Устройство для измерения радиолокационных характеристик объектов

Авторы патента:

G01S13/00 - Системы, использующие отражение или вторичное излучение радиоволн, например радарные системы. Аналогичные системы, использующие отражение или вторичное излучение волн, в которых длина волн или тип волн несущественны (с использованием акустических волн G01S 15/00; с использованием электромагнитных волн иных, чем радиоволны G01S 17/00).

G01R29/08 - для измерения характеристик электромагнитного поля

Владельцы патента RU 2617125:

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к радиолокации, в частности к радиолокационным измерениям, и может быть использовано при создании радиолокационных измерительных комплексов. Достигаемый технический результат - повышение точности оценки радиолокационных характеристик (РЛХ) объекта. Указанный результат достигается за счет того, что устройство содержит передатчик, приемник, поворотную платформу с объектом измерений, N-элементную передающую антенну, М-элементную приемную антенну, привод приемной антенны, блок оценки РЛХ, блок компенсации паразитных сигналов, переключатель элементов передающей антенны, переключатель элементов приемной антенны, при этом перечисленные средства соединены между собой определенным образом, а передатчик и приемник выполнены Р-канальными по частоте с возможностью выбора р-й частоты. 2 ил.

Изобретение относится к радиолокации, в частности к радиолокационным измерениям, и может быть использовано при создании радиолокационных измерительных комплексов (РИК).

Известно устройство для измерения радиолокационных характеристик объектов [см. "Теоретические основы радиолокации", под ред. Я.Д. Ширмана, М., "Сов. радио", 1970, с. 221]. Также известно устройство позволяющее измерять такую радиолокационную характеристику как ЭПР объектов - радиолокационная станциях [см. патент России №2217774, G01S 13/00, G01R 29/08].

Недостатком известных устройств является то, что получаемая с них радиолокационная информация имеет ограниченный характер. Измерения проводятся на одной частоте. По результатам измерений невозможно получить радиолокационные характеристики объекта при его локации сложными сверхширокополосными сигналами.

Наиболее близким по технической сущности устройством является устройство для измерения эффективной поверхности рассеяния объектов [см. патент России №2332685, G01S 13/00, G01R 29/08].

Устройство для измерения эффективной поверхности рассеяния объектов содержит передатчик, приемник, поворотную платформу с объектом измерений, N-элементную передающую антенну, М-элементную приемную антенну, привод приемной антенны, блок оценки РЛХ, блок компенсации паразитных сигналов, переключатель элементов передающей антенны, при этом первый выход передатчика соединен с переключателем элементов передающей антенны, выход переключателя соединен с передающими элементами антенны, облучающими измеряемый объект, приемная антенна соединена с первым входом приемника через блок компенсации паразитных сигналов, выход которого соединен с входом блока оценки РЛХ объектов, первый выход блока оценки РЛХ соединен с приводом приемной антенны, второй выход блока оценки РЛХ соединен с поворотной платформой, третий выход блока оценки РЛХ соединен с переключателем элементов передающей антенны, а выход бока компенсации соединен с входом приемника, паразитные сигналы компенсируются блоком компенсации.

Недостатком наиболее близкого технического решения является низкая точность оценки РЛХ объекта при его локации сложными сверхширокополосными (СШП) сигналами, обусловленная тем, что результаты измерений получают на одной (заранее выбранной) частоте. Отсутствует возможность оценки РЛХ объекта при различных направлениях и дальностях приема рассеянных сигналов на этапе обработки, обусловленная тем, что рассеянное объектом поле принимается приемной антенной всеми элементами одновременно. В этом случае на вход блока оценки РЛХ поступает интегральное по всем элементам приемной антенны значение, что не позволяет проводить оценку РЛХ посредством апостериорной весовой обработки сигналов, принятых каждым элементом приемной антенны в отдельности.

Задачей предложенного изобретения является расширение технических возможностей устройства для измерения радиолокационных характеристик объектов.

Техническим результатом изобретения является повышение точности оценки радиолокационных характеристиках объекта при его локации сложными СШП сигналами, за счет получения результатов измерения объекта при облучении его набором моногармонических сигналов, совместная обработка которых позволяет учесть суммарный эффект, создаваемый отдельными гармониками СШП сигнала [см. Сиберт У.М. Цепи, сигналы, системы: В 2-х частях ч. Ч. 2: Пер. с англ. - М.: Мир, 1988. - 360 с., ил. с. 282], а также проводить оценку РЛХ для различных направлений и дальностей приема за счет обработки результатов измерений, полученных каждым элементом приемной антенны в отдельности.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для измерения радиолокационных характеристик объектов, содержащее передатчик, приемник, поворотную платформу с объектом измерений, N-элементную передающую антенну, М-элементную приемную антенну, привод приемной антенны, блок оценки РЛХ, блок компенсации паразитных сигналов, переключатель элементов передающей антенны, отличается тем, что дополнительно введены: переключатель элементов приемной антенны, а передатчик и приемник выполнены Р-канальными по частоте, с возможностью выбора р-й частоты, выход передатчика соединен с переключателем элементов передающей антенны, выход переключателя элементов передающей антенны соединен с i-м элементом передающей антенны, облучающим объект измерений, j-й элемент приемной антенны соединен с входом переключателя элементов приемной антенны, выход переключателя элементов приемной антенны соединен с входом приемника, выход приемника соединен с входом блока компенсации паразитных сигналов, выход блока компенсации паразитных сигналов соединен с первым входом блока оценки РЛХ, второй вход блока компенсации паразитных сигналов соединен с седьмым выходом блока оценки РЛХ, первый выход блока оценки РЛХ соединен с входом передатчика, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы блока оценки РЛХ соединены соответственно с переключателем элементов передающей антенны, поворотной платформой, приводом приемной антенны, переключателем элементов приемной антенны, приемником.

Предлагаемая конструкция устройства для измерения радиолокационных характеристик позволяет за один цикл измерений оценить радиолокационные характеристики объектов при их локации сложными широкополосными сигналами в верхней полусфере применительно к различным вариантам направлений и дальностей приема.

Проведенный анализ уровня техники позволяет установить, что техническое решение, характеризующееся совокупностью признаков, идентичных всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, указывает на соответствие заявляемого изобретения критерию охраноспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными признаками заявленного устройства, показали, что в общедоступных источниках информации не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками. Из уровня техники также не подтверждена известность влияния отличительных признаков заявляемого изобретения на указанный заявленный технический результат, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Предлагаемое техническое решение "устройство для измерения радиолокационных характеристик объектов" промышленно применимо, так как совокупность характеризующих его признаков обеспечивает возможность его осуществления, работоспособность и воспроизводимость и для его реализации могут быть использованы известные материалы и оборудование.

Сущность изобретения состоит в следующем. Известно, что для линейных систем выполняется принцип суперпозиции, согласно которому если известна реакция линейной системы A_i на совокупность воздействий S_i:

где L - оператор, полностью описывающий линейную систему,

то в случае воздействия на линейную систему в виде линейной комбинации воздействий S_i:

реакцией линейной системы будет линейная комбинация вида:

Исходя из линейности процессов формирования, распространения, приема и взаимодействия с объектом электромагнитных волн, описываемых линейными уравнениями Максвелла, все эффекты, которые возникают при распространении сложного СШП сигнала, можно представить в виде суммы эффектов, создаваемых отдельными гармониками. Согласно принципу суперпозиции для линейных систем при применении тестирующих сигналов S_i, если необходимо определить результат зондирования A_Σ при применении зондирующего сигнала S_Σ, который представляется с ограниченной точностью в виде взвешенной суммы сигналов с известными коэффициентами α_i, то А_Σ может быть определен без проведения дополнительных экспериментов, как взвешенная сумма (суперпозиция) ранее полученных результатов зондирования А_i, причем с теми же коэффициентами α_i:

Коэффициенты α_i могут быть найдены из решения неравенства (например, методом наименьших квадратов):

При этом точность получаемых оценок РЛХ объекта при его локации сложным СШП сигналом определяется набором спектральных составляющих ω_i=ω₁+(i-1)Δω. Согласно теореме Котельникова:

где ω_mах - максимальная частота в спектре зондирующих сигналов, S_Σ(ω) - находится согласно преобразованию Фурье:

где F{} - дискретное преобразование Фурье [см. Сиберт У.М. Цепи, сигналы, системы: В 2-х частях ч. Ч. 2: Пер. с англ. - М.: Мир, 1988. - 360 с., ил. с. 282].

Многоканальная регистрация элементами приемной антенны позволяет проводить оценку РЛХ для различных направлений и дальностей приема за счет аналогичной весовой обработки результатов измерений на основе принципа суперпозиции. В этом случае необходимо рассчитать коэффициенты β_j для выбранных направления ϕ и дальности r приема рассеянного объектом сигнала:

где U_Σ(ϕ,r,ω) - сигнал, в поле которого необходимо получить отклик объекта измерений, U_j(ω) - j-й приемный сигнал.

Тогда рассеянный объектом сигнал в направлении ϕ и дальности r может быть оценен согласно выражению:

где А_ij(ω) - результаты измерений при облучении объекта i-м зондирующим сигналом и приеме j-м полем приемного сигнала.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения РЛХ объектов. На фиг. 2 представлен алгоритм работы блока оценки РЛХ.

Устройство для измерения радиолокационных характеристик объектов содержит передатчик 1, М-элементную передающую антенну 2, N-элементную приемную антенну 3, приемник 4, блок оценки РЛХ 5, блок компенсации паразитных сигналов 6, поворотную платформу 7, привод приемной антенны 8, объект измерения 9, переключатель элементов передающей антенны 10, переключатель элементов приемной антенны 11.

Выход передатчика соединен с переключателем элементов передающей антенны, выход переключателя элементов передающей антенны соединен с i-м элементом передающей антенны, облучающим объект измерений, j-й элемент приемной антенны соединен с входом переключателя элементов приемной антенны, выход переключателя элементов приемной антенны соединен с входом приемника, выход приемника соединен с входом блока компенсации паразитных сигналов, выход блока компенсации паразитных сигналов соединен с первым входом блока оценки РЛХ, второй вход блока компенсации паразитных сигналов соединен с седьмым выходом блока оценки РЛХ, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы блока оценки РЛХ соединены соответственно с переключателем элементов передающей антенны, поворотной платформой, приводом приемной антенны, переключателем элементов приемной антенны, приемником.

Устройство для измерения радиолокационных характеристик объектов может быть выполнено с использованием следующих функциональных элементов.

Передатчик 1 и приемник 4 могут быть выполнены на базе одного устройства - векторный анализатор цепей Rohde&Schwarz ZVB20.

М-элементная передающая антенна 2 может быть выполнена в виде решетки антенных элементов, расположенных на четверти окружности Satimo SG 3000М, радиус выбирается из условия охвата объекта.

N-элементная приемная антенна 3 аналогична передающей антенне, а радиус выбирается меньше радиуса передающей антенны из условия обеспечения беспрепятственного вращения приемной антенны вокруг объекта.

Блок оценки РЛХ 5 обеспечивает управление и синхронизацию всех блоков устройства, а также хранение и обработку результатов измерений и может быть реализован на персональной ЭВМ типа IBM.

Блок компенсации 6 может быть собран на стандартных электрически управляемых аттенюаторах и фазовращателях, а также может быть реализован в виде компенсационного канала в аппаратуре или путем последующей математической обработки.

Привод приемной антенны 8 может быть выполнен на базе стандартного мотор-редуктора (шагового двигателя) с пускорегулирующим устройством.

Переключатели элементов передающей 13 и приемной 14 антенн могут быть выполнены на стандартных полупроводниковых элементах.

Остальные блоки и устройства, входящие составной частью в устройство для измерения РЛХ, выполняются по типовым требованиям для данных устройств.

Устройство для измерения радиолокационных характеристик объектов работает следующим образом.

Объект измерений 9 удаляется с поворотной платформы. Блок оценки РЛХ 5 выдает управляющие команды на поворотную платформу 7 и привод приемной антенны 8 для позиционирования их в нулевые угловые координаты (начальное положение), а на блок компенсации паразитных сигналов 6 - команду об измерении параметров паразитных сигналов. Затем блок оценки РЛХ 5 подает сигналы на переключатели элементов передающей 10 и приемной 11 антенн о подключении первого элемента. Блок оценки РЛХ выдает команду на передатчик 1 о генерации сигнала на частоте ω₁, а на приемник - команду о приеме сигнала на частоте ω₁. Высокочастотное колебание поступает через переключатель передающих элементов на первый элемент передающей антенны 2. Рассеянный элементами конструкции устройства сигнал (паразитный) принимается первым элементом приемной антенны 3 и поступает через приемник на блок компенсации паразитных сигналов 6, где сохраняются его параметры (амплитуда, фаза, частота, поляризация). Затем блок оценки РЛХ выдает команду на передатчик 1 о генерации сигнала на частоте ω₂, а на приемник - команду о приеме сигнала на частоте ω₂. Параметры сигналов сохраняются на блоке компенсации паразитных сигналов 6. Когда измерения проведены на всех Ρ частотах, блок оценки РЛХ подает команду на переключатель элементов приемной антенны о подключении второго элемента. Измерения проводятся на всех Ρ частотах. Когда измерения проведены для всех M приемных элементов, блок оценки РЛХ подает команду на переключатель элементов передающей антенны о подключении второго элемента и измерения проводятся для всех Р частот и всех М элементов приемной антенны. Когда измерения проведены для всех N элементов передающей антенны блок оценки РЛХ подает команду на привод приемной антенны о смещении на один угловой шаг равный R - радиус передающей антенны. Измерения проводят для всех N элементов передающей и М приемной антенн и всех Р частот. Затем блок оценки РЛХ подает команду на привод приемной антенны о смещении на один угловой шаг равный и измерения проводят для всех N элементов передающей и М приемной антенн и всех Р частот. Когда приемная антенна делает полный оборот вокруг объекта (360 град.) блок оценки РЛХ подает команду на поворотную платформу о смещении на один угловой шаг равный и измерения проводят для всех N элементов передающей и М приемной антенн, всех Р частот и для всех положений приемной антенны. Когда поворотная платформа делает полный оборот (360 град.) и получены результаты измерений для всех N элементов передающей и М приемной антенн, всех Р частот и для всех положений приемной антенны и всех положений платформы, на платформу устанавливают объект измерений 9. Блок оценки РЛХ 5 выдает управляющие команды на поворотную платформу 7 и привод приемной антенны 8 для позиционирования их в нулевые угловые координаты (начальное положение), а на блок компенсации паразитных сигналов команду о измерении рассеянных объектом сигналов. Проводят полный цикл измерений аналогично описанному выше для всех N элементов передающей и М приемной антенн, всех Р частот и для всех положений приемной антенны и всех положений платформы, причем измеренные данные сохраняются на блоке оценки РЛХ с учетом компенсации предварительно измеренных параметров паразитных сигналов.

По результатам измерений проводят обработку зарегистрированных данных согласно принципу суперпозиции для линейных систем и получают оценку РЛХ объекта при его локации СШП сигналом в требуемых направлении и дальности приема.

Устройство для измерения радиолокационных характеристик объектов (РЛХ), содержащее передатчик, приемник, поворотную платформу с объектом измерений, N-элементную передающую антенну, М-элементную приемную антенну, привод приемной антенны, блок оценки РЛХ, блок компенсации паразитных сигналов, переключатель элементов передающей антенны, отличающееся тем, что дополнительно введены переключатель элементов приемной антенны, а передатчик и приемник выполнены Р-канальными по частоте, с возможностью выбора р-й частоты, выход передатчика соединен с переключателем элементов передающей антенны, выход переключателя элементов передающей антенны соединен с i-м элементом передающей антенны, облучающим объект измерений, j-й элемент приемной антенны соединен с входом переключателя элементов приемной антенны, выход переключателя элементов приемной антенны соединен с входом приемника, выход приемника соединен с входом блока компенсации паразитных сигналов, выход блока компенсации паразитных сигналов соединен с первым входом блока оценки РЛХ, второй вход блока компенсации паразитных сигналов соединен с седьмым выходом блока оценки РЛХ, первый выход блока оценки РЛХ соединен с входом передатчика, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы блока оценки РЛХ соединены соответственно с переключателем элементов передающей антенны, поворотной платформой, приводом приемной антенны, переключателем элементов приемной антенны, приемником.

Изобретение относится к локационным способам и средствам измерения глубин морских акваторий с помощью эхолотов. Способ определения расстояния от объекта до источника электромагнитного поля путем излучения электромагнитного поля звукового диапазона в направлении дна, приема отраженного сигнала, измерения промежутка времени между моментом излучения до момента приема сигнала и вычисления по полученным результатам глубины посредством эхолота, в котором дополнительно измеряют скорость звука в диапазоне 1400-1600 м/с, с разрешением 0,001 м/с на горизонте установки излучателя и приемной антенны, а также на n-горизонтах по глубине в фиксированных точках, включая придонный горизонт, посредством профилографа скорости звука, установленного на автономном аппарате типа «SONOBOT», при этом также измеряют температуру воды, гидростатическое давление в диапазоне 10, 50, 100, 300 и 600 бар и электропроводность в тех же фиксированных точках, в которых измеряют скорость звука.

Способ обзора пространства // 2610833

Изобретение относится к радиолокации и предназначено для построения обзорных радиолокационных станций с цифровыми антенными решетками. Достигаемый технический результат - уменьшение времени обзора и повышение точности измерения координат объектов.

Радиолокационная станция // 2609144

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для повышения вероятности обнаружения целей. Достигаемый технический результат - снижение уровня боковых лепестков корреляционной функции для любых зондирующих сигналов при априорно неизвестных характеристиках приемо-передающего тракта.

Способ классификации движущихся транспортных средств // 2608590

Изобретение относится к области радиосвязи. Техническим результатом является повышение надежности классификации движущихся транспортных средств, а также обеспечение возможности одновременно классифицировать несколько транспортных средств.

Способ определения местоположения объекта навигации // 2604871

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано в локальных навигационных системах и сетях для управления движением мобильных объектов в локальных зонах навигации.

Локальная фазовая разностно-дальномерная радионавигационная система // 2604652

Двухволновый адаптивный радиолокатор // 2599054

Изобретение относится к устройствам ближней радиолокации и предназначено главным образом для обнаружения низколетящей сосредоточенной цели или плавательных средств на фоне сигналов, отраженных от распределенной морской поверхности и образованных облучением этой поверхности радиосигналом радиолокатора.

Способ и устройство обеспечения безопасности моста // 2598803

Изобретение относится к области дорожного строительства, а именно к системам безопасности мостов. Технический результат - обеспечение защиты моста со стороны акватории и контроль ситуации на мостах большой протяженности.

Фазоразностный способ определения местоположения объекта навигации // 2597007

Устройство измерения флуктуаций набега фазы и углов прихода микроволн // 2595247

Изобретение относится к области техники электрических измерений и может быть использовано при изучении распространения микроволн на открытых атмосферных трассах. В основу изобретения поставлена задача увеличения точности измерения флуктуации набега фаз и углов прихода микроволн, при исследовании их распространения от одной точки измерительной трассы к другой.

Широкополосный измерительный приемник излучения миллиметрового диапазона с независимой калибровкой // 2616721

Устройство предназначено для измерения плотности потока энергии электромагнитного излучения в миллиметровом диапазоне длин волн и может быть также использовано в качестве образцового приемника для калибровки средств измерения.

Способ измерения эффективной поверхности рассеяния объектов в экспресс-режиме в условиях естественного фона радиолокационными средствами и устройство для его осуществления // 2616596

Изобретение относится к области определения радиолокационных характеристик объектов - эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) в режиме экспресс-анализа в условиях естественной фоновой обстановки штатными (принятыми в эксплуатацию), например, корабельными радиолокационными средствами и штатным надувным радиолокационным отражателем в реальных морских условиях.

Устройство для измерения эффективной площади рассеяния радиолокационных объектов // 2616586

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при измерении эффективной площади рассеяния различных объектов радиолокации, соизмеримых и меньших длины волны.

Реверберационная камера // 2614454

Изобретение относится к радиотехническому испытательному оборудованию, предназначенному для проведения стендовых испытаний ракетных двигателей космических аппаратов, в частности для измерения электромагнитного излучения.

Установка для измерения эффективной площади рассеяния радиолокационных целей // 2610007

Установка для измерения эффективной площади рассеяния радиолокационных целей на моделях содержит: передатчик, приемник, двойной волноводный тройник, комплексную переменную нагрузку, приемно-передающую антенну, опору модели и компенсационную опору.

Пироэлектрический детектор миллиметрового излучения (варианты) // 2606516

Изобретение относится к технике измерений, в частности к измерению интенсивности электромагнитного излучения с пространственным и поляризационным разрешением. Пироэлектрический детектор миллиметрового излучения выполнен на основе пироэлектрической пленки с системой считывания сигнала, в котором на поверхности пироэлектрической пленки размещен ультратонкий резонансный поглотитель, состоящий из диэлектрической пленки, с одной стороны которой, обращенной к падающему излучению, выполнен металлизированный топологический рисунок, образующий частотно избирательную поверхность и обеспечивающий поглощение на заданной длине волны миллиметрового излучения, а с обратной стороны нанесен сплошной слой с металлической проводимостью, который имеет с пироэлектрической пленкой надежный физический контакт, обеспечивающий эффективную передачу тепловой волны от поглотителя к пироэлектрической пленке.

Радиоизмерительная установка для измерения эффективной площади рассеяния модели радиолокационных целей // 2598770

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для измерения эффективной площади рассеяния (ЭПР) радиолокационных целей на уменьшенных моделях. Установка содержит передатчик, разделитель излучаемого и принимаемого сигналов, комплексную переменную волноводную нагрузку, приемник сигнала поля вторичного излучения модели и приемно-передающая антенну, безэховую камеру (БЭК), в окне торца которой установлена антенна электрической осью соосно продольной оси БЭК.

Устройство исследования электромагнитного поля вторичных излучателей // 2595797

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано при решении проблемы электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств, а также исследованию параметров вторичного излучения различных сред.

Система датчиков для магнитотеллурического зондирования земли // 2594641

Изобретение относится к геофизике. Сущность: система датчиков электрического и магнитного поля для измерения магнитотеллурического поля Земли состоит из двух пар заглубленных электродов с единой базой L.

Способ увеличения дальности действия и увеличения точности измерения расстояния системы радиочастотной идентификации и позиционирования // 2594345

Способ увеличения дальности действия и увеличения точности измерения расстояния системы радиочастотной идентификации и позиционирования может быть использован, например, при идентификации управлении движением подвижных объектов. Новым в способе измерения дальности является использование в измерительной станции двух антенн круговой поляризации, работающих одна на излучение, другая на прием.

Способ оценки параметров побочного электромагнитного излучения от элементов средств вычислительной техники // 2617453

Изобретение предназначено для оценки параметров побочных электромагнитных излучений (ПЭМИ) от элементов средств вычислительной техники (СВТ) при определении электромагнитной совместимости, а также может быть использовано при выявлении технических каналов утечки (ТКУИ) за счет ПЭМИ посредством определения зон разведдоступности. Из последовательности импульсов, циркулирующих в исследуемом интерфейсе при различных режимах работы, выделяются и накапливаются мгновенные значения смеси принимаемого импульсного сигнала и помехи на интервалах времени нарастания и спада фронтов импульсов, затем на основе полученных данных выполняется ортогональное дискретное разложение накопленного массива дискретных отсчетов и вычисляются отношения коэффициентов разложения, по которым определяются наличие и значения амплитуд частотных составляющих в спектре излучаемых побочных электромагнитных излучений. Технический результат заключается в повышении точности определения амплитудных составляющих спектра побочных электромагнитных излучений. 4 ил.