Бортовий радіолокатор підповерхневого зондування з пристроєм захисту від пасивних перешкод

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в бортовых секвентных радиолокаторах подповерхностного зондирования земли с зондирующим сигналом в виде периодических наносекунднх видеоимпульсов без несущей частоты для защиты от пассивных помех от земной поверхности. Известен самолетный радиолокатор подповерхностного зондирования льда [1, с.39, 42, рис.1.6.8]. Этот радиолокатор излучает видеоимпульсный зондирующий сигнал наносекундной длительности без несущей частоты и содержит приемопередающую антенну, передатчик и приемник. Недостаток аналога состоит в том, что обратные помеховые отражения от границы подстилающей поверхности мешают работе и затрудняют зондирование на малых глубинах. Известно также устройства для защиты наземного секвентного радиолокатора от пассивных помех [1, с.300 - 302, рис.6.3.3]. Это устройство состоит из большого набора секвентных допплеровских фильтров. Каждый такой фильтр представляет широкополосный усилитель видеоимпульсов с обратной связью в виде неискажающей кабельной линии задержки [1, с.23, рис.1.3.1]. Такой усилитель усиливает и накапливает только такие периодические сигналы, период следования которых точно равен времени задержки линии в цепи обратной связи. То есть усилитель обладает избирательностью по периоду следования (или частоте следования) видеоимпульсов. В результате эффекта Допплера период следования эхо-сигналов от движущейся цели будет немного отличаться от периода следования зондирующих видеоимпульсов и пассивных помех, период следования которых обычно не отличается от периода следования зондирующи х видеоимпульсов (для наземного радиолокатора). Это позволяет выделить эхосигналы движущейся цели на фоне пассивных помех и подавить помеху. Линии задержки секвентных допплеровских фильтров аналога немного отличаются по длине и эхо-сигнал от движущейся цели будет выделен тем фильтром, у которого время задержки линии задержки в цепи обратной связи равно периоду следования эхосигнала цели, а пассивная помеха с немного иным периодом следования не пройдет на выход этого фильтра и будет подавлена. Недостатком этого аналога является то, что для выделения эхо-сигналов движущихся целей в широком диапазоне скоростей цели требуется большой набор таких секвентных допплеровских фильтров с длинными линиями задержки. Другой недостаток этого аналога связан с использованием такого устройства в радиолокационных дальномерах и объясняется следующим. Для обеспечения однозначности измерения дальности период следования зондирующи х видеоимпульсов должен быть больше времени запаздывания эхо-сигнала цели. При этом длина линии задержки аналога будет вдвое больше максимальной дальности обнаружения, то есть окажется очень большой. Такую линию трудно реализовать из-за потерь в ней. Поэтому использование аналога в дальномерах затруднено, что является недостатком этого устройства. В качестве прототипа выбран вертолетный радиолокатор подповерхностного зондирования [1]. Бортовая приемо-передающая антенна прототипа направлена вертикально вниз и излучает зондирующий сигнал в виде периодических видеоимпульсных поля радиоволн наносекундной длительности без несущей частоты. В состав прототипа входят следующие основные элементы: бортовая приемопередающая антенна с антенным переключателем с передачи на прием; передатчик периодических видеоимпульсных сигналов; приемник в виде широкополосного усилителя видеоимпульсов и индикатор для наблюдения эхо-сигналов от подповерхностных объектов. Прототип позволяет обнаруживать подземные объекты и измеряет глубин у их залегания по измерению времени запаздывания эхо-сигналов от эти х объектов. Недостатком прототипа является то, что пассивные помехи от земной поверхности мешают работе и затрудняют обнаружение подземных объектов на малой глубине залегания. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования бортового радиолокатора подповерхностного зондирования с устройством защиты от пассивных помех, в котором за счет включения в состав радиолокатора усилителя с обратной связью в виде линии задержки строго определенной длины и выполнения передатчика с определенной частотой следования зондирующи х видеоимпульсов при полете на постоянной определенной высоте обеспечивается улучшение помехозащищенности радиолокатора от пассивных помех от подстилающей поверхности. Поставленная задача решается тем, что в бортовом радиолокаторе подповерхностного зондирования с устройством защиты от пассивных помех, содержащем бортовую приемопередающую антенну, ось которой направлена вертикально вниз, антенный переключатель, передатчик периодических видеоимпульсов наносекундной длительности без несущей частоты, приемник и индикатор, согласно изобретению на выходе приемника установлен широкополосный усилитель видеоимпульсов с входным и выходным устройствами связи и обратной связью в виде кабельной линии задержки, длина которой равна выход усилителя с обратной связью через выходное устройство связи связан с индикатором, передатчик выполнен с частотой следования зондирующи х видеоимпульсов, равной где - длина линии задержки; - частота следования зондирующи х видеоимпульсов; - скорость распространения радиоволн в линии задержки; - максимальная глубина зондирования; относительная диэлектрическая проницаемость верхнего слоя земли на средней частоте спектра зондирующего сигнала; - скорость света. Высота полета удовлетворяет соотношению где - высота полета; - целое число. При этом глубину залегания обнаруженного объекта в земле рекомендуется определять по соотношению где - глубина залегания объекта в земле; - время запаздывания видеоимпульса эхосигнала подземного объекта относительно ближайшего зондирующего видеоимпульса передатчика. Предполагается также, что относительная диэлектрическая проницаемость верхнего слоя земли известна, либо заранее измерена каким-либо известным способом. Выполнение передатчика юртового секвентного радиолокатора с указанной частотой следования зондирующих видеоимпульсов, указанный выбор высоты полета и дополнительное включение в состав устройства усилителя с обратной связью в виде кабельной линии задержки указанной длины повышают помехозащищенность бортового радиолокатора от пассивных помех от подстилающей поверхности. Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежом (фиг.), где представлена упрощенная структурная схема предложенного бортового радиолокатора подверхностного зондирования, а также условно показаны поверхность земли и подземный объект. В состав предложенного устройства на схеме входят следующие основные элементы: бортовая приемо-передающая антенна 1, ось которой направлена вертикально вниз; антенный переключатель 2, закорачивающий вход приемника во время передачи зондирующего видеоимпульса; передатчик 3 несинусоидальных импульсных сигналов в виде периодической последовательности наносекундных видеоимпульсов с высокой частотой следования импульсов без несущей частоты; приемник 4 в виде широкополосного усилителя наносекундных видеоимпульсов; широкополосный усилитель наносекундных видеоимпульсов 5 с входным 6 и выходным 7 устройствами связи и обратной связью в виде линии задержки 8 из отрезка коаксиального кабеля длиной индикатор 8 для визуального наблюдения эхо-сигналов от подземных объектов. Ниже поясняется принцип действия предложенного устройства и обосновываются его существенные отличительные признаки. В предложенном устройстве для защиты от пассивных помех от земной поверхности использован эффект Допплера. Этот эффект проявляется в том, что период следования обратных помехевых отражений от земной поверхности, приходящих к антенне по наклонным направлениям, будет немного отличаться от периода следования зондирующи х видеоимпульсов из-за допплеровского смещения. Бортовой радиолокатор обычно обнаруживает подземные объекты, которые находятся вертикально под ним, а удаленные подземные объекты не обнаруживаются, так как эхо-сигнал от них очень слаб. Поэтому видеоимпульсы эхосигнала подземного объекта, расположенного под радиолокатором, не будет иметь допплеровского сдвига, так как направление полета горизонтально, а эхо-сигнал объекта приходит по вертикали. Указанные различия эхо-сигнала подземного объекта и пассивных помех от земли позволяют использовать для выделения эхо-сигнала и подавления пассивных помех, приходящих с наклонных направлений, усилитель с обратной связью в виде кабельной линии задержки, время задержки которой точно равно периоду следования зондирующи х видеоимпульсов Такой усилитель обладает избирательностью по периоду следования видеоимпульсов и будет накапливать и усиливать эхо-сигнал, не имеющий допплеровского сдвига/и подавлять пассивную помеху, имеющую допплеровский сдвиг. Существенная трудность практической реализации такого усилителя с обратной связью обусловлена необходимостью однозначного определения дальности цели и объясняется следующим. Для однозначного определения дальности необходимо, чтобы частота следования зондирующи х импульсов была где - максимальная дальность обнаружения. Это требование приводит к необходимости использовать очень длинную линию задержки порядка При большой дальности выполнить линию задержки очень сложно из-за потерь в кабеле. Поэтому предлагается выбрать частоту следования зондирующи х видеоимпульсов по соотношению (2), которое аналогично соотношению (5), но учитывает скорость распространения радиоволн в земле. В этом случае будет обеспечена однозначность определения глубины залегания объекта в земле на интервале от 0 до и однозначная интерпретация результатов зондирования при минимальной и приемлемой для реализации длине линии задержки 8. Необходимая длина этой линии определена соотношением (1), которое получено из (2) при условии, что время задержки линии задержки 8 точно равно периоду следования зондирующи х видеоимпульсов Следует отметить, что усилитель с обратной связью в виде линии задержки указанной длины обеспечивает подавление только таких пассивных помех от земли, которые имеют допплеровский сдвиг (то есть приходят к антенне с наклонных направлений). Пассивная помеха, приходящая от земли к антенне по вертикали снизу, не имеет допплеровского сдвига и не будет подавляться этим усилителем. Для подавления последней помехи использовано иное техническое решение, которое поясняется следующим, Предлагается осуществлять полет на такой высоте при которой время запаздывания этой помехи равно целому числу периодов следования зондирующи х видеоимпульсов, то есть При этом время прихода к антенне помехи от земли совпадает со временем излучения очередного зондирующего видеоимпульса. В это время вход приемника 4 закорочен антенным переключателем 2 и пассивная помеха от земли, приходящая по вертикали снизу, не попадает в канал приема. Требуемая высота полета определена соотношением (3), которое получено из (2). Усилитель с обратной связью 5 и линией задержки 8 указанной длины принципиально необходим для подавления пассивных помех, приходящих к антенне с наклонных направлений, а указанный выбор частоты следования зондирующи х видеоимпульсов и высоты полета требуются для подавления пассивных помех, приходящих по вертикали снизу. Таким образом, предложенное устройство может быть практически реализовано, а отмеченные выше отличительные признаки являются существенными и принципиально необходимы для реализации этого устройства. Основные элементы предложенного устройства (на схеме чертежа) выполнены следующим образом. Антенна 1, передатчик 3 и приемник 4 выполнены для излучения и приема наносекундных видеоимпульсных сигналов без несущей частоты. Такие системы могут быть практически реализованы, так как физические основы и принципы их построения известны и описаны в литературе [1]. Антенный переключатель 2 закорачивает вход приемника 4 во время передачи зондирующи х видеоимпульсов. Приемник 4 представляет широкополосный усилитель видеоимпульсов наносекундной длительности. Линия задержки 8 выполнены из отрезка коаксиального кабеля длиной Принципы построения и устройство усилителя с обратной связью 5 и входным 6 и выходным 7 устройствами связи описаны в литературе[1]. Индикатор 8 не отличается от индикатора прототипа. Динамика работы предложенного устройства осуществляется следующим образом. Передатчик 3 формирует, а антенна 1 излучает зондирующий сигнал в виде видеоимпульсов поля радиоволн наносекундной длительности без несущей частоты с частоты следования Эхо-сигнал от подземного объекта приходит к антенне по вертикали снизу, а пассивные помехи от земли - по вертикали и с наклонных направлений. Помехи с наклонных направлений содержат допплеровский сдвиг, поэтому при приеме такие помехи будут подавлены усилителем 5 с обратной связью в виде линии задержки 8. Эхо-сигнал от подземного объекта не имеет допплеровского сдвига, поэтому этот сигнал будет усилен и накоплен усилителем 5, который обладает избирательностью по периоду следования видеоимпульсов. Пассивная помеха от земли, приходящая по вертикали снизу, не попадет в канал приема, так как время ее прихода к антенне совпадает со временем излучения очередного зондирующего видеоимпульса, когда вход приемника 4 закорочен антенным переключателем 2. Усиленные эхо-сигналы подземного объекта наблюдают на индикаторе 8. Таким образом, предложенное устройство устраняет отмеченные недостатки аналогов ипрототипа и обеспечивает защиту бортового радиолокатора от пассивных помех от земной поверхности.