RU25797U1 - Шумовой радиолокатор - Google Patents

Abstract

Шумовой радиолокатор, содержащий генератор шума, направленный ответвитель, излучающую антенну, последовательно соединенные друг с другом, приемную антенну, сумматор, первый вход которого соединен с выходом приемной антенны, анализатор спектра, вход которого подключен к выходу сумматора, и регистрирующее устройство, причем второй вход сумматора связан через аттенюатор с боковым плечом направленного ответвителя, отличающийся тем, что в него введен аналого-цифровой преобразователь звукового диапазона частот и процессор быстрого преобразования Фурье, при этом вход аналого-цифрового преобразователя соединен с видеовыходом анализатора спектра, выход - со входом процессора быстрого преобразования Фурье, а выход последнего - со входом регистрирующего устройства.

Description

2002109998

lilMIIiiiinUllillii

zoo г , ,, ™jH Ml

Шумовой радиолокатор.

Изобретение относится к радиолокации, а более точно, к радиолокации широкополосным шумовым зондирующим сигналом.

Известен шумовой радиолокатор 1. Он содержит передающую и приёмную антенны, генератор непрерывного шумового сигнала, преобразователь полосы рабочих частот вниз по спектру, корреляционный приёмник, процессор и регистрирующее устройство.

Основным недостатком этого локатора является реализация корреляционного приёмника, который должен вычислять взаимную корреляционную функцию отраженного от цели, принятого шумового сигнала и опорного сигнала, ответвляемого из ВЧ тракта с выхода генератора шума. В соответствии с этим приёмник имеет один вход для опорного сигнала, другой - для сигнала, пришедшего от приёмной антенны, управляемую перестраиваемую линию задержки в канале опорного сигнала, выход которой связан с одним из входов перемножающего устройства, на другой вход которого постз ает сигнал от приёмной антенны, и интегрирующее устройство. Линия задержки выполнена в цифровом виде, как это делается для узкополосных сигналов, но для этого требуется быстродействующий аналагово-цифровой преобразователь. Так для шумового сигнала всего в 250МГц (что обеспечивает разрешение по дальности около 0,5м) в 1 использовался аналагово-цифровой преобразователь со скоростью оцифровки от 500МГц. Для разрешения в единицы сантиметров необходимая скорость оцифровки возрастает до 8ГГц.

Известен также шумовой радиолокатор, предложенный в работе 2, при реализации которого удаётся избежать, затруднений, связанных с созданием управляемой задержки, и который наиболее близок к заявляемому устройству.

Шумовой радиолокатор со спектральной обработкой сигнала, предложенный в работе 2, наиболее предпочтителен для локации неподвижных и медленно движущихся целей. Для определения дальности и радиальной скорости объекта он содержит генератор непрерывного шумового сигнала, сумматор, направленный ответвитель, излучающую антенну, последовательно соединённые с другом, приёмную антенну, сумматор, первый вход которого соединён с выходом приёмной антенны, и последовательно соединённые высокочастотный и низкочастотный анализаторы спектра и регистрирующее устройство, причём вход высокочастотного анализатора спектра соединён с выходом сумматора, второй вход которого связан через аттенюатор с боковым плечом направленного ответвителя.

то при сложении отражённого от объекта и опорного сигналов в сумматоре происходит их некогерентная интерференция, сопровождающаяся возникновением периодической неравномерности в спектре суммарного сигнала с периодом Af. Она однозначно определяет расстояние до объекта: L с/2А1 Поскольку анализ спектра широкополосного шумового сигнала производится последовательно в результате его развёртки во времени, то на видео выходе высокочастотного анализатора спектра формируется новый, но низкочастотный временной сигнал, который содержит полезную информацию о дальности до объекта и о скорости развёртки.

Этот временной сигнал подаётся на вход низкочастотного анализатора спектра, рабочий диапазон которого определяется как расстоянием до цели, так и скоростью развёртки дисплея высокочастотного анализатора спектра.

При этом новая частота Q, содержащая информацию о дальности до цели, в спектре низкочастотного сигнала определяется скоростью развёртки по частоте первого анализатора спектра S AF/т (где, т - время развёртки) и периодом неравномерности Af простым соотношением: Q S/Af. Определив ft, однозначно можно определить расстояние по формуле:

L cQ/2S.(1)

Вычисление дальности до цели по формуле (1) производится в регистрирующем устройстве - вычислителе.

Неточность определения расстояния можно найти по формуле:

А L (с/2Afz)dAf (c/2Af) dAf/Af(2)

но так как Af S/Q, то dAf/Af dv/v + da/a

и, следовательно:

AL/L dAf/Af dv/v + da/a(3),

Таким образом, относительная неточность определения расстояния зависит от неточности определения частоты развёртки dv/v высокочастотного анализатора спектра и от неточности определения частоты da/a низкочастотным анализатором спектра.

Разрешающая способность по дальности такого радиолокатора определяется шириной спектра генерируемого непрерывного щумового сигнала. Однако реализовать это предельное разрешение можно только, когда ширина 2oi 28/лАР 2vAF/ AF спектральной линии около центральной частоты а стремится к О, т.е. когда стремится к О частота v развёртки высокочастотного анализатора спектра.

Таким образом, точность определения расстояння и разрешающая способность такого радиолокатора определяются скоростью развёртки высокочастотного анализатора при последовательном анализе спектра и шириной спектральной лнннн гетероднна низкочастотного

;l : oe3:)S 2

анализатора спектра, и всегда хуже предельно возможного, определяемого шириной AF спектра шумового сигнала. При этом, чем медленнее скорость развёртки, тем лучше точность и разрешение, так как ширина 2а спектральной линии при вторичном анализе спектра низкочастотным анализатором спектра становится уже. Но в то же время сушественно возрастает и время последовательного анализа сигнала, что является ограничиваюпщм фактором при анализе скорости цели.

В предлагаемом изобретении решается задача существенного улучшения точности онределения расстояния до объекта и разрешения, что достигается путём анализа сигнала с видео выхода высокочастотного анализатора спектра с помощью цифровой обработки.

В этом случае можно, используя быстрое преобразование Фурье, даже при большой частоте развёртки, выбирая оптимальное время анализа сигнала, получить предельно возможное разрешение по дальности, не достижимое в прототипе даже при сушественно более медленной развёртке, а также существенно улучшить точность определения расстояния до объекта, что дополнительно обуславливается исключением влняния гетеродина низкочастотного анализатора спектра.

Для этого в шумовой радиолокатор, содержапщй генератор шума, направленный ответвитель, излучаюшую антенну, последовательно соединённые друг с другом, приёмную антенну, сумматор, первый вход которого соединён с выходом приёмной антенны, анализатор спектра, вход которого подключён к выходу сумматора и регистрируюшее устройство, причём второй вход сумматора связан через атгенюатор с боковым плечом направленного ответвителя, введены аналогово-цифровой преобразователь звукового диапазона частот и процессор быстрого преобразования Фурье, при этом вход аналогово-цифрового преобразователя соединён с видео выходом анализатора спектра, выход - со входом процессора быстрого преобразования Фурье, а выход последнего - со входом регистрирующего устройства,.

Изобретение поясняется фиг. 1 - фиг.4.

На фиг.1 приведена блок-схема предложенного радиолокатора.

На фиг.2 приведен спектр сигнала на выходе низкочастотного анализатора спектра в прототипе при частоте развёртки 14Гц высокочастотного анализатора спектра. На фиг.З приведен спектр того же сигнала на выходе процессора быстрого преобразования Фурье предлагаемого устройства при времени накопления 0,25сек при той же развёртке высокочастотного анализатора. На фиг.4 приведен спектр того же сигнала на выходе процессора быстрого преобразования Фурье . предлагаемого устройства при времени накопления 0,9сек при той же развёртке высокочастотного анализатора.

Блок-схема предлагаемого шумового радиолокатора представлена на фиг.1. Он содержит генератор 1 широкополосного шумового сигнала, направленный ответвитель 2, излучающую антенну 3, последовательно соединённые друг с другом, приёмную антенну 4, сумматор 5, высокочастотный анализатор спектра 6, аналогово-цифровой преобразователь 7 звукового диапазона частот, процессор 8 быстрого преобразования Фурье и регистрирующее устройство 9, последовательно соединённые друг с другом. Вход опорного сигнала сумматора 5 соединён через аттенюатор 10 с плечом направленного ответвителя 2. Регистрирующее устройство представляет собой вычислитель с дисплеем.

Радиолокатор работает следующим образом. Широкополосный непрерывный шумовой сигнал СВЧ диапазона с выхода генератора 1 поступает на вход направленного ответвителя 2. Основная часть его после ответвителя поступает на вход излучающей антенны 3 и излучается в сторону цели. Малая часть ответвляется в боковое плечо, через переменный аттенюатор 10 поступает на вход сумматора 5 и служит опорным сигналом для некогерентного сложения с ним сигнала, поступающего на второй вход сумматора 5 от приёмной антенны 4 после отражения от цели 11. С выхода сумматора 5 сигнал поступает на вход высокочастотного анализатора спектра 6 суммарного сигнала. Наблюдение суммарного сигнала на экране анализатора спектра 6 показывает, что он имеет периодическую неравномерность, период которой определяется расстоянием до цели 11.

Для определения частоты Q с видео выхода высокочастотного анализатора 6 этот сигнал поступает на вход аналогово-цифрового преобразователя 7, с выхода которого сигнал, преобразованный в последовательность цифр, поступает на вход процессора быстрого преобразования Фурье 8 с выводом сигнала и результатов его обработки на дисплей. Процессор обеспечивает быстрое вычисление спектра сигнала, причём в зависимости от времени накопления сигнала характер информативной части спектра сигнала существенным образом изменяется. На фиг.2 представлен спектр сигнала на выходе низкочастотного анализатора спектра в прототипе при частоте развёртки 14Гц высокочастотного анализатора спектра при локации неподвижной одиночной цели на расстоянии 9м щумовым радиолокатором 8мм диапазона волн с шириной спектра 250МГц.

Этот спектр наблюдался на низкочастотном анализаторе спектра в прототипе при той же частоте (v 1/т) развёртки высокочастотного анализатора спектра 6 в течение времени, по крайней мере, (10 - 15)т - (по принципу действия анализатора спектра). На фиг.З представлен спектр сигнала на выходе процессора 8 быстрого преобразования Фурье предлагаемого устройства при длительности анализа того же сигнала.

;U)

равной 0,25сек (т.е. 3,5t). Сравнение спектров, представленных на фиг.2 и фиг.З, даёт ясное представление о том, насколько лучше можно разрешить две соседние спектральные линии в случае фиг.З. Ешё более существенное сужение информативной спектральной линии (и, следовательно, улучшение разрешения и точности определения дальности) можно получить, если несколько увеличить время анализа. Для подтверждения сказанного на фиг.4 представлен спектр того же сигнала на выходе процессора быстрого преобразования Фурье предлагаемого устройства при времени анализа 0,9сек (т.е. 12,8г), Как видно из фиг.4, пшрокая спектральная линия на частоте П 169Гц, ширина которой равнялась двойной частоте развёртки (2v 28Гц), превратилась в узкую спектральную линию, ширина которой не более 2Гц. Частота развёртки представлена в спектре в виде узких боковых составляющих около несущей на расстоянии, равном частоте v развёртки, и в несколько раз меньше её по амплитуде. Эти боковые частоты могут быть исключены из рассмотрения путём последующей математической обработки спектра, обеспечивающей их вычитание.

Таким образом, при оптимальном выборе времени наблюдения (накопления) суммарного сигнала спектральная составляющая спектра, несущая информацию о дальности, имеет ширину существенно меньшую, чем двойная частота развёртки. Это, в свою очередь, обеспечивает и большую точность определения расстояния до цели и лучшую разрешающую способность радиолокатора.

После нахождения спектра сигнала процедура определения расстояния до цели производится по формуле (1) в регистрирующем устройстве 9 вычислителе, на вход которого поступает информация с выхода процессора быстрого преобразования Фурье о частоте П и частоте развёртки (v 1/г) анализатора спектра 6 при, заданной пшрине ДР спектра непрерывного шумового сигнала.

Разрешение по дальности такого радиолокатора может быть сделано практически равным теоретическому пределу, так как при цифровой обработке исключается влияние гетеродина низкочастотного анализатора на щирину линии на частоте Q и существенно уменьшается её ширина при оптимальном выборе времени накопления.

Список использованных источников.

1. MOlimeter wave noise radar Technology MSMW98 Symposimn Proceedings., Kharkov, Ukraine, September 15-17,1998.

Claims (1)

1. Шумовой радиолокатор, содержащий генератор шума, направленный ответвитель, излучающую антенну, последовательно соединенные друг с другом, приемную антенну, сумматор, первый вход которого соединен с выходом приемной антенны, анализатор спектра, вход которого подключен к выходу сумматора, и регистрирующее устройство, причем второй вход сумматора связан через аттенюатор с боковым плечом направленного ответвителя, отличающийся тем, что в него введен аналого-цифровой преобразователь звукового диапазона частот и процессор быстрого преобразования Фурье, при этом вход аналого-цифрового преобразователя соединен с видеовыходом анализатора спектра, выход - со входом процессора быстрого преобразования Фурье, а выход последнего - со входом регистрирующего устройства.