Радіолокаційний далекомір безупинного випромінювання

Радіолокаційний далекомір безупинного випромінювання, що містить антену, що передає, передавач із генератора безупинного сигналу високої частоти, генератора сигналу, що модулює, і амплітудного модулятора, приймальну антену, приймач і фазовимірювач, що відрізняється тим, що генератор сигналу передавача, що модулює. виконаний у виді дво х генераторів синусоїдальних сигналів двох низьких частот, що модулюють, F1 і F2 на виході амплітудного детектора приймача додатково встановлені два низькочастотних вузькосмугових фільтри, один із яких настроєний на першу часто ту, що модулює F1 , а інший - на другу частоту F2 , ви ходи цих фільтрів пов'язані відповідно з першим і другим фазовимірювачами зсувів фаз напруг передавача, що модулюють, щодо напруг луна-сигналів цілей, виходи фазовимірювачів і фільтрів пов'язані з обчислювачем дальностей двох цілей із такої системи двох трансцендентних рівнянь 40132 фазовимірювач зсуву фаз ви хідної низькочастотної напруги приймача щодо напруги генератора передавача, що модулює. Вимір дальності цілі в прототипі засновано на вимірі зсуву фаз j вихідної низькочастотної напруги приймача щодо напруги передавача, що модулює. При цьому дальність цілі визначають за співвідношенням: D= cj , 4 pF 4p F2 r1 4pF2r1 - sin c c - p = 0, (2) 4pF2r2 4pF2r2 sin - tgj2 cos c c 2 2p é 4pF (r2 -r1) UF1 4pF2(r2 -r1) ù p2 + êcos 1 - 2 cos ú +1= 0, (3) c c U21 ê UF2 ú F ë û 1- 2 UF2 tgj 2 cos (1) де: р - відношення потужностей луна-сигналів другої і першої цілей, яке дорівнює де: D - дальність цілі; с - швидкість світла; φ - зсув фаз вихідної напруги приймача щодо напруги низькочастотного генератора напруги передавача, що модулює; F - частота напруги, що модулює. Антени прототипу рознесені в просторі й мають екран розв'язки. Недоліком прототипу є те , що він не може вимірювати одночасно дальності двох цілей, лунасигнали яких приймаються одночасно. Задача одночасного виміру дальностей двох цілей має практичне значення і її необхідно вирішувати, наприклад, при наведенні ракети на літак-порушник, коли потрібно знати відстань між ракетою і літаком при наведенні з землі. В основу винаходу поставлена задача удосконалення радіолокаційного далекоміра безупинного випромінювання, у якому за рахунок виконання генератору сигналу передавача, що модулює, у вигляді двочастотного генератора двох низьких частот, що модулюють, F1 і F2, і використання на виході амплітудного детектора приймача двох фільтрів, настроєних на ці частоти, і двох фазовимірювачів зсувів фаз сигналів цих частот щодо напруг передавача, що модулюють, забезпечується визначення за допомогою обчислювача дальностей двох цілей по цих зсувах фаз і відношенню амплітуд ви хідних напруг фільтрів. Поставлена задача вирішується тим, що в радіолокаційному далекомірі безупинного випромінювання, що містить антену, що передає, передавач із генератора безупинного сигналу високої частоти, генератора сигналу, що модулює, і амплітудного модулятора, приймальну антену, приймач і фазовимірювач, відповідно до винаходу: генератор сигналу передавача, що модулює, виконаний у ви гляді двох генераторів синусоїдальних сигналів двох низьких частот, що модулюють, F1 і F2 ; на виході амплітудного детектора приймача додатково встановлені два низькочастотні вузькосмугові фільтри, один з яких настроєний на першу частоту, що модулює F 1, а інший - на другу частоту F2; виходи цих фільтрів пов'язані, відповідно, з першим і другим фазовимірювачами зсувів фаз напруг передавача, що модулюють, щодо напруг луна-сигналів, що модулюють, цілей; виходи фазовимірювачів і фільтрів пов'язані з обчислювачем дальностей двох цілей за такою системою двох трансцендентних рівнянь 4pF1r1 4pF1r1 - sin c c p= , 4p F r2 1 - tgj cos 4 pF1r2 sin 1 c c tgj1 cos (4) F1, F 2 - низькі частоти першого і другого сигналів передавача, що модулюють; r1, r 2 - дальності першої і другої цілей; UF1, UF2 - амплітуди напруг на виходах фільтрів першої і другої частот, що модулюють; φ1,, φ2, - зсуви фаз напруг передавача, що модулюють, щодо напруг луна-сигналів, що модулюють, цілей; с - швидкість світла. Використання на виході амплітудного детектора приймача двох фільтрів для виділення двох низьких частот луна-сигналів, що модулюють, цілей і двох фазовимірювачів зсувів фаз сигналів на цих частотах щодо сигналів передавача, що модулюють, забезпечує визначення за допомогою обчислювача дальностей двох цілей по цих зсувах фаз і відношенню амплітуд вихідних напруг фільтрів. При цьому припускається, що амплітудний детектор приймача має квадратичну вольт-амперну характеристику, а доплерівські частоти цілей значно перевищують частоти F1 , F2 сигналів, що модулюють, і не потрапляють у смугу пропускання вузькосмугових фільтрів. Технічна сутність і принцип дії запропонованого пристрою пояснюються фіг. 1, 2. На фіг. 1 надано спрощену стр уктурн у схему радіолокаційного далекоміра безупинного випромінювання, а на фіг. 2 надані приклади залежностей між дальностями двох цілей, визначених трансцендентними рівняннями (2), (3). Остання фігура свідчить, що система рівнянь (2), (3) має рішення, і це рішення єдине. До складу запропонованого пристрою на схемі (фіг. 1) входять такі основні елементи: антена, що передає 1; приймальна антена 2; передавач, що складається з генератора безупинного сигналу 3 високої частоти f, генератора 4 першої низької частоти, що модулює F1, генератора 5 другої низької частоти, що модулює F2 , і амплітудного модулятора 6; приймач 7 луна-сигналів, наприклад , супергетеродинний приймач із змішувачем і амплітудним детектором; фільтр 8 першої частоти, що модулює F1 , луна-сигналів; фільтр 9 другої частоти, що модулює, F 2 лунасигналів; 2 40132 перший фазовимірювач 10 зсуву фаз φ1 вихідної напруги UF1 фільтра 8 щодо напруги UF10 із виходу низького рівня генератора 4 першої частоти, що модулює F1, передавача; другий фазовимірювач 11 зсуву фаз φ2 вихідної напруги UF2 фільтра 9 щодо напруги UF20 із виходу низького рівня генератора 5 другої частоти, що модулює F2, передавача; обчислювач 12 дальностей двох цілей r1, r2 за обмірюваними зсувами фаз φ1, φ2 і відношенням амплітуд напруг UFl/UF2 шляхом рішення системи двох трансцендентних рівнянь (2), (3). Принцип дії запропонованого пристрою пояснюють таким чином. Приймальна антена приймає одночасно безупинні луна-сигнали двох цілей, що знаходяться на різних дальностях r1, r2. Ці лунасигнали модульовані по амплітуді низькочастотними сигналами на двох частотах F1 , F2 , а фази низькочастотних напруг луна-сигналів, що модулюють, містять інформацію про дальності цілей. Вимір тільки зсувів фаз φ1, φ 2 сумарного лунасигналу від дво х цілей щодо сигналів передавача, що модулюють, не дозволяє визначити дальності двох цілей у випадках, коли не удається відокремити один від одного луна-сигнали двох цілей. Для визначення дальностей двох цілей пропонується вимірювати не тільки зсуви фаз, але і відношення амплітуд UF1/UF2 низькочастотних напруг із виходів фільтрів 8, 9. Цих вимірів достатньо для однозначного визначення дальностей r1, r2 дво х цілей (наприклад, літака і ракети, що наводиться на нього). Для обгрунтування можливості реалізації запропонованого технічного рішення і його істотних відмінних ознак нижче наводяться необхідні математичні співвідношення. Напруги амплітудно-модульованих сигналів двох цілей на вході амплітудного детектора приймача визначаються за такими співвідношеннями: f - несуча частота сигналу (або проміжна частота при використанні супергетеродинного приймача); r1, r2 - дальності першої і другої цілі, відповідно; t - час; F1, F 2 - низькі частоти першого і другого сигналів передавача, що модулюють; φ01, φ02, - початкові фази сигналів, що модулюють, на частотах F1 , F2 ; FД1 , FД2 - доплерівські частоти першої і другої цілі; с - швидкість світла. Умовно припускається, що амплітудний детектор приймача має приблизно квадратичну вольтамперну характеристику, тобто струм на виході детектора пропорційний квадрату вхідної напруги i (t ) = A[u1 (t ) + u 2 (t )]2 , де: А - коефіцієнт вольт-амперної характеристики детектора. Підставляючи (5), (6) у (7), одержимо такі вирази для складових сигналів на низьких частотах, що модулюють Fl, F2, на виході амплітудного детектора é ù æ 2r ö u F1 ( t ) = 2AM RН U2 1 cosê 2pF1 ç t - 1 ÷ + j 01 ú + m ç ÷ c ø è ë û é ù æ 2 r2 ö 2 + 2AM RН U m 2 cos ê2pF1ç t ç ÷ + j 01 ú ; (8) c ÷ è ø ë û é ù æ 2r ö u F2 (t ) = 2AM RН U 2 1 cos ê2p F2 ç t - 1 ÷ + j 02 ú + m ç ÷ c ø è ë û é ù æ 2r2 ö 2 + 2AM RН U m 2 cos ê2p F2 ç t ç ÷ + j 02 ú ; (9) c ÷ è ø ë û ì é ù 2r ö ï æ u1 = U m1 í1+ M cosê2pF1 ç t - 1 ÷ + j 01 ú + ç ÷ c ø ï è ë û î де: uF1(t), uF2(t) - миттєві значення синусоїдальних напруг на низьких частота х F 1 і F2 , відповідно, на виході амплітудного детектора приймача; RH - опір навантаження. Низькочастотні складові сигналу UF1(t), U F2(t) будуть виділені вузькосмуговими фільтрами 8, 9, а інші складові сигналу, що є на виході детектора, будуть придушені цими фільтрами. З співвідношень (8), (9) були отримані вирази для амплітуд і фаз низькочастотних сигналів, виділених фільтрами 8, 9. Амплітуди цих сигналів UF1, UF2 дорівнюють, відповідно: ü é ùï 2r ö æ + M cosê2pF2 ç t - 1 ÷ + j 02 úý ´ ç ÷ c ø è ë ûï þ é æ 2r öù ´ cos ê2p (f - FД1 )ç t - 1 ÷ ú; ç c ÷û è ø ë ì é ù 2r2 ö ï æ u 2 = U m 2 í1+ M cosê2pF1 ç t ÷ + j 01 ú + ç ÷ c ø ï è ë û î é ùü æ 2r ö ï + M cos ê2pF2 ç t - 2 ÷ + j 02 ú ý´ ç ÷ c ø è ë ûï þ é æ 2 r2 ö ù ´ cosê 2p(f - FД 2 )ç t ÷ ú; ç c ÷û è ø ë (7) (5) U F1 = 2AM RH U 2 1 ´ m (6) ´ 1+ де: u1, u2 - миттєві значення напруг луна-сигналів першої і другої цілі, відповідно, на вході амплітудного детектора приймача; Um1, U m2 - амплітуди напруги луна-сигналів першої і другої цілі на вході амплітудного детектора приймача; М - коефіцієнт модуляції сигналу, що зондує; U4 2 m U4 1 m +2 U2 2 m U2 1 m é 4pF1 ù cos ê ( r2 - r1 )ú; ë c û (10) U F2 = 2AM RH U 2 1 ´ m ´ 1+ U4 2 m U4 1 m +2 U2 2 m U2 1 m é 4p F2 ù cosê (r2 - r1 )ú. ë c û (11) Зсуви фаз φ1, φ2 низькочастотних сигналів на виходах фільтрів 8, 9 щодо відповідних сигналів передавача, що модулюють, будуть 3 40132 sin j1 = arctg 4p F r1 U 2 2 4pF1r2 1 cos + m cos 2 c c U m1 sin j 2 = arctg У = p 4p F r1 U 2 2 4p F r2 1 1 + m sin 2 c c U m1 4pF2r1 U 2 2 4pF2r2 + m sin c c U2 1 m 4pF2r1 U 2 2 4pF2 r2 cos + m cos 2 c c U m1 співвідношеннях (10-13) ; (12) . Основні елементи запропонованого пристрою на схемі (фіг. 1) виконані в такий спосіб. Передавач радіолокатора виконаний із генератора 3 безупинного синусоїдального сигналу високої частоти мікрохвильового діапазону, дво х генераторів 4, 5 двочастотного сигналу, що модулює, на низьких частотах F 1, F2 і амплітудного модулятора 6. Високочастотний сигнал передавача, модульований по амплітуді сумою дво х низькочастотних напруг однакової амплітуди на низьких частота х F1 , F 2. Ці частоти повинні бути достатньо низькими для того, щоб забезпечувалася однозначність виміру дальностей фазовим радіолокатором, і зсуви фаз φ1, φ2 не перевищували 2p. Генератор 4, 5 напруг передавача, що модулюють, має по два виходи, один з яких (вихід високого рівня) пов'язаний із модулятором 6, а інший (низького рівня) - з відповідним фазовимірювачем. Антена, що передає 1, повинна бути екранована від приймальної антени 2 (наприклад, за допомогою плоского металевого екрана, розташованого між антенами) для того, щоб прямі сигнали передавача не потрапляли в приймальну антену і не заважали приймати луна-сигнали цілей. Приймач 7 виконаний у вигляді звичайного супергетеродинного приймача з амплітудним детектором, що повинен мати приблизно квадратичну вольт-амперну характеристику. Фільтри 8, 9 настроєні на частоти F1, F2, відповідно, і повинні бути вузькосмуговими. Ці фільтри можуть бути виконані, наприклад, у вигляді відомих активних фільтрів на транзисторах і R-C елементах. Фазовимірювачі 10, 11 не відрізняються від фазовимірювача прототипу. Обчислювач 12, виконаний у вигляді мікроЕОМ для рішення системи двох трансцендентних рівнянь (2), (3) за результатами вимірів φ1, φ2 і UF1/UF2. Динаміка роботи запропонованого пристрою здійснюється в таким чином. Передавач формує, а антена, що передає, 1 випромінює безупинний високочастотний сигнал, що зондує, модульований по амплітуді двома низькочастотними напругами на частотах F 1, F 2. Приймальна антена 2 приймає амплітудно-модульовані луна-сигнали двох цілей одночасно. Приймач 7 посилює луна-сигнали цілей. Вузькосмугові фільтри 8, 9 виділяють із вихідної напруги приймача синусоїдальні сигнали на низьких частота х F 1, F 2. Фазовимірювачи 10, 11 вимірюють зсуви фаз φ 1 φ2 цих сигналів щодо напруг передавача, що модулюють. Обчислювач 12 обчисляє дальності двох цілей за результатами виміру зсувів фаз φ 1 φ2 і відношенню амплітуд UF1/UF2 ви хідних напруг фільтрів 8, 9 шляхом рішення системи двох рівнянь (2), (3). Таким чином, запропонований пристрій вирішує поставлену задачу, усуває відзначену хибу прототипу і забезпечує одночасний вимір дальності двох цілей за допомогою фазового радіолокатора безупинного випромінювання. (13) відношення U2 2 m дорівнює невідомому відношенню потуU2 1 m жностей луна-сигналів другої і першої цілі на виході приймача. Визначаючи це відношення з (12) і (13), прирівнюючи результати і підставляючи результат у відношення (10) до (11), одержимо співвідношення (4) і систему двох трансцендентних рівнянь (2), (3), що рекомендується використовувати для визначення дальностей двох цілей (наприклад, літака і ракети, що наводиться на нього) за результатами виміру зсувів фаз φ1, φ2 і відношенням амплітуд UF1/UF2 низькочастотних напруг на виходах фільтрів 8, 9. Система рівнянь (2), (3) має єдине рішення в області реальних значень дальностей наведення ракети на літак з землі. Це підтверджується розрахунками, результати яких наведені на фіг. 2. На цій фігурі показані розрахункові графіки залежностей між дальностями двох цілей r1, r2 при заданих значеннях зсувів фаз φ1, φ2 і відношення амплітуд напруг UF1/UF2. Один з цих графіків визначений трансцендентним рівнянням (2) (крива 1), а інший трансцендентним рівнянням (3) (крива 2). Розрахунки проведені для окремого випадку, коли від U2 2 m було прийнято рівним р=1, а U2 1 m відповідні значення φ1, φ2 і UF1/UF2 були розраховані за співвідношеннями (12), (13), (10), (11) при таких значеннях параметрів: F1=300 Гц; F2=400 Гц; r1=50 км; r2=60 км. Розрахунки показали, що в зазначеній на фіг. 2 області дальностей система трансцендентних рівнянь (2), (3) має єдине рішення (r1=50 км; r2=60 км), якщо відповідає розрахунковим значенням параметрів φ1, φ2 і UF1 /UF2. Використання двох генераторів напруг передавача, що модулюють, на низьких частотах F 1, F2, двох вузькосмугови х фільтрів на виході амплітудного детектора приймача, настроєних на ці частоти, і двох фазовимірювачів принципово необхідне для забезпечення можливості одночасного виміру дальностей двох цілей за допомогою радіолокатора безупинного випромінювання. Слід зазначити, що використання на виході приймача вузькосмугових фільтрів також підвищує перешкодозахищеність радіолокатора від перешкод, що змінюють форму амплітудно-модульованих луна-сигналів цілей. Таким чином, запропонований пристрій може бути практично реалізований, а зазначені вище його відмінні ознаки є істотними і принципово необхідними для реалізації цього пристрою. ношення p = Джерела інформації: 1. Педак A.M., Баклашов П.И. и др. Справочник по основам радиолокационной техники / Под ред. В.В. Дружинина. - М.: Военное издательство, 1967. - С. 23, 24, рис. 1.13 (прототип). 4 40132 Фіг. 1 5 40132 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6