Імпульсний радіолокаційний дальномір

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для измерения даль».ости воздушных целей с высокой разрешающей способностью по дальности. Известен усилитель с обратной связью для усиления несинусоидальных периодических сигналов произвольной формы [1]. Этот аналог можно использовать, например, в радиолокационном дальномере с несинусоидальным импульсным зондирующим сигналом в виде периодической последовательности видеоимпульсов поля радиоволн наносекундной длительности без несущей часто ты. В соста в этого устройствааналога входят следующие элементы: широкополосный усилитель несинусоидальных сигналов; неискажающая линия задержки, время задержки которой равно периоду усиливаемого сигнала (эта линия образует кольцо обратной связи усилителя); входное устройство связи, связывающее вход усилителя с источником сигнала и выходом линии задержки; выходное устройство связи, связывающее выход усилителя со входом линии задержки и с потребителем усиленного сигнала. Этот аналог работает следующим образом. Импульс напряжения наносекундной длительности от источника сигнала поступает через входное устройство связи на вход широкополосного усилителя несинусоидальных импульсных сигналов, усиливается через выходное устройство поступает на вход линии задержки. Эта линия задерживает импульс сигнала на период следования. Задержанный импульс через входное устройство связи снова поступает на вход усилителя и в это же время на вход усилителя приходит второй импульс периодической последовательности от источника сигнала через входное устройство связи. Эти импульсы складываются, снова усиливаются и процесс повторяется. В результате многократного прохождения сигнала по цепи обратной связи сигнал накапливается и усиливается, а усиленный импульс можно выделить на выходе устройства связи на фоне собственных шумов устройства. Устройство-аналог накапливает и усиливает только периодические сигналы, период следования которых соответствует времени задержки (или длине) линии задержки. Другие непериодические сигналы и шумы не будут накапливаться и усиливаться этим устройством. То есть устройство работает с несинусоидальными периодическими сигналами подобно резонансному усилителю для синусоидальных сигналов и обладает избирательностью. Радиолокационный дальномер с описанным выше усилителем-аналогом имеет следующий недостаток. Период следования усиливаемых импульсов должен быть недостаточно мал, так как неискажающую линию задержки для больших периодов следования выполнить обычно не удается. Подобную линию задержки выполняют обычно в виде отрезка коаксиального кабеля и для больших периодов следования длине линии окажется чрезмерно большой и практически не реализуемой. В радиолокационном дальномере период следования импульсов выбирают из соотношения где - максимальная дальность обнаружения, - скорость света, а меньше этого период брать нельзя из-за возникающей при этом неоднозначности определения дальности цели, то есть при меньших дальномер не сможет однозначно измерять большие дальности. Оценки показывают, что при максимальной дальности обнаружения порядка 300км в дальномере несинусоидальным импульсным сигналом и описанным выше усилителем-аналогом потребовалась бы линия задержки 600км, линию задержки наносекундных импульсов такой длины невозможно практически реализовать, так как из-за потерь в линии сигнал на линии будет очень мал и потеряется в шумах. Таким образом, недостатком дальномера с несинусоидальным импульсным сигналом является то, что такой дальномер может работать только на малых дальностях при большой частоте следования зондирующи х импульсов. В качестве прототипа выбран импульсный радиолокационный дальномер [2]. В состав прототипа входят следующие основные элементы: приемо-передающая антенна с переключателем "прием - передача", приемник и передатчик зондирующи х сигналов в виде периодической последовательности радиоимпульсов микросекундной длительности на несущей частоте микроволнового диапазона с периодом следования синхронизатор и индикаторное устройство. Указанное ограничение на период следования импульсов обусловлено необходимостью обеспечения однозначного измерения дальности. В таком дальномере измеряют время запаздывания импульса эхо-сигнала цели относительно зондирующего импульса, а дальности цели определяют по формуле где - дальность, - скорость света, - время запаздывания. Синхронизатор обеспечивает синхронную работу всех систем прототипа, а индикаторное устройство используется для визуального наблюдения эхо-сигналов цели отсчета дальности. Недостатком прототипа является то, что он имеет низкую точность измерения дальности и низкую разрешающую способность по дальности по сравнению с дальномером с несинусоидальным импульсным сигналом наносекундной длительности. Это объясняется тем, что зондирующий радиоимпульс на несущей частоте микроволнового диапазона имеет длительность порядка нескольких мкс и сделать его короче обычно не удается. В основу изобретения поставлена задача устранения указанных недостатков аналога и прототипа, а также повышения точности измерения и разрешающей способности дальномера по дальности для целей на большом удалении. Решение этой задачи достигается благодаря тому, что в импульсном радиолокационном дальномере, содержащем приемопередающую антенну с переключателем "прием - передача", приемник и передатчик зондирующи х си гналов в виде периодической последовательности радиоимпульсов микросекундной длительности на несущей частоте микроволнового диапазона с периодом следования больше отношения удвоенной максимальной дальности обнаружения к скорости света, синхронизатор и индикаторное устройство, предусмотрены следующие отличия: в состав дальномера дополнительно включены антенна несинусоидальных импульсных сигналов с антенным переключателем, приемник и передатчик несинусоидальных импульсных сигналов в виде периодической последовательности видеоимпульсов поля радиоволн без несущей частоты наносекундной длительности с периодом следования где - число много больше 1 и а несущая частота радиоимпульсов больше на выходе приемника несинусоидальных импульсных сигналов установлена линия задержки на время выход которой связан через входное устройство связи с широкополосным усилителем с обратной связью в виде линии задержки на время выход этого усилителя связан через выходное устройство связи со входом управляемого приемника микроволнового диапазона, а выход со входом индикаторного устройства. На фиг.1 представлена упрощенная структурная схема импульсного радиолокационного дальномера, а также условно показаны антенны микроволнового диапазона и несинусоидальных импульсных сигналов и упрощенные эпюры зондирующи х сигналов, излучаемых этими антеннами; на фиг.2а, б, в, г, д, е условно показаны эпюры зондирующих сигналов, эхо-сигналов на выходах приемников РЛС, а также сигналов на входе усилителя с обратной связью и на входе индикаторного устройства. В состав предложенного импульсного радиолокационного дальномера на фиг.1 входят следующие основные элементы: антенна микроволнового диапазона 1 с переключателем "прием - передача" 2; передатчик микроволнового диапазона 3, формирующий зондирующий сигнал в виде радиоимпульсов микросекундной длительности на несущей частоте микроволнового диапазона с большим периодом следования приемник микроволнового диапазона 4; синхронизатор 5 обеспечивает синхронную работу все х систем дальномера; антенна несинусоидальных импульсных сигналов 6 с антенным переключателем 7; передатчик несинусоидальных импульсных сигналов, формирующий зондирующий сигнал в виде видеоимпульсов поля радиоволн наносекундной длительности без несущей частоты с малым периодом следования и приемник несинусоидальных импульсных сигналов 9; линия задержки 10 на время входное устройство связи 11; широкополосный усилитель с обратной связью 12; выходное устройство связи 13; линия задержки 14 на время в цепи обратной связи усилителя 12; широкополосный усилитель 15, для усиления несинусоидальных импульсных сигналов, управляемый видеоимпульсами эхо-сигнала с выхода приемника 4 микроволнового диапазона (этот усилитель пропускает на выход наносекундные импульсы эхо-сигнала приемника 9 только при наличии на его входе управления видеоимпульса синусоидального эхо-сигнала приемника 4); и индикаторное устройство 16. Принцип действия предложенного дальномера поясняется следующим. В этом устройстве совместно используется два дальномера: радиоимпульсный дальномер микроволнового диапазона с импульсом большой длительности и большим периодом следования и импульсный секвентный дальномер с несинусоидальным импульсным сигналом в виде наносекундных импульсов малой длительности и малым периодом следования Первый дальномер обеспечивает однозначное измерение дальности при большом удалении цели, но имеет низкую точность и разрешающую способность по дальности. Второй дальномер обеспечивает высокую точность и разрешающую способность, но только на малых дальностях цели. Предложенное устройство позволяет устранить недостатки одного дальномера достоинствами другого и получить положительный эффект, который при одновременном, но раздельном использовании двух дальномеров достичь не удается. Этот положительный эффект состоит в обеспечении высокой точности и разрешающей способности при любых дальностях цели, что превышает простую сумму возможностей двух объединенных дальномеров: высокая точность на малой дальности плюс низкая точность на большой дальности. В предложенном устройстве неоднозначность измерения больших дальностей, присущая секвентному дальномеру с малым периодом следования импульсов, устраняется с помощью микроволнового дальномера с большим периодом следования импульсов. Эту задачу решает управляемый широкополосный усилитель 15 несинусоидальных импульсных сигналов, который пускает наносекундный импульс эхо-сигнала на вход только при наличии на его входе управления импульса эхо-сигнала микроволнового диаметра. Такое техническое решение обеспечивает однозначность измерения дальности и выбирает из множества импульсов эхо-сигнала секвентного дальномера тот, время запаздывания которого соответствует дальности цели. Широкополосный усилитель 12с обратной связью в виде линии задержки 14 на время позволяет накопить и усилить эхо-сигналы секвентного дальномера, что позволяет выделить эхо-сигнал на фоне собственных шумов приемника, обеспечивает большую дальность действия. Линия задержки 10 на время необходима для того, чтобы сдвинуть наносекундный импульс эхо-сигнала, время запаздывания которого соответствует дальности цепи г, на середину импульса длительностью эхо-сигнала микроволнового дальномера. Это исключает возможность потери наносекундного импульса эхосигнала на фронте импульса длительностью изза переходных процессов в усилителе 15 и нестабильностей системы синхронизации РЛС. Малый период следования импульсов секвентного дальномера обеспечивает быстрое накопление эхо-сигналов в усилителе с обратной связью 12 и необходимым для того, чтобы уменьшить требуемую длину линии задержки 14 и обеспечить возможность практической реализации такой линии. Выполнение условия необходимо, чтобы исключить возможность попадания нескольких наносекундных импульсов в один строб, что может привести к неоднозначности измерения дальности. Условие где - целое число, обеспечивает синхронную работу микроволнового и секвентного дальномеров в различные периоды следования микроволновых зондирующи х импульсов, а также обеспечивает требуемый достаточно малый период следования наносекундных импульсов. Условие необходимо для того, чтобы сигнал микроволнового диаметра не попадал в полосу пропускания приемника 9, что устраняет взаимные помехи при одновременной работе двух дальномеров. Упрощенные эпюры зондирующи х сигналов микроволнового и секвентного дальномеров в зависимости от времени условно показаны на фиг.2а, в, а эпюры эхо-сигналов на выхода х приемников 4, 9 - на фиг.2б,г. На фиг.2д,е показаны эпюры сигналов на входа х усилителя с обратной связью 12 и индикаторного устройства 16. Как видно из фиг.2г, сигнал на выходе устройства обеспечивает однозначное и точное измерение дальности и высокую разрешающую способность предложенного устройства при любых дальностях цели. Таким образом, предложенное устройство может быть практически реализовано, а указанные выше отличительные признаки являются существенными и принципиально необходимы для реализации этого устройства. Основные элементы предложенного устройства на структурной схеме фиг.1 выполнены следующим образом. Антенна 6 с антенным переключателем 7, передатчик 8 и приемник 9 выполнены для излучения и приема несинусоидальных импульсных сигналов в виде видеоимпульсов поля радиоволн наносекундной длительности без несущей частоты. Физические основы и принципы построения таких систем известны и описаны в литературе (1). Линии задержки 10, 14 могут быть выполнены в виде отрезков коаксиального кабеля соответствующей длины. Сравнительно малая длина линии 14 обеспечивается выбором малого периода следования импульсов Использование для реализации этих линий задержки не допустимо, так как последние не обеспечивают работы с импульсами наносекундной длительности. Управляемый широкополосный усилитель 15 может быть выполнен в виде сверхширокополосного усилителя наносекундных видеоимпульсов и имеет вход управления, на который поступает видеоимпульс эхо-сигнала микросекундной длительности с выхода микроволнового приемника 4 и открывает усилитель, который при отсутствии этого импульса закрыт и не пропускает сигнал на вход. Принципы построения широкополосного усилителя 12 с обратной связью в виде линии задержки 14 и устройствами связи 11, 13 известны и описаны в литературе [1]. Антенна 1 с переключателем "прием-передача" 2, приемник 4, передатчик 3, синхронизатор 4 и индикаторное устройство 16 выполнены так же, как в прототипе. Динамика работы предложенного устройства осуществляется следующим образом. Передатчики 3,8 формируют, а антенны 1,6 излучают зондирующие сигналы, соответствующие упрощенные эпюры которых показаны на фиг.1 и на фиг.2а, в. Приемники 4,9 принимают соответствующие эхо-сигналы цепи. Несинусоидальный импульсный эхо-сигнал с выхода приемника 9 задерживает линией, задержки 10 на время и поступает через входное устройство связи 11 на широкополосный усилитель 12 с обратной связью в виде линии задержки 14 на время Этот усилитель накапливает и усиливает несинусоидальные импульсные эхо-сигналы, которые поступают далее через выходное устройство связи 13 на вход управляемого широкополосного усилителя 15, который пропускает сигнал на выход только при наличии на его входе управления видеоимпульса эхо-сигнала цели с выхода микроволнового приемника 4, Это позволяет обеспечить однозначное измерение дальности в секвентном дальномере с высокой частотой следования видеоимпульсов. Эхо-сигналы секвентного дальномера визуально наблюдаются на индикаторном устройстве 16. Таким образом, предложенный импульсный радиолокационный дальномер обеспечивает высокие точностные характеристики и высокую разрешающую способность для целей на любых дальностях при высокой частоте следований зондирующи х несинусоидальных импульсов и приемниках размерах линий задержки.