Когерентный тракт радиолокационной станции с переменной (переключаемой) промежуточной частотой

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2751018:

Акционерное общество «Научно-производственное предприятие «Калужский приборостроительный завод «Тайфун» (RU)

Изобретение относится к радиолокационной технике и предназначено для использования в радиолокационных станциях для формирования приема, передачи и обработки радиосигналов, необходимых для работы радиолокационной аппаратуры. Технический результат состоит в упрощении построения когерентных радиолокационных и радионавигационных станций. Для этого используют гетеродин, опорный генератор, устройство управления и приемо-передающую антенну общих для обоих трактов – передающего и приемного, а также используют переменную первую промежуточную частоту. Когерентный тракт радиолокационной станции с переменной, переключаемой промежуточной частотой содержит узлы фильтрации и усиления первой и второй промежуточной частоты приемного тракта, устройство управления, первый преобразователь частоты приемного тракта, второй преобразователь частоты приемного тракта, формирователь модулирующего сигнала. 2 ил.

Уровень техники

Из уровня техники известны технические решения, относящиеся к технике обработки сигналов радиолокационных станций, построения когерентных радиолокационных и радионавигационных станций, а именно когерентного тракта радиолокационной станции с переменной (переключаемой) промежуточной частотой (далее когерентный тракт РЛС).

Решаемой задачей является:

- упрощение построения когерентных радиолокационных и радионавигационных станций, путем применения гетеродина, опорного генератора, устройства управления и приемо-передающую антенну общих для обоих трактов – передающего и приемного, а также применяя переменную первую промежуточную частоту.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, идентичных всем признакам заявляемого технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными признаками заявляемого устройства, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники и не подтверждена известность влияния отличительных признаков на заявляемое техническое решение. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявляемое техническое решение промышленно применимо, так как оно может быть использовано в военно-промышленном комплексе, и для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование и материалы.

Сущность изобретения состоит в том, что когерентный тракт РЛС фиг.1 содержит два тракта – передающий и приемный, а также гетеродин, опорный генератор, устройство управления и приемо-передающую антенну, которые являются общими для обоих трактов и работает следующим образом: внешние сигналы управления подаются на устройство управления 11, которое управляет частотой перестраиваемого гетеродина 12, режимами работы формирователя модулирующих сигналов 17 и формирователем опорной частоты для АЦП, в качестве опорного сигнала для перестраиваемого гетеродина 12 используются высокостабильные колебания от термостатированного кварцевого генератора 13, перестраиваемый гетеродин 12 формирует общую сетку частот для передающего и приемного трактов (f_ГЕТ), сформированный сигнал с выходов гетеродина подается на узел деления частоты, фильтрации и усиления сигнала гетеродина приемного тракта 7 и узел деления частоты, фильтрации и усиления сигнала гетеродина передающего тракта 14. Узлы 7 и 14 построены одинаково и выполняют функции усиления частоты гетеродина, деления на два и на три, сигнал частоты гетеродина, поделенный на три (f_ГЕТ/3) используется в качестве опорного сигнала формирователями 6 и 17, сигнал частоты гетеродина, поделенный на два (f_ГЕТ/2), используется в качестве гетеродинных сигналов (f_ГЕТ1_RX=f_ГЕТ/2 и f_ГЕТ1_TX=f_ГЕТ/2) во вторых преобразователях частоты 2 и 18 приемного и передающего трактов. Формирователь модулирующих сигналов 17 формирует на частоте f_ПЧ2_TX зондирующие сигналы с необходимой длительностью и заполнением импульса. Формирователь модулирующих сигналов 17 построен на синтезаторе частот непосредственного синтеза, аналогично, на синтезаторе частот непосредственного синтеза построен и формирователь опорной частоты для АЦП, на вход опорной частоты формирователей 6 и 17 подается изменяемый по частоте опорный сигнал (f_ГЕТ/3). Устройство управления при изменении опорного сигнала (f_ГЕТ/3) пересчитывает коэффициенты таким образом, чтобы опорная частота для АЦП и модулирующий сигнал (f_ПЧ2_TX) были постоянными по частоте, усиленный сигнал (f_ГЕТ) подается на умножители частоты 8 и 15 приемного и передающего трактов, в которых происходит умножение частоты гетеродина на 4 (4*f_ГЕТ). После усиления и фильтрации в узлах 9 и 16 сформированные сигналы первых гетеродинов (f_ГЕТ1_RX=4*f_ГЕТ и f_ГЕТ1_TX=4*f_ГЕТ) приемного и передающего трактов соответственно подаются на первые преобразователи частоты 4 и 20, с выхода первого преобразователя частоты передающего тракта 20 сформированный сигал на частоте излучения (f_сТ_X) подается на узел фильтрации и усиления выходного сигнала 21 для оконечного усиления и передачи в антенную систему 10 для излучения, принятый отраженный сигнал f_с_RX подается на узел защиты, фильтрации и усиления входного сигнала 5 и далее на преобразователь частоты (4), с выхода которого сигнал (f_ПЧ1_RX) подается на узел фильтрации и усиления первой промежуточной частоты приемного тракта (3). Далее сигнал (f_ПЧ1_RX) подается на второй преобразователь частоты приемного тракта (2), с выхода которого сигнал (f_ПЧ2_RX) подается на узел фильтрации и усиления второй промежуточной частоты приемного тракта (1). Далее сигнал (f_ПЧ2_RX) подается на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для дальнейшей обработки в цифровом виде.

Расчет частоты первых гетеродинов (f_ГЕТ1_TX и f_ГЕТ1_RX) в зависимости от частоты излучения (приема) для случая, приведенного на фиг. 1, где кратность между частотами гетеродинов составляет 8, в устройстве управления (11) осуществляется по формуле:

f _ГЕТ=(f_С–f_ПЧ2)/0,875 (1)

где f_С - частота излучения (приема);

f_ПЧ2 - вторая промежуточная частота.

В общем случае, когда кратность между частотами гетеродинов имеет произвольное значение формула (1) имеет следующий вид:

f _ГЕТ1=(f_С–f_ПЧ2)*N/(N-1) (2)

где N - кратность между частотами гетеродинов N=f_ГЕТ1/f_ГЕТ2; (3)

Расчет значения переменной первой промежуточной частоты относительно частоты сигнала для случая, приведенного на фиг. 1 осуществляется по формуле:

f _ПЧ1=(f_С–8f_ПЧ2)/7 (4)

В общем случае, когда кратность между частотами гетеродинов имеет произвольное значение формула (4) имеет следующий вид:

f _ПЧ1=(f_С–N*f_ПЧ2)/(N-1) (5)

Расчет необходимой полосы пропускания первой промежуточной частоты в зависимости от полосы излучения (приема) сигнала для случая, приведенного на фиг. 1 осуществляется по формулам:

B _ПЧ1=B_С/7 (6)

B _ПЧ=f_ПЧ1В-f_ПЧ1Н (7)

B _с=f_сВ-f_сН (8)

где: B_ПЧ1 - необходимая полоса пропускания первой промежуточной частоты, с учетом ее перестройки в зависимости от частоты излучения (приема) сигнала;

B_С - полоса частот излучаемого (принимаемого) сигнала;

f _сВ – верхнее значение частоты излучаемого (принимаемого) сигнала;

f _сН – нижнее значение частоты излучаемого (принимаемого) сигнала;

f _ПЧ1В – верхнее значение первой промежуточной частоты, соответствующее верхнему значению частоты излучаемого (принимаемого) сигнала;

f _ПЧ1Н – нижнее значение первой промежуточной частоты соответствующее нижнему значению частоты излучаемого (принимаемого) сигнала;

В общем случае, когда кратность между частотами гетеродинов имеет произвольное значение формула (6) имеет следующий вид:

B _ПЧ1=B_С/(N-1) (9)

Из формулы (9) следует, что при таком построении приемопередающего тракта полоса пропускания первой промежуточной частоты в (N-1) раз меньше чем полоса частот излучаемого (принимаемого) сигнала. При необходимости, полосу пропускания первой промежуточной частоты разбивают на несколько узких полос в соответствии с фиг. 2. Устройство управления 11 подключает соответствующий узкополосный фильтр в зависимости от частоты излучаемого (принимаемого) сигнала.

Когерентный тракт РЛС работает следующим образом, устройство управления управляет частотой перестраиваемого гетеродина, режимами работы формирователя модулирующих сигналов и формирователем опорной частоты для АЦП, перестраиваемый гетеродин формирует общую сетку частот для передающего и приемного трактов, сформированный сигнал с выходов гетеродина подается на узел деления частоты, фильтрации и усиления сигнала гетеродина приемного тракта и узел деления частоты, фильтрации и усиления сигнала гетеродина передающего тракта, которые выполняют функции усиления сигнала гетеродина, деления частоты на 2 и на 3, сигнал частоты гетеродина, поделенный на 3 используется в качестве опорного сигнала формирователями, сигнал частоты гетеродина поделенный на 2 (f_ГЕТ/2), используется в качестве гетеродинных сигналов (f_ГЕТ1_RX=f_ГЕТ/2 и f_ГЕТ1_TX=f_ГЕТ/2) во вторых преобразователях частоты приемного и передающего трактов, формирователь модулирующих сигналов формирует на частоте f_ПЧ2_TX зондирующие сигналы с необходимой длительностью и заполнением импульса, формирователь модулирующих сигналов и формирователь опорной частоты для АЦП построены на синтезаторах частот непосредственного синтеза, на вход опорной частоты которых подается изменяемый по частоте опорный сигнал (f_ГЕТ/3), устройство управления при изменении опорного сигнала (f_ГЕТ/3) пересчитывает коэффициенты таким образом, чтобы опорная частота для АЦП и модулирующий сигнал (f_ПЧ2_TX) были постоянными по частоте, усиленный сигнал (f_ГЕТ) подается на умножители частоты приемного и передающего трактов, в которых происходит умножение частоты гетеродина на 4 (4*f_ГЕТ), после усиления и фильтрации сформированные сигналы первых гетеродинов (f_ГЕТ1_RX=4*f_ГЕТ и f_ГЕТ1_TX=4*f_ГЕТ) приемного и передающего трактов соответственно подаются на первые преобразователи частоты, с выхода первого преобразователя частоты передающего тракта сформированный сигал на частоте излучения (f_сТ_X) подается на узел фильтрации и усиления выходного сигнала для оконечного усиления и передачи в антенную систему для излучения, принятый отраженный сигнал f_с_RX подается на узел защиты, фильтрации и усиления входного сигнала и далее на преобразователь частоты, с выхода которого сигнал (f_ПЧ1_RX) подается на узел фильтрации и усиления первой промежуточной частоты приемного тракта, далее сигнал (f_ПЧ1_RX) подается на второй преобразователь частоты приемного тракта, с выхода которого сигнал (f_ПЧ2_RX) подается на узел фильтрации и усиления второй промежуточной частоты приемного тракта, далее сигнал (f_ПЧ2_RX) подается на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для дальнейшей обработки в цифровом виде, при изменении частоты излучения, изменяется первая промежуточная частота, значение которой вычисляется по приведенным формулам и подключается соответствующий фильтр для узкополосной фильтрации сигнала как в приемном, так и передающем трактах.

Сущность изобретения поясняется также схемами, изображенными на фиг.1, 2. На фиг.1 показана функциональная схема когерентного тракта РЛС, состоящая из следующих узлов:

1- узел фильтрации и усиления второй промежуточной частоты приемного тракта f_ПЧ2,

2 - второй преобразователь частоты приемного тракта,

3 - узел фильтрации и усиления первой промежуточной частоты приемного тракта f_ПЧ1,

4 - первый преобразователь частоты приемного тракта,

5- узел защиты, фильтрации и усиления входного сигнала,

6 - формирователь опорной частоты для АЦП (аналого-цифрового преобразователя),

7 - узел деления частоты, фильтрации и усиления сигнала гетеродина приемного тракта,

8 - узел умножения частоты гетеродина приемного тракта на четыре,

9 - узел фильтрации и усиления учетверенной частоты гетеродина приемного тракта,

10 - антенная система,

11 - устройство управления,

12 – перестраиваемый гетеродин,

13 - генератор опорной частоты,

14 - узел деления частоты, фильтрации и усиления сигнала гетеродина передающего тракта,

15 - узел умножения частоты гетеродина передающего тракта на четыре,

16 - узел фильтрации и усиления учетверенной частоты гетеродина передающего тракта, 17 - формирователь модулирующего сигнала (ЛЧМ, ФКМ и др.),

18 - второй преобразователь частоты передающего тракта,

19 - узел фильтрации и усиления первой промежуточной частоты передающего тракта (f_ПЧ1),

20 - первый преобразователь частоты передающего тракта,

21 - узел фильтрации и усиления выходного сигнала.

На фиг. 2 показана схема фильтрования первой промежуточной частоты, используя два переключателя (1 и 2) соответствующего диапазона частот и набора узкополосных фильтров, перекрывающих по частоте необходимую полосу пропускания первой промежуточной частоты, подключая соответствующий фильтр (1, 2…N), центральная частота которого, рассчитана по формуле (4) в зависимости от частоты излучения (приема) сигнала.

Когерентный тракт радиолокационной станции с переменной, переключаемой промежуточной частотой, содержащий в приемном тракте последовательно соединенные первый преобразователь промежуточной частоты, первый узел фильтрации и усиления промежуточной частоты, второй преобразователь частоты и второй узел фильтрации и усиления промежуточной частоты, а в передающем тракте последовательно соединенные формирователь модулирующего сигнала, первый преобразователь промежуточной частоты, первый узел фильтрации и усиления промежуточной частоты, второй преобразователь промежуточной частоты и второй узел фильтрации и усиления промежуточной частоты, выход которого соединен со входом антенной системы, выход которой через узел защиты, фильтрации и усиления входного сигнала соединен со входом первого преобразователя промежуточной частоты приемного тракта, а также устройство управления и генератор опорной частоты, отличающийся тем, что введены перестраиваемый гетеродин, один выход которого соединен в передающем тракте с последовательно соединенными узлом деления частоты, фильтрации и усиления сигнала гетеродина, узлом умножения частоты гетеродина на четыре, выход которого подключен к гетеродинному входу второго преобразователя промежуточной частоты, второй и третий выходы узла деления частоты, фильтрации и усиления сигнала гетеродина соединены с гетеродинными входами формирователя модулирующего сигнала и первого преобразователя промежуточной частоты, второй выход перестраиваемого гетеродина соединен в приемном тракте с последовательно соединенными узлом деления частоты, фильтрации и усиления сигнала гетеродина, узлом умножения частоты гетеродина на четыре и узлом фильтрации и усиления учетверенной частоты гетеродина, выход которого подключен к гетеродинному входу первого преобразователя промежуточной частоты, а второй и третий выходы узла деления частоты, фильтрации и усиления сигнала гетеродина приемного тракта соединены с гетеродинными входами второго преобразователя промежуточной частоты и формирователя опорной частоты для аналого-цифрового преобразователя (АЦП), при этом устройство управления выполнено с возможностью управления частотой перестраиваемого гетеродина, режимами работы формирователя модулирующих сигналов и формирователя опорной частоты для АЦП, в качестве опорного генератора для перестраиваемого гетеродина используется термостатированный кварцевый генератор, перестраиваемый гетеродин выполнен с возможностью формирования общей сетки частот для передающего и приемного трактов, формирователь модулирующих сигналов и формирователь опорной частоты для АЦП построены на синтезаторах частот непосредственного синтеза.

Изобретение относится к области способов и средств для нелинейной фильтрации сигналов на фоне мультипликативных и коррелированных помех и может быть использовано в радиотехнике для увеличения энергетического отношения сигнал-шум на выходе приемного устройства при обработке сигналов с помощью согласованного фильтра.

Способ и система многоцелевого сопровождения в двухпозиционных радиолокационных системах // 2716495

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано при разработке перспективных многопозиционных радиолокационных систем и их модернизации. Достигаемый технический результат - повышение достоверности и точности отождествления воздушных объектов в режиме многоцелевого сопровождения для двухпозиционных радиолокационных систем.

Мобильная когерентная радиолокационная система // 2713219

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.

Способ определения высоты рельефа местности радиолокатором с синтезированной апертурой антенны // 2707556

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокаторе с синтезируемой апертурой антенны, установленном на борту летательного аппарата, для оперативного определения высоты рельефа местности. Достигаемый технический результат – повышение точности измерения высоты рельефа местности по разности фаз парных сигналов, сформированных с перекрытием по частоте из единого когерентно накопленного сигнала, для реализации в радиолокаторах с синтезированной апертурой.

Способ адаптивной обработки сигналов в обзорных когерентно-импульсных радиолокационных станциях // 2704789

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС) обзора и управления воздушным движением, а также в других когерентных РЛС, работающих в условиях пассивных помех, вызванных отражениями от местных предметов, метеообразований, подстилающей поверхности.

Способ прямой идентификации воздушных целей // 2701721

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при создании средств идентификации воздушных целей. Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение вероятности правильной идентификации воздушных целей в условиях многоцелевой обстановки.

Гомодинный радиолокатор с многоканальным приемо-передающим трактом // 2700654

Изобретение относится к области радиолокации, а именно к гомодинным радиолокаторам. Технический результат - улучшение разрешающей способности радиолокатора.

Радиолокационная станция для мониторинга ледовой обстановки // 2699766

Изобретение относится к области радиолокации, а именно к гомодинным радиолокаторам. Технический результат - создание радиолокационной станции мониторинга ледовой обстановки, для которой необходима увеличенная дальность действия (для обеспечения широкой полосы обзора) и возможность измерения второй координаты (высоты) лоцируемого объекта для выделения и определения координат айсбергов и оценки степени опасности.

Способ определения координат источника радиоизлучения // 2696086

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к способам определения местоположения источника радиоизлучения (ИРИ), и может быть использовано в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для определения местоположения подвижного ИРИ на произвольной высоте, в частности, расположенного на летательном аппарате.

Способ селекции радиолокационных целей на фоне подстилающей поверхности // 2693048

Изобретение относится к радиолокации и может найти применение в радиолокаторах, которые обеспечивают получение полной поляризационной матрицы (ПМ) рассеивания. Достигаемый технический результат – повышение достоверности распознавания радиолокационных целей.