эту модуляцию. Затем, способ в соответствии с изобретением содержит следующие этапы:

/1/ активируют тракты передачи для получения модулированных передающих излучений и активируют тракт приема для обнаружения обратного сигнала, а затем фильтруют этот обратный сигнал в соответствии с каждой модуляцией;

/2/ отдельно для каждой модуляции: определяют величину фазового сдвига между передачей и приемом, называемую фазовым сдвигом передачи-приема для этой модуляции, который имеет место между передающим излучением, произведенным и модулированным в соответствии с модуляцией, и компонентой обратного сигнала, которая была изолирована в соответствии с той же модуляцией, причем этот фазовый сдвиг передачи-приема определяют для точек прохождения сигнала, которые фиксированы внутри радиолокатора для каждого тракта передачи и для всех компонент обратного сигнала; затем

/3/ определяют величину фазового сдвига, имеющего место между передающими излучениями, создаваемыми двумя трактами передачи радиолокатора, называемую фазовым сдвигом передачи для этих двух трактов передачи, на основе разности между значениями фазовых сдвигов передачи-приема, которые были определены на этапе /2/ отдельно для каждой из модуляций этих двух трактов передачи.

Таким образом, ортогональные модуляции, которые соответственно назначают трактам передачи радиолокатора, позволяют идентифицировать в обратном сигнале те компоненты, которые являются результатом взаимно-однозначного передающего излучения, создаваемого трактами передачи. Тогда, фазовый сдвиг передачи-приема, который определяют на этапе /2/ для каждого тракта передачи, содержит два вклада: контролируемый вклад для формирования луча и непреднамеренный вклад, который может варьироваться в зависимости от соответствующего тракта передачи. Затем, сравнивая фазовые сдвиги передачи-приема, определенные для двух различных трактов передачи, и, возможно, вычитая контролируемые вклады, изобретение позволяет определить различия между непреднамеренными вкладами фазовых сдвигов относительно трактов передачи, взятых попарно. Эти различия называют фазовыми сдвигами передачи.

Обратный сигнал может быть вызван передающим излучением любым элементом обстановки, расположенным в пределах поля передачи радиолокатора и отражающим передающее излучение. Поэтому нет необходимости использовать отражатель, предназначенный для цикла тестирования, применяемого к радиолокатору. Также нет необходимости в том, чтобы конкретные условия использования радиолокатора были совместимы с циклом тестирования. Другими словами, способ в соответствии с изобретением, который объединяет этапы /1/ - /3/, может быть применен во время любого связанного с задачей использования радиолокатора. В частности, его могут выполнять во время рабочего цикла радиолокатора, предназначенного для поиска цели в зоне наблюдения, как только в ответ на каждый луч передачи обнаруживают по меньшей мере один эхо-сигнал. Он также может быть выполнен во время любого связанного с задачей рабочего цикла радиолокатора, такого как, например, цикл с функцией наблюдения за районом или цикл, предназначенный для отслеживания движения или развития объекта.

Этапы /1/ - /3/ могут повторяться в течение нескольких следующих друг за другом рабочих циклов радиолокатора, и значение каждого фазового сдвига передачи может обновляться в конце каждого повторения этапа /3/.

Повторяя шаги /1/ - /3/, можно также отслеживать изменения, которые могут иметь место для каждого фазового сдвига передачи. Такие изменения могут указывать на ухудшение - старение или неисправность - некоторых передающих компонентов радиолокатора. На основе такого мониторинга значений можно планировать операцию технического обслуживания радиолокатора, если по меньшей мере один из фазовых сдвигов передачи демонстрирует слишком большие изменения. При необходимости может быть выполнен статистический анализ эволюции каждого фазового сдвига передачи на основе значений, определенных для этого фазового сдвига передачи во время следующих друг за другом рабочих циклов радиолокатора. В этом случае может быть запланирована операция технического обслуживания радиолокатора, если по меньшей мере один результат статистического анализа, например среднее значение или стандартное отклонение, превышает заданный порог отклонения.

Предпочтительно, этап /2/ может включать в себя следующее: для каждой модуляции вычитают контролируемый вклад формирования луча, который использовался во время выполнения этапа /1/, из значения соответствующего фазового сдвига передачи-приема. Этот контролируемый вклад относится к передаче и приему. Вычитание выполняют перед этапом /3/. Таким образом, значения фазовых сдвигов передачи-приема и фазовых сдвигов передачи, полученные при повторении последовательности этапов /1/ - /3/, согласуются друг с другом, даже если направление передачи радиолокатора варьировалось между некоторыми из этих циклов. Таким образом, можно вычислить среднее из последовательных значений фазового сдвига передачи, полученных для каждого из трактов, не требуя, чтобы направление передачи радиолокатора было постоянным. Таким образом, можно еще лучше применять способ в соответствии с изобретением во время связанного с задачей использования радиолокатора, не прерывая выполнение задачи.

Возможно, способ в соответствии с изобретением также может содержать следующий этап:

/4/ регулируют, предпочтительно численно, величину фазового сдвига по меньшей мере одного из двух трактов передачи, причем эта величина фазового сдвига влияет на передающее излучение, которое создают трактом передачи в течение, по меньшей мере, одного последующего выполнения этапа /1/, так что величина фазового сдвига передачи, которая имеет место между двумя трактами передачи во время последующего выполнения этапа /1/ совпадает с целевым значением формирования луча, соответствующим желаемому направлению и форме луча передачи.

Таким образом, фазовые сдвиги передачи, которые имеют место между по меньшей мере некоторыми трактами передачи радиолокатора, могут быть компенсированы регулируемыми фазовыми сдвигами, доступными для этих трактов передачи. После таких компенсаций фазовых сдвигов передачи направление передачи радиолокатора и форма луча передачи более точно соответствуют требуемому направлению и форме и управляются фазовыми сдвигами формирования луча.

Способ в соответствии с изобретением может быть дополнен этапом определения и/или компенсации различий в амплитудах передачи, которые могут влиять на различные тракты передачи радиолокатора. С этой целью для каждой модуляции на этапе /2/ может быть определено значение амплитудного коэффициента между компонентой обратного сигнала, которая была выделена в соответствии с этой модуляцией, и передающим излучением, которое было произведено и модулировано в соответствии с той же модуляцией. Затем, это значение амплитудного коэффициента может быть сохранено для соответствующей модуляции, в частности, для использования в коэффициенте коррекции амплитуды, применяемом к тракту передачи, соответствующему этой модуляции. Как вариант, для этого тракта передачи фазовый сдвиг передачи и амплитудный коэффициент между компонентой обратного сигнала и излучением передачи могут быть компенсированы одновременно на шаге /4/.

Для повышения надежности амплитудной компенсации каждого тракта передачи можно рассчитать среднее значение амплитудного коэффициента для каждой модуляции, исходя из значений амплитудного коэффициента, определенных заранее для этой модуляции в каждом из нескольких повторений последовательности этапов /1/ - /3/. Затем для каждой модуляции среднее значение амплитудного коэффициента может быть использовано в качестве поправочного коэффициента амплитуды, который применяют к тракту передачи, соответствующему этой модуляции, так что этот поправочный коэффициент амплитуды эффективен в течение по меньшей мере одного последующего рабочего цикла радиолокатора.

Наконец, в общем случае для изобретения возможно, хотя и необязательно, определить значение фазового сдвига передачи-приема на этапе /2/ для каждой модуляции только в том случае, если выполнено по меньшей мере одно из трех следующих условий:

- компонента обратного сигнала, которая была выделена в соответствии с этой модуляцией, имеет интенсивность, большую или равную предварительно заданному порогу интенсивности;

- компонента обратного сигнала, которая была выделена в соответствии с этой модуляцией, имеет сдвиг частоты, в частности эффект Доплера, по отношению к передающему излучению, которое было модулировано в соответствии с той же модуляцией, равный нулю, или меньше или равный заданному порогу сдвига частоты, или больше или равный заданному порогу сдвига частоты, или в пределах заданного интервала сдвига частоты; и

- компонента обратного сигнала, которая была выделена в соответствии с этой модуляцией, имеет фазовые флуктуации относительно передающего излучения, которое было модулировано в соответствии с той же модуляцией, которые меньше или равны заданному порогу фазовых флуктуаций.

Кроме того, во втором аспекте изобретения предложен радиолокатор, который содержит:

- по меньшей мере два совмещенных тракта передачи, которые приспособлены для получения соответствующих передающих излучений в каждом рабочем цикле радиолокатора;

- по меньшей мере один тракт приема, который приспособлен для обнаружения обратного сигнала в каждой рабочем цикле радиолокатора;

- модуляторы, предназначенные для модуляции передающего излучения, создаваемого каждым трактом передачи в соответствии с модуляцией, назначенной этому тракту передачи, и которая ортогональна модуляции, назначенной каждому из остальных трактов передачи;

- узел фильтрования, предназначенный для фильтрования обратного сигнала в соответствии с каждой модуляцией, чтобы выделить компоненту обратного сигнала, имеющую эту модуляцию; и

- калибровочный блок, приспособленный для реализации способа в соответствии с первым аспектом изобретения, включающий в себя любое из вышеупомянутых усовершенствований и расширений.

Другие признаки и преимущества изобретения станут очевидными из последующего описания некоторых неограничивающих примеров его реализации, приведенного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг. 1 приведен вид в перспективе антенной решетки MIMO радиолокатора, к которой можно применить изобретение;

на фиг. 2 приведена схема, показывающая тракты передачи и приема радиолокатора, показанного на фиг. 1; и

на фиг. 3 приведены подробности действий, выполняемых в калибровочном блоке, который используют для реализации изобретения.

Кроме того, для ясности не описаны компоненты радиолокатора, известные специалистам в этой области техники, и которые непосредственно не затронуты и не изменены изобретением.

Как показано на фиг. 1 радиолокатор типа MIMO имеет антенную решетку 100. Такая антенна состоит из набора излучающих элементов 1, которые совмещены в виде решетки в общей плоскости, например, на пересечениях 16 строк и 16 столбцов или 32 строк и 8 столбцов, хотя эти значения не являются ограничивающими. D₀ обозначает направление, перпендикулярное плоскости антенной решетки 100. Радиосигнал, который необходимо передать посредством антенны 100, передают на каждый излучающий элемент 1 с фазовым сдвигом, который зависит от положения этого излучающего элемента в решетке и от требуемого наклона направления передачи D относительно направления D₀. Группировка передающих излучений, созданных отдельно всеми излучающими элементами 1, обозначенная через R₁, составляет луч передачи антенны 100, обозначенный через F₁₀₀, и этот луч имеет направление D передачи, которое определяют посредством относительных фазовых сдвигов излучающих элементов 1. Способом, известным специалистам в этой области техники, применяют аналогичный принцип для приема посредством антенной решетки 100, чтобы обнаружить падающее излучение в направлении D. Во время передачи, а также во время приема, фазовые сдвиги, которые применены к излучающим элементам 1, также позволяют настроить, в дополнение к направлению D, форму передающего луча или форму пучка излучения, который был обнаружен.

В радиолокаторе каждый излучающий элемент 1 представляет собой часть тракта передачи, который отличается от тракта каждого другого излучающего элемента. Ссылочные позиции 10₁, 10₂, 10₃,... обозначают различные тракты передачи, которые расположены параллельно. Кроме того, в отдельном варианте осуществления, показанном на фиг. 2, каждый излучающий элемент 1 также представляет собой часть тракта 20 приема, который отличается от тракта каждого другого излучающего элемента. Для ясности на этой фигуре полностью подробно показан только тракт 10₁ передачи, и полностью показан только один тракт 20 приема, но следует понимать, что каждый излучающий элемент 1 антенной решетки 100 является частью отдельного тракта передачи и отдельного тракта приема. Тем не менее, в других возможных вариантах осуществления приемные излучающие элементы трактов приема могут представлять собой компоненты, которые отличаются от излучающих элементов трактов передачи. Все тракты 10₁, 10₂, 10₃,... передачи соединены так, что на их входы одновременно и параллельно подают сигнал, который необходимо передать, обозначенный через signal_E. Более того, все тракты 20 приема подключены к входу общего детектора 102, обозначенного через DETECT, который выдает сигнал, принимаемый антенной 100, обозначенный как signal_R.

Известным способом каждый тракт 10₁, 10₂, 10₃,... передачи содержит последовательно расположенные: модулятор 11, обозначенный через MOD_1 для тракта передачи 10₁, обозначенный через MOD_2 для тракта передачи 10₂, ..., фазовращатель 12, обозначенный через PHASE_SH_1 для тракта передачи 10₁, через PHASE_SH_2 для тракта передачи 10₂, …, усилитель 13, обозначенный через AMPL_1 для тракта передачи 10₁, через AMPL_2 для тракта передачи 10₂, ..., и излучающий элемент 1 этого тракта передачи. Более того, в каждом тракте 10₁, 10₂,... передачи фазовращатель 12 подключен к выходу контроллера 101 излучения, обозначенного через EMISSION_CTRL, чтобы принимать значение фазового сдвига, которое необходимо применить к передающему излучению R1 этого тракта передачи. Этот фазовый сдвиг обозначен через Φ_D1 для тракта 10₁ передачи, через Φ_D2 для тракта 10₂ передачи, через Φ_D3 для тракта 10₃ передачи и т.д. Набор фазовых сдвигов ΔΦ_D1, ΔΦ_D2, ΔΦ_D3,..., которые, таким образом, передают на фазовращатели 12 всех трактов 10₁, 10₂, 10₃, ...передачи, позволяет управлять направлением D и формой луча F₁₀₀, как объяснено выше. Наконец, модулятор 11 каждого тракта 10₁, 10₂,... передачи также подключен к контроллеру 101 излучения, к его другому выходу, чтобы принимать модуляцию, которую необходимо применить к передающему излучению R₁ этого тракта передачи. Таким образом, модулятор MOD_1 принимает модуляцию modulation_1, модулятор MOD_2 принимает модуляцию modulation_2, и т.д. Каждая модуляцию может относиться к любому типу, включая CDMA, FDMA, TDMA и т.д.

Каждый тракт 20 приема содержит, начиная с соответствующего излучающего элемента 1: усилитель 21, набор фильтров 22₁, 22₂,... модуляции, обозначенных через FILTR_1, FILTR_2,... и подключенных параллельно друг с другом в соответствующем тракте приема, как вариант, один или несколько пороговых фильтров 23₁, 23₂,..., подключенных последовательно взаимно однозначно с фильтрами 22₁, 22₂,... модуляции, и калибровочный блок 103, обозначенный через CALIBRATION_UNIT. Кроме того, выходы фильтров 22₁, 22₂,... модуляции подключены к детектору 102, который также принимает фазовые сдвиги ΔΦ_D1, ΔΦ_D2,..., чтобы выбрать направление приема антенной решетки 100. Каждый фильтр 22₁, 22₂,... модуляции также принимает одну из модуляций, которые применяют к модуляторам 11, чтобы выполнить фильтрование в соответствии с этой модуляцией. Например, фильтр 22₁ принимает modulation_1, которую реализуют с помощью модулятора MOD_1, фильтр 22₂ принимает modulation_2, которую реализуют с помощью модулятора MOD_2, и так далее. Каждую из модуляций, управляемых контроллером 101 излучения, таким образом, передают на один из фильтров модуляции каждого тракта 20 приема. Таким образом, детектор 102 и калибровочный блок 103 принимают все компоненты принимаемого сигнала signal_R, отделенного от каждой другой компоненты в каждом тракте 20 приема. Возможно, калибровочный блок 103 может быть общим для нескольких или всех трактов 20 приема.

Для ясности, можно изначально предполагать, что все модуляции, управляемые контроллером 101 излучения на модуляторах 11 и фильтрах 22₁, 22₂,... являются различными, и что каждая из них ортогональна всем остальным.

В соответствии с работой радиолокатора, принимаемый сигнал signal_R получают путем по меньшей мере одного отражения луча F₁₀₀ передачи от элемента обстановки, который находится на расстоянии от антенны 100 в направлении D передачи, соответствующем фазовым сдвигам ΔΦ_D1, ΔΦ_D2, ΔΦ_D3,.... По этой причине принимаемый сигнал signal_R назван обратным сигналом в общей части настоящего описания. Как вариант, несколько элементов обстановки могут одновременно находиться в направлении передачи радиолокатора, вызывая появление нескольких эхо-сигналов, которые принимают радиолокатором с различными задержками из-за разностей расстояний до этих элементов обстановки.

В соответствии с изобретением калибровочный блок 103 подключен к выходу контроллера 101 излучения, чтобы принимать опорный сигнал фазы REF, или время опорного сигнала времени, который является относительным к передаче сигнала signal_E. Тогда, калибровочный блок 103 приспособлен для определения по сигналам, передаваемым на него всеми фильтрами 22₁, 22₂,... одного и того же тракта 20 приема, фазового сдвига, который имеет место между передачей одним из излучающих элементов 1 соответствующего модулированного излучения R₁, и обнаружением компоненты обратного сигнала, которая имеет такую же модуляцию. Этот фазовый сдвиг был назван фазовым сдвигом передачи-приема в общей части настоящего описания и обозначен через ΔΦ₀₁ для модуляции modulation_1, через ΔΦ₀₂ для модуляции modulation_2, через ΔΦ₀₃ для модуляции modulation_3 и т.д. Таким образом, такой фазовый сдвиг передачи-приема имеет место отдельно для каждого тракта 10₁, 10₂, 10₃, ... передачи в сочетании с одним из фильтров 22₁, 22₂,... в используемом тракте 20 приема, который принимает такую же модуляцию, что и в тракте передачи. Кроме того, для одного и того же тракта 10₁, 10₂, 10₃,... передачи его фазовый сдвиг ΔΦ₀₁, ΔΦ₀₂, ΔΦ₀₃,... передачи-приема может быть определен столько же раз, сколько трактов 20 приема, которые ведут к калибровочному блоку 103. Такая избыточность больше не будет упоминаться в дальнейшем.

Пороговые фильтры 23₁, 23₂,..., которые являются необязательными, могут способствовать достоверности значений, определенных для фазовых сдвигов ΔΦ₀₁, ΔΦ₀₂,... передачи-приема, устраняя те из отфильтрованных компонент обратного сигнала signal_R, для которых интенсивности слишком низки, или те, которые имеют сдвиг частоты относительно сигнала передачи signal_E, показывая, что элемент обстановки, где возникает отражение, является подвижным. Для этой цели в пороговых фильтрах 23₁, 23₂,... может быть применен порог интенсивности и/или нижняя граница частотного сдвига и/или верхняя граница частотного сдвига. Аналогично, отфильтрованная компонента обратного сигнала может быть отклонена при определении фазового сдвига передачи-приема, если она имеет слишком большие фазовые флуктуации.

Таким образом, калибровочный блок 103 для каждой пары трактов передачи или для ограниченного выбора этих пар, например для пары трактов 10₁ и 10₂ передачи или пары трактов 10₁ и 10₃ передачи, может определять разницу между двумя фазовыми сдвигами передачи-приема, которые индивидуально связаны с каждым трактом 10 передачи из этой пары. Тогда, произвольно принимая один из трактов передачи в качестве опорного для всех других трактов передачи, каждая из этих разностей является фазовым сдвигом передачи относительно тракта передачи, отличного от опорного тракта передачи. Таким образом, калибровочный блок 103 определяет значение фазового сдвига передачи по компоненте обратного сигнала, поступающего от каждого из фильтров 22₁, 22₂,... модуляции. Это значение является фазовым сдвигом передачи одного из трактов передачи, который реализует ту же модуляцию, что и рассматриваемый фильтр модуляции, игнорируя вклад фазового сдвига самого фильтра. Операция разности между двумя фазовыми сдвигами передачи-приема гарантирует, что фазовый сдвиг передачи, определенный для каждого тракта передачи, не зависит от расстояния от антенны 100 до отражающего элемента обстановки, который является источником обратного сигнала.

Таким образом, если в качестве опорного принимают тракт 10₁ передачи, то значение фазового сдвига передачи тракта 10₂ передачи равно Φ₀₂ = ΔΦ₀₂ - ΔΦ₀₁, значение фазового сдвига передачи тракта 10₃ передачи равно Φ₀₃ = ΔΦ₀₃ - ΔΦ₀₁, и т.д. Так как в качестве опорного используют тракт 10₁ передачи: Φ₀₁ = 0.

Эти значения фазового сдвига передачи Φ₀₂, Φ₀₃,..., имеющие взаимно однозначное отношение к трактам 10₂, 10₃,... передачи, могут быть переданы калибровочным блоком 103 на контроллер 101 излучения, так что последний может дать команду на применение коррекции, равной -Φ₀₂, -Φ₀₃,..., к формирующему луч фазовому сдвигу ΔΦ_D , который передают на соответствующий тракт передачи. Таким образом, направление и форму луча F₁₀₀ можно контролировать более точно. Дополнительно или в качестве альтернативы, значения фазовых сдвигов передачи Φ₀₂, Φ₀₃,... могут быть переданы на детектор 102 для учета при реконструкции сигнала приема signal_R.

В калибровочном блоке 103 время или фаза, соответствующие обнаружению каждой компоненты обратного сигнала, могут быть определены различными способами. В частности, это значение может быть определено как тактовое значение или значение фазы, которое соответствует максимальной мгновенной амплитуде этой компоненты обратного сигнала. Однако для определения времени или фазы, соответствующей обнаружению каждой компоненты обратного сигнала, в качестве альтернативы могут быть применены другие критерии. Такие другие критерии могут, например, относиться, в частности, к максимальному контрасту между обратным сигналом и фоновым шумом, обнаруженным между различными значениями времени обнаружения, или к частотной или фазовой стабильности каждой компоненты обратного сигнала, которая является максимальной в момент, выбранный в качестве времени приема для этой компоненты. Чтобы избежать введения смещения между значениями, определенными для различных фазовых сдвигов передачи-приема, эти значения определяют относительно этапов обработки сигнала, которые фиксированы в калибровочном блоке 103 и которые идентичны или эквивалентны для всех отфильтрованных компонент обратного сигнала.

На фиг. 3 показана последовательность операций, выполняемых в соответствии с изобретением в калибровочном блоке 103 и фазовращателях 12 передачи. Первый этап, обозначенный операторами 24₁, 24₂, 24₃,..., состоит в получении разности фаз между компонентами сигнала, который подают с помощью каждого из фильтров 22₁, 22₂, 22₃,... модуляции одного и того же тракта 20 приема, с одной стороны, и фазового опорного сигнала REF, который подает контроллер 101 излучения, с другой стороны. Операторы 24₁, 24₂, 24₃,...,таким образом, выдают фазовые сдвиги передачи-приема ΔΦ₀₁, ΔΦ₀₂, ΔΦ₀₃,... во взаимнооднозначном отношении к трактам 10₁, 10₂, 10₃,...передачи. Второй этап, обозначенный операторами 25₁, 25₂, 25₃,..., состоит в вычитании для каждого тракта 10₁, 10₂, 10₃,... передачи, другими словами, для каждой модуляции, фазового сдвига ΔΦ_D1, ΔΦ_D2, ΔΦ_D3,... формирования луча, примененного этим трактом передачи. Таким образом, получают значения фазового сдвига передачи-приема, скорректированные на преднамеренные вклады формирования луча, обозначенные через ΔΦ₀₁^corr, ΔΦ₀₂^corr, ΔΦ₀₃^corr,.... Наконец, третий этап, обозначенный операторами 26₂, 26₃,..., состоит из вычитания скорректированного значения фазового сдвига передачи-приема, которое было получено для одного из трактов передачи, используемого в качестве опорного, например значения ΔΦ₀₁^corr , переданного оператором 25₁, из каждого из скорректированных значений ΔΦ₀₂^corr, ΔΦ₀₃^corr,... фазового сдвига передачи-приема, которые были получены для других трактов 10₂, 10₃,... передачи. Таким образом, получают значения Φ₀₂, Φ₀₃,... фазового сдвига передачи, относящиеся к каждому из этих других трактов 10₂, 10₃,... передачи. Каждый оператор 27₂, 27₃,... символически представляет собой компенсацию фазовых сдвигов Φ₀₂, Φ₀₃,... передачи, которая может быть выполнена для каждого из этих последних трактов 10₂, 10₃,... передачи в контроллере 101 излучения или отдельно в каждом фазовращателе 12 передачи, для последующих рабочих последовательностей радиолокатора. Для этого значения Φ₀₂, Φ₀₃,... фазового сдвига передачи, которые были определены для каждого тракта 10₂, 10₃,... передачи, можно вычесть из последующих значений ΔΦ_D2, ΔΦ_D3,... фазового сдвига формирования луча, которые применяют фазовращателем 12 этого тракта передачи.

Как уже упоминалось, только что описанный способ не требует, чтобы для радиолокатора была реализована конкретная последовательность действий, или чтобы были созданы конкретные условия окружающей среды. Другими словами, его можно применять во время продуктивных рабочих циклов, также называемых связанными с задачей рабочими циклами радиолокатора. Тогда, с каждым новым рабочим циклом радиолокатора можно собирать новое значение фазового сдвига передачи каждого тракта передачи. Значение фазового сдвига передачи, которое передают на фазовращатель 12 каждого тракта 10 передачи для компенсации, может быть обновлено после каждого нового рабочего цикла радиолокатора или после заданного числа рабочих циклов. Кроме того, можно отслеживать с течением времени временную эволюцию значений, полученных последовательно для одного и того же фазового сдвига передачи, что может выявить прогрессирующее старение или неисправность соответствующего тракта передачи. Использование порогового значения отклонения для каждого фазового сдвига передачи относительно начального значения, полученного на исходную дату для этого фазового сдвига передачи, или использование порогового значения стандартного отклонения для ряда значений, полученных для каждого фазового сдвига передачи, может позволить инициировать операцию технического обслуживания для радиолокатора.

Дополнительно или в качестве альтернативы, значение фазового сдвига передачи, которое передает калибровочный блок 103 на контроллер 101 излучения, может быть средним значением определенного числа значений фазового сдвига передачи, которые были последовательно получены для одного и того же тракта передачи. Затем, это среднее значение вычитают посредством контроллера 101 излучения или фазовращателя 12, который применяют к соответствующему тракту 10 передачи, чтобы настроить направление D передачи и форму луча F₁₀₀. Каждое среднее значение может быть вычислено на скользящем наборе значений, которые были получены последовательно, или же вычислено на непересекающихся наборах значений, полученных последовательно.

Однако способ в соответствии с изобретением может быть реализован во время специальных рабочих циклов, например циклов, предназначенных для калибровки трактов передачи. Тогда, может быть использован специальный отражатель, расположенный перед антенной решеткой 100 и позволяющий улучшить отношение сигнал/шум, которое имеет место при обнаружении обратного сигнала для калибровочных циклов. В качестве альтернативы, способ в соответствии с изобретением также может быть реализован путем электрического подключения выходов фазовращателей 12 трактов 10 передачи непосредственно к входам всех фильтров 22₁, 22₂,... модуляции тракта 20 приема, используемого для осуществления изобретения.

В дополнение к фазовому сдвигу передачи, который может непреднамеренно воздействовать на каждый тракт 10 передачи независимо от других трактов передачи, и который может компенсировать изобретение, как описано выше, для трактов 10 передачи можно производить передающее излучение R₁, имеющее интенсивность, отличающуюся от одного тракта передачи к другому. Такие вариации интенсивности передачи между двумя различными трактами передачи в радиолокаторе также могут быть непреднамеренными и обусловленными изменчивостью производственного процесса компонентов, которые являются частью трактов передачи, или из-за различных скоростей старения этих компонентов в различных трактах передачи. Тогда, калибровочный блок 103 может, как вариант, определять амплитуду компоненты обратного сигнала, которую выделяют каждым из фильтров 22₁, 22₂,... модуляции того же тракта 20 приема. Затем он вычисляет частное между амплитудой излучения R₁, модуляция которого является модуляцией соответствующей компоненты обратного сигнала, и амплитудой этой компоненты обратного сигнала. Это частное обозначено через G₁ для модуляции modulation_1, через G₂ для модуляции modulation_2, через G₃ для модуляции modulation_3, ..., и контроллер 101 излучения может передавать его на усилитель 13 одного из трактов 10₁, 10₂, 10₃... передачи, имеющего соответствующую модуляцию. Таким образом, получают компенсацию амплитудной погрешности для этого тракта передачи. Этот способ компенсации амплитуды может быть выполнен параллельно для всех модуляций.

Аналогично для каждого значения фазового сдвига передачи может быть вычислено среднее значение из множества значений, которые были получены для амплитудного коэффициента того же тракта передачи во время последовательных рабочих циклов радиолокатора. Это также может включать скользящие средние, которые вычисляют на постоянном числе полученных последовательно значений, или средние, вычисленные на непересекающихся наборах последовательно полученных значений. Затем, эти средние значения могут быть переданы на усилитель 13 соответствующего тракта передачи в качестве коэффициента коррекции амплитуды для передающего излучения R₁, создаваемого этим трактом передачи. Известным образом, для функции управления формой передающего луча F₁₀₀ усилители 13 всех трактов передачи номинально не имеют идентичных коэффициентов усиления. Для каждого тракта передачи амплитудный коэффициент используют для корректировки номинального коэффициента усиления для рассматриваемого тракта передачи.

Понятно, что изобретение может быть воспроизведено при изменении его вторичных аспектов по сравнению с описанными выше вариантами осуществления. В частности, антенная решетка может иметь любые размеры с точки зрения количества строк и столбцов. Кроме того, радиолокатор может относиться к моностатическому или бистатическому типу, другими словами, тракт приема, используемый для осуществления изобретения, может быть расположен в том же месте, что и тракты передачи, или может быть расположен в месте, удаленном от них.

Более того, можно применять изобретение путем группировки трактов передачи в непересекающиеся подмножества из нескольких трактов. Такой новый вариант осуществления может быть выведен из подробного описания, которое было приведено, путем замены каждого отдельного тракта передачи подмножеством из нескольких трактов передачи. Тогда, одна и та же модуляция является общей для всех трактов передачи одного и того же подмножества и ортогональной к модуляции каждого другого подмножества.

1. Способ определения по меньшей мере одного фазового сдвига передачи радиолокатора, который содержит по меньшей мере два совмещенных тракта (10₁, 10₂, 10₃) передачи и по меньшей мере один тракт (20) приема, причем указанный радиолокатор выполнен таким образом, что каждый тракт передачи создает передающее излучение (R₁), модулированное в соответствии с модуляцией, назначенной указанному тракту передачи, и которая ортогональна модуляции, назначенной каждому другому тракту передачи, и указанный радиолокатор выполнен таким образом, что, когда тракт приема обнаруживает обратный сигнал, указанный обратный сигнал фильтруют в соответствии с каждой модуляцией, чтобы выделить компоненту обратного сигнала, которая имеет указанную модуляцию,

при этом способ включает этапы, на которых

1) активируют тракты (10₁, 10₂, 10₃) передачи для получения модулированных передающих излучений (R₁) и активируют тракт (20) приема для обнаружения обратного сигнала, а затем фильтруют указанный обратный сигнал в соответствии с каждой модуляцией;

2) отдельно для каждой модуляции: определяют величину фазового сдвига между передачей и приемом, называемую фазовым сдвигом (ΔΦ₀₁, ΔΦ₀₂, ΔΦ₀₃) передачи-приема для указанной модуляции, который существует между передающим излучением (R₁), созданным и модулированным в соответствии с указанной модуляцией, и компонентой обратного сигнала, которую выделили в соответствии с той же модуляцией, причем указанный фазовый сдвиг передачи-приема определяют для точек прохождения сигнала, которые фиксированы внутри радиолокатора для каждого тракта (10₁, 10₂, 10₃) передачи и для всех компонент обратного сигнала; затем

3) определяют величину фазового сдвига, существующего между передающими излучениями, созданными двумя трактами (10₁, 10₂, 10₃) передачи радиолокатора, называемую фазовым сдвигом (Φ₀₂, Φ₀₃) передачи для указанных двух трактов передачи, на основе разности между значениями (ΔΦ₀₁, ΔΦ₀₂, ΔΦ₀₃) фазовых сдвигов передачи-приема, которые определены на этапе 2) отдельно для каждой из модуляций указанных двух трактов передачи.

2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап 4), на котором регулируют, предпочтительно численно, величину фазового сдвига по меньшей мере одного из двух трактов (10₁, 10₂, 10₃) передачи, причем указанная величина фазового сдвига влияет на передающее излучение (R₁), которое создают указанным трактом передачи в течение по меньшей мере одного последующего выполнения этапа 1), так что величина (Φ₀₂, Φ₀₃) фазового сдвига передачи, которая существует между двумя трактами передачи во время указанного последующего выполнения этапа 1), совпадает с целевым значением формирования луча, соответствующим требуемому направлению и форме луча передачи.

3. Способ по п. 1 или 2, который выполняют во время связанного с задачей использования радиолокатора, причем упомянутое связанное с задачей использование включает в себя рабочий цикл радиолокатора, предназначенный для поиска цели в области наблюдения или для отслеживания перемещения или развития цели.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором этапы 1)-3) повторяют во время нескольких последовательных рабочих циклов радиолокатора, и значение каждого фазового сдвига (Φ₀₂, Φ₀₃) передачи обновляют в конце каждого повторения этапа 3).

5. Способ по п. 4, в котором дополнительно выполняют статистический анализ эволюции каждого фазового сдвига (Φ₀₂, Φ₀₃) передачи на основе значений, определенных для указанного фазового сдвига передачи во время следующих друг за другом рабочих циклов радиолокатора, и планируют операцию технического обслуживания радиолокатора, если по меньшей мере один результат статистического анализа превышает предварительно заданный порог отклонения.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором на этапе 2) для каждой модуляции вычитают управляемый вклад (ΔΦ_D1, ΔΦ_D2, ΔΦ_D3) формирования луча, который использовался во время выполнения этапа 1), из значения фазового сдвига (ΔΦ₀₁, ΔΦ₀₂, ΔΦ₀₃) передачи-приема.

7. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором для каждой модуляции на этапе 2) также определяют значение амплитудного коэффициента (G₁, G₂, G₃) между компонентой обратного сигнала, которая выделена в соответствии с указанной модуляцией, и передающим излучением (R₁), которое создано и модулировано в соответствии с той же модуляцией.

8. Способ по п. 7, в котором среднее амплитудного коэффициента (G₁, G₂, G₃) вычисляют для каждой модуляции исходя из значений амплитудного коэффициента, определенных для упомянутой модуляции в каждом из нескольких повторений последовательности этапов 1)-3), при этом для каждой модуляции среднее значение амплитудного коэффициента (G₁, G₂, G₃) используют в поправочном коэффициенте амплитуды, который применяют к тракту (10₁, 10₂, 10₃) передачи, соответствующему указанной модуляции, так что указанный поправочный коэффициент амплитуды эффективен в течение по меньшей мере одного последующего рабочего цикла радиолокатора.

9. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором значение фазового сдвига (ΔΦ₀₁, ΔΦ₀₂, ΔΦ₀₃) передачи-приема определяют на этапе 2) для каждой модуляции, только если выполнено одно из следующих условий:

компонента обратного сигнала, которая выделена в соответствии с указанной модуляцией, имеет интенсивность, большую или равную предварительно заданному порогу интенсивности;

компонента обратного сигнала, которая выделена в соответствии с указанной модуляцией, имеет сдвиг частоты по отношению к передающему излучению, которое модулировано в соответствии с указанной модуляцией, равный нулю, или меньше или равный заданному порогу сдвига частоты, или больше или равный заданному порогу сдвига частоты, или в пределах заданного интервала сдвига частоты; и

компонента обратного сигнала, которая выделена в соответствии с указанной модуляцией, имеет фазовые флуктуации относительно передающего излучения (R₁), которое модулировано в соответствии с указанной модуляцией, которые меньше или равны заданному порогу фазовых флуктуаций.

10. Радиолокатор, содержащий

по меньшей мере два совмещенных тракта (10₁, 10₂, 10₃) передачи, которые приспособлены для получения соответствующих передающих излучений (R₁) в каждом рабочем цикле радиолокатора;

по меньшей мере один тракт (20) приема, который приспособлен для обнаружения обратного сигнала в каждом рабочем цикле радиолокатора;

модуляторы (11), предназначенные для модуляции передающего излучения (R₁), создаваемого каждым трактом (10₁, 10₂, 10₃) передачи, в соответствии с модуляцией, назначенной указанному тракту передачи, и которая ортогональна модуляции, назначенной каждому из остальных трактов передачи;

узел (22₁, 22₂, …) фильтрования, предназначенный для фильтрования обратного сигнала в соответствии с каждой модуляцией, чтобы выделить компоненту обратного сигнала, имеющую указанную модуляцию; и

калибровочный блок (103),

отличающийся тем, что калибровочный блок (103) выполнен с возможностью реализации способа в соответствии с любым из пп. 1-9.