Патент на изобретение №2382380

(54) СПОСОБ НЕЛИНЕЙНОЙ РАДИОЛОКАЦИИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться для поиска и обнаружения объектов с нелинейными электрическими свойствами. Достигаемый технический результат – улучшение разрешающей способности по дальности и дальности действия нелинейных РЛС. Указанный результат достигается за счет формирования фазокодоманипулированного радиоимпульса большой длительности путем смыкания М>1 парциальных радиоимпульсов несущей частоты зондирующего сигнала f₀ одинаковой амплитуды u₀, одинаковой длительности ₀ при ограниченном числе Р>1 различающихся возможных значений начальной фазы колебаний _i где его излучения в зондируемую область пространства и за счет обработки эхо-сигнала от цели в согласованном фильтре с импульсной характеристикой, зеркальной по отношению к закону внутриимпульсной манипуляции фазы сформированного зондирующего фазокодоманипулированного радиоимпульса, кроме того, осуществлении при этом уменьшения в n раз значения начальной фазы _i каждого из М парциальных радиоимпульсов формируемого зондирующего фазокодоманипулированного радиоимпульса, где – номер гармоники зондирующего сигнала, и приеме эхо-сигнала от объекта с нелинейными электрическими свойствами на частоте n-й гармоники зондирующего сигнала. 1 ил.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к способам и технике нелинейной радиолокации, и может использоваться для поиска и обнаружения объектов с нелинейными электрическими свойствами (ОЭНС).

Способом-аналогом является способ нелинейной радиолокации, например [1], основанный на использовании специфического эффекта преобразования спектра зондирующего сигнала (ЗС) ОЭНС, включающий прием эхо-сигналов от ОЭНС на второй и третьей гармониках ЗС, обработку и индикацию их уровней для распознавания ОЭНС оператором. Это обусловлено тем, что обычно радиолокационные цели, содержащие ОЭНС с полупроводниковыми компонентами, имеют на второй гармонике уровень сигналов отклика на 20-30 дБ более высокий, чем на третьей гармонике. Для ОЭНС контактного типа, как правило, выполняется обратное соотношение. К недостаткам способа-аналога следует отнести малую дальность действия и низкую разрешающую способность по дальности техники нелинейной радиолокации, а также то, что использование в способе-аналоге обработки (сжатия) фазокодоманипулированного (ФКМ) радиоимпульса приведет к изменению кода внутриимпульсной манипуляции фазы в эхо-сигнале от ОЭНС на n-й гармонике ЗС по сравнению с соответствующим кодом в зондирующем ФКМ радиоимпульсе и, как следствие, к отсутствию эффекта увеличения дальности действия и улучшения разрешающей способности техники нелинейной радиолокации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу нелинейной радиолокации (прототипом к предлагаемому изобретению) является способ радиолокации, основанный на формировании ФКМ радиоимпульса большой длительности путем смыкания М>1 парциальных радиоимпульсов несущей частоты ЗС f₀ одинаковой амплитуды u₀, одинаковой длительности ₀ при ограниченном числе Р>1 различающихся возможных значений начальной фазы колебаний _i, где , его излучении в зондируемую область пространства, приеме эхо-сигнала от цели и его обработке (сжатии) в согласованном фильтре с импульсной характеристикой, зеркальной по отношению к закону внутриимпульсной манипуляции фазы сформированного зондирующего ФКМ радиоимпульса [2, с.135-136], с обеспечением обнаружения объекта. Однако способ-прототип не предназначен для обработки эхо-сигналов на частоте n-й гармоники ЗС.

Техническим результатом изобретения является улучшение разрешающей способности по дальности и дальности действия нелинейной РЛС.

Технический результат достигается тем, что в известном способе-прототипе дополнительно уменьшают в n раз значение начальной фазы _i каждого из М парциальных радиоимпульсов формируемого зондирующего ФКМ радиоимпульса с обеспечением в согласованном фильтре постоянного низкого уровня боковых пиков автокорреляционной функции ФКМ радиоимпульса по отношению к уровню основного пика, при этом эхо-сигнал от ОЭНС принимают на частоте n-й гармоники ЗС.

Сущность заявляемого способа состоит в том, что для получения на частоте n-й гармоники ЗС nf₀ ФКМ радиоимпульса с законом внутриимпульсной манипуляции фазы, зеркальным по отношению к импульсной характеристике согласованного фильтра, используется известный из теории нелинейных цепей [3] эффект увеличения в n раз частоты и фазы колебаний падающей на ОЭНС электромагнитной волны ЗС. В связи с этим при формировании ЗС уменьшают в n раз значения начальных фаз _i парциальных радиоимпульсов, из которых состоит зондирующий ФКМ радиоимпульс. Затем ЗС излучают в направлении ОЭНС, где он преобразуется в эхо-сигнал на частоте n-й гармоники ЗС с увеличенными в n раз начальными фазами парциальных радиоимпульсов, что обеспечивает получение ФКМ радиоимпульса на частоте nf₀, сжатие которого осуществляют в согласованном фильтре с известной импульсной характеристикой, например [4, с.436-437].

Способ нелинейной радиолокации поясняется чертежом, на котором изображены нелинейная РЛС, состоящая из опорного генератора 1, устройства формирования ФКМ сигнала 2, передатчика 3, передающей антенны 4, приемной антенны 7, приемника 6 и согласованного фильтра 5, соединенных как показано на чертеже, а также объект с нелинейными электрическими свойствами 8.

Опорный генератор 1 вырабатывает сигнал, представляющий собой электромагнитные колебания несущей частоты ЗС f_0. Устройство формирования ФКМ сигнала 2, выполненное, например, по известной схеме [5, с.424-425], обеспечивает формирование ФКМ радиоимпульса с уменьшенными в n раз значениями начальных фаз ₁ парциальных радиоимпульсов относительно закона внутриимпульсной манипуляции фазы, зеркального по отношению к импульсной характеристике согласованного фильтра 5. Согласованный фильтр 5, построенный, к примеру, по известной схеме [4, с.436-437] или [6, с.244-246], предназначен для сжатия эхо-сигнала от ОЭНС, представляющего собой ФКМ радиоимпульс на частоте nf₀. Передатчик 3 усиливает ФКМ радиоимпульс частоты f₀ и подает его на вход передающей антенны 4, с помощью которой сформированный ЗС излучается в заданную область пространства. Приемная антенна 7 служит для приема эхо-сигнала, рассеянного объектом с нелинейными электрическими свойствами 8 на частоте n-й гармоники ЗС и представляющего собой ФКМ радиоимпульс частоты nf₀ с законом внутриимпульсной манипуляции фазы, зеркальным по отношению к импульсной характеристике согласованного фильтра 5. Приемник 6 усиливает сигналы, поступившие на его вход с выхода приемной антенны 7, и подает их на вход согласованного фильтра 5.

Способ нелинейной радиолокации поясняется следующим образом. С помощью опорного генератора 1 и устройства формирования ФКМ сигнала 2 формируют ФКМ радиоимпульс с уменьшенными в n раз значениями начальных фаз _i парциальных радиоимпульсов относительно закона внутриимпульсной манипуляции фазы, зеркального по отношению к импульсной характеристике согласованного фильтра 5. Сформированный таким образом сигнал подают на вход передатчика 3, где он усиливается и поступает на вход передающей антенны 4, с помощью которой излучается в заданную область пространства. Далее электромагнитная волна ЗС частоты f₀ преобразуется объектом с нелинейными электрическими свойствами 8 в эхо-сигнал частоты nf₀, представляющий собой ФКМ радиоимпульс с законом внутриимпульсной манипуляции фазы, зеркальным по отношению к импульсной характеристике согласованного фильтра 5. Прием эхо-сигнала на частоте nf₀ от объекта с нелинейными электрическими свойствами 8 осуществляют приемной антенной 7. Сигнал с выхода приемной антенны 7 подают на вход приемника 6, где он усиливается и поступает на вход согласованного фильтра 5, который осуществляет сжатие полученного ФКМ радиоимпульса частоты nf₀.

Таким образом, предложенный способ нелинейной радиолокации, имеющий новые операции в виде дополнительного уменьшения в n раз значений начальных фаз _i парциальных радиоимпульсов ЗС и приема эхо-сигналов от ОЭНС на n-й гармонике ЗС, позволяет осуществлять сжатие ФКМ эхо-сигналов от ОЭНС с частотой nf₀ в М раз.

Эффективность предложенного способа оценим для случая внутриимпульсной манипуляции фазы зондирующего ФКМ радиоимпульса частоты f₀ 13-позиционным кодом Баркера (М=13, Р=2): 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1,0, 0, 1,0, 1,0. Положим, что ОЭНС преобразует ЗС в ФКМ радиоимпульс частоты 2f₀. При реализации предложенного способа последовательность значений начальных фаз парциальных радиоимпульсов в зондирующем сигнале будет иметь вид: 0, 0, 0, 0, 0, /2, /2, 0, 0, /2, 0, /2, 0. После преобразования ЗС ОЭНС получим ФКМ радиоимпульс частоты 2f₀ с внутриимпульсной 0, манипуляцией фазы кодом Баркера, где последовательность значений начальных фаз парциальных радиоимпульсов определяется как 0, 0, 0, 0, 0, , , 0, 0, , 0, , 0. Согласованная фильтрация такого сигнала позволит сжать его в 13 раз и обеспечить постоянный низкий уровень (1/13 от уровня основного пика) боковых пиков автокорреляционной функции ФКМ радиоимпульса.

Известно, что в нелинейной радиолокации дальность действия нелинейной РЛС R пропорциональна корню 2(n+1)-й степени уровня мощности принимаемого эхо-сигнала [7], а также что разрешающая способность нелинейной РЛС по дальности r=c/2f_ЗC определяется шириной спектра ЗС f_ЗС [8], где с – скорость света. Тогда с учетом того, что в способе-прототипе внутриимпульсная 0, манипуляция фазы колебаний зондирующего ФКМ радиоимпульса преобразуется ОЭНС во внутриимпульсную 0, 2 манипуляцию фазы колебаний эхо-сигнала, т.е. фактически будет отсутствовать, ширина спектра составит f_ЗС=1/13₀ и следовательно, разрешающая способность ухудшится в 13 раз. Дальность действия нелинейной РЛС при этом уменьшится в раз, так как не произойдет увеличения уровня принимаемого эхо-сигнала в 13 раз за счет его сжатия в согласованном фильтре.

Отсюда следует, что реализация предложенного способа нелинейной радиолокации обеспечивает улучшение разрешающей способности по дальности и дальности действия нелинейной РЛС (в рассмотренном случае в 13 и 1,9 раз соответственно).

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестен способ нелинейной радиолокации, заключающийся в формировании ФКМ радиоимпульса большой длительности путем смыкания М>1 парциальных радиоимпульсов несущей частоты ЗС f₀ одинаковой амплитуды u₀, одинаковой длительности ₀ при ограниченном числе Р>1 различающихся возможных значений начальной фазы колебаний _i, где его излучении в зондируемую область пространства и обработке эхо-сигнала от цели в согласованном фильтре с импульсной характеристикой, зеркальной по отношению к закону внутриимпульсной манипуляции фазы сформированного зондирующего ФКМ радиоимпульса, с обеспечением обнаружения объекта с нелинейными электрическими свойствами, в котором дополнительно уменьшают в п раз значение начальной фазы _i каждого из М парциальных радиоимпульсов формируемого зондирующего ФКМ радиоимпульса с обеспечением в согласованном фильтре постоянного низкого уровня боковых пиков автокорреляционной функции ФКМ радиоимпульса по отношению к уровню основного пика, при этом эхо-сигнал от ОЭНС принимают на частоте n-й гармоники.

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявляемый способ нелинейной радиолокации способствует улучшению разрешающей способности по дальности и дальности действия нелинейной РЛС.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы типовые радиотехнические узлы и устройства, применяемые в нелинейных РЛС, например [1], а также оборудование и материалы СВЧ-диапазона широко распространенной технологии [3, 5, 9].

Источники информации:

1. Нелинейный локатор «Люкс». Техническое описание и инструкция по эксплуатации. – М.: Новоком, 2005.

2. Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. – М.: Радио и связь, 1981.

3. Андреев В.С. Теория нелинейных электрических цепей: Учебное пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1982.

4. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. для вузов по спец. «Радиотехника», 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 2003.

5. Теория и техника генерирования, излучения и приема радиолокационных сигналов: Учебник для слушателей академии. / Под ред. Ю.Н.Седышева. – Харьков: Издание ВИРТА, 1986.

6. Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации: Учебное пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1992.

7. Harger, R., Harmonic Radar System for Near-Ground In-Foliage Nonlinear Scatterers, IEEE Trans., AES-12, 1976, no. 2, pp.230-245.

8. Теоретические основы радиолокации. / Под ред. Я.Д.Ширмана. – М.: Советское радио, 1970.

9. Дулин В.Н. Электронные и квантовые приборы СВЧ: Учебное пособие для студентов высших технических учебных заведений. Издание 2-е, переработанное. – М.: Энергия, 1972.

Формула изобретения

Способ нелинейной радиолокации, заключающийся в формировании фазокодоманипулированного радиоимпульса большой длительности путем смыкания М>1 парциальных радиоимпульсов несущей частоты зондирующего сигнала f₀ одинаковой амплитуды м₀, одинаковой длительности ₀ при ограниченном числе Р>1 различающихся возможных значений начальной фазы колебаний _i,
где
его излучении в зондируемую область пространства и обработке эхо-сигнала от цели в согласованном фильтре с импульсной характеристикой, зеркальной по отношению к закону внутриимпульсной манипуляции фазы сформированного зондирующего фазокодоманипулированного радиоимпульса, с обеспечением обнаружения объекта с нелинейными электрическими свойствами, отличающийся тем, что уменьшают в n раз значение начальной фазы _i каждого из М парциальных радиоимпульсов формируемого зондирующего фазокодоманипулированного радиоимпульса с обеспечением в согласованном фильтре постоянного низкого уровня боковых пиков автокорреляционной функции фазокодоманипулированного радиоимпульса по отношению к уровню основного пика, где – номер гармоники зондирующего сигнала, при этом эхо-сигнал от объекта с нелинейными электрическими свойствами принимают на частоте n-й гармоники.

РИСУНКИ