Способ формирования и обработки сигналов в многодиапазонных и многополосных радиолокационных системах
Владельцы патента RU 2684896:
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (RU)
Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в радиолокационных системах, использующих сигналы с фазокодовой манипуляцией, в том числе в радарах с синтезированной апертурой (РСА). Достигаемый технический результат - улучшение разрешающей способности. Указанный результат достигается за счет того, что в способе формирования и обработки сигналов в многодиапазонных и многополосных радиолокационных системах формируют исходный широкополосный сигнал и раскладывают его на N гармоник, используя преобразование Фурье. После переноса сигналов на высокую частоту проводят излучение на разных несущих частотах, их прием, запись и амплитудную и фазовую коррекцию. Далее восстанавливают исходный широкополосный сигнал, используя обратное преобразование Фурье. Улучшение разрешающей способности происходит в K раз, где K=(N+1)/2. 1 ил.
Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в радиолокационных системах, использующих сигналы с фазокодовой манипуляцией, в том числе в радарах с синтезированной апертурой (РСА). Повышение разрешающей способности радиолокационной системы достигается за счет способа формирования и обработки многополосных сигналов (как частный случай - многодиапазонные РСА), который обеспечивает работу системы в нескольких рабочих частотных полосах и последующее объединение принятых сигналов в один широкополосный, что позволяет существенно улучшить разрешающую способность системы.
Известна многофункциональная многодиапазонная масштабируемая радиолокационная система для летательных аппаратов, в данной системе реализована интеграция цифровых устройств в единый макромодуль, существует четыре приемных канала, которые с учетом применения соответствующих методов моноимпульсной пеленгации позволяет улучшить разрешающую способность по азимуту /1/. Однако, данная система не обеспечивает улучшение разрешающей способности по дальности, из-за не полностью эффективного использования суммарной рабочей полосы много диапазонной системы.
Также известен многодиапазонный вертолетный радиолокационный комплекс, который позволяет повышать точность измерения координат и вероятность обнаружения цели, сокращать время обзора воздушного пространства с увеличением зоны обзора по углу места и повысить электромагнитную устойчивость радиолокационного комплекса /2/. К недостаткам можно отнести, что данный комплекс содержит системы трех частотных диапазонов, которые не предназначены для использования единого сигнала для всех систем, что значительно сокращает возможности такой системы по улучшению характеристик.
Известен многодиапазонный радиолокационный комплекс, который содержит n≥2 радиолокационных модулей (РЛМ), за счет чего позволяет расширить функциональные возможности радиолокационного комплекса /3/. Недостатком такой системы является ограничение технических характеристик всей системы техническими характеристиками отдельного модуля, что не позволяет раскрыть весь потенциал использования много диапазонных систем.
В качестве прототипа выбран способ улучшения разрешающей способности по дальности скачкообразной перестройкой частоты, описанный патенте США 2018003802 /4/. Согласно приведенным утверждениям, способ заключается в излучении зондирующего импульса, содержащего набор подимпульсов с шаговой перестройкой частоты, согласно приведенным диаграммам шаг перестройки равен половине ширины спектра;
приеме одного или более отраженных импульсов, каждый из которых детектируется как цель, и для каждого сопоставляется диапазон по дальности;
когерентном интегрировании импульсов для каждого из поддиапазонов с итоговым расширением спектра сигнала и, соответственно, улучшением разрешения.
Описанный способ позволяет различить цели, исходно находящиеся в одном элементе разрешения по дальности, либо с большей точностью определить положение одной цели или форму крупногабаритной (по отношению к элементу разрешения) цели. Однако, к недостаткам данного способа можно отнести его непригодность для построения изображения местности методами синтеза апертуры, так как когерентное накопление происходит только для каждой детектированной цели, в то же время отклик от земной поверхности является непрерывным.
Задача изобретения - повышение разрешающей способности радиолокационной системы.
Это достигается способом формирования и обработки сигналов в многодиапазонных и многополосных радиолокационных системах, включающем формирование исходного широкополосного сигнала, свойства которого соответствуют требуемой разрешающей способности - полоса частот данного сигнала может быть существенно шире, чем мгновенная рабочая полоса системы, где он будет использоваться.
Способ формирования и обработки сигналов в многодиапазонных и многополосных радиолокационных системах, включающий формирование исходного широкополосного сигнала, который раскладывается на N гармоник, используя преобразование Фурье. После переноса сигналов на высокую частоту проводят излучение на разных несущих частотах. Далее отраженные сигналы принимаются, записываются, производится их амплитудная и фазовая коррекция и восстановление исходного широкополосного сигнала, используя обратное преобразование Фурье.
Исходный сигнал, используя разложение Фурье, раскладывается на N гармоник:
Значение, обратное D, является коэффициентом сжатия импульса (K). Огибающая узкополосного импульса служит оконной функцией, подавляющей побочные периоды восстановленного широкополосного сигнала. Количество гармоник в основной доле сигнала N:
N=2⋅K-1.
Данное число совпадает с количеством используемых поднесущих частот. Далее, полученные N сигналов переносятся на высокую частоту (ВЧ) и излучаются в пространство на соответствующих частотах. Принятые сигналы записываются, проходят амплитудную и фазовую коррекцию и восстанавливаются в один исходный широкополосный сигнал. Таким образом, свойства сигнала, полученного в результате применения описанного способа, будут соответствовать требуемой разрешающей способности по дальности, которая будет в K раз больше по сравнению с системой без применения представленного способа.
На фиг. 1 представлена структурная схема формирования и обработки сигналов в многодиапазонных и многополосных радиолокационных системах, где:
1 - формирование исходного широкополосного сигнала,
2 - разложение сигнала на N гармоник (БПФ),
3 - перенос на ВЧ и излучение сигнала 1,
4 - перенос на ВЧ и излучение сигнала 2,
5 - перенос на ВЧ и излучение сигнала N,
6 - прием и запись отраженного сигнала 1,
7 - прием и запись отраженного сигнала 2,
8 - прием и запись отраженного сигнала N,
9 - амплитудная и фазовая коррекция сигнала 1,
10 - амплитудная и фазовая коррекция сигнала 2,
11 - амплитудная и фазовая коррекция сигнала N,
12 - Восстановление исходного широкополосного сигнала (ОБПФ).
В качестве примера осуществления способа можно привести радиолокационную систему, работающую в Ku-частотном диапазоне и имеющую общую рабочую полосу частот антенной системы и аналоговых трактов равную 3 ГГц (12-15 ГГц), а мгновенную полосу работы не более 1 ГГц (что связано с ограничением цифровой обработки сигналов и сложностями в настройке широкополосных высокочастотных устройств), таким образом, разрешающая способность радиолокатора без применения описанного способа составляет порядка 30 см. При применение описанного способа формирования и обработки сигналов в многодиапазонных и многополосных радиолокационных системах формируется исходный сигнал с шириной спектра 3 ГГц, раскладывается на N=5 гармоник, излучаются 5 сигналов на центральных частотах: 12.5, 13, 13,5, 14, 14,5 ГГц. Каждый сигнал принимается, записывается и обрабатывается в соответствие с описанным способом. Итоговая разрешающая способность после применения описанного способа составляет порядка 10 см, что в 3 раза (K=3) больше по сравнению с исходной системой.
Также возможно применение описанного способа при объединении нескольких подсистем, например, описанная система может содержать второй блок антенн и аналоговых трактов для диапазона частот 14.5-18 ГГц, тогда исходный широкополосный сигнал будет иметь полосу частот 6 ГГц и раскладываться уже на N=11 гармоник, из которых 5 сигналов излучаются с использованием первой подсистемы (центральные частоты: 12.5, 13, 13,5, 14, 14,5 ГГц) и 6 сигналов во второй подсистеме (центральные частоты:15, 15.5, 16, 16.5, 17, 17.5 ГГц). Таким образом, наблюдается улучшение разрешающей способности в 6 раз (K=6).
Представленный способ, в отличие от прототипа, обладает большими возможностями по применению в системах с различными конфигурациями и имеет широкий ряд радиолокационных систем, где может быть применен для улучшения разрешающей способности.
Источники информации
1. Патент РФ 2496120.
2. Патент РФ 2497145.
3. Патент РФ 2346291.
4. Патент США 2018003802 - прототип.
Способ формирования и обработки сигналов в многодиапазонных и многополосных радиолокационных системах, включающий формирование исходного широкополосного сигнала, отличающийся тем, что сформированный исходный широкополосный сигнал раскладывается на N гармоник, используя преобразование Фурье, после переноса сигналов на высокую частоту проводят излучение на разных несущих частотах, прием и запись отраженных сигналов, их амплитудную и фазовую коррекцию, восстанавливают исходный широкополосный сигнал, используя обратное преобразование Фурье.
