Радіолокаційний пристрій для визначення дальності та швидкості цілі

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для создания радиолокационных (РЛ) устройств, работающи х в составе систем, предназначенных для сопровождения высокоподвижных целей. Известны РЛ устройства, использующие в качестве зондирующего сигнала симметричный линейночастотный модулированный (СЛЧМ) сигнал [1]. В данных РЛ устройства х обработка отраженного от цели сигнала для измерения дальности и скорости цели производится путем частотного сравнения прямого и отраженного СЛЧМ сигналов с последующим анализом диапазона частот биений. При этом для обеспечения однозначного определения дальности и скорости при выполнении требований по энергетике (обеспечение необходимого состояния соотношения сигнал/шум) проводится разбиение полученного диапазона частот биений на N частотных каналов. При работе такого РЛ устройства с использованием данных строба предварительного целеуказания производится последовательное или параллельное измерение в части частотных каналов, например, с помощью частотомера частот биений, пропорциональных дальности и скорости цели. Известно, что для диапазона дальностей порядка десяти километров значение диапазона частот биений составляет десятки мГц. Таким образом, с учетом значений полос пропускания частотных каналов, определяемых, с одной стороны, допустимыми аппаратурными затратами и, с другой стороны, реализуемыми значениями добротностей резонансных контуров, допустимое значение разрешения двух целей составит не менее нескольких сот метров, что ухудшает процесс сопровождения и в некоторых случаях может привести к его срыву. Кроме того, данные РЛ устройства являются нетехнологичными с точки зрения допустимых величин массогабаритных характеристик, а также большого объема настроечно-регулировочных работ в процессе изготовления и эксплуатации, так как требуют в диапазоне частот биений реализации сотен частотных каналов и такого же количества измерителей частоты. Известно РЛ устройство со следящим приемом [2], в котором анализ частот биений осуществляется либо перестройкой следящего фильтра в пределах диапазона частот биений, либо сверткой диапазона частот биений в пределах полосы одного фильтра с помощью следящего гетеродина. Это устройство выбрано в качестве прототипа. Оно содержит смеситель, первый вход которого является сигнальным входом устройства, следя щий гетеродин, усилитель промежуточной частоты (УПЧ), вычислитель дальности и скорости цели, выход которого является выходом устройства, управитель частоты и схему частотной автоподстройки (ЧАП). На вход смесителя поступают сигналы диапазона частот биений. На управитель частоты поступает строб предварительного целеуказания, в соответствии со значением которого управитель частоты производится начальную установку частоты следящего гетеродина и осуществляет перестройку частоты в пределах части диапазона частот биений, определяемой суммарной погрешностью измерения дальности и скорости строба предварительного целеуказания. При попадании преобразованной частоты биений, пропорциональной дальности и скорости цели, в полосу пропускания УПЧ, происходит захват и слежение схемы ЧАП за частотой биений. При этом подстройка следящего гетеродина производится с помощью управителя частоты, на вход которого поступает сигнал рассогласования с выхода схемы ЧАП. В вычислителе дальности и скорости цели производится пересчет амплитудных и частотны х данных параметров дальности и скорости в соответствующую размерность значений дальности - метры, и скорости - метры в секунду. Темп выдачи данных о дальности и скорости цели такого РЛ устройства определяется временем перестройки следящего гетеродина, постоянной времени узкополосного УПЧ и постоянной времени схемы ЧАП, что в сумме составит не меньше нескольких сот миллисекунд, что не дает возможности сопровождать высокоподвижные цели. Разрешающая способность РЛ устройства со следящим гетеродином будет определяться суммарной погрешностью определения дальности и скорости цели строба предварительного целеуказания, которая с учетом реально достижимых значений точности определения дальности и скорости цели - несколько десятков метров и порядка 100 м/с, соответственно дает значение разрешающей способности порядка 500...1000 м. Задачей изобретения является такое усовершенствование радиолокационного устройства для определения дальности и скорости цели, которое позволило бы отказаться от инерционной схемы частотной автоподстройки, не требует дополнительной подстройки следящего гетеродина и позволило бы расширить полосу пропускания преобразованных частот, что соответственно обеспечило бы повышение темпа выдачи данных о дальности и скорости цели и повышение разрешающей способности РЛ устройства. Задача решается тем, что в радиолокационное устройство для определения дальности и скорости цели, содержащее смеситель, первый вход которого является сигнальным входом устройства, вычислитель дальности и скорости цели, выход которого является выходом устройства, введены К гетеродинов, где К=2, 3,..., коммутатор, К сигнальных входов которого соединены с выходами К гетеродинов соответственно, а выход коммутатора подключен к второму входу смесителя, дешифратор, первый вход которого является входом строба предварительного целеуказания, второй вход - входом сигнала синхронизации, а К выходов соединены с управляющими входами коммутаторами соответственно, последовательно включенные М-входовой взвешивающий сумматор, где М=2,3,..., и функциональный делитель, выход которого соединен со входом вычислителя дальности и скорости, М-входовой сумматор, выход которого подключен к второму входу функционального делителя, Μ звеньев, каждое из которых состоит из последовательно соединенных полосового усилителя и амплитудного детектора, входы полосовых усилителей всех звеньев подключены к выходу смесителя, выходы амплитудных детекторов всех звеньев соединены со входами Μ - входового взвешивающего сумматора и Μ - входового сумматора соответственно. Разрешающая способность РЛ устройства определяется полосой пропускания одного полосового усилителя из состава М-звеньев, что с учетом значений этой полости - несколько десятков кГц, дает значение разрешения несколько десятков метров, т.е. разрешающая способность заявленного объекта в несколько раз выше, чем в прототипе. Повышение темпа выдачи данных о дальности и скорости цели достигается за счета исключения ЧАП, которая имеет большую постоянную времени, а измерение преобразованных частот биений производят в суммарной полосе частот Μ звеньев без дополнительной подстройки частоты следящего гетеродина. Таким образом, темп выдачи данных о дальности и скорости цели на порядок выше, чем в прототипе. На чертеже представлена схема функциональная РЛ устройства. Устройство содержит смеситель 1, первый вход которого является сигнальным входом устройства, коммутатор 2, К сигнальных входов которого соединены с выходами К гетеродинов 3, выход коммутатора 2 подключен к второму входу смесителя 1, дешифратор 4, первый вход которого является входом строба предварительного целеуказания, второй вход - входом сигнала синхронизации, а К выходов соединены с управляющими входами коммутатора 2 соответственно, Μ звеньев, каждое из которых состоит из последовательно соединенных полосового усилителя 5 и амплитудного детектора 6, входы полосовых усилителей 5 все х звеньев подключены к выходу смесителя 1, последовательно включенные Μ - входовой сумматор 7, где Μ = 2, 3,..., и функциональный делитель 8, Μ - входовой сумматор 9, выход которого подключен к второму входу функционального делителя 8, выходы амплитудных детекторов 6 всех звеньев соединены со входами М-входового взвешивающего сумматора 7 и, М-входового сумматора 9 соответственно, вычислитель дальности и скорости цели 10, вход которого соединен с выходом функционального делителя 8, а выход вычислителя 10 дальности и скорости цели является выходом РЛ устройства. РЛ устройство работает следующим образом. На сигнальный вход смесителя 1 поступают сигналы диапазона частот биений. В смесителе 1 они смешиваются с сигналом одного из К гетеродинов 3 таким образом, что на выходе смесителя 1 преобразованные сигналы диапазона частот биений попадают в полосу частот полосовых усилителей 5. Подключение необходимого гетеродина осуществляется с помощью коммутатора 2 по командам дешифратора 4 в зависимости от данных строба предварительного целеуказания с учетом того, что на восходящем и нисходящем полупериодах частотной, модуляции частоты биений, пропорциональные скорости цели, в первом случае суммируются, а во втором - вычитаются. Для синхронизации работы дешифратора 4 с началом излучения СЛЧМ сигнала передатчиком и учета полупериода частотной модуляции используется сигнал синхронизации, следующий с частотой, равной удвоенной частоте модуляции зондирующего СЛЧМ сигнала. Количество дискретных гетеродинных частот (количество гетеродинов) определяется, с одной стороны, значениями частот биений, а с другой стороны, суммарной погрешностью определения дальности и скорости цели строба предварительного целеуказания. Преобразованные сигналы диапазона частот биений с выхода смесителя 1 выделяются набором из Μ звеньев, каждое из которых состоит из последовательно соединенных полосового усилителя 5 и амплитудного детектора 6. При этом, полосы пропускания полосовых усилителей из состава Μ звеньев пересекаются на определенном уровне (так соседние пересекаются, например, на уровне 3 дБ), их амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) идентичны, а полоса пропускания одного полосового усилителя определяется необходимым значением точности определения частот биений, пропорциональных дальности и скорости цели (точность составляет не менее 1/10 ширины полосы пропускания одного частотного звена, если соотношение сигнал/шум больше или равно 20). Таким образом, разнос между любыми двумя последовательными частотами К гетеродинов 3, а также суммарная полоса Μ определяются суммарной погрешностью определения дальности и скорости строба предварительного целеуказания. С учетом заданных значений этой погрешности величина суммарной полосы пропускания Μ звеньев составит несколько сот кГц. При Μ = 5 полоса пропускания одного полосового усилителя из состава Μ звеньев составит несколько десятков кГц. Сигналы с выходом Μ звеньев поступают на вход Μ - входового взвешивающего сумматора 7 и М-входового сумматора 9, где происходит суммирование амплитуд сигналов частот биений с коэффициентами, определяемыми номерами Μ звеньев, и производится просто суммирование амплитуд сигналов частот биений соответственно. В функциональном делителе 8 производится деление первой суммы на вторую. Результат делений представляет собой математическое ожидание дискретного распределения вероятностей измеряемых частот биений Μ звеньев, оптимальной оценкой которого является сумма вида: M f= åf m × bm m =1 где f - оцениваемая частота биений; fm - номер звена (весовой коэффициент); am bm = - дискретное распределение вероятностей; M åa m K =1 am - амплитуда сигнала частот биений в звене; M åa k - сумма амплитуд сигналов частот биений в Μ звеньях. K =1 Таким образом на выходе функционального делителя 8 получаем значение преобразованной суммы или разности (в зависимости от полуволны частотной модуляции) частот биений, пропорциональных скорости цели. Затем этот преобразованный сигнал поступает в вычислитель 10 дальности и скорости, где производится пересчет амплитудных и частотных данных параметров дальности и скорости в соответствующую размерность значений дальности - метры, и скорости - метры в секунду.