Радиолокационная станция с квазинепрерывным шумовым сигналом

Предлагаемое изобретение относится к системам для обнаружения воздушных, морских и наземных объектов, а также для определения их дальности, скорости в условиях повышенной скрытности и помехозащищенности, основанных на излучении радиоволн и регистрации их отражений от объектов.

Из существующего уровня техники известны импульсные радиолокационные станции (РЛС) использующие псевдослучайные сигналы, дающие высокую амплитуду отклика на выходе согласованного фильтра. Подобные РЛС используются на средней и большой дальности.

К недостаткам можно отнести необходимость иметь короткий зондирующий импульс, содержащий длинную фазоманипулированную последовательность, что усложняет обработку. Еще одним недостатком является наличие слепой зоны, определяемой длительностью зондирующего импульса.

Известны гомодинные РЛС с квазинепрерывным сигналом, в том числе и шумовым. Недостатками являются сложная структурная схема при использовании шумового сигнала, требование к высокой развязке между приемным и передающим трактом при одновременной работе на прием и передачу.

РЛС с сигналом большой длительности (описаны сигналы в книге В.Е. Гантмахер, Н.Е. Быстрое, Д.В. Чеботарев Шумоподобные сигналы. Анализ, синтез, обработка - СПб.: Наука и Техника, 2005. - 400 с.: ил.) свободны от перечисленных недостатков, но предъявляют повышенные требования к быстродействию и многоканальности вычислителя.

Прототипом является устройство радиолокатора с непрерывным сигналом, модулированным шумом [патент RU 2589036, МПК G01S 13/42], содержащее последовательно соединенные генератор сигнала, модулированного шумом, усилитель мощности и передающую антенну, последовательно соединенные приемную антенну, малошумящий усилитель, аттенюатор, смеситель, видеоусилитель и аналого-цифровой преобразователь, последовательно соединенные блок корреляторов и процессор.

Представленный прототип реализует принцип компенсации межантенной связи. Это сделано для того чтобы избавиться от ложной отметки на «нулевой» дальности. Реализуемое решение говорит о недостаточном уровне развязки между приемной и передающей антеннами.

При разработке подобной РЛС, существует проблема ложной цели на нулевой отметке по дальности. Сигнал ложной цели имеет большую амплитуду и препятствует различению цели в ближней зоне.

Технический результат, который требовалось достигнуть - исключение нулевой отметки путем кардинального увеличения развязки между приемным и передающим трактами, за счет применения сигнала, представляющего собой пачку модулированных шумом импульсов случайной длительности, прием которых ведется только в моменты отсутствия их передачи.

Данный технический результат достигается за счет того, что радиолокационная станция с квазинепрерывным шумовым сигналом, содержащая антенное устройство, соединенное с коммутирующим устройством, приемный и передающий тракты, центральное процессорное устройство (ЦПУ), соединенное с индикаторным устройством, при этом передающий тракт содержит последовательно соединенные первый смеситель, первый фильтр нижних частот, усилитель мощности, коммутирующее устройство, приемный тракт содержит последовательно соединенные приемное устройство, второй смеситель, второй фильтр нижних частот, первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), при этом вход приемного устройства соединен с выходом коммутирующего устройства, причем дополнительно введено устройство управления, передающий тракт дополнительно содержит генератор шума, блок широтно-импульсной модуляции, генератор несущей частоты и перемножитель сигналов, приемное устройство дополнительно содержит блок памяти и второй АЦП, при этом выходы генератора шума и блока широтно-импульсной модуляции соединены с входами перемножителя сигналов, выход которого соединен с первым входом первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом генератора несущей частоты, выход которого также соединен с вторым входом второго смесителя, управляющий вход усилителя мощности соединен с первым выходом устройства управления, вход которого соединен с выходом блока широтно-импульсной модуляции, второй выход устройства управления соединен с входом коммутирующего устройства, вход второго АЦП соединен с выходом перемножителя сигналов, выходы первого и второго АЦП соединены с первым и вторым входами блока памяти, выход блока памяти соединен с входом ЦПУ, которое управляет работой блока широтно-импульсной модуляции, блока памяти и устройства управления, при этом работа радиолокационной станции основана на попеременном подключении приемного и передающего трактов к одной антенне посредством коммутирующего устройства в соответствии с широтно-импульсной модуляцией в сигнале, представляющем собой пачку шумовых импульсов случайной длительности, прием которых ведется только в моменты отсутствия их передачи.

На фигуре 1 изображена структура радиолокационной станции с квазинепрерывным шумовым сигналом.

На фигуре 2 изображен результат моделирования детектирования одиночной цели.

Радиолокационная станция с квазинепрерывным шумовым сигналом содержит: блок широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для реализации шумовых импульсов случайной длительности в сигнале - 1; генератор шума - 2; блок памяти - 3; центральное процессорное устройство (ЦПУ) - 4; перемножитель сигналов - 5; первый и второй аналого-цифровые преобразователи (АЦП) - 6, 7; индикаторное устройство - 8; фильтры нижних частот (ФНЧ) - 9, 13; смесители - 10, 12; генератор несущей частоты - 11; устройство управления - 14; усилитель мощности - 15; приемное устройство - 16; коммутирующее устройство - 17.

Устройство работает следующим образом. Генератор шума - 2 генерирует случайные колебания с эффективной шириной спектра равной рабочей полосе АЦП - 6, 7. Блок ШИМ - 1 генерирует импульсы случайной длительности таким образом, чтобы суммарная длительность импульсов была равна половине длительности излучаемого сигнала, а количество импульсов составляло от восьми и выше в зависимости от требуемой дальности радара. Сигналы с блока ШИМ и генератора шума поступают на входы перемножителя сигналов - 5. Выходной сигнал с перемножителя - 5, представляющий собой импульсы шума, поступает в первый АЦП - 6 и далее в блок памяти - 3 и одновременно на переносчик сигнала на рабочую частоту, образованный генератором - 11, смесителем - 10 и ФНЧ - 13. Цифровой сигнал с выхода первого АЦП-6, поступивший в блок памяти - 3, является эталонным. С выхода ФНЧ сигнал на несущей частоте поступает в усилитель мощности - 15, где усиливается, и далее через коммутирующего устройство - 17 поступает в антенну и излучается. При этом устройство управления - 14 подключает антенну к усилителю мощности - 15 посредством коммутирующего устройства только в моменты наличия шумовых импульсов. В остальное время устройство управления - 14 запирает усилитель мощности и переключает антенну при помощи коммутирующего устройства - 17 на вход приемного устройства - 16. Отраженный от цели сигнал вместе с шумами принимается антенной и поступает в приемное устройство - 16 только в те моменты, когда усилитель мощности заперт и отключен от антенны, а приемник подключен к антенне при помощи коммутирующего устройства - 17. Приемное устройство - 16 проводит усиление принятого сигнала до необходимого уровня. Принятый и усиленный сигнал от цели

поступает на смеситель - 12, где при помощи генератора - 11 переносится вниз по частоте. С выхода смесителя сигнал поступает на вход ФНЧ - 9, где выделяется рабочая полоса нижних частот. Выделенный низкочастотный сигнал оцифровывается вторым АЦП - 7 и подается в блок памяти - 3, независимо от сигнала первого АЦП - 6. Таким образом, к моменту окончания излучения и приема сигнала блок памяти - 3 содержит эталон излученного сигнала и принятый сигнал. ЦПУ - 4 производит свертку эталонного и принятого сигналов, управляет работой блока ШИМ, устройства управления и памяти, а также выдает данные о наличии или отсутствии цели на индикаторное устройство - 8.

Как видно из фигуры 2, происходит надежное детектирование одиночной цели отметки под номером 256, когда к полезному сигналу был примешан шум с такой же амплитудой.

Таким образом, в предложенной радиолокационной станции размер «слепой зоны» определяется временем срабатывания коммутирующего устройства, а ведение приема только в те моменты времени, когда усилитель мощности заперт и отключен от антенны, убирает отметку на нулевой дальности. Проблема, которая ставилась при разработке данного изобретения, решена.

Технический результат, который требовалось достигнуть - исключение нулевой отметки путем кардинального увеличения развязки между приемным и передающим трактами, за счет применения сигнала, представляющего собой пачку модулированных шумом импульсов случайной длительности, прием которых ведется только в моменты отсутствия их передачи, достигнут.

РЛС такого типа позволяет разрабатывать РЛС ближней и средней дальности, которые можно одновременно использовать близко друг от друга, не принимая сложных мер для обеспечения электромагнитной совместимости, а также увеличивает энергетический потенциал РЛС.

Кроме того, ввиду шумового характера сигнала, обнаружение работы подобных РЛС затруднено и может быть выполнено только по среднему уровню шума в заданной полосе частот.