RU2043642C1

RU2043642C1 - Radar transponder for object detection and identification system

Info

Publication number: RU2043642C1
Authority: RU
Inventors: А.А. Резнев; Н.Б. Бочкарев; И.Д. Задеренко
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью Радиотехническая компания "Комплексы и системы. Электроника"
Priority date: 1992-06-19
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 1995-09-10

Abstract

FIELD: radar engineering. SUBSTANCE: transponder has antenna 1, reflecting phase modulator 2, adder 3, phase separation multivibrator 4, sweep generator 5, individual-code generator 6. Reflecting phase modulator 2 is of unique design. EFFECT: improved design. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокации, а именно к устройствам формирования модулированного отраженного сигнала. The invention relates to radar, and in particular to devices for generating a modulated reflected signal.

Известно устройство, обеспечивающее модуляцию отраженного радиолокационного сигнала, позволяющее повысить надежность выделения сигнала радиолокационного ответчика на фоне отражений от различных местных предметов. Это устройство содержит параболический отражатель, в фокусе которого расположен рупорный облучатель с подключенным к нему отрезком волновода. Волновод оканчивается короткозамыкающей заглушкой. На расстоянии четверть длины волны облучающего колебания от короткозамыкателя в волновод установлен переключающий диод, к которому подключен выход генератора синусоидальных колебаний. Последний соединен с автономным источником питания. A device is known that provides modulation of the reflected radar signal, which improves the reliability of signal isolation of the radar transponder against reflections from various local objects. This device contains a parabolic reflector, in the focus of which is a horn feed with a segment of the waveguide connected to it. The waveguide ends with a shorting plug. At a distance of a quarter of the wavelength of the irradiating oscillations from the short circuit, a switching diode is installed in the waveguide, to which the output of the sine oscillator is connected. The latter is connected to an autonomous power source.

Попеременное воздействие напряжения разных знаков от генератора синусоидальных колебаний на диод приводит к тому, что он периодически открывается и закорачивает волновод. Отражение высокочастотных колебаний, распространяющихся по волноводу, происходит поочередно от диода или от стенки короткозамыкателя. Таким образом, отраженный от радиолокационного ответчика сигнал приобретает фазовую манипуляцию с частотой генератора синусоидальных колебаний. Это приводит к появлению в спектре отраженного сигналами боковых составляющих, отстоящих от частоты зондирующего сигнала на частоту генератора синусоидальных колебаний. Напротив приемник радиолокатора на боковую частоту, можно выделить сигнал радиолокационного ответчика и подавить отражения от местных предметов. Данный радиолокационный ответчик формирует отраженный сигнал, который надежно выделяется, но не дает возможности различать несколько ответчиков. The alternating action of voltage of different signs from the generator of sinusoidal oscillations on the diode leads to the fact that it periodically opens and shorts the waveguide. Reflection of high-frequency oscillations propagating along the waveguide occurs alternately from the diode or from the wall of the short circuit. Thus, the signal reflected from the radar transponder acquires phase shift keying with the frequency of the sine wave generator. This leads to the appearance in the spectrum of the side components reflected by the signals, which are separated from the frequency of the probing signal by the frequency of the sinusoidal oscillator. Opposite the radar receiver to the side frequency, you can select the signal of the radar transponder and suppress reflections from local objects. This radar transponder generates a reflected signal, which is reliably allocated, but does not make it possible to distinguish between several transponders.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является радиолокационный ответчик, описанный в патенте, который состоит из печатной полосковой антенны, к которой посредством полосковой линии подключен отражательный фазовый модулятор, представляющий собой последовательное соединение полоскового трансформатора сопротивлений, индуктивности и варикапа. К трансформатору сопротивлений подключен фильтр низкой частоты, состоящий из отрезка полосковой линии с высоким волновым сопротивлением и конструктивной емкости. К фильтру низкой частоты подключен выход сумматора, входы которого соединены с выходами генератора индивидуального кода ответчика и мультивибратора фазового разнесения. The closest in technical essence to the claimed one is the radar transponder described in the patent, which consists of a printed strip antenna, to which a reflective phase modulator is connected via a strip line, which is a series connection of a strip transformer of resistance, inductance and varicap. A low-pass filter is connected to the resistance transformer, consisting of a segment of a strip line with high wave resistance and structural capacity. An adder output is connected to the low-pass filter, the inputs of which are connected to the outputs of the individual responder code generator and the phase diversity multivibrator.

Зондирующий сигнал радиолокатора принимается антенной и через полосковую линию, трансформатор сопротивлений и индуктивность поступает на варикап. Напряжение смещения на варикап подается с выхода сумматора через фильтр низкой частоты. В зависимости от уровня напряжения смещения фаза отраженного высокочастотного сигнала изменяется, вследствии чего отраженный сигнал промодулирован индивидуальным кодом ответчика. Индивидуальный код ответчика представляет собой последовательность колебаний двух тональных частот, одна из которых соответствует передаче логического нуля, а другая логической единице. Напряжение индивидуального кода ответчика суммируется с сигналом мультивибратора фазового разнесения. Напряжение мультивибратора имеет два уровня, соответствующие начальным фазам отраженного сигнала 0^о и 90^о. Частота мультивибратора выбирается таким образом, что каждый информационный бит передается несколько раз с начальной фазой О^о и 90^о. В результате модулирующий сигнал на варикапе представляет собой четырехуровневое напряжение, а периодическое изменение начальной фазы отраженного сигнала на 90^о обеспечивает выделение индивидуального кода на выходе синхронного приемника радиолокатора независимо от фазы его гетеродина.The radar probe signal is received by the antenna and through the strip line, the resistance transformer and inductance is fed to the varicap. The bias voltage to the varicap is supplied from the output of the adder through a low-pass filter. Depending on the level of bias voltage, the phase of the reflected high-frequency signal changes, as a result of which the reflected signal is modulated by an individual transponder code. An individual responder code is a sequence of oscillations of two tonal frequencies, one of which corresponds to the transmission of a logical zero, and the other to a logical unit. The voltage of the individual responder code is added to the phase diversity multivibrator signal. The multivibrator voltage has two levels corresponding to the initial phases of the reflected signal 0 ^о and 90 ^о . The multivibrator frequency is selected in such a way that each information bit is transmitted several times with an initial phase of O ^about and 90 ^about . As a result, the modulation signal on the varicap represents a four-level voltage and the periodic change in the initial phase of the reflected signal 90 provides isolation ^of the individual code at the output of the synchronous radar receiver regardless of the phase of its local oscillator.

Данный радиолокационный ответчик является составной частью радиолокационной системы обнаружения и идентификации объектов. Зондирующий сигнал радиолокатора имеет спектральную плотность собственных шумов, спадающую как 1/f, где f частота отстройки от несущей радиолокатора. При непрерывной радиолокации часть зондирующего сигнала, вследствии конечного значения развязки трактов передачи и приема и отражений от местных предметов и подстилающей поверхности, неизбежно попадает на вход приемника. Таким образом, собственные шумы передатчика, складываясь с шумами приемника, ухудшают чувствительность последнего. Недостатком прототипа является то, что при тональном кодировании спектр информационных составляющих в отраженном сигнале сосредоточен в непосредственной близости от несущей частоты зондирующего колебания. Это вызывает наибольшее ухудшение чувствительности приемника из-за влияния собственных шумов передатчика, соответственно уменьшение дальности обнаружения и идентификации радиолокационного ответчика. This radar transponder is an integral part of the radar system for the detection and identification of objects. The probe radar signal has a spectral density of intrinsic noise, decreasing as 1 / f, where f is the frequency of detuning from the carrier of the radar. With continuous radar, part of the probe signal, due to the final isolation of the transmission and reception paths and reflections from local objects and the underlying surface, inevitably gets to the receiver input. Thus, the intrinsic noise of the transmitter, combined with the noise of the receiver, degrade the sensitivity of the latter. The disadvantage of the prototype is that when tonal coding, the spectrum of information components in the reflected signal is concentrated in close proximity to the carrier frequency of the probe oscillation. This causes the greatest deterioration in the sensitivity of the receiver due to the influence of the noise of the transmitter, respectively, reducing the detection range and identification of the radar transponder.

Целью изобретения является повышение чувствительности при одновременном увеличении дальности обнаружения и обеспечении идентификации радиолокационного ответчика. The aim of the invention is to increase the sensitivity while increasing the detection range and providing identification of the radar transponder.

Структурная схема радиолокационного ответчика показана на фиг. 1. Он состоит из антенны 1, к выходу которой подключен отражательный фазовый модулятор 2, соединенный с выходом сумматора 3. Один вход сумматора 3 соединен с выходом мультивибратора фазового разнесения 4, а другой с выходом генератора 5 с частотой модуляций. Вход ЧМ-генератора 5 подключен к выходу генератора индивидуального кода 6. Высокочастотная часть радиолокационного ответчика выполнена по гибриднопленочной технологии на единой диэлектрической подложке. На фиг. 1 пунктирной линией показана граница металлизации на оборотной стороне подложки. Антенна 1 подключена к отражательному модулятору посредством полосковой линии 7, содержащей плавный переход с симметричной линии антенны 1 на несимметричную линию модулятора 2. Модулятор состоит из четвертьволнового полоскового трансформатора сопротивлений 8, вход которого соединен с полосковой линией 7, а выход с верикапом 9. К входу трансформатора 8 подключен подстраиваемый, разомкнутый на конце полосковый шлейф 10, обеспечивающий в выходном сечении трансформатора 8 последовательный резонанс с емкостью варикапа 9 на частоте зондирующего сигнала. Последовательно с варикапом 9 включен четвертьволновый разомкнутый шлейф 11, который совместно с высокоомным участком полосковой линии 12 образует фильтр низкой частоты, развязывающий цепи зондирующего и модулирующего сигналов. Контактная площадка 13 служит для поключения выхода сумматора 3. Четвертьволновый короткозамкнутый шлейф 14 обеспечивает замыкание цепи тока модулирующего сигнала. A block diagram of a radar transponder is shown in FIG. 1. It consists of an antenna 1, to the output of which a reflective phase modulator 2 is connected, connected to the output of the adder 3. One input of the adder 3 is connected to the output of the phase diversity multivibrator 4, and the other to the output of the generator 5 with a modulation frequency. The input of the FM generator 5 is connected to the output of the individual code generator 6. The high-frequency part of the radar transponder is made using hybrid film technology on a single dielectric substrate. In FIG. 1, the dashed line shows the metallization boundary on the reverse side of the substrate. Antenna 1 is connected to the reflective modulator via a strip line 7 containing a smooth transition from the symmetric line of antenna 1 to the asymmetric line of modulator 2. The modulator consists of a quarter-wave strip resistance transformer 8, the input of which is connected to strip line 7, and the output with vericap 9. To the input transformer 8 is connected tunable, open at the end of the strip cable 10, providing in the output section of the transformer 8 serial resonance with the capacity of the varicap 9 at the probing frequency signal. In series with varicap 9, a quarter-wave open loop 11 is included, which together with the high-resistance section of the strip line 12 forms a low-pass filter that decouples the probing and modulating signal chains. The contact area 13 is used to connect the output of the adder 3. A quarter-wave short-circuited loop 14 provides the closure of the current circuit of the modulating signal.

Зондирующий сигнал радиолокатора принимается антенной 1 и поступает на отражательный фазовый модулятор 2, на который также подается модулирующий сигнал с выхода сумматора 3. Выходной сигнал сумматора 3 складывается из колебания ЧМ-генератора 5, модулированного сигналом индивидуального кода 6 и напряжения мультивибратора фазового разнесения 4, представляющего собой импульсы со скважностью два. Временные диаграммы модулирующего напряжения с выхода сумматора 3 и модуляционная характеристика отражательного фазового модулятора 2 показаны на фиг. 2. Из фиг. 2 следует, что начальная фаза отраженного от модулятора 2 сигнала периодически, с частотой мультивибратора фазового разнесения 4, меняется на 90^о.The radar probe signal is received by the antenna 1 and fed to the reflective phase modulator 2, which also receives a modulating signal from the output of the adder 3. The output signal of the adder 3 is composed of the oscillation of the FM generator 5, modulated by the individual code signal 6 and the voltage of the phase diversity multivibrator 4, representing pulses with a duty cycle of two. Timing diagrams of the modulating voltage from the output of the adder 3 and the modulation characteristic of the reflective phase modulator 2 are shown in FIG. 2. From FIG. 2 it follows that the initial phase of the signal reflected from the modulator 2 periodically, with a frequency of the phase diversity multivibrator 4, changes by 90 ^° .

На фиг. 3 показана векторная диаграмма, на которой U_г напряжение гетеродина когерентного приемника радиолокатора, U'_c и U''_c векторы отраженного полезного сигнала. Разность фаз между последними, вследствии работы мультивибратора фазового разнесения 4, равна 90^о. Выходной сигнал когерентного приемника пропорционален проекции вектора входного сигнала на вектор гетеродина. Из фиг. 3 видно, что при всех значениях фазы φ вызванных относительным перемещением радиолокатора и ответчика, проекция вектора входного сигнала не равна нулю.In FIG. Figure 3 shows a vector diagram in which U _g the local oscillator voltage of a coherent radar receiver, U ' _c and U'' _c are the reflected useful signal vectors. The phase difference between the latter, due to the operation of the phase diversity multivibrator 4, is 90 ^about . The output signal of the coherent receiver is proportional to the projection of the input signal vector onto the local oscillator vector. From FIG. Figure 3 shows that for all phase values φ caused by the relative movement of the radar and the transponder, the projection of the input signal vector is not equal to zero.

Вследствии фазовой модуляции зондирующего сигнала колебанием ЧМ-генератора 5, в спектре отраженного сигнала возникают боковые составляющие, несущие информацию об индивидуальном коде ответчика. Боковые составляющие отстоят от частоты зондирующего сигнала на значение несущей частоты генератора 5. Выбирая частоту ЧМ-генератора 5 в области, где, спадающие как 1/f, собственные шумы передатчика, становятся меньше приемника, можно реализовать наилучшую чувствительность последнего. Соответственно увеличить дальность обнаружения и идентификации радиолокационного ответчика. Due to the phase modulation of the probe signal by the oscillation of the FM generator 5, side components appear in the spectrum of the reflected signal, carrying information about the individual code of the transponder. The lateral components are separated from the frequency of the probing signal by the value of the carrier frequency of the generator 5. Choosing the frequency of the FM generator 5 in the region where, decreasing as 1 / f, the intrinsic noise of the transmitter become smaller than the receiver, you can realize the best sensitivity of the latter. Accordingly, increase the range of detection and identification of the radar transponder.

Claims

1. RADAR RESPONSE FOR SYSTEM DETECTION AND IDENTIFICATION OF OBJECTS, comprising an antenna connected to a reflective phase modulator, the second input of which is connected to the output of the adder, one input of which is connected to the output of the multivibrator phase diversity, and an individual code generator, characterized in that the input frequency a modulated generator, the output of which is connected to the second input of the adder, and the input with the output of the individual code generator.

2. The transponder according to claim 1, characterized in that the reflective phase modulator comprises a varicap, one pole of which is connected to the output of the quarter-wave strip resistance transformer, the input of which is connected to the strip line of the antenna, and the second pole to the quarter-wave open loop, to the input of the quarter-wave strip transformer of resistances a tunable open loop is connected, and a short-circuited quarter-wave loop is connected to its output, and a quarter-wave open loop is connected to a high-resistance plot strip line, which is the input of the reflective phase modulator.