Спосіб виявлення підземних об’єктів з борту літального апарату на фоні пасивних перешкод від земної поверхні

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в бортовых РЛС подповерхностного зондирования для обнаружения подземных объектов на фоне обратных помеховых отражений от земной поверхности. В качестве прототипа выбран способ импульсного зондирования земли с, борта с помощью несинусоидальных зондирующи х видеоимпульсов радиоволнового диапазона наносекундной длительности без несущей частоты. Этот способ использован в бортовой РЛС ледовой разведки, установленной на вертолете береговой охраны США. Способ-прототип заключается в излучении с борта вертикально вниз несинусоидального зондирующего сигнала в виде видеоимпульса поля радиоволн наносенкудной длительности, и приеме и индикации эхо-сигналов от подземных объектов. При этом глубину залегания объекта в земле определяют по результату измерения времени запаздывания сигнала в земле и известной скорости распространения радиоволн в земле. Недостатком способа-прототипа является то, что интенсивные протяженные обратные помеховые отражения зондирующи х сигналов от земной поверхности зачастую мешают обнаруживать слабые эхо-сигналы от подземных объектов, особенно на малой глубине. В основу изобретения поставлена задача обеспечения возможности обнаружения подземных объектов с борта летательного аппарата на фоне интенсивных обратных помеховых отражений зондирующи х сигналов от земной поверхности и улучшения отношения сигнал/шум в канале приема. Решение этой задачи достигается благодаря тому, что в способе, заключающемся в излучении вертикально вниз с борта летательного аппарата несинусоидальных импульсных зондирующи х сигналов наносекундной длительности, и приеме и индикации эхо-сигналов от подземных объектов, предусмотрены следующие отличия: излучают периодическую последовательность пары разнополярных видеоимпульсов, в которой второй отрицательный импульс пары запаздывает относительно первого положительного импульса на время превышающее длительность импульса в несколько раз, а период следования пары зондирующи х импульсов равен где - высота полета борта, - максимальная глубина зондирования земли, - скорость света, относительная диэлектрическая проницаемость земли, положительный и отрицательный импульсы эхосигнала разделяют и отрицательный импульс задерживают на время и вычитают из положительного импульса эхо-сигнала, а вход приемника запирают на время с начала излучения первого положительного импульса зондирующего сигнала в каждом периоде следования. На фиг.1 представлена упрощенная структурная схема бортовой РЛС подповерхностного зондирования, которая представляет собой пример реализации предложенного способа, а также условно показаны приемо-передающая бортовая антенна, поверхность земли, подземный объект, лучи радиоволн эхо-сигнала подземного объекта и пассивной помехи от земли и упрощенные эпюры зондирующего сигнала и сигнала, запирающего приемник. На фиг.2а, б, в, г, д, е, ж условно показаны эпюры зондирующего сигнала, пассивных помех и эхо-сигналов от положительного и отрицательного зондирующи х импульсов, сигнала, запирающего вход приемника, сигнала на выходах приемника, линии задержки и устройства вычитания. Пример реализации предложенного способа представлен на фиг.1, где показана упрощенная структурная схема бортовой РЛС с несинусоидальным импульсным сигналом для обнаружения подземных объектов. В состав этой РЛС входят следующие элементы: приемопередающая бортовая антенна 1 с антенным переключателем 2, переключающим антенну к передатчику при излучении зондирующи х импульсов и к приемнику - при приеме эхосигналов; передатчик несинусоидальных импульсных сигналов 3, формирующий зондирующий сигнал, упрощенная эпюра которого показана на фиг.2а; приемник 4 с генератором импульсов 5, запирающих вход приемника в начальной части каждого периода следования зондирующи х импульсов (эпюра сигнала этого генератора импульсов условно показана на фиг.2г); широкополосные диоды 6, 7, подключенные к выходу приемника 4 в противоположной полярности и разделяющие отрицательные и положительные импульсы эхо-сигналов; линия задержки 8 на время отрицательного импульса эхо-сигнала; устройство вычитания 9 для вычитания задержанного отрицательного импульса из положительного импульса эхо-сигнала и индикатор 10 для визуального наблюдения эхосигнала обнаруженного подземного объекта. Антенна 1 с антенным переключателем 2, передатчик 3 и приемник 4 выполнены для излучения и приема несинусоидальных импульсных сигналов в виде коротких видеоимпульсов наносекундной длительности без несущей частоты. Физические основы и принципы построения таких систем известны и описаны в литературе [2]. Линия задержки 8 может быть выполнена а виде отрезка коаксиального кабеля сравнительно небольшой длины. Генератор 5 запирает приемник на время в начале каждого периода следования для того, чтобы зондирующие импульсы и помехи не попадали в приемник на том участке периода следования, на котором не бывает эхо-сигналов подземных объектов. Физическая сущность предложенного способа поясняется следующим. Способ основан на использовании известного свойства несинусоидальных импульсных сигналов изменять полярность видеоимпульса при отражении от земли или подземного объекта [2]. В начале каждого периода следования излучается положительный зондирующий видеоимпульс, а вслед за ним - отрицательный импульс, Который запаздывает на время в несколько раз превышающее длительность импульса Эхо сигнал и пассивная помеха от земли для положительного зондирующего импульса будут отрицательными (см. фиг.2б), а для отрицательного зондирующего импульса положительными (см. фиг.2в). При этом пассивная помеха от земной поверхности представляет собой протяженный помеховый сигнал той или иной полярности. Излучать отрицательный зондирующий импульс вслед за положительным необходимо для того, чтобы пассивная помеха от земли отрицательного импульса подавляла пассивную помеху положительного зондирующего импульса. При этом, чем меньше время запаздывания эти х импульсов, тем лучше подавляются пассивные помехи от земли. Эта время предлагается брать в несколько раз больше, чем длительность зондирующего импульса, так как при малом импульсы эхосигналов от подземного объекта (которые расширяются в земле в несколько раз) начнут накладываться и подавлять друг др уга. В результате пассивная помеха от земли на выходе приемника 4 будет подавлена и импульсы эхосигналов подземного объекта будут выглядеть примерно так, как показано на фиг.2д. Генератор 5 генерирует импульсы, которые запирают вход приемника в начале каждого периода следования на время На этом участке времени эхо-сигналов от подземных объектов не бывает и такое техническое решение улучшает помехозащищенность РЛС. Эпюра запирающих сигналов генератора 5 представлена на фиг.2г. На выход приемника 4 отрицательный и положительный импульсы эхо-сигнала подземного объекта разделяются широкополосными диодами 6, 7, после чего отрицательный импульс задерживается на время линией задержки 8 и вычитается из положительного импульса эхосигнала с помощью устройства вычитания 9. Эпюры сигналов на выходах линии задержки 8 и устройства вычитания 9 показана на фиг.2е, ж. Такое техническое решение обеспечивает совмещение двух импульсов эхо-сигнала по времени и сложение их по амплитуде, что увеличивает отношение сигнал/шум в канале приема и повышает вероятность обнаружения подземного объекта. Период следования пары зондирующи х импульсов рекомендуется выбирать по формуле (1). При этом обеспечивается зондирование земли на глубину и однозначное определение глубины объекта в земле по времени запаздывания эхо-сигнала относительно зондирующего импульса при максимальной частоте следования пары зондирующи х импульсов. Таким образом, предложенный способ может быть практически реализован, а указанные выше отличительные признаки принципиально необходимы для реализации этого способа. Способ позволяет защитить бортовую РЛС подповерхностного зондирования от пассивных помех от земли и повысить вероятность обнаружения подземных объектов.