×
06.02.2020
220.017.fee9

Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов относится к радиолокации и может быть использовано для разработки и совершенствования устройств обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов. Достигаемый технический результат - повышение разрешающей способности по скорости при обнаружении летательных аппаратов. Указанный результат достигается введением блока весовой обработки эхо-сигналов и блока весовой обработки эталонного сигнала. 6 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для разработки и модернизации устройств доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов, что обеспечивает повышение тактико-технических характеристик и эффективности использования первичных радиолокационных станций (РЛС).

В радиолокационных станциях, работающих в импульсном режиме, повышение разрешающей способности по дальности (при сохранении энергии сигнала) может быть достигнуто благодаря использованию внутриимпульсной модуляции, в частности, фазовой манипуляции и последующей обработкой (сжатием по времени) отраженных радиолокационных сигналов. При этом большая длительность радиоимпульсов обеспечивает энергию сигнала, необходимую для обнаружения летательных аппаратов (ЛА), а внутриимпульсная фазовая манипуляция и сжатие - заданное разрешение по дальности.

В настоящее время широкое распространение получило использование сигналов с фазовой манипуляцией 0-π между временными элементами длинного радиоимпульса, выполненной в соответствии с кодами Баркера. Последующая оптимальная или подоптимальная обработка таких сигналов обеспечивает их сжатие по времени до величины, соответствующей длительности одного элемента [1].

Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов является составной частью приемопередающего тракта РЛС и обеспечивает когерентное накопление и доплеровскую фильтрацию фазоманипулированного (ФМ) сигнала с повышенным разрешением по скорости ЛА, а также сжатие ФМ сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов, выбранное в качестве прототипа [2] (фиг. 1), содержащее схему стробирования (1), запоминающее устройство (2), подоптимальные фильтры (30÷3N-1), где N - количество доплеровских каналов, блок доплеровского накопления (4) и формирователь эталонного сигнала (5) с соответствующими связями.

При сжатии ФМ сигнала подавление боковых лепестков обеспечивается при соответствии спектра обрабатываемого сигнала коэффициенту передачи подоптимального фильтра устройства обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов в спектральной области. Однако в реальной аппаратуре коэффициент передачи приемо-передающего тракта РЛС вносит искажения в спектр сигнала, что может привести к ухудшению характеристик его сжатия.

С целью компенсации искажений ФМ сигнала импульсная характеристика (ИХ) подоптимального фильтра устройства обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов формируется с использованием оценки параметров зондирующего сигнала, прошедшего через приемопередающий тракт РЛС (эталонного сигнала), что позволяет автоматически подстраивать подоптимальный фильтр под искажения эхо-сигнала. При этом коэффициент передачи подоптимального фильтра в спектральной области соответствует спектру эхо-сигнала, т.к. эталонный и эхо-сигналы проходят через один и тот же приемо-передающий тракт.

Импульсная характеристика подоптимального фильтра при отсутствии доплеровского сдвига частоты имеет вид

где λ(n) - ИХ подоптимального фильтра при отсутствии доплеровского сдвига частоты; - элементарный (немодулированный) импульс; n - номер дискреты (отсчета); ns - количество дискрет в одном элементе ФМ сигнала; δ(n) - дельта-функция; F и F-1 - операторы соответственно прямого и обратного дискретных преобразований Фурье; - ИХ кодирующего фильтра; ai=±1; nB - количество элементов ФМ сигнала.

Доплеровский набег фазы принятого сигнала за время Tp, равное длительности одного элемента ФМ сигнала, определяется выражением

ΔϕDDTp=2vRTpC,

где ΔϕD - доплеровский набег фазы принятого сигнала; Tp - длительность одного элемента ФМ сигнала; ƒD - доплеровский сдвиг частоты; λC - длина волны излучаемого сигнала; vR - радиальная скорость движения цели.

Импульсная характеристика подоптимального фильтра с учетом доплеровского сдвига частоты имеет вид

где λD(n) - ИХ подоптимального фильтра с учетом доплеровского сдвига частоты; T - период дискретизации сигнала; j - мнимая единица; * - символ свертки.

Устройство - прототип работает следующим образом: на вход 1 схемы стробирования (1) с цифрового фазового детектора приемного тракта РЛС поступает входной сигнал: в моменты времени, соответствующие излучению зондирующих импульсов, поступают отсчеты эталонного сигнала, в остальные моменты времени - отсчеты эхо-сигнала. На вход 2 схемы стробирования (1) с синхронизатора в моменты времени, соответствующие излучению зондирующих импульсов, поступает сигнал Строб. При этом с выхода 4 схемы стробирования (1) эталонный сигнал поступает на вход 1 запоминающего устройства (2) и записывается в запоминающее устройство (2) по синхросигналу, поступающему на вход 2 запоминающего устройства (2).

В остальные моменты времени с выхода 3 схемы стробирования (1) эхо-сигнал поступает на блок доплеровского накопления (4). С выходов 2÷(N+1) блока доплеровского накопления (4) на входы 1 подоптимальных фильтров 30÷3N-1, образующих N доплеровских каналов, поступает эхо-сигнал 1.

Каждый доплеровский канал настроен на эхо-сигналы с доплеровским сдвигом частоты, равным где ƒDi - доплеровский сдвиг частоты, соответствующий i-ому доплеровскому каналу; ƒDmax - доплеровский сдвиг частоты, соответствующий (N-1)-ому доплеровскому каналу; i=0÷(N-1) - номер доплеровского канала.

Эталонный сигнал, записанный в запоминающее устройство (2), поступает в виде запомненного эталонного сигнала на выход 3 запоминающего устройства (2). Запомненный эталонный сигнал без доплеровского сдвига частоты κ(n) поступает с выхода 3 запоминающего устройства (2) на вход 1 формирователя эталонного сигнала (5).

С выходов 2÷(N+1) формирователя эталонного сигнала (5) на входы 2 подоптимальных фильтров 30÷3N-1, образующих N доплеровских каналов, поступает эталонный сигнал 1

κiD(n)=κ(n)ехр(2πjƒDinT),

где i=0÷(N-1), κiD(n) - эталонный сигнал 1 в i-ом доплеровском канале;

κ(n) - эталонный сигнал без доплеровского сдвига частоты.

В каждом подоптимальном фильтре 30, 31, …, 3N-1 выполняется сжатие эхо-сигнала 1 из i-го доплеровского канала с эталонным сигналом 1, соответствующим доплеровскому сдвигу частоты ƒDi.

Использование N подоптимальных фильтров позволяет выполнять сжатие ФМ сигнала с учетом доплеровского сдвига частоты, что обеспечивает сохранение характеристик эффективности сжатия сигналов, отраженных от движущихся ЛА.

Импульсная характеристика подоптимальных фильтров 30, 31, …, 3N-1 с учетом доплеровского сдвига частоты имеет вид

где i=0÷(N-1), λDi(n) - ИХ подоптимальных фильтров 30, 31, …, 3N-1.

Выходы подоптимальных фильтров 30÷3N-1 являются выходами устройства обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов.

На фиг. 2 показано распределение по доплеровским каналам эхо-сигнала с доплеровским сдвигом частоты ƒDi (i=63, N=128), соответствующим 63-ему доплеровскому каналу.

В блоке доплеровского накопления (4) по каждому из элементов дальности осуществляется N - точечное дискретное преобразование Фурье (ДПФ). В результате этой процедуры, для каждого из элементов разрешения по дальности формируется массив, содержащий N спектральных линий доплеровской частоты. Из-за конечного количества точек ДПФ, в результате выполнения операции дискретного преобразования Фурье будут иметь место краевые эффекты. В результате эхо-сигнал 1 на выходах 2÷(N+1) блока доплеровского накопления (4) искажается, что приводит к снижению разрешающей способности по скорости. При этом сильный эхо-сигнал одного ЛА может искажать или полностью маскировать слабый эхо-сигнал другого ЛА (при попадании эхо-сигналов на один и тот же элемент разрешения по дальности).

На фиг. 3 показано искажение эхо-сигнала 1 с доплеровским сдвигом частоты соответствующим среднему положению между 63-им и 64-ым доплеровскими каналами.

На фиг. 4 приведено искажение эхо-сигнала 1 в логарифмическом масштабе. Как следует из фиг. 4, относительный уровень эхо-сигнала при отстройке на 2 доплеровских канала (по сравнению с его пиковым уровнем на 63 доплеровском канале) составил около минус 14 дБ, при отстройке на 63 доплеровских канала - минус 38 дБ. Следовательно, данное устройство обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов не обеспечивает сохранение характеристик эффективности сжатия в части разрешающей способности по скорости.

Задачей создания изобретения является увеличение разрешающей способности по скорости ЛА.

Указанная задача достигается тем, что в устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов, содержащее схему стробирования (1), запоминающее устройство (2), блок доплеровского накопления (4), подоптимальные фильтры (30÷3N-1), где N - количество доплеровских каналов, формирователь эталонного сигнала (5) с соответствующими связями, дополнительно введены блок весовой обработки эхо-сигналов (6) и блок весовой обработки эталонного сигнала (7), которые обеспечивают значительное снижение уровня указанных сигналов в соседних доплеровских каналах, причем третий выход схемы стробирования (1) соединен со входом блока весовой обработки эхо-сигналов (6), выход которого соединен с блоком доплеровского накопления (4), третий выход запоминающего устройства (2) соединен со входом блока весовой обработки эталонного сигнала (7), выход которого соединен с формирователем эталонного сигнала (5).

На фиг. 5 приведена функциональная схема предлагаемого устройства доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов.

Предлагаемое устройство работает следующим образом: на вход 1 схемы стробирования (1) с цифрового фазового детектора приемного тракта РЛС поступает входной сигнал: в моменты времени, соответствующие излучению зондирующих импульсов, поступают отсчеты эталонного сигнала, в остальные моменты времени - отсчеты эхо-сигнала. На вход 2 схемы стробирования (1) с синхронизатора в моменты времени, соответствующие излучению зондирующих импульсов, поступает сигнал Строб. При этом с выхода 4 схемы стробирования (1) эталонный сигнал поступает на вход 1 запоминающего устройства (2) и записывается в запоминающее устройство (2) по синхросигналу, поступающему на вход 2 запоминающего устройства (2).

В остальные моменты времени с выхода 3 схемы стробирования (1) эхо-сигнал поступает на блок весовой обработки эхо-сигналов (6). С выхода блока весовой обработки (6) эхо-сигнал поступает на вход блока доплеровского накопления (4). С выходов 2÷(N+1) блока доплеровского накопления (4) на входы 1 подоптимальных фильтров 30÷3N-1, образующих N доплеровских каналов, поступает эхо-сигнал 1.

Эталонный сигнал, записанный в запоминающее устройство (2), поступает в виде запомненного эталонного сигнала на выход 3 запоминающего устройства (2). Запомненный эталонный сигнал без доплеровского сдвига частоты κ(n) поступает с выхода 3 запоминающего устройства (2) на вход блока весовой обработки эталонного сигнала (7), с выхода которого эталонный сигнал поступает на вход 1 формирователя эталонного сигнала (5).

С выходов 2÷(N+1) формирователя эталонного сигнала (5) на входы 2 подоптимальных фильтров 30÷3N-1, образующих N доплеровских каналов, поступает эталонный сигнал 1.

Выходы подоптимальных фильтров 30÷3N-1 являются выходами устройства доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов.

На фиг. 6 в логарифмическом масштабе показано распределение по доплеровским каналам выходного сигнала устройства доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов (при использовании весового окна Кайзера [3] с параметром β=4; доплеровский сдвиг частоты сигнала При этом относительный уровень выходного сигнала при отстройке на 2 доплеровских канала (по сравнению с его пиковым уровнем на 63 доплеровском канале) составил не более минус 39 дБ, а при отстройке на 63 доплеровских канала - минус 57 дБ; энергетические потери от оконного взвешивания - не более 1 дБ.

Из сравнения фиг. 4 и фиг. 6 следует, что предлагаемое устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов обеспечивает увеличение разрешающей способности по скорости, выражающееся в значительном снижении уровня выходного сигнала в соседних доплеровских каналах относительно предложенного в [2] технического решения (приблизительно на 25 дБ и 19 дБ при отстройке соответственно на 2 и 63 доплеровских канала).

Эффективность устройства доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов подтверждена при его использовании в аппаратуре первичной обработки информации, разработанной на предприятии.

Использование устройства доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов в аппаратуре первичной обработки информации позволило значительно повысить разрешающую способность по скорости и снизить уровень выходного сигнала в соседних доплеровских каналах (приблизительно на 25 дБ и 19 дБ при отстройке соответственно на 2 и 63 доплеровских канала).

ЛИТЕРАТУРА

1 Теоретические основы радиолокации. М.: Советское радио, 1970 / Под ред. Ширмана Я.Д. - с. 137-139.

2 Патент 2628405 (РФ). Устройство обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов. Опубл. в бюллетене, 2017. №23.

3 Kaiser, J.F., "Nonrecursive Digital Filter Design Using the I0 - sinh Window Function, "Proc. 1974 IEEE Symp. Circuits and Systems, (April 1974), pp. 20-23.

Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов, содержащее схему стробирования, запоминающее устройство, N подоптимальных фильтров, где N - количество доплеровских каналов, блок доплеровского накопления, формирователь эталонного сигнала, причем на первый вход схемы стробирования с цифрового фазового детектора поступает входной сигнал, на второй вход схемы стробирования с синхронизатора поступает сигнал Строб, четвертый выход схемы стробирования соединен с первым входом запоминающего устройства, на второй вход которого поступает синхросигнал, выходы 2÷(N+1) блока доплеровского накопления соединены с первыми входами подоптимальных фильтров, выходы формирователя эталонного сигнала 2÷(N+1) соединены со вторыми входами N подоптимальных фильтров, причем выходы подоптимальных фильтров являются выходами устройства, отличающееся тем, что в него дополнительно введены блок весовой обработки эхо-сигналов, вход которого соединен с третьим выходом схемы стробирования, а выход - со входом блока доплеровского накопления, и блок весовой обработки эталонного сигнала, вход которого соединен с выходом запоминающего устройства, а выход - со входом формирователя эталонного сигнала.
Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов
Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов
Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов
Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов
Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов
Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов
Устройство доплеровской обработки и сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 18.
13.01.2017
№217.015.7345

Способ управления летательным аппаратом при заходе на посадку

Изобретение относится к способу управления летательным аппаратом (ЛА) при заходе на посадку. Для управления ЛА при заходе на посадку измеряют с помощью инерциальной навигационной системы (ИНС), систем воздушных сигналов (СВС), спутниковой навигационной системы (СНС) курс, крен и тангаж ЛА,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002598111
Дата охранного документа: 20.09.2016
25.08.2017
№217.015.abbe

Стабилизатор переменного тока

Изобретение относится к источникам вторичного электропитания, в частности к стабилизаторам переменного тока с плавным его нарастанием при включении, и может быть применено для питания цепей накала мощных электровакуумных приборов и других устройств, требующих стабилизации тока нагрузки и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612279
Дата охранного документа: 06.03.2017
25.08.2017
№217.015.c62a

Устройство формирования мощных свч-импульсов

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для формирования мощных СВЧ-импульсов заданной формы в составе передатчиков радиолокационных станций, использующих СВЧ-приборы с сеточным управлением. Техническим результатом является улучшение формы СВЧ-импульсов при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002618601
Дата охранного документа: 04.05.2017
26.08.2017
№217.015.d6db

Модулятор импульсов

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для формирования импульсов управления СВЧ-приборами с сеточным управлением. Техническим результатом является упрощение модулятора импульсов и повышение его надежности. Модулятор импульсов содержит СВЧ-прибор с сеточным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002622862
Дата охранного документа: 20.06.2017
26.08.2017
№217.015.dbab

Модулятор импульсного передатчика

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для формирования импульсов управления СВЧ-приборами с сеточным управлением (Клистроны, ЛБВ и т.п.) в передающих и других электрофизических устройствах. Технический результат - упрощение устройства и повышение надежности....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624098
Дата охранного документа: 30.06.2017
26.08.2017
№217.015.ebd8

Устройство обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для разработки и совершенствования устройств обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов. Достигаемый технический результат - сохранение характеристик эффективности сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628405
Дата охранного документа: 16.08.2017
10.07.2018
№218.016.6ec9

Система мониторинга координат спускаемых космических объектов или их аппаратов в атмосфере земли и их диспетчерского контроля

Изобретение относится к радиотехническим средствам авиационной, космической техники, системам диспетчеризации и управления движением в атмосфере Земли и может использоваться в спускаемых космических объектах или их аппаратах, системах посадки, системах управления движением в атмосфере Земли. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659376
Дата охранного документа: 29.06.2018
22.09.2018
№218.016.89ad

Стабилизатор напряжения аппаратуры электропитания посадочного радиолокатора

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в аппаратуре электропитания посадочного радиолокатора. Целью изобретения является повышение КПД стабилизатора напряжения из состава аппаратуры электропитания посадочного радиолокатора. Стабилизатор напряжения содержит силовую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002667475
Дата охранного документа: 20.09.2018
28.09.2018
№218.016.8ca9

Интегрированная автоматизированная система контроля и управления средствами поисково-спасательного обеспечения спускаемых космических аппаратов

Изобретение относится к системам управления движением в атмосфере Земли летательных аппаратов (ЛА) и кораблей и может быть применено при управлении средствами поисково-спасательного обеспечения спускаемых космических аппаратов (КА). В схему прототипа введены наземные радиолокационные станции,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002668145
Дата охранного документа: 26.09.2018
24.11.2018
№218.016.a0a8

Устройство для наблюдения за саранчой, летящей в рое

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано в качестве средства наблюдений за передвижением в пространстве энтомологических объектов. Устройство для наблюдения за саранчой, летящей в рое, содержит передатчик миллиметрового диапазона волн, антенное устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002673166
Дата охранного документа: 22.11.2018
Показаны записи 1-7 из 7.
20.07.2015
№216.013.6249

Посадочный радиолокатор

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в современных системах управления воздушным движением для обнаружения и контроля за полетом воздушного судна на траектории захода на посадку на взлетно-посадочную полосу аэродрома. Достигаемый технический результат -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556708
Дата охранного документа: 20.07.2015
26.08.2017
№217.015.ebd8

Устройство обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для разработки и совершенствования устройств обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов. Достигаемый технический результат - сохранение характеристик эффективности сжатия фазоманипулированных радиолокационных сигналов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628405
Дата охранного документа: 16.08.2017
26.07.2018
№218.016.7567

Способ управления воздушным движением летательных аппаратов в районе аэродрома

Изобретение относится к способу управления воздушным движением летательных аппаратов в районе аэропорта. Для осуществления способа получают данные о местоположении летательных аппаратов с помощью радиолокационного комплекса, содержащего каналы первичного, вторичного радиолокаторов и канал...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002662321
Дата охранного документа: 25.07.2018
22.09.2018
№218.016.89ad

Стабилизатор напряжения аппаратуры электропитания посадочного радиолокатора

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в аппаратуре электропитания посадочного радиолокатора. Целью изобретения является повышение КПД стабилизатора напряжения из состава аппаратуры электропитания посадочного радиолокатора. Стабилизатор напряжения содержит силовую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002667475
Дата охранного документа: 20.09.2018
17.08.2019
№219.017.c157

Аэродромный радиолокационный комплекс управления воздушным движением

Изобретение относится к области управления полетами летательных аппаратов. Технический результат - повышение надежности и повышение точности при работе в штатном режиме. Для этого аэродромный радиолокационный комплекс управления воздушным движением содержит сигнальный процессор, пульт...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697504
Дата охранного документа: 15.08.2019
23.05.2020
№220.018.20c8

Посадочный радиолокатор

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в качестве посадочного радиолокатора в современных системах управления воздушным движением для обнаружения и контроля за полетом воздушного судна на траектории захода на посадку на взлетно-посадочную полосу аэродрома....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002721785
Дата охранного документа: 22.05.2020
07.06.2020
№220.018.2529

Устройство контроля мощности и ксвн свч трактов передатчиков

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано при контроле параметров СВЧ трактов различного назначения, в том числе СВЧ трактов передатчиков. Техническим результатом является реализация контроля КСВН с помощью устройства обработки сигналов и контроля мощности за счет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002722973
Дата охранного документа: 05.06.2020
+ добавить свой РИД