Устройство определения фазы радиолокационного сигнала

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).

Владельцы патента RU 2751097:

Федеральное государственное автономное учреждение "Военный инновационный технополис "ЭРА" (RU)

Изобретение относится к области радиолокации, а конкретно - к устройствам вычисления фазы радиолокационного сигнала применительно к приемным фазированным антенным решеткам. Технический результат состоит в упрощении вычислительного алгоритма и повышение точности измерения фазы выходного сигнала приемной фазированной антенной решетки (ФАР). Для этого в устройство, включающее в себя функционально связанные источник оптического излучения, электрооптический модулятор, фотонно-электронный блок, аналого-цифровой преобразователь и вычислитель, соединенные последовательно, введены оптический разветвитель и электрооптический модулятор, оптический разветвитель установлен между источником оптического излучения и электрооптическими модуляторами, при этом на вход оптического разветвителя подается непрерывное оптическое излучение от источника оптического излучения, которое с выхода оптического разветвителя подается на оптические входы каждого из двух электрооптических модуляторов, а на их модулирующие входы подаются входные аналоговые электрические сигналы с выходов двух соседних приемных элементов фазированной антенной решетки, выходы электрооптических модуляторов соединены с входами фотонно-электронного блока, выходы которого соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, а выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с входами вычислителя. На входы вычислителя поступают сигнал, содержащий информацию о фазе выходного сигнала ФАР, и сигнал, не содержащий информацию о фазе, в результате сравнения и совместной обработки которых формируется сигнал, соответствующий значению фазы выходного сигнала приемного элемента ФАР. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Заявляемое изобретение относится к области радиолокации, а конкретно - к устройствам вычисления фазы радиолокационного сигнала применительно к приемным фазированным антенным решеткам (ФАР).

Известны приемные фазированные антенные решетки, в которых значения фазы принимаемого сигнала каждым элементом решетки вычисляют путем сравнения принимаемого сигнала с сигналом гетеродина [Лавров А.А. Авиационные обзорные радиолокаторы. Методы и алгоритмы пространственно-временной обработки сигналов. - М.: Радиотехника, 2015; патент RU 2337377 от 13.06.2007; патент RU 144503 от 18.03.2014; патент US 6326910 B1. Photonic analog-digital conversion using light absorbers. - 2001].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению (прототипом) является устройство, основанное на применении радиофотонного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) выходного сигнала приемной ФАР [Вольхин Ю.Н., Тихонов Е.В. Обзор возможных способов реализации радиофотонного АЦП диапазона СВЧ. - Омск: ОАО «ЦКБА». - Сайт: www.radiofotonika.ru]. Прототип включает в себя функционально связанные источник оптического излучения, излучающий в импульсном режиме, электрооптический модулятор, фотонно-электронный блок и аналого-цифровой преобразователь и вычислитель, соединенные последовательно. На модулирующий вход электрооптического модулятора подается аналоговый сигнал с выхода фазированной антенной решетки, представляющий собой смесь входного сигнала антенной решетки и сигнала гетеродина.

Недостатками прототипа являются сложность вычислительного алгоритма определения фазы выходного сигнала на каждом приемном элементе ФАР и недостаточная точность измерения фазы выходного сигнала.

Задача изобретения - упрощение вычислительного алгоритма и повышение точности определения фазы выходного сигнала приемной ФАР.

Технический результат достигается за счет того, что в устройство определения фазы радиолокационного сигнала, включающее в себя функционально связанные источник оптического излучения, электрооптический модулятор, фотонно-электронный блок, аналого-цифровой преобразователь и вычислитель, соединенные последовательно, введены оптический разветвитель и электрооптический модулятор, оптический разветвитель установлен между источником оптического излучения и электрооптическими модуляторами, при этом на вход оптического разветвителя подается непрерывное оптическое излучение от источника оптического излучения, которое с выхода оптического разветвителя подается на оптические входы каждого из двух электрооптических модуляторов, а на их модулирующие входы подаются входные аналоговые электрические сигналы с выходов двух соседних приемных элементов фазированной антенной решетки, выходы электрооптических модуляторов соединены с входами фотонно-электронного блока, выходы которого соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, а выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с входами вычислителя. Источник оптического излучения представляет собой лазер непрерывного излучения. На входы вычислителя поступают сигнал, содержащий информацию о фазе выходного сигнала ФАР, и сигнал, не содержащий информацию о фазе, в результате сравнения и совместной обработки которых формируется сигнал, соответствующий значению фазы выходного сигнала приемного элемента ФАР. При этом фотонно-электронный блок и аналого-цифровой преобразователь выполнены двухканальными, осуществляющими параллельное преобразование сигналов с двух соседних приемных элементов фазированной антенной решетки, а электрооптические модуляторы выполнены по схеме интерферометра Маха-Цендера.

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами:

- фиг. 1 - функциональная схема устройства определения фазы;

- фиг. 2 - схема формирования сигнала, содержащего информацию о фазе, и сигнала, не содержащего информацию о фазе.

Заявляемое устройство включает в себя следующие функциональные элементы и сигналы, представленные на фиг. 1, 2: 1 - источник оптического излучения; 2 - оптический разветвитель; 3, 4 - электрооптические модуляторы 3₁, 3₂, 3₃, 3₄; 4 - входной аналоговый электрический сигнал; 5, 6 - входные аналоговые электрические сигналы; 7, 8 - выходные сигналы электрооптических модуляторов 3, 4; 9 - фотонно-электронный блок; 10, 11 - выходные сигналы фотонно-электронного блока; 12 - аналого-цифровой преобразователь; 13, 14 - выходные сигналы АЦП 12; 15 - вычислитель; 16 - вычисленное значение фазы выходного сигнала ФАР; 17, 18 - соседние приемные элементы ФАР, при этом на вход оптического разветвителя подается непрерывное оптическое излучение от источника оптического сигнала, которое с выхода оптического разветвителя подается на оптические входы каждого из двух электрооптических модуляторов, а на их модулирующие входы подаются входные аналоговые электрические сигналы с выходов двух соседних приемных элементов ФАР, выходы электрооптических модуляторов соединены с входами фотонно-электронного блока, выходы которого соединены с входами АЦП, выходы АЦП соединены с входами вычислителя фазы выходного сигнала приемной ФАР.

Заявляемое устройство работает следующим образом. Оптические сигналы с выхода источника оптического излучения поступают на оптические входы электрооптических модуляторов (ЭОМ) 3, 4 через оптический разветвитель 2. На модулирующие входы 5, 6 ЭОМ 3,4 поступают аналоговые электрические сигналы с выходов соседних приемных элементов 17, 18 ФАР. Промоделированные оптические сигналы 7, 8 преобразуются в фотонно-электронном блоке 9 фотоприемниками 9₁ и 9₂ в электрические сигналы и далее, в двухканальном АЦП 12, в каналах 12₁ и 12₂, - в цифровую форму, и поступают на входы 13, 14 вычислителя 15, в котором в результате сравнения и совместной обработки сигнала 5, содержащего информацию о фазе, и сигнала 6, не содержащего информацию о фазе, вычисляется значение фазы 16 выходного сигнала приемного элемента ФАР (или разности фаз соседних приемных элементов 17, 18 ФАР).

Алгоритм вычисления фазы ϕ (или разности фаз сигналов Х₁=A₁sin (ωt+ϕ) и Х₂=А₂ sinωt, например, при ϕ₁=ϕ, ϕ₂=0) выходных сигналов 5, 6 соседних приемных элементов 17, 18 ФАР при известной разности Х₁-Х₂=ΔХ сигналов 5 - Х₁=A₁sin(ωt+ϕ) и 6 - Х₂=A₂sin ωt и при приблизительном равенстве их амплитуд А₁≈А₂ сводится к вычислению значения фазы ϕ по формуле:

При неравенстве амплитуд сигналов 5, 6 - А₁ ≠ А₂ значение фазы ϕ вычисляется по формуле:

В формулах (1), (2) ΔХ=Х₁-Х₂; ϕ₁=ϕ, ϕ₂=0 - фазы выходных сигналов Х₁, Х₂.

При известной сумме сигналов 5, 6 - Х₁+Х₂:

A₁sin(ωt-ϕ)+A₂sinωt=Х₁+Х₂,

Значение фазы вычисляется по формуле:

При малых значениях разности фаз интенсивность оптического сигнала 7 на входе фотонно-электронного блока 9 пропорциональна разности фаз и обратно пропорциональна отношению амплитуд выходных сигналов соседних приемных элементов ФАР.

Технический результат заключается в упрощении вычислительного алгоритма и в повышении точности измерения фазы выходного сигнала приемной фазированной антенной решетки.

1. Устройство определения фазы радиолокационного сигнала, включающее в себя функционально связанные источник оптического излучения, электрооптический модулятор, фотонно-электронный блок, аналого-цифровой преобразователь и вычислитель, соединенные последовательно, отличающееся тем, что в него введены оптический разветвитель и электрооптический модулятор, оптический разветвитель установлен между источником оптического излучения и электрооптическими модуляторами, при этом на вход оптического разветвителя подается непрерывное оптическое излучение от источника оптического излучения, которое с выхода оптического разветвителя подается на оптические входы каждого из двух электрооптических модуляторов, а на их модулирующие входы подаются входные аналоговые электрические сигналы с выходов двух соседних приемных элементов фазированной антенной решетки, выходы электрооптических модуляторов соединены с входами фотонно-электронного блока, выходы которого соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, а выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с входами вычислителя, при этом на один вход вычислителя поступает сигнал, содержащий информацию о фазе выходного сигнала приемного элемента фазированной антенной решетки, а на другой вход - сигнал, не содержащий информацию о фазе, в результате сравнения и совместной обработки которых формируется сигнал, соответствующий значению фазы выходного сигнала приемного элемента фазированной антенной решетки.

2. Устройство определения фазы по п. 1, отличающееся тем, что источник оптического излучения представляет собой лазер непрерывного излучения.

3. Устройство определения фазы по п. 1, отличающееся тем, что фотонно-электронный блок и аналого-цифровой преобразователь выполнены двухканальными, осуществляющими параллельное преобразование сигналов с двух соседних приемных элементов фазированной антенной решетки, а электрооптические модуляторы выполнены по схеме интерферометра Маха-Цендера.

Похожие патенты:

Радиолокационная система // 2750741

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокационных системах (РЛС), содержащих наземный вторичный радиолокатор (радиозапросчик). Технический результат предлагаемого технического решения - обнаружение и определение координат целей на малых дальностях, в том числе имеющих малую в диапазоне первичного радиолокатора, но бо'льшую в рабочем диапазоне наземного радиозапросчика эффективную поверхность рассеяния (ЭПР) радиолокационной системой без ограничения использования всех кодов запроса.

Способ нелинейной радиолокации с линейным частотным модулированным зондирующим сигналом // 2750571

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к способам и технике нелинейной радиолокации, и может использоваться для поиска и обнаружения объектов с нелинейными электрическими свойствами (ОНЭС). Техническим результатом изобретения является обнаружение ОНЭС различного рода (p-n-р переход, металл-окисел-металл, соединения пластика с тяжелыми металлами и т.п.) и повышение дальности действия нелинейного радара.

Способ амплитудно-фазовой пеленгации системой с вращающимися антаннами // 2750335

Изобретение относится к области радиопеленгации, в частности, к определению пеленга источника радиоизлучения (ИРИ) системой с вращающимися антеннами, не имеющими сильно выраженной направленности, путем последовательного изменения положения диаграмм направленности антенн при вращении их в плоскости пеленгации.

Способ получения трехмерного радиолокационного изображения земной поверхности в двухпроходном интерферометрическом режиме съемки с беспилотного летательного аппарата // 2748760

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокационной станции с синтезированной апертурой антенны, установленной на беспилотном летательном аппарате, для оперативного определения рельефа местности. Техническим результатом изобретения является повышение точности оценки высот рельефа.

Способ определения местоположения поезда по инфраструктуре железнодорожного пути в режиме реального времени // 2747818

Изобретение относится к определению местоположения поезда. Технический результат - повышение точности определения местоположения локомотива поезда по инфраструктуре железнодорожного пути, особенно для высокоскоростных поездов.

Способ формирования и обработки радиолокационного сигнала в импульсно-доплеровских радиолокационных станциях // 2747504

Изобретение относится к радиолокации, в частности к формированию сигналов в когерентных радиолокационных системах, использующих высокую частоту повторения зондирующих импульсов. Техническим результатом является обеспечение разделения отраженных сигналов, приходящих с различных интервалов неоднозначности по дальности, и повышение эффективности работы РЛС при наличии пассивных помех.

Способ определения дальности до поверхности земли // 2746521

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при построении различных радиолокационных систем, предназначенных для определения дальности от движущегося объекта до поверхности земли, использующих принцип отражения радиоволн. Технический результат состоит в повышении точности определения дальности до поверхности земли.

Способ повышения надежности опознавания в радиолокационной системе активного запроса-ответа // 2746175

Изобретение относится к активной радиолокации и может быть использовано в запросчиках радиолокационных систем активного запроса-ответа, устанавливаемых на подвижные объекты-носители, работающих по целеуказаниям от внешних систем по объектам, которые оборудованы радиолокационными ответчиками. Техническим результатом является повышение надежности опознавания в радиолокационной системе активного запроса-ответа путем стабилизации параметров принимаемых радиолокационным ответчиком запросных сигналов и стабилизации параметров принимаемых радиолокационным запросчиком ответных сигналов при многократных циклах запрос-ответ и оптимизации суммарного времени опознавания с проведением корректировки в случае необходимости положения луча диаграммы направленности антенной системы радиолокационного запросчика.

Способ и устройство обнаружения радиоуправляемых взрывных устройств с применением беспилотного летательного аппарата // 2745658

Настоящее изобретение относится к области радиолокации, в частности к радиолокационным системам (РЛС) ближней радиолокации, в которых нелинейные радиолокаторы (HPЛ) осуществляют поиск объектов, содержащих активные радиоэлементы. Техническим результатом изобретения является увеличение дальности обнаружения радиолокационных взрывных устройств (РВУ).

Способ навигационно-связной идентификации воздушных объектов // 2744335

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для использования средств идентификации воздушных целей, обнаруживаемых бортовой РЛС. Технический результат заключается в повышении достоверности идентификации воздушных объектов в условиях непоступления информации от отдельных абонентов СОД на момент идентификации.

Способ целеуказания по направлению системе наведения управляемого объекта // 2751433

Изобретение относится к способам целеуказания по направлению системе наведения управляемого объекта и может быть использовано при создании новых и модернизации существующих способов и устройств целеуказания по направлению в системах наведения управляемых объектов - как дистанционно пилотируемых (беспилотных) летательных аппаратов, так и в пилотируемой авиации. Способ целеуказания по направлению системе наведения управляемого объекта заключается в регистрации измерительной информации с бесплатформенной инерциальной навигационной системы (далее - БИНС), оптико-электронной системы (далее - ОЭС), радиовысотомера, установленных на воздушном судне, проведении вычислений и обработке измерительной информации. При этом сначала формируется массив данных, включающий широту и долготу воздушного судна, угол азимута ОЭС и угол места ОЭС, максимальную скорость вращения ОЭС. Фиксируются координаты цели (широта цели, долгота цели). Определяется высота цели. Вычисляется разница между высотой воздушного судна и высотой цели. Рассчитывается разница между положением цели и положением воздушного судна по северным и восточным координатам. Выстраивается вектор, берущий начало из воздушного судна, направленный на цель. Рассчитываются значения угла азимута и угла места вектора, берущего начало из воздушного судна, направленного на цель. Вычисляется разница между положением вектора линии визирования ОЭС и положением вектора, берущего начало из воздушного судна, направленного на цель по углу азимута и углу места. Рассчитываются угловые скорости угла азимута и угла места, на которые необходимо повернуть вектор линии визирования. Проводится корректировка угловых скоростей угла азимута и угла места, на которые необходимо повернуть вектор линии визирования, с использованием контура обратной связи по рассогласованию текущих и заданных координат, представляющих собой комбинированный линейно-нелинейный фильтр. Технический результат заявляемого решения заключаются: в упрощении осуществлении способа; в повышении точности наведения вектора линии визирования на цель за счет использования контура обратной связи по рассогласованию текущих и заданных координат, коррекции контура по каждой из осей посредством использования комбинированного линейно-нелинейного фильтра; в повышении быстроты осуществления способа, так как все операции для реализации способа выполняются непосредственно на воздушном судне. 1 ил.