Способ нелинейной радиолокации

Изобретение относится к методам и средствам ближней радиолокации нелинейно-рассеивающих объектов. Достигаемый технический результат изобретения - повышение скрытности работы нелинейных радиолокаторов и улучшение характеристик обнаружения объектов, содержащих полупроводниковые элементы. Указанный результат достигается за счет того, что формируются N пар сигналов S_1n, S_2n, n=1, 2, …, N, частоты f_1n, f_2n которых меняются от пары к паре, а в качестве одновременно излучаемых сигналов используется n-я пара сигналов S_1n, S_2n с поочередной сменой этих пар во времени в соответствии с индексом «n». Разнос излучаемых частот f_1n, f_2n в пределах каждой излучаемой пары S_1n, S_2n выбирается постоянным и не зависящим от номера пары, что позволяет использовать один и тот же опорный сигнал постоянной частоты f₀=f_2n-f_1n для выделения из отраженного сигнала, путем его синхронного детектирования, полезного сигнала, «порождаемого» парциальной квадратичной составляющей вольт-амперной характеристики полупроводниковых элементов. 1 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно, к методам и средствам ближней радиолокации нелинейно-рассеивающих объектов (НРО).

Известны способы обнаружения НРО и соответствующие радиолокаторы [1], [2], в которых облучение НРО осуществляется одним зондирующим сигналом частоты f, а регистрация отраженного сигнала производится на одной из кратных гармоник nf. Указанную составляющую отраженного сигнала в дальнейшем будем называть полезным сигналом. Перемещаясь в процессе поиска вдоль укрывающей поверхности естественных и искусственных сред, радиолокатор постепенно сближается или удаляется от НРО, заглубленного в ее приповерхностном слое, в результате чего указанное перемещение будет сопровождаться изменением мощности полезного сигнала, указывающим на присутствие НРО.

Недостаток аналогов состоит:

во-первых, в низкой скрытности излучения, вытекающей из постоянства излучаемой частоты, что в конечном итоге позволяет эффективно вести разведку, подавление и противодействие радиолокаторам-аналогам;

во-вторых, в недостаточно высоких характеристиках обнаружения при поиске НРО, в состав которых входит частотно-избирательный контур, нагруженный на полупроводниковый элемент с нелинейной вольт-амперной характеристикой (ВАХ). При попадании излучаемой f частоты в полосу контура уровень полезного сигнала получается максимальным. Однако постоянство излучаемой частоты в аналогах практически исключает возможность такого совпадения, в результате чего уровень полезного сигнала получается ниже своего потенциально достижимого максимального значения.

Наиболее близким среди аналогов является способ [1], [2], в котором НРО облучается двумя зондирующими сигналами S₁ и S₂ с частотами f₁ и f₂ соответственно (f₂>f₁), а приемник радиолокатора выделяет из спектра отраженного НРО сигнала комбинационные частоты вида n₁f₁±n₂f₂. Для селекции каждой из комбинационных частот можно использовать синхронный детектор, на один из входов которого подается выходной сигнал приемника, а на другой - опорный сигнал, частота которого совпадает с интересующей нас комбинационной частотой n₁f₁±n₂f₂. В синхронном детекторе в течение времени τ_сд (времени накопления) осуществляется совместная корреляционная обработка выходного сигнала приемника и опорного сигнала, а на его выходе наблюдаются текущие значения мгновенной мощности P выделяемого сигнала в виде суммы полезного сигнала, помехи и шума, по которым в пороговой схеме принимается решение об обнаружении НРО.

Целью изобретения является повышение скрытности излучения и эффективности нелинейных радиолокаторов.

Для достижения поставленной цели в способе, заключающемся в генерации двух гармонических сигналов S₁ и S₂ с частотами f₁ и f₂ соответственно, излучении в направлении НРО двух зондирующих сигналов, приеме отраженного сигнала, синхронном детектировании принимаемого сигнала с помощью опорного колебания S₀ частоты f₀ и принятии решения об обнаружении нелинейно-рассеивающего объекта путем сравнения в пороговой схеме мощности выходного сигнала синхронного детектора с пороговой мощностью, дополнительно осуществляется генерация набора из N гармонических сигналов G_n частоты F_n, n=1, 2, …, N, формирование из сигналов G_n и S₁ сигналов S_1n частоты f_1n=f₁+F_n, формирование из сигналов G_n и S₂ сигналов S_2n частоты f_2n=f₂+F_n, в качестве двух зондирующих сигналов используется n-я пара сигналов S_1n, S_2n, n=1, 2, …, N, с поочередной сменой этих пар во времени в соответствии с индексом «n», определение мощности P_n выходного сигнала синхронного детектора для каждой n-й пары зондирующих сигналов S_1n, S_2n, выбор среди набора {P_n} максимального значения P_max, причем частота f₀ выбирается равной f₀=f₂-f₁, а в качестве величины, сравниваемой с пороговой мощностью, используется P_max.

Если воспользоваться разложением ВАХ НРО I(U) в степенной ряд:

где I и U - ток и напряжение у входящего в состав НРО нелинейного элемента, то выбор выделяемой комбинационной частоты f₀=f₂-f₁ означает, что нелинейный радиолокатор способен обнаруживать такие НРО, ВАХ которых имеет квадратичную парциальную составляющую α₂U² с квадратичным показателем нелинейности α₂.

На фиг.1 изображена одна из возможных схем нелинейного радиолокатора, реализующая предложенный способ, элементы 1-12 которой несут следующее техническое содержание: 1, 2 - генераторы гармонического сигнала S₁ частоты f₁ и сигнала S₂ частоты f₂ соответственно; 3, 4 - смесители; 5, 6 - усилители мощности; 7 - генератор N гармонических сигналов G_n частоты F_n, n=1, 2, …, N; 8 - сумматор; 9 - передающая антенна; 10 - приемная антенна; 11 - приемник; 12 - синхронный детектор; 13 - генератор опорного сигнала S₀ разностной частоты f₀=f₂-f₁; 14 - пороговая схема.

Функционирование предложенного способа удобно рассматривать, обращаясь к схеме фиг.1. Генераторы 1 и 2 вырабатывают непрерывные гармонические сигналы S₁ и S₂ соответственно. Генератор 7 вырабатывает N гармонических сигналов G_n частоты F_n, n=1, 2, …, N; которые с помощью входящей в генератор 7 управляемой ключевой схемы поочередно, в соответствии с изменением индекса «n», поступают на выход генератора 7. С помощью смесителей 3 и 4 осуществляется смещение вверх частот f₁ и f₂ сигналов S₁ и S₂ на одну и ту же величину F_n, в результате чего частоты f_1n и f_2n сигналов S_1n и S_2n на выходах смесителей 3 и 4 соответственно равны: f_1n=f₁+F_n, f_2n=f₂+F_n, n=1, 2, …, N, т.е. смена частот сигналов S_1n и S_2n осуществляется поочередно и синхронно. После усиления в 5, 6 и суммирования в 8 сигналы S_1n и S_2n одновременно излучаются антенной 9 в направлении НРО. Отраженный НРО сигнал принимается антенной 10, усиливается и предварительно селектируется по частоте в приемнике 11 и поступает на один из входов синхронного детектора 12. Генератор опорного сигнала 13 вырабатывает опорный сигнал S₀ частоты f₀, равной независимой от «n» разности частот f_2n и f_1n излучаемых сигналов

Сигнал S₀ поступает на другой вход синхронного детектора 12, в котором в течение времени τ_сд осуществляется совместная корреляционная обработка выходного сигнала приемника 11 и опорного сигнала S₀ генератора 13. Интервалы τ_F постоянства частот сигналов S_1n и S_2n, определяемые периодом переключения входящей в 7 ключевой схемы, не должны быть меньше времени накопления τ_сд синхронного детектора 12. С выхода 12 последовательность текущих данных P_n, n=1, 2, …, N, мгновенной мощности выделяемого сигнала поступают на вход пороговой схемы 14, в которой осуществляется преобразование текущих данных P_n, n=1, 2, …, N, в цифровую форму выбора максимума Р_max:

P_max=maxP_n(n=1, 2, …, N),

и дальнейшее сравнение Р_max с пороговой мощностью.

Очевидно, что манипуляция частот зондирующих сигналов повышает скрытность работы нелинейного радиолокатора. Кроме того, манипуляция частот зондирующих сигналов позволяет также улучшить характеристики обнаружения НРО, т.к. при этом повышается вероятность попадания какой-либо из излучаемых частот f_1n или f_2n, n=1, 2, …, N, в полосу контура НРО.

Источники информации

1. Мусабеков П.М., Панычев С.Н. Нелинейная радиолокация: методы, техника и область применения. Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники, 2000 г., №5, с.54-61.

2. Беляев В.В., Маюнов А.Т., Разиньков С.Н. Состояние и перспективы развития «нелинейной» радиолокации. Успехи современной радиолокации, 2002 г., №6, с.59-78.

Способ нелинейной радиолокации, заключающийся в генерации двух гармонических сигналов S₁ и S₂ с частотами f₁ и f₂ соответственно, излучении в направлении нелинейно-рассеивающего объекта двух зондирующих сигналов, приеме отраженного сигнала, синхронном детектировании принимаемого сигнала с помощью опорного колебания S₀ частоты f₀ и принятии решения об обнаружении нелинейно-рассеивающего объекта путем сравнения в пороговой схеме мощности выходного сигнала синхронного детектора с пороговой мощностью, отличающийся тем, что дополнительно осуществляется генерация набора из N гармонических сигналов G_n частоты F_n, n=1, 2, …, N, формирование из сигналов G_n и S₁ сигналов S_1n частоты f_1n=f₁+F_n, формирование из сигналов G_n и S₁ сигналов S_2n частоты f_2n=f₂+F_n, в качестве двух зондирующих сигналов используется n-я пара сигналов S_1n, S_2n, n=1, 2, …, N, с поочередной сменой этих пар во времени в соответствии с индексом «n», при этом интервалы τ_F постоянства частот сигналов S_1n и S_2n должны быть не меньше времени накопления τ_сд синхронного детектора, определение мощности P_n выходного сигнала синхронного детектора для каждой n-й пары зондирующих сигналов S_1n, S_2n, выбор среди набора {P_n} максимального значения Р_max, причем частота f₀ выбирается равной f₀=f₂-f₁, а в качестве величины, сравниваемой с пороговой мощностью, используется Р_max.