RU2449305C1

RU2449305C1 - Time-frequency coded radio-pulse signal monopulse interogator receiver

Info

Publication number: RU2449305C1
Application number: RU2010151097/08A
Authority: RU
Original assignee: Михайлов Альберт Александрович
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2012-04-27

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: device has two receiving channels, integral and differential, consisting of an input filter, a high frequency amplifier, a mixer whose second input is connected to a heterodyne, an intermediate frequency log amplifier and a limiter, as well as a subtractor circuit, a phase detector, where the output of the limiter of the integral channel is connected to series-connected intermediate frequency filter, detector, video amplifier, threshold device and switch, where the number of such connections is defined by the number of code frequencies of the frequency-time coded radio-pulse response signal, and signals from threshold devices is fed to the inputs of switches, control inputs of which are connected to the output of the subtractor circuit.

EFFECT: obtaining information when there are several carrier-frequencies and the information is embedded in the sequence order of frequencies, their values and pulse delay of frequency-time coded response signals relative the first signal.

2 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокационной технике, в частности к радиолокации с активным ответом, которая применяется для управления воздушным движением, опознавания, измерения расстояний в навигационных системах.The invention relates to radar technology, in particular to radar with an active response, which is used for air traffic control, recognition, measurement of distances in navigation systems.

Для определения азимутального положения самолета в современных запросчиках управления воздушным движением (УВД) широко используется моноимпульсный метод, основанный на соответствующей обработке ответных сигналов (ОС) от ответчика, установленного на борту самолета.To determine the azimuthal position of the aircraft in modern air traffic control (ATC) interrogators, the monopulse method is widely used, based on the corresponding processing of response signals (OS) from the transponder installed on board the aircraft.

Моноимпульсный метод позволяет определить азимут самолета по единственному импульсу последовательности импульсов ОС, поэтому может быть получена высокая точность за счет статистической обработки всех импульсов ОС.The single-pulse method allows you to determine the azimuth of the aircraft from a single pulse of the sequence of pulses of the OS, therefore, high accuracy can be obtained due to the statistical processing of all pulses of the OS.

Все известные моноимпульсные приемники принимают ОС с импульсно-временным кодированием (ИВК), т.е. импульсы ОС излучаются на одной частоте (в УВД это 1090 МГц). Информация (высота полета, запас горючего и т.д.) заложена в определенной последовательности импульсов, а информация о несущей частоте не требуется.All known monopulse receivers accept OS with pulse-time coding (CPI), i.e. OS pulses are emitted at the same frequency (in ATC it is 1090 MHz). Information (flight altitude, fuel reserve, etc.) is embedded in a certain sequence of pulses, and information about the carrier frequency is not required.

Целью данного изобретения является создание моноимпульсного приемника ОС с частотно-временным кодированием (ЧВК), при котором число несущих частот может быть несколько, в простейшем случае две, и информация заложена в порядке следования частот, их значениях и задержке импульсов ОС с ЧВК относительно первого.The aim of this invention is the creation of a single-pulse OS receiver with time-frequency coding (PMC), in which the number of carrier frequencies can be several, in the simplest case, two, and the information is laid in the order of frequencies, their values and the delay of the pulses of the OS with PMI relative to the first.

Приемник радиоимпульсных сигналов с частотно-временным кодированием обычно выполняется по схеме «ШОУ» - широкополосное усиление - ограничение - узкополосная фильтрация. Поскольку сигнал ограничивается, то на выходе информация об амплитуде сигнала отсутствует. Поэтому другой целью изобретения является сохранение информации об амплитуде радиоимпульсных сигналов с ЧВК, что требуется для решения различных проблем радиолокации с активным ответом, например, для работы схем эхоподавления, разделения наложившихся ОС от разных самолетов, регенерации импульсов по длительности и др.The receiver of radio-pulse signals with time-frequency coding is usually performed according to the scheme "SHOW" - broadband amplification - limitation - narrow-band filtering. Since the signal is limited, there is no information on the amplitude of the signal at the output. Therefore, another objective of the invention is the preservation of information about the amplitude of radio-pulse signals from PMCs, which is required to solve various problems of radar with an active response, for example, to operate echo cancellation schemes, to separate superimposed OS from different aircraft, to regenerate pulses by duration, etc.

За прототип принята схема моноимпульсного приемника, изображенная на фиг.1 (взятая из статьи G.Jacovitti, Performance Analysis of Monopulse Receivers for SSR, 1983 г., журнал IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, AES, 6 (Nov.1983), 884-897). Теоретические аспекты разобраны, например, в «Теоретических основах радиолокации» Ширман Я.Д., 1970 г. «Сов. Радио», стр.301-306.The prototype is a monopulse receiver circuit shown in FIG. 1 (taken from an article by G. Jacovitti, Performance Analysis of Monopulse Receivers for SSR, 1983, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, AES, 6 (Nov.1983), 884-897). Theoretical aspects are examined, for example, in the “Theoretical Foundations of Radar”, Shirman Y.D., 1970, “Sov. Radio ”, pp. 301-306.

Прием ОС с ИВК осуществляется следующим образом.Reception of OS with CPI is as follows.

Входные сигналы, обозначенные как ∑ (суммарный) и Δ (разностный), поступают на входы каналов, состоящих из фильтров 1, 2, усилителей высокой частоты (УВЧ) 3, 4, смесителей 5,6, на вторые входы которых поступает напряжение гетеродина 7, с выходов смесителей 5,6 сигналы промежуточной частоты, одинаковой в обоих каналах (∑ и Δ), поступают на входы логарифмических усилителей промежуточной частоты (УПЧ) 8, 9.Input signals, designated as ∑ (total) and Δ (differential), are fed to the inputs of channels consisting of filters 1, 2, high-frequency amplifiers (UHF) 3, 4, mixers 5.6, to the second inputs of which the local oscillator voltage 7 , from the outputs of the mixers 5.6, the signals of the intermediate frequency, the same in both channels (∑ and Δ), are fed to the inputs of the logarithmic amplifiers of the intermediate frequency (UPCH) 8, 9.

Логарифмический УПЧ может быть выполнен на интегральной схеме фирмы Analog Devices типа AD8309, у которой есть логарифмический видеовыход и есть выход на промежуточной частоте, причем с ограничителем, что особенно удобно, т.к. с одной стороны ограничитель выравнивает сигналы для фазового детектора, с другой используется для реализации частотной селекции в упомянутой схеме «ШОУ».Logarithmic frequency converter can be performed on an analog circuit of Analog Devices type AD8309, which has a logarithmic video output and has an output at an intermediate frequency, moreover with a limiter, which is especially convenient, because on the one hand, the limiter equalizes the signals for the phase detector; on the other hand, it is used to implement frequency selection in the mentioned SHOW scheme.

После усиления в УПЧ 8, 9 сигналы промежуточной частоты поступают на входы ограничителей 10, 11, где происходит выравнивание по амплитуде сигналов обоих каналов (∑ и Δ), и затем они поступают на входы фазового детектора 13, который может быть выполнен на интегральной схеме К174ПС1, и в котором определяется знак отклонения самолета от оси запросчика (слева или справа) (+ или -). Кроме того, в схеме вычитания 12 (которая может быть выполнена на интегральной схеме 744УД2) определяется величина (U_∑-U_Δ), что соответствует удалению самолета от запросчика, после определения в процессоре модуля |(U_∑-U_Δ)|. Оба сигнала (U_∑-U_Δ) и (+, -) передаются в процессор (вычислитель) запросчика, где окончательно определяются координаты самолета и передаются на дисплеи к операторам управления воздушным движением. Кроме этого может быть осуществлено подавление ОС принятых по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны (ПБЛ ДНА), для чего устанавливается ключ 14, управляемый сигналом (U_∑-U_Δ), если сигнал отрицательный, то ключ разомкнут, если положительный, то ключ замкнут и ОС с ИВК проходит к дешифратору ОС с ИВК.After amplification in the amplifier 8, 9, the intermediate frequency signals are fed to the inputs of the limiters 10, 11, where the signals of both channels (∑ and Δ) are aligned in amplitude, and then they are fed to the inputs of the phase detector 13, which can be performed on the K174PS1 integrated circuit , and in which the sign of the deviation of the aircraft from the axis of the interrogator is determined (left or right) (+ or -). In addition, in the subtraction scheme 12 (which can be performed on the integrated circuit 744UD2), the quantity (U _∑ -U _Δ ) is determined, which corresponds to the distance of the aircraft from the interrogator, after determining the module | (U _∑ -U _Δ ) | in the processor. Both signals (U _∑ -U _Δ ) and (+, -) are transmitted to the processor (calculator) of the interrogator, where the coordinates of the aircraft are finally determined and transmitted to the displays to the air traffic control operators. In addition, the OS can be suppressed taken from the side lobes of the antenna pattern (PBL bottom), which sets the key 14, controlled by the signal (U _∑ -U _Δ ), if the signal is negative, then the key is open, if positive, then the key is closed and OS with CPI passes to the decoder OS with CPI.

На фиг.2 приведена предлагаемая схема моноимпульсного приемника запросчика радиоимпульсных ОС с ЧВК (например, на двух частотах ƒ₁ и ƒ₂). Также как и в прототипе ОС по каналам Σ и Δ, пройдя входные фильтры 1,2, УВЧ 3,4 поступают на смесители 5,6, где преобразуются в сигналы промежуточных частот ƒ_пр1 и ƒ_пр2 с помощью гетеродина 7 и далее усиливаются в УПЧ 8,9 и поступают на входы ограничителей 10, 11. С выходов ограничителей 10, 11 сигналы поступают на входы фазового детектора 13. На выходе фазового детектора 13 появляются импульсы или положительной (+) или отрицательной (-) полярности. Поскольку фазовый детектор достаточно широкополосен, то обе частоты и ƒ_пр1 и ƒ_пр2 вызовут появление соответствующих импульсов (или оба положительные, или оба отрицательные). В отличие от прототипа к выходу ограничителя 10 (канала Σ) подключены фильтры промежуточных частот 15, 16, после которых сигналы поступают на входы детекторов 17, 18, усиливаются в видеоусилителях 19, 20 и поступают на входы пороговых устройств 21, 22, после которых установлены ключи 23, 24, на вторые входы которых поступают видеосигналы с видеовыхода УПЧ 8.Figure 2 shows the proposed scheme of a single-pulse receiver of the interrogator of radio-pulse OS with PMCs (for example, at two frequencies ƒ ₁ and ƒ ₂ ). As in the OS prototype, through the channels Σ and Δ, after passing the input filters 1.2, the UHF 3.4 are fed to the mixers 5.6, where they are converted into intermediate frequency signals ƒ _pr1 and ƒ _pr2 using the local oscillator 7 and then amplified in the IF 8.9 and go to the inputs of the limiters 10, 11. From the outputs of the limiters 10, 11, the signals go to the inputs of the phase detector 13. At the output of the phase detector 13, pulses of either positive (+) or negative (-) polarity appear. Since the phase detector is sufficiently broadband, both frequencies and ƒ _pr1 and ƒ _pr2 will cause the appearance of the corresponding pulses (either both positive or both negative). In contrast to the prototype, the intermediate frequency filters 15, 16 are connected to the output of the limiter 10 (channel Σ), after which the signals are fed to the inputs of the detectors 17, 18, amplified in video amplifiers 19, 20, and fed to the inputs of threshold devices 21, 22, after which they are installed keys 23, 24, to the second inputs of which video signals from the video output of the UPCH 8 are received.

Видеосигналы пропускаются на выходы ключей 23, 24 в том случае, если на первых входах будут импульсы с выходов пороговых устройств 21,22. Таким образом, на выходах ключей 23, 24 имеем импульсы с сохранением информации об амплитуде и частоте (ƒ_пр1 и ƒ_пр2), так как для каждой частоты имеется особый выход.Video signals are passed to the outputs of the keys 23, 24 in the event that at the first inputs there will be pulses from the outputs of the threshold devices 21,22. Thus, at the outputs of the keys 23, 24 we have pulses with storing information about the amplitude and frequency (ƒ _pr1 and ƒ _pr2 ), since there is a special output for each frequency.

На выходе фазового детектора 13 имеем информацию о знаке на импульсах обеих частот (ƒ_пр1 и ƒ_пр2).At the output of the phase detector 13, we have information about the sign on the pulses of both frequencies (ƒ _pr1 and ƒ _pr2 ).

На выходе схемы вычитания соответственно имеем значение (U_∑-U_Δ) и тоже на обеих частотах.At the output of the subtraction circuit, we accordingly have the value (U _∑ -U _Δ ) and also at both frequencies.

На выходах пороговых устройств 21 и 22 имеются откалиброванные по амплитуде и длительности импульсы, которые соответствуют обеим частотам (ƒ_пр1 и ƒ_пр2) и передаются в дешифратор ЧВК запросчика для извлечения информации, заложенной в ОС с ЧВК через ключи 25, 26, управляемых от схемы вычитания 12 для реализации ПБЛ ДНА для ОС с ЧВК, аналогично работе ключа 14 прототипа, но на двух частотах в данном случае, соответственно двух выходах к дешифратору ОС с ЧВК.At the outputs of threshold devices 21 and 22, there are pulses calibrated in amplitude and duration that correspond to both frequencies (ƒ _pr1 and ƒ _pr2 ) and are transmitted to the requestor PMC decoder to extract information stored in the OS with PMCs through keys 25, 26 controlled from the circuit subtracting 12 for the implementation of the DND PBL for the OS with PMC, similar to the key 14 of the prototype, but at two frequencies in this case, respectively, two outputs to the OS decoder with PMC.

Таким образом, достигаются цели изобретения, а именно реализуется моноимпульсный прием ОС с ЧВК и передается информация об амплитуде и частоте импульсов ОС с ЧВК на выходы приемника для дальнейшей обработки.Thus, the objectives of the invention are achieved, namely, the single-pulse reception of the OS with PMC is realized and information about the amplitude and frequency of the pulses of the OS from the PMC is transmitted to the outputs of the receiver for further processing.

Claims

Monopulse receiver of the interrogator of radio-pulse response signals with time-frequency coding, consisting of two reception channels, total (∑) and difference (Δ), consisting of a series-connected input filter, high-frequency amplifier, mixer, to the second input of which a local oscillator, a logarithmic amplifier are connected intermediate frequency, to the output of which a limiter is connected at an intermediate frequency, the outputs of the limiters are connected to the inputs of the phase detector, and to the video output of a logarithmic amplifier a key and a subtraction circuit, the second input of which is connected to the video output of the logarithmic amplifier of the intermediate frequency of the differential (Δ) channel, and the output of the subtraction circuit is connected to the control input of the key, the output of which is the output to the response signal decoder, different in that a series-connected intermediate-frequency filter, a detector, a video amplifier, a threshold device, and a key are connected to the output of the limiter of the total (∑) channel, the second input of which connected to the video output of the logarithmic intermediate frequency amplifier of the total (∑) channel, the number of such connections is determined by the number of code frequencies of the radio-pulse response signal with time-frequency coding, in addition, signals from threshold devices are fed to the key inputs, the control inputs of which are connected to the output of the subtraction circuit, the key outputs are outputs to the decoder of the response signals.