Радиолокационное устройство с цифровой селекцией движущихся целей
Радиолокационное устройство с цифровой селекцией движущихся целей. Полезная модель относится к радиолокационной технике и может быть использована в радиолокационных станциях с селекцией движущихся целей, проводимой в цифровом виде. Задачей полезной модели является повышение качества цифровой селекции движущихся целей на фоне подстилающей поверхности и местных предметов за счет введения коррекции, учитывающей возможные мгновенные изменения амплитудных и фазочастотных параметров зондирующих сигналов. Решение задачи достигается тем, что в состав устройства-прототипа предлагается дополнительно ввести суммирующее устройство, подключив его первый вход ко второму выходу антенного переключателя, второй вход - к выходу направленного ответвителя, а выход - ко второму входу смесителя, при этом выход передатчика предложено подключить ко входу направленного ответвителя. Предложенное построение схемы радиолокационного устройства позволяет улучшить качество селекции движущихся целей на основе ввода коррекции в параметры сигналов при наличии временных отклонений их параметров от номинальных. За счет использования одного и того же тракта обработки зондирующих и отраженных целями сигналов повышается степень когерентности радиолокационного радиолокационной станции. Новым построением схемы устраняются возможные нестабильности основного и дополнительного каналов, возникающие с течением времени, а также обеспечивается строгость соответствия амплитудночастотных и фазочастотных характеристик зондирования в разных периодах повторения.
Полезная модель относится к радиолокационной технике и может быть использована в радиолокационных станциях с селекцией движущихся целей (СДЦ), проводимой в цифровом виде.
Известно зарубежное радиолокационное устройство с цифровой селекцией движущихся целей [1], содержащее последовательно соединенные направленный ответвитель (НО), антенный переключатель (АП) и антенну, а также последовательно включенные гетеродин, смеситель, усилитель промежуточной частоты (УПЧ), первый фазовый детектор (ФД), ключ, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), вычислитель, блок цифровой селекции движущихся целей (БЦСДЦ) и регистратор, а также содержащее когерентный гетеродин (КГ), фазовращатель, второй ФД, генератор импульсов, амплитудный детектор (АД), передатчик, модулятор и программный блок управления (ПБУ), причем второй выход НО связан со входом АД, выход которого соединен со входом генератора импульсов, выход которого подключен к входу ПБУ, пятый выход которого связан со входом модулятора, подключенного своим выходом ко входу передатчика, выход КГ соединен со входом фазовращателя и вторым входом второго ФД, первый вход которого связан с выходом УПЧ, а выход - со вторым входом ключа, управляющий вход которого соединен с первым выходом ПБУ, а второй выход - со вторым входом АЦП, управляющий вход которого связан со вторым выходом ПБУ, а второй выход - со вторым входом вычислителя, управляющий вход которого соединен с третьим выходом ПБУ, а второй выход - со вторым входом БЦСДЦ, управляющий вход которого подключен к четвертому выходу ПБУ.
Недостатком данного устройства является то, что компенсация сигналов неподвижных целей и выделение сигналов движущихся целей продводятся в предположении, что радиолокационный канал устройства идеален и параметры зондирующих сигналов не изменяются во времени, что на самом деле не так. Существует и всегда присутствует так называемая нестабильность частоты зондирующих сигналов, которая характеризуется абсолютным и относительным отклонением мгновенной частоты [2]. Отсутствие учета этого фактора приводит к снижению качества селекции движущихся целей. Качество селекции движущихся и неподвижных целей определяется в том числе и степенью когерентности или корреляции последовательности принимаемых радиолокационных сигналов [3-7], т.е. степенью соответствия (идентичности) амплитудночастотных и фазочастотных параметров этих сигналов. При этом известно, что интервал истинной когерентности зависит не только от поведения цели, но и от временной нестабильности параметров зондирующих сигналов.
Задачей полезной модели является повышение качества селекции движущихся целей за счет введения коррекции, учитывающей возможные мгновенные изменения амплитудночастотных и фазочастотных параметров зондирующих сигналов.
Для решения этой задачи в известное радиолокационное устройство с цифровой селекцией движущихся целей [1], содержащее последовательно соединенные НО, АП и антенну, а также последовательно включенные гетеродин, смеситель, УПЧ, первый ФД, ключ, АЦП, вычислитель, БЦСДЦ и регистратор, а также содержащее КГ, фазовращатель, второй ФД, генератор импульсов, АД, передатчик, модулятор и ПБУ, причем второй выход НО связан со входом АД, выход которого соединен со входом генератора импульсов, выход которого подключен к входу ПБУ, пятый выход которого связан со входом модулятора, подключенного своим выходом ко входу передатчика, выход КГ соединен со входом фазовращателя и вторым входом второго ФД, первый вход которого связан с выходом УПЧ, а выход - со вторым входом ключа, управляющий вход которого соединен с первым выходом ПБУ, а второй выход - со вторым входом АЦП, управляющий вход которого связан со вторым выходом ПБУ, а второй выход - со вторым входом вычислителя, управляющий вход которого соединен с третьим выходом ПБУ, а второй выход - со вторым входом БЦСДЦ, управляющий вход которого подключен к четвертому выходу ПБУ, предлагается дополнительно ввести суммирующее устройство, подключив его первый вход ко второму выходу АП, второй вход - к выходу НО, а выход - ко второму входу смесителя, при этом выход передатчика следует подключить ко входу направленного ответвителя.
Предложенное построение схемы радиолокационного устройства с цифровой селекцией движущихся целей позволяет улучшить качество селекции движущихся целей на основе ввода коррекции в параметры сигналов при наличии временных отклонений их параметров от номинальных.
На чертеже представлена структурная схема предлагаемого радиолокационного устройства с цифровой селекцией движущихся целей. В его состав входят антенна 1, АП 2, НО 3, передатчик 4, смеситель 5, УПЧ 6, КГ 7, АД 8, модулятор 9, первый ФД 10, второй ФД 11, фазовращатель 12, генератор импульсов 13, ключ 14, АЦП 15, вычислитель 16, БЦСДЦ 17, ПБУ 18, регистратор 19, гетеродин 20 и суммирующее устройство 21.
Радиолокационное устройство с цифровой селекцией движущихся целей работает следующим образом.
Антенна 1 излучает в пространство зондирующие радиолокационные сигналы, сформированные в передатчике 4 и переданные в антенну через НО 3 и АП 2. Принимаемые антенной 1 сигналы проходят через АП 2 и с его 2-го выхода подаются на суммирующее устройство 21, с выхода которого поступают на второй вход смесителя 5, где их основная частота f0 понижается до промежуточной. Для выделения сигналов промежуточной частоты на первый вход смесителя 5 подаются выходные сигналы гетеродина 20, частота которых отличается от несущей частоты зондирующих сигналов (ЗС) на величину промежуточной частоты fпр.
Далее сигнал Б, отраженный от целей и подстилающей поверхности, проходzт усиление в УПЧ 6, после чего каждый сигнал разделяется на квадратурные составляющие при помощи фазовых детекторов 10 и 11. Для получения синусной (Im) и косинусной (Re) составляющих на вторые входы фазовых детекторов подаются опорные колебания с выхода КГ 7. Причем фаза этих колебаний на входе первого ФД 10 отличается от фазы выходного сигнала КГ 7 на величину 
/2, что обеспечивается работой фазовращателя 12.
Выходные сигналы 1-го и 2-го ФД проходят через ключ 14, управляемый сигналами ПБУ 18. Ключ предназначен для стробирования сигналов, выбранных для анализа. При подаче с первого выхода ПБУ 18 сигналов, разрешающих обработку, двойной ключ 14 пропускает входные сигналы со своего 1-го и 2-го входов на соответствующие выходы. Квадратурные составляющие принятых сигналов поступают в АЦП 15, где раздельно переводятся в цифровой вид и с первого и второго выходов АЦП 15 поступают соответственно на 1-й и 2-й входы вычислителя 16. Работой вычислителя 16 и АЦП 15 руководит ПБУ 18 посредством сигналов управления со своих 3-го и 2-го выходов соответственно. Вычислитель необходим для запоминания и передачи в блок 17 квадратурных составляющих сигналов предшествующего и последующего (смежных) периодов повторения импульсов, обеспечивая в дальнейшем сравнение сигналов двух периодов в интересах выделения только тех сигналов, которые принадлежат движущимся целям. Работой вычислителя 16 сигналами своего третьего выхода управляет ПБУ 18. Сравнение сигналов и собственно селекция движущихся целей проводится в БЦСДЦ 17. Селекция основана на том, что видеоимпульсы движущейся цели на выходе ФД пульсируют, т.е. отличаются по амплитуде, а в случае принадлежности неподвижным объектам - имеют постоянную амплитуду [6 с.312-313]. Управляет работой БЦСДЦ 17 сигналами со своего четвертого выхода ПБУ 18. Пятый выход ПБУ 18 предназначен для управления модулятором, который формирует прямоугольные импульсы, преобразуемые передатчиком 4 в ЗС.
Эти радиолокационные ЗС на сверхвысокой частоте (единицы-десятки ГГц) проходят через НО 3 и АП 2 в антенну 1. При этом часть энергии зондирующего сигнала ответвляется с помощью НО (например, синфазный или крестообразный ответвитель) и через суммирующее устройство 21 подается на входы смесителя 5 и АД 8. Передним срезом продетектированного в АД 8 сигнала (видеоимульса) запускается генератор импульсов 13, формирующий синхронизирующие импульсы для ПБУ 18. На интервале существования ЗС в тракте обработки радиолокационного устройства с помощью АЦП 15 осуществляется перевод квадратурных составляющих этого ЗС (с понижением частоты до промежуточной) в цифровой вид и передача их на вход вычислителя 16. Оцифровка проводится с шагом, на один-два порядка меньше длительности зондирующего импульса, чтобы массив цифровых значений выражал параметры обрабатываемого сигнала, а именно - амплитуду и форму оцифровываемого импульса. То же самое касается оцифровки отраженных сигналов. Цифровые массивы, выражающие параметры квадратурных составляющих отраженного сигнала запоминаются в вычислителе 16 на длительность периода повторения импульсов. Их величины используются для выработки корректирующих коэффициентов, обеспечивающих искусственную (созданную, навязанную) идентичность параметров ЗС в смежных периодах повторения. Интервалы обработки зондирующих и отраженных сигналов определяются в ПБУ 18. После проведения цифровой коррекции квадратурных составляющих отраженных сигналов они подаются на БЦСДЦ 17, где непосредственно осуществляется селекция движущихся целей. Результаты селекции в виде отметок реальных целей фиксируются в регистраторе 19 или отображаются на экране регистратора 19 (индикатора, цифрового табло и т.п.) по выходным сигналам БЦСДЦ 17.
За счет использования одного и того же тракта обработки зондирующих и отраженных целями сигналов повышается степень когерентности радиолокационного устройства (радиолокационной станции в целом). Новым построением схемы устраняются возможные нестабильности основного и дополнительного каналов, возникающие с течением времени, а также обеспечивается строгость соответствия амплитудночастотных и фазочастотных характеристик ЗС в разных периодах повторения. В результате качество цифровой селекции движущихся целей существенно повышается, что выражает основной технический эффект предлагаемого устройства. Новый элемент схемы (суммирующее устройство) является известным и широко применяющимся в современных радиолокационных, приемопередающих и импульсных устройствах.
Как следует из описания, предлагаемое радиолокационное устройство с цифровой селекцией движущихся целей имеет преимущество перед своим прототипом [1], выраженное в том, что движущиеся цели становятся более заметными на фоне подстилающей поверхности, что повышает основные характеристики радиолокационной станции, содержащей подобное устройство.
Источники информации
1. Патент США 
4040055, кл. G01S 9/42. Опубл. 1977 (прототип).
2. Передающие устройства СВЧ / Под ред. М.В.Вамберского. М.: Высш. школа, 1884. 448 с.
3. Радиоэлектронные системы. Справочник. Основы построения и теория / Под ред. Я.Д.Ширмана. М., Радиотехника, 2007. 510 с.
4. Справочник по основам радиолокационной техники / Под ред. Дружинина В.В. М.: Воениздат, 1967. 768 с.
5. Охрименко А.Е. Основы радиолокации и радиоэлектронная борьба. Ч.1. Основы радиолокации. - М.: Воениздат, 1983. - 456 с.
6. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. Учебник для вузов. М.: солв. Радио, 1973. 496 с.
7. Справочник по радиолокации / Под ред. М.И.Сколника. Пер. с англ. М., Сов. радио, 1967. Том 1. Основы радиолокации. 456 с.
Радиолокационное устройство с цифровой селекцией движущихся целей, содержащее последовательно соединенные направленный ответвитель, антенный переключатель и антенну, а также последовательно включенные гетеродин, смеситель, усилитель промежуточной частоты, первый фазовый детектор, ключ, аналого-цифровой преобразователь, вычислитель, блок цифровой селекции движущихся целей и регистратор, а также содержащее когерентный гетеродин, фазовращатель, второй фазовый детектор, генератор импульсов, амплитудный детектор, передатчик, модулятор и программный блок управления, причем второй выход направленного ответвителя связан со входом амплитудного детектора, выход которого соединен со входом генератора импульсов, выход которого подключен ко входу программного блока управления, пятый выход которого связан со входом модулятора, подключенного своим выходом ко входу передатчика, выход когерентного гетеродина соединен со входом фазовращателя, связанного своим выходом со вторым входом первого фазового детектора и вторым входом второго фазового детектора, первый вход которого связан с выходом усилителя промежуточной частоты, а выход - со вторым входом ключа, управляющий вход которого соединен с первым выходом программного блока управления, а второй выход - со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, управляющий вход которого связан со вторым выходом программного блока управления, а второй выход - со вторым входом вычислителя, управляющий вход которого соединен с третьим выходом программного блока управления, а второй выход - со вторым входом блока цифровой селекции движущихся целей, управляющий вход которого подключен к четвертому выходу программного блока управления, отличающееся тем, что дополнительно вводят суммирующее устройство, причем первый его вход подключают ко второму выходу антенного переключателя, второй вход - к выходу направленного ответвителя, а выход - ко второму входу смесителя, причем выход передатчика соединяют со входом направленного ответвителя.
