RU2799999C1 - Radiolocation method with carrier frequency tuning from pulse to pulse - Google Patents

Radiolocation method with carrier frequency tuning from pulse to pulse Download PDF

Info

Publication number
RU2799999C1
RU2799999C1 RU2023102275A RU2023102275A RU2799999C1 RU 2799999 C1 RU2799999 C1 RU 2799999C1 RU 2023102275 A RU2023102275 A RU 2023102275A RU 2023102275 A RU2023102275 A RU 2023102275A RU 2799999 C1 RU2799999 C1 RU 2799999C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
pulse
pulses
radio
radio pulses
Prior art date
Application number
RU2023102275A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владислав Яковлевич Носков
Ринат Гайсеевич Галеев
Евгений Владимирович Богатырев
Кирилл Александрович Игнатков
Даниил Сергеевич Вишняков
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радиосвязь"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радиосвязь" filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радиосвязь"
Application granted granted Critical
Publication of RU2799999C1 publication Critical patent/RU2799999C1/en

Links

Abstract

FIELD: radar technology.
SUBSTANCE: probing and heterodyne radio pulses are received by impact on the RF generator by a sequence of paired pulses, forming during each radio pulse coherent frequencies of the triggering oscillation pulses, which are shifted relative to each other by the value of the intermediate frequency. The probing radio pulses of each pair are emitted, the reflected radio pulses are received and mixed in the mixer with the oscillations of the RF generator during the formation of heterodyne radio pulses of each pair, the reflected radio signals at an intermediate frequency are isolated with subsequent filtering. The frequencies of the probing and heterodyne radio pulses are tuned from clock to clock by changing the natural frequency of the RF generator resonator while maintaining in each clock the difference in the frequencies of the radio pulses equal to the intermediate frequency.
EFFECT: ensuring optimal reception of reflected signals when changing the carrier frequency of emitted radio pulses from pulse to pulse without imposing requirements for long-term stability of the frequency parameters of the input devices and with a simpler practical implementation.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при построении бортовых радиолокационных станций с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу.The invention relates to the field of radar engineering and can be used in the construction of airborne radar stations with carrier frequency tuning from pulse to pulse.

Известен способ радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу (см. стр. 8, рис. 1, [1]), заключающийся в использовании одновременно перестраиваемых по частоте передатчика и приемника.A known method of radar with carrier frequency tunability from pulse to pulse (see p. 8, Fig. 1, [1]), which consists in the use of simultaneously tunable transmitter and receiver.

Реализация способа [1] заключается в следующем.The implementation of the method [1] is as follows.

В передатчике с перестройкой частоты формируются излучаемые радиоимпульсы несущей частоты, которые излучаются в направлении цели. Отраженные сигналы принимаются приемником, в котором частота настройки изменяется с помощью перестраиваемого по частоте гетеродина. Частоты передатчика и гетеродина приемника перестраиваются таким образом, чтобы разностная частота всегда имела постоянное значение, равное промежуточной частоте приемника. Оптимальная фильтрация отраженных сигналов обеспечивается на промежуточной частоте частотно-избирательным устройством (ЧИУ), полоса пропускания которого согласована со спектром излучаемого радиоимпульса.In a frequency agile transmitter, radiated radio pulses of a carrier frequency are generated, which are radiated in the direction of the target. The reflected signals are received by the receiver, in which the tuning frequency is changed using a frequency-tunable local oscillator. The frequencies of the transmitter and the local oscillator of the receiver are tuned in such a way that the difference frequency always has a constant value equal to the intermediate frequency of the receiver. Optimal filtering of the reflected signals is provided at the intermediate frequency by a frequency selective device (FID), the bandwidth of which is matched to the spectrum of the emitted radio pulse.

Недостатками способа [1] являются:The disadvantages of the method [1] are:

– сложность сопряжения частот передатчика и гетеродина приемника при их перестройке в рабочем диапазоне частот;- the complexity of pairing the frequencies of the transmitter and the local oscillator of the receiver when they are tuned in the operating frequency range;

– необходимость обеспечения долговременной стабильности частотных параметров задающего генератора передатчика, гетеродина и частотно-избирательного устройства при эксплуатации РЛС.– the need to ensure the long-term stability of the frequency parameters of the transmitter master oscillator, local oscillator and frequency-selective device during the operation of the radar.

Известен способ радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу (см. стр. 503–506, рис. 13.4, [2]), заключающийся в использовании системы автоматической подстройки частоты (АПЧ) гетеродина приемника, обеспечивающей сопряжение несущей частоты передатчика с частотой настройки приемника.There is a known method of radar with carrier frequency tuning from pulse to pulse (see pp. 503–506, Fig. 13.4, [2]), which consists in using an automatic frequency control (AFC) system of the receiver local oscillator, which provides conjugation of the carrier frequency of the transmitter with the tuning frequency of the receiver.

Реализация способа [2] заключается в следующем.The implementation of the method [2] is as follows.

В передатчике формируются радиоимпульсы несущей частоты, которые излучаются в направлении цели. Часть мощности сигнала передатчика поступает в систему АПЧ гетеродина приемника и за время, равное длительности излучаемого радиоимпульса, система АПЧ подстраивает частоту гетеродина приемника. Частота дискриминатора системы АПЧ, равная разности несущей частоты передатчика и частоты гетеродина приемника, совпадает с промежуточной частотой приемника.The transmitter generates radio pulses of the carrier frequency, which are emitted in the direction of the target. Part of the transmitter signal power enters the AFC system of the receiver local oscillator and in a time equal to the duration of the emitted radio pulse, the AFC system adjusts the frequency of the receiver local oscillator. The discriminator frequency of the AFC system, equal to the difference between the carrier frequency of the transmitter and the frequency of the local oscillator of the receiver, coincides with the intermediate frequency of the receiver.

Отраженный от цели сигнал поступает в приемник, частота настройки которого с помощью системы АПЧ гетеродина во время излучения радиоимпульса подстроена под несущую частоту передатчика, при этом полоса пропускания линейной части приемника согласована с шириной спектра радиоимпульса передатчика. Это равенство обеспечивает условие оптимального приема отраженного сигнала.The signal reflected from the target enters the receiver, the tuning frequency of which, using the AFC system of the local oscillator during the emission of the radio pulse, is tuned to the carrier frequency of the transmitter, while the bandwidth of the linear part of the receiver is matched to the width of the spectrum of the radio pulse of the transmitter. This equality provides the condition for optimal reception of the reflected signal.

Недостатками способа [2] являются:The disadvantages of the method [2] are:

– необходимость обеспечения стабильности частотных характеристик дискриминатора системы АПЧ гетеродина и амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) усилителя промежуточной частоты (УПЧ) приемника;– the need to ensure the stability of the frequency characteristics of the discriminator of the AFC system of the local oscillator and the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the intermediate frequency amplifier (IF) of the receiver;

– наличие остаточной расстройки в системе АПЧ гетеродина, не позволяющей обеспечить полное согласование полосы пропускания линейной части приемника с шириной спектра радиоимпульса передатчика, т.е. его оптимальность;– the presence of a residual mismatch in the AFC system of the local oscillator, which does not allow for full matching of the bandwidth of the linear part of the receiver with the width of the spectrum of the radio pulse of the transmitter, i.e. its optimality;

– наличие ограничений на длительность излучаемых радиоимпульсов при перестройке их несущей частоты ввиду инерционности системы АПЧ гетеродина.– the presence of restrictions on the duration of the emitted radio pulses during the tuning of their carrier frequency due to the inertia of the local oscillator AFC system.

Известен способ радиолокации с изменением несущей частоты от импульса к импульсу [3], заключающийся в формировании излучаемого сигнала и фильтрации отраженного сигнала одним ЧИУ с применением метода прямого и возвратного гетеродинирования с изменением несущей частоты перестройкой частоты гетеродинного сигнала и детектировании отраженного сигнала на промежуточной частоте, причем излучаемый сигнал получают прямым гетеродинированием вниз на промежуточную частоту входного собственного шума приемного устройства, усилением, его последующей узкополосной фильтрацией на промежуточной частоте ЧИУ с получением квазигармонического шума промежуточной частоты, возвратным гетеродинированием вверх квазигармонического шума с промежуточной частоты на несущую частоту, усилением, ограничением амплитуды сверху этого шума, его амплитудно-импульсной манипуляцией, усилением до требуемого уровня излучаемой импульсной мощности с последующим излучением передающей антенной.There is a known method of radar with a change in the carrier frequency from pulse to pulse [3], which consists in the formation of the emitted signal and filtering the reflected signal by one CFD using the method of direct and return heterodyning with changing the carrier frequency by tuning the frequency of the heterodyne signal and detecting the reflected signal at an intermediate frequency, and the emitted signal is obtained by direct heterodyning down to the intermediate frequency of the input intrinsic noise of the receiving device, amplification, its subsequent narrow-band filtering at the intermediate frequency of the CID with obtaining quasi harmonic noise of the intermediate frequency, reverse upward heterodyning of quasi-harmonic noise from the intermediate frequency to the carrier frequency, amplification, limiting the amplitude from above this noise, its amplitude-pulse manipulation, amplification to the required level of the radiated pulse power, followed by radiation by the transmitting antenna.

Основным недостатком способа [3] является слабая степень когерентности колебаний формируемых радиоимпульсов из-за применения в качестве опорного источника сигнала квазигармонического шума приемного устройства. Это является причиной, ограничивающей предельную дальность действия импульсно-доплеровских радиолокаторов. Кроме того, способ [3] отличается сложностью его реализации.The main disadvantage of the method [3] is a weak degree of coherence of the oscillations of the generated radio pulses due to the use of the quasi-harmonic noise of the receiving device as a reference signal source. This is the reason that limits the maximum range of pulse-Doppler radars. In addition, the method [3] differs in the complexity of its implementation.

Известен способ радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу [4], заключающийся в получении сигнала несущей частоты методом прямого гетеродинирования радиоимпульсов фиксированной частоты вверх по частоте на величину частоты гетеродинного сигнала и приеме отраженного сигнала методом возвратного гетеродинирования сдвигом его вниз по частоте с последующей фильтрацией в ЧИУ отраженного сигнала на частоте радиоимпульсов фиксированной частоты, при этом перестройку несущей частоты осуществляют изменением частоты гетеродинного сигнала, при прямом гетеродинировании в качестве радиоимпульсов фиксированной частоты используют отклик ЧИУ на сверхкороткое импульсное воздействие, а после возвратного гетеродинирования фильтрацию отраженного сигнала производят этим же ЧИУ, причем прямое и возвратное гетеродинирование осуществляют одним и тем же устройством.There is a method of radar with carrier frequency tuning from pulse to pulse [4], which consists in obtaining a carrier frequency signal by direct heterodyning of radio pulses of a fixed frequency up in frequency by the frequency of the heterodyne signal and receiving the reflected signal by reverse heterodyning by shifting it down in frequency, followed by filtering the reflected signal in the CIA at the frequency of radio pulses of a fixed frequency, while the carrier frequency is tuned by changing the frequency of the heterodyne signal, with direct heterodyning as a radio pulse fixed-frequency pulses use the CFD response to an ultrashort pulse action, and after return heterodyning, the reflected signal is filtered by the same CFD, with direct and return heterodyning carried out by the same device.

Недостатками способа [4] являются:The disadvantages of the method [4] are:

– отсутствие возможности управления длительностью радиоимпульса, формируемого в ЧИУ;– the inability to control the duration of the radio pulse generated in the CRM;

– жесткие требования к форме АЧХ ЧИУ;– stringent requirements for the form of frequency response of CRI;

– отсутствие возможности оптимизации режима преобразования радиосигнала с промежуточной частоты на несущую (излучаемую) частоту и с несущей (принимаемой) частоты на промежуточную частоту методом прямого и возвратного гетеродинирования при использовании одного и того же устройства;– the inability to optimize the radio signal conversion mode from the intermediate frequency to the carrier (radiated) frequency and from the carrier (received) frequency to the intermediate frequency by the method of direct and return heterodyning when using the same device;

– большое потребление тока по цепи питания; - high current consumption in the power circuit;

– наличие утечки излучения источника непрерывного сигнала с перестройкой частоты осложняет решение задачи электромагнитной совместимости и скрытности работы в условиях возросшего количества радиосредств.– the presence of radiation leakage from a continuous signal source with frequency tunability complicates the solution of the problem of electromagnetic compatibility and secrecy of work in the conditions of an increased number of radio facilities.

Первый недостаток связан с зависимостью длительности радиоимпульсного отклика ЧИУ на импульсное воздействие ( пс) от полосы пропускания ЧИУ как , где – полоса пропускания ЧИУ, т.е. увеличение длительности радиоимпульса возможно только при уменьшении полосы пропускания ЧИУ, что технически не всегда реализуемо (см. стр. 303–311, [5]). Это приводит к ограничению диапазона измеряемых дальностей.The first drawback is related to the dependence of the duration of the radio-pulse response of the CID on the impulse action ( ps) from strip passing CIA as , Where is the CFD bandwidth, i.e. an increase in the duration of a radio pulse is possible only with a decrease in the bandwidth of the CID, which is technically not always feasible (see pp. 303–311, [5]). This leads to a limitation of the range of measured ranges.

Второй недостаток обусловлен зависимостью огибающей радиоимпульса от формы АЧХ ЧИУ, при которой возможно появление в осциллограмме формируемого радиоимпульса «хвостов» и «предвестников» (см. стр. 305–307, рис. 5.30, 5.31, [5]).The second disadvantage is due to the dependence of the radio pulse envelope on the shape of the frequency response of the FID, in which the appearance of “tails” and “harbingers” in the oscillogram of the generated radio pulse is possible (see pp. 305–307, Fig. 5.30, 5.31, [5]).

Третий недостаток связан с необходимостью использования для прямого и возвратного гетеродинирования преобразующего устройства взаимного типа на основе диодного смесителя, режим работы которого при приеме отраженных радиоимпульсов (режим работы приемного смесителя) должен обеспечивать минимальный уровень вносимого шума, а при формировании излучаемых сигналов (режим работы смесителя сдвига) – максимальный коэффициент преобразования, что технически реализовать на одном устройстве достаточно сложно. Таким образом, неоптимальность прямого и возвратного гетеродинирования с помощью одного и того же устройства приводит к необходимости введения дополнительных каскадов в усилителе мощности, что ухудшает массогабаритные характеристики и снижает общий КПД приемо-передающего устройства.The third drawback is associated with the need to use a reciprocal-type converting device based on a diode mixer for direct and return heterodyning, the operating mode of which, when receiving reflected radio pulses (receiving mixer operating mode), should provide a minimum level of introduced noise, and when generating radiated signals (shift mixer operating mode) - the maximum conversion coefficient, which is technically difficult to implement on one device. Thus, the non-optimality of direct and return heterodyning using the same device leads to the need to introduce additional stages in the power amplifier, which worsens the weight and size characteristics and reduces the overall efficiency of the transceiver.

Четвертый и пятый недостатки обусловлены постоянством режима работы источника непрерывного сигнала с перестройкой частоты. The fourth and fifth disadvantages are due to the constancy of the operating mode of the continuous signal source with frequency agility.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемому способу является способ радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу (Соловьев Н.А. Использование сигнала с синтезом спектра для построения дальностного портрета и инверсного синтеза апертуры // Наука и Образование: научно-техническое издание: 77-30569/249869. Научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана, ноябрь, 2011 [6]), заключающийся в формировании излучаемого радиоимпульса переносом радиоимпульсного сигнала генератора, частота которого фиксирована и равна промежуточной частоте приемника, на несущую частоту методом гетеродинирования с использованием перестраиваемого по частоте непрерывного гетеродинного сигнала, и приеме отраженного сигнала супергетеродинным приемником с использованием этого же гетеродинного сигнала.The closest analogue (prototype) of the proposed method is the method of radar with carrier frequency tunability from pulse to pulse (Soloviev N.A. Using a signal with spectrum synthesis to build a range portrait and inverse aperture synthesis // Science and Education: scientific and technical edition: 77-30569/249869. Scientific publication of MSTU named after N.E. Bauman, November, 2011 [6 ]), which consists in the formation of an emitted radio pulse by transferring the radio pulse signal of the generator, the frequency of which is fixed and equal to the intermediate frequency of the receiver, to the carrier frequency by the method of heterodyning using a continuous heterodyne signal tunable in frequency, and receiving the reflected signal by a superheterodyne receiver using the same heterodyne signal.

Реализация способа-прототипа заключается в следующем. The implementation of the prototype method is as follows.

Из сигнала (см. поз. 1 на фиг. 1) источника радиоимпульсов фиксированной частоты (см. эпюру «а» на фиг. 2) и непрерывного гетеродинного сигнала (см. поз. 2 на фиг. 1) с частотой источника с перестройкой частоты (см. эпюру «б» на фиг. 2) методом прямого гетеродинирования вверх по частоте первым смесителем (см. поз. 2 на фиг. 1) формируется радиоимпульсный сигнал несущей частоты (см. эпюру «в» на фиг. 2) , который после усиления усилителем мощности (см. поз. 3 на фиг. 1) излучается в направлении цели. From signal (see pos. 1 in Fig. 1) a source of radio pulses of a fixed frequency (see diagram " a " in Fig. 2) and a continuous heterodyne signal (see pos. 2 in Fig. 1) with a frequency frequency tunable source (see diagram “ b ” in Fig. 2) by direct heterodyning up in frequency, the first mixer (see pos. 2 in Fig. 1) generates a radio pulse signal carrier frequency (see diagram " in " in Fig. 2) , which, after being amplified by a power amplifier (see item 3 in Fig. 1), is radiated towards the target.

Отраженный от цели радиосигнал (см. эпюру «г» на фиг. 2) после усиления малошумящим усилителем (см. поз. 5 на фиг. 1) методом возвратного гетеродинирования вторым смесителем (см. поз. 6 на фиг. 1) смещается вниз на промежуточную частоту , на которой сигнал промежуточной частоты (см. эпюру «д» на фиг. 2) фильтруется согласованным со спектром излучаемого сигнала ЧИУ (см. поз. 7 на фиг. 1) с полосой пропускания . The radio signal reflected from the target (see diagram “ d ” in Fig. 2) after amplification with a low-noise amplifier (see pos. 5 in fig. 1) by the method of reverse heterodyning by a second mixer (see pos. 6 in fig. 1) is shifted down to an intermediate frequency , at which the intermediate frequency signal (see diagram " e " in Fig. 2) is filtered consistent with the spectrum of the emitted signal CIA (see pos. 7 in Fig. 1) with a bandwidth .

Таким образом, при равенстве частоты источника радиоимпульсов промежуточной частоте , на которой осуществляется фильтрация, , для любой несущей частоты излучаемого сигнала будет обеспечена настройка приемника на эту частоту.Thus, if the frequency of the source of radio pulses is equal intermediate frequency , on which the filtering is carried out, , for any carrier frequency of the emitted signal the receiver will be tuned to that frequency.

Недостатками способа-прототипа [6] являются:The disadvantages of the prototype method [6] are:

– необходимость поддержания в эксплуатации равенства частот источника радиоимпульсов передатчика частоте настройки ЧИУ приемника;– the need to maintain in operation the equality of the frequencies of the source of radio pulses of the transmitter to the tuning frequency of the CFD of the receiver;

– сложность схемы, реализующей данный способ;– the complexity of the scheme that implements this method;

– большое потребление тока по цепи питания; - high current consumption in the power circuit;

– наличие утечки излучения источника непрерывного сигнала с перестройкой частоты осложняет решение задачи электромагнитной совместимости и скрытности работы в условиях возросшего количества радиосредств.– the presence of radiation leakage from a continuous signal source with frequency tunability complicates the solution of the problem of electromagnetic compatibility and secrecy of work in the conditions of an increased number of radio facilities.

Первый недостаток обусловлен сложностью обеспечения долговременной стабильности частотных параметров передатчика и ЧИУ приемника при старении и дестабилизирующих факторах внешней среды.The first drawback is due to the difficulty of ensuring the long-term stability of the frequency parameters of the transmitter and the CFD of the receiver during aging and destabilizing environmental factors.

Второй недостаток обусловлен наличием двух смесителей, из которых первый (смеситель сдвига) методом прямого гетеродинирования формирует в передатчике сигнал несущей частоты, второй в приемнике возвратным гетеродинированием преобразует отраженный сигнал несущей частоты в сигнал промежуточной частоты.The second drawback is due to the presence of two mixers, of which the first (shift mixer) generates a carrier frequency signal in the transmitter by direct heterodyning, the second in the receiver converts the reflected carrier frequency signal into an intermediate frequency signal by reverse heterodyning.

Третий и четвертый недостатки обусловлены постоянством режима работы источника непрерывного сигнала с перестройкой частоты.The third and fourth disadvantages are due to the constancy of the operating mode of the continuous signal source with frequency agility.

Таким образом, техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в необходимости обеспечения оптимального приема отраженных сигналов при перестройке несущей частоты излучаемых радиоимпульсов от импульса к импульсу без предъявления требований к долговременной стабильности частотных параметров входящих устройств и при более простой практической реализации, а также уменьшение энергопотребления, снижение уровня паразитных сигналов и наводок по цепям питания и управления.Thus, the technical problem to be solved by the claimed invention consists in the need to ensure optimal reception of reflected signals when the carrier frequency of the emitted radio pulses is tuned from pulse to pulse without imposing requirements on the long-term stability of the frequency parameters of the incoming devices and with a simpler practical implementation, as well as reducing power consumption, reducing the level of spurious signals and interference in the power and control circuits.

Решение указанной проблемы достигается тем, что предложен способ радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу, заключающийся в том, что на высокочастотный (ВЧ) генератор ударно воздействуют последовательностью парных импульсов запуска с крутыми фронтами, формируя при этом в течение каждого радиоимпульса когерентные колебания относительно импульсов запуска, причем частоты колебаний радиоимпульсов каждой пары смещают относительно друг друга на величину промежуточной частоты, первые радиоимпульсы каждой пары являются зондирующими, а вторые – гетеродинными, сформированные в ВЧ генераторе зондирующие радиоимпульсы каждой пары излучают в контролируемое пространство, принимают от находящейся в этом пространстве цели отраженные радиоимпульсы и смешивают их в смесителе с колебаниями ВЧ генератора во время формирования гетеродинных радиоимпульсов каждой пары, выделяют с последующей фильтрацией отраженные радиосигналы на промежуточной частоте, при этом частоты зондирующих и гетеродинных радиоимпульсов от такта к такту перестраивают изменением собственной частоты резонатора ВЧ генератора с сохранением в каждом такте разности частот радиоимпульсов равной промежуточной частоте.The solution to this problem is achieved by the proposed method of radar with carrier frequency tuning from pulse to pulse, which consists in the fact that a high-frequency (HF) generator is impacted by a sequence of paired trigger pulses with steep fronts, while forming coherent oscillations relative to the trigger pulses during each radio pulse, and the oscillation frequencies of the radio pulses of each pair are shifted relative to each other by the value of the intermediate frequency, the first radio pulses of each pair are probing, and the second are the local oscillator Probing radio pulses of each pair formed in the RF generator radiate into the controlled space, receive reflected radio pulses from the target located in this space and mix them in the mixer with oscillations of the RF generator during the formation of heterodyne radio pulses of each pair, select the reflected radio signals at an intermediate frequency with subsequent filtering, while the frequencies of the probing and heterodyne radio pulses are tuned from cycle to cycle by changing the natural frequency of the RF generator resonator with preservation in each cycle frequency difference of radio pulses equal to the intermediate frequency.

Получение наилучшего результата в умножении частоты достигается тем, что в способе радиолокации с перестройкой частоты от импульса к импульсу длительность фронта импульсов ударного воздействия выбирают такой, чтобы она равнялась половине периода колебаний ВЧ генератора, а амплитуда импульсов была не менее чем на порядок выше уровня собственных шумов ВЧ генератора.Obtaining the best result in frequency multiplication is achieved by the fact that in the method of radar with frequency tunability from pulse to pulse, the duration of the shock pulse front is chosen such that it is equal to half the oscillation period of the RF generator, and the amplitude of the pulses is at least an order of magnitude higher than the level of intrinsic noise of the RF generator.

Способ радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу поясняют следующие фигуры. The pulse-to-pulse hopping radar method is illustrated by the following figures.

На фигуре 1 приведена функциональная схема, поясняющая способ-прототип радиолокации с изменением несущей частоты от импульса к импульсу. На ней показаны: 1 – источник радиоимпульсов (ИРИ) фиксированной частоты; 2 – первый смеситель (См-1), осуществляющий прямое гетеродинирование; 3 – усилитель мощности (УМ); 4 – источник непрерывного сигнала с перестройкой частоты (ИПЧ); 5 – малошумящий усилитель (МШУ); 6 – второй смеситель (См-2), осуществляющий обратное гетеродинирование; 7 – ЧИУ промежуточной частоты. The figure 1 shows a functional diagram explaining the prototype method of radar with changing the carrier frequency from pulse to pulse. It shows: 1 - a source of radio pulses (RES) of a fixed frequency; 2 – the first mixer (Sm-1) performing direct heterodyning; 3 – power amplifier (PA); 4 - source of a continuous signal with frequency agility (FC); 5 – low noise amplifier (LNA); 6 – the second mixer (Sm-2) performing reverse heterodyning; 7 - CIA intermediate frequency.

На фигуре 2 приведены эпюры напряжения сигналов, поясняющие способ-прототип радиолокации с изменением несущей частоты от импульса к импульсу, где:The figure 2 shows signal voltage diagrams that explain the prototype method of radar with a change in carrier frequency from pulse to pulse, where:

«а» – радиоимпульсные сигналы фиксированной частоты ;" a " - radio pulse signals fixed frequency ;

«б» – перестраиваемый по частоте непрерывный гетеродинный сигнал с текущей частотой ;" b " - frequency-tunable continuous heterodyne signal with current frequency ;

«в» – излучаемые радиоимпульсные сигналы несущей частоты , полученные методом прямого гетеродинирования;" in " - emitted radio pulse signals carrier frequency , obtained by direct heterodyning;

«г» – отраженные сигналы несущей частоты ;" g " - reflected signals carrier frequency ;

«д» – отраженные сигналы промежуточной частоты , полученные методом возвратного гетеродинирования." d " - reflected signals intermediate frequency obtained by the reverse heterodyning method.

Предлагаемый способ радиолокации с изменением несущей частоты от импульса к импульсу поясняют следующие фигуры.The proposed method of radar with changing the carrier frequency from pulse to pulse is explained by the following figures.

На фигуре 3 приведена функциональная схема, поясняющая предлагаемый способ радиолокации с изменением несущей частоты от импульса к импульсу. На ней показаны: 1 – генератор импульсов ударного воздействия (ГИУВ) с крутым фронтом; 2 – ВЧ генератор (ВЧГ), выполненный с возможностью управления частотой; 3 – усилитель мощности (УМ); 4 – малошумящий усилитель (МШУ); 5 – смеситель (См); 6 – частотно-избирательное устройство (ЧИУ) промежуточной частоты.The figure 3 shows a functional diagram explaining the proposed method of radar with changing the carrier frequency from pulse to pulse. It shows: 1 - shock pulse generator (SIUV) with a steep front; 2 - RF generator (HFG), made with the possibility of frequency control; 3 – power amplifier (PA); 4 – low noise amplifier (LNA); 5 - mixer (cm); 6 – frequency-selective device (FSM) of intermediate frequency.

На фигуре 4 приведены эпюры напряжения сигналов, поясняющие предлагаемый способ радиолокации с изменением несущей частоты от импульса к импульсу, где:The figure 4 shows signal voltage diagrams explaining the proposed method of radar with a change in carrier frequency from pulse to pulse, where:

«а» – выходное напряжение генератора импульсов ударного воздействия;" a " - the output voltage of the pulse generator shock impact;

«б» – выходные колебания ВЧ генератора при формировании пар радиоимпульсов на первой и второй частотах соответственно;" b " - output fluctuations RF generator during the formation of pairs of radio pulses on the first and second frequencies, respectively;

«в» – колебания отраженных от цели радиоимпульсов;" in " - fluctuations radio pulses reflected from the target;

«г» – преобразованные колебания частоты на выходе смесителя;" g " - converted vibrations frequencies at the outlet of the mixer;

«д» – сигналы промежуточной частоты , полученные на выходе частотно-избирательное устройство ЧИУ. " d " - signals intermediate frequency obtained at the output of the frequency-selective device CIA.

Предлагаемый способ радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса импульсу и оптимальным приемом отраженных сигналов осуществляется следующим образом.The proposed radar method with carrier frequency tuning from pulse to pulse and optimal reception of reflected signals is carried out as follows.

На высокочастотный (ВЧГ) генератор (см. поз. 2 на фиг. 3) ударно воздействуют последовательностью парных импульсов запуска с крутыми фронтами (см. эпюру «а» на фиг. 4), которые сформированы в ГИУВ (см. поз. 1 на фиг. 3). При условии, что длительность фронта импульсов запуска приблизительно равна половине периода колебаний ВЧ генератора, а амплитуда импульсов не менее чем на порядок выше уровня собственных шумов ВЧ генератора, в нем наиболее эффективно возбуждаются, так называемые, ударные колебания на собственной частоте настройки резонатора ВЧ генератора (см. раздел 5.6. «Примерный порядок проектирования и расчета РПЧ», стр. 103–108, книги [7]). Ударные колебания в ВЧ генераторе навязывают начальную фазу [8] колебаний каждого радиоимпульса и обеспечивают их когерентность относительно частоты импульсов запуска [9, 10]. The high-frequency (HFG) generator (see item 2 in Fig. 3) is shocked a sequence of paired trigger pulses with steep fronts (see diagram " a " in Fig. 4), which are formed in the SIUV (see pos. 1 in Fig. 3). Provided that the duration of the front of the trigger pulses is approximately equal to half the oscillation period of the RF generator, and the amplitude of the pulses is not less than an order of magnitude higher than the level of the intrinsic noise of the RF generator, the so-called shock oscillations at the natural frequency of the RF generator resonator are most effectively excited in it (see Section 5.6. "Approximate procedure for designing and calculating the RFC", pp. 103–108, book [7]). Shock oscillations in the RF generator impose the initial phase [8] of the oscillations of each radio pulse and ensure their coherence with respect to frequency trigger pulses [9, 10].

При перестройке собственной частоты резонатора ВЧ генератора с частоты на частоту в процессе формирования первого и второго радиоимпульсов каждой пары обеспечивается получение когерентных колебаний радиоимпульсов на частотах соответственно и , кратных частоте импульсов запуска , где , – коэффициенты умножения частоты первого и второго радиоимпульсов (см. эпюру «б» на фиг. 4). Разность частот и выбирается равной промежуточной частоте путем выбора коэффициентов и умножения. When tuning the natural frequency of the resonator of the RF generator from the frequency per frequency in the process of formation of the first and second radio pulses of each pair, coherent oscillations are obtained radio pulses at frequencies, respectively And , multiples of the trigger pulse frequency , Where , are the frequency multiplication factors of the first and second radio pulses (see diagram " b " in Fig. 4). Frequency difference And is chosen equal to the intermediate frequency by choosing coefficients And multiplication.

Первые радиоимпульсы (зондирующие) каждой пары на частоте поступают на гетеродинный вход смесителя (см. поз. 5 на фиг. 3) и на вход усилителя мощности (см. поз. 3 на фиг. 3). С выхода последнего зондирующие радиоимпульсы далее через передающую антенну излучаются в контролируемое радиолокатором пространство в направлении цели. The first radio pulses (probing) of each pair at a frequency arrive at the heterodyne input of the mixer (see pos. 5 in Fig. 3) and at the input of the power amplifier (see pos. 3 in Fig. 3). From the output of the last sounding radio pulses further through the transmitting antenna emitted into the radar-controlled space in the direction of the target.

Отраженные от находящейся в контролируемом пространстве цели радиоимпульсы на частоте (см. эпюру «в» на фиг. 4) через приемную антенну и малошумящий усилитель МШУ (см. поз. 4 на фиг. 3) направляются в смеситель См (см. поз. 5 на фиг. 3), на гетеродинный вход которого поступают гетеродинные радиоимпульсы каждой пары, сформированные ВЧ генератором на частоте (см. эпюру «б» на фиг. 4). Далее с выхода смесителя См радиоимпульсы (см. эпюру «г» на фиг. 4) промежуточной частоты проходят через ЧИУ (см. поз. 6 на фиг. 3) в виде сигнала (см. эпюру «д» на фиг. 4). Амплитудно-частотная характеристика ЧИУ по полосе пропускания согласована со спектром принимаемых радиоимпульсов, чем обеспечивается их оптимальный прием. Radio pulses reflected from a target located in a controlled space at frequency (see diagram " c " in Fig. 4) through the receiving antenna and a low-noise LNA amplifier (see pos. 4 in Fig. 3) are sent to the mixer Сm (see pos. 5 in Fig. 3), the heterodyne input of which receives heterodyne radio pulses of each pair, generated by an RF generator at a frequency (see diagram " b " in Fig. 4). Further from the output of the mixer See radio pulses (see diagram " g " in Fig. 4) intermediate frequency pass through the CIA (see pos. 6 in Fig. 3) in the form of a signal (see diagram " e " in Fig. 4). CFD frequency response over bandwidth matched with the spectrum received radio pulses, which ensures their optimal reception.

От такта к такту формирования, излучения зондирующих и приема отраженных радиоимпульсов собственную частоту резонатора ВЧ генератора перестраивают при сохранении для каждого такта условия равенства разности частот и промежуточной частоте: . Этим достигается изменение несущей частоты зондирующих радиоимпульсов от импульса к импульсу и прием отраженных от цели радиосигналов на частоте излучения. Для уменьшения паразитного излучения в пространство целесообразно отключать усилитель мощности УМ в режиме «Прием», а в режиме «Передача» желательно отключение МШУ для исключения возможной его перегрузки.From cycle to cycle of formation, emission of probing and reception of reflected radio pulses, the natural frequency of the resonator of the RF generator is tuned while maintaining for each cycle the condition of equality of the frequency difference And intermediate frequency: . This achieves a change in the carrier frequency of the probing radio pulses from pulse to pulse and the reception of radio signals reflected from the target at the radiation frequency. To reduce spurious radiation into space, it is advisable to turn off the PA power amplifier in the "Receive" mode, and in the "Transmit" mode, it is desirable to turn off the LNA to eliminate its possible overload.

При практической реализации способа радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу ЧИУ может быть выполнено в виде полосно-пропускающего фильтра, полоса пропускания которого определяется длительностью зондирующего радиоимпульса (см. стр. 244, [11]): . In the practical implementation of the radar method with carrier frequency tunability from pulse to pulse, the CID can be made in the form of a bandpass filter, the bandwidth of which is determined by the duration of the probing radio pulse (see p. 244, [11]): .

Следует отметить, что для предлагаемого способа радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу жесткие требования к частотной стабильности реализующих его устройств в условиях действия дестабилизирующих факторов и старении не предъявляются.It should be noted that for the proposed method of radar with carrier frequency tuning from pulse to pulse, there are no strict requirements for the frequency stability of the devices implementing it under the action of destabilizing factors and aging.

Предлагаемый способ радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу позволяет по сравнению с прототипом:The proposed method of radar tunable carrier frequency from pulse to pulse allows in comparison with the prototype:

– поддерживать в эксплуатации равенство частот источника радиоимпульсов передатчика частоте настройки ЧИУ приемника;– maintain in operation the equality of the frequencies of the source of radio pulses of the transmitter to the tuning frequency of the CFD of the receiver;

– обеспечить оптимальный прием отраженного сигнала во всем диапазоне перестройки несущей частоты зондирующих радиоимпульсных сигналов;– to ensure optimal reception of the reflected signal in the entire range of tuning of the carrier frequency of probing radio pulse signals;

– снизить требования к ЧИУ по форме АЧХ и полосе пропускания;– to reduce the requirements for CFD in terms of frequency response and bandwidth;

– независимый выбор параметров длительности радиоимпульсов, времени задержки между зондирующим и гетеродинным радиоимпульсами, соответственно, расширить диапазон измеряемых дальностей (за счет расширения диапазона длительностей зондирующих радиоимпульсов) до цели, а также период повторения парных радиоимпульсов;– independent choice of parameters of the duration of radio pulses, the delay time between the probing and heterodyne radio pulses, respectively, to expand the range of measured ranges (by expanding the range of durations of the probing radio pulses) to the target, as well as the repetition period of paired radio pulses;

– формирование зондирующих и гетеродинных радиоимпульсов с помощью одного и того же устройства – ВЧ генератора, работающего в импульсном режиме, что снижает энергетические затраты и упрощает практическую реализацию данного способа, а также уменьшает уровень паразитных сигналов и наводок по цепям питания и управления;– the formation of probing and heterodyne radio pulses using the same device - an RF generator operating in a pulsed mode, which reduces energy costs and simplifies the practical implementation of this method, as well as reduces the level of spurious signals and interference in the power and control circuits;

– снизить требования к долговременной стабильности частотных параметров реализующих данный способ устройств.– reduce the requirements for long-term stability of the frequency parameters of the devices implementing this method.

Таким образом, предлагаемый способ радиолокации обладает существенными преимуществами перед прототипом и аналогами.Thus, the proposed method of radar has significant advantages over the prototype and analogues.

Claims (2)

1. Способ радиолокации с перестройкой несущей частоты от импульса к импульсу, заключающийся в том, что в контролируемое пространство излучают зондирующие радиоимпульсы, принимают от находящейся в этом пространстве цели отраженные радиоимпульсы, смешивают колебания отраженных радиоимпульсов с гетеродинными колебаниями высокочастотного (ВЧ) генератора в смесителе, затем выделяют на выходе смесителя с последующей фильтрацией отраженные радиоимпульсы на промежуточной частоте, отличающийся тем, что зондирующие и гетеродинные радиоимпульсы получают ударным воздействием на ВЧ генератор последовательностью парных импульсов запуска с крутыми фронтами, формируя при этом в ВЧ генераторе пары радиоимпульсов, в которых первые являются зондирующими, вторые – гетеродинными, а их колебания являются когерентными относительно импульсов запуска, их частоты смещают относительно друг друга на величину промежуточной частоты, причем частоты зондирующих и гетеродинных радиоимпульсов перестраивают от такта к такту изменением собственной частоты резонатора ВЧ генератора с сохранением разности частот радиоимпульсов в каждом такте, равной промежуточной частоте.1. A radar method with carrier frequency tunability from pulse to pulse, which consists in the fact that probing radio pulses are emitted into a controlled space, reflected radio pulses are received from a target located in this space, the oscillations of the reflected radio pulses are mixed with the heterodyne oscillations of a high-frequency (HF) generator in the mixer, then the reflected radio pulses are isolated at the mixer output, followed by filtering the reflected radio pulses at an intermediate frequency, characterized in that the probing and heterodyne radio pulses are received by a shock effect on the RF generator by a sequence of paired trigger pulses with steep fronts, while forming pairs of radio pulses in the RF generator, in which the first are probing, the second are heterodyne, and their oscillations are coherent with respect to the trigger pulses, their frequencies are shifted relative to each other by an intermediate frequency, and the frequencies of the probing and heterodyne radio pulses are tuned from clock to clock by changing the natural frequency of the RF generator resonator while maintaining the frequency difference of the radio pulses in each cycle, equal to the intermediate frequency. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что длительность фронта импульсов ударного воздействия выбирают такой, чтобы она равнялась половине периода колебаний ВЧ генератора, а амплитуда импульсов была не менее чем на порядок выше уровня собственных шумов ВЧ генератора.2. The method according to claim 1, characterized in that the duration of the front of the shock pulses is chosen such that it is equal to half the oscillation period of the RF generator, and the amplitude of the pulses is at least an order of magnitude higher than the level of intrinsic noise of the RF generator.
RU2023102275A 2023-02-02 Radiolocation method with carrier frequency tuning from pulse to pulse RU2799999C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2799999C1 true RU2799999C1 (en) 2023-07-14

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU307352A1 (en) * В. Ф. Борисов, О. И. Гуторов, Е. Д. Колтик , С. А. Кравченко HIGH FREQUENCY PHASOMETER
RU2234112C1 (en) * 2003-05-13 2004-08-10 Заренков Вячеслав Адамович Geophysical radar
RU2420859C2 (en) * 2009-09-02 2011-06-10 Юрий Сергеевич Иванченко Low-noise temperature-compensated quartz shock-excited oscillator
US8228968B2 (en) * 2002-10-17 2012-07-24 Alereon, Inc. Method and apparatus for generating RF waveforms having aggregate energy with desired spectral characteristics
RU2589746C1 (en) * 2015-02-25 2016-07-10 Учреждение науки "Инженерно-конструкторский центр сопровождения эксплуатации космической техники" (Учреждение науки ИКЦ СЭКТ) Apparatus for probing building structures
EP2680447B1 (en) * 2011-07-31 2017-09-06 Avago Technologies General IP (Singapore) Pte. Ltd. Discrete digital receiver

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU307352A1 (en) * В. Ф. Борисов, О. И. Гуторов, Е. Д. Колтик , С. А. Кравченко HIGH FREQUENCY PHASOMETER
US8228968B2 (en) * 2002-10-17 2012-07-24 Alereon, Inc. Method and apparatus for generating RF waveforms having aggregate energy with desired spectral characteristics
RU2234112C1 (en) * 2003-05-13 2004-08-10 Заренков Вячеслав Адамович Geophysical radar
RU2420859C2 (en) * 2009-09-02 2011-06-10 Юрий Сергеевич Иванченко Low-noise temperature-compensated quartz shock-excited oscillator
EP2680447B1 (en) * 2011-07-31 2017-09-06 Avago Technologies General IP (Singapore) Pte. Ltd. Discrete digital receiver
RU2589746C1 (en) * 2015-02-25 2016-07-10 Учреждение науки "Инженерно-конструкторский центр сопровождения эксплуатации космической техники" (Учреждение науки ИКЦ СЭКТ) Apparatus for probing building structures

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Соловьев Н.А. "Использование сигнала с синтезом спектра для построения дальностного портрета и инверсного синтеза апертуры", Москва, ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана", 2011, стр. 13. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11474198B2 (en) High probability of intercept radar detector
US10514441B2 (en) High probability of intercept radar detector
US4427982A (en) Radar clutter reduction by use of frequency-diverse, wideband pulse-compression waveforms
JP3021160B2 (en) Transmitter and receiver of pulse Doppler radar
RU2615996C1 (en) Super-wide band radar with active multi-frequency antenna array
US7215278B2 (en) Radar frequency hopping
RU2799999C1 (en) Radiolocation method with carrier frequency tuning from pulse to pulse
US4068235A (en) Frequency diversity radar system
RU2628526C1 (en) Radar location method with carrier frequency tuning from pulse to pulse
RU2413242C2 (en) Method of detecting single-loop parametric scatterers
RU2714510C1 (en) Radar ranging method with carrier frequency variation from pulse to pulse
RU2496241C2 (en) Jamming station
RU2803413C1 (en) Method of pulse-doppler radiolocation and device with autodyne transmitter for its implementation
RU2336634C1 (en) Device for transmission and reception of phase- and frequency-shift broadband signals for mobil objects equipped with radio burst control line locks
RU1840929C (en) Moving target selection device
RU30214U1 (en) Frequency detection and reproducing device
RU2475962C2 (en) Method to transfer and receive digital information in tropospheric communication lines
RU2772572C1 (en) Multipolarization interference transmitter with increased energy efficiency
RU2755518C1 (en) Radar station
RU2207714C2 (en) Pulse shf amplifier
RU2392704C1 (en) Method of increasing broadbandness of transceiving module of phased antenna array using signal generation through direct digital synthesis, and embodiments thereof
RU2608637C1 (en) Digital active phased antenna array
RU1841071C (en) Pulse compression radar
RU2037840C1 (en) Transmitting-receiving device
RU2115236C1 (en) Communication system with wide-band signals