РЛС С ПРОГРАММИРУЕМОЙ ВРЕМЕННОЙ ДИАГРАММОЙ И СПОСОБ ЕЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

Изобретение относится к СВЧ технике, а именно к РЛС (радиолокационным станциям) с программируемой временной диаграммой и способам их функционирования, в которых формирование временной диаграммы работы радиолокационной станции во время ее работы в реальном времени позволяет настраивать РЛС согласно особенностям сканируемого пространства и поставленным задачам, и может применяться в радиолокационных системах с цифровым синтезатором сигнала и цифровыми методами синхронизации и управления РЛС.

В настоящее время существуют РЛС с цифровыми и аналоговыми способами формирования зондирующего сигнала. В отличие от аналоговых цифровые способы позволяют более гибко и точно формировать характеристики зондирующего сигнала, в том числе использовать сложные сигналы с частотной и фазовой модуляцией. Формирование сигнала выполняется методом прямого синтеза в цифровом синтезаторе сигнала. Смена типа сигнала или его характеристик может выполняться в реальном времени посредством управляющих команд. На основе данной технологии разработаны РЛС с одним или несколькими сигналами для решения детерминированного набора задач с установленными ограничениями (дальность действия, разрешение по координатам, типы сигналов). Временные диаграммы работы РЛС задают согласно поставленным задачам при проектировании системы с ожидаемыми характеристиками работы приемного и передающего тракта. Система управления РЛС синхронизирует работу всех ее узлов посредством управляющих сигналов и установленного алгоритма управления.

Известна РЛС с изменяемой временной диаграммой (заявка на патент США №2012235857), в которой временная диаграмма разработана только для двух типов сигнала с определенными характеристиками: для покрытия ближней и дальней зоны обзора. Данная РЛС выбрана в качестве прототипа заявленного изобретения.

Недостаток РЛС прототипа заключается в том, что ее временную диаграмму и параметры сигнала нельзя изменять в реальном времени и адаптировать под параметры подстилающей поверхности, что ограничивает универсальность РЛС в смысле разнообразия выполняемых ею задач.

Задачей заявленного изобретения является создание РЛС с программируемой в реальном времени временной диаграммой и программируемым в реальном времени зондирующим сигналом и способа ее функционирования с увеличенной универсальностью в смысле выполняемых ими задач, которые позволяют снять многие ограничения системы обработки сигнала, при этом обеспечив выполнение ряда новых задач, к которым относятся: увеличение дальности действия РЛС при ограниченной пиковой мощности передатчика; повышение вероятности обнаружения малоразмерных объектов на фоне неоднородной подстилающей поверхности за счет улучшения селекции по доплеровской скорости с использованием сложных сигналов разной базы; уменьшение мертвой зоны для обнаружения близко расположенных объектов.

Поставленная задача решена путем создания РЛС с программируемой временной диаграммой, содержащей блок формирования временной диаграммы, который соединен с цифровым синтезатором сигнала и с блоком управления стробами передатчика и приемника, который связан с цифровым синтезатором сигнала, с передающим устройством, с приемным устройством, а также с аналого-цифровым преобразователем, который связан с блоком предобработки сигнала, при этом передающее устройство связано с цифровым синтезатором сигнала, а приемное устройство связано с аналого-цифровым преобразователем, причем блок формирования временной диаграммы выполнен с возможностью задания временной диаграммы работы приемно-передающего тракта РЛС на основе параметров временной диаграммы, а также с возможностью формирования сигналов управления цифровым синтезатором сигнала, блоком предобработки сигнала и блоком управления стробами передатчика и приемника на основе параметров временной диаграммы; цифровой синтезатор сигнала выполнен с возможностью формирования зондирующего сигнала на основе параметров временной диаграммы по сигналу управления цифровым синтезатором сигнала, а также с возможностью передачи зондирующего сигнала в передающее устройство, выполненное с возможностью излучения зондирующего сигнала, при этом приемное устройство выполнено с возможностью приема эхо-сигнала и передачи его в аналого-цифровой преобразователь, пройдя через который эхо-сигнал попадает в блок предобработки сигнала, выполненный с возможностью предварительной обработки эхо-сигнала в соответствии с параметрами временной диаграммы и передачи его для дальнейшего анализа в систему сигнальной обработки, причем блок управления стробами передатчика и приемника выполнен с возможностью синхронизации работы передающего устройства и приемного устройства, а также с возможностью стробирования цифрового синтезатора сигнала и аналого-цифрового преобразователя.

В предпочтительном варианте осуществления РЛС она содержит постоянное запоминающее устройство, соединенное с блоком формирования временной диаграммы и с блоком предобработки сигнала и выполненное с возможностью хранения временной диаграммы работы приемно-передающего тракта РЛС.

В предпочтительном варианте осуществления РЛС она содержит канал управления, соединенный с блоком формирования временной диаграммы и выполненный с возможностью передачи в него параметров временной диаграммы.

В предпочтительном варианте осуществления РЛС она содержит канал управления, соединенный с блоком формирования временной диаграммы и выполненный с возможностью передачи в него параметров временной диаграммы как во время работы, так и во время настройки РЛС.

В предпочтительном варианте осуществления РЛС блок формирования временной диаграммы выполнен с возможностью задания временной диаграммы работы приемно-передающего тракта радиолокационной станции с постоянным или изменяемым периодом.

В предпочтительном варианте осуществления РЛС она содержит систему сигнальной обработки, соединенную с блоком предобработки сигнала и выполненную с возможностью дальнейшего анализа эхо-сигнала.

В предпочтительном варианте осуществления РЛС ее узлы соединены цифровыми высокоскоростными каналами связи.

В предпочтительном варианте осуществления РЛС параметрами временной диаграммы работы РЛС являются: строб формирования зондирующего сигнала в цифровом синтезаторе сигнала, временные стробы включения/выключения передающего устройства и приемного устройства, период излучения, функция модуляции для сложного сигнала, причем изменение временной диаграммы РЛС в реальном времени происходит путем изменения вышеперечисленных параметров.

В предпочтительном варианте осуществления РЛС блок формирования временной диаграммы выполнен с возможностью формирования на основе параметров временной диаграммы сигналов управления прямым методом цифрового синтеза с настраиваемыми параметрами.

В предпочтительном варианте осуществления РЛС блок формирования временной диаграммы выполнен с возможностью задания временной диаграммы работы приемно-передающего тракта РЛС в виде профилей, причем каждый профиль полностью определяет параметры зондирующего сигнала и временную диаграмму работы приемно-передающего тракта.

В предпочтительном варианте осуществления РЛС она содержит блок предобработки сигнала, выполненный с возможностью предварительной обработки эхо-сигнала, а именно с возможностью выполнения децимации отсчетов аналого-цифрового преобразования.

Поставленная задача решена путем создания способа функционирования РЛС с программируемой временной диаграммой, содержащей блок формирования временной диаграммы, который соединен с цифровым синтезатором сигнала и с блоком управления стробами передатчика и приемника, который связан с цифровым синтезатором сигнала, с передающим устройством, с приемным устройством, а также с аналого-цифровым преобразователем, который связан с блоком предобработки сигнала, при этом передающее устройство связано с цифровым синтезатором сигнала, а приемное устройство связано с аналого-цифровым преобразователем, в котором посредством блока формирования временной диаграммы задают временную диаграмму работы приемно-передающего тракта РЛС на основе параметров временной диаграммы, а также формируют сигналы управления цифровым синтезатором сигнала, блоком предобработки сигнала и блоком управления стробами передатчика и приемника на основе параметров временной диаграммы; посредством цифрового синтезатора формируют зондирующий сигнал на основе параметров временной диаграммы по сигналу управления цифровым синтезатором сигнала, а также передают зондирующий сигнал в передающее устройство, посредством которого излучают зондирующий сигнал;

посредством приемного устройства принимают эхо-сигнал и передают его в аналого-цифровой преобразователь, посредством которого передают эхо-сигнал в блок предобработки сигнала, посредством которого осуществляют предварительную обработку эхо-сигнала в соответствии с параметрами временной диаграммы и передают его для дальнейшего анализа в систему сигнальной обработки; посредством блока управления стробами передатчика и приемника синхронизируют работу передающего устройства и приемного устройства, а также стробируют цифровой синтезатор сигнала и аналого-цифровой преобразователь.

В предпочтительном варианте осуществления способа РЛС содержит постоянное запоминающее устройство, соединенное с блоком формирования временной диаграммы и с блоком предобработки сигнала, посредством которого сохраняют временную диаграмму работы приемно-передающего тракта РЛС.

В предпочтительном варианте осуществления способа РЛС содержит канал управления, соединенный с блоком формирования временной диаграммы, при этом посредством канала управления передают параметры временной диаграммы в блок формирования временной диаграммы.

В предпочтительном варианте осуществления способа РЛС содержит канал управления, соединенный с блоком формирования временной диаграммы, при этом посредством канала управления передают параметры временной диаграммы в блок формирования временной диаграммы как во время работы, так и во время настройки РЛС.

В предпочтительном варианте осуществления способа посредством блока формирования временной диаграммы задают временную диаграмму работы приемно-передающего тракта радиолокационной станции с постоянным или изменяемым периодом.

В предпочтительном варианте осуществления способа РЛС содержит систему сигнальной обработки, соединенную с блоком предобработки сигнала, посредством которой выполняют дальнейший анализ эхо-сигнала.

В предпочтительном варианте осуществления способа передают данные между узлами РЛС посредством цифровых высокоскоростных каналов связи.

В предпочтительном варианте осуществления способа посредством блока формирования временной диаграммы формируют на основе параметров временной диаграммы сигналы управления прямым методом цифрового синтеза с настраиваемыми параметрами.

В предпочтительном варианте осуществления способа посредством блока формирования временной диаграммы задают временную диаграмму работы приемно-передающего тракта РЛС в виде профилей, причем каждый профиль полностью определяет параметры зондирующего сигнала и временную диаграмму работы приемно-передающего тракта.

В предпочтительном варианте осуществления способа посредством блока предобработки сигнала осуществляют предварительную обработку эхо-сигнала, а именно выполняют децимацию отсчетов аналого-цифрового преобразования.

Для лучшего понимания заявленного изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими графическими материалами.

Фиг.1. Функциональная схема варианта выполнения РЛС с программируемой временной диаграммой согласно изобретению.

Элементы: 1 - блок формирования временной диаграммы; 2 - цифровой синтезатор сигнала; 3 - блок управления стробами передатчика и приемника; 4 - блок предобработки сигнала; 5 - аналого-цифровой преобразователь; 6 - передающее устройство; 7 - приемное устройство; 8 - постоянное запоминающее устройство.

Фиг.2. Временная диаграмма работы РЛС согласно изобретению.

Фиг.3. Эпюры напряжений временной диаграммы работы РЛС с переменным сигналом согласно изобретению.

Рассмотрим вариант выполнения заявленной РЛС с программируемой временной диаграммой и способа ее функционирования (Фиг.1-3). В заявленной РЛС временную диаграмму (ВД) задают набором параметров, определяющих свойства излучаемого сигнала и взаимное положение временных стробов передающего устройства 6 и приемного устройства 7: период повторения, длительность зондирующего импульса, вид модулирующей функции, защитный интервал (расстояние между спадом зондирующего импульса и началом строба приема), длительность строба приема (Фиг.2). В блоке 1 задают временную диаграмму работы приемно-передающего тракта программируемой РЛС с постоянным или изменяемым периодом, которую затем сохраняют в постоянном запоминающем устройстве 8. Параметры ВД устанавливают посредством канала управления как в реальном времени во время работы РЛС, так и во время ее настройки. На основе установленных параметров ВД посредством блока 1 формирования ВД формируют сигналы управления цифровым синтезатором 2 сигнала, блоком 4 предобработки сигнала и блоком 3 управления стробами передатчика и приемника. На основании установленных параметров в цифровом синтезаторе 2 сигнала методом прямого синтеза формируют зондирующий сигнал. Сформированный зондирующий сигнал пересылают в передающее устройство 6. Приемное устройство 7 принимает эхо-сигнал и передает его в аналого-цифровой преобразователь 5. Далее цифровой сигнал обрабатывают в блоке 4 предобработки сигнала в соответствии с параметрами временной диаграммы и передают для дальнейшего анализа в систему сигнальной обработки.

Стробы формирования зондирующего сигнала задают начальной t _DDS1 и конечной t _DDS2 временной отметкой в цифровом синтезаторе 2 сигнала. Пример временной диаграммы работы заявленной многофункциональной РЛС с программируемым сигналом представлен на фиг.3 (фиг.3а, фиг.3г). С учетом временной задержки каналов связи между цифровым синтезатором 2 сигнала и передающим устройством 6 устанавливают метки начала t _ПРД1 и конца t _ПРД2 временного строба передатчика (фиг.3б, фиг.3д) и приемника t _ПРМ1 и t _ПРМ2 (фиг.3в, фиг.3е). На фиг.3 представлены эпюры сигналов программируемой РЛС для ближней (фиг.3а), б), в)) и дальней (фиг.3 г), д), е) зон дальности.

Параметры временной диаграммы и сигнала задаются так называемыми профилями временной диаграммы. Каждый профиль полностью определяет параметры зондирующего сигнала и временную диаграмму работы приемно-передающего тракта РЛС. Количество профилей ограничено только объемом памяти запоминающего устройства 8.

Основным ограничением величины набора сигналов РЛС с программируемой временной диаграммой является ширина полосы пропускания приемно-передающего тракта и частота аналого-цифрового преобразования, которая должна не противоречить теореме дискретизации Котельникова. В случае если ширина спектра сигнала устанавливается меньшей, чем полоса пропускания приемно-передающего тракта (например, при необходимости уменьшить информационный поток на входе системы обработки), в блоке предварительной обработки может быть применена децимация отсчетов АЦП.

Хотя описанный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации настоящего изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла настоящего изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.