Гомодинный радиолокатор

Авторы патента:

Коновальцев Антон Вячеславович (RU)

Нуждин Владимир Михайлович (RU)

Ананенков Андрей Евгеньевич (RU)

Расторгуев Владимир Викторович (RU)

Соколов Павел Владимирович (RU)

G01S13/08 - системы, предназначенные только для измерения дальности (косвенное измерение G01S 13/46)

Владельцы патента RU 2626405:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) (RU)

Изобретение относится к области радиолокации, а именно к гомодинным радиолокаторам. Достигаемый технический результат - уменьшение динамического диапазона принимаемых сигналов, а также упрощение радиолокатора. Указанный результат достигается за счет того, что гомодинный радиолокатор содержит приемно-передающую антенну, генератор зондирующего сигнала, циркулятор, смеситель, усилитель, амплитудный модулятор, генератор функции временного окна, усилитель с квадратурной амплитудно-частотной характеристикой, определенным образом соединенные между собой. 5 ил.

Изобретение относится к области радиолокации, а именно к гомодинным радиолокаторам.

Известен гомодинный радиолокатор, содержащий генератор зондирующего сигнала, выход которого соединен через циркулятор с приемно-передающей антенной, смеситель, один вход которого соединен с приемно-передающей антенной, а второй - с выходом генератора зондирующего сигнала.

Недостатком известного радиолокатора являются: чрезвычайно большой динамический диапазон выходных сигналов радиолокатора, при котором не будет работать аналогово-цифровой преобразователь (АЦП); малое быстродействие, узкие функциональные возможности.

С целью исключения указанных недостатков предложенный радиолокатор дополнительно содержит последовательно соединенные с выходом смесителя усилитель, амплитудный модулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора функции временного окна, и усилитель с квадратичной амплитудно-частотной характеристикой, выход которого соединен с выходом радиолокатора.

Использование изобретения позволит уменьшить динамический диапазон выходных сигналов радиолокатора, сделать минимальной «слепую» зону радиолокатора, осуществить сжатие (на 2 и более порядков) полосы частот широкополосного зондирующего сигнала (ЗС) и тем самым упростить аналоговую и цифровую части структуры радиолокатора, минимизировать его стоимость.

Суть изобретения поясняется Фигурами 1-6.

На Фиг. 1 изображена структурная схема гомодинного радиолокатора, где приняты следующие обозначения:

1. Генератор зондирующего сигнала

2. Циркулятор

3. Приемно-передающая антенна

4. Смеситель

5. Усилитель

6. Амплитудный модулятор

7. Усилитель с квадратичной амплитудно-частотной характеристикой

8. Генератор функции временного окна

На Фигуре 2 представлен закон изменения частоты зондирующего и принятого сигналов.

На Фигуре 2 обозначено:

ƒ₀ - несущая частота ЗС, ƒ - частота, t - время,

ƒ_б - частота биений, прямо пропорциональная дальности до объекта R,

ƒ_min и ƒ_max - минимальная и максимальная частота ЛЧМ зондирующего сигнала,

Δƒ_Д - девиация частоты ЗС,

t_R - временная задержка отраженного сигнала, пропорциональная дальности до объекта R,

T_м - период модуляции ЗС.

На Фигуре 3 представлен спектр сигнала биений без S₁(f) и с учетом S₂(f) частотной коррекции.

На Фигуре 4 представлен спектр сигнала биений S(f) и спектр сигнала биений, модулированный функцией временного окна S_mod(f).

На Фигуре 5 представлен спектр сигнала биений без S₃(f) с учетом S₁(f) преобразований.

Гомодинный радиолокатор работает следующим образом.

Выходной сигнал генератора ЗС 1 (Фиг. 1), частота которого с помощью частотного модулятора и генератора модулирующего сигнала управляется по закону непрерывной линейной частотной модуляции (ЛЧМ) (Фиг. 2), соединен со входом первого плеча циркулятора 2. С выхода второго плеча циркулятора 2 сигнал подается на приемно-передающую антенну 3 и излучается в пространство.

Отраженный от объекта сигнал принимается приемно-передающей антенной 3, с выхода которой через второе и третье плечи циркулятора 2 этот сигнал поступает на первый вход смесителя 4. Сигнал просачки генератора зондирующего сигнала 1 через первое и третье плечи циркулятора 2 поступает на второй вход смесителя 4. Смеситель 4 осуществляет перемножение входного отраженного от объекта сигнала с опорным сигналом генератора зондирующего сигнала 1 (сигналом просачки), прошедшего в обратном направлении с первого на третье плечо циркулятора 2.

Учитывая низкий уровень сигналов, отраженных от объектов с малой величиной эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) - S_эф, выходной сигнал смесителя 4 (сигнал биений) сначала усиливается в малошумящем усилителе 5 (усилителе с малой величиной коэффициента шума).

Для реализации частотного эспандирования и уменьшения динамического диапазона сигнала биений в гомодинном радиолокаторе используется зависимость интенсивности принятых сигналов от дальности (пропорциональной частоте биений), путем применения нелинейной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) усилителя 7. Наиболее просто реализуется квадратичная (по амплитуде) частотная характеристика. Поэтому применение усилителя сигнала биений 7 с квадратичной АЧХ выравнивает мощность сигналов, принятых от объектов, расположенных на различных дальностях и имеющих одинаковую величину S_эф. При этом динамический диапазон всех сигналов сужается до динамического диапазона наблюдаемой сцены (Фиг. 3).

Однако кроме отмеченного положительного эффекта сужения динамического диапазона возникает проблема возрастания уровня боковых лепестков функции неопределенности ЛЧМ зондирующего сигнала. Это возрастание создает существенные помехи на радиолокационном изображении сцены - пространственную засветку экрана по дальности, следующую за сигналом, который соответствует отражению от объекта.

Для устранения этого эффекта, а также паразитной амплитудной модуляции генератора зондирующего сигнала в гомодинном радиолокаторе применяется амплитудный модулятор 6, в котором сигнал биений (Фиг. 4) модулируется по амплитуде функцией «временного окна» в виде функции: .

Несложно показать, что в этом случае огибающая спектра сигнала биений на выходе амплитудного модулятора 6 будет иметь вид функции:

где: ω_б - частота биений,

S(ω) - спектральная плотность сигнала биений.

В отличие от функции , огибающая спектра сигнала биений, модулированная функцией «временного окна» S_mod(ω), на выходе усилителя с квадратичной АЧХ 7 (Фиг. 4) имеет более широкий основной лепесток и боковые лепестки, которые спадают обратно пропорционально третьей степени частоты.

Таким образом, умножение сигнала в амплитудном модуляторе 6 на функцию окна приводит к компенсации сомножителя , и, следовательно, спектр огибающей сигнала биений будет иметь вид функции:

В результате в гомодинном радиолокаторе не будет наблюдаться нежелательного роста уровня боковых лепестков функции неопределенности ЛЧМ сигнала (Фиг. 5).

Таким образом, технический результат от использования предложенного технического решения заключается в упрощении радиолокатора, повышении его функциональных возможностей и снижении стоимости.

Изобретательский уровень предложенного технического решения подтверждается отличительной частью формулы изобретения.

Литература

1. Приемно-передающее устройство гомодинного радиолокатора. Кошуринов Е.И. Патент РФ №2189055 от 20.01.2000, МПК G01S 13/08, прототип.

Гомодинный радиолокатор, содержащий приемно-передающую антенну 3 и последовательно соединенные генератор зондирующего сигнала 1, циркулятор 2 и смеситель 4, выход приемно-передающей антенны 3 соединен через циркулятор 2 со вторым входом смесителя 4, а третий выход циркулятора 2 соединен с входом приемно-передающей антенны 3, отличающийся тем, что дополнительно содержит последовательно соединенные с выходом смесителя 4 усилитель 5, амплитудный модулятор 6, второй вход которого соединен с выходом генератора функции временного окна 8, и усилитель с квадратичной амплитудно-частотной характеристикой 7, выход которого соединен с выходом радиолокатора.

Изобретение относится к измерению дальности космического аппарата (КА), расположенного на геостационарной орбите. Достигаемый технический результат – повышение точности измерения дальности КА.

Способ обнаружения цели на заданной дальности // 2625170

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при создании бортовых датчиков обнаружения цели на заданных дальностях с использованием сверхширокополосных шумовых сигналов.

Способ определения дальности до отражающей поверхности // 2619086

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть применено при построении высотомеров малых высот летательных аппаратов, использующих в качестве зондирующих сигналов сверхкороткие импульсы.

Радиовысотомерная система с адаптацией к гладкой водной поверхности // 2605442

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в бортовых навигационных системах. Достигаемый технический результат - повышение устойчивости и точности измерения составляющих вектора путевой скорости летательного аппарата над гладкой водной поверхностью.

Способ измерения дальности цели в ближней радиолокации // 2597221

Изобретение относится к области ближней радиолокации, в частности к радиолокационным станциям (РЛС) ближнего действия, в которых применяются цифровые методы обработки сигналов.

Радиодальномер // 2594984

Изобретение относится к радиолокации и дальнометрии и может быть использовано в высокоточных радиолокационных и лазерных дальномерах, а в частности, в радиовысотомерах, автомобильных радарах безопасности, геодезических тахеометрах и 3-D сканнерах.

Устройство для определения направления и дальности до источника сигнала // 2562828

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пеленгаторам. Достигаемый технический результат - увеличение помехоустойчивости устройства.

Способ измерения высоты и радиовысотомер с непрерывным лчм сигналом, использующий способ // 2555865

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в бортовых радиовысотомерах. Достигаемый технический результат - повышение точности за счет снижения флюктуационной ошибки измерения высоты.

Способ измерения высоты и радиовысотомер с непрерывным лчм сигналом, использующий способ // 2552515

Изобретение относится к радиолокации протяженных целей и может быть использовано в бортовых радиовысотомерах. Достигаемый технический результат - обеспечение требуемой точности измерения при сниженных соотношениях сигнал : шум.

Блок радарного датчика обратного хода // 2541547

Изобретение относится к блоку радарного датчика обратного хода, используемого для автомобиля. Блок радарного датчика обратного хода содержит датчик, демпфирующее резиновое кольцо, размещенное на периферийной части датчика, основную крышку для приема передней части датчика и демпфирующего резинового кольца и верхнюю крышку.

Способ первичной импульсно-доплеровской дальнометрии целей на фоне узкополосных пассивных помех // 2641727

Изобретение относится к технике первичных дальностных измерений импульсно-доплеровских радиолокационных станций (ИД РЛС). Достигаемый технический результат - повышение помехоустойчивости первичной дальнометрии обнаруженной одиночной либо не разрешаемой по углу и скорости группы рассредоточенных по дальности целей, которые предварительно обнаружены на фоне интенсивных пассивных помех (ПП) с узкополосным энергетическим спектром, например отражений от подстилающей поверхности земли, местных предметов и малоскоростных метеообразований. Указанный результат достигается использованием в измерительном цикле зондирования адаптированных к фоноцелевой обстановке квазинепрерывных сигналов с оптимизированными параметрами модуляции и характеристиками приемообработки локационных сигналов. Благодаря этому обеспечивается типовая для ИД РЛС эффективная доплеровская селекция целей на фоне ПП с возможностью их первичной дальнометрии за один-два цикла зондирования с точностью, соизмеримой с точностью дальностных измерений нониусным методом с многократным перебором используемых частот повторения импульсов. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Способ измерения дальности // 2642430

Изобретение относится к области радиолокации и радионавигации. Достигаемый технический результат - увеличение диапазона однозначного измерения дальности за счет выбора некратных периодов повторения псевдослучайных последовательностей, который определяется как наименьшее общее кратное произведений числа символов одной последовательности на тактовую частоту другой. Сущность изобретения заключается в использовании сигнала с квадратурным уплотнением, синфазная и квадратурная компоненты которого манипулируются по фазе двоичными псевдослучайными последовательностями с различными периодами повторения.

Способ определения координат объекта // 2647496

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано для определения пространственных координат (ПК) объектов, стационарных или подвижных, и управления их движением в локальных зонах навигации. Достигаемый технический результат - обеспечение однозначного определения ПК без привлечения дополнительной информации. Указанный результат достигается за счет того, что системой n-х наземных станций передают радиосигналы в виде двух гармонических колебаний с соответственно заданными частотами и . Радиосигналы синхронизированно формируют заданным образом в едином центре в системе отсчета времени, связанной с ним, и передают по линиям связи на каждую станцию. При формировании и передаче радиосигналов обеспечивают выполнение заданных в способе условий. На объекте осуществляют прием совокупности аналоговых радиосигналов и преобразуют ее в соответствующую ей цифровую совокупность, каждый цифровой сигнал которой содержит две цифровые составляющие и . Для каждой из этих составляющих формируют квадратурные им цифровые компоненты и . По парам цифровых компонент и определяют в системе отсчета времени, связанной с объектом, моменты времен приема различных n-х радиосигналов и разности моментов времен приема различных двух n-х радиосигналов. По этим разностям и известным на объекте координатам фазовых центров антенн станций однозначно определяют относительные дальности до объекта от указанных фазовых центров антенн станций и по относительным дальностям однозначно определяют пространственные координаты фазового центра антенны объекта.