Результат интеллектуальной деятельности: Способ функционирования импульсно-доплеровской бортовой радиолокационной станции истребителя при воздействии по основному лепестку диаграммы направленности антенны помехи типа DRFM

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в импульсно-доплеровской бортовой радиолокационной станции (БРЛС) для селекции полезного сигнала, отраженного от воздушной цели-носителя станции радиотехнической разведки (РТР), и воздействия по основному лепестку диаграммы направленности антенны (ДНА) сигналоподобной помехи с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM (цифровая радичастотная память).

Известен способ функционирования когерентно-импульсного устройства БРЛС, заключающийся в формировании с помощью задающего генератора сигнала, преобразовании его в высокочастотный сигнал путем умножения его частоты, усилении по мощности и излучении в пространство, приеме отраженного от воздушной цели - носителя станции РТР совместно с сигналоподобной помехой с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM радиолокационного сигнала, его преобразовании на промежуточную частоту, усилении и фазовом детектировании для последующей обработки в приемном тракте БРЛС [1].

Недостатком данного способа функционирования когерентно-импульсного устройства БРЛС является невозможность с его помощью обеспечить селекцию только полезного сигнала, отраженного от воздушной цели-носителя станции РТР, и воздействие по основному лепестку ДНА сигналоподобной помехи с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM.

Известен способ функционирования импульсно-доплеровской БРЛС истребителя, заключающийся в формировании первой пачки длительностью Т_п1 высокочастотной когерентной с временем когерентности Т_к1 последовательности зондирующих импульсов, причем Т_к1<Т_п1, их усилении по мощности, излучении в направлении воздушной цели - носителя станции РТР, приеме отраженных сигналов от воздушной цели - носителя станции РТР совместно с сигналоподобной помехой с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM, их усилении, преобразовании на промежуточные частоты, селекции по дальности и доплеровской частоте, преобразовании сигналов в цифровую форму с частотой дискретизации F_дискр с последующим их спектральным анализом на основе алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ) с эквивалентной шириной полосы пропускания его одного бина, определяемой, как

где

Т_кн1 - время когерентного накопления отраженного сигнала в одном бине алгоритма БПФ с его эквивалентной шириной полосы пропускания Δf_БПФ1 при спектральном анализе отраженных сигналов от воздушной цели носителя станции РТР совместно с сигналоподобной помехой с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM и излучении первой пачки высокочастотной когерентной последовательности зондирующих импульсов, причем Т_кн1<Т_к1<Т_п1;

N_{отсч 1} - количество отсчетов алгоритма БПФ при спектральном анализе отраженных сигналов от воздушной цели - носителя станции РТР совместно с сигналоподобной помехой с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM и излучении первой пачки высокочастотной когерентной последовательности зондирующих импульсов [2].

Недостатком данного способа является отсутствие возможности с его помощью обеспечить селекцию только полезного сигнала, отраженного от воздушной цели-носителя станции РТР, и воздействие по основному лепестку ДНА сигналоподобной помехи с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM.

Цель изобретения - обеспечить селекцию полезного сигнала, отраженного от воздушной цели-носителя станции радиотехнической разведки и воздействие по основному лепестку диаграммы направленности антенны сигналоподобной помехи с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM.

Указанная цель достигается тем, что в способе функционирования импульсно-доплеровской БРЛС истребителя при воздействии по основному лепестку ДНА помехи типа DRFM, заключающемся в формировании первой пачки длительностью Т_п1 высокочастотной когерентной с временем когерентности Т_к1 последовательности зондирующих импульсов, причем T_к1<Т_п1, их усилении по мощности, излучении в направлении воздушной цели - носителя станции РТР, приеме отраженных сигналов от воздушной цели - носителя станции РТР совместно с сигналоподобной помехой с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM, их усилении, преобразовании на промежуточные частоты, селекции по дальности и доплеровской частоте, преобразовании сигналов в цифровую форму с частотой дискретизации F_дискр с последующим их спектральным анализом на основе алгоритма БПФ с эквивалентной шириной полосы пропускания его одного бина, определяемой выражением (1), дополнительно определяются и запоминаются ширины спектров отраженных сигналов от воздушной цели - носителя станции РТР Δf_c1 и сигналоподобной помехи с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM Δf_DRFM1 при излучении первой пачки высокочастотной когерентной последовательности зондирующих импульсов, осуществляется формирование второй пачки длительностью Т_п2=Т_п1 высокочастотной когерентной с временем когерентности Т_к2=Т_к1 последовательности зондирующих импульсов, причем Т_к2<Т_п2, их усиление по мощности, излучение в направлении воздушной цели - носителя станции РТР, прием отраженных сигналов от воздушной цели - носителя станции РТР совместно с сигналоподобной помехой с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM, их усиление, преобразование на промежуточные частоты, их селекция по дальности и доплеровской частоте, преобразование сигналов в цифровую форму с частотой дискретизации F_дискр с последующим их спектральным анализом на основе алгоритма БПФ с эквивалентной полосой пропускания его одного бина, определяемой, как

где

Т_кн2 - время когерентного накопления отраженного сигнала в одном бине алгоритма БПФ с его эквивалентной шириной полосы пропускания Δf_БПФ2 при спектральном анализе отраженных сигналов от воздушной цели - носителя станции РТР совместно с сигналоподобной помехой с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM и излучении второй пачки высокочастотной когерентной последовательности зондирующих импульсов, причем Т_кн1<Т_кн2<Т_к2<Т_п2;

N_отсч2=mN_отсч1 - количество отсчетов алгоритма БПФ при спектральном анализе отраженных сигналов от воздушной цели - носителя станции РТР совместно с сигналоподобной помехой с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM и излучении второй пачки высокочастотной когерентной последовательности зондирующих импульсов;

m>1 - число, определяющее во сколько раз увеличивается время когерентного накопления Т_кн2 отраженного сигнала в одном бине алгоритма БПФ с его эквивалентной шириной полосы пропускания Δf_БПФ2 при спектральном анализе отраженных сигналов от воздушной цели - носителя станции РТР совместно с сигналоподобной помехой с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM и излучении второй пачки высокочастотной когерентной последовательности зондирующих импульсов,

определяются и запоминаются ширины спектров отраженных сигналов от воздушной цели - носителя станции РТР Δf_c2 и сигналоподобной помехи с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM Δf_DRFM2 при излучении второй пачки высокочастотной когерентной последовательности зондирующих импульсов, осуществляется сравнение величин ширины спектров отраженных сигналов, при Δf_c2 ≈ Δf_c1/m принимается решение о том, что данный спектр сигнала принадлежит его отражению непосредственно от воздушной цели - носителя станции РТР, на основе которого формируется отсчет доплеровской частоты полезного сигнала и осуществляется его индикация, при Δf_DRFM2 ≈ Δf_DRFM1 принимается решение о том, что данный спектр сигнала обусловлен воздействием сигналоподобной помехи с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM по главному лепестку ДНА и ее индикация не осуществляется.

Новыми признаками, обладающими существенными отличиями, являются.

1. Формирование двух пачек длительностями Т_п1 и Т_п2 высокочастотных когерентных с временами когерентности соответственно Т_к1 и Т_к2 последовательности зондирующих импульсов, причем T_к1=Т_к2 < Т_п1=Т_п2.

2. Спектральный анализ на основе алгоритма быстрого БПФ отраженных сигналов от воздушной цели - носителя станции РТР совместно с сигналоподобной помехой с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM и излучении соответственно первой и второй пачек высокочастотных когерентных последовательностей зондирующих импульсов, с эквивалентной шириной полосы пропускания его одного бина, определяемой соответственно выражениями (1) и (2).

3. Определение и запоминание ширины спектров отраженных сигналов от воздушной цели - носителя станции РТР Δf_c1 и Δf_c2, а также сигналоподобной помехи с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM Δf_DRFM1 и Δf_DRFM2 при излучении соответственно первой и второй пачек высокочастотных когерентных последовательностей зондирующих импульсов.

4. Принятие решения о том, что спектр сигнала принадлежит его отражению непосредственно от воздушной цели - носителя станции РТР при выполнении условия Δf_c2 ≈ Δf_c1/m и формирование на его основе отсчета доплеровской частоты полезного сигнала и его индикация на индикаторе БРЛС.

5. Принятие решения о том, что спектр сигнала обусловлен воздействием сигналоподобной помехи с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM по главному лепестку ДНА при выполнении условия Δf_DRFM2 ≈ Δf_DRFM1 и ее не индикация на индикаторе БРЛС.

Данные признаки обладают существенными отличиями, так как в известных способах не обнаружены.

Применение новых признаков, в совокупности с известными позволит обеспечить селекцию полезного сигнала, отраженного от воздушной цели-носителя станции РТР и воздействие по основному лепестку ДНА сигналоподобной помехи с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM.

На рисунке 1 представлена блок-схема, на рисунке 2 (а-е) - эпюры, поясняющие предлагаемый способ функционирования импульсно-доплеровской БРЛС, на рисунке 3 (а,б,в) - результаты экспериментальный исследований.

Способ функционирования импульсно-доплеровской БРЛС истребителя при воздействии по основному лепестку ДНА помехи типа DRFM реализуется следующим образом (рисунок 1).

С помощью задающего генератора (ЗГ) 1, синхронизатора (С) 2 и модулятора (М) 3 формируется первая пачка длительностью Т_п1 высокочастотной когерентной с временем когерентности Т_к1 последовательности зондирующих импульсов (рисунок 2а), причем Т_к1<Т_п1, которые (рисунок 1) усиливаются в усилителе 4 мощности высокой частоты (УМВЧ) и через антенный переключатель (АП) 5, антенну (А) 6 излучаются в направлении воздушной цели - носителя станции РТР.

Отраженные от воздушной цели - носителя станции РТР сигналы совместно с сигналоподобной помехой с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM (рисунок 2б) принимаются (рисунок 1) антенной 6 и через антенный переключатель 5 поступают в приемник БРЛС, в котором усиливаются в усилителе 7 высокой частоты (УВЧ), преобразуются в тракте 8 преобразования на промежуточные частоты (ТП ПЧ), селектируются по дальности в селекторе 9 дальности (СД) с помощью селекторных импульсов, поступающих на его вход с выхода синхронизатора 2. В преобразователе (Пр) 10 на входы которого поступают значения углов ориентации ДНА в вертикальной и горизонтальной плоскостях с выхода угломерного канала (на рисунке 1 не показан) и значение собственной скорости носителя БРЛС с выхода навигационного комплекса (на рисунке 1 не показан) осуществляется селекция сигналов по доплеровской частоте. В преобразователе (Пр) 11 сигнал из аналоговой формы преобразуется в цифровую форму с частотой дискретизации F_дискр, поступающей с выхода синхронизатора 2. В блоке 12 БПФ осуществляется вычисление спектра (рисунок 2в) принятого сигнала (рисунок 2б) с эквивалентной шириной полосы пропускания Δf_БПФ1 его одного бина, определяемой частотой дискретизации F_дискр и количеством отсчетов N_отсч1 алгоритма БПФ, поступающих с выхода синхронизатора 2 при излучении первой пачки высокочастотной когерентной последовательности зондирующих импульсов (выражение (1).

В анализаторе (Ан) 13 (рисунок 1) определяются и запоминаются ширины спектров (рисунок 2в) отраженных сигналов от воздушной цели - носителя станции РТР и сигналоподобной помехи с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM. Причем, однозначно определить ширина спектра какого сигнала, полезного или помехового (Δf_c1, Δf_DRFM1), на частотных позициях f₁ и f₂ (на рисунке 2в - соответственно цели Ц1 и Ц2) не представляется возможным при излучении первой пачки высокочастотной когерентной последовательности зондирующих импульсов.

Аналогично, как и при формировании первой пачки зондирующих импульсов (рисунок 1), с помощью задающего генератора 1, синхронизатора 2 и модулятора 3 формируется вторая пачка длительностью Т_п2=Т_п1 высокочастотной когерентной с временем когерентности Т_к2=Т_к1 последовательности зондирующих импульсов (рисунок 2г), причем Т_к2<Т_п2, которые (рисунок 1) усиливаются в усилителе 4 мощности высокой частоты и через антенный переключатель 5, антенну 6 излучаются в направлении воздушной цели - носителя станции РТР.

Отраженные от воздушной цели - носителя станции РТР сигналы совместно с сигналоподобной помехой с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM (рисунок 2д) при излучении второй пачки зондирующих импульсов принимаются (рисунок 1) антенной 6 и через антенный переключатель 5 поступают в приемник БРЛС, в котором усиливаются в усилителе 7 высокой частоты, преобразуются в тракте 8 преобразования на промежуточные частоты, селектируются по дальности в селекторе 9 дальности с помощью селекторных импульсов, поступающих на его вход с выхода синхронизатора 2. В преобразователе 10, на входы которого поступают значения углов ориентации ДНА в вертикальной и горизонтальной плоскостях с выхода угломерного канала и значение собственной скорости носителя БРЛС с выхода навигационного комплекса осуществляется селекция сигналов по доплеровской частоте. В преобразователе 11 сигнал из аналоговой формы преобразуется в цифровую форму с частотой дискретизации F_дискр, поступающей с выхода синхронизатора 2. В блоке 12 БПФ осуществляется вычисление спектра (рисунок 2е) принятого сигнала (рисунок 2д) с эквивалентной шириной полосы пропускания Δf_БПФ2 его одного бина, определяемой частотой дискретизации F_дискр и количеством отсчетов N_отсч2=mN_отсч1 (m>1 - число, определяющее во сколько раз увеличивается время когерентного накопления Т_кн2 отраженного сигнала в одном бине алгоритма БПФ с его эквивалентной шириной полосы пропускания Δf_БПФ2 при спектральном анализе отраженных сигналов от воздушной цели - носителя станции РТР совместно с сигналоподобной помехой с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM и излучении второй пачки высокочастотной когерентной последовательности зондирующих импульсов) алгоритма БПФ, поступающих с выхода синхронизатора 2, при излучении второй пачки высокочастотной когерентной последовательности зондирующих импульсов (выражение (2).

В анализаторе 13 (рисунок 1) определяются и запоминаются ширины спектров (рисунок 2е) отраженных сигналов от воздушной цели - носителя станции РТР и сигналоподобной помехи с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM при излучении второй пачки высокочастотной когерентной последовательности зондирующих импульсов.

При равных условиях Т_п2=Т_п1 и Т_к2=T_к1 при излучении обоих пачек зондирующих сигналов (рисунки 2а и 2г), равенстве частот дискретизации F_дискр при преобразовании обоих принятых сигналов (рисунки 2б и 2д) из аналоговой формы в цифровую в преобразователе 11 (рисунок 1) и соотношении отсчетов N_отсч2=mN_отсч1 (m>1) в блоке 12 БПФ ширина спектра полезного сигнала Δf_c2 (отражения от носителя станции РТР) при излучении второй пачки, приеме отраженного сигнала и его спектральной обработке будет в m раз ширины спектра полезного сигнала Δf_c1 (рисунки 2в и 2е) при излучении первой пачки, приеме отраженного сигнала и его обработке, поскольку время когерентного накопления сигнала Т_кн2 (рисунок 2г) будет больше в m раз времени когерентного накопления сигнала Т_кн1 (рисунок 2а), то есть Δf_c2 ≈ Δf_с1/m, то есть можно однозначно определить, что на частотной позиции f₁ (рисунок 2в) находится полезный сигнал f_c (рисунок 2е) с шириной спектра Δf_c2.

В то же время, ввиду некогерентности сигналоподобной помехи с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM, независимо от величины времени когерентного накопления T_кн1 и Т_кн2, во-первых, значение ширины спектров сигналоподобных помеховых сигналов Δf_DRFM1 и Δf_DRFM2 (рисунки 2в - частотная позиция f₁ и 2е - частотная позиция f_DRFM2) будут существенно превосходить значения величин ширины спектра полезного сигнала Δf_c2, и, во-вторых, значения ширины спектров сигналоподобных помеховых сигналов Δf_DRFM1 (рисунок 2в) и Δf_DRFM2 (рисунок 2е) будут практически совпадать, то есть Δf_DRFM2 ≈Δf_DRFM1.

В анализаторе 13 (рисунок 1) селектируется спектр полезного сигнала, для которого выполняется условие Δf_c2 ≈ Δf_c1/m, то есть признаком того, что данный сигнал является полезным будет сужение его спектра. В этом случае принимается решение о том, что данный спектр сигнала принадлежит его отражению непосредственно от воздушной цели - носителя станции РТР и на его основе в формирователе (Ф) 14 формируется отсчет доплеровской частоты полезного сигнала и осуществляется его индикация на индикаторе (И) 15.

В то же время, в анализаторе 13 селектируются и сигналоподобные помеховые сигналы типа DRFM. При выполнении условия Δf_DRFM2 ≈ Δf_DRFM1 принимается решение о том, что данный спектр сигнала обусловлен воздействием сигналоподобной помехи с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM по главному лепестку ДНА и ее индикация на индикаторе 14 не осуществляется.

С целью проверки устойчивости признака селекции полезного сигнала на основе анализа сужения его спектра при увеличении времени когерентного накопления сигнала были проведены экспериментальные исследования, сущность которых заключалась в регистрации с линейного выхода приемника импульсно-доплеровской БРЛС сантиметрового диапазона волн с фазированной антенной решеткой радиолокационных сигналов, отраженных от реальной воздушной цели, и их спектральная обработка на основе алгоритма БПФ при различных значениях времени когерентного накопления (эквивалентной полосы пропускания алгоритма БПФ). Так, в ходе эксперимента формировалась пачка высокочастотной когерентной последовательности зондирующих импульсов, длительностью Т_п=220 мс. При спектральной обработке зарегистрированного отраженного от реальной воздушной цели сигнала (рисунок 3а) частота дискретизации в алгоритме БПФ составляла F_дискр=18739,2 Гц, а первоначальное значение отсчетов - N_отсч1=512 (согласно выражению (1) - Δf_БПФ1=36,6 Гц или T_кн1 ≈ 27,3 мс). В данном случае ширина спектра сигнала также составила Δf_c1=36,6 Гц (рисунок 3б).

Затем, при обработке той же реализации сигнала (рисунок 3а), при той же частоте дискретизации F_дискр=18739,2 Гц, количество отсчетов было увеличено в 4 раза (m=4) и составляло N_отсч2=2048. Тогда, согласно выражению (2) - Δf_БПФ2=9,15 Гц или Т_к2≈109,3 мс. В данном случае ширина спектра сигнала стала и составила Δf_c2=9,15 Гц (рисунок 3в). Следовательно, ввиду высокой когерентности отраженного от цели полезного сигнала, по факту сужения его ширины спектра при увеличении времени когерентного накопления можно судить, что данный фрагмент общего спектра отраженного сигнала от цели-носителя станции РТР совместно с сигналоподобной помехой с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM принадлежит именно его отражениям от носителя станции РТР, а не воздействием сигналоподобной помехи с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM.

Таким образом, предлагаемый способ позволит обеспечить селекцию полезного сигнала, отраженного от воздушной цели-носителя станции РТР и воздействие по основному лепестку ДНА сигналоподобной помехи с модуляцией доплеровской частоты типа DRFM.

Источники информации

1. Авиационные радиолокационные комплексы и системы: учебник для слушателей и курсантов ВУЗов ВВС / П.И. Дудник, Г.С. Кондратенков, Б.Г. Татарский, А.Р. Ильчук, А.А. Герасимов. Под ред. П.И. Дудника. - М.: изд. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2006, страницы 527-528, рисунок 11.4 (аналог).

2. Авиационные радиолокационные комплексы и системы: учебник для слушателей и курсантов ВУЗов ВВС / П.И. Дудник, Г.С. Кондратенков, Б.Г. Татарский, А.Р. Ильчук, А.А. Герасимов. Под ред. П.И. Дудника. - М.: изд. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2006, стр. 639-641, рисунок 12.39 (прототип).