Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов



Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов
Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов
Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов
Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов
Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов
Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов
Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов
Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов
Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов
Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов
Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов
Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов
Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов
Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов
Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов

Владельцы патента RU 2713501:

Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Всероссийский научно-исследовательский институт радиоаппаратуры" (АО "ВНИИРА") (RU)

Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов относится к радиолокации и может быть использовано для разработки и совершенствования устройств обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов. Достигаемый технический результат - повышение разрешающей способности по скорости при обнаружении летательных аппаратов. Указанный результат достигается введением блока весовой обработки эхо-сигналов и блока весовой обработки эталонного сигнала. 6 ил.

 

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для разработки и модернизации устройств доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов, что обеспечивает повышение тактико-технических характеристик и эффективности использования первичных радиолокационных станций (РЛС).

В радиолокационных станциях, работающих в импульсном режиме, повышение разрешающей способности по дальности (при сохранении энергии сигнала) может быть достигнуто благодаря использованию внутриимпульсной модуляции, в частности, фазовой манипуляции и последующей обработкой (сжатием по времени) отраженных радиолокационных сигналов. При этом большая длительность радиоимпульсов обеспечивает энергию сигнала, необходимую для обнаружения летательных аппаратов (ЛА), а внутриимпульсная фазовая манипуляция и сжатие - заданное разрешение по дальности.

В настоящее время широкое распространение получило использование сигналов с фазовой манипуляцией 0-π между временными элементами длинного радиоимпульса, выполненной в соответствии с кодами Баркера. Последующая оптимальная или подоптимальная обработка таких сигналов обеспечивает их сжатие по времени до величины, соответствующей длительности одного элемента [1].

Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов является составной частью приемопередающего тракта РЛС и обеспечивает когерентное накопление и доплеровскую фильтрацию фазоманипулированного (ФМ) сигнала с повышенным разрешением по скорости ЛА, а также сжатие ФМ сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов, выбранное в качестве прототипа [2] (фиг. 1), содержащее схему стробирования (1), запоминающее устройство (2), подоптимальные фильтры (30÷3N-1), где N - количество доплеровских каналов, блок доплеровского накопления (4) и формирователь эталонного сигнала (5) с соответствующими связями.

При сжатии ФМ сигнала подавление боковых лепестков обеспечивается при соответствии спектра обрабатываемого сигнала коэффициенту передачи подоптимального фильтра устройства обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов в спектральной области. Однако в реальной аппаратуре коэффициент передачи приемо-передающего тракта РЛС вносит искажения в спектр сигнала, что может привести к ухудшению характеристик его сжатия.

С целью компенсации искажений ФМ сигнала импульсная характеристика (ИХ) подоптимального фильтра устройства обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов формируется с использованием оценки параметров зондирующего сигнала, прошедшего через приемопередающий тракт РЛС (эталонного сигнала), что позволяет автоматически подстраивать подоптимальный фильтр под искажения эхо-сигнала. При этом коэффициент передачи подоптимального фильтра в спектральной области соответствует спектру эхо-сигнала, т.к. эталонный и эхо-сигналы проходят через один и тот же приемо-передающий тракт.

Импульсная характеристика подоптимального фильтра при отсутствии доплеровского сдвига частоты имеет вид

где λ(n) - ИХ подоптимального фильтра при отсутствии доплеровского сдвига частоты; - элементарный (немодулированный) импульс; n - номер дискреты (отсчета); ns - количество дискрет в одном элементе ФМ сигнала; δ(n) - дельта-функция; F и F-1 - операторы соответственно прямого и обратного дискретных преобразований Фурье; - ИХ кодирующего фильтра; ai=±1; nB - количество элементов ФМ сигнала.

Доплеровский набег фазы принятого сигнала за время Tp, равное длительности одного элемента ФМ сигнала, определяется выражением

ΔϕDDTp=2vRTpC,

где ΔϕD - доплеровский набег фазы принятого сигнала; Tp - длительность одного элемента ФМ сигнала; ƒD - доплеровский сдвиг частоты; λC - длина волны излучаемого сигнала; vR - радиальная скорость движения цели.

Импульсная характеристика подоптимального фильтра с учетом доплеровского сдвига частоты имеет вид

где λD(n) - ИХ подоптимального фильтра с учетом доплеровского сдвига частоты; T - период дискретизации сигнала; j - мнимая единица; * - символ свертки.

Устройство - прототип работает следующим образом: на вход 1 схемы стробирования (1) с цифрового фазового детектора приемного тракта РЛС поступает входной сигнал: в моменты времени, соответствующие излучению зондирующих импульсов, поступают отсчеты эталонного сигнала, в остальные моменты времени - отсчеты эхо-сигнала. На вход 2 схемы стробирования (1) с синхронизатора в моменты времени, соответствующие излучению зондирующих импульсов, поступает сигнал Строб. При этом с выхода 4 схемы стробирования (1) эталонный сигнал поступает на вход 1 запоминающего устройства (2) и записывается в запоминающее устройство (2) по синхросигналу, поступающему на вход 2 запоминающего устройства (2).

В остальные моменты времени с выхода 3 схемы стробирования (1) эхо-сигнал поступает на блок доплеровского накопления (4). С выходов 2÷(N+1) блока доплеровского накопления (4) на входы 1 подоптимальных фильтров 30÷3N-1, образующих N доплеровских каналов, поступает эхо-сигнал 1.

Каждый доплеровский канал настроен на эхо-сигналы с доплеровским сдвигом частоты, равным где ƒDi - доплеровский сдвиг частоты, соответствующий i-ому доплеровскому каналу; ƒDmax - доплеровский сдвиг частоты, соответствующий (N-1)-ому доплеровскому каналу; i=0÷(N-1) - номер доплеровского канала.

Эталонный сигнал, записанный в запоминающее устройство (2), поступает в виде запомненного эталонного сигнала на выход 3 запоминающего устройства (2). Запомненный эталонный сигнал без доплеровского сдвига частоты κ(n) поступает с выхода 3 запоминающего устройства (2) на вход 1 формирователя эталонного сигнала (5).

С выходов 2÷(N+1) формирователя эталонного сигнала (5) на входы 2 подоптимальных фильтров 30÷3N-1, образующих N доплеровских каналов, поступает эталонный сигнал 1

κiD(n)=κ(n)ехр(2πjƒDinT),

где i=0÷(N-1), κiD(n) - эталонный сигнал 1 в i-ом доплеровском канале;

κ(n) - эталонный сигнал без доплеровского сдвига частоты.

В каждом подоптимальном фильтре 30, 31, …, 3N-1 выполняется сжатие эхо-сигнала 1 из i-го доплеровского канала с эталонным сигналом 1, соответствующим доплеровскому сдвигу частоты ƒDi.

Использование N подоптимальных фильтров позволяет выполнять сжатие ФМ сигнала с учетом доплеровского сдвига частоты, что обеспечивает сохранение характеристик эффективности сжатия сигналов, отраженных от движущихся ЛА.

Импульсная характеристика подоптимальных фильтров 30, 31, …, 3N-1 с учетом доплеровского сдвига частоты имеет вид

где i=0÷(N-1), λDi(n) - ИХ подоптимальных фильтров 30, 31, …, 3N-1.

Выходы подоптимальных фильтров 30÷3N-1 являются выходами устройства обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов.

На фиг. 2 показано распределение по доплеровским каналам эхо-сигнала с доплеровским сдвигом частоты ƒDi (i=63, N=128), соответствующим 63-ему доплеровскому каналу.

В блоке доплеровского накопления (4) по каждому из элементов дальности осуществляется N - точечное дискретное преобразование Фурье (ДПФ). В результате этой процедуры, для каждого из элементов разрешения по дальности формируется массив, содержащий N спектральных линий доплеровской частоты. Из-за конечного количества точек ДПФ, в результате выполнения операции дискретного преобразования Фурье будут иметь место краевые эффекты. В результате эхо-сигнал 1 на выходах 2÷(N+1) блока доплеровского накопления (4) искажается, что приводит к снижению разрешающей способности по скорости. При этом сильный эхо-сигнал одного ЛА может искажать или полностью маскировать слабый эхо-сигнал другого ЛА (при попадании эхо-сигналов на один и тот же элемент разрешения по дальности).

На фиг. 3 показано искажение эхо-сигнала 1 с доплеровским сдвигом частоты соответствующим среднему положению между 63-им и 64-ым доплеровскими каналами.

На фиг. 4 приведено искажение эхо-сигнала 1 в логарифмическом масштабе. Как следует из фиг. 4, относительный уровень эхо-сигнала при отстройке на 2 доплеровских канала (по сравнению с его пиковым уровнем на 63 доплеровском канале) составил около минус 14 дБ, при отстройке на 63 доплеровских канала - минус 38 дБ. Следовательно, данное устройство обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов не обеспечивает сохранение характеристик эффективности сжатия в части разрешающей способности по скорости.

Задачей создания изобретения является увеличение разрешающей способности по скорости ЛА.

Указанная задача достигается тем, что в устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов, содержащее схему стробирования (1), запоминающее устройство (2), блок доплеровского накопления (4), подоптимальные фильтры (30÷3N-1), где N - количество доплеровских каналов, формирователь эталонного сигнала (5) с соответствующими связями, дополнительно введены блок весовой обработки эхо-сигналов (6) и блок весовой обработки эталонного сигнала (7), которые обеспечивают значительное снижение уровня указанных сигналов в соседних доплеровских каналах, причем третий выход схемы стробирования (1) соединен со входом блока весовой обработки эхо-сигналов (6), выход которого соединен с блоком доплеровского накопления (4), третий выход запоминающего устройства (2) соединен со входом блока весовой обработки эталонного сигнала (7), выход которого соединен с формирователем эталонного сигнала (5).

На фиг. 5 приведена функциональная схема предлагаемого устройства доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов.

Предлагаемое устройство работает следующим образом: на вход 1 схемы стробирования (1) с цифрового фазового детектора приемного тракта РЛС поступает входной сигнал: в моменты времени, соответствующие излучению зондирующих импульсов, поступают отсчеты эталонного сигнала, в остальные моменты времени - отсчеты эхо-сигнала. На вход 2 схемы стробирования (1) с синхронизатора в моменты времени, соответствующие излучению зондирующих импульсов, поступает сигнал Строб. При этом с выхода 4 схемы стробирования (1) эталонный сигнал поступает на вход 1 запоминающего устройства (2) и записывается в запоминающее устройство (2) по синхросигналу, поступающему на вход 2 запоминающего устройства (2).

В остальные моменты времени с выхода 3 схемы стробирования (1) эхо-сигнал поступает на блок весовой обработки эхо-сигналов (6). С выхода блока весовой обработки (6) эхо-сигнал поступает на вход блока доплеровского накопления (4). С выходов 2÷(N+1) блока доплеровского накопления (4) на входы 1 подоптимальных фильтров 30÷3N-1, образующих N доплеровских каналов, поступает эхо-сигнал 1.

Эталонный сигнал, записанный в запоминающее устройство (2), поступает в виде запомненного эталонного сигнала на выход 3 запоминающего устройства (2). Запомненный эталонный сигнал без доплеровского сдвига частоты κ(n) поступает с выхода 3 запоминающего устройства (2) на вход блока весовой обработки эталонного сигнала (7), с выхода которого эталонный сигнал поступает на вход 1 формирователя эталонного сигнала (5).

С выходов 2÷(N+1) формирователя эталонного сигнала (5) на входы 2 подоптимальных фильтров 30÷3N-1, образующих N доплеровских каналов, поступает эталонный сигнал 1.

Выходы подоптимальных фильтров 30÷3N-1 являются выходами устройства доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов.

На фиг. 6 в логарифмическом масштабе показано распределение по доплеровским каналам выходного сигнала устройства доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов (при использовании весового окна Кайзера [3] с параметром β=4; доплеровский сдвиг частоты сигнала При этом относительный уровень выходного сигнала при отстройке на 2 доплеровских канала (по сравнению с его пиковым уровнем на 63 доплеровском канале) составил не более минус 39 дБ, а при отстройке на 63 доплеровских канала - минус 57 дБ; энергетические потери от оконного взвешивания - не более 1 дБ.

Из сравнения фиг. 4 и фиг. 6 следует, что предлагаемое устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов обеспечивает увеличение разрешающей способности по скорости, выражающееся в значительном снижении уровня выходного сигнала в соседних доплеровских каналах относительно предложенного в [2] технического решения (приблизительно на 25 дБ и 19 дБ при отстройке соответственно на 2 и 63 доплеровских канала).

Эффективность устройства доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов подтверждена при его использовании в аппаратуре первичной обработки информации, разработанной на предприятии.

Использование устройства доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов в аппаратуре первичной обработки информации позволило значительно повысить разрешающую способность по скорости и снизить уровень выходного сигнала в соседних доплеровских каналах (приблизительно на 25 дБ и 19 дБ при отстройке соответственно на 2 и 63 доплеровских канала).

ЛИТЕРАТУРА

1 Теоретические основы радиолокации. М.: Советское радио, 1970 / Под ред. Ширмана Я.Д. - с. 137-139.

2 Патент 2628405 (РФ). Устройство обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов. Опубл. в бюллетене, 2017. №23.

3 Kaiser, J.F., "Nonrecursive Digital Filter Design Using the I0 - sinh Window Function, "Proc. 1974 IEEE Symp. Circuits and Systems, (April 1974), pp. 20-23.

Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов, содержащее схему стробирования, запоминающее устройство, N подоптимальных фильтров, где N - количество доплеровских каналов, блок доплеровского накопления, формирователь эталонного сигнала, причем на первый вход схемы стробирования с цифрового фазового детектора поступает входной сигнал, на второй вход схемы стробирования с синхронизатора поступает сигнал Строб, четвертый выход схемы стробирования соединен с первым входом запоминающего устройства, на второй вход которого поступает синхросигнал, выходы 2÷(N+1) блока доплеровского накопления соединены с первыми входами подоптимальных фильтров, выходы формирователя эталонного сигнала 2÷(N+1) соединены со вторыми входами N подоптимальных фильтров, причем выходы подоптимальных фильтров являются выходами устройства, отличающееся тем, что в него дополнительно введены блок весовой обработки эхо-сигналов, вход которого соединен с третьим выходом схемы стробирования, а выход - со входом блока доплеровского накопления, и блок весовой обработки эталонного сигнала, вход которого соединен с выходом запоминающего устройства, а выход - со входом формирователя эталонного сигнала.



 

Похожие патенты:

Изобретения относятся к радиотехнике и могут быть использованы для защиты от средств воздушного и космического радиомониторинга. Достигаемый технический результат - обеспечение затруднения определения местоположения (ОМП) земной станции (ЗС).

Изобретения относятся к области радиолокации и могут быть использованы в радиолокационных станциях (РЛС) для защиты от импульсных, в том числе, ответных помех. Достигаемый технический результат - компенсация импульсной помехи, при исключении компенсации сигналов, отраженных от цели.

Изобретения относятся к области радиолокации и могут быть использованы для контроля работоспособности радиолокационных станций (РЛС). Достигаемый технический результат - обеспечение контроля диаграммы направленности антенны, приемника и передатчика в процессе работы РЛС.

Изобретения относятся к области радиолокации и могут быть использованы для контроля работоспособности радиолокационных станций (РЛС). Достигаемый технический результат - обеспечение контроля диаграммы направленности антенны, приемника и передатчика в процессе работы РЛС.
Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано для встроенного контроля бортовых радиолокационных станций (БРЛС), установленных на летательных аппаратах.
Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано для встроенного контроля бортовых радиолокационных станций (БРЛС), установленных на летательных аппаратах.

Изобретение относится к приборным средствам проверки и технического обслуживания многоканальных радиолокационно-оптических систем и предназначено для юстировки радиолокационных и оптических каналов в составе объектов-носителей этих систем.

Изобретение относится к приборным средствам проверки и технического обслуживания многоканальных радиолокационно-оптических систем и предназначено для юстировки радиолокационных и оптических каналов в составе объектов-носителей этих систем.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для формирования сигнально-помеховой обстановки в интересах обоснования характеристик и параметров радиоэлектронных средств (РЭС) для оценки их электромагнитной совместимости и помехозащищенности.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к пассивным системам радиомониторинга, и, в частности, может быть использовано в системах местоопределения источников радиоизлучения (ИРИ).

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для использования в импульсно-доплеровских (ИД) радиолокационных станциях (РЛС), работающих с высокой частотой повторения (ВЧП) импульсов в режиме разрешения близкорасположенных целей.

Мобильная когерентная радиолокационная система (МКРЛС) относится к области радиолокационных систем, в частности к многопозиционным радиолокационным станциям. Достигаемый технический результат - повышение помехозащищенности, обнаружение и оценка координат воздушных объектов, характеризующихся малой эффективной отражающей поверхностью, таких как беспилотные летательные аппараты.

Изобретение относится к области цифровой обработки радиолокационных сигналов и может быть использовано в радиолокационной станции (РЛС) для формирования достоверных оценок радиальных функционально связанных координат (ФСК) взаимного перемещения летательных аппаратов (ЛА) группы и подвижного объекта (ПО), а также распознавания варианта наведения ПО на один из ЛА группы.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для межпозиционного отождествления результатов измерений и определения координат воздушных целей в многопозиционной радиолокационной системе (МПРЛС) в условиях многоцелевой обстановки.

Изобретение относится к методам радиолокационного обнаружения малозаметных целей и может быть использовано для получения многолучевого режима в типовой импульсно-доплеровской радиолокационной станции (РЛС) с пассивной фазированной антенной решеткой (ФАР) или для дополнительного кратного увеличения числа лучей в многолучевой РЛС с активной ФАР.

Изобретение относится к радиолокации и может использоваться в радиотехнических системах непрерывного излучения, установленных на подвижных объектах, для получения радиолокационного изображения (РЛИ) в процессе дистанционного зондирования земной (водной) поверхности.

Изобретение относится к области радиолокационного зондирования с использованием одиночных сверхширокополосных (СШП) сигналов и может быть использовано при зондировании нескольких близкорасположенных объектов, например групповой воздушной цели в составе нескольких самолетов.

Изобретение относится к области радиолокационного зондирования с использованием одиночных сверхширокополосных (СШП) сигналов и может быть использовано при зондировании нескольких близкорасположенных объектов, например групповой воздушной цели в составе нескольких самолетов.

Способ радиолокационного обнаружения траектории цели относится к области радиолокации, конкретно к способам обнаружения движущихся воздушных целей активными наземными или бортовыми радиолокационными станциями (РЛС), и может использоваться в РЛС обнаружения воздушных целей, осуществляющих последовательный регулярный обзор заданной области пространства.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиолокационных и гидроакустических системах при организации комбинированных каналов связи в морских условиях.

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для использования в импульсно-доплеровских (ИД) радиолокационных станциях (РЛС), работающих с высокой частотой повторения (ВЧП) импульсов в режиме разрешения близкорасположенных целей.

Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов относится к радиолокации и может быть использовано для разработки и совершенствования устройств обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов. Достигаемый технический результат - повышение разрешающей способности по скорости при обнаружении летательных аппаратов. Указанный результат достигается введением блока весовой обработки эхо-сигналов и блока весовой обработки эталонного сигнала. 6 ил.

Наверх