RU2262716C2

RU2262716C2 - Method of radiolocation sounding and device for its realization

Info

Publication number: RU2262716C2
Application number: RU2003124286/09A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Опаленов (RU); Ю.В. Опаленов
Original assignee: Опаленов Юрий Васильевич
Priority date: 2003-08-06
Filing date: 2003-08-06
Publication date: 2005-10-20
Also published as: RU2003124286A

Abstract

FIELD: radiolocation.

SUBSTANCE: the proposed invention is related to the means of radar scanning the Earth surface and may be used in cartography, geodesy, radar photogrammetry, civil aircraft, coastal seafaring, river ship handling and in short range navigation. The technical result of the invention is increasing the power potential of a radar with a complex phase-modulated sounding signal. The essence of this invention consists in additional usage of a recepted input signal after its phase quantization by means of a parameter. Then this signal is used as the sounding signal.

EFFECT: essential simplification of hardware realization of the radars with the parametric principle of functioning and increasing their power potential.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к радиолокационным средствам обзора земной поверхности неконтактного исследования среды, и может быть использовано в картографии, геодезии, радиолокационной фотограмметрии, в гражданской авиации, в прибрежном мореплавании и в речном судовождении, в картосличительной навигации.The invention relates to the field of radar, in particular to radar means for surveying the earth's surface of non-contact environmental studies, and can be used in cartography, geodesy, radar photogrammetry, in civil aviation, in coastal navigation and river navigation, in map-matching navigation.

Известны способ радиолокационного зондирования и устройство для его осуществления, реализованные в [1 и 2]. Этот способ и устройство основаны на использовании параметрических генераторов для приема отраженного сигнала, и формирования зондирующего сигнала, модулированного по фазе.A known method of radar sensing and a device for its implementation, implemented in [1 and 2]. This method and device is based on the use of parametric generators for receiving a reflected signal, and the formation of a probing signal modulated in phase.

Недостатком указанных способа и устройств является сложность реализации развязки приемного параметрического генератора по опорному сигналу субгармоники, подаваемому на фазовый детектор.The disadvantage of these methods and devices is the difficulty of decoupling the receiving parametric generator by the reference signal of the subharmonic supplied to the phase detector.

Наиболее близким к заявленному техническим решением задачи радиолокационного зондирования, принятым в качестве прототипа, является способ и устройство радиолокационного зондирования, реализованные в [3]. Этот способ основан на формировании импульсного когерентного опорного сигнала, передний фронт которого совмещен по времени с моментом завершения режима фазирования приемного параметрона (параметрического генератора) и перехода его в режим устойчивой генерации. Работа устройства, реализующего этот способ радиолокационного зондирования, заключается в циклическом повторении последовательности режимов функционирования (см. Фиг.1): «A» - формирование зондирующего сигнала на передающем параметрическом генераторе, входящем в состав формирователя зондирующего сигнала и кодовой последовательности 4 и излучение его с помощью приемно-передающей антенны 6, «В» - пауза или холостой ход, «С» - фазирование приемного параметрического генератора 8 путем предосцилляционного интегрирования входного отраженного сигнала, поступающего от приемно-передающей антенны 6, «D» - устойчивая генерация приемного параметрона с навязанной фазой и регистрация фазовой информации для дальнейшей корреляционной обработки. Тактовое управление циклической работой устройства может осуществляться формированием квазикогерентных импульсных сигналов накачки подаваемых на параметроны 4 и 8 либо периодическим смещением по постоянному току рабочих точек параметрических диодов.Closest to the claimed technical solution to the problem of radar sounding, adopted as a prototype, is the method and device of radar sounding, implemented in [3]. This method is based on the formation of a pulsed coherent reference signal, the leading edge of which is aligned in time with the moment of completion of the phasing mode of the receiving parameter (parametric generator) and its transition to the stable generation mode. The operation of the device that implements this method of radar sensing, consists in cyclic repetition of the sequence of modes of operation (see Figure 1): "A" - the formation of the probing signal on the transmitting parametric generator, which is part of the probing signal shaper and code sequence 4 and emitting it with using the transmit-receive antenna 6, “B” - pause or idle, “C” - phasing of the receive parametric generator 8 by pre-oscillating integration of the input reflectively of the signal from the receiving-transmitting antenna 6, «D» - stable generation receiver parametron with the imposed phase register and phase information for further correlation processing. Clock control of the cyclic operation of the device can be carried out by the formation of quasicoherent pulsed pump signals supplied to parametrons 4 and 8 or by periodic DC bias of the operating points of the parametric diodes.

Устройство для осуществления этого способа представлено на фиг.1. Штриховыми линиями выделены блоки прототипа, которые исключены из состава в заявленном изобретении. Прототип устройства содержит генератор сигнала накачки 1, делители мощности сигнала накачки 2 и 3, формирователь зондирующего сигнала и опорной кодовой последовательности 4, циркуляторы 5 и 7, приемно-передающую антенну 6, параметрический генератор 8, амплитудный модулятор 9, фазовый детектор 10, формирователь опорного сигнала на частоте субгармоники 11 и коррелятор 12, причем, выход генератора накачки 1 соединен с входом делителя мощности 2, первый выход которого соединен с входом делителя мощности 3, а второй выход делителя мощности 2 соединен с входом формирователя опорного сигнала на частоте субгармоники 11, первый выход делителя мощности 3 соединен с входом формирователя 4, а второй выход соединен с входом амплитудного модулятора 9, первый выход формирователя 4 соединен с первым входом циркулятора 5, второй выход формирователя 4 соединен со вторым входом коррелятора 12, второй выход-вход циркулятора 5 соединен с антенной 6, третий выход циркулятора 5 соединен с первым входом циркулятора 7, второй вход-выход циркулятора 7 соединен с первым входом-выходом параметрического генератора 8, второй вход параметрического генератора 8 соединен с выходом амплитудного модулятора 9, третий выход циркулятора 7 соединен с первым входом фазового детектора 10, второй вход фазового детектора соединен с выходом формирователя 11, выход фазового детектора соединен со вторым входом коррелятора 12, выход коррелятора является выходом устройства.A device for implementing this method is presented in figure 1. Dashed lines indicate the blocks of the prototype, which are excluded from the composition of the claimed invention. The prototype device includes a pump signal generator 1, power dividers of the pump signal 2 and 3, a shaper of the probe signal and a reference code sequence 4, circulators 5 and 7, a transmit-receive antenna 6, a parametric generator 8, an amplitude modulator 9, a phase detector 10, a reference driver the signal at the frequency of the subharmonic 11 and the correlator 12, moreover, the output of the pump generator 1 is connected to the input of the power divider 2, the first output of which is connected to the input of the power divider 3, and the second output of the power divider 2 is connected to the input of the driver of the reference signal at the frequency of the subharmonic 11, the first output of the power splitter 3 is connected to the input of the driver 4, and the second output is connected to the input of the amplitude modulator 9, the first output of the driver 4 is connected to the first input of the circulator 5, the second output of the driver 4 is connected to the second input of the correlator 12, the second output-input of the circulator 5 is connected to the antenna 6, the third output of the circulator 5 is connected to the first input of the circulator 7, the second input-output of the circulator 7 is connected to the first input-output of the parametric generator 8, the second input of the parametric generator 8 is connected to the output of the amplitude modulator 9, the third output of the circulator 7 is connected to the first input of the phase detector 10, the second input of the phase detector is connected to the output of the shaper 11, the output of the phase detector is connected to the second input of the correlator 12, the output of the correlator is the output of the device.

Недостатком указанных способа и устройства является четырехтактный принцип работы, препятствующий уменьшению скважности зондирующего сигнала, необходимой для повышения энергетического потенциала РЛС, и низкая надежность в безотказной работе по причине аппаратной сложности.The disadvantage of these methods and devices is the four-stroke principle of operation, which prevents the reduction of the duty cycle of the probe signal necessary to increase the energy potential of the radar, and low reliability in trouble-free operation due to hardware complexity.

Целью настоящего изобретения является повышение энергетического потенциала и надежности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе 1) цикл работы содержит четыре такта (излучение, пауза, фазирование и регистрация), 2) зондирующий сигнал и регистрируемый сигнал формируются в индивидуальных блоках, 3) корреляционная обработка регистрируемого сигнала осуществляется с использованием опорной кодовой последовательности, модулирующей зондирующий сигнал, согласно изобретению 1) цикл работы содержит три такта, причем такты излучения и регистрации совмещены по времени, 2) формирование зондирующего и регистрация принятого сигналов осуществляется в одном блоке и одновременно, т.е. зондирующий сигнал одновременно является регистрируемым сигналом, а выходная фазовая информация выполняет функцию опорной кодовой последовательности, 3) корреляционная обработка выходной информации заменена автокорреляционной обработкой.The aim of the present invention is to increase the energy potential and reliability of the device. This goal is achieved by the fact that in the known method 1) the operation cycle contains four clock cycles (radiation, pause, phasing and registration), 2) the probe signal and the recorded signal are formed in individual units, 3) the correlation processing of the recorded signal is carried out using the reference code sequence modulating the sounding signal, according to the invention 1) the operation cycle contains three clock cycles, the radiation and registration clocks being combined in time, 2) the formation of the sounding and registration is accepted th signal is performed in one unit and simultaneously, i.e., the probe signal is simultaneously a registered signal, and the output phase information performs the function of a reference code sequence, 3) the correlation processing of the output information is replaced by autocorrelation processing.

Новым в предложенном способе по сравнению с прототипом является 1) сокращение числа тактов в цикле с четырех до трех совмещением тактов зондирования и регистрации, 2) принудительная псевдослучайная фазовая модуляция зондирующего сигнала кодовой последовательностью заменена случайной фазовой модуляцией квантованным входным шумовым сигналом, 3) корреляционная обработка выходной информации, предполагающая использование специально формируемой кодовой последовательности, заменена на автокорреляционную обработку.New in the proposed method in comparison with the prototype is 1) a reduction in the number of clock cycles in a cycle from four to three combining probe and recording clocks, 2) a forced pseudo-random phase modulation of the probe signal with a code sequence replaced by random phase modulation with a quantized input noise signal, 3) output correlation processing information involving the use of a specially generated code sequence has been replaced by autocorrelation processing.

Поставленная цель достигается также тем, что в известном устройстве синтеза радиолокационного зондирования (см. фиг.1), содержащем генератор сигнала накачки 1, делители мощности сигнала накачки 2 и 3, формирователь зондирующего сигнала и опорной кодовой последовательности 4, циркуляторы 5 и 7, приемно-передающую антенну 6, параметрический генератор 8, амплитудный модулятор 9, фазовый детектор 10, формирователь опорного сигнала на частоте субгармоники 11 и коррелятор 12, причем выход генератора накачки 1 соединен с входом делителя мощности 2, первый выход которого соединен с входом делителя мощности 3, а второй выход делителя мощности 2 соединен с входом формирователя опорного сигнала на частоте субгармоники 11, первый выход делителя мощности 3 соединен с входом формирователя 4, а второй выход соединен с входом амплитудного модулятора 9, первый выход формирователя 4 соединен с первым входом циркулятора 5, второй выход формирователя 4 соединен со вторым входом коррелятора 12, второй выход-вход циркулятора 5 соединен с антенной 6, третий выход циркулятора 5 соединен с первым входом циркулятора 7, второй вход-выход циркулятора 7 соединен с первым входом-выходом параметрического генератора 8, второй вход параметрического генератора 8 соединен с выходом амплитудного модулятора 9, третий выход циркулятора 7 соединен с первым входом фазового детектора 10, второй вход фазового детектора соединен с выходом формирователя 11, выход фазового детектора соединен со вторым входом коррелятора 12, выход коррелятора является выходом устройства, согласно изобретению исключены делитель мощности сигнала накачки 3, формирователь зондирующего сигнала и опорной кодовой последовательности 4, циркуляторы 5 и 7 и введен делитель мощности сигнала субгармоники 13, причем выход делителя мощности 2 соединен с входом амплитудного модулятора 9, первый вход-выход делителя мощности субгармоники 12 соединен с антенной, второй вход-выход делителя 12 соединен с первым входом параметрического генератора 8, выход делителя мощности 13 соединен с первым входом фазового детектора 10.This goal is also achieved by the fact that in the known device for the synthesis of radar sensing (see Fig. 1), comprising a pump signal generator 1, power dividers of the pump signal 2 and 3, a shaper of the probe signal and the reference code sequence 4, circulators 5 and 7, the receiving a transmitting antenna 6, a parametric generator 8, an amplitude modulator 9, a phase detector 10, a driver of the reference signal at a subharmonic frequency 11 and a correlator 12, the output of the pump generator 1 being connected to the input of the power divider 2, first the first output of which is connected to the input of the power splitter 3, and the second output of the power splitter 2 is connected to the input of the driver of the reference signal at the subharmonic frequency 11, the first output of the power splitter 3 is connected to the input of the shaper 4, and the second output is connected to the input of the amplitude modulator 9, the first output the shaper 4 is connected to the first input of the circulator 5, the second output of the shaper 4 is connected to the second input of the correlator 12, the second output-input of the circulator 5 is connected to the antenna 6, the third output of the circulator 5 is connected to the first input of the circulator 7, the second input-output of the circulator 7 is connected to the first input-output of the parametric generator 8, the second input of the parametric generator 8 is connected to the output of the amplitude modulator 9, the third output of the circulator 7 is connected to the first input of the phase detector 10, the second input of the phase detector is connected to the output shaper 11, the output of the phase detector is connected to the second input of the correlator 12, the output of the correlator is the output of the device, according to the invention, the power divider of the pump signal 3, the shaper of the probe signal of the channel and the reference code sequence 4, circulators 5 and 7, and a sub-harmonic signal power divider 13 is introduced, the output of the power divider 2 being connected to the input of the amplitude modulator 9, the first input-output of the sub-harmonic power divider 12 being connected to the antenna, and the second input-output of the divider 12 with the first input of the parametric generator 8, the output of the power divider 13 is connected to the first input of the phase detector 10.

Новым в предложенном устройстве по сравнению с прототипом является (сравни фиг.1 и фиг.2) исключение из состава устройства делителя мощности сигнала накачки 3, формирователя зондирующего сигнала и опорной кодовой последовательности 4 и циркуляторов 5 и 7 и введение в состав устройства делителя мощности сигнала субгармоники 13.New in the proposed device in comparison with the prototype is (compare figure 1 and figure 2) the exclusion from the structure of the device power divider pump signal 3, the shaper of the probing signal and the reference code sequence 4 and circulators 5 and 7 and the introduction of the device power divider signal subharmonics 13.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что в известном способе радиолокационного зондирования излучаемый сигнал формируют независимо от регистрируемого сигнала, а корреляционная обработка предполагает использование кодовой последовательности, формируемой для модуляции зондирующего сигнала.The essence of the proposed method lies in the fact that in the known method of radar sensing, the emitted signal is generated independently of the recorded signal, and the correlation processing involves the use of a code sequence generated to modulate the probe signal.

Однако такой способ реализует четырехтактный цикл и лимитирует минимальную скважность.However, this method implements a four-cycle cycle and limits the minimum duty cycle.

В настоящей заявке цикл сокращен до трех тактов, что повышает энергетический потенциал РЛС, а исключение из состава устройства активного блока формирования зондирующего сигнала и опорной кодовой последовательности 4 упрощает схему и повышает надежность работы устройства.In this application, the cycle is reduced to three cycles, which increases the energy potential of the radar, and the exclusion from the structure of the device of the active unit for the formation of the probe signal and the reference code sequence 4 simplifies the circuit and increases the reliability of the device.

Сущность предлагаемого устройства состоит в двухцелевом использовании приемного параметрического генератора, что позволило исключить формирователь зондирующего сигнала и опорной кодовой последовательности 4.The essence of the proposed device is the dual-purpose use of a receiving parametric generator, which eliminated the probing signal shaper and the reference code sequence 4.

Предлагаемый способ синтеза радиолокационного изображения включает следующую последовательность операций: а) фазируют параметрический генератор входным сигналом, представляющим собой аддитивную смесь собственного и внешнего шумов и суперпозиции отраженных сигналов со случайными начальными фазами, пришедшими с разных дальностей, б) мощность колебаний параметрического генератора, фазированного входным сигналом, разветвляют на два канала. По одному каналу сигнал канализируют в антенну для излучения, по другому каналу сигнал синхронно детектируют с использованием квазикогерентной импульсной последовательности, формируемой только во время излучения, в) детектированный сигнал подают на коррелятор в качестве входного и в качестве опорного, а результат автокорреляции выдают на выход устройства.The proposed method for synthesizing a radar image includes the following sequence of operations: a) the parametric generator is phased by an input signal, which is an additive mixture of intrinsic and external noise and a superposition of reflected signals with random initial phases arriving from different ranges, b) the oscillation power of a parametric generator phased by the input signal branch into two channels. Through one channel, the signal is channelized into an antenna for radiation, through another channel, the signal is synchronously detected using a quasicoherent pulse sequence generated only during radiation, c) the detected signal is fed to the correlator as input and as a reference, and the result of autocorrelation is output to the output of the device .

Устройство радиолокационного зондирования работает следующим образом: генератор накачки 1, работающий в непрерывном режиме, выдает высокостабильный сигнал на частоте накачки. Мощность сигнала накачки делят. Часть мощности сигнала накачки подают на импульсный делитель частоты (параметрический генератор) 11 и часть мощности направляют на амплитудный модулятор 9. В открытом состоянии модулятор пропускает колебания на частоте накачки к параметрическому генератору 8. Под воздействием этих колебаний параметрический генератор начинает «раскачиваться» на частоте субгармоники, при этом фаза сигналу на частоте субгармоники навязывается входным шумоподобным сигналом, вносимым в колебательный контур параметрического генератора 8 из антенны 6 через делитель мощности 13. Параметрические колебания нарастают по амплитуде и через некоторое время генерация становится устойчивой и не зависящей от фазирующего входного сигнала. Начиная с момента завершения переходного режима и установления устойчивых колебаний, сформированный параметрическим генератором сигнал излучают через цепь делитель мощности 13 - антенна, а часть мощности, снимаемой с делителя 13, подают на фазовый детектор 10. В качестве опорного сигнала используют сигнал субгармоники, формируемый блоком 11 в моменты устойчивой генерации параметрона 8. Детектированный сигнал с выхода блока 10 подают на информационный и опорный входы коррелятора 12. В закрытом состоянии модулятора 9 излучения и приема нет. Устройство периодически меняет режим работы: предосцилляционное интегрирование - излучение и прием - пауза.The radar sensing device operates as follows: the pump generator 1, operating in continuous mode, produces a highly stable signal at the pump frequency. The power of the pump signal is divided. Part of the power of the pump signal is fed to a pulsed frequency divider (parametric generator) 11 and part of the power is directed to amplitude modulator 9. In the open state, the modulator transmits oscillations at the pump frequency to parametric generator 8. Under the influence of these oscillations, the parametric generator begins to “swing” at the subharmonic frequency in this case, the phase of the signal at the subharmonic frequency is imposed by an input noise-like signal introduced into the oscillatory circuit of the parametric generator 8 from the antenna 6 through power divider 13. Parametric oscillations increase in amplitude and after some time the generation becomes stable and independent of the phasing input signal. Starting from the moment of completion of the transition mode and the establishment of stable oscillations, the signal generated by the parametric generator is emitted through the power divider 13 — the antenna, and part of the power taken from the divider 13 is supplied to the phase detector 10. As a reference signal, a subharmonic signal generated by block 11 is used at the moments of stable generation of parameter 8. The detected signal from the output of block 10 is fed to the information and reference inputs of the correlator 12. In the closed state of the modulator 9, there is no radiation or reception. The device periodically changes the operating mode: pre-oscillatory integration - radiation and reception - pause.

На фиг.2 приведена структурная схема заявленного устройства радиолокационного зондирования.Figure 2 shows the structural diagram of the claimed device radar sensing.

При реализации предлагаемого способа и устройства радиолокационного зондирвания устанавливается устройство фиг.1 (прототип). Из устройства извлекаются блоки 3, 4, 5, 7. Вводят в состав установки делитель мощности сигнала частоты накачки (пассивный элемент) и соединяют блоки в соответствии с фиг. 2.When implementing the proposed method and device for radar sensing, the device of figure 1 (prototype) is installed. Units 3, 4, 5, 7 are extracted from the device. The power divider of the pump frequency signal (passive element) is introduced into the installation and the blocks are connected in accordance with FIG. 2.

Технический результат использования предложенного способа и устройства по сравнению с прототипом состоит в том, что при тех же числовых значениях временных интервалов режимов интегрирования, генереции, приема и паузы период повторения уменьшается более чем на 25%. Это позволяет повысить потенциал РЛС либо при сохранении потенциала повысить скорость радиолокационного обзора, что может быть использовано в радиолокаторах наземного, воздушного, морского и космического базирования широкого профиля применения.The technical result of using the proposed method and device compared to the prototype is that with the same numerical values of the time intervals of the modes of integration, generation, reception and pause, the repetition period is reduced by more than 25%. This allows you to increase the radar potential or, while maintaining the potential, increase the speed of radar surveillance, which can be used in ground, air, sea and space-based radars with a wide range of applications.

ЛитератураLiterature

1. Авторское свидетельство № 233901, заявка № 3114231, приоритет изобретения 7 мая 1985 г.1. Copyright certificate No. 233901, application No. 3114231, priority of invention on May 7, 1985

2. Авторское свидетельство № 322280, заявка № 4522873, приоритет изобретения 16 ноября 1989 г.2. Copyright certificate No. 322280, application No. 4522873, priority of the invention November 16, 1989

3. Опаленов Ю.В. Фазированная антенная решетка на КВЧ компараторах в геофизических измерительных комплексах дистанционного зондирования // Антенны, выпуск 03-04(70-71), 2003. Стр.73-77.3. Opalenov Yu.V. Phased antenna array on EHF comparators in geophysical measuring complexes of remote sensing // Antennas, issue 03-04 (70-71), 2003. Pages 73-77.

4. Кнорре К.Г., Тузов В.М., Шур Г.И. Фазовые и частотные информационные СВЧ элементы. - М.: Сов. радио, 1975. 352 с.4. Knorre K.G., Tuzov V.M., Shur G.I. Phase and frequency information microwave elements. - M .: Owls. Radio, 1975.352 s.

5. Комолов В.П., Трофименко И.Т. Квантование фазы при обнаружении радиосигналов. - М.: Сов. радио, 1976. 224 с.5. Komolov V.P., Trofimenko I.T. Phase quantization when detecting radio signals. - M .: Owls. Radio, 1976. 224 p.

Claims

1. The method of radar sensing, which consists in the fact that a complex sounding signal is formed from a coherent pulse sequence filled with vibrations at the carrier frequency by pulse modulation of the phase of the carrier frequency according to the law specified by the reference code sequence, and the reception of reflected signals is carried out in the intervals between the probe pulses by quantizing the input signal in phase at the carrier frequency, the quantized signal is coherently detected and the detection results correlate with the reference th sequence, wherein the quantized phase at the carrier frequency input signal is used as a sounding signal, and the quantized coherent detected signal is further used as a reference sequence.

2. A radar sensing device comprising a pump signal generator (1), a pump signal power divider (2), a transmit-receive antenna (6), a parametric generator (8), an amplitude modulator (9), a phase detector (10), a reference driver the signal at the subharmonic frequency (11), the correlator (12), and the output of the pump generator (1) is connected to the input of the power divider (2), the second output of which is connected to the input of the driver of the reference signal at the frequency of the subharmonic (11), with the output of which is connected the second phase detector input, WTO the input of the parametric generator (8) is connected to the output of the amplitude modulator (9), the correlator output is the output of the device, characterized in that a sub-harmonic signal power divider (13) is introduced, the first output of the power divider (2) connected to the input of the amplitude modulator (9) ), the first input-output of the subharmonic power splitter (13) is connected to the transmit-receive antenna (6), the second input-output of the subharmonic signal power splitter (13) is connected to the first input of the parametric generator (8), the output of the subg signal power divider rmoniki (13) connected to the first input of the phase detector, the detected signal output from the phase detector (10) is fed to an information and a reference input of the correlator.