Секвентний вимірювач кута місця і швидкості цілі з пристроєм захисту від пасивних перешкод

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в секвентных наземных РЛС с несинусоидальным импульсным зондирующим сигналом в виде периодической последовательности видеоимпульсов поля радиоволн наносекундной длительности без несущей частоты для измерения угла места и радиальной скорости цели на фоне пассивных помех от земли. Известен измеритель радиальной скорости цели для секвентного радиолокатора [1, с.300 - 302, рис.6.3.3]. Такой радиолокатор излучает периодические видеоимпульсы с высокой частотой следования F без несущей часто ты. На выходе приемника установлен измеритель радиальной скорости цели. Этот измеритель представляет набор допплеровских фильтров для несинусоидального видеоимпульсного сигнала. Каждый такой фильтр представляет собой широкополосный усилитель видеоимпульсов с обратной связью в виде кабельной линии задержки [1, с.23, рис.1.3.1]. Такой усилитель содержит следующие элементы: широкополосный усилитель наносекундных видеоимпульсов, входное устройство связи, выходное устройство связи и линию задержки сигнала на период следования импульсов, которая образует петлю обратной связи усилителя. Такой усилитель работает следующим образом. Видеоимпульс сигнала через входное устройство связи поступает на вход усилителя, усиливается и через выходное устройство связи попадает на вход неискажающей линии задержки, выполненной из отрезка коаксиального кабеля. Время задержки линии задержки должно быть точно равно периоду следования усиливаемых видеоимпульсов. Импульс с выхода усилителя задерживается линией задержки на период следования и через входное устройство связи снова поступает на вход усилителя. В это же время на вход усилителя через входное устройство связи поступает второй импульс периодической последовательности. Эти импульсы складываются, снова усиливаются усилителем и процесс повторяется. В результате усилитель с обратной связью накапливает и усиливает периодически повторяющиеся видеоимпульсы. Такой усилитель усиливает только такие видеоимпульсы, период следования которых точно равен времени задержки линии в цепи обратной связи. То есть усилитель обладает избирательностью по периоду следования (или частоте следования) импульсов. В результате слабые импульсы эхосигнала могут быть накоплены и результирующий сигнал можно выделить на выходе вы ходного устройства связи на фоне собственных шумов, помех и други х сигналов с иным периодом следования импульсов. Пассивная помеха от земли представляет собой периодическое напряжение с периодом следования Т = 1/F, где F - частота следования зондирующи х видеоимпульсов. В результате эффекта Допплера период следования видеоимпульсов эхо-сигнала от движущейся цели будет отличаться от периода следования пассивной помехи от земли на время Dt, равное где Vr - радиальная скорость цели; c - скорость света. Допплеровские фильтры аналога представляют собой описанные выше усилители с обратной связью. Линии задержки этих усилителей имеют разную длину T, T ± Dt, T ± 2Dt, T ± 3Dt, и т.д. Радиальную скорость цели определяют по номеру фильтра, на выходе которого появится эхо-сигнал цели. При этом пассивная помеха от земли будет выделена только на выходе фильтра, у которого время задержки линию равно T, и отсутствует на вы ходе други х фильтров. То есть аналог не только позволяет определять радиальную скорость цели, но и защищает радиолокатор от пассивных помех. Аналог должен иметь очень высокую частоту следования зондирующи х импульсов, так как при низкой частоте F длина линий задержки допплеровских фильтров будет очень большой и устройство становится нереализуемым. Недостатком этого аналога является то, что такое устройство должно иметь очень большое количество допплеровских фильтров в виде усилителей с обратной связью. При малом количестве фильтров узок диапазон измерения скоростей, либо ухудшаются точность измерений и помехозащиты. В качестве прототипа выбран секвентный радиолокатор с разнесенной антенной системой для измерения угловой координаты цели [1]. Такое радиолокатор содержит разнесенную антенную систему из двух или более антенн, передатчик периодических видеоимпульсных сигналов наносекундной длительности и приемники. Одна из антенн является приемо-передающей и содержит антенный переключатель для переключения ее от передатчика к приемнику, а другая антенная работает только на прием. Каждая антенна связана со своим приемником. Определение угловой координаты цели в прототипе осуществляют по измерению дальностей r1, r2 от разнесенных антенн до цели по соотношению где b - угловая координата цели; D - расстояние между антеннами. При этом дальности r1, r2 определяют по времени запаздывания эхо-сигналов цели в первой и второй антеннах относительно зондирующего импульса. Для однозначного определения дальностей в прототипе необходимо, чтобы частота следования зондирующи х импульсов F была F > UП, то составляющими 2UПUC1, 2UПUC2, 2UПUC3 можно пренебречь по сравнению с составляющими 2UГUC1, 2UГUC2, 2UГUC3. В последних составляющих имеется спектр допплеровских частот, а также спектр суммарных частот. Последний спектр будет подавлен фильтром 7. В результате напряжение на выходе фильтра нижних частот 7 можно приближенно представить в следующем виде Это напряжение состоит из трех видеоимпульсов микросекундной длительности, показанных на фиг.3. Первая сумма в (16) соответствует прямой волне эхосигнала, вторая - однократно отраженной от земли волне, а третья - двукратно отраженной от земли волне. Все три импульса имеют одинаковую длительность t, а длительность импульса определяется радиальной скоростью цели Vr и не зависит от времени запаздывания. Любой из этих тре х импульсов можно использовать для определения радиальной скорости цели, при этом для упрощения расчетов можно условно принять время запаздывания равным нулю. Для определения радиальной скорости цели по измеренной длительности допплеровского видеоимпульса г рекомендуется использовать трансцендентное уравнение (7), которое получено из (16) путем замены t на t/2 при tz1 = 0 и приравнивания одной из сумм нулю. Длительность допплеровского видеоимпульса t на выходе фильтра нижних частот 7 измеряют измерителем 8, а результат измерения подается на вход вычислителя 15, который вычисляет радиальную скорость цели Vr путем решения трансцендентного уравнения (7). Найденная радиальная скорость цели используется далее для определения длины L линии задержки 12 с помощью вычислителя 15 по соотношению (8). Знаки "+" и "-" в соотношениях (13), (16) соответствуют случаям удаления или приближения цели к радиолокатору. О правильности выбора знака в выражении (8) при вычислении длины L линии задержки 12 можно судить по отсутствию или наличию пассивной помехи на выходе секвентного допплеровского фильтра на усилителе 9 с обратной связью. Подавление пассивной помехи от земли в канале измерения радиальной скорости цели осуществляется фильтром нижних частот 7, а в канале измерения угла места цели - секвентным допплеровским фильтром на усилителе 9 с обратной связью в виде управляемой линии задержки 12 с устройством 13 изменения длины L этой линии. Ограничения (3), (5), (6) на частоту следования F зондирующи х видеоимпульсов и полосу пропускания фильтра нижних частот 7 необходимы для того, чтобы спектр пассивной помехи от земли не накладывался на допплеровский спектр несинусоидального эхо-сигнала, что позволяет эффективно использовать фильтр 7 для подавления пассивной помехи. Таким образом, предложенное устройство может быть практически реализовано, а указанные выше отличительные признаки являются существенными и принципиально необходимыми для реализации этого устройства. Основные элементы предложенного устройства на схеме фиг.1 выполнены следующим образом. Антенна 1, передатчик 3 и приемник 4 выполнены для излучения и приема несинусоидальных импульсных сигналов в виде периодической последовательности видеоимпульсов поля радиоволн наносекундной длительности to без несущей частоты с высокой частотой F следования видеоимпульсов. Такие системы могут быть практически реализованы, так как физические основы и принципы построения этих систем для секвентных РЛС известны и описаны в литературе [1]. Антенный переключатель 2 закорачивает вход приемника на время излучения зондирующего импульса. Приемник 4 представляет собой широкополосный усилитель видеоимпульсов наносекундной длительности. Смеситель 6 выполнен на диоде с квадратичной вольт-амперной характеристикой. Фильтр нижних частот 7 пропускает на выход спектр допплеровских частот несинусоидальных эхо-сигналов движущейся цели и имеет полосу пропускания от F1 до F 2. Измеритель длительности импульсов 8 должен обеспечивать измерение длительности видеоимпульсов в интервале от нескольких десятков мкс до нескольких мс. Принципы построения секвентного допплеровского фильтра на широкополосном усилителе видеоимпульсов 9 с обратной связью в виде управляемой линии задержки 12 и входным 10 и выходным 11 устройствами связи известны и описаны в литературе [1]. Управляемая линия задержки 12 выполнена из отрезка коаксиального кабеля. При высокой частоте F следования зондирующи х видеоимпульсов длина этой линии будет сравнительно небольшой и приемлемой для реализации, а устройство 13 изменяет длину этой линии в очень малых пределах ± 2VrмаксVл/cF. Измеритель времени запаздывания tз наносекундных видеоимпульсов должен обеспечивать измерение времени в интервале нескольких нс. Вычислитель 15 представляет собой микроЭВМ для решения уравнения (7) и вычислений по формулам (4), (8). Динамика работы предложенного устройства осуществляется следующим образом. Передатчик 3 формируют, а антенна 1 излучает зондирующий сигнал в виде периодических наносекундных видеоимпульсов с частотой следования F. Зондирующие импульсы поля радиоволн отражаются от земли и цели, принимаются антенной 1 и усиливаются приемником 4. При этом одному зондирующему импульсу будет соответствовать три видеоимпульса эхо-сигнала прямой волны и волн, однократно и двукратно отраженных от земли. Пассивная помеха от земли на выходе приемника 4 представляет протяженное несинусоидальное периодическое напряжение с периодом T = 1/F, а суммарное напряжение помехи и сигнала на выходе приемника 4 имеет отрицательную полярность. Помеха не имеет допплеровского сдвига, а эхосигналы движущейся цели имеют допплеровский сдвиг. Сигналы с выхода приемника 4 разделяются по двум каналам: в канал измерения радиальной скорости и в канал измерения угла места цели. В канале измерения радиальной скорости из выходного напряжения приемника 4 вычитают зондирующий сигнал со второго вы хода низкого уровня передатчика 3 и смешивают сигналы передатчика и приемника на смесителе 6. Спектр допплеровских частот сигнала с вы хода смесителя 6 выделяют фильтром нижних частот 7, а помеху подавляют этим же фильтром. В результате сигнал на выходе фильтра 7 будет представлять видеоимпульсы микросекундной длительности t. Эту длительность импульсы измеряют измерителем 8 и по результату измерения определяют радиальную скорости цели Vr путем решения уравнения (7) с помощью вычислителя 15. По найденному значению Vr с помощью того же вычислителя вычисляют длину L линии задержки 12 по формуле (8) и с помощью устройства 13 устанавливают найденную длину этой линии. В канале измерения угла места цели эхо-сигналы цели усиливают и накапливают усилителем 9 с обратной связью в виде управляемой линии задержки 12. Этот усилитель является секвентным допплеровским фильтром, который подавляет пассивную помеху от земли, так как период этой помехи немного отличается от периода эхо-сигналов от движущейся цели и времени задержки линии 12. На выходе секвентного допплеровского фильтра измеряют время запаздывания tз видеоимпульсов эхосигнала прямой и дважды отраженной от земли радиоволн относительно друг друга . Угол места цели определяют по результату измерения времени запаздывания tз с помощью вычислителя 15 по формуле (4). Таким образом, предложенное устройство устраняет отмеченные недостатки прототипа и аналога, эффективно подавляет пассивную помеху о т земли и обеспечивает измерение угла места и радиальной скорости цели.