RU2615996C1 - Super-wide band radar with active multi-frequency antenna array - Google Patents
Super-wide band radar with active multi-frequency antenna array Download PDFInfo
- Publication number
- RU2615996C1 RU2615996C1 RU2016104088A RU2016104088A RU2615996C1 RU 2615996 C1 RU2615996 C1 RU 2615996C1 RU 2016104088 A RU2016104088 A RU 2016104088A RU 2016104088 A RU2016104088 A RU 2016104088A RU 2615996 C1 RU2615996 C1 RU 2615996C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- signal
- input
- frequency
- phase
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в различных радиолокационных системах, где требуется высокое разрешение по дальности.The invention relates to radar and can be used in various radar systems where high range resolution is required.
Известны короткоимпульсные РЛС, в которых в качестве генератора импульсов используются дрейфовые диоды с резким восстановлением [1]. Недостатком таких РЛС является малая дальность работы (несколько десятков метров при параметрах генераторного диода, близких к предельным - импульсное напряжение 1 кВ на нагрузке 50 Ом). Кроме того, предел разрешающей способности по дальности этих РЛС ограничен минимальной длительностью излучаемого импульса (длительность переднего фронта - 0,6 нс).Known short-pulse radars in which drift diodes with sharp recovery are used as a pulse generator [1]. The disadvantage of such radars is the short range (several tens of meters with the parameters of the generator diode close to the limiting ones - a pulse voltage of 1 kV at a load of 50 Ohms). In addition, the range resolution of these radars is limited by the minimum duration of the emitted pulse (leading edge duration is 0.6 ns).
Известны короткоимпульсные РЛС, построенные на релятивистских лампах обратной волны [2]. Такие РЛС имеют длительность импульса более 1 нс, что является основным их недостатком.Known short-pulse radars built on relativistic backward wave lamps [2]. Such radars have a pulse duration of more than 1 ns, which is their main disadvantage.
Есть предложения по использование в РЛС с высоким разрешением по дальности генераторов коротких видеоимпульсов, принцип работы которых основан на вырезании короткого импульса из более длинного с помощью газового разрядника (слейсера) [2]. С помощью такого устройства были получены импульсы 1-5 нс с выходной мощностью до 400 МВт, с перспективой увеличения до 1 ГВт, с частотой повторения 100 Гц, со стабильностью не более 3%; стабильность же длительности импульса оказалась менее 10%, что является недостаточной для обнаружения объектов с малой ЭПР. Кроме того, максимум энергии в спектре излучаемого сигнала сосредоточен в дециметровом и низкочастотной части сантиметрового диапазона длин волн, поэтому разрешающая способность ограничена единицами наносекунд.There are suggestions for using short video pulses generators in high-resolution radars with a range of operation, the principle of which is based on cutting a short pulse from a longer one using a gas spark gap (slider) [2]. Using such a device, pulses of 1-5 ns were obtained with an output power of up to 400 MW, with the prospect of increasing to 1 GW, with a repetition frequency of 100 Hz, with a stability of no more than 3%; the stability of the pulse duration turned out to be less than 10%, which is insufficient to detect objects with low ESR. In addition, the maximum energy in the spectrum of the emitted signal is concentrated in the decimeter and low-frequency parts of the centimeter wavelength range, so the resolution is limited to a few nanoseconds.
Общим недостатком для всех известных устройств являются проблемы согласования антенной системы с передатчиком и приемником в широкой и сверхширокой (ШП и СШП) полосе частот, а следовательно, сложность получения высокого коэффициента усиления антенн в рабочей полосе частот. Также способ формирования импульсов в указанных устройствах исключает возможность использования известных способов сжатия импульсов [3].A common drawback for all known devices is the problem of matching the antenna system with the transmitter and receiver in a wide and ultra-wide (UW and UWB) frequency band, and therefore, the difficulty of obtaining a high antenna gain in the working frequency band. Also, the method of forming pulses in these devices eliminates the possibility of using known methods of pulse compression [3].
В качестве прототипа выбрана РЛС с активной фазированной решеткой (АФАР) [4]. В каналах АФАР могут быть использованы традиционные усилительные приборы СВЧ-диапазона (клистроны, амплитроны, транзисторные усилители), при этом требуемая дальность работы РЛС достигается выбором необходимого количества каналов АФАР. Однако недостатком прототипа является ограниченная полоса частот усилителей мощности, а значит, ограниченная разрешающая способность. Например полоса одного из мощных широкополосных усилительных приборов - ламп бегущей волны (ЛБВ) непрерывного действия - не превышает одну октаву в диапазоне частот 1…4 ГГц, а с повышением рабочей частоты становится еще меньше [5]. Полоса частот мощных импульсных ЛБВ не превышает 1 ГГц при рабочей частоте 15 ГГц [5].As a prototype selected radar with an active phased array (AFAR) [4]. In the AFAR channels, traditional microwave amplification devices (klystrons, amplitrons, transistor amplifiers) can be used, while the required radar range is achieved by selecting the required number of AFAR channels. However, the disadvantage of the prototype is the limited frequency band of power amplifiers, and therefore, limited resolution. For example, the band of one of the powerful broadband amplification devices — continuous traveling wave tubes (TWTs) —does not exceed one octave in the
Техническим результатом изобретения является расширение рабочей полосы частот РЛС с целью увеличения разрешающей способности по дальности.The technical result of the invention is the expansion of the working frequency band of the radar in order to increase the resolution in range.
Получение технического результата обеспечивается совокупностью существенных признаков прототипа и предлагаемого изобретения.Obtaining a technical result is provided by a combination of essential features of the prototype and the present invention.
Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 1.The block diagram of the proposed device is presented in FIG. one.
Структурная схема прототипа представлена на фиг. 2.The block diagram of the prototype is shown in FIG. 2.
В состав прототипа входят возбудитель (1), переключатель «прием-передача» (ППП) распределительной системы (2), распределительная система (PC) (3), которая в режиме приема работает как сумматор принятых сигналов, а при передаче - как распределительное устройство сигнала возбудителя, активные модули (AM) (4), состоящие из ППП (6 и 13), фазовращателей (5) и приемного и передающего трактов. В состав передающего тракта AM входят первый и второй предварительные усилители (7 и 9), первый управляемый аттенюатор (8) и усилитель мощности (10), на который поступает сигнал импульсной модуляции Uм(t) с генератора сигнала импульсной модуляции (11) через PC модулирующего сигнала (12). Излучаемый сигнал через ППП (13) и согласующее устройство (14) поступает на приемо-передающий элемент антенной решетки (15).The prototype includes a pathogen (1), a receive-transfer switch (SPT) of the distribution system (2), a distribution system (PC) (3), which in reception mode works as an adder of received signals, and in transmission as a distribution device exciter signal, active modules (AM) (4), consisting of IFR (6 and 13), phase shifters (5) and receiving and transmitting paths. The AM transmission path includes the first and second preamplifiers (7 and 9), the first controlled attenuator (8) and the power amplifier (10), which receives the pulse modulation signal U m (t) from the pulse modulation signal generator (11) through PC modulating signal (12). The emitted signal through the SPT (13) and matching device (14) is fed to the transceiver element of the antenna array (15).
Отраженный от объекта локации и принятый элементом антенной решетки (15) сигнал через согласующее устройство (14) и ППП (13) поступает в приемный тракт AM, состоящий из устройства защиты (16), первого и второго малошумящих усилителей (17 и 19), согласованного фильтра (18) и второго управляемого аттенюатора (20). Далее сигнал через ППП (6) и фазовращатель (5) идет на выход AM. Сигналы с выходов всех AM поступают на PC (3), выполняющую функцию сумматора, а далее полученная сумма через ППП (2) идет на выходное устройство (21).The signal reflected from the location object and received by the antenna array element (15) through the matching device (14) and the IFR (13) enters the AM receiving path, consisting of a protection device (16), the first and second low-noise amplifiers (17 and 19), matched filter (18) and a second controlled attenuator (20). Further, the signal through the IFR (6) and the phase shifter (5) goes to the AM output. The signals from the outputs of all AMs are sent to a PC (3) that performs the function of an adder, and then the received amount through the IFR (2) goes to the output device (21).
Все приемо-передающие AM модули АФАР прототипа работают на одной несущей частоте сигнала .All prototype AM transceiver AM modules operate on the same signal carrier frequency .
С целью решения поставленной задачи для формирования и приема сигналов РЛС предлагается использовать многочастотные антенные решетки (МЧАР) [6]. Возможность формирования импульсных СШП сигналов с помощью МЧАР описана в [7], возможность фазовой модуляции сигналов МЧАР показана в [8].In order to solve the problem for the formation and reception of radar signals, it is proposed to use multi-frequency antenna arrays (MCHAR) [6]. The possibility of generating pulsed UWB signals using the MCAR is described in [7], the possibility of phase modulation of the MCAR signals is shown in [8].
На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства.In FIG. 1 shows a structural diagram of the proposed device.
Для решения поставленной задачи спектр СШП сигнала РЛС с шириной полосы В разбивается на N неперекрывающихся поддиапазонов с полосой частот Вk, k=1…N:To solve this problem, the UWB spectrum of a radar signal with a bandwidth of B is divided into N non-overlapping subbands with a frequency band of In k , k = 1 ... N:
Сигнал в каждом поддиапазоне формируется и принимается в отдельном AM (4), излучается и принимается отдельным элементом антенной решетки (15). Несущие частоты поддиапазонов являются взаимнокогерентными (формируются от общего опорного генератора):The signal in each subband is generated and received in a separate AM (4), radiated and received by a separate element of the antenna array (15). The carrier frequencies of the subbands are mutually coherent (formed from a common reference oscillator):
где - нижняя несущая частота; - интервал между несущими частотами, не превышающей максимальной полосы сигнала Вk.Where - lower carrier frequency; - the interval between carrier frequencies, not exceeding the maximum signal band In k .
Таким образом, в отличие от прототипа возбудитель (1) находится в каждом AM и генерирует сигнал с частотой . В связи с этим из схемы исключены ППП (2) и (6). Взаимная когерентность обеспечивается общим для всех AM опорным генератором (22), сигнал с которого поступает на возбудители (1) через PC опорного сигнала (23). При этом полосы частот могут быть одинаковыми Вk=Вk+1 или иметь разную ширину.Thus, in contrast to the prototype, the pathogen (1) is located in each AM and generates a signal with a frequency . In this regard, SPP (2) and (6) are excluded from the scheme. Mutual coherence is ensured by the common reference oscillator (22) common to all AMs, the signal from which is supplied to the exciters (1) via the PC reference signal (23). In this case, the frequency bands can be the same In k = In k + 1 or have a different width.
В каждом поддиапазоне в отличие от прототипа с целью получения сигнала с большой базой и последующего сжатия импульса в приемном тракте, осуществляется угловая модуляция сигнала - частотная (линейная или нелинейная) или фазоимпульсная. Использование сжатия импульсов увеличивает дальность работы РЛС или уменьшает потребляемую ей мощность на заданной дальности [3]. Для этого в передающий тракт каждого AM вводится фазовый модулятор (24), управляемый генератором сигнала фазовой модуляции (манипуляции) Uфм k(t) (25). Все генераторы сигнала фазовой модуляции (манипуляции) синхронизируются опорным генератором модулирующих сигналов (26). При этом с целью уменьшения уровня боковых лепестков в принятом АФАР сигнале угловая модуляция (манипуляция) в поддиапазонах может производиться по различным законам.In each subband, unlike the prototype, in order to obtain a signal with a large base and subsequent compression of the pulse in the receiving path, the signal is angularly modulated - frequency (linear or non-linear) or phase-pulse. The use of pulse compression increases the range of the radar or reduces its power consumption at a given range [3]. For this, a phase modulator (24) is introduced into the transmitting path of each AM, controlled by the phase modulation (manipulation) signal generator U fm k (t) (25). All phase modulation (manipulation) signal generators are synchronized by a reference modulating signal generator (26). Moreover, in order to reduce the level of side lobes in the received AFAR signal, angular modulation (manipulation) in the subbands can be performed according to various laws.
Фазовращатель (5) перемещен в передающий тракт AM. В приемный тракт введена управляемая линия задержки (28), обеспечивающая получение максимума диаграммы направленности в заданном направлении.The phase shifter (5) has been moved to the AM transmission path. A controlled delay line (28) is introduced into the receiving path, which ensures the maximum radiation pattern in a given direction.
В отличие от прототипа устройство (3) работает только как сумматор и перестает выполнять функции распределительной системы, из схемы исключен ППП (2), а принятый АФАР сигнал поступает непосредственно на выходное устройство (21).Unlike the prototype, the device (3) works only as an adder and ceases to fulfill the functions of a distribution system, the SPP (2) is excluded from the circuit, and the received AFAR signal is sent directly to the output device (21).
Так как несущие частоты в поддиапазонах взаимнокогерентны, СШП сигнал формируется из N узкополосных или широкополосных сигналов. В результате, кроме того, что может быть излучен и принят сигнал с полосой частот, превышающей полосу пропускания передающих и приемных усилительных приборов, упрощается задача согласования приемо-передающих трактов и антенных систем. Например, в каждом поддиапазоне могут использоваться антенны с индивидуальными размерами или даже различные типы антенн. При этом с целью получения требуемой амплитудно-частотной характеристики РЛС и заданной мощности на каждой частоте могут работать не один, a Lk каналов АФАР.Since the carrier frequencies in the subbands are mutually coherent, the UWB signal is formed from N narrow-band or wide-band signals. As a result, in addition to the fact that a signal with a frequency band exceeding the passband of transmitting and receiving amplifying devices can be radiated and received, the task of matching the transmitting and transmitting paths and antenna systems is simplified. For example, antennas with individual sizes or even different types of antennas may be used in each subband. Moreover, in order to obtain the required amplitude-frequency characteristics of the radar and the given power at each frequency not one, but L k AFAR channels can work.
На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - структурная схема прототипа.In FIG. 1 shows a structural diagram of the proposed device, in FIG. 2 is a structural diagram of a prototype.
На фиг. 3,а показана нормированная по максимуму огибающая сигнала на выходе одного из согласованных фильтров, рассчитанная в интервале времени ±0,075 мкс для синхронной ЛЧМ во всех поддиапазонах, при следующих параметрах сигнала АФАР: В=2 ГГц; N=21, Т=1 мкс. На фиг. 3,б показана огибающая сигнала на выходе суммирующего устройства для интервалов времени ±0,075 мкс, нормированная по максимуму огибающей на выходе согласованных фильтров.In FIG. 3a shows the maximum envelope of the signal normalized at the output of one of the matched filters, calculated in the time interval of ± 0.075 μs for synchronous LFM in all subbands, with the following AFAR signal parameters: B = 2 GHz; N = 21, T = 1 μs. In FIG. 3b shows the envelope of the signal at the output of the summing device for time intervals of ± 0.075 μs, normalized to the maximum of the envelope at the output of the matched filters.
Структурная схема предлагаемого устройства показана на фиг. 1.The block diagram of the proposed device is shown in FIG. one.
Устройство содержит приемо-передающие элементы АФАР (15), согласующие устройства (14), активные модули (4), суммирующее устройство (3), выходное устройство (21), опорный генератор (22), распределительную систему опорного сигнала (23), опорный генератор модулирующих сигналов (26), распределительную систему опорного сигнала модулирующих сигналов (27), генератор сигнала импульсной модуляции (11), распределительную систему сигнала импульсной модуляции (12) и активные модули, в состав которых входят возбудитель (1), фазовращатель (5), фазовый модулятор (24), генератор фазовой модуляции (манипуляции) (25), первый и второй предварительные усилители (7) и (9), первый управляемый аттенюатор (8), усилитель мощности (10), переключатель «прием-передача» (13), защитное устройство приемного тракта, первый и второй малошумящие усилители (17) и (19), согласованный фильтр (18), второй управляемый аттенюатор (20), управляемая линия задержки (28) и управляемый фазовращатель (5).The device contains transceiver elements AFAR (15), matching devices (14), active modules (4), adder (3), output device (21), reference generator (22), distribution system of the reference signal (23), reference modulating signal generator (26), modulating signal reference signal distribution system (27), pulse modulation signal generator (11), pulse modulating signal distribution system (12) and active modules, which include the pathogen (1), phase shifter (5) phase modulator (24), generator phase modulation (manipulation) ator (25), first and second preamplifiers (7) and (9), first controlled attenuator (8), power amplifier (10), receive-transmit switch (13), receive path protective device , the first and second low-noise amplifiers (17) and (19), a matched filter (18), a second controlled attenuator (20), a controlled delay line (28) and a controlled phase shifter (5).
Устройство работает следующим образом. Возбудитель (1) каждого активного модуля (2) генерирует сигнал с несущей частотой . Несущие частоты определяются выражением (2). Для обеспечения взаимной когерентности частоты возбудителей формируются от общего опорного генератора (22), сигнал с частотой поступает на возбудители через распределительную систему опорного сигнала (23).The device operates as follows. The causative agent (1) of each active module (2) generates a signal with a carrier frequency . Carrier frequencies are determined by expression (2). To ensure mutual coherence, the frequencies of pathogens are formed from a common reference generator (22), a signal with a frequency enters the pathogens through the distribution system of the reference signal (23).
Сигнал с выхода возбудителя (1) идет на управляемые фазовращатели, которые (5) нужны для того, чтобы управлять диаграммой направленности многочастотной АФАР, и далее на фазовый модулятор (24). Закон, по которому осуществляется модуляция, задается с помощью генератора фазовой модуляции (манипуляции) (25). В результате модуляции полоса сигнала на частоте увеличивается до Bk так, чтобы выполнялось выражение (1), при этом, как указывалось ранее, условие Вk=Вk+1 может не выполняться. Закон модуляции Uфм k может быть одинаковым для всех частот или индивидуальным для каждой частоты с целью уменьшения боковых лепестков в принятом сигнале, получаемом при совместной обработке сигналов всех каналов РЛС. Генераторы фазовой модуляции (манипуляции) (25) используют опорный сигнал, поступающий с опорного генератора модулирующих сигналов (26) через распределительную систему опорного сигнала модулирующих сигналов (27). ЛЧМ и нелинейную ЧМ в данном случае будем рассматривать как частный случай фазовой модуляции.The signal from the output of the pathogen (1) goes to the controlled phase shifters, which (5) are needed in order to control the radiation pattern of the multi-frequency AFAR, and then to the phase modulator (24). The law by which modulation is carried out is set using the phase modulation (manipulation) generator (25). As a result of modulation, the frequency band of the signal increases to B k so that expression (1) is satisfied, while, as mentioned earlier, the condition B k = B k + 1 may not be satisfied. The modulation law U fm k may be the same for all frequencies or individual for each frequency in order to reduce side lobes in the received signal obtained by joint processing of signals of all radar channels. Phase modulation (manipulation) generators (25) use the reference signal coming from the base modulating signal generator (26) through the distribution system of the base signal of modulating signals (27). In this case, the LFM and nonlinear FM will be considered as a special case of phase modulation.
В результате фазовой модуляции (манипуляции) в каждом канале АФАР создается сигнал с базой ВkТ, где Т - длительность импульса, в течение которого осуществляется фазовая модуляция (манипуляция). Импульс формируется путем модуляции усилителей мощности (10) всех активных модулей, на которые подается модулирующее напряжение Uм(t) через распределительную систему сигнала импульсной модуляции (12) с генератора сигнала импульсной модуляции (11).As a result of phase modulation (manipulation), a signal with a base B k T is created in each AFAR channel, where T is the pulse duration during which phase modulation (manipulation) is performed. A pulse is formed by modulating power amplifiers (10) of all active modules, to which a modulating voltage U m (t) is supplied through a distribution system of a pulse modulation signal (12) from a pulse modulation signal generator (11).
Сигнал с выхода усилителя мощности через переключатель «прием-передача» (13) и согласующее устройство (14) поступает на приемо-передающий антенный элемент (15).The signal from the output of the power amplifier through the receive-transmit switch (13) and matching device (14) is fed to the transmit-receive antenna element (15).
Сигнал, отраженный от объекта локации и принятый антенным элементом (15), проходит через согласующее устройство (14) переключатель «прием-передача» (13) и защитное устройство (16) на вход приемного тракта и усиливается первым малошумящим усилителем (17). Далее сигнал поступает на вход согласованного фильтра (18), который осуществляет сжатие фазомодулированного (фазоманипулированного сигнала), и усиливается вторым малошумящим усилителем (19). Управляемые аттенюаторы (20) позволяют производить весовую обработку принятого сигнала во всей полосе излучаемых частот В. Управляемые линии задержки (28) обеспечивают сканирование диаграммы направленности АФАР в случае, если размер АФАР в плоскости сканирования больше чем с/В, где с - скорость света в свободном пространстве.The signal reflected from the location object and received by the antenna element (15) passes through the matching device (14) the receive-transmit switch (13) and the protective device (16) to the input of the receiving path and is amplified by the first low-noise amplifier (17). Next, the signal is fed to the input of a matched filter (18), which compresses the phase-modulated (phase-shifted signal), and is amplified by a second low-noise amplifier (19). The controlled attenuators (20) allow performing the weighted processing of the received signal in the entire band of radiated frequencies B. The controlled delay lines (28) provide scanning of the AFAR radiation pattern if the AFAR size in the scanning plane is greater than s / V, where c is the speed of light in free space.
С выхода всех активных модулей сигналы поступают на суммирующее устройство (3) и далее сумма сигналов идет на выходное устройство (21).From the output of all active modules, the signals are sent to the adder (3) and then the sum of the signals goes to the output device (21).
Определим огибающую сигнала на выходе суммирующего устройства для случая синхронной ЛЧМ во всех каналах АФАР. При этом полосы свипирования Вk во всех каналах одинаковы, а скорость изменения частоты в каждом поддиапазоне определяется как β=2πВk/Т [рад/с].We define the envelope of the signal at the output of the summing device for the case of synchronous LFM in all channels of the AFAR. In this case, the sweep bands In k in all channels are the same, and the rate of change of frequency in each subband is determined as β = 2πV k / T [rad / s].
Будем считать, что сигнал отражается от точечного источника, амплитуды сигнала А на выходе согласованных фильтров одинаковы, а количество каналов АФАР равно количеству частотных поддиапазонов, то есть Lk=1. Тогда сигнал на выходе согласованного фильтра на циклической частоте может быть представлен как свертка аналитического сигнала на входе фильтра и импульсной характеристики фильтра , где τ - время задержки, а T - длительность излучаемого импульса. Огибающая при расчетах с аналитическими сигналами получается как половина действительной части свертки:We assume that the signal is reflected from a point source, the amplitudes of signal A at the output of the matched filters are the same, and the number of AFAR channels is equal to the number of frequency subbands, that is, L k = 1. Then the signal at the output of the matched filter at the cyclic frequency can be represented as a convolution of the analytical signal at the input of the filter and impulse response of the filter where τ is the delay time and T is the duration of the emitted pulse. The envelope in the calculations with analytical signals is obtained as half the real part of the convolution:
С помощью несложных преобразований можно получить [9]:Using simple transformations, one can obtain [9]:
Учитывая, что максимумы сигналов совмещены по времени с помощью линий задержки (28) и сделаны синфазными с помощью фазовращателей (5), определим сигнал на выходе суммирующего устройстваGiven that the signal maximums are time-aligned using delay lines (28) and made in-phase using phase shifters (5), we determine the signal at the output of the summing device
где ; .Where ; .
Сумма экспонент в этом выражении может быть вычислена как сумма геометрической прогрессии , где q=е-jΔωτ:The sum of the exponentials in this expression can be calculated as the sum of the geometric progression where q = e -jΔωτ :
Таким образом, для рассматриваемого случая сигнал на выходе суммирующего устройства может быть представлен в виде:Thus, for the case under consideration, the signal at the output of the summing device can be represented as:
где - средняя частота многочастотного сигнала.Where - the average frequency of the multi-frequency signal.
Нормированная огибающая сигнала на выходе каждого согласованного фильтра и огибающая сигнала на выходе суммирующего устройства могут быть описаны следующими выражениями, соответственно:The normalized envelope of the signal at the output of each matched filter and the envelope of the signal at the output of the summing device can be described by the following expressions, respectively:
На фиг. 3,а показана нормированная по максимуму огибающая сигнала на выходе одного из согласованных фильтров, рассчитанная в интервале времени ±0,075 мкс для синхронной ЛЧМ во всех поддиапазонах, при следующих параметрах сигнала АФАР: В=2 ГГц; N=21, Т=1 мкс. На фиг. 3,б показана огибающая сигнала на выходе суммирующего устройства для интервалов времени ±0,075 мкс, нормированная по максимуму огибающей на выходе согласованных фильтров.In FIG. 3a shows the maximum envelope of the signal normalized at the output of one of the matched filters, calculated in the time interval of ± 0.075 μs for synchronous LFM in all subbands, with the following AFAR signal parameters: B = 2 GHz; N = 21, T = 1 μs. In FIG. 3b shows the envelope of the signal at the output of the summing device for time intervals of ± 0.075 μs, normalized to the maximum of the envelope at the output of the matched filters.
Таким образом, амплитуда результирующего импульса, поступающего на выходное устройство, в N раз превосходит амплитуду импульса на выходе согласованного фильтра, а длительность этого импульса, определяющая разрешающую способность предлагаемого устройства, в N раз меньше длительности импульса на выходе согласованного фильтра и обратно пропорциональна рабочей полосе формируемого СШП сигнала В.Thus, the amplitude of the resulting pulse entering the output device is N times greater than the amplitude of the pulse at the output of the matched filter, and the duration of this pulse, which determines the resolution of the proposed device, is N times smaller than the pulse width at the output of the matched filter and is inversely proportional to the working band of the generated UWB signal B.
ЛитератураLiterature
1. Головачев М.В., Кочетов А.В., Миронов О.С., Панфилов П.С., Сарычев В.А., Хомяков И.М. Сверхкороткоимпульсная РЛС дециметрового диапазона. // IV Всероссийские Армандовские чтения "Радиофизические методы в дистанционном зондировании сред", Муром, 2014, с. 255-260.1. Golovachev M.V., Kochetov A.V., Mironov O.S., Panfilov P.S., Sarychev V.A., Khomyakov I.M. Ultrashort pulse radar of a decimeter range. // IV All-Russian Armand readings "Radiophysical methods in remote sensing of media", Murom, 2014, p. 255-260.
2. Быстров Р.П., Черепенин В.А. Теоретическое обоснование возможностей применения метода генерации мощных наносекундных импульсов электромагнитного излучения при создании радиолокационных систем электронной борьбы (РЭ) для поражения объектов. - Журнал радиоэлектроники (электронный журнал), 2010, №4. с. 9.2. Bystrov R.P., Cherepenin V.A. Theoretical justification of the possibilities of applying the method of generating powerful nanosecond pulses of electromagnetic radiation when creating radar systems of electronic warfare (RE) to destroy objects. - Journal of Radio Electronics (electronic journal), 2010, No. 4. from. 9.
3. Справочник по радиолокации. / Под. ред. М.И. Сколника. Пер. с англ. под общей ред. B.C. Вербы. В 2 кн. Кн. 1, гл.8. М.: Техносфера, 2014.3. Reference radar. / Under. ed. M.I. Skolnik. Per. from English under the general ed. B.C. Willow. In 2
4. Гостюхин В.Л., Трусов В.Н., Гостюхин Ф.В. Активные фазированные антенные решетки / Под ред. В.Л. Гостюхина. Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: Радиотехника, 2011, с. 19.4. Gostyukhin V.L., Trusov V.N., Gostyukhin F.V. Active Phased Antenna Arrays / Ed. V.L. Gostyukhina. Ed. 3rd, rev. and add. - M .: Radio engineering, 2011, p. 19.
5. Генераторы и усилители СВЧ. / Под ред. И.В. Лебедева. - М.: «Радиотехника», 2005, с. 123 таблица 3.3., с. 47 таблица 1.9.5. Microwave generators and amplifiers. / Ed. I.V. Lebedev. - M .: "Radio Engineering", 2005, p. 123 table 3.3., P. 47 table 1.9.
6. Воробьев Н.В., Грязнов В.А. Многочастотная антенная решетка для формирования последовательности импульсных сигналов в пространстве: Патент RU 2267838. Приоритет от 27.01.2004.6. Vorobyov N.V., Gryaznov V.A. Multi-frequency antenna array for forming a sequence of pulsed signals in space: Patent RU 2267838. Priority dated January 27, 2004.
7. Воробьев И.Н., Воробьев Н.В., Грязнов В.А., Неплюев О.Н. Пространственное формирование сверхширокополосных импульсных сигналов многочастотными антенными решетками со случайным распределением частот сигналов // Конфликтно-устойчивые, радиоэлектронные системы. Вып. 159. 2011, №18, с. 21-26.7. Vorobyov I.N., Vorobyev N.V., Gryaznov V.A., Neplyuev O.N. Spatial formation of ultra-wideband pulse signals by multi-frequency antenna arrays with a random distribution of signal frequencies // Conflict-resistant, electronic systems. Vol. 159. 2011, No. 18, p. 21-26.
8. Воробьев Н.В., Грязнов В.А., Король О.В., Лобанов Б.С., Многочастотная антенная решетка для формирования в пространстве последовательности радиоимпульсов. Патент RU 2456723. Приоритет от 11.04.2011.8. Vorobyov N.V., Gryaznov V.A., Korol O.V., Lobanov B.S., Multi-frequency antenna array for forming a sequence of radio pulses in space. Patent RU 2456723. Priority dated 04/11/2011.
9. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. 4-е изд., перераб и доп. - М.: Радио и связь, 1986, с. 98-106.9. Gonorovsky I.S. Radio engineering circuits and signals: Textbook for universities. 4th ed., Revised and add. - M.: Radio and Communications, 1986, p. 98-106.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016104088A RU2615996C1 (en) | 2016-02-09 | 2016-02-09 | Super-wide band radar with active multi-frequency antenna array |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016104088A RU2615996C1 (en) | 2016-02-09 | 2016-02-09 | Super-wide band radar with active multi-frequency antenna array |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2615996C1 true RU2615996C1 (en) | 2017-04-12 |
Family
ID=58642887
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016104088A RU2615996C1 (en) | 2016-02-09 | 2016-02-09 | Super-wide band radar with active multi-frequency antenna array |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2615996C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU177971U1 (en) * | 2017-10-09 | 2018-03-16 | Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" | High Power Amplifier |
CN108008360A (en) * | 2017-12-04 | 2018-05-08 | 北京无线电测量研究所 | A kind of nonlinear frequency modulation waveform design method of amplitude weighting |
RU2656369C1 (en) * | 2017-08-30 | 2018-06-05 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | Method and device for forming and processing signals in radars with antenna grids |
RU2684896C1 (en) * | 2018-06-04 | 2019-04-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Method of generating and processing signals in multiplie-band and multiband radar systems |
RU2727793C1 (en) * | 2019-07-15 | 2020-07-24 | Акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" | Ultra-wideband multifrequency radar with active phased antenna array and reduced level of side lobes in compressed signal |
RU2778829C1 (en) * | 2021-11-13 | 2022-08-25 | Андрей Вадимович Лаврентьев | Device for resolving dense order components of a group air target in range and azimuth |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050180491A1 (en) * | 2004-02-17 | 2005-08-18 | Fujitsu Ten Limited | Radar apparatus |
KR100924326B1 (en) * | 2009-02-23 | 2009-11-02 | 삼성탈레스 주식회사 | Ultra wide band radar apparatus for foliage penetration and signal processing method |
UA95157C2 (en) * | 2009-12-28 | 2011-07-11 | Інститут Радіофізики Та Електроніки Ім. О.Я.Усикова Національної Академії Наук України | Polarimetric antenna system of ultra-wide band subsurface radar |
RU2456723C1 (en) * | 2011-04-11 | 2012-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" | Multifrequency antenna array for generation of radio pulse sequence in space |
WO2014116180A1 (en) * | 2013-01-22 | 2014-07-31 | Decod Science & Technology Pte Ltd | 4d uwb radar inspection method and system |
RU2567214C1 (en) * | 2014-04-29 | 2015-11-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Multi-frequency antenna array with digital signal processing for determining coordinates of radar target |
-
2016
- 2016-02-09 RU RU2016104088A patent/RU2615996C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050180491A1 (en) * | 2004-02-17 | 2005-08-18 | Fujitsu Ten Limited | Radar apparatus |
KR100924326B1 (en) * | 2009-02-23 | 2009-11-02 | 삼성탈레스 주식회사 | Ultra wide band radar apparatus for foliage penetration and signal processing method |
UA95157C2 (en) * | 2009-12-28 | 2011-07-11 | Інститут Радіофізики Та Електроніки Ім. О.Я.Усикова Національної Академії Наук України | Polarimetric antenna system of ultra-wide band subsurface radar |
RU2456723C1 (en) * | 2011-04-11 | 2012-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" | Multifrequency antenna array for generation of radio pulse sequence in space |
WO2014116180A1 (en) * | 2013-01-22 | 2014-07-31 | Decod Science & Technology Pte Ltd | 4d uwb radar inspection method and system |
RU2567214C1 (en) * | 2014-04-29 | 2015-11-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Multi-frequency antenna array with digital signal processing for determining coordinates of radar target |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Под ред. ГОСТЮХИНА В.Л. Активные фазированные антенные решетки. Москва, Изд. 3-е, Радиотехника, 2011, с.19. * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2656369C1 (en) * | 2017-08-30 | 2018-06-05 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | Method and device for forming and processing signals in radars with antenna grids |
RU177971U1 (en) * | 2017-10-09 | 2018-03-16 | Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" | High Power Amplifier |
CN108008360A (en) * | 2017-12-04 | 2018-05-08 | 北京无线电测量研究所 | A kind of nonlinear frequency modulation waveform design method of amplitude weighting |
CN108008360B (en) * | 2017-12-04 | 2020-06-02 | 北京无线电测量研究所 | Amplitude-weighted nonlinear frequency modulation waveform design method |
RU2684896C1 (en) * | 2018-06-04 | 2019-04-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Method of generating and processing signals in multiplie-band and multiband radar systems |
RU2727793C1 (en) * | 2019-07-15 | 2020-07-24 | Акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" | Ultra-wideband multifrequency radar with active phased antenna array and reduced level of side lobes in compressed signal |
RU2778829C1 (en) * | 2021-11-13 | 2022-08-25 | Андрей Вадимович Лаврентьев | Device for resolving dense order components of a group air target in range and azimuth |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2615996C1 (en) | Super-wide band radar with active multi-frequency antenna array | |
US5239309A (en) | Ultra wideband radar employing synthesized short pulses | |
US10605921B2 (en) | Full-spectrum covering ultra wideband all photonics-based radar system | |
US8559823B2 (en) | Multi-aperture three-dimensional beamforming | |
AU2013237191B2 (en) | Detection techniques | |
US5146616A (en) | Ultra wideband radar transmitter employing synthesized short pulses | |
US8085181B2 (en) | Polarization-modulated transmitter for a weather radar | |
US20090256739A1 (en) | Short range radar small in size and low in power consumption and controlling method thereof | |
Scotti et al. | In-field experiments of the first photonics-based software-defined coherent radar | |
CN103608694A (en) | Analog baseband circuit for terahertz phased array system | |
US4201986A (en) | Continuous wave radar equipment | |
RU2661334C1 (en) | Tranceiver module of radio-technical signals | |
CN108169742A (en) | Wideband adaptive frequency-tracking system and method | |
Zhang et al. | 5.6-GHz-bandwidth photonic stepped-frequency radar using MHz-level frequency-shifting modulation | |
Griffiths | The challenge of spectrum engineering | |
RU113019U1 (en) | SUPPORT SYSTEM FOR MOBILE RADIO COMMUNICATION ITEMS WITH ULTRA WIDE BAND SIGNALS | |
RU2727793C1 (en) | Ultra-wideband multifrequency radar with active phased antenna array and reduced level of side lobes in compressed signal | |
RU2759145C2 (en) | Method for deception jamming | |
KR102139192B1 (en) | Frequency sweep type jamming signal generator | |
RU2539334C1 (en) | System for electronic jamming of radio communication system | |
CN207780234U (en) | Wideband adaptive frequency-tracking system | |
JP2020003506A (en) | Chirp type multi-ground radar system | |
RU2772572C1 (en) | Multipolarization interference transmitter with increased energy efficiency | |
RU2541886C2 (en) | System for electronic jamming of radio communication system | |
RU2659611C1 (en) | Ultra-wideband active antenna array with electronic scanning |