Способ радиолокационного зондирования с использованием непрерывного излучения

Изобретение относится к радиолокации. Достигаемый технический результат - повышение энергетического потенциала радиолокационной станции (РЛС). Указанный результат достигается за счет того, что узконаправленное излучение сигнала осуществляется по N пространственно распределенным слабонаправленным каналам при помощи N слабонаправленных идентичных антенн, прием отраженного сигнала производится каждой из N слабонаправленных антенных подрешеток, разделение каналов возбуждения антенны и приема сигналов реализуется путем использования циркуляторов, при этом в каждом из N каналов приема формируется комплексная огибающая его выходного сигнала, согласованная фильтрации производится путем преобразования квадратурных компонент принимаемого сигнала в цифровую форму и вычислением двумерной свертки принимаемого и излучаемого сигналов, представленных в цифровой форме, в результате чего формируется отклик РЛС в виде двумерной функции на плоскости «время задержки - доплеровский сдвиг частоты», отображающей распределение объектов по дальности, радиальной скорости и коэффициенту отражения. 1 ил.

 

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для дистанционного обнаружения малоразмерных объектов (объектов с малым значением эффективной поверхности рассеяния), а также в области высотометрии.

Известен способ радиолокационного зондирования (Справочник по радиолокации. Под ред. М.Сколника. Нью-Йорк, 1970. / Под общей ред. К.Н.Трофимова; Том.3. Радиолокационные устройства и системы/ Под ред. А.С.Винницкого. - М.: Сов. радио, 1979 г.), в котором используется в качестве зондирующего сложный непрерывный во времени радиосигнал, с периодическим законом модуляции, с большим значением величины произведения занимаемой полосы на длительность периода модуляции.

Недостатком этого способа является низкий энергетический потенциал.

Известен способ радиолокационного зондирования, выбранный нами за прототип (Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. - М.: Радиотехника. 2004 г., 233-234 с.), который включает следующие операции: на несущей частоте ω₀ в заданном направлении в узком угловом секторе излучается сложный непрерывный радиосигнал с периодическим законом модуляции, одновременно с излучением зондирующего сигнала принимается радиосигнал, отраженный от объектов, расположенных на разном удалении, и формируется комплексная огибающая принимаемого сигнала, путем переноса его частоты вниз на величину ω₀, затем вычисляется модуль обобщенной взаимной корреляционной функции комплексной огибающей K(t) принятого сигнала и опорной функции φ(t).

Основным недостатком способа является невозможность повысить энергетический потенциал радиолокационной станции (РЛС) выше некоторого предела, при котором происходит перегрузка приемного тракта и нарушается линейность обработки сигналов в приемнике. Это обусловлено неустранимым (паразитным) проникновением сигнала излучения на вход приемного тракта. Проникновение происходит из-за отражения сигнала излучения от питающего фидера антенны и паразитной связи между входами циркулятора, из-за отражения излученного сигнала от объектов, расположенных в непосредственной близости от антенны (надстройки, подстилающая поверхность и т.д.).

Основная техническая задача, решаемая предложенным решением, состоит в создании способа радиолокационного зондирования с использованием непрерывного излучения, позволяющего повысить энергетический потенциал РЛС.

Поставленная задача решается тем, что в способе радиолокационного зондирования пространства, включающем узконаправленное излучение непрерывного сложенного сигнала с периодической модуляцией фазы и одновременный с излучением узконаправленный прием отраженного сигнала, формирование отклика в виде обобщенной функции взаимной корреляции зондирующего и принимаемого сигналов, согласно предложенному решению, узконаправленный прием отраженного сигнала осуществляют по N идентичным пространственно разделенным каналам, при этом принимаемый сигнал формируют как сумму выходных сигналов каждого из каналов приема.

На чертеже представлена функциональная схема радиолокационной обзорной станции, с помощью которой может быть реализован способ.

Устройство содержит формирователь зондирующего сигнала 1 с периодическим изменением фазы, вход которого соединен с выходом опорного генератора непрерывного колебания 2, два идентичных разветвителя радиосигнала 3, вход одного из которых соединен с выходом формирователя зондирующего сигнала 1, а вход другого с выходом опорного генератора непрерывного колебания 2, каждый из выходов одного разветвителя радиосигнала 3 соединен с первыми входами N циркуляров 4 соответственно. Выход каждого из N-элементов антенной решетки 5 соединен со вторым входом каждого из N циркуляторов 4 соответственно, а третий выход каждого из N циркуляторов 4 соединен с входом каждого из N малошумящих усилителей 6 соответственно. Выходы каждого из N малошумящих усилителей 6 соединены соответственно с первыми входами N квадратурных смесителей 7, вторые (опорные) входы которых соединены с выходами другого разветвителя 3 соответственно. I-выходы N - квадратурных смесителей 7 соединены с входами N-входового первого сумматора радиосигналов 8 соответственно. Q-выходы квадратурных смесителей 7 соединены с входами второго сумматора радиосигналов 8 соответственно, выходы первого и второго сумматоров 8 соединены со входами I и Q согласованного фильтра 9.

Способ осуществляется следующим образом.

Формирователь зондирующего сигнала 1 формирует модулированный радиосигнал s₀(t), который поступает через разветвитель радиосигнала 3 на вход циркуляторов 4. Формирование зондирующего сигнала производится путем модуляции фазы опорного колебания с частотой ω₀, вырабатываемого опорным генератором непрерывного колебания 2. Зондирующий сигнал излучается в виде узконаправленного одноканального электромагнитного «луча». Узконаправленное излучение сигнала осуществляется по N пространственно распределенным слабонаправленным каналам при помощи N слабонаправленных идентичных антенн, которые распределены по пространству таким образом, что при их синфазном возбуждении зондирующим сигналом с частотой ω₀, мощность которого распределена на N каналов, формируется узкая диаграмма направленности излучения, при этом используется известный принцип построения фазированных антенных решеток, состоящих из конечного числа антенных элементов (см., например, Активные фазированные антенные решетки / Под ред. Д.И.Воскресенского и А.И.Канащенкова, Изд-во «Радиотехника», 2004, - 488 с.).

Прием отраженного сигнала осуществляется по N пространственно распределенным каналам, идентичным каналам излучения. При реализации способа прием отраженного сигнала производится каждой из N слабонаправленных антенн AЭ_i. Разделение каналов возбуждения антенны и приема сигналов реализуется путем использования циркулятора 4. В каждом из N каналов приема формируется комплексная огибающая его выходного сигнала, например, путем переноса его частоты, вниз, на величину ω₀ при помощи квадратурного смесителя 7. Комплексная огибающая в каждом из каналов приема формируется в виде двух квадратурных компонент сигнала I (реальная часть) и Q (мнимая часть). Формируется принимаемый сигнал, как сумма из N комплексных огибающих, сформированных в каналах приема путем раздельного суммирования I и Q компонент. При идентичных (синфазных) слабонаправленных каналах приема синфазное сложение комплексных огибающих будет происходить только для объектов, расположенных в узком секторе, идентичном сектору излучения (как это следует из теории фазированных антенных решеток). Другими словами диаграмма направленности для сформированного принимаемого сигнала будет такой же узкой, как и для излучаемого сигнала, и идентичной диаграмме направленности при излучении сигнала.

Производится согласованная фильтрация принимаемого сигнала путем вычисления обобщенной функции взаимной корреляции зондирующего и принимаемого сигналов. На практике реализация согласованной фильтрации производится путем преобразования квадратурных компонент принимаемого сигнала в цифровую форму и вычислением двумерной свертки (по параметрам временного и частотного сдвига) принимаемого и излучаемого сигналов, представленных в цифровой форме. В результате формируется отклик РЛС, в виде двумерной функции на плоскости «время задержки - доплеровский сдвиг частоты», отображающей распределение объектов по дальности, радиальной скорости и коэффициенту отражения.

В силу того, что при мощности Р₀, излучаемого в пространство зондирующего сигнала, мощность на питающем входе каждого из циркуляторов 4 устройства, с помощью которого реализуется заявляемый способ, в N раз меньше, то в N раз меньше и проникновение сигнала излучения на вход каждого из приемных каналов и, следовательно, при прочих равных условиях (одинаковых элементах при помощи которых реализуются способы), максимальная мощность излучения в заявляемом способе, при которой сохраняется его работоспособность, в N раз больше, чем в способе-прототипе. Это означает, что энергетический потенциал РЛС, алгоритм работы которой организован в соответствии с заявляемым способом, в N раз выше, чем у РЛС, работающих по способу-прототипу.

Способ радиолокационного зондирования пространства, включающий узконаправленное излучение непрерывного сложного сигнала с периодической модуляцией фазы и одновременный с излучением узконаправленный прием отраженного сигнала, формирование отклика в виде обобщенной функции взаимной корреляции зондирующего и принимаемого сигналов, отличающийся тем, что узконаправленное излучение зондирующего сигнала и узконаправленный прием отраженного сигнала осуществляют по N идентичным пространственно-разделенным слабонаправленным каналам, с использованием N слабонаправленных идентичных синфазных антенн, при этом разделение каналов излучения и приема осуществляют путем использования циркуляторов с возможностью обеспечения мощности на питающем входе каждого из них в N раз меньшей мощности Р₀ излучаемого в пространство зондирующего сигнала и соответственно с возможностью обеспечения в N раз меньшего проникновения сигнала излучения на вход каждого из каналов приема, при этом формирование отклика в виде обобщенной функции взаимной корреляции зондирующего и принимаемого сигналов осуществляют путем формирования комплексных огибающих выходных сигналов приемных каналов путем раздельного суммирования реальных и мнимых частей компонент сигнала, а приемный сигнал формируют как сумму комплексных огибающих выходных сигналов каналов приема.