RU2270461C2 - Method for detecting targets by pulse radio-location station and radio-location station for realization of said method - Google Patents
Method for detecting targets by pulse radio-location station and radio-location station for realization of said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2270461C2 RU2270461C2 RU2004107840/09A RU2004107840A RU2270461C2 RU 2270461 C2 RU2270461 C2 RU 2270461C2 RU 2004107840/09 A RU2004107840/09 A RU 2004107840/09A RU 2004107840 A RU2004107840 A RU 2004107840A RU 2270461 C2 RU2270461 C2 RU 2270461C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- input
- signals
- output
- phase
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС), предназначенных для навигации и обнаружения целей (в частности надводных целей), в том числе - с последующим сопровождением выбранной цели по дальности и угловым координатам, преимущественно в РЛС, работающих в условиях радиоэлектронного противодействия и установленных на подвижных носителях, а также - для повышения экологической чистоты и электромагнитной совместимости РЛС с другими радиосредствами.The invention relates to radar technology and can be used in radar stations (radars) intended for navigation and target detection (in particular surface targets), including followed by tracking the selected target in range and angular coordinates, mainly in radars operating in conditions of electronic countermeasures and installed on mobile carriers, as well as to improve the environmental cleanliness and electromagnetic compatibility of the radar with other radio equipment.
В настоящее время для радионавигации и обнаружения надводных целей применяются импульсные РЛС, например, типа "Furuno" [1, 2], в которых используются в качестве зондирующих короткие импульсные сигналы с высокой скважностью и сравнительно высокой импульсной мощностью, необходимой для обнаружения эхо-сигналов от надводных целей на требуемой дальности. Недостатком таких РЛС является применение мощных зондирующих импульсов при некогерентном принципе построения и работа на постоянной несущей частоте, что является причиной низкой скрытности зондирующего излучения, а стало быть, низкой помехозащищенности, прежде всего, по отношению к ответным и прицельным помехам, а также низкой экологической чистоты и электромагнитной совместимости.Currently, for radionavigation and detection of surface targets, pulsed radars are used, for example, of the “Furuno” type [1, 2], which use short pulsed signals with high duty cycle and relatively high pulsed power necessary for detecting echo signals from surface targets at the required range. The disadvantage of such radars is the use of powerful probe pulses with an incoherent principle of construction and operation at a constant carrier frequency, which is the reason for the low latency of the probe radiation, and therefore, low noise immunity, primarily in relation to response and impact interference, as well as low environmental cleanliness and electromagnetic compatibility.
Известен способ обнаружения целей, реализованный в импульсной РЛС [3] (по патенту США № 4338604, МПК G 01 S 13/24, публикация 1982 г.) и основанный на использовании сложных когерентных сигналов с малой скважностью и сравнительно малой импульсной мощностью с внутриимпульсной модуляцией и перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу. При этом обеспечиваются требуемые дальность обнаружения и разрешение по дальности и достигаются повышение скрытности и помехозащищенности, а также - экологической чистоты и электромагнитной совместимости.A known method for target detection, implemented in a pulsed radar [3] (US patent No. 4338604, IPC G 01 S 13/24, publication 1982) and based on the use of complex coherent signals with low duty cycle and relatively low pulse power with intrapulse modulation and tuning the carrier frequency from pulse to pulse. At the same time, the required detection range and range resolution are provided and an increase in stealth and noise immunity, as well as environmental cleanliness and electromagnetic compatibility, is achieved.
Основным недостатком способа обнаружения и РЛС [3] является сравнительно высокий уровень остатков (боковых лепестков автокорреляционной функции) при сжатии сложных сигналов и, как следствие, недостаточный динамический диапазон и малая вероятность обнаружения малоразмерных объектов, маскируемых остатками эхо-сигналов от больших объектов. Другим недостатком является неоптимальный выбор параметров зондирующих импульсов при отсутствии их регулирования, а также учета собственной скорости носителя РЛС.The main disadvantage of the detection method and radar [3] is the relatively high level of residues (side lobes of the autocorrelation function) during compression of complex signals and, as a result, insufficient dynamic range and low probability of detecting small objects masked by echo residues from large objects. Another disadvantage is the non-optimal choice of parameters of the probe pulses in the absence of their regulation, as well as taking into account the own speed of the radar carrier.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ обнаружения целей, реализованный в РЛС [4] (патент РФ № 2039365, G 01 S 13/52 с приоритетом от 27.09.93, публ. 09.07.95) и принятый в качестве прототипа предлагаемого изобретения. Способ-прототип включает генерирование высокостабильных по частоте СВЧ-колебаний, скачкообразную перестройку их несущей частоты fc от периода к периоду повторения импульсов по произвольному закону, внутриимпульсную фазовую манипуляцию двоичным многоразрядным кодом, перестройку кода фазовой манипуляции от периода к периоду повторения импульсов, импульсную амплитудную модуляцию, излучение зондирующих импульсов, прием отраженных сигналов, супергетеродинное преобразование принимаемых сигналов с помощью гетеродинных СВЧ-колебаний с высокостабильной частотой, перестраиваемой синхронно с несущей частотой зондирующих импульсов, усиление принимаемых сигналов по промежуточной частоте, квадратурное фазовое детектирование сигналов, усиление квадратурных составляющих сигналов по видеочастоте, бинарное квантование квадратурных составляющих по нулевому уровню, цифровую согласованную фильтрацию - сжатие по времени квадратурных составляющих, объединение сжатых квадратурных сигналов, бинарное квантование объединенных сигналов с пороговым уровнем, выбираемым из условия допустимой вероятности превышения его шумовыми выбросами, межпериодное накопление квантованных сигналов за время пачки и обнаружение пачки импульсных эхо-сигналов путем сравнения результата накопления с пороговым уровнем.Closest to the proposed invention is a method for detecting targets implemented in the radar [4] (RF patent No. 2039365, G 01 S 13/52 with priority from 09/27/93, publ. 09/07/95) and adopted as a prototype of the invention. The prototype method includes the generation of highly frequency-stable microwave oscillations, an abrupt change in their carrier frequency f c from period to period of pulse repetition according to an arbitrary law, intra-pulse phase manipulation with a binary multi-bit code, reconstruction of the phase-shift code from period to period of pulse repetition, pulse amplitude modulation , radiation of probe pulses, reception of reflected signals, superheterodyne conversion of received signals using heterodyne microwave oscillations with high-stable frequency, tunable synchronously with the carrier frequency of the probe pulses, amplification of received signals at an intermediate frequency, quadrature phase detection of signals, amplification of quadrature components of signals by video frequency, binary quantization of quadrature components by zero level, digital matched filtering - time compression of quadrature components, combining compressed quadrature signals, binary quantization of combined signals with a threshold level selected from the condition allowable probability of exceeding its noise emission mezhperiodnoe accumulation quantized signal during the burst detection and burst pulse echo signal by comparing the accumulation result with a threshold level.
РЛС [4], принятая в качестве прототипа предлагаемого устройства, содержит последовательно соединенные синхронизатор, блок перестройки частоты, возбудитель, фазовый манипулятор, усилитель мощности, антенный переключатель и антенну, последовательно соединенные усилитель высокой частоты, смеситель, усилитель промежуточной частоты, последовательно соединенные блок фазовых детекторов, блок видеоусилителей и блок амплитудных квантователей, а также два идентичных перестраиваемых дискретных фильтра, выходы которых соединены, соответственно, с первым и вторым входами блока объединения квадратур, выход которого соединен с первым входом устройства обработки информации, и блок приводов антенны, выход которого соединен кинематической связью с антенной, причем вход усилителя высокой частоты присоединен к третьему плечу антенного переключателя, гетеродинный вход смесителя и вход напряжения опорной частоты блока фазовых детекторов соединены с соответствующими выходами возбудителя, первый выход - упреждающих импульсов - синхронизатора соединен также с первым входом генератора кода, второй вход которого, объединенный с входами управления записью кодов перестраиваемых дискретных фильтров, подключен к выходу пачек импульсов тактовой частоты синхронизатора, а выход - к входам кода фазового манипулятора и перестраиваемых дискретных фильтров, выход синхроимпульсов синхронизатора соединен через импульсный модулятор с усилителем мощности, а также - с соответствующим входом устройства обработки информации, выход импульсов тактовой частоты синхронизатора соединен с тактовыми входами перестраиваемых дискретных фильтров и устройства обработки информации, а информационный вход последнего подключен к выходу кодов азимута блока приводов антенны.The radar [4], adopted as a prototype of the proposed device, contains a serially connected synchronizer, a frequency tuner, an exciter, a phase manipulator, a power amplifier, an antenna switch and an antenna, a serially connected high-frequency amplifier, a mixer, an intermediate frequency amplifier, a serially connected phase unit detectors, a block of video amplifiers and a block of amplitude quantizers, as well as two identical tunable discrete filters, the outputs of which are connected, respectively oh, with the first and second inputs of the quadrature combining unit, the output of which is connected to the first input of the information processing device, and the antenna drive unit, the output of which is kinematically connected to the antenna, the input of the high-frequency amplifier connected to the third arm of the antenna switch, the mixer heterodyne input, and the voltage reference of the reference frequency of the phase detector unit is connected to the corresponding outputs of the exciter, the first output of the anticipatory pulses of the synchronizer is also connected to the first input of the generator code, the second input of which, combined with the inputs for controlling the recording of tunable discrete filter codes, is connected to the output of bursts of clock pulses of the synchronizer, and the output is connected to the inputs of the phase manipulator code and tunable discrete filters, the synchronizer output of the synchronizer is connected via a pulse modulator to a power amplifier, and also - with the corresponding input of the information processing device, the output of the clock pulses of the synchronizer is connected to the clock inputs of the tunable discrete filters and information processing devices, and the information input of the latter is connected to the output of the azimuth codes of the antenna drive unit.
В известном изобретении обеспечивается полное подавление остатков после сжатия благодаря сочетанию перестройки кода фазовой манипуляции (ФМ) от импульса к импульсу с цифровой согласованной фильтрацией ФМ-сигналов и последующим межпериодным накоплением бинарно-квантованных сжатых сигналов за время пачки, что позволяет обеспечить надежное обнаружение эхо-сигналов от малоразмерных объектов.In the known invention provides a complete suppression of residuals after compression due to a combination of phase-shift code-shift (FM) tuning from pulse to pulse with digitally matched filtering of FM signals and subsequent inter-period accumulation of binary-quantized compressed signals during the burst, which allows reliable detection of echo signals from small objects.
Недостатком прототипа является недостаточно высокая скрытность зондирующего излучения и, как следствие, недостаточно высокая помехозащищенность и экологическая чистота РЛС как из-за неоптимального выбора параметров зондирующих импульсов при отсутствии учета собственной скорости носителя РЛС, так и из-за отсутствия регулирования параметров сигналов и обработки по мере уменьшения дальности до целей. В частности, речь идет о снижении наблюдаемости эхо-сигналов от целей, находящихся на дальностях R≪R0, где R - дальность до цели, , с - скорость света, ТИ - длительность зондирующих импульсов, используемых для обнаружения эхо-сигналов на максимальной требуемой дальности, а также - о недостаточной разрешающей способности по дальности и точности измерения дальности целей, находящихся на малых дальностях, что в результате может привести к ошибкам навигации.The disadvantage of the prototype is the insufficiently high secrecy of the probe radiation and, as a result, the radar noise immunity and environmental cleanliness both due to the non-optimal choice of parameters of the probe pulses in the absence of taking into account the own speed of the radar carrier, and due to the lack of regulation of signal parameters and processing as reduction in range to targets. In particular, we are talking about reducing the observability of echo signals from targets located at ranges R≪R 0 , where R is the distance to the target, , s is the speed of light, T AND is the duration of the probe pulses used to detect echo signals at the maximum required range, and also about the insufficient resolution in range and accuracy of measuring the range of targets located at short ranges, which can result in navigation errors.
Технической задачей изобретения является повышение скрытности зондирующего излучения и, как следствие, помехозащищенности и экологической чистоты РЛС путем оптимального выбора параметров зондирующего излучения и параметров обработки сигналов с учетом собственной скорости носителя РЛС, регулирования этих параметров в зависимости от ожидаемой или измеряемой дальности до обнаруживаемых целей, а также оптимальной фильтрации сигналов от целей в ближней зоне для дальностей .An object of the invention is to increase the secrecy of the probe radiation and, as a consequence, the noise immunity and environmental cleanliness of the radar by optimally selecting the parameters of the probing radiation and signal processing parameters taking into account the own speed of the radar carrier, adjusting these parameters depending on the expected or measured range to detectable targets, and also optimal filtering of signals from targets in the near zone for ranges .
Сущность изобретения заключается в том, что в способе обнаружения целей импульсной радиолокационной станцией, включающем генерирование высокостабильных по частоте СВЧ-колебаний, скачкообразную перестройку их несущей частоты fc от периода к периоду повторения импульсов по произвольному закону, внутриимпульсную фазовую манипуляцию двоичным многоразрядным кодом, перестройку кода фазовой манипуляции от периода к периоду повторения импульсов, импульсную амплитудную модуляцию, излучение зондирующих импульсов, прием отраженных сигналов, супергетеродинное преобразование принимаемых сигналов, усиление принимаемых сигналов по промежуточной частоте, квадратурное фазовое детектирование сигналов, усиление квадратурных составляющих сигналов по видеочастоте, бинарное квантование квадратурных составляющих сигналов по нулевому уровню, сжатие по времени квадратурных составляющих, объединение сжатых квадратурных сигналов, бинарное квантование объединенных сигналов с пороговым уровнем, выбираемым из условия допустимой вероятности превышения его шумовыми выбросами, межпериодное накопление двоичных сигналов за время пачки, обнаружение пачки импульсных эхо-сигналов путем сравнения результата накопления с пороговым уровнем, длительность ТИ зондирующих импульсов и разрядность N кода фазовой манипуляции выбирают из условийThe essence of the invention lies in the fact that in a method for detecting targets by a pulsed radar station, which includes generating highly stable microwave frequencies, the frequency-wise hopping of their carrier frequency f c from period to pulse repetition period according to an arbitrary law, intra-pulse phase manipulation by binary multi-bit code, code restructuring phase manipulation from period to period of pulse repetition, pulse amplitude modulation, radiation of probe pulses, reception of reflected signals , superheterodyne conversion of received signals, amplification of received signals by intermediate frequency, quadrature phase detection of signals, amplification of quadrature components of signals by video frequency, binary quantization of quadrature components of signals by zero level, time compression of quadrature components, combining of compressed quadrature signals, binary quantization of combined signals with threshold level selected from the condition of acceptable probability of exceeding it by noise emissions, between Periodic accumulation of binary signals during the burst, detection of a burst of pulsed echo signals by comparing the accumulation result with a threshold level, the duration of T AND probing pulses and the capacity of the N phase-shift keying code are selected from the conditions
где Rmax - максимальная ожидаемая дальность до цели,where R max - the maximum expected range to the target,
с - скорость света,c is the speed of light
ΔR - требуемое разрешение по дальности,ΔR is the required range resolution,
По мере приближения к цели и уменьшения Rmax уменьшают ТИ при сохранении или уменьшении N, одновременно регулируют полосу пропускания приемного устройства в соответствии с соотношением и уменьшают импульсную мощность зондирующих импульсов пропорционально , по значению V собственной скорости носителя радиолокационной станции, измеряемой бортовой системой навигации, вычисляют допплеровскую частоту FД в соответствии с соотношениемAs you approach the target and decrease R max decrease T AND while maintaining or decreasing N, at the same time adjust the passband of the receiving device in accordance with the ratio and reduce the pulse power of the probe pulses proportionally , according to the value of V own speed of the carrier of the radar station, measured by the on-board navigation system, calculate the Doppler frequency F D in accordance with the ratio
где ψA, ϑA - углы, определяющие направление оси диаграммы направленности антенны соответственно по азимуту и углу места относительно направления вектора V, затем в дискретные моменты времени с периодом, равным , сдвигают по фазе в сторону отставания комплексную огибающую бинарно-квантованных сигналов после фазового детектирования на угол , где 2r - число уровней квантования угла 2π, r=2, 3,... - целые числа, и изменяют коэффициент сжатия N1(R) к уровень квантования U(N1) объединенных сжатых сигналов от целей на дальностях R<R0 в соответствии с соотношениямиwhere ψ A, ϑ A are the angles that determine the direction of the antenna axis axis in azimuth and elevation relative to the direction of the vector V, then at discrete time instants with a period equal to phase shift towards the lag the complex envelope of the binary-quantized signals after phase detection by an angle , where 2 r is the number of quantization levels of the angle 2π, r = 2, 3, ... are integers, and the compression coefficient N 1 (R) is changed to the quantization level U (N 1 ) of the combined compressed signals from targets at ranges R < R 0 in accordance with the ratios
где - целая часть от Where - the whole part of
- монотонно возрастающая функция - monotonically increasing function
Nmin>1. N min > 1.
В радиолокационную станцию, реализующую указанный способ, содержащую последовательно соединенные синхронизатор, блок перестройки частоты, возбудитель, фазовый манипулятор, усилитель мощности, антенный переключатель и антенну, последовательно соединенные усилитель высокой частоты, смеситель, усилитель промежуточной частоты, выход которого соединен с сигнальным (первым) входом блока фазовых детекторов, последовательно соединенные блок фазовых детекторов, блок видеоусилителей и блок амплитудных квантователей, а также два идентичных перестраиваемых дискретных фильтра, выходы которых соединены, соответственно, с первым и вторым входами блока объединения квадратур, выход которого соединен с первым входом устройства обработки информации, и блок приводов антенны, выход которого соединен кинематической связью с антенной, причем вход усилителя высокой частоты присоединен к третьему плечу антенного переключателя, гетеродинный вход смесителя и вход напряжения опорной частоты блока фазовых детекторов соединены с соответствующими выходами возбудителя, первый выход - упреждающих импульсов - синхронизатора соединен также с первым входом генератора кода, второй вход которого, объединенный с входами управления записью кодов перестраиваемых дискретных фильтров, подключен к выходу пачек импульсов тактовой частоты синхронизатора, а выход - к входам кода фазового манипулятора и перестраиваемых дискретных фильтров, выход синхроимпульсов синхронизатора соединен через импульсный модулятор с усилителем мощности, а также - с соответствующим входом устройства обработки информации, выход импульсов тактовой частоты синхронизатора соединен с тактовыми входами перестраиваемых дискретных фильтров и устройства обработки информации, а информационный вход последнего подключен к выходу кодов азимута блока приводов антенны, дополнительно введены последовательно соединенные вычислитель допплеровской частоты, преобразователь "код-частота" и компенсатор допплеровской частоты, первый и второй выходы которого соединены соответственно с сигнальными входами первого и второго перестраиваемых дискретных фильтров, а также блок формирования порога, вход импульсов тактовой частоты которого и соответствующий вход преобразователя "код-частота" подключены к соответствующему выходу синхронизатора, информационные выходы кодов азимута и угла места блока приводов антенны и информационный выход блока перестройки частоты подключены к соответствующим входам вычислителя допплеровской частоты, выход сигналов обнуления синхронизатора соединен с соответствующими входами блока формирования порога, устройства обработки информации и перестраиваемых дискретных фильтров, а выходы командных сигналов устройства обработки информации с первого по третий соединены, соответственно, с управляющими входами блока видеоусилителей, синхронизатора и усилителя мощности, при этом блок фазовых детекторов содержит 2r-1 фазовых детекторов, выходы которых через соответствующие 2r-1 видеоусилителей блока видеоусилителей подключены к 2r-1 амплитудным квантователям блока амплитудных квантователей, а выходы последних соединены с соответствующими сигнальными входами компенсатора допплеровской частоты.To a radar station that implements the indicated method, comprising a synchronizer connected in series, a frequency adjustment unit, an exciter, a phase manipulator, a power amplifier, an antenna switch and an antenna, a high-frequency amplifier, a mixer, an intermediate frequency amplifier, the output of which is connected to the signal (first) output the input of the phase detector block, the series-connected phase detector block, the video amplifier block and the amplitude quantizer block, as well as two identical tunable discrete filters, the outputs of which are connected, respectively, with the first and second inputs of the quadrature combining unit, the output of which is connected to the first input of the information processing device, and the antenna drive unit, the output of which is connected kinematically to the antenna, the input of the high-frequency amplifier connected to the third the shoulder of the antenna switch, the heterodyne input of the mixer and the voltage input of the reference frequency of the phase detector unit are connected to the corresponding outputs of the pathogen, the first output is of the giving pulses of the synchronizer is also connected to the first input of the code generator, the second input of which, combined with the inputs for controlling the recording of codes of tunable discrete filters, is connected to the output of the bursts of pulses of the clock frequency of the synchronizer, and the output is connected to the inputs of the code of the phase manipulator and tunable discrete filters, the output of clock pulses synchronizer is connected via a pulse modulator to a power amplifier, as well as to the corresponding input of the information processing device, the output of the clock pulses The synchronizer is connected to the clock inputs of the tunable discrete filters and the information processing device, and the information input of the latter is connected to the output of the azimuth codes of the antenna drive unit, additionally connected are a Doppler frequency calculator, a code-frequency converter and a Doppler frequency compensator, the first and second outputs which are connected respectively to the signal inputs of the first and second tunable discrete filters, as well as the threshold forming unit, the input to them whose clock frequency pulses and the corresponding input of the code-frequency converter are connected to the corresponding synchronizer output, the information outputs of the azimuth codes and elevation angle of the antenna drive unit and the information output of the frequency tuning block are connected to the corresponding inputs of the Doppler frequency calculator, the output of the synchronizer zeroing signals is connected to the corresponding the inputs of the threshold forming unit, the information processing device and tunable discrete filters, and the outputs of the command signals The information processing apparatus of the first to third coupled, respectively, to control inputs of video amplifier block synchronizer and a power amplifier, wherein the unit of phase detectors comprises 2 r-1 of the phase detector, the outputs of which through the corresponding 2 r-1 video amplifier unit video amplifier connected to the 2 r -1 amplitude quantizers block amplitude quantizers, and the outputs of the latter are connected to the corresponding signal inputs of the Doppler frequency compensator.
Согласно предлагаемому способу обнаружения целей импульсной РЛС предлагается выбирать длительность TИ зондирующих импульсов из условияAccording to the proposed method for detecting targets of a pulsed radar, it is proposed to choose a duration T AND of probe pulses from the condition
где Rmax - максимальная ожидаемая дальность до цели,where R max - the maximum expected range to the target,
а число разрядов N кода ФМ - из соотношенияand the number of bits N of the FM code is from the relation
где ΔR - требуемое разрешение по дальности,where ΔR is the required resolution in range,
уменьшать длительность зондирующих импульсов по мере приближения к целям и уменьшения Rmax при сохранении (или уменьшении) числа разрядов кода ФМ, одновременно регулировать полосу пропускания приемного устройства в соответствии с соотношениемreduce the duration of the probe pulses as they approach the targets and decrease R max while maintaining (or decreasing) the number of bits of the FM code, at the same time adjust the passband of the receiving device in accordance with the ratio
регулировать импульсную мощность зондирующих сигналов по мере изменения Rmax до целей пропорционально , сдвигать по фазе в сторону отставания периодически - в дискретные моменты времени - комплексную огибающую бинарно-квантованных сигналов после фазового детектирования на угол с периодом, равным , где r=2, 3,... - целые числа,adjust the pulse power of the probing signals as R max changes to the targets proportionally phase shift towards the lag periodically - at discrete points in time - the complex envelope of the binary-quantized signals after phase detection by an angle with a period equal to where r = 2, 3, ... are integers,
FД - допплеровская частота, которую определяют из соотношенияF D - Doppler frequency, which is determined from the ratio
где V - собственная скорость носителя РЛС;where V is the own speed of the radar carrier;
ψA, ϑA - углы, определяющие направление оси диаграммы направленности антенны по азимуту и углу места относительно направления вектора V,ψ A , ϑ A - angles that determine the direction of the axis of the antenna pattern in azimuth and elevation relative to the direction of the vector V,
в частности, при r=2 - путем круговой коммутации прямых и инвертированных квадратурных составляющих этих сигналов, и изменять коэффициент N1(R) сжатия при согласованной фильтрации, а также уровень U(N1) квантования объединенных сжатых сигналов от целей на дальностях R<R0, гдеin particular, when r = 2, by circular switching of the direct and inverted quadrature components of these signals, and to change the compression coefficient N 1 (R) with matched filtering, as well as the level U (N 1 ) of quantization of the combined compressed signals from targets at ranges R < R 0 where
по правиламaccording to the rules
где - ′′целая часть от Nmin>1Where - ′ ′ the integer part of N min > 1
- монотонно возрастающая функция например - monotonically increasing function eg
Приведем необходимые пояснения.We give the necessary explanations.
Выполнение условия (1) приводит к выбору максимально возможной длительности ТИ зондирующего импульса при обеспечении временной развязки между передачей и приемом, а следовательно, обеспечит при данной энергии импульса минимизацию его импульсной мощности, т.е. предельную скрытность зондирующего излучения. Соотношения (2) и (3) определяют выбор требуемого разрешения по дальности и полосы приемного устройства, согласованной со спектром радиолокационных импульсов сигналов.The fulfillment of condition (1) leads to the choice of the maximum possible duration T AND of the probe pulse while providing a temporary isolation between transmission and reception, and therefore, at a given pulse energy, it minimizes its pulse power, i.e. utmost secrecy of probe radiation. Relations (2) and (3) determine the choice of the required resolution in range and bandwidth of the receiving device, consistent with the spectrum of the radar pulses of the signals.
Применение в РЛС сравнительно длинных импульсов при когерентной внутриимпульсной обработке (в частности, при сжатии ФМ-сигналов) приводит к существенному ограничению полосы ΔFД пропускания канала по допплеровской частоте, которая определяется формулойThe use of relatively long pulses in radar in coherent intra-pulse processing (in particular, when compressing FM signals) leads to a significant limitation of the channel bandwidth ΔF D on the Doppler frequency, which is determined by the formula
следующей из выражения для частотной характеристики по частоте Допплера оптимальной внутриимпульсной обработкиfollowing from the expression for the frequency characteristic of the Doppler frequency of the optimal intrapulse processing
справедливой для всех импульсных сигналов с прямоугольной амплитудной огибающей [5].valid for all pulsed signals with a rectangular amplitude envelope [5].
Поэтому, если не принять специальных мер, для РЛС, установленных на борту движущихся носителей, допплеровский сдвиг частоты FД сигналов, отраженных от целей, может превзойти полуширину полосы 0,5ΔFД, и соответствующие сигналы не будут обнаружены. Это ограничивает выбор длительности ТИ зондирующих импульсов. Для того, чтобы сделать возможным обнаружение эхо-сигналов с большими длительностями ТИ и обеспечить, таким образом, повышение скрытности, предлагается произвести компенсацию фазового сдвига из-за допплеровской частоты FД отраженных сигналов вследствие движения носителя.Therefore, if special measures are not taken, for radars mounted on board moving carriers, the Doppler frequency shift F D of the signals reflected from the targets can exceed the half-width of the band 0.5ΔF D and the corresponding signals will not be detected. This limits the choice of the duration of the T AND probe pulses. In order to enable detection of the echo signals with longer duration TI and provide thereby improving concealment, it is proposed to make compensation for the phase shift due to the Doppler frequency F D of the reflected signals due to movement of the carrier.
С этой целью предлагается, во-первых, вычислять эту допплеровскую частоту, как указано выше, - в соответствии с выражением (4), во-вторых, сдвигать фазу (в сторону запаздывания) принимаемых сигналов по квазилинейному закону, т.е.For this purpose, it is proposed, firstly, to calculate this Doppler frequency, as indicated above, in accordance with expression (4), and secondly, to shift the phase (in the direction of the delay) of the received signals according to the quasilinear law, i.e.
при at
где j=1, 2, 3,...Where j = 1, 2, 3, ...
Таким образом, - на угол через часть периода допплеровской частоты FД, т.к. при этом аппроксимируется требуемый линейный закон φД(t)=φ0-2πFДt, соответствующий вычитанию частоты Допплера FД из спектра комплексной огибающей принимаемых сигналов.Thus - at an angle across part of the period Doppler frequency F D , because while approximating the required linear law φ D (t) = φ 0 -2πF D t corresponding to subtracting the Doppler frequency F D from the spectrum of the complex envelope of the received signals.
Оценим, к каким энергетическим потерям ведет предлагаемая ступенчатая аппроксимация (9) линейного фазового сдвига φД(t).Let us estimate the energy losses that the proposed stepwise approximation (9) of the linear phase shift φ D (t) leads to.
Выражение для отношения сигнал/шум по напряжению после сжатия и объединения квадратурных составляющих имеет видThe expression for the signal-to-noise ratio in voltage after compression and combining of the quadrature components has the form
гдеWhere
- квадратурные составляющие сигнала до сжатия, причем φ(t) в (11) выражается в виде (9), ti=t0+iτИ, i=1,2,..., N.are the quadrature components of the signal before compression, and φ (t) in (11) is expressed as (9), t i = t 0 + iτ И , i = 1,2, ..., N.
Далее, в момент согласования весовые коэффициенты hi фильтров сжатия в квадратурах и кодовые символы qi=±1 ФМ-видеосигналов согласованы, так что hN-iqi=1 при i=1,2,..., N.Further, at the time of matching, the weighting coefficients h i of the squared filters and the code symbols q i = ± 1 of the FM video signals are matched, so that h Ni q i = 1 for i = 1,2, ..., N.
В идеальном случае, когда φД(t)=φ0-2πFДt, подставляя φД(ti) вместо φ(ti) в (11), получимIn the ideal case, when φ Д (t) = φ 0 -2πF Д t, substituting φ Д (t i ) instead of φ (t i ) in (11), we obtain
В случае предлагаемой ступенчатой аппроксимации (9) получим из (10), (11), как нетрудно видеть, выражениеIn the case of the proposed stepwise approximation (9), we obtain from (10), (11), as is easy to see, the expression
откуда после несложных преобразованийwhere after simple transformations
Значения коэффициента , определяющие потери из-за дискретности предлагаемого закона (9) по сравнению с идеальным, приведены в таблицеCoefficient values that determine the losses due to the discreteness of the proposed law (9) compared to the ideal are shown in the table
Таким образом, уже при r=2 потери в энергии из-за аппроксимации линейного закона изменения фазы согласно (9) не превосходят 1 дБ.Thus, even at r = 2, the energy loss due to the approximation of the linear law of phase change according to (9) does not exceed 1 dB.
Регулирование импульсной мощности зондирующих сигналов в режимах обнаружения и сопровождения по мере уменьшения соответственно ожидаемой или измеряемой дальности до цели позволяет обеспечить предельную скрытность зондирующего излучения. При этом следует иметь в виду, что по мере приближения к цели длительность TИ зондирующих импульсов предлагается уменьшать пропорционально уменьшению дальности, поэтому для обеспечения минимально необходимого обнаружения отношения сигнал/шум предлагается регулировать импульсную мощность зондирующих сигналов пропорционально кубу ожидаемого значения дальности до целей. Наконец, при уменьшении дальности до целей до значений R<R0 предлагается обеспечить согласование параметров обработки - оптимальной фильтрации - с усеченными принимаемыми сигналами вследствие их частичного наложения на зондирующие сигналы.Regulation of the pulsed power of the probing signals in the detection and tracking modes as the expected or measured range to the target decreases, respectively, ensures the utmost secrecy of the probing radiation. It should be borne in mind that, as we approach the target, the duration of T AND probe pulses is proposed to be reduced in proportion to the decrease in range, therefore, to ensure the minimum necessary detection of the signal-to-noise ratio, it is proposed to adjust the pulse power of the probe signals in proportion to the cube of the expected value of the range to the targets. Finally, when reducing the range to targets to values R <R 0, it is proposed to ensure the matching of processing parameters — optimal filtering — with truncated received signals due to their partial overlap on the probing signals.
При этом коэффициент сжатия усеченных принимаемых сигналов определяется выражением (6), и для достижения согласования этих сигналов с фильтром сжатия целесообразно изменять его длину в зоне, где R<R0, пропорционально текущей дальности. При этом дисперсия шумов после сжатия уменьшается, и поэтому целесообразно уменьшать также уровень U квантования объединенных сжатых сигналов на дальностях R<R0 так, чтобы вероятность его превышения шумовыми выбросами оставалась постоянной, при этом обеспечивается дополнительное повышение помехозащищенности РЛС в этой области.In this case, the compression ratio of the truncated received signals is determined by expression (6), and to achieve matching of these signals with the compression filter, it is advisable to change its length in the zone where R <R 0 , in proportion to the current range. In this case, the noise dispersion after compression is reduced, and therefore it is advisable to also reduce the quantization level U of the combined compressed signals at ranges R <R 0 so that the probability of exceeding it by noise emissions remains constant, while providing an additional increase in the radar noise immunity in this region.
Для того, чтобы найти требуемый закон изменения порогового уровня при R<R0, определим вероятности превышения его при наличии и отсутствии сигнала, т.е. PСШ и РШ соответственно.In order to find the required law for changing the threshold level at R <R 0 , we determine the probabilities of exceeding it in the presence and absence of a signal, i.e. P N and R W, respectively.
Предполагая, что амплитуда U0 принимаемого сигнала распределена по закону Рэлея, а начальная фаза - по равномерному закону в интервале , получим для плотности распределения процесса после сжатия при объединении квадратур по правилу "корень квадратный из суммы квадратов"Assuming that the amplitude U 0 of the received signal is distributed according to the Rayleigh law, and the initial phase according to the uniform law in the interval , we obtain for the distribution density of the process after compression when combining quadratures according to the rule "square root of the sum of squares"
где х>0, , причем - отношение сигнал/шум (по мощности) до сжатия.where x> 0, , and - signal-to-noise ratio (power) before compression.
При объединении квадратур по правилу "сумма квадратов" получим , где y>0.When combining quadratures by the rule "sum of squares" we get where y> 0.
Соответственно, для вероятностей превышения уровней х0 и у0 при наличии и отсутствии сигналов получимAccordingly, for the probabilities of exceeding the levels x 0 and y 0 in the presence and absence of signals, we obtain
, , так что - в первом случае, , So that - In the first case,
, , причем - во втором случае. , , and - in the second case.
Таким образом, характеристики обнаружения в обоих случаях одинаковы, но пороговый уровень в первом случае выбирается из соотношения , а во втором случае - из соотношения .Thus, the detection characteristics are the same in both cases, but the threshold level in the first case is selected from the relation , and in the second case, from the relation .
Поэтому, в зависимости от правила объединения квадратур, пороговый уровень в области R<R0 должен быть линейной или квадратичной функцией квадратного корня из коэффициента сжатия N1≤N.Therefore, depending on the rule of combining quadratures, the threshold level in the region R <R 0 should be a linear or quadratic function of the square root of the compression coefficient N 1 ≤N.
Сущность изобретения поясняется дальнейшим описанием и чертежами, на которых представлены:The invention is illustrated by a further description and drawings, which show:
- фиг.1 - структурная схема РЛС, реализующей заявляемый способ;- figure 1 is a structural diagram of a radar that implements the inventive method;
- фиг.2 - структурная схема возбудителя (В) передатчика;- figure 2 is a structural diagram of the pathogen (B) of the transmitter;
- фиг.3 - структурная схема блока перестройки частоты (БПЧ);- figure 3 is a structural diagram of a frequency adjustment unit (BCH);
- фиг.4 - структурная схема компенсатора допплеровской частоты (КДЧ);- figure 4 is a structural diagram of a compensator for Doppler frequency (CDF);
- фиг.5 - структурная схема преобразователя "код-частота" (ПКЧ);- figure 5 is a structural diagram of the Converter "code-frequency" (PCC);
- фиг.6 - структурная схема перестраиваемых дискретных фильтров (ПДФ);- 6 is a structural diagram of tunable discrete filters (PDF);
- фиг.7 - структурная схема устройства обработки информации (УОИ);- Fig.7 is a structural diagram of an information processing device (UOI);
- фиг.8 - структурная схема блока формирования порога (БФП);- Fig. 8 is a structural diagram of a threshold formation unit (BFP);
- фиг.9 - структурная схема блока первичной обработки (БПО);- Fig.9 is a structural diagram of a primary processing unit (BPO);
- фиг.10 - осциллограммы сигналов на выходах синхронизатора (С);- figure 10 - waveforms of the signals at the outputs of the synchronizer (C);
- фиг.11 - структурная схема синхронизатора.- 11 - structural diagram of the synchronizer.
На фиг.1 приняты следующие обозначения:In figure 1, the following notation:
1 - антенна (А);1 - antenna (A);
2 - антенный переключатель (АП), который может быть выполнен в виде ферритового Y-циркулятора;2 - antenna switch (AP), which can be made in the form of a ferrite Y-circulator;
3 - усилитель мощности (УМ), представляющий собой СВЧ-усилитель с импульсной модуляцией, реализуемый в зависимости от требуемой мощности и полосы усиливаемых частот на основе электровакуумного прибора (амплитрон, лампа бегущей волны, многолучевой клистрон и т.д.) или полупроводникового прибора (транзистор) - см., например, [6], стр.19-52. Управление мощностью УМ 3 может осуществляться, например, введением управляемого затухания в цепь возбуждения или коммутацией в выходных цепях;3 - power amplifier (UM), which is a pulse-modulated microwave amplifier, implemented depending on the required power and band of amplified frequencies on the basis of an electrovacuum device (amplitron, traveling wave lamp, multipath klystron, etc.) or a semiconductor device ( transistor) - see, for example, [6], pp. 19-52. The power control of the
4 - фазовый манипулятор (ФМ), который может быть выполнен по схеме, приведенной в описании к патенту США № 4338604 [3], причем в качестве линии задержки может использоваться отрезок полоскового волновода, коммутируемый СВЧ-диодами, которые управляются импульсами, поступающими от генератора кода (см. ниже);4 - phase manipulator (FM), which can be performed according to the scheme given in the description of US patent No. 4338604 [3], and a segment of a strip waveguide switched by microwave diodes that are controlled by pulses from a generator can be used as a delay line code (see below);
5 - возбудитель (В), структурная схема которого представлена на фиг.2;5 - pathogen (B), a structural diagram of which is presented in figure 2;
6 - импульсный модулятор (ИМ), который, в зависимости от схемы УМ, может быть реализован по одной из схем, приведенных в [6], стр.103-107, рис.43-45;6 - pulse modulator (IM), which, depending on the AM circuit, can be implemented according to one of the circuits given in [6], pp. 103-107, Figs. 43-45;
7 - перестраиваемый генератор кода (ГК), который может быть выполнен по схеме, приведенной в описании к патенту № 2039365 [4];7 - tunable code generator (GK), which can be performed according to the scheme given in the description of patent No. 2039365 [4];
8 - блок перестройки частоты (БПЧ), структурная схема которого приведена на фиг.3;8 - block frequency adjustment (BFC), a structural diagram of which is shown in figure 3;
9 - усилитель высокой частоты (УВЧ), реализуемый в виде малошумящего транзисторного СВЧ-усилителя;9 - high frequency amplifier (UHF), implemented in the form of a low-noise transistor microwave amplifier;
10 - смеситель (СМ), выполненный в виде балансного смесителя;10 - mixer (SM), made in the form of a balanced mixer;
11 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ);11 - intermediate frequency amplifier (UPCH);
12 - блок фазовых детекторов (БФД), состоящий в общем случае из 2r-1 идентичных фазовых детекторов, на которые подается опорное напряжение со сдвигами фаз на на последующей относительно предыдущего, в частности, при r=2 БФД состоит из двух идентичных фазовых детекторов, на которые опорное напряжение подается со сдвигом фаз на (на один относительно другого);12 is a block of phase detectors (BFD), consisting in the General case of 2 r-1 identical phase detectors, which are supplied with a reference voltage with phase shifts by at the next relative to the previous one, in particular, at r = 2, the BFD consists of two identical phase detectors, to which the reference voltage is applied with a phase shift of (one relative to the other);
13 - блок из 2r-1 (в общем случае) идентичных видеоусилителей, полоса которых может изменяться по управляющему сигналу, например, путем коммутации конденсаторов, определяющих частоту среза частотной характеристики (в частности, при r=2 БФД состоит из двух идентичных видеоусилителей);13 is a block of 2 r-1 (in the general case) identical video amplifiers, the band of which can be changed according to the control signal, for example, by switching capacitors that determine the cutoff frequency of the frequency response (in particular, at r = 2, the BFD consists of two identical video amplifiers) ;
14 - блок из 2r-1 (в общем случае) амплитудных квантователей (БАК), осуществляющих амплитудное квантование сигналов и шумов, поступающих на их входы по нулевому пороговому уровню на две градации - например, 1 или 0 (в частности, при r=2 БАК состоит из двух идентичных амплитудных квантователей);14 is a block of 2 r-1 (in the general case) amplitude quantizers (LHCs) that perform amplitude quantization of signals and noise arriving at their inputs at a zero threshold level in two gradations - for example, 1 or 0 (in particular, when r = 2 LHC consists of two identical amplitude quantizers);
15 - компенсатор допплеровской частоты (КДЧ), структурная схема которого приведена на фиг.4 (для наглядности, для случая r=2);15 - compensator for the Doppler frequency (CDF), the structural diagram of which is shown in figure 4 (for clarity, for the case r = 2);
16 - преобразователь "код-частота" (ПКЧ), структурная схема которого приведена на фиг.5;16 - Converter "code-frequency" (PCC), a structural diagram of which is shown in Fig.5;
17 - вычислитель допплеровской частоты (ВДЧ), который выполняет расчеты допплеровской частоты по формуле17 - Doppler frequency calculator (VDF), which performs the Doppler frequency calculations according to the formula
по известным значениям скорости V носителя РЛС, получаемым от бортовой навигационной системы, частоты fС зондирующего излучения и углов ψA и ϑA, получаемым от блока 8 перестройки частоты и блока 22 приводов антенны (см. ниже) соответственно;according to the known values of the speed V of the radar carrier received from the on-board navigation system, the sounding frequency f C and the angles ψ A and ϑ A obtained from the
181, 182 - идентичные перестраиваемые дискретные фильтры (ПДФ), структурная схема которых приведена на фиг.6;18 1 , 18 2 - identical tunable discrete filters (PDF), the structural diagram of which is shown in Fig.6;
19 - блок объединения квадратур (БОК);19 - block combining quadratures (BOK);
20 - устройство обработки информации (УОИ), структурная схема которого приведена на фиг.7;20 - information processing device (UOI), a structural diagram of which is shown in Fig.7;
21 - блок формирования порога (БФП), структурная схема которого приведена на фиг.8;21 - block formation of the threshold (BFP), a structural diagram of which is shown in Fig;
22 - синхронизатор (С), структурная схема которого приведена на фиг.11, а на фиг.10 приведены осциллограммы сигналов на выходах синхронизатора;22 - synchronizer (C), the structural diagram of which is shown in Fig. 11, and Fig. 10 shows the waveforms of the signals at the outputs of the synchronizer;
23 - блок приводов антенны (БП), состоящий из привода азимута, привода угла места и соответствующих датчиков.23 is an antenna drive unit (BP), consisting of an azimuth drive, an elevation angle drive, and corresponding sensors.
На схеме по фиг.1 последовательно соединены синхронизатор 22, блок 8 перестройки частоты, возбудитель 5, фазовый манипулятор 4, усилитель 3 мощности, антенный переключатель 2 и антенна 1, последовательно соединены усилитель 9 высокой частоты, смеситель 10, усилитель 11 промежуточной частоты, последовательно соединены блок 12 фазовых детекторов, блок 13 видеоусилителей, блок 14 амплитудных квантователей и компенсатор 15 допплеровской частоты, вход управления которого через преобразователь 16 "код-частота" соединен с выходом вычислителя 17 допплеровской частоты, а первый и второй выходы - с первыми входами перестраиваемых дискретных фильтров 181, 182 соответственно, выходы которых подключены к соответствующим входам блока 19 объединения квадратур, а выход последнего соединен с первым входом устройства 20 обработки информации.In the diagram of FIG. 1, a
Вход усилителя 9 высокой частоты присоединен к третьему плечу антенного переключателя 2, гетеродинный вход смесителя 10 и вход напряжения опорной частоты блока 12 фазовых детекторов соединены с соответствующими (вторым и третьим) выходами возбудителя 5, вход управления полосой блока 13 видеоусилителей соединен с первым выходом устройства 20 обработки информации, второй и третий выходы которого соединены с входами управления синхронизатора 22 и усилителя 3 мощности соответственно.The input of the high-frequency amplifier 9 is connected to the third arm of the
Второй вход (импульсов модуляции) усилителя 3 мощности соединен с выходом импульсного модулятора 6, вход которого и пятый вход устройства 20 обработки информации соединены с пятым выходом синхронизатора 22.The second input (modulation pulses) of the
К первому выходу синхронизатора 22 подключен первый вход генератор 7 кода, к выходу которого подключены управляющий вход фазового манипулятора 4 и кодовые (пятые) входы перестраиваемых дискретных фильтров 181 и 182. Ко второму выходу синхронизатора 22 подключены четвертые входы перестраиваемых дискретных фильтров 181 и 182 и второй вход генератора 7 кодов.The first input of the code generator 7 is connected to the first output of the
Третий выход синхронизатора 22, на котором формируется последовательность импульсов тактовой частоты, соединен со вторым управляющим входом преобразователя 16 "код-частота", со вторыми входами устройства 20 обработки информации и блока 21 формирования порога, а также с третьими входами ПДФ 181 и 182. Четвертый выход синхронизатора 22 соединен с третьим входом устройства 20 обработки информации непосредственно и - через блок 21 формирования порога - с его четвертым входом, а также - со вторыми входами перестраиваемых дискретных фильтров 181 и 182.The third output of the
Шестой вход (кодов азимута) устройства 20 обработки информации и первый информационный вход вычислителя 17 допплеровской частоты подключены к первому информационному выходу блока 23 приводов антенны, второй информационный выход (кодов угла места) которого соединен со вторым входом вычислителя 17 допплеровской частоты, на третий вход которого подаются значения скорости V носителя от бортовой системы навигации. Четвертый вход вычислителя 17 допплеровской частоты соединен с информационным выходом блока 8 перестройки частоты.The sixth input (azimuth codes) of the
Кинематический выход блока 23 приводов соединен с входом управления антенной 1. Четвертый выход устройства 20 обработки информации представляет информационный выход РЛС.The kinematic output of the drive unit 23 is connected to the control input of the
На фиг.2 представлена схема возбудителя 5, где обозначено:Figure 2 presents a diagram of the
241,..., 24m - кварцевые генераторы (КГ1,..., КГm);24 1 , ..., 24 m - crystal oscillators (KG 1 , ..., KG m );
251,..., 25m - стробируемые усилители (Ус1,... Усm);25 1 , ..., 25 m - gated amplifiers (US 1 , ... US m );
26 - умножитель частоты (Умн);26 - frequency multiplier (Smart);
27 - смеситель (См);27 - mixer (cm);
28 - генератор колебаний опорной частоты (ГОП);28 - generator oscillations of the reference frequency (GOP);
29 - усилитель колебаний частоты сигнала (Усc);29 - amplifier oscillations in the frequency of the signal (US c );
30 - усилитель колебаний гетеродинной частоты (Усг);30 - amplifier oscillations of the heterodyne frequency (US g );
31 - усилитель колебаний опорной частоты (Усоп).31 - amplifier oscillations of the reference frequency (US op ).
На фиг.2 кварцевые генераторы 241,..., 24m соединены через соответствующие стробируемые усилители 251,..., 25m, управляющие входы которых образуют вход возбудителя 5, с входом умножителя 26 частоты. Выход умножителя 26 частоты через усилитель 29 соединен с первым выходом (колебаний частоты fС сигнала) возбудителя 5, а также непосредственно с входом смесителя 27, второй выход которого через усилитель 30 колебаний гетеродинной частоты соединен со вторым выходом возбудителя 5. Ко второму входу смесителя 27 подключен первый выход генератора 28 колебаний опорной частоты, причем второй выход последнего через усилитель 31 колебаний опорной частоты соединен с третьим выходом возбудителя 5.In figure 2, the
На фиг.3 представлена структурная схема блока 8 перестройки частоты, где обозначено:Figure 3 presents the structural diagram of the
32 - генератор шума (ГШ);32 - noise generator (GS);
33 - усилитель-ограничитель (УО);33 - amplifier-limiter (UO);
34 - счетчик (Сч);34 - counter (MF);
35 - блок элементов И;35 - block of elements And;
36 - регистр (Р);36 - register (P);
37 - дешифратор (Дш).37 - decoder (Dsh).
На фиг.3 управляющий вход блока 35 элементов И является входом блока 8 перестройки частоты, а его сигнальные входы соединены с соответствующими выходами счетчика 34, к входу которого через усилитель-ограничитель 33 подключен выход генератора 32 шума. Выходы блока 35 поразрядно соединены с регистром 36, выходы которого подключены к первому выходу блока 8 перестройки частоты через дешифратор 37, а ко второму выходу блока 8 - непосредственно.Figure 3, the control input of the block of
На фиг.4 представлена структурная схема компенсатора 15 допплеровской частоты для случая r=2, т.е. когда угол 2π квантуется на 2r=4 уровня, где обозначено:Figure 4 presents the structural diagram of the
381, 382 - инверторы (ИНВ1, ИНВ2);38 1 , 38 2 - inverters (INV 1 , INV 2 );
391, 392 - коммутаторы (K1, К2).39 1 , 39 2 - switches (K 1 , K 2 ).
На фиг.4 первый сигнальный вход компенсатора 15 допплеровской частоты соединен с первым входом первого коммутатора 391 и четвертым входом второго коммутатора 392 непосредственно, а с третьим входом первого коммутатора 391 и вторым входом второго коммутатора 392 - через первый инвертор 381. Второй сигнальный вход компенсатора 15 допплеровской частоты соединен со вторым входом первого коммутатора 391 и первым входом второго коммутатора 392 непосредственно, а с четвертым входом первого коммутатора 391 и третьим входом второго коммутатора 392 - через второй инвертор 382. Выходы первого и второго коммутаторов 391, 392 образуют соответственно первый и второй выходы компенсатора 15 допплеровской частоты. Управляющие входы коммутаторов 391 и 392 подключены к входу управления КДЧ 15.In Fig. 4, the first signal input of the
В общем случае компенсатор 15 допплеровской частоты имеетIn general, the
2r-1 сигнальных входов, 2r-1 инверторов 381,..., 382 r-1, а каждый из коммутаторов 391, 392 имеет 2r входов (1, 2,..., 2r). Ниже представлены соответствующая таблица соединений входов компенсатора 15 с входами коммутаторов 391, 392 - непосредственно или через инверторы (в последнем случае это отмечается сокращением "инв").2 r-1 signal inputs, 2 r-1 inverters 38 1 , ..., 38 2 r-1 , and each of the switches 39 1 , 39 2 has 2 r inputs (1, 2, ..., 2 r ) . Below is the corresponding table of connections of the inputs of the
На фиг.5 представлена структурная схема преобразователя 16 "код-частота", где обозначено:Figure 5 presents the structural diagram of the
40 - дешифратор коэффициента деления;40 - decoding coefficient of division;
41 - управляемый делитель.41 - controlled divider.
На фиг.5 первый вход преобразователя 16 "код-частота" соединен с управляющим входом управляемого делителя 41 через дешифратор 40, сигнальный вход управляемого делителя 41 образует второй вход преобразователя 16, а выход делителя 41 - выход преобразователя 16 "код-частота".In Fig. 5, the first input of the code-
На фиг.6 представлена структурная схема перестраиваемых дискретных фильтров (ПДФ) 181, 182, где обозначено:Figure 6 presents the structural diagram of tunable discrete filters (PDF) 18 1 , 18 2 , where it is indicated:
42 - регистр сдвига сигнала (PC1);42 - register shift signal (PC 1 );
43 - регистр сдвига кодов (РС2);43 - register shift codes (RS 2 );
44 - регистр сдвига сигнала логической "1" (РС3)44 - register shift signal logical "1" (RS 3 )
451,..., 45N - сумматоры по модулю "2" (СМ2);45 1 , ..., 45 N - adders modulo "2" (SM 2 );
461,..., 46N - элементы И-НЕ;46 1 , ..., 46 N - NAND elements;
47 - многовходовый сумматор (МС);47 - multi-input adder (MS);
48 - счетчик;48 - counter;
49 - блок вычитания.49 - block subtraction.
На схеме фиг.6 сигнальный вход регистра 42 сдвига сигнала образует первый вход перестраиваемого дискретного фильтра 181 (182). Вход обнуления регистра 44 сдвига сигнала логической "1" соединен с входом обнуления счетчика 48 и образует второй вход перестраиваемого дискретного фильтра 181 (182). Третий вход ПДФ 181 (182) подключен к тактовым входам регистра 42 сдвига сигналов, регистра 44 сдвига сигнала логической "1" и счетчика 48. Выходы всех N разрядов регистра 42 сдвига сигналов соединены с первыми входами соответствующих сумматоров 451,..., 45N по модулю "2", их вторые входы соединены с соответствующими выходами N разрядов регистра 43 сдвига кодов, сигнальный вход которого образует пятый вход ПДФ 181 (182), а тактовый вход регистра 43 сдвига сигналов является четвертым входом ПДФ 181 (182). Выходы всех N сумматоров 451,..., 45N соединены с первыми входами элементов И-НЕ 461,..., 46N, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами регистра 44 сдвига сигналов логической "1", сигнальный вход которого соединен с шиной логической "1".In the diagram of FIG. 6, the signal input of the
Выходы элементов И-НЕ 461,..., 46N соединены с соответствующими входами многовходового сумматора 47, выход которого соединен с входом уменьшаемого блока 49 вычитания. Вход вычитаемого блока 49 вычитания соединен с выходом счетчика 48, а выход блока 49 вычитания образует выход перестраиваемого дискретного фильтра 181 (182).The outputs of the AND-NOT elements 46 1 , ..., 46 N are connected to the corresponding inputs of the
На фиг.7 представлена структурная схема устройства 20 обработки информации, где обозначено:Figure 7 presents the structural diagram of the
50 - блок сравнения с порогом (БСП);50 - block comparison with the threshold (BSP);
51 - блок первичной обработки (БПО);51 - primary processing unit (BPO);
52 - ключ (Кл);52 - key (C);
53 - блок вторичной обработки (БВО).53 - block secondary processing (BVI).
На схеме фиг.7 первый вход УОИ 20 через блок 50 сравнения с порогом соединен с первым - сигнальным - входом блока 51 первичной обработки, второй вход которого соединен с третьим входом - обнуляющего сигнала - устройства 20 обработки информации, четвертый вход которого является управляющим входом блока 50 сравнения с порогом. Второй вход устройства 20 обработки информации - тактирующих импульсов - соединен через ключ 52 с третьим входом блока 51 первичной обработки, управляющий вход ключа 52 образует пятый вход устройства 20, а четвертый вход блока 51 первичной обработки является шестым входом - значений азимута - устройства 20. Выход блока 51 первичной обработки соединен с сигнальным входом блока 53 вторичной обработки, а выходы последнего с первого по четвертый образуют соответствующие выходы устройства 20 обработки информации.In the diagram of Fig. 7, the first input of the
На фиг.8 представлена структурная схема блока 21 формирования порога, где обозначено:On Fig presents a structural diagram of the
54 - счетчик (Сч);54 - counter (MF);
55 - дешифратор (Дш);55 - decoder (Dsh);
56 - блок памяти (БП);56 - memory block (PSU);
57 - триггер (Тг);57 - trigger (Tg);
58 - ключ (Кл).58 - key (C).
На схеме фиг.8 первый вход блока 21 формирования порога является входом установки в нуль счетчика 54, его выходы поразрядно соединены с соответствующими входами дешифратора 55 и входами младших разрядов блока 56 памяти, старший разряд которого соединен с выходом триггера 57, а счетный вход последнего соединен с выходом дешифратора 55. Выход триггера 57 соединен также с управляющим входом ключа 58, информационный вход которого является вторым входом блока 21, а выход соединен со счетным входом счетчика 54. Первый вход блока 21 соединен также с обнуляющим входом триггера 57, а выход блока 56 памяти является выходом блока 21 формирования порога.In the diagram of Fig. 8, the first input of the
На фиг.9 представлена структурная схема блока 51 первичной обработки, где обозначено:Figure 9 presents the structural diagram of the
591,..., 59n-1 - регистры сдвига (PC1,..., PCn-1);59 1 , ..., 59 n-1 - shift registers (PC 1 , ..., PC n-1 );
60 - многовходовый сумматор (МС);60 - multi-input adder (MS);
61 - цифровой компаратор (ЦК);61 - digital comparator (CC);
62 - блок опроса (БО);62 - polling unit (BO);
63 - измеритель дальности (ИД);63 - range meter (ID);
64 - измеритель азимута (ИА);64 - azimuth meter (IA);
65 - оперативное запоминающее устройство целей (ОЗУЦ).65 - random access memory device goals (RAM).
На фиг.9 n-1 регистров 591,..., 59n-1 сдвига соединены последовательно, вход первого регистра 591 сдвига соединен с первым входом многовходового сумматора 60 и одновременно является первым входом блока 51 первичной обработки, входы регистров 592,..., 59n-1 соединены соответственно с входами со второго по n-1-й, многовходового сумматора 60, n-й вход которого соединен с выходом регистра 59n-1.In Fig. 9, n-1
Тактовые входы всех регистров 591,..., 59n-1 сдвига объединены между собой и образуют третий вход блока 51 первичной обработки. Выход многовходового сумматора 60 через цифровой компаратор 61 соединен с входом блока 62 опроса, первый и второй выходы которого соединены через измеритель 63 дальности и измеритель 64 азимута соответственно с первым и вторым входами оперативного запоминающего устройства 65 целей, выход которого является выходом блока 51 первичной обработки. Второй и третий входы измерителя 63 дальности соединены соответственно с одноименными входами блока 51, а второй вход измерителя 64 азимута является четвертым входом блока 51 первичной обработки.The clock inputs of all
На фиг.10 представлены осциллограммы сигналов на выходах синхронизатора 22, где обозначено:Figure 10 presents the waveforms of the signals at the outputs of the
66 - осциллограмма импульсов управления блоком 8 перестройки частоты и генератором 7 кода с длительностью τ0 и упреждением t0 относительно начала периода повторения зондирующих импульсов, причем τ0≪t0, t0≪TП - на первом выходе синхронизатора 22;66 is a waveform of the control pulses of the
67 - осциллограммы пачек импульсов с длительностью пачки ТИ, периодом следования импульсов τИ≪TИ, длительностью импульсов τ0≪τИ и периодом повторения пачек ТП - для управления генератором 7 кода и перестраиваемыми дискретными фильтрами 181, 182 - на втором выходе синхронизатора 22;67 - waveforms of bursts of pulses with a burst duration of T AND , a pulse repetition period of τ AND ≪T AND , a pulse duration of τ 0 ≪τ And and a repetition period of bursts of T P - to control the code generator 7 and tunable
68 - осциллограммы последовательностей импульсов с периодом следования τИ≪TИ и длительностью импульсов τ0≪τИ - для управления преобразователем 16 "код-частота", перестраиваемыми дискретными фильтрами 181 и 182, устройством 20 обработки информации и блоком 21 формирования порога - на третьем выходе синхронизатора 22;68 - waveforms of sequences of pulses with a repetition period τ AND ≪T И and pulse durations τ 0 ≪τ И - for controlling a code-
69 - осциллограммы периодических импульсов с периодом ТП, запаздыванием TИ относительно начала периода повторения и длительностью τ0≪TИ - сигналов обнуления для управления перестраиваемыми дискретными фильтрами 181, 182, устройством 20 обработки информации и блоком 21 формирования порога - на четвертом выходе синхронизатора 22;69 - waveforms of periodic pulses with a period T P, delay T And relative to the beginning of the repetition period and duration τ 0 ≪T And - zeroing signals for controlling tunable
70 - осциллограммы периодических импульсов с периодом TП, передний фронт которых является началом периода повторения, и длительностью ТИ<ТП - для управления импульсным модулятором 6 и устройством 20 обработки информации - на пятом выходе синхронизатора 22.70 - waveforms of periodic pulses with a period T P , the leading edge of which is the beginning of the repetition period, and the duration T AND <T P - for controlling the pulse modulator 6 and the information processing device 20 - at the fifth output of the
На фиг.11 представлена структурная схема синхронизатора 22, где обозначено:Figure 11 presents the structural diagram of the
71 - генератор тактирующих импульсов (ГТИ);71 - generator of clock pulses (GTI);
72 - управляемый делитель (ДУ);72 - controlled divider (DU);
73 - ключ (Кл);73 - key (C);
74 - счетчик (Сч);74 - counter (MF);
75 - дешифратор (Дш);75 - decoder (Dsh);
76 - блок триггеров (БТг).76 - trigger block (BTg).
На схеме фиг.11 последовательно соединены генератор 71 тактирующих импульсов, управляемый делитель 72 и счетчик 74. Выходы счетчика 74 через дешифратор 75 поразрядно соединены с входами блока 76 триггеров. Вход управляемого делителя 72 является входом синхронизатора 22, выход управляемого делителя 72 через ключ 73 соединен со вторым выходом синхронизатора 22 и непосредственно - с третьим его выходом. Первый, четвертый и пятый выходы синхронизатора 22 соединены с выходами блока 76 триггеров, причем последний выход соединен также с управляющим входом ключа 73.In the diagram of FIG. 11, a
В соответствии со структурной схемой фиг.1 РЛС, реализующая заявляемый способ, работает следующим образом.In accordance with the structural diagram of figure 1, the radar that implements the inventive method, works as follows.
Возбудитель 5 передатчика генерирует непрерывные колебания частоты сигнала fCi, гетеродина fГi и опорные колебания промежуточной частоты fпч, при этом частоты fCi, fГi высоко стабильны в течение одного периода повторения TП зондирующих импульсов, но могут меняться скачком от периода к периоду по случайному закону под действием сигналов от блока 8 перестройки частоты, принимая одно из m значений (r=1, 2,..., m), причем так, что всегда выполняется соотношение |fCi-fГi|=fпч.The
Возбудитель 5 работает следующим образом (фиг.2).The
Кварцевые генераторы 241,..., 24m генерируют непрерывные колебания стабильных частот f1, f2,..., fm соответственно, эти колебания усиливаются стробируемыми усилителями 251,..., 25m соответственно, из которых в течение каждого периода повторения лишь один открыт, а остальные закрыты - в соответствии с управляющим кодом, поступающим на входы управления усилителей 251,..., 25m через вход возбудителя 5 от блока 8 перестройки частоты. Колебания частоты fi через открытый усилитель 25i поступают на умножитель 26 частоты, где умножаются до частоты fCi, колебания частоты fCi усиливаются в усилителе 29 и приходят на первый выход возбудителя 5, а также поступают на вход смесителя 27, на другой вход которого поступают колебания промежуточной частоты fпч, генерируемые генератором 28 колебаний опорной частоты. Колебания гетеродинной частоты fГi, образующиеся в смесителе 27, усиливаются в усилителе 30 и поступают на второй выход возбудителя, а колебания опорной частоты, равной промежуточной, проходят через усилитель 31 на третий выход возбудителя 5.
Перестройка частот fCi и fГi производится с помощью блока 9 перестройки частоты (БПЧ), работающего следующим образом (фиг.3).The frequency tuning f Ci and f Gi is performed using the block 9 frequency adjustment (BFCH), which operates as follows (figure 3).
Генератор 32 шума, построенный, например, на основе шумового диода, генерирует шумовой сигнал с шириной спектра, значительно превосходящей частоту повторения , далее, эти колебания усиливаются и ограничиваются в усилителе-ограничителе 33 и поступают на счетчик 34, который осуществляет счет, например, положительных фронтов по модулю m и имеет, таким образом, m равновероятных состояний. В момент, определяемый синхроимпульсами, поступающими через период повторения ТП с первого выхода синхронизатора 22 (66, фиг.11) с упреждением на время t0 относительно начала следующего периода, показания счетчика 34 через элемент "И" БЭИ 35 записываются в регистр 36 и преобразуются в дешифраторе 37 в параллельный m-разрядный код с одним ненулевым разрядом, который сохраняется в течение всего периода повторения и определяет значения fCi и fГi в следующем периоде. Одновременно код частоты fCi с выхода регистра 36 поступает на второй выход блока 8 перестройки частоты.A
Колебания частоты сигнала fCi поступают в фазовый манипулятор 4, где манипулируются по фазе на уровне 0π двоичным многоразрядным кодом (число разрядов N), формируемым в перестраиваемом генераторе 7 кода. Работа генератора 7 кода, построенного в соответствии с генератором кода, описанным в прототипе [4], происходит точно так же, как в [4]. Далее, колебания усиливаются по мощности в усилителе 3 мощности, формирующем под действием импульсного модулятора 6, управляемого синхронизатором 22 и устройством 20 обработки информации зондирующие импульсы с длительностью ТИ с внутриимпульсной фазовой манипуляцией (ФМ) N разрядным двоичным кодом, перестраиваемым от периода к периоду повторении Тn. Зондирующие импульсы, образованные в усилителе 3 мощности передатчика, проходят через антенный переключатель 2 в антенну 1 и излучаются в пространство.Fluctuations in the frequency of the signal f Ci enter the
При этом длительность ТИ зондирующих импульсов и число разрядов кода N ФМ выбираются из соотношений (1) и (2) соответственно, а мощность в импульсе устанавливается максимальной - для обнаружения целей на максимальной дальности. Блок 23 приводов антенны работает автономно, обеспечивая обзор пространства.In this case, the duration T AND of the probe pulses and the number of bits of the code N FM are selected from relations (1) and (2), respectively, and the pulse power is set to maximum to detect targets at maximum range. The antenna drive unit 23 operates autonomously, providing an overview of the space.
Принимаемые сигналы, проходя через антенный переключатель 2, попадают в усилитель 9 высокой частоты и после усиления - в смеситель 10, на гетеродинный вход которого поступают колебания гетеродинной частоты из возбудителя 5. Сигналы промежуточной частоты, образующиеся в смесителе 10, усиливаются, далее, в усилителе 11 промежуточной частоты и приходят на фазовые детекторы блока 12, на которые в качестве колебаний опорной частоты поступают колебания промежуточной частоты из возбудителя 5.The received signals passing through the
Блок 12 фазовых детекторов состоит из 2r-1 идентичных фазовых детекторов, на которые подаются опорные напряжения со сдвигом - на последующий относительно предыдущего (в частности, при r=2 БФД состоит из двух фазовых детекторов со сдвигом фаз по опорному напряжению на ), поэтому на выходах БФД 12 образуются
2r-1 сигналов Sl(t), l=1, 2,..., 2r-1, имеющих вид2 r-1 signals S l (t), l = 1, 2, ..., 2 r-1 , of the form
a(t-tR)cos[2πFДt+ψ(t-tR)+φ],a (tt R ) cos [2πF Д t + ψ (tt R ) + φ],
где a(t), ψ(t) - функции амплитудной и фазовой модуляции (манипуляции) сигналов,where a (t), ψ (t) are the functions of the amplitude and phase modulation (manipulation) of the signals,
- задержка, соответствующая дальности R до цели, - the delay corresponding to the range R to the target,
φ - начальный сдвиг фаз между колебаниями принимаемых сигналов и опорными колебаниями, причемφ is the initial phase shift between the oscillations of the received signals and the reference oscillations, and
здесь NτИ=ТИ, υi=1 или 0 - код ФМ.here Nτ И = Т И , υ i = 1 or 0 is the FM code.
Эти сигналы проходят через соответствующие последовательно соединенные видеоусилители блока 13 и амплитудные квантователи блока 14, где квантуются на 2 градации (0 или 1) по нулевому пороговому уровню, квантованные сигналы передаются на соответствующий сигнальный вход 2r-1 канального компенсатора 15 допплеровской частоты, в котором (фиг.4) непосредственно и через инверторы 381,..., 382 r-1 (на фиг.4 r=2) поступают на 2r - входовые коммутаторы 391, 392, на которые в качестве управляющих (коммутирующих) сигналов поступают с выхода преобразователя 16 "код-частота" импульсы с периодом, равным , т.е. составляющим периода допплеровской частоты, соответствующей радиальной составляющей скорости носителя РЛС в направлении на цель, наблюдаемую в данный момент.These signals pass through the corresponding series-connected video amplifiers of block 13 and amplitude quantizers of block 14, where they are quantized by 2 gradations (0 or 1) at a zero threshold level, the quantized signals are transmitted to the
Для формирования этих импульсов значения допплеровской частоты FД, рассчитанные по формуле (4) в вычислителе 17 допплеровской частоты по значениям азимута и угла места антенны, поступающим с информационных выходов блока 23 приводов антенны, скорости V носителя, поступающей из бортовой навигационной системы, и значения частоты сигналов fCi в данный момент, приходящего на вычислитель 17 из блока 8 перестройки частоты, передаются на первый вход преобразователя 16 "код-частота", в котором они проходят через дешифратор 40 (см. фиг.5) и далее преобразуются в управляемом делителе 41 с частотой повторения импульсов , поступающих на второй вход управляемого делителя 41 с третьего выхода (68 на фиг.11) синхронизатора 22.To generate these pulse values of the Doppler frequency F D, calculated from the formula (4) in the calculator 17, the Doppler frequency from the values of the azimuth and elevation angle of the antenna coming from the information output 23 of the antenna drive unit, the velocity V medium supplied from the onboard navigation system, and the values frequency signals f Ci currently coming to the calculator 17 from the
В результате на выходе преобразователя 16 "код-частота" образуются импульсы с требуемой частотой 2rFД, управляющие коммутаторами 391, 392 в компенсаторе 15 допплеровской частоты. Под действием этих импульсов коммутаторы 391, 392 синхронно подключают соответствующие свои входные контакты 1, 2,..., 2r к своим выходам.As a result, pulses with the required frequency 2 r F Д are generated at the output of the code-
На многоканальном сигнальном входе компенсатора 15 образуются случайные процессы после амплитудного квантования в блоке 14 по правилу (с учетом последующего вычитания в ПДФ 18)At the multi-channel signal input of the
где εl(t)=nl(t)+sl(t), причем nl(t) - нормальные случайные процессы с нулевыми математическими ожиданиями и одинаковыми стандартными отклонениями σШ (т.е. шумы).where ε l (t) = n l (t) + s l (t), and n l (t) are normal random processes with zero mathematical expectations and the same standard deviations σ Ш (i.e., noise).
Тогда для математических ожиданий и стандартных отклонений процессов ηl(t) получим при (т.е. при малых отношениях сигнал/шум до сжатия)Then for mathematical expectations and standard deviations of the processes η l (t) we obtain for (i.e., at low signal to noise ratios before compression)
Далее, как видно из таблицы соединений и фиг.4, сигналы на входах коммутатора 392 отстают по фазе на от сигналов на одноименных входах коммутатора 391.Further, as can be seen from the connection table and figure 4, the signals at the inputs of the switch 39 2 lag in phase by from signals at the inputs of the same name switch 39 1 .
В результате коммутации на выходах компенсатора 15 допплеровской частоты образуются процессы ηC(t), ηS(t) c математическими ожиданиями ,As a result of switching at the outputs of the
, ,
гдеWhere
при j=1, 2, 3,...at j = 1, 2, 3, ...
т.е. произойдет компенсация фазовых набегов из-за допплеровской частоты FД с точностью до искажений, тем меньших, чем больше r. Как показано выше, эти искажения приводят к энергетическим потерям, которые даже при r=2 не превосходят 1 дБ, а при r≥4 они пренебрежимо малы.those. the phase incursions will be compensated due to the Doppler frequency F D with an accuracy of distortion, the smaller the greater r. As shown above, these distortions lead to energy losses, which even for r = 2 do not exceed 1 dB, and for r≥4 they are negligible.
Таким образом, на первом и втором выходах компенсатора 15 допплеровской частоты благодаря предлагаемой схеме соединений образуются квадратурные составляющие сигналов, которые поступают на первые входы перестраиваемых дискретных фильтров 181 и 182 соответственно.Thus, at the first and second outputs of the
Перестраиваемые дискретные фильтры 181 и 182 работают следующим образом (фиг.6).Tunable
Оба ПДФ (181 и 182) в каждом периоде повторения согласуются с зондирующим сигналом по коду фазовой манипуляции (ФМ). Для обеспечения этого согласования в каждом периоде повторения ПДФ 181, 182 перестраиваются в соответствии с изменением кода ФМ в генераторе 7 кода.Both PDFs (18 1 and 18 2 ) in each repetition period are consistent with the probe signal according to the phase manipulation code (FM). To ensure this coordination in each repetition period, the
Настройка дискретных фильтров 181 и 182 на требуемый код ФМ производится во время излучения зондирующих импульсов путем записи генерируемого в данном периоде кода в регистры 43 сдвига каждого ПДФ 181, 182. Код ФМ поступает на пятые входы дискретных фильтров 181, 182. Запись этого кода в регистры 43 осуществляется пачкой из N тактовых импульсов, поступающих на четвертые входы дискретных фильтров 181, 182 со второго выхода (67, фиг.10) синхронизатора 22. По окончании пачки из N тактовых импульсов дискретные фильтры 181, 182 оказываются настроенными на ожидаемый отраженный ФМ-сигнал.The
В момент окончания зондирующего импульса, являющийся моментом начала отсчета дальности, с четвертого выхода синхронизатора 22 на вторые входы ПДФ 181 и 182 приходит сигнал обнуления (69, фиг.10), под действием которого обнуляются регистры 44 сдвига и счетчики 48.At the end of the probe pulse, which is the moment the range begins, from the fourth output of the
Принимаемый сигнал по тактовым импульсам, приходящим с третьего выхода синхронизатора 22 на третьи входы ПДФ 181, 182, вдвигается в регистры 42 сдвига. Одновременно тактовые импульсы обеспечивают запись "единиц" в регистр 44 сдвига и счет текущей дальности счетчиком 48. Двоичные числа, записанные в регистрах 42 и 43, поразрядно суммируются по модулю 2 в сумматорах 451,...,45N. Одноразрядные числа поступают на первые входы элементов 461,..., 46N И-НЕ, на вторые входы которых поступают разрешающие ("1") или запрещающие ("0") сигналы с регистра 44 сдвига. На малых дальностях R<R0 с каждым тактовым импульсом разрешающий сигнал поступает на очередной элемент "И-НЕ", т.к. очередная "единица" вдвигается в регистр 44, поэтому число открытых элементов "И-НЕ" пропорционально текущей дальности. При R≥R0 все разряды регистра РС3 44 оказываются заполненными "единицами" и все элементы "И-НЕ" - открытыми. Одноразрядные числа с выходов сумматоров 451,..., 45N проходят через открытые элементы "И-НЕ" 461,..., 46N и складываются в многовходовом сумматоре 47, после чего из образовавшегося в нем результата вычитается число, пропорциональное текущей дальности (число тактовых импульсов, отсчитанное от нулевой дальности счетчиком 48). Благодаря поочередному открыванию выходов разрядов регистров 42 сигнала с ростом текущей дальности в зоне R<R0, "действующая" длина ПДФ 181 (182) изменяется в соответствии с (6), и фильтр всегда согласован по длине с принимаемым сигналом.The received signal at clock pulses coming from the third output of the
В момент, когда принимаемый сигнал полностью вдвигается в регистры 42 сдвига, т.е. когда наступит момент согласования, на выходах дискретных фильтров 181 и 182 образуются главные пики квадратурных составляющих сжатого сигнала. Квадратурные составляющие сжатых сигналов поступают на первый и второй входы блока 19 объединения квадратур, где они возводятся в квадрат в соответствующих квадратурах и суммируются. Эти операции обеспечивают исключение неизвестной начальной фазы отраженных сигналов.At the moment when the received signal is completely pushed into the shift registers 42, i.e. when the moment of matching comes, the main peaks of the quadrature components of the compressed signal are formed at the outputs of the
Сигналы, отраженные от целей, находящихся на дальностях , начинают поступать на вход приемника, когда еще не закончено излучение зондирующего импульса и приемник, соответственно, закрыт, так что первые разрядов ФМ-сигналов не принимаются, а принимаемый сигнал состоит из оставшихся разрядов, которые в момент согласования занимают N1 первых разрядов сигнальных регистров 42 сдвига в ПДФ 181, 182. Однако, в отличие от прототипа [4], обеспечивается полное согласование ПДФ с принимаемыми сигналами независимо от дальностей до целей, их отражающих.Signals reflected from targets at ranges , begin to arrive at the input of the receiver, when the radiation of the probe pulse is not yet completed and the receiver, respectively, is closed, so the first bits of FM signals are not received, and the received signal consists of the remaining bits that at the time of coordination occupy N 1 the first bits of the signal registers 42 of the shift in the
С выхода блока 19 объединения квадратур принимаемый сигнал, представленный многоразрядным положительным числом, поступает на блок 50 сравнения с порогом устройства 20 обработки информации (фиг.7), где сравнивается с числовым порогом, формируемым блоком 21 формирования порога (фиг.8), который работает следующим образом.From the output of the quadrature combining unit 19, the received signal, represented by a multi-bit positive number, is sent to the
На первый вход блока 21 формирования порога поступает обнуляющий сигнал с четвертого выхода (69, фиг.10) синхронизатора 22, который обнуляет счетчик 54 и триггер 57 в момент начала отсчета дальности. Далее тактовые импульсы с третьего выхода синхронизатора 22 (68, фиг.10) поступают через второй вход блока 21 и открытый ключ 58 на счетный вход счетчика 54, в котором производится, таким образом, отсчет текущей дальности в единицах τИ. Коды текущей дальности с выходов счетчика 54 поступают на младшие разряды адреса блока 56 памяти, в котором записаны значения порога в функции от дальности, проходящие на выход блока 21. Одновременно сигналы с выходов счетчика 54 поступают на дешифратор 55, который срабатывает в момент, когда текущая дальность R достигает значения . В этот момент по сигналу с выхода дешифратора 55 срабатывает триггер 57, который подает сигнал на старший разряд БП 56 и одновременно блокирует вход счетчика 54. Таким образом, устанавливается постоянный (максимальный) порог на выходе блока 21 формирования порога на дальностях R≥R0. Благодаря этому в блок 50 сравнения с порогом через четвертый вход устройства 20 поступают пороговые значения, которые при R<R0 растут пропорционально N1, где N1 - число действующих разрядов ПДФ 181, 182, что обеспечивает постоянство ложных выбросов из-за шумов в области R<R0. Если значение сигнала, поступающее на сигнальный вход блока 50 сравнения с порогом, превышает пороговое значение, приходящее на его второй вход, вырабатывается единичный сигнал, в противном случае - нулевой. Пачка нормированных импульсов сигналов от цели поступает на первый вход блока 51 первичной обработки, проходит цепь из n-1 последовательно соединенных регистров 591,... 59n-1 сдвига, на которые в качестве сдвигающих импульсов через третий вход блока 51 поступают импульсы с третьего выхода синхронизатора 22 (68, фиг.10), стробируемые на время TИ излучения зондирующих импульсов в ключе 52, на который в качестве управляющих приходят импульсы с длительностью ТИ с пятого выхода (70, фиг.10) синхронизатора 22. Число разрядов в регистрах 591,..., 59n-1 следует выбирать равным , для того чтобы обеспечить накопление n импульсов пачки со всех элементов дальности. В процессе накопления благодаря перестройке кодов ФМ от импульса к импульсу при бинарном квантовании перед сжатием происходит, как в прототипе [4], подавление боковых лепестков. Накопленные за n периодов повторения сигналы образуются в сумматоре 60, с выхода которого они поступают в цифровой компаратор 61, в котором они сравниваются с заранее выбранным пороговым числом , реализуя обнаружение по правилу . При условии превышения порога в компараторе 61 образуются нормированные импульсы, которые поступают в блок 62 опроса, осуществляющий объединение первого и последнего импульсов, превысивших порог, и считывание значений дальности и азимута обнаруженных целей. Это достигается в измерителе 63 дальности и измерителе 64 азимута, на первый из которых с этой целью приходят обнуляющие импульсы с четвертого выхода синхронизатора 22, фиксирующие начало отсчета дальности, и импульсы с частотой с третьего входа блока 51 первичной обработки, осуществляющие счет дальности в измерителе 63 дальности, а на второй - коды значений азимута с датчика углов антенны, поступающие из блока 23 приводов антенны через шестой вход устройства 20 обработки информации на четвертый вход блока 51 первичной обработки.At the first input of the
Координаты обнаруженных целей, сгруппированные попарно, записываются в оперативном запоминающем устройстве 65 целей, откуда они поступают на выход блока 51 и - дальше - на вход блока 53 вторичной обработки.The coordinates of the detected targets, grouped in pairs, are recorded in the
Блок 53 вторичной обработки может быть реализован в виде программируемого вычислительного устройства. Работа его состоит в межобзорной обработке и формировании команд, связанных с изменениями параметров зондирующих (а следовательно, и принимаемых) сигналов по мере изменения дальностей до целей. Межобзорная обработка состоит в накоплении решений о первичном обнаружении, принятых в блоке 51 первичной обработки, за цикл из М обзоров и вынесении окончательных решений вида "К из М" по каждой из целей, обнаруженных в блоке 51, а также - в измерении координат этих целей - дальности и азимута путем "сглаживания", т.е. усреднения их за М обзоров с учетом перемещений целей относительно РЛС за время этой обработки.The
Значение текущей максимальной дальности до цели из числа обнаруженных Rmax(t) сравнивается с величиной , и, когда условие перестает выполняться, принимается решение об уменьшении длительности ТИ зондирующих сигналов, например, при сохранении разрядности N кода ФМ, одновременно регулируется полоса пропускания приемного устройства в соответствии с соотношением и уменьшается мощность зондирующих сигналов по мере уменьшения максимальной дальности пропорционально . Соответствующие команды подаются через первый, второй и третий выходы устройства 20 обработки информации на входы управления блока 13 видеоусилителей, синхронизатора 22 и усилителя 3 мощности, соответственно, одновременно значения координат целей поступают на четвертый - информационный выход устройства 20 обработки информации.The value of the current maximum range to the target from the number of detected R max (t) is compared with the value , and when the condition ceases to be executed, a decision is made to reduce the duration of T AND probing signals, for example, while maintaining the bit depth N of the FM code, the passband of the receiving device is simultaneously adjusted in accordance with the ratio and the power of the probing signals decreases as the maximum range decreases proportionally . Corresponding commands are sent through the first, second, and third outputs of the
Работа синхронизатора 22 состоит в формировании сигналов управления (фиг.11), при этом сигнал 68 (третий выход) образуется путем деления частоты импульсов, генерируемых генератором 71 тактовых импульсов (фиг.11), в требуемое число раз с помощью управляемого делителя 72, на вход которого поступает командный сигнал со второго выхода устройства 20 обработки информации. Сигналы 66, 69 и 70 - на первом, четвертом и пятом выходах - образуются с помощью счетчика 74, дешифратора 75 и блока RS-триггеров 76, формирующего сигналы требуемой длительности и задержки (упреждения) относительно начала периода повторения, а сигнал 67 на втором выходе - путем логического перемножения сигналов 69 и инвертированного сигнала 70, выполняемого с помощью ключа 73.The operation of the
Техническим преимуществом предлагаемого способа обнаружения по сравнению со способам, реализованным в прототипе, является то, что он позволяет повысить скрытность зондирующего излучения и помехозащищенность, прежде всего, по отношению к ответным помехам, наводимым станциями исполнительной разведки, при обнаружении целей в широком диапазоне дальностей (при изменении максимальной дальности до цели в 10 и более раз в процессе наблюдения) в том числе РЛС, установленными на подвижных носителях, а также обеспечивает повышение разрешающей способности по дальности и точности измерения дальности при уменьшении дальности до целей.The technical advantage of the proposed detection method compared with the methods implemented in the prototype is that it allows to increase the secrecy of the probe radiation and noise immunity, primarily in relation to the response interference induced by the intelligence stations, when detecting targets in a wide range of ranges (when changing the maximum range to the target by 10 or more times during the observation process) including radars mounted on mobile carriers, and also provides an increase in the resolution of lities of range and accuracy of range measurement with decreasing distance to targets.
Повышение скрытности и помехозащищенности по отношению к ответным помехам определяется возможностью значительного повышения длительности сложных ФМ-сигналов по сравнению с прототипом при сохранении энергии сигналов благодаря оптимальному выбору длительности импульсов ТИ, которая на больших дальностях обнаружения может быть повышена, по крайней мере, на порядок (т.е. в 10 и более раз) по сравнению с прототипом, во столько же раз может быть снижена импульсная мощность, что и обеспечивает соответствующее повышение скрытности. Для РЛС, установленных на подвижных носителях, необходимым условием применения сравнительно длинных ФМ-сигналов является компенсация допплеровского сдвига частоты, соответствующего собственной радиальной скорости носителя (с точностью ), в принимаемых сигналах перед сжатием, как это и предусмотрено в заявляемом способе.Increasing secrecy and interference resistance with respect to the mating interference determined by the possibility of significant increase of the duration of the complex FM signal over the prior art while maintaining the energy signal through the optimal choice of pulse duration T and that at long range detection can be increased by at least an order of magnitude ( i.e., 10 times or more) in comparison with the prototype, pulse power can be reduced by the same amount, which provides a corresponding increase in stealth. For radars mounted on mobile carriers, a prerequisite for the use of relatively long FM signals is the compensation of the Doppler frequency shift corresponding to the carrier’s own radial speed (with accuracy ), in the received signals before compression, as provided for in the claimed method.
Предлагаемое - по мере уменьшения максимальной дальности - пропорциональное уменьшение длительности зондирующих импульсов одновременно с расширением спектра ФМ-сигналов и полосы пропускания приемника при сохранении (или уменьшении) числа разрядов кода ФМ и уменьшение импульсной мощности зондирующих сигналов пропорционально кубу значения максимальной дальности позволяют сохранить высокую скрытность в этих условиях, а также повысить разрешение по дальности и точность ее измерения в несколько раз (например, в 5-10 раз). Наконец, автоматическое согласование фильтра сжатия с длительностью ФМ-сигналов от целей, расположенных на дальностях R, меньших величины , одновременно с соответствующей регулировкой порога обнаружения импульсов сжатых сигналов приводит к повышению наблюдаемости в раз по мощности (например, в 2-3 раза - благодаря уменьшению дисперсии шумов при сжатии) по сравнению с прототипом, не предусматривающим этих мер, что эквивалентно соответствующему повышению помехозащищенности по отношению к шумовым помехам, в частности, на 3-5 дБ.The proposed - as the maximum range decreases - a proportional decrease in the duration of the probe pulses simultaneously with the expansion of the spectrum of FM signals and the passband of the receiver while maintaining (or decreasing) the number of bits of the FM code and decreasing the pulse power of the probing signals in proportion to the cube of the maximum range value allows maintaining high stealth in these conditions, as well as to increase the resolution in range and the accuracy of its measurement several times (for example, 5-10 times). Finally, automatic matching of the compression filter with the duration of the FM signals from targets located at ranges R less than , simultaneously with the corresponding adjustment of the threshold for detecting pulses of compressed signals, increases the observability times in power (for example, 2-3 times - due to a decrease in the dispersion of noise during compression) compared with the prototype that does not provide for these measures, which is equivalent to a corresponding increase in noise immunity with respect to noise interference, in particular by 3-5 dB.
Таким образом, реализация предлагаемых мер приведет к существенному повышению скрытности, помехозащищенности, разрешению по дальности и точности измерения дальности, в том числе для РЛС, установленных на подвижных носителях.Thus, the implementation of the proposed measures will lead to a significant increase in stealth, noise immunity, resolution in range and accuracy of range measurement, including for radars mounted on mobile carriers.
Пользуясь сведениями, представленными в материалах заявки, предложенный способ можно реализовать в РЛС, изготовленной согласно приведенному описанию и чертежам с использованием известных материалов, элементов, узлов и технологии, и применять для обнаружения сигналов от целей и измерения их координат, что доказывает промышленную применимость объекта изобретения.Using the information presented in the application materials, the proposed method can be implemented in a radar made according to the above description and drawings using known materials, elements, units and technologies, and used to detect signals from targets and measure their coordinates, which proves the industrial applicability of the object of the invention .
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Digitized Marine Radar. Furuno Electric Co., LTD, Catalogue1. R-089f, Radio Holland Group, Electr. Systems, Marine.1. Digitized Marine Radar. Furuno Electric Co., LTD, Catalog 1 . R-089f, Radio Holland Group, Electr. Systems, Marine.
2. Справочник по радиолокации. Ред. М.Сколник. Пер. с английского. Том 4 (гл.3 "Гражданские судовые РЛС, стр.96), М.: Сов. Радио, 1978.2. Reference radar. Ed. M. Skolnik. Per. from English. Volume 4 (Ch. 3 "Civil Ship Radar, p. 96), M .: Sov. Radio, 1978.
3. Импульсный когерентный допплеровский радар с перестройкой частоты. Патент США № 4338604, кл. G 01 S 13/24, опубл. 06.07.82.3. Pulse coherent Doppler radar with frequency tuning. US patent No. 4338604, CL. G 01 S 13/24, publ. 07/06/82.
4. Радиолокационная станция. Патент РФ № 2039365, кл. G 01 S 13/52, с приоритетом от 27.09.93, опубл. 09.07.95 (прототип).4. Radar station. RF patent No. 2039365, cl. G 01 S 13/52, with priority from 09/27/93, publ. 07/09/95 (prototype).
5. Кук Ч. и Бернфельд М. Радиолокационные системы, М.: Сов. Радио, 1971 (стр.103, табл.41).5. Cook C. and Bernfeld M. Radar systems, M .: Sov. Radio, 1971 (p. 103, table 41).
6. Справочник по радиолокации. Ред. М.Сколник. Перевод с английского. Том 3, М. Сов. Радио, 1979.6. Reference radar. Ed. M. Skolnik. Translation from English.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004107840/09A RU2270461C2 (en) | 2004-03-16 | 2004-03-16 | Method for detecting targets by pulse radio-location station and radio-location station for realization of said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004107840/09A RU2270461C2 (en) | 2004-03-16 | 2004-03-16 | Method for detecting targets by pulse radio-location station and radio-location station for realization of said method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004107840A RU2004107840A (en) | 2005-09-20 |
RU2270461C2 true RU2270461C2 (en) | 2006-02-20 |
Family
ID=35848709
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004107840/09A RU2270461C2 (en) | 2004-03-16 | 2004-03-16 | Method for detecting targets by pulse radio-location station and radio-location station for realization of said method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2270461C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2752193C2 (en) * | 2016-07-28 | 2021-07-26 | Квинетик Лимитед | Method and device for signal reception |
-
2004
- 2004-03-16 RU RU2004107840/09A patent/RU2270461C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2752193C2 (en) * | 2016-07-28 | 2021-07-26 | Квинетик Лимитед | Method and device for signal reception |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004107840A (en) | 2005-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US12092721B2 (en) | Multi-mode radar systems, signal processing methods and configuration methods using pushing windows | |
US7463181B2 (en) | Method of suppressing interferences in systems for detecting objects | |
US6529568B1 (en) | Method and system for canceling interference in an impulse radio | |
US9791551B1 (en) | Vehicular radar system with self-interference cancellation | |
US6989782B2 (en) | Ultra-wideband radar system using sub-band coded pulses | |
US11474225B2 (en) | Pulse digital mimo radar system | |
RU2413958C2 (en) | Radar apparatus | |
EP2015103B1 (en) | Method for determining line-of-sight (LOS) distance between remote communications devices | |
US5347283A (en) | Frequency agile radar | |
US10488490B2 (en) | High probability of intercept radar detector | |
US9075138B2 (en) | Efficient pulse Doppler radar with no blind ranges, range ambiguities, blind speeds, or Doppler ambiguities | |
CN106959439B (en) | Strong interference suppression method and system for automobile frequency modulation continuous wave radar | |
CN104991247B (en) | Low-interception velocity measurement method and radar device | |
RU2338219C1 (en) | Method of target tracking and design of giant-pulse radiolocation station for method implementation | |
JPH02179490A (en) | Pulse radar system | |
RU2099739C1 (en) | Radar | |
RU2270461C2 (en) | Method for detecting targets by pulse radio-location station and radio-location station for realization of said method | |
KR101848729B1 (en) | Fmcw radar with multi-frequency bandwidth and controlling method therefor | |
Shi et al. | A novel ionospheric oblique-incidence sounding network consisting of the ionospheric oblique backscatter sounder and the parasitic oblique-incidence sounder | |
JP6015961B2 (en) | Signal processing apparatus and radar apparatus | |
RU54679U1 (en) | RADAR STATION | |
RU2103706C1 (en) | Method of radar calibration and radar | |
RU2356065C2 (en) | Method of millimicrosecond radar-location with resonant compression of transmitter pulse | |
RU2124221C1 (en) | Radar station | |
Pütz et al. | Active Reflected Power Cancellation (RPC) for Pulsed Simultaneous Transmit and Receive (STAR) Radar Systems |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120317 |