Автодинный радиолокатор

 

Сущность изобретения: радиолокатор содержит 1 двухчастотный сверхвысокочастотный генератор, содержащий 1 генераторный диод,2 резонатора и 1 блок питания, . 1 периемопередающую антенну и 1 блок выделения и обработки автодинного сигнала , содержащий 1 развязывающий широкополосный трансформатор, 1 усилитель промежуточной частоты, 1 частотный дискриминатор и 1 измеритель частоты. 1 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 $13/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4917337/09 (22) 14.01,91 (46) 15.11.92. Бюл, М 42 (71) Научно-технический центр "Автодин" (72) В. Т, Бузыкин, С. Д. Воторопин и В. Я.

Носков (56) Авторское свидетельство СССР

М 1566941, кл. G 01 S 13/02, 1988.

Авторское свидетельство СССР

М 1570502, кл. 6 01 $13/02, 1988.

Изобретение относится к радиолокационным устройствам и может быть использовано при измерении радиальной скорости движения обьектов, Известны автодинные радиолокаторы, которые, благодаря отсутствию развязывающих элементов и совмещению в автодинном генераторе одновременно функций передатчика и приемника. обеспечивают простейшую конструкцию радиолокационного устройства.

Наиболее близким по технической сущности, принципу действия и достигаемому положительному эффекту является автодинный радиолокатор, содержащий приемопередающую антенну, соединенную с резонатором, генераторный диод, помещенный в резонатор, и блок выделения и обработки автодинного сигнала. Кроме того, известное устройство содержит соединенный с первым резонатором .через развязывающий вентиль второй резонатор, в который помещен второй генераторный диод. При этом к цепи питания второго генератора диода подключен блок выделения и обработки автодинного и пала. содержа„„. Ж„„17T5696 А1 (54) АВТОДИННЫЙ РАДИОЛОКАТОР (57) Сущность изобретения: радиолокатор содержит 1 двухчастотный сверхвысокочастотный генератор, содержащий 1 генераторный диод,2 резонатора и 1 блок питания,, 1 периемопередающую антенну и 1 блок выделения и обработки автодинного сигнала, содержащий 1 развязывающий широкополосный трансформатор, 1 усилитель промежуточной частоты, 1 частотный дискриминатор и 1 измеритель частоты. 1 ил. щий последовательно соединенные развязывающий широкополосный трансформатор, усилитель промежуточной частоты, частотный дискриминатор и измеритель частоты. Первый и второй генераторные диоды, помещенные в одноименные резонаторы, образуют соответственно первый и второй СВЧ-генераторы. Выделение сигнала .доплеровской частоты в известном устройстве происходит за счет частотного детектирования автодинных изменений частоты автоколебаний первого

СВЧ-генератора, находящегося под воздействием отраженного излучения. Второй

СВЧ-генератор при этом осуществляет перенос спектра первого СВЧ-генератора на промежуточную частоту.

Недостатками известного устройства являются следующие, Наличие второго СВЧ-генератора, вентиля и элементов связи между первым и вторым СВЧ-генераторами значительно усложняет и удорожает конструкцию и увеличивает вдвое расход электрической энергии автодинного радиолокатора-прототипа по сравнению с устройствами — аналогами, 1775696 что ограничивает широкое использование их в экономичных устройствах массового применения. .Целью изобретения является упрощение конструкции и снижение энергопотребления.

Поставленная цель достигается обьединением функций автодинного приемопередатчика (автодина) и преобразователя несущей частоты на и ром ежуточ ную (а втодинного преобразователя частоты) в одном функциональном узле, выполненном на основе двухчастотного асинхронного генератора, содержащего всего один генераторный диод.

Сущность изобретения состоит в том, что в автодинном радиолокаторе, содержащем приемопередающую антенну, соединенную с резонатором. генераторный диод, помещенный в резонатор, и блок выделения и обработки автодинного сигнала, содержащий последовательно соединенные развязывающий широкополосный трансформатор, усилитель промежуточной частоты, частотный дискриминатор и измеритель частоты, для достижения поставленной цели введен связанный с генераторным диодом второй резонатор, имеющий некратную частоту с первым, при этом блок выделения и обработки автодинного сигнала подключен к цепи питания генераторного. диода.

На чертеже представлена структурная электрическая схема автодинного радиолокатора.

Автодинный радиолокатор содержит двухчастотный СВЧ-генератор 1, выполненный на основе генераторного диода 2 и связанных с ним первого и второго резонаторов

3 и 4, приемопередающую антенну 6, подсоединенную к первому резонатору 3, и-подключенный к цепи питания генераторного диода 2 блока 7 выделения и обработки автодинного сигнала, состоящий из последовательно соединенных раэвязывающего широкополосного трансформатора 8, усилителя 9 промежуточной частоты (ПЧ), частотного дискриминатора 10 (ЧД) и измерителя частоты 11, Автодиниый радиолокатор работает следующим образом.

При подаче напряжения от источника питания (не показан) в двухчастотном СВЧгенераторе 1 возникают асинхронные колебания, приложенные к генераторному диоду 2, одновременно на частотах си1 и вг, определяемых резонансными частотами первого и второго резонаторов 3 и 4. Колебания, выделяемые первым резонатором 3, поступают в приемопереда1ощую антенну 6

10 и излучаются в пространство. Одновременное существование на нелинейности генераторного диода 2 колебаний с частотами о>1 и й>г вызывает изменения среднего эначения тока через генераторный диод 2 с разностной частотой ер = I в1 — 0Q I, которые выделяются в цепи питания диода 2 с помощью развязывающего широкополосного трансформатора 8 в виде сигнала промежуточной частоты, усиливаемого далее усилителем 9 ПЧ ri>o« при условии сор = со„„.

Отраженное от движущихся объектов электромагнитное излучение поступает через приемопередающую антенну 6 о двухчастотный СВЧ-генератор 1, где, взаимодействуя с полем первого резонатора 3, изменяет режим работы генераторного диода 2, что проявляется в автодинных изменениях амплитуды

hA1{т) и частоты о1 (t) автоколебаний пер20 ваго резонатора 3 с доплеровской частотой ЬД1 (t) = ГАо1 кд сов(д +j3) а!1 (t p)ip + h(C>imSin (6 + ip), ГдЕ Г

Фс1/Poi — коэффициент затухания {по амплитуде) излучения при его распространении до отражающего объекта и обратно: Pci, Ро1 — мощности отраженного сигнала и излучаемого колебания соответственно Ао1, и1о— амплитуда и частота автономных колебаний в первом резонаторе 3; КА — коэффициент автодинного усиления, показывающий во сколько раэ величина автодинного изменения амплитуда ЛА1(1) эвтоколебаний больше амплитуды принимаемого сигнала; д = в1 (t) r — набег фазы излучения при его распространении за время r до отражающего объекта и обратно; r- 2I(t)c; l(t) — расстояние до движущегося отражающего обьекта;,с — скорость распространения радиоволн; Р, 1/> — фазовые углы смещения автодинных изменений амплитуды и частоты;

Л о>1 = Г (о>1о/Qsv.1S1) — амплитуда (девиация) автодинных изменений частоты колебаний первого резонатора 3; Овн.1

45 внешняя добротность первого резонатора

3; Si — фактор стабилизации частоты, который для асинхронного режима равен единице.

Вследствие неизохронности генератора изменения амплитуды колебаний ЛА1(т) первого резонатора 3 вызывают также автодинные изменения амплитуды ЬАг(т) и частоты W{t) колебаний второго резонатора 4: ЬАг® ЛА1(Ф х г1. (t) =и>>о+Лв1аг1sln(д+ф)," где жго — частота автономных колебаний второ1о резонатора 4; 1г1 — коэффициент переноса автодинных изменений амплитуды колебаний с первого парциального резонатора 3 на второй 4; аг1 — фактор автодинных изменений частоты колебаний

17?5696

15

30

40

500 — 600 м, т. е. предлагаемое устройство не уступает по данному техническому показателю доплеровскому измерителю скорости (ДИС) "ФАРА" (ГМ1.000.002 ТО), применяемому в ГАИ, По сравнению с прототипом использование предлагаемого изобретения позволяет разработать автодинныс радиолокационные устройства с более простой конструкцией, 55 уменьшенным энергопотреблением и улуч шенной температурной стабильностью ха аактеаистик, что особенно важно при второго резонатора 4 при воздействии отраженного излучения на первый резонатор 3.

Однако изменениями режима автоколебаний второго резонатора 4 в рассматриваемом случае можно пренебречь. поскольку

k2> « " (иэ-за асинхронности колебаний), В результате преобразования колебаний первого и второго резонаторов 3 и 4 на нелинейности генераторного диода 2 выходной. сигнал усилителя 9 ПЧ, имеющий полосу пропускания 2 Ли 2 Лв», промодулирован по частоте: вр (t) = вр, + Ьв» з1п (д + ф). где вр =! o)to — и о I — разностная промежуточная частота при отсутствии отраженного излучения; знак перед Лв» зависит от знака разности частот A)io и и о. Полагая, что отражающий объект движется с радиальной скоростью v, выходной сигнал un (t) усилителя 9 ПЧ в пренебрежении начальной фазой колебаний описывается выражением

gnq(t)=Un (t)cos(oyо t + m1 sin (Q t + у % где 0Пч(т) — амплитуда; mi = Ь (о1вЛ2д — индекс частотной модуляции; Цц = 2 иi Vlc— доплеровская частота. После амплитудного ограничения в усилителе 9 ПЧ или в ЧД 10 (если он выполнен в виде дробного детектора), зависимость амплитуды колебаний вызванной автодинной модуляцией исключается: Un (t) =- 0пч. Полезный сигнал на выходе ЧД 9. на выходе которого, как правило, предусмотрен фильтр нижних частот (ФНЧ), имеющий граничную частоту

Я-р, соответствующую максимальной доплеровской частоте: Qq = + >a <, имеет вид: Uvp(t) = Одсоз(Ц,1+ф), где U = Ячд»

«Лсо я1- амплитуда полезного сигнала на выходе ЧД; Ячд — крутизна характеристики

ЧД. Доплеровский сигнал с выхода ЧД 9 далее поступает в измеритель частоты 11.. который обеспечивает измерение скорости движущихся объектов.

Перенос спектра колебаний первого резонатора 3, содержащих в спектре низкочастотные доплеровские составляющие, в область ПЧ (от десятков до сотен мегагерц), фильтрация и частотное детектирование полученного сигнала с индексом частотной модуляции m»)1 поскольку Лв» ) > Ц», обеспечивают так же как и в прототипе подавление низкочастотных фликкерных флуктуаций колебаний СВЧ-генератора 1, высокое значение энергетического потенциала и соответственно увеличенную дальность действия автодионного радиолокатора по отношению к устройствам-аналогам. Отсутствие второго СВЧ-генератора, развязывающего вентиля.,и элементов связи позволило чпоостить кон.-. струкцию и снизить энергопотребление автодинного радиолокатора по отношению к прототипу при сохранении тех же функций и характеристик, Использование общего для первого и второго резонаторов 3 и 4 генераторного диода 2 уменьшило температурный уход- разностной (промежуточной) частоты колебаний в цепи питания диода 2 благодаря идентичности законов изменения собственных частот колеба: ий резанаторов 3 и 4, что обеспечило дополнительное преимущество предлагаемого устройства относительно прототипа в более высокой стабильности параметров в диапазоне температур.

Автодинный радиолокатор реализован в 3-см диапазоне длин волн на диоде Ганна типа АА715Е, Двухчастотный генератор 1 выполнен в соответствии с известной конструкцией генератора, в которой подбирались длины первого и второго (коаксиальных) резонаторов 3 и 4 такими, чтобы обеспечить асинхронный режим колебаний с разностью частот 60 МГц (при отсутствии отраженного излучения). Широкополосный развязывающий трансформатор 7 выполнен по схеме с трансформатарно-емкостной связью конту. ра в цепи ПЧ.Усилитель 8 ПЧ с центральной частотой 60 МГц и полосой пропускания 10

МГц собран на интегральных схемах серии

К175, выход которого подключен к ЧД 9. выполненному по схеме "дробного детектора", выходной сигнал которого зависит только от отклонения частоты и практически не зависит от изменений амплитуды, вызванных действием помех, шумов и автодинной модуляцией. Энергетический потенциал радиолокатора в полосе доплеровских частот

100 Гц — 20 кГц при отношении сигнал/шум=

= 2 составил 100 — 110 дБ в зависимости от экземпляра диода Ганна. Натурные испытания автодинного радиолокатора с рупорной антенной, имеющей ширину диаграммы направленности 15 х 15, показали, что дальность действия по измерению скорости движения автомобиля РАФ-2203 составляет создании миниатюрных. эконл,очных и чув1 ствительных радиолокационных систем массового применения т

1775696

Редактор Т,Иванова

Техред М.Моргентал

Корректор Т.Палий

Заказ 4033 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская йаб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

Автодинный радиолокатор, содержащий приемопередающую антенну и блок выделения и обработки автодинного сигнала-, содержащий последовательно соединенные развязывающий широкополосный трансформатор, усилитель промежуточной частоты, частотный дискриминатор и измеритель частоты, от л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью упрощения и снижения энергопотребления, введен двухчастотный асинхронный сверхвысокочастотный генератор, вход и выход которого соединены соответственно с приемопередающей антенной и входом блока выделения и обработки автодинного сигнала, при этом двухчастотный асинхронный сверхвысокочастотный гене5 ратор содержит источник питания, генераторный диод и первый и второй резонаторы, соединенные с первым выходом генераторного диода, второй вывод которого соединен с источником питания, а входом и

10 выходом двухчастотного асинхронного сверхвысокочастотного генератора соответственно являются вход первого резонатора и второй вывод генераторного диода.