Доплеровская радарная система

 

Использование: радиолокация для получения в отраженном сигнале информации о движении объекта. Сущность изобретения: доплеровская радарная система содержит генератор низкой частоты 1, модулятор 2, сверхвысокочастотный генератор 3, смеситель 4, видеоусилители 5 и 7, вычитающее устройство 6, детектор огибающей 8, интегратор с усилителем 9, усилитель низкой частоты 10, пороговый блок 11, блок фильтрации 12, исполнительный блок 13, блок контроля 14, передающую антенну 15, приемную антенну 16, канал ближней связи 17. 1-2-3-15, 16-4-5-6-7-8-10-11-12-13, 14-2, 1-14, 7-9-6, 15-17-16. 1 ил.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для получения в отраженном сигнале информации о движении объекта.

Известна система, содержащая доплеровское радарное устройство, преобразователь, амплитудный детектор, компаратор, частотный фильтр [1].

Однако данная система имеет невысокий динамический диапазон сигналов и ограниченную чувствительность.

Известна также радиолокационная система обнаружения движущихся целей, содержащая генератор, смеситель, усилитель, устройство запоминания, счетное устройство и циркулятор [2].

Эта система также не обеспечивает широкий динамический диапазон сигналов и высокую чувствительность.

Известна система, содержащая генератор низкой частоты, модулятор, СВЧ-генератор, вход которого связан с выходом модулятора, а выход - с передающей антенной, приемную антенну, смеситель, низкочастотный избирательный усилитель, ключевую схему, интегратор, пороговое устройство, исполнительное устройство [3].

Однако эта система имеет те же недостатки, что и указанные.

Это обусловлено тем, что в данной системе в одинаковой степени осуществляется усиление импульсной последовательности, полученной после преобразования в смесителе и промодулированной разностной частотой полезного сигнала, т. е. полезных сигналов и импульсной постоянной составляющей. При малой глубине модуляции в данном случае затруднительно выделение полезной составляющей.

Это ограничивает динамический диапазон входных сигналов и чувствительность системы, что обусловлено тем, что увеличение сигналов подставки импульсной постоянной составляющей практически делает невозможным выделение полезного сигнала.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона сигналов и повышение чувствительности.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемой доплеровской радарной системы.

Доплеровская радарная система содержит генератор 1 низкой частоты, модулятор 2, генератор СВЧ 3, смеситель 4, видеоусилитель 5, вычитающее устройство 6, второй видеоусилитель 7, детектор огибающий 8, интегратор с усилителем 9, усилитель низкой частоты 10, пороговый блок 11, блок 12 фильтрации с прямоугольной полости пропускания, исполнительный блок 13, блок 14 контроля, передающую антенну 15, приемную антенну 16, радиоканал 17 ближней связи, шину 18 подачи сигнала "контроль", шину 19 подачи опорного сигнала.

Выход генератора 1 низкой частоты подключен к первому входу блока 14 контроля и к входу модулятора 2, выход которого связан с входом генератора СВЧ 3, второй вход блока 14 контроля подключен к шине 18 подачи сигнала "контроль", передающая антенна 15 подсоединена к выходу генератора СВЧ 3, приемная антенна 16 подключена к первому входу смесителя 4, второй вход которого связан с вторым выходом генератора СВЧ 3, а выход - с входом видеоусилителя 5, выход которого подключен к первому входу вычитающего устройства 6, второй вход которого подсоединен к выходу интегратора с усилителем 9, а выход - к входу видеоусилителя 7, первый вход интегратора с усилителем 9 подключен к выходу видеоусилителя 7 и к входу детектора огибающей 8, а второй вход - к шине 19 подачи опорного сигнала, вход и выход усилителя 10 низкой частоты подсоединены соответственно к выходу детектора огибающей 8 и к входу порогового блока 11, вход и выход блока 12 фильтрации с прямоугольной полосой пропускания подключены соответственно к выходу порогового блока 11 и к входу исполнительного блока 13, передающая антенна 15 и приемная антенна 16 связаны между собой радиоканалом 17 ближней связи.

Доплеровская радарная система работает следующим образом.

Генератор 1 низкой частоты вырабатывает тактовые импульсы для управления модулятором 2 и блоком 14 контроля. Модулятор 2 формирует заданные временные и амплитудные характеристики сигнала управления генератором СВЧ 3 и их стабилизации. Сигналы с выхода генератора СВЧ 3 поступают на передающую антенну 15, которая излучает в пространство импульсные СВЧ колебания с несущей частотой Fо. При этом часть излучаемой энергии за счет воздействия поля вокруг передающей антенны 15 (за счет конечной развязки между приемным и передающим трактом) подается в приемную антенну 16 и с ее выхода на первый вход смесителя 4. Наряду с этим со второго выхода генератора СВЧ 3 подается сигнал на второй вход смесителя 4. Передача части энергии излучаемого поля от передающей антенны 15 на приемную антенну 16 осуществляется через радиоканал 17 ближней связи. Радиоканал 17 ближней связи представляет собой эффективную электрическую связь через эфир между передающей антенной 15 и приемной антенной 16, которая осуществляется за счет оптимального выбора формы и величины поверхностей антенн и расстояний между ними.

Сигналы, отраженные от движущихся объектов, воспринимаются приемной антенной 16 с доплеровской добавкой по частоте Fд, пропорциональной скорости перемещения в радиальном направлении к излучателю. С выхода антенны 16 принятые сигналы подаются на вход смесителя 4. Таким образом на вход смесителя 4 подаются два вида сигналов: с частотой F (излучаемые сигналы) и с частотой F + Fд (отраженные от движущегося объекта сигналы).

В этом случае на выходе смесителя 4 выделяется импульсная последовательность сигналов, модулированная по закону изменения частоты Fд. Далее сигналы с выхода смесителя 4 поступают на вход видеоусилителя 5, который осуществляют усиление импульсных сигналов на промежуточной частоте n до необходимой величины. С выхода видеоусилителя 5 импульсные сигналы поступают на первый вход вычитающего устройства 6, на второй вход которого поступают сигналы с выхода интегратора с усилителем 9. Сигналы с выхода вычитающего устройства 6 подаются на вход видеоусилителя 7, где усиливаются и с его выхода подаются на вход детектора огибающей 8 и на первый вход интегратора с усилителем 9, на второй вход которого подается опорное напряжение через шину 19. Следует отметить, что на первый вход вычитающего устройства 6 подается импульсная последовательность, модулированная по закону доплеровской частоты Fд. Причем глубина модуляции относительно небольшая. Импульсную последовательность, действующую на первом входе вычитающего устройства 6, можно представить в виде двух частей: импульсной постоянной составляющей и импульсной переменной составляющей (полезный сигнал). Задача заключается в эффективном выделении импульсной переменной составляющей, которая представляет собой последовательность весьма малых сигналов по сравнению с импульсной постоянной составляющей. С помощью видеоусилителя 7 осуществляется усиление и переворот по фазе импульсных сигналов. На второй вход интегратора с усилителем 9 подается опорный сигнал такой величины, что операция интегрирования осуществляется только применительно к импульсной переменной составляющей. Таким образом, на выходе интегратора с усилителем 9 имеем практически импульсную постоянную составляющую. Следует отметить, что усиление сигнала в усилителе интегратора 9 производится без поворота его фазы. Это, в частности, реализуется за счет применения двухкаскадного усилителя.

В результате в вычитающем устройстве 6 осуществляется компенсация импульсной постоянной составляющей сигналов, действующих в противофазе на первом и втором его входах. В то же время для импульсной переменной составляющей отрицательная обратная связь не действует и сигналы этой составляющей усиливаются в К1 раз (где К1 - коэффициент усиления видеоусилителя 7) с одновременным уменьшением сигналов импульсной постоянной составляющей в К2 раз (где К2 - коэффициент усиления усилителя интегратора 9). Таким образом, имеет место существенное увеличение удельного веса импульсной переменной составляющей т.е. полезного сигнала. Указанный процесс осуществляется в режиме автоматического регулирования.

Далее сигналы с выхода видеоусилителя 7 подаются на вход детектора 8 огибающей, где происходит выделение напряжения модуляции. С выхода детектора 8 огибающей сигналы подаются на вход усилителя 10 низкой частоты, где они усиливаются до величины, определяемой пороговым блоком 11. При превышении заданного значения напряжения на входе порогового блока 11 на его выходе появляется импульсный сигнал. Таким образом, на выходе порогового блока 11 имеем место импульсная последовательность с частотой Доплера (Fд).

Сигналы с выхода порогового блока 11 поступают на вход блока 12 фильтрации с прямоугольной полосой пропускания. В блоке 12 осуществляется обработка (селекция) сигналов по частоте и формирование сигнала напряжения для управления исполнительным блоком 13. В блоке 12 реализуется прямоугольная полоса пропускания для заданного диапазона частот, характеризующих скорости движущихся объектов. Если поступающий сигнал имеет частоту, находящуюся внутри заданного диапазона, то на выходе блока 12 вырабатывается соответствующий сигнал, подаваемый на вход исполнительного блока 13.

Если же частота подаваемого сигнала находится вне пределов заданного диапазона, то на выходе блока 12 не вырабатывается никаких сигналов.

С помощью блока 14 контроля осуществляется формирование периодических сигналов контроля, используемы и для проверки работоспособности системы как в процессе непрерывной эксплуатации, так и при проведении профилактических работ. Задействование блока 14 контроля осуществляется при подаче сигнала "контроль" на шину 18.

Формула изобретения

ДОПЛЕРОВСКАЯ РАДАРНАЯ СИСТЕМА, содержащая приемную и передающую антенны, генератор низкой частоты, модулятор, первый вход которой подключен к выходу генератора низкой частоты, СВЧ-генератор, вход которого соединен с выходом модулятора, а выход - с передающей антенной, смеситель, первый вход которого соединен с приемной антенной, усилитель низкой частоты, пороговый блок, вход которого соединен с выходом усилителя низкой частоты, исполнительный блок и интегратор с усилителем, отличающаяся тем, что введены два видеоусилителя, вычитающее устройство, детектор огибающей, вход которого подключен к выходу второго видеоусилителя, а выход - к входу усилителя низкой частоты, блок контроля, первый вход которого соединен с выходом генератора низкой частоты, выход - с вторым входом модулятора, а второй вход является входом сигналов "Контроль", блок фильтрации с прямоугольной полосой пропускания, вход и выход которого подключены соответственно к выходу порогового блока и входу исполнительного блока, выход СВЧ-генератора соединен с вторым входом смесителя, выход которого соединен с входом первого видеоусилителя, выход которого соединен с первым входом вычитающего устройства, выход вычитающего устройства соединен с входом второго видеоусилителя, выход которого через интегратор с усилителем соединен с вторым входом вычитающего устройства, второй вход интегратора с усилителям является входом опорного сигнала, а приемная и передающая антенны связаны между собой радиоканалом ближней связи.

РИСУНКИ

Рисунок 1