RU2608637C1 - Digital active phased antenna array - Google Patents
Digital active phased antenna array Download PDFInfo
- Publication number
- RU2608637C1 RU2608637C1 RU2015135970A RU2015135970A RU2608637C1 RU 2608637 C1 RU2608637 C1 RU 2608637C1 RU 2015135970 A RU2015135970 A RU 2015135970A RU 2015135970 A RU2015135970 A RU 2015135970A RU 2608637 C1 RU2608637 C1 RU 2608637C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- ppm
- fpga
- inputs
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к радиолокации, в частности к устройству цифровой активной фазированной антенной решетки (ЦАФАР), работающей в составе импульсно-доплеровской бортовой радиолокационной станции (БРЛС). Изобретение может быть использовано в ЦАФАР для повышения разрешения по дальности, и одновременного расширения диапазона однозначного измерения доплеровского сдвига частоты.The present invention relates to radar, in particular to a device for a digital active phased antenna array (CAFAR), operating as part of a pulse-Doppler airborne radar station (radar). The invention can be used in CAFAR to increase resolution in range, and at the same time expand the range of unambiguous measurement of Doppler frequency shift.
В настоящее время в БРЛС в качестве антенны все чаще используют ЦАФАР, где осуществляется распределенное генерирование, распределенный прием и обработка принятых сигналов. Использование ЦАФАР повышает возможности БРЛС по получению информации о нескольких разнесенных по углу целях, по подавлению активных помех, позволяет решать многофункциональные задачи на базе одной БРЛС. Одним из требований к современным антеннам является возможность формирования множества различных приемных диаграмм, что определяет ее структуру с использованием цифровой пространственной обработки принятого сигнала.Currently, radars are increasingly using the CAFAR as an antenna, where distributed generation, distributed reception and processing of received signals are carried out. The use of CAFAR enhances the capabilities of radar systems to obtain information on several angularly spaced targets, to suppress active interference, and allows to solve multifunctional tasks based on one radar station. One of the requirements for modern antennas is the ability to form many different receiving diagrams, which determines its structure using digital spatial processing of the received signal.
Современная БРЛС может работать в разных режимах, при этом требуется адаптация используемого зондирующего сигнала под конкретную ситуацию и задачу. Во многих случаях в БРЛС необходимо обеспечить высокое разрешение по дальности, составляющее единицы метров и менее. Такое разрешение реализуется в БРЛС бокового обзора, в радиовысотомерах, в системах распознавания целей и т.д. При этом используются сигналы с шириной спектра более 100 МГц. При цифровой обработке столь широкополосных сигналов необходимо задавать высокую частоту дискретизации, что приводит к большому объему данных и высокой трудоемкости их обработки.Modern radar can operate in different modes, while adapting the used probing signal to a specific situation and task is required. In many cases, in radar it is necessary to provide a high resolution in range of units of meters or less. Such resolution is implemented in side-view radars, in radio altimeters, in target recognition systems, etc. In this case, signals with a spectrum width of more than 100 MHz are used. When digitally processing such wideband signals, it is necessary to set a high sampling frequency, which leads to a large amount of data and the high complexity of their processing.
Для снижения ширины спектра обрабатываемых сигналов и частоты их дискретизации обычно используют сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) и их обработку со снятием ЛЧМ в смесителе приемника.To reduce the spectrum width of the processed signals and their sampling frequency, linear frequency modulation (LFM) signals and their processing with removal of the LFM in the receiver mixer are usually used.
Известными БРЛС такого типа являются радиовысотомеры, использующие непрерывные сигналы с ЛЧМ (ЧМ-радиовысотомеры). Например, в [4] на с. 268 описан ЧМ-радиовысотомер с авторегулировкой параметров модуляции. В нем используется непрерывный сигнал с периодической пилообразной ЧМ с девиацией частоты 120 МГц, реализуется разрешение сигнала по дальности 1,3 м. При этом ширина спектра дальномерных частот не превышает 10 кГц, что позволяет использовать цифровую обработку с частотой дискретизации 20 кГц. Точность измерения высоты над ровной поверхностью в следящем режиме составляет 0,3 м. Недостатком таких систем является необходимость использования двух разнесенных антенн, приемной и передающей. Это увеличивает габариты и снижает максимальную дальность работы (обычно не более 5 км) из-за конечной развязки между антеннами. Кроме того, в таких системах нет обзора пространства и когерентной обработки пачки импульсов для обеспечения режима синтезирования апертуры.Known radars of this type are radio altimeters using continuous signals with chirp (FM radio altimeters). For example, in [4] on p. 268 describes an FM radio altimeter with automatic adjustment of modulation parameters. It uses a continuous signal with a periodic sawtooth FM with a frequency deviation of 120 MHz, a signal resolution over a range of 1.3 m is implemented. In this case, the spectrum width of the rangefinder frequencies does not exceed 10 kHz, which allows the use of digital processing with a sampling frequency of 20 kHz. The accuracy of measuring height above a flat surface in the tracking mode is 0.3 m. The disadvantage of such systems is the need to use two spaced antennas, a receiving and a transmitting one. This increases the size and reduces the maximum operating range (usually no more than 5 km) due to the final isolation between the antennas. In addition, in such systems there is no review of space and coherent processing of a burst of pulses to ensure the aperture synthesis mode.
Известна БРЛС бокового обзора «Шмель» разработки ОАО «УПКБ «Деталь» [5]. В ней используется периодический сигнал с пилообразной ЧМ и когерентная обработка пачки импульсов. При ширине спектра сигнала 120 МГц и длительности пачки до 3 с реализуется линейное разрешение по дальности и по азимуту 1,3*1,3 м. Недостатками такой системы при сравнении с заявляемой ЦАФАР является необходимость использования двух разнесенных антенн, приемной и передающей. Это увеличивает габариты и ограничивает максимальную дальность работы до 10 км. Кроме того, в системе отсутствует режим сканирования, возможен только боковой обзор местности.Known radar side view "Bumblebee" developed by JSC "UPKB" Detail "[5]. It uses a periodic signal with a sawtooth FM and coherent processing of a burst of pulses. With a signal spectrum width of 120 MHz and a burst duration of up to 3 s, linear resolution in range and azimuth of 1.3 * 1.3 m is realized.The drawbacks of such a system when compared with the claimed CAFAR are the need to use two spaced antennas, receiving and transmitting. This increases the size and limits the maximum operating range to 10 km. In addition, the system does not have a scanning mode, only a side view of the terrain is possible.
Известны импульсно-доплеровские РЛС, использующие непрерывный ЛЧМ-сигнал и электронное сканирование в широком секторе углов [6, 7]. Высокое разрешение по дальности обеспечивается большой девиацией частоты. В режиме приема используется фазированная антенная решетка, формирующая множество приемных диаграмм направленности. Недостатком таких систем является необходимость применения отдельной передающей антенны, что увеличивает габариты, ограничивает максимальную дальность работы.Known pulse-Doppler radars using a continuous chirp signal and electronic scanning in a wide sector of angles [6, 7]. High range resolution is ensured by large frequency deviation. In receive mode, a phased array is used, which forms a plurality of receiving radiation patterns. The disadvantage of such systems is the need to use a separate transmitting antenna, which increases the size, limits the maximum range.
Известны РЛС, использующие импульсные зондирующие сигналы с ЛЧМ и корреляционно-фильтровую обработку принятых сигналов с обобщенным гетеродинированием [2], с. 133. Гетеродин формирует колебание с ЛЧМ, которое снимает модуляцию сигнала в смесителе приемника (полностью или частично). Это сужает спектр принятого сигнала и позволяет снизить частоту дискретизации при цифровой обработке сигнала. Импульсный режим работы позволяет отказаться от применения двух разнесенных антенн, что снижает ее габариты системы. При этом дальность работы ограничивается только энергетическим потенциалом БРЛС. Однако в указанной публикации не описано применение таких сигналов и способ их обработки в ЦАФАР.Radars are known that use pulsed probing signals with LFM and correlation-filter processing of received signals with generalized heterodyning [2], p. 133. The local oscillator generates an oscillation with LFM, which removes the modulation of the signal in the mixer of the receiver (in whole or in part). This narrows the spectrum of the received signal and reduces the sampling frequency during digital signal processing. The pulse mode of operation allows you to abandon the use of two spaced antennas, which reduces its dimensions of the system. Moreover, the range is limited only by the energy potential of the radar. However, the publication does not describe the use of such signals and the method of their processing in CAFAR.
Дополнительным недостатком перечисленных выше систем является отсутствие возможности работы с удвоенной частотой повторения импульсов. Это ограничивает диапазон однозначно измеряемых доплеровских сдвигов частоты и затрудняет работу БРЛС при высокой скорости полета носителя.An additional disadvantage of the above systems is the inability to work with doubled pulse repetition rate. This limits the range of unambiguously measured Doppler frequency shifts and complicates the operation of radar systems at high carrier flight speeds.
Известна цифровая активная фазированная антенная решетка [1], блок-схема которой показана на Фиг. 2, используемая в качестве прототипа. Ее работа выполняется следующим образом.A digital active phased antenna array [1] is known, the block diagram of which is shown in FIG. 2 used as a prototype. Her work is carried out as follows.
Перед началом работы центральный процессор 7 через второй вход-выход по шине управления задает значения параметров режима работы ЦАФАР. При этом устанавливается частота колебаний первого когерентного гетеродина 1 (гетеродин передатчика) и второго когерентного гетеродина 2 (гетеродин приемника). В синхронизатор 3 передаются значения длительности зондирующих импульсов и периода их повторения. В программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС) 10-n каждого приемо-передающего модуля (ППМ) 8-n передаются значения амплитуды и начальной фазы сигнала, необходимые для формирования передающей диаграммы направленности (ДН) антенны, а также частота сигнала квадратурного генератора прямого цифрового синтеза (КГПС) 20-n и параметры внутриимпульсной модуляции зондирующего импульса. Эти параметры через третий вход-выход ПЛИС 10-n передаются в КГПС 20-n. В ПЛИС 10-n передаются параметры настройки преселекторов, в соответствии с которыми ПЛИС вырабатывает сигналы управления и передает их на вход 2 преселектора 13-n. В ПЛИС 10-n передаются также параметры приемного строба и частоты дискретизации, которые используются для управления работой аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 18-n.Before starting work, the
При этом первый когерентный гетеродин 1 формирует сигнал гетеродина передатчика с частотой , а второй когерентный гетеродин 2 формирует сигнал гетеродина приемника с частотой , которые поступают на входы коммутатора 4. Синхронизатор 3 формирует на третьем выходе последовательность тактовых импульсов. Через делитель мощности 6 эта последовательность импульсов поступает на первые входы КГПС 20-n и ПЛИС 10-n. Она же поступает на третьи входы когерентных гетеродинов 1 и 2. При этом все сигналы и гетеродин формируются от одной последовательности импульсов, стабилизированной кварцевым резонатором, что обеспечивает пространственную и временную когерентность ЦАФАР. В ПЛИС 10-n последовательность импульсов, поступающая на вход 1, используется для формирования всех сигналов синхронизации работы ППМ. Делением ее частоты получается последовательность импульсов дискретизации, которая через седьмой выход подается на третий вход АЦП 18-n. Это обеспечивает синхронную временную дискретизацию всех принятых сигналов, что сохраняет их пространственную когерентность.In this case, the first coherent
После установки всех параметров из процессора 7 в синхронизатор 3 выдается команда начала работы. На каждом периоде повторения синхронизатор формирует на втором выходе видеоимпульс запуска передатчика, определяющий временное положение и длительность зондирующего импульса. На время действия импульса коммутатор 4 подключает второй выход первого когерентного гетеродина 1 к входу делителя мощности 5, поэтому на первые входы квадратурных балансных смесителей 19-n поступает гетеродин передатчика. Видеоимпульс подается также на второй вход ПЛИС 10-n и используется для синхронизации работы всех ППМ. ПЛИС передает этот импульс через четвертый выход на второй вход усилителей мощности 11-n для формирования огибающей зондирующего импульса. С пятого выхода ПЛИС на второй вход ключа 16-n подается импульс бланкирования приемника. По фронту импульса через третий вход-выход в КГПС 20-n подается команда начала работы. Это приводит к одновременному запуску формирования закона модуляции зондирующего импульса всех ППМ, что обеспечивает пространственную когерентность сигналов.After setting all the parameters from the
При этом на выходах всех КГПС 20-n формируются квадратурные сигналы с частотой F0 и одинаковым законом угловой модуляции ϕ(t). Амплитуда и начальная фаза сигналов Un, ϕn заданы индивидуально для каждого ППМ и определяют форму и направление ДН передающей антенны. На выходе квадратурных балансных смесителей 19-n формируется сигнал с частотой . Кроме того, на выход смесителя проходит неподавленный остаток гетеродина передатчика с частотой , а также остаток второй боковой составляющей модуляции с частотой .At the same time, quadrature signals with a frequency of F 0 and the same law of angular modulation ϕ (t) are formed at the outputs of all CGPS 20-n. The amplitude and initial phase of the signals U n , ϕ n are set individually for each MRP and determine the shape and direction of the beam of the transmitting antenna. A signal is generated at the output of the quadrature balanced mixers 19-n . In addition, the unsuppressed remainder of the transmitter local oscillator with a frequency passes to the mixer output , as well as the remainder of the second side component of the modulation with a frequency .
Сформированный сигнал с выхода смесителя 19-n подается на первый вход усилителя мощности 11-n, который обеспечивает формирование огибающей зондирующего импульса и его усиление до требуемой мощности. Затем зондирующий импульс через циркулятор 12-n передается на элемент антенной решетки 9-n и излучается. В это время на первый вход смесителя 14-n поступает неподавленный ключом 16-n остаток излучаемого сигнала, а на второй его вход поступает гетеродин передатчика с частотой . При этом сигналы на выходе смесителя имеют частоту F0, которая много меньше промежуточной частоты (ПЧ), что защищает тракт ПЧ от перегрузки.The generated signal from the output of the mixer 19-n is fed to the first input of the power amplifier 11-n, which ensures the formation of the envelope of the probe pulse and its amplification to the required power. Then, the probe pulse is transmitted through the circulator 12-n to the element of the antenna array 9-n and is emitted. At this time, the remainder of the emitted signal arrives at the first input of the mixer 14-n, the unsigned key 16-n, and the transmitter local oscillator with a frequency . The signals at the output of the mixer have a frequency F 0 , which is much less than the intermediate frequency (IF), which protects the IF path from overload.
По окончании импульса запуска передатчика излучение зондирующего сигнала прекращается и все ППМ переводятся в режим приема. При этом коммутатор 4 подключает второй выход второго когерентного гетеродина 2 к входу делителя мощности 5. Гетеродин приемника с частотой через коммутатор 4, делитель мощности 5 и входы 1-n всех ППМ поступает на вторые входы смесителей 14-n. Принятый элементами антенны 9-n сигнал через циркулятор 12-n, преселектор 13-n, открытый ключ 16-n, малошумящий усилитель 15-n поступает на смеситель 14-n, а с его выхода - на вход фильтра промежуточной частоты 17-n. При этом преселектор обеспечивает подавление помех на частоте зеркального канала приема, а также широкополосных помех.At the end of the start-up pulse of the transmitter, the radiation of the probing signal is terminated and all the transmitters are put into receive mode. In this case, the
Промежуточная частота сигнала на выходе смесителя . Сигнал, излученный на частоте , после отражения от цели, приема и преобразования частоты в смесителе имеет частоту . Она отличается от промежуточной на 2F0, что превышает ширину полосы пропускания фильтра промежуточной частоты 17-n. Это обеспечивает эффективное подавление мешающего сигнала.Intermediate signal frequency at the mixer output . Signal emitted at frequency , after reflection from the target, reception and frequency conversion in the mixer has a frequency . It differs from the intermediate by 2F 0 , which exceeds the bandwidth of the intermediate-frequency filter 17-n. This provides effective suppression of the interfering signal.
При работе ППМ в режиме приема устойчивость работы его сверхвысокочастотной (СВЧ)-части обеспечивается несколькими способами. Развязка приемника и передатчика обеспечивается применением раздельных смесителей и циркулятора. Кроме того, по окончании импульса запуска передатчика запирается усилитель мощности 11-n, а КГПС 20-n прекращает формирование сигнала, что приводит к запиранию квадратурного балансного смесителя 19-n. Перечисленные меры обеспечивают не только устойчивость схемы, но и подавление шумов передатчика на входе приемника.When the PMD is in reception mode, the stability of its microwave operation (microwave) is partially provided in several ways. The isolation of the receiver and transmitter is ensured by the use of separate mixers and a circulator. In addition, at the end of the start-up pulse of the transmitter, the 11-n power amplifier is locked, and the KGPS 20-n stops signal formation, which leads to the blocking of the quadrature balanced mixer 19-n. These measures provide not only the stability of the circuit, but also the suppression of transmitter noise at the receiver input.
Выделенный фильтром 17-n сигнал от цели поступает на первый вход АЦП 18-n. На его третий вход поступает последовательность импульсов дискретизации с седьмого выхода ПЛИС 10-n. В соответствии с заданными параметрами ПЛИС 10-n формирует на восьмом выходе видеоимпульс, определяющий временное положение и длительность приемного строба. Для обеспечения пространственной когерентности сигналов приемный строб всех ППМ жестко привязан к фронту импульса запуска передатчика. Он подается на четвертый вход АЦП 18-n и определяет множество временных отсчетов сигнала, которые со второго входа-выхода АЦП 18-n через шестой выход ППМ передаются на третий вход центрального процессора 7.The signal allocated from the filter 17-n from the target is fed to the first input of the ADC 18-n. Its third input receives a sequence of sampling pulses from the seventh output of the FPGA 10-n. In accordance with the specified parameters, the FPGA 10-n generates a video pulse at the eighth output, which determines the temporary position and duration of the receiving gate. To ensure the spatial coherence of the signals, the receiving gate of all PPMs is rigidly attached to the front of the start pulse of the transmitter. It is fed to the fourth input of the ADC 18-n and determines the set of time samples of the signal, which are transmitted from the second input-output of the ADC 18-n through the sixth output of the PPM to the third input of the
Частота дискретизации должна как минимум в 2 раза превышать ширину спектра принятого сигнала. Для минимизации числа отсчетов промежуточная частота должна быть кратной частоте дискретизации. Тогда АЦП обеспечивает цифровое преобразование частоты сигнала на нулевую промежуточную частоту. Оцифрованный сигнал со второго выхода АЦП 18-n по сигнальной шине передачи цифровых данных передается на третий вход центрального процессора 7. Все остальные операции, связанные с пространственной и временной обработкой сигнала, выполняются в цифровой форме в центральном процессоре.Sampling frequency should be at least 2 times the spectrum width of the received signal. To minimize the number of samples, the intermediate frequency must be a multiple of the sampling rate. Then the ADC provides a digital conversion of the signal frequency to zero intermediate frequency. The digitized signal from the second output of the ADC 18-n is transmitted via the signal bus for digital data to the third input of the
Недостатком данной ЦАФАР является сложность увеличения ширины спектра зондирующего сигнала с целью соответствующего повышения разрешения БРЛС по дальности. Ширина спектра сигнала ограничена шириной полосы пропускания фильтра промежуточной частоты, а также возможностями формирования, передачи в центральный процессор и цифровой обработки большого множества отсчетов принятых сигналов. С ростом ширины спектра сигнала необходимо пропорционально увеличить частоту временной дискретизации, что приведет к росту объема цифровых данных. При большом числе ППМ быстрый рост объема цифровых данных ограничивает возможности увеличения ширины спектра используемых сигналов.The disadvantage of this CAFAR is the difficulty of increasing the width of the spectrum of the probe signal in order to correspondingly increase the resolution of the radar in range. The signal spectrum is limited by the bandwidth of the intermediate frequency filter, as well as by the possibilities of generating, transmitting to the central processor and digitally processing a large number of samples of received signals. With increasing signal spectrum width, it is necessary to proportionally increase the time sampling rate, which will lead to an increase in the volume of digital data. With a large number of MRPs, the rapid growth of digital data limits the possibility of increasing the spectrum width of the signals used.
Целью предполагаемого изобретения является расширение спектра зондирующих импульсов для повышения разрешения по дальности без увеличения объема формируемых цифровых данных, и одновременное повышение частоты повторения импульсов для расширения диапазона однозначного измерения доплеровских сдвигов частоты.The aim of the proposed invention is to expand the spectrum of probe pulses to increase range resolution without increasing the amount of digital data generated, and simultaneously increase the pulse repetition rate to expand the range of unambiguous measurement of Doppler frequency shifts.
Реализация поставленной цели в предлагаемой ЦАФАР обеспечивается введением новых связей для передачи управляющих сигналов от синхронизатора в оба когерентных гетеродина и коммутатор, а также введением возможности работы обоих когерентных гетеродинов в режиме формирования колебаний с ЛЧМ. При этом реализуется режим обобщенного гетеродина [2]. ЛЧМ гетеродина передатчика позволяет сформировать зондирующий импульс с большой девиацией частоты, обеспечивающий высокое разрешение по дальности. Изменение частоты гетеродина приемника по линейному закону с той же крутизной снимает ЛЧМ в смесителе приемника. После этого ширина спектра принятых сигналов уменьшается во много раз, что позволяет не расширять полосу пропускания фильтра ПЧ и сохранить прежнюю частоту дискретизации принятых сигналов в АЦП. Введение новых связей для передачи управляющих сигналов позволяет запускать формирование ЛЧМ когерентных гетеродинов в начале каждого периода повторения. Поочередный запуск ЛЧМ когерентных гетеродинов (первого - для нечетных периодов, второго - для четных) позволяет удвоить частоту повторения импульсов с целью расширения диапазона однозначного измерения доплеровских сдвигов частоты принятых сигналов. Отдельный управляющий сигнал, подаваемый на коммутатор, позволяет реализовать новые варианты коммутации гетеродинов.The implementation of the goal in the proposed CAFAR is provided by the introduction of new connections for transmitting control signals from the synchronizer to both coherent local oscillators and the switch, as well as by the introduction of the possibility of operation of both coherent local oscillators in the mode of oscillation generation with chirp. In this case, the generalized local oscillator mode is implemented [2]. The LFM of the transmitter local oscillator allows the generation of a probe pulse with a large frequency deviation, providing high resolution in range. Changing the receiver local oscillator frequency according to a linear law with the same slope removes the LFM in the receiver mixer. After that, the width of the spectrum of the received signals decreases many times, which allows us not to expand the passband of the IF filter and maintain the previous sampling frequency of the received signals in the ADC. The introduction of new relationships for the transmission of control signals allows you to start the formation of LFM coherent local oscillators at the beginning of each repetition period. The successive start of the LFM of coherent local oscillators (the first for odd periods, the second for even ones) allows you to double the pulse repetition rate in order to expand the range of unambiguous measurement of Doppler frequency shifts of received signals. A separate control signal supplied to the switch allows you to implement new options for switching local oscillators.
Для достижения поставленной цели в ЦАФАР [1], содержащую первый и второй когерентные СВЧ гетеродины, выходы которых через первый и второй входы коммутатора соединены с входом первого делителя мощности, выходы которого соединены с первыми входами N приемо-передающих модулей (ППМ), синхронизатор, второй выход которого соединен с третьими входами всех ППМ, третий выход синхронизатора через второй делитель мощности соединен со вторыми входами всех ППМ, N+1-й выход второго делителя мощности соединен с третьими входами первого и второго когерентных гетеродинов, первый вход каждого ППМ через последовательно соединенные квадратурный балансный смеситель, усилитель мощности, циркулятор и пятый вход-выход ППМ соединен с элементом антенной решетки (АР), номер которого соответствует номеру ППМ, второй выход циркулятора каждого ППМ через последовательно соединенные преселектор, ключ защиты, малошумящий усилитель, смеситель, фильтр промежуточной частоты, АЦП, шестой выход ППМ и сигнальную шину соединен с третьим входом центрального процессора, второй вход смесителя соединен с первым входом ППМ, второй вход каждого ППМ соединен с первым входом ПЛИС и с первым входом КГПС, второй и третий выходы которого соединены со вторым и третьим входами квадратурного балансного смесителя, третий вход каждого ППМ соединен со вторым входом ПЛИС, третий вход-выход которой соединен с четвертым входом-выходом КГПС, четвертый выход ПЛИС соединен со вторым входом усилителя мощности, пятый выход ПЛИС соединен со вторым входом ключа защиты, шестой выход ПЛИС соединен со вторым входом преселектора, седьмой и восьмой выходы ПЛИС соединены с третьим и четвертым входами АЦП, девятый вход-выход ПЛИС через четвертый вход-выход каждого ППМ и сигнальную шину соединен со вторым входом-выходом центрального процессора, который по этой же шине соединен с первыми входами-выходами синхронизатора, первого и второго когерентных гетеродинов, первый вход-выход центрального процессора обеспечивает связь ЦАФАР с потребителем, введена возможность формирования первым и вторым когерентными гетеродинами колебаний с ЛЧМ, четвертый выход синхронизатора соединен с третьим входом коммутатора, пятый и шестой выходы синхронизатора соединены с четвертыми входами первого и второго когерентных гетеродинов, при этом центральный процессор для заданного потребителем режима работы ЦАФАР выдает команды установки начальной частоты и крутизны ЛЧМ в первый и второй когерентный СВЧ гетеродин, команды установки периода повторения и длительности зондирующих импульсов в синхронизатор, команды установки начальной фазы и амплитуды сигнала индивидуально для каждого ППМ, параметров модуляции сигнала и приемного строба в ПЛИС каждого ППМ; центральный процессор по известным алгоритмам выполняет цифровую обработку принятого сигнала; ПЛИС в каждом ППМ обеспечивает настройку полосы пропускания преселектора, установку параметров сигнала в КГПС, на время формирования зондирующего импульса открывает усилитель мощности и запирает ключ защиты приемника, формирует последовательность импульсов дискретизации и приемный строб-импульс для управления работой АЦП.To achieve this goal in CAFAR [1], containing the first and second coherent microwave local oscillators, the outputs of which through the first and second inputs of the switch are connected to the input of the first power divider, the outputs of which are connected to the first inputs of N transceiver modules (PPM), synchronizer, the second output of which is connected to the third inputs of all PPM, the third output of the synchronizer through the second power divider is connected to the second inputs of all PPM, N + the 1st output of the second power divider is connected to the third inputs of the first and second coherent of the local oscillators, the first input of each PPM through a series-connected quadrature balanced mixer, power amplifier, circulator and the fifth input-output of the PPM is connected to the antenna array element (AR), the number of which corresponds to the PPM number, the second output of the circuit of each PPM through a series-connected preselector, key protection, low-noise amplifier, mixer, intermediate-frequency filter, ADC, the sixth output of the PPM and the signal bus is connected to the third input of the central processor, the second input of the mixer is connected to the first PPM, the second input of each PPM is connected to the first input of the FPGA and the first input of the CGPS, the second and third outputs of which are connected to the second and third inputs of the quadrature balanced mixer, the third input of each PPM is connected to the second input of the FPGA, the third input-output of which is connected to the fourth CGPS input-output, the fourth FPGA output is connected to the second input of the power amplifier, the fifth FPGA output is connected to the second input of the protection key, the sixth FPGA output is connected to the second input of the selector, the seventh and eighth FPGA outputs are connected to the fourth and fourth inputs of the ADC, the ninth FPGA input-output through the fourth input-output of each PPM and the signal bus is connected to the second input-output of the central processor, which is connected to the first inputs and outputs of the synchronizer, the first and second coherent local oscillators, the first the input-output of the central processor provides CAFAR communication with the consumer, the possibility of generating oscillations with the LFM by the first and second coherent local oscillators is introduced, the fourth synchronizer output is connected to the third input of the switch, the sixth and sixth outputs of the synchronizer are connected to the fourth inputs of the first and second coherent local oscillators, while the central processor for the user-specified operating mode of CAFAR issues commands to set the initial frequency and slope of the LFM to the first and second coherent microwave local oscillators, commands to set the repetition period and duration of probe pulses synchronizer, commands for setting the initial phase and signal amplitude individually for each MRP, modulation parameters of the signal and the receiving gate in the FPGA of each MRP; the central processor according to known algorithms performs digital processing of the received signal; FPGA in each MRP provides tuning of the preselector bandwidth, setting the signal parameters in the CGPS; during the formation of the probe pulse, it opens the power amplifier and locks the receiver protection key, generates a sampling pulse sequence and a receiving strobe pulse to control the ADC operation.
Сущность изобретения поясняется дальнейшим описанием и схемой предлагаемой ЦАФАР.The invention is illustrated by a further description and diagram of the proposed CAFAR.
Фиг. 1 - структурная схема ЦАФАР.FIG. 1 is a structural diagram of CAFAR.
На фиг. 1 приняты следующие обозначения:In FIG. 1 adopted the following notation:
1 - Первый когерентный СВЧ гетеродин (КГ1),1 - The first coherent microwave local oscillator (KG1),
2 - Второй когерентный СВЧ гетеродин (КГ2),2 - The second coherent microwave local oscillator (KG2),
3 - Синхронизатор (СНХ);3 - Synchronizer (CHX);
4 - Коммутатор (КОМ),4 - Switch (COM),
5 - Первый делитель мощности (ДМ1),5 - The first power divider (DM1),
6 - Второй делитель мощности (ДМ2),6 - The second power divider (DM2),
7 - Центральный процессор (ЦПР),7 - Central processing unit (DPC),
8-n - Приемо-передающий модуль с номером n (ППМn),8-n - Transceiver module with number n (PPMn),
9-n - Элемент антенной решетки с номером n (An),9-n - Element of the antenna array with number n (An),
10-n - Программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС),10-n - Programmable Logic Integrated Circuit (FPGA),
11-n - Усилитель мощности (УМ),11-n - Power Amplifier (PA),
12-n - Циркулятор (Ц),12-n - Circulator (C),
13-n - Преселектор (ПС),13-n - Preselector (PS),
14-n - Смеситель (СМ),14-n - Mixer (CM),
15-n - Малошумящий усилитель (МШУ),15-n - Low Noise Amplifier (LNA),
16-n - Ключ защиты приемника (Кл),16-n - Receiver Security Key (C),
17-n - Фильтр ПЧ (ФПЧ),17-n - IF filter (FPF),
18-n - Аналого-цифровой преобразователь (АЦП),18-n - Analog-to-Digital Converter (ADC),
19-n - Квадратурный балансный смеситель (КБС),19-n - Quadrature balanced mixer (KBS),
20-n - Квадратурный генератор прямого цифрового синтеза (КГПС),20-n - Quadrature generator of direct digital synthesis (CGPS),
В ЦАФАР, изображенной на фиг. 1, второй выход первого когерентного СВЧ гетеродина 1 соединяется с первым входом коммутатора 4, второй выход второго когерентного СВЧ гетеродина 2 соединяется со вторым входом коммутатора 4, выход которого соединен с входом первого делителя мощности 5, к выходам которого подключены первые входы всех ППМ 8-n. Четвертый выход синхронизатора 3 соединен с третьим входом коммутатора 4. Пятый и шестой выходы синхронизатора 3 соединены с четвертыми входами когерентных гетеродинов 1 и 2. Второй выход синхронизатора 3 через третьи входы каждого ППМ 8-n соединен со вторым входом ПЛИС 10-n. Третий выход синхронизатора 3 соединен с входом второго делителя мощности 6, к выходам которого подключены вторые входы всех ППМ 8-n. (N+1)-й выход второго делителя мощности 6 соединен с третьим входом первого и второго когерентных гетеродинов 1 и 2.In the CAFAR shown in FIG. 1, the second output of the first coherent microwave
Первый вход каждого ППМ 8-n через последовательно соединенные квадратурный балансный смеситель 19-n, усилитель мощности 11-n, циркулятор 12-n, преселектор 13-n, ключ защиты 16-n, малошумящий усилитель 15-n, смеситель 14-n, фильтр ПЧ 17-n, аналого-цифровой преобразователь 18-n соединен с шестым выходом ППМ 8-n. Первый вход-выход циркулятора 12-n через пятый вход-выход ППМ 8-n соединен с элементом АР 9-n, номер которого соответствует номеру ППМ. Первый вход каждого ППМ 8-n соединен со вторым входом смесителя 14-n. Второй вход каждого ППМ 8-n соединен с первым входом КГПС 20-n и с первым входом ПЛИС 10-n. Второй и третий выходы КГПС 20-n соединены со вторым и третьим входами квадратурного балансного смесителя 19-n. Четвертый вход-выход КГПС 20-n подключен к третьему входу-выходу ПЛИС 10-n. Четвертый, пятый и шестой выходы ПЛИС 10-n соединены со вторыми входами усилителя мощности 11-n, ключа защиты 16-n и преселектора 13-n соответственно. Седьмой и восьмой выходы ПЛИС 10-n соединены с третьим и четвертым входами АЦП 18-n. Второй вход-выход центрального процессора 7 через шину управления соединен с первыми входами-выходами первого и второго когерентного гетеродина 1 и 2, синхронизатора 3, а через четвертые входы-выходы всех ППМ 8-n соединен с девятым входом-выходом ПЛИС 10-n. Третий вход центрального процессора 7 через сигнальную шину соединен с шестыми выходами всех ППМ 8-n. Первый вход-выход центрального процессора 7 обеспечивает связь ЦАФАР с потребителем.The first input of each PPM 8-n through a series-connected quadrature balanced mixer 19-n, power amplifier 11-n, circulator 12-n, preselector 13-n, protection key 16-n, low-noise amplifier 15-n, mixer 14-n, IF filter 17-n, the analog-to-digital converter 18-n is connected to the sixth output of the PPM 8-n. The first input-output of the circulator 12-n through the fifth input-output of the PPM 8-n is connected to the element AP 9-n, the number of which corresponds to the number of the PPM. The first input of each PPM 8-n is connected to the second input of the mixer 14-n. The second input of each PPM 8-n is connected to the first input of KGPS 20-n and to the first input of the FPGA 10-n. The second and third outputs of KGPS 20-n are connected to the second and third inputs of the quadrature balanced mixer 19-n. The fourth input-output of KGPS 20-n is connected to the third input-output of the FPGA 10-n. The fourth, fifth and sixth outputs of the FPGA 10-n are connected to the second inputs of the power amplifier 11-n, protection key 16-n and preselector 13-n, respectively. The seventh and eighth outputs of the FPGA 10-n are connected to the third and fourth inputs of the ADC 18-n. The second input-output of the
В качестве синхронизатора 3 может быть использована микросхема EP3C55F484I7N, семейства Cyclone III фирмы Altera.As a
В качестве генераторов прямого синтеза сигналов 20 может быть использована микросхема AD9959 фирмы Analog Device.As direct signal synthesis generators 20, an AD9959 chip from Analog Device can be used.
В качестве квадратурных балансных смесителей 19 может быть использована микросхема НМС709 фирмы Hittite Microwave Corp.As quadrature balanced mixers 19 can be used chip NMS709 company Hittite Microwave Corp.
В качестве малошумящих усилителей 15 может быть использована микросхема НМС564 фирмы Hittite Microwave Corp.As low-noise amplifiers 15 can be used chip NMS564 company Hittite Microwave Corp.
В качестве ключей защиты ППМ 16 может быть использована микросхема НМС347 фирмы Hittite Microwave Corp.As protection keys PPM 16 can be used chip NMS347 company Hittite Microwave Corp.
В качестве преселектора может быть использован микрополосковый полосовой фильтр. Для обеспечения работы в нескольких поддиапазонах можно использовать несколько коммутируемых фильтров.A microstrip bandpass filter can be used as a preselector. To ensure operation in several subbands, several switched filters can be used.
В качестве центрального процессора может быть использована вычислительная машина НКШР.466535.133 производства НКБВС, г. Таганрог.As a central processor, a computer NKShR.466535.133 manufactured by the NKBVS, Taganrog can be used.
Когерентные гетеродины 1 и 2 с режимом формирования ЛЧМ-колебаний могут быть реализованы на микросхеме AD9959 фирмы Analog Device, включенной в кольцо цифровой фазовой автоподстройки частоты [3].Coherent
Коммутатор 4 может быть реализован на микросхеме HMC547LP3 фирмы Hittite Microwave Corp.
Аналого-цифровые преобразователи 18-n могут быть выполнены на микросхеме AD9228 фирмы Analog Device.The 18-n analog-to-digital converters can be performed on the AD9228 chip from Analog Device.
В качестве ПЛИС 10-n можно использовать микросхему EP3C25F256I7N, семейства Cyclone III фирмы Altera.As the FPGA 10-n, you can use the chip EP3C25F256I7N, a family of Cyclone III company Altera.
Остальные элементы ЦАФАР широко используются в радиолокации и не требуют пояснений по реализации.The remaining elements of CAFAR are widely used in radar and do not require explanation for implementation.
С учетом структуры и технических возможностей перечисленных микросхем возможно конструктивное объединение четырех ППМ в один модуль, что позволяет сократить число используемых дорогостоящих микросхем. Для каждого модуля потребуется одна ПЛИС EP3C25F256I7N, одна микросхема АЦП AD9228 и две микросхемы КГПС AD9959. Кроме того, это позволяет использовать для четырех ППМ общие кабели и шины передачи цифровых данных. Все это позволяет снизить стоимость, габариты и массу ЦАФАР.Given the structure and technical capabilities of these microcircuits, it is possible to constructively combine four MRPs into one module, which reduces the number of expensive microcircuits used. Each module will require one EP3C25F256I7N FPGA, one AD9228 ADC chip, and two AD9959 KGPS chips. In addition, it allows the use of common cables and digital data buses for four MRPs. All this allows to reduce the cost, dimensions and weight of CAFAR.
Работа предлагаемой ЦАФАР производится следующим образом.The work of the proposed CAFAR is as follows.
Перед началом работы для каждой пачки импульсов центральный процессор 7 через второй вход-выход по шине управления задает значения параметров выбранного режима работы ЦАФАР. При этом устанавливается начальная частота колебаний F0 и крутизна ЛЧМ μ первого когерентного гетеродина 1 (гетеродин для нечетных импульсов пачки) и второго когерентного гетеродина 2 (гетеродин для четных импульсов пачки). В синхронизатор 3 передаются значения длительности зондирующих импульсов τi и периода их повторения Тр. В ПЛИС 10-n каждого ППМ 8-n передаются индивидуальные значения амплитуды и начальной фазы сигнала, необходимые для формирования передающей ДН антенны, а также общие значения частоты сигнала КГПС 20-n. При необходимости могут передаваться параметры внутриимпульсной модуляции зондирующего импульса, но в режиме обобщенного гетеродина они не используются. Эти параметры через третий вход-выход ПЛИС 10-n передаются в КГПС 20-n. В ПЛИС 10-n передаются также параметры настройки преселекторов, в соответствии с которыми ПЛИС вырабатывает сигналы управления и передает их на вход 2 преселектора 13-n. В ПЛИС 10-n передаются также параметры приемного строба и частоты дискретизации, которые используются для управления работой АЦП 18-n.Before starting work, for each burst of pulses, the
Синхронизатор 3 формирует на третьем выходе последовательность тактовых импульсов. Через второй делитель мощности 6 эта последовательность импульсов поступает на первые входы КГПС 20-n и ПЛИС 10-n, а также на третьи входы когерентных гетеродинов 1 и 2. При этом все сигналы и гетеродин формируются от одной последовательности импульсов, стабилизированной кварцевым резонатором, что обеспечивает пространственную и временную когерентность ЦАФАР. В ПЛИС 10-n последовательность импульсов, поступающая на вход 1, используется для формирования всех сигналов синхронизации работы ППМ. Делением ее частоты получается последовательность импульсов дискретизации, которая через седьмой выход подается на третий вход АЦП 18-n. Это обеспечивает синхронную временную дискретизацию принятых сигналов для всех ППМ, что сохраняет их пространственную когерентность.The
После установки всех параметров из процессора 7 в синхронизатор 3 выдается команда начала работы.After setting all the parameters from the
С начала каждого нечетного периода повторения импульсов синхронизатор 3 формирует на пятом выходе положительный импульс запуска когерентного гетеродина 1, Фиг. 3а). При этом когерентный гетеродин 1 начинает формировать колебание с ЛЧМ. Закон изменения частоты первого гетеродинаFrom the beginning of each odd pulse repetition period, the
при положительной крутизне ЛЧМ показан на Фиг. 3е), график 1. Здесь (2k-1) - номер нечетного периода повторения. В конце следующего, четного периода повторения импульс запуска сбрасывается, что вызывает возврат частоты гетеродина 1 в исходное состояние.with a positive slope, the chirp is shown in FIG. 3e),
С начала каждого четного периода повторения синхронизатор 3 формирует на шестом выходе положительный импульс запуска когерентного гетеродина 2, Фиг. 3б). При этом когерентный гетеродин 2 начинает формировать колебание с ЛЧМ. Закон изменения частоты второго гетеродина показан на Фиг. 3е), график 2. Здесь 2k - номер четного периода повторения. В конце следующего, нечетного периода повторения импульс запуска сбрасывается в низкий уровень, что вызывает возврат частоты гетеродина 2 в исходное состояние.From the beginning of each even repetition period,
В начале каждого периода повторения синхронизатор 3 формирует на втором выходе импульс запуска передатчика, Фиг. 3г). Он определяет длительность зондирующих импульсов, равную τi, и скважность пачки импульсов, равную 2.At the beginning of each repetition period,
Импульс запуска передатчика подается на второй вход ПЛИС 10-n всех ППМ и обеспечивает их переключение в режим передачи. При этом ПЛИС через вход-выход 3 запускает КГПС 20-n, он формирует радиоимпульс с заданной амплитудой и начальной фазой, которые определяют форму и направление ДН антенны на излучение. Частота сигнала всех КГПС одинакова и равна Fppm. Сигнал КГПС подается на входы 2 и 3 квадратурного балансного смесителя 19-n, на вход 1 которого поступает гетеродин, выбранный коммутатором 4. В результате формируется зондирующий импульс с ЛЧМ, параметры которой определяются гетеродином. На время формирования импульса ПЛИС через четвертый выход открывает усилитель мощности 11-n. Усиленный им зондирующий импульс через циркулятор 12-n подается на антенный элемент 9-n и излучается в пространство. Одновременно ПЛИС с выхода 5 выдает бланкирующий импульс на ключ 16-n, который запирает его и защищает приемник от перегрузки.The transmitter start-up pulse is fed to the second input of the FPGA 10-n of all PPMs and ensures their switching to transmission mode. In this case, the FPGA through input-
После окончания импульса запуска передатчика ПЛИС 10-n обеспечивает переключение всех ППМ в режим приема. При этом ПЛИС отключает КГПС 20-n и запирает усилитель мощности 11-n, а также открывает ключ 16-n. При работе ППМ в режиме приема устойчивость работы его СВЧ-части обеспечивается несколькими способами. Развязка приемника и передатчика обеспечивается применением раздельных смесителей и циркулятора. Кроме того, по окончании импульса запуска передатчика запирается усилитель мощности 11-n, а КГПС 20-n прекращает формирование сигнала, что приводит к запиранию квадратурного балансного смесителя 19-n. Перечисленные меры обеспечивают не только устойчивость схемы, но и снижение шумов передатчика до требуемого уровня для обеспечения высокой чувствительности приемника. Принятые антенными элементами 9-n сигналы через циркулятор 12-n, преселектор 13-n, открытый ключ 16-n, малошумящий усилитель 15-n, смеситель 14-n и фильтр ПЧ 17-n поступают первый на вход АЦП 18-n.After the start pulse of the transmitter, the FPGA 10-n switches all the transmitters into receive mode. In this case, the FPGA disables the 20-n CGPS and locks the 11-n power amplifier, and also opens the 16-n key. When the PMD is in receive mode, the stability of its microwave part is provided in several ways. The isolation of the receiver and transmitter is ensured by the use of separate mixers and a circulator. In addition, at the end of the start-up pulse of the transmitter, the 11-n power amplifier is locked, and the KGPS 20-n stops signal formation, which leads to the blocking of the quadrature balanced mixer 19-n. These measures provide not only the stability of the circuit, but also reduce the noise of the transmitter to the required level to ensure high sensitivity of the receiver. The signals received by the antenna elements 9-n through the circulator 12-n, the preselector 13-n, the public key 16-n, the low-noise amplifier 15-n, the mixer 14-n and the IF filter 17-n are fed first to the input of the ADC 18-n.
Синхронизатор 3 формирует на четвертом выходе сигнал управления коммутатором 4, временная диаграмма которого показана на Фиг. 3в). В начале каждого нечетного периода повторения сигнал управления имеет высокий уровень, при этом коммутатор 4 подключает выход первого гетеродина 1 к входу первого делителя мощности 5. Первый гетеродин через делитель мощности 5 подается на вход квадратурного балансного смесителя 19-n в качестве гетеродина передатчика. При этом частота зондирующего импульса равнаThe
Зависимость частоты зондирующего импульса нечетного периода от времени показана на Фиг. 3е), график 3. Импульсы, отраженные от цели, поступят на вход приемника в конце следующего, четного периода повторения. Зависимость частоты принятых импульсов от времени показана на Фиг. 3е), графики 4 и 5. Оба импульса соответствуют целям, расположенным в заданном стробе дальности. График 4 соответствует цели с минимальной дальностью, график 5 соответствует цели с максимальной дальностью. Частота принятых импульсов на входе приемника без учета доплеровского сдвигаThe dependence of the frequency of the probe pulse of an odd period on time is shown in FIG. 3e),
где τ - задержка сигнала от цели.where τ is the delay of the signal from the target.
В момент приема импульсов синхронизатор 3 формирует на четвертом выходе сигнал управления коммутатором 4 высокого уровня, Фиг. 3в). При этом первый гетеродин через коммутатор 4 и делитель мощности 5 подается на второй вход смесителя 14-n в качестве гетеродина приемника. Применение одного колебания в качестве гетеродина приемника и гетеродина передатчика обеспечивает временную когерентность принятой пачки импульсов.At the moment of receiving the pulses, the
Частота сигнала на выходе смесителя равна модулю разности частотThe frequency of the signal at the mixer output is equal to the modulus of the frequency difference
Частоты сигналов от всех целей из строба дальности должны попадать в полосу пропускания фильтра ПЧ 17-n. При этом для средней задержки сигнала цели из строба дальности τsr частота сигнала должна быть равна промежуточной частоте: . Решение уравнения имеет видThe frequencies of signals from all targets from the range gate should fall into the passband of the 17-n IF filter. In this case, for the average delay of the target signal from the range gate τ sr, the signal frequency should be equal to the intermediate frequency: . The solution to the equation has the form
Для КГПС 20-n, построенного на микросхеме AD9959 фирмы Analog Device, тактовая частота может составлять до 500 МГц, при этом частота Fppm квадратурного сигнала КГПС может меняться от минус 200 до 200 МГц. Это дает достаточно широкие возможности подстройки частоты, чтобы обеспечить попадание спектра принятых сигналов в полосу пропускания фильтра ПЧ.For CGPS 20-n, built on the Analog Device chip AD9959, the clock frequency can be up to 500 MHz, while the frequency F ppm of the quadrature CGPS signal can vary from minus 200 to 200 MHz. This gives a sufficiently wide range of frequency adjustment possibilities to ensure that the spectrum of the received signals falls into the passband of the IF filter.
ПЛИС 10-n на восьмом выходе в конце каждого периода повторения формирует положительный импульс, определяющий положение приемного строба, Фиг. 3д). Начало приемного строба соответствует переднему фронту принятого импульса, отраженного от цели с максимальной задержкой. Конец приемного строба соответствует заднему фронту принятого импульса, отраженного от цели с минимальной задержкой. При скважности зондирующих импульсов равной 2 скважность принятых импульсов равна 3. При этом длительность и девиация частоты принятых импульсов будет в 1,5 раза меньше соответствующих параметров зондирующих импульсов. Это необходимо учитывать при расчете девиации частоты зондирующих импульсов. Например, при девиации частоты равной 150 МГц ширина спектра принятых импульсов составит 100 МГц, при этом будет обеспечено разрешение по дальности 1,5 м.FPGA 10-n at the eighth output at the end of each repetition period generates a positive pulse that determines the position of the receiving gate, FIG. 3d). The beginning of the receiving gate corresponds to the leading edge of the received pulse reflected from the target with the maximum delay. The end of the receiving gate corresponds to the trailing edge of the received pulse reflected from the target with minimal delay. When the duty cycle of the probe pulses is 2, the duty cycle of the received pulses is 3. Moreover, the duration and frequency deviation of the received pulses will be 1.5 times less than the corresponding parameters of the probe pulses. This must be taken into account when calculating the frequency deviation of the probe pulses. For example, with a frequency deviation of 150 MHz, the spectrum width of the received pulses will be 100 MHz, and a resolution of 1.5 m will be provided.
Работа на четном периоде повторения выполняется аналогично со сдвигом всех временных диаграмм на период. Зондирующий импульс формируется в начале четного периода. Зависимость его частоты от времени показана на Фиг. 3е), график 6. Принятые импульсы, отраженные от цели, поступят на вход приемника в конце следующего, нечетного периода, они находятся за пределами данного графика. В конце предыдущего, нечетного периода показаны принятые импульсы четного периода, излученного ранее. Зависимость их частоты от времени показана на Фиг. 3е), графики 7 и 8. Во время приема и излучения импульсов четного периода сигнал управления коммутатором на четвертом выходе синхронизатора 3 имеет низкий уровень, Фиг. 3в). При этом коммутатор 4 подключает выход второго гетеродина 2 к входу первого делителя мощности 5. При этом в качестве гетеродина приемника и в качестве гетеродина передатчика используется второй гетеродин, который запускается в начале каждого четного периода, Фиг. 3е), график 2.Work on an even repetition period is performed similarly with a shift of all time charts by a period. A probe pulse is formed at the beginning of an even period. The dependence of its frequency on time is shown in FIG. 3e),
Выделенные фильтром ПЧ 17-n сигналы от цели поступают на первый вход АЦП 18-n. На его третий вход поступает последовательность импульсов дискретизации с седьмого выхода ПЛИС 10-n. В соответствии с заданными параметрами ПЛИС 10-n формирует на восьмом выходе видеоимпульс, определяющий временное положение и длительность приемного строба, Фиг. 3д). Для обеспечения пространственной когерентности сигналов приемный строб всех ППМ жестко привязан к фронту импульса запуска передатчика. Он подается на четвертый вход АЦП 18-n и определяет множество временных отсчетов сигнала, которые со второго входа-выхода АЦП 18-n через шестой выход ППМ передаются на третий вход центрального процессора 7. Все остальные операции, связанные с пространственной и временной обработкой сигнала, выполняются в цифровой форме в центральном процессоре.The signals allocated from the IF filter 17-n from the target are fed to the first input of the ADC 18-n. Its third input receives a sequence of sampling pulses from the seventh output of the FPGA 10-n. In accordance with the specified parameters, the FPGA 10-n generates a video pulse at the eighth output, which determines the temporary position and duration of the receiving gate, FIG. 3d). To ensure the spatial coherence of the signals, the receiving gate of all PPMs is rigidly attached to the front of the start pulse of the transmitter. It is fed to the fourth input of the ADC 18-n and determines the set of time samples of the signal, which are transmitted from the second input-output of the ADC 18-n through the sixth output of the PPM to the third input of the
В описанном режиме работы задержка принятых сигналов превышает период повторения импульсов. При этом сигнал не обеспечивает однозначное измерение дальности. В таком случае подавление мешающих сигналов должно обеспечиваться диаграммой направленности антенны, либо цели с малыми задержками должны отсутствовать. Это возможно при достаточно большой высоте полета. Такой режим можно использовать, например, при наблюдении поверхности когерентной радиовысотомерной системой.In the described operation mode, the delay of the received signals exceeds the pulse repetition period. However, the signal does not provide an unambiguous range measurement. In this case, the suppression of interfering signals should be provided by the radiation pattern of the antenna, or there should be no targets with low delays. This is possible with a sufficiently high altitude. This mode can be used, for example, when observing the surface of a coherent radio altimeter system.
Предложенная ЦАФАР может работать в режиме обобщенного гетеродина без удвоения частоты повторения импульсов, если в этом нет необходимости. Для этого необходимо задать период повторения импульсов, превышающий максимальную задержку сигнала от цели. При этом можно сохранить режим чередования работы когерентных гетеродинов 1 и 2, а можно использовать только один гетеродин для всех периодов повторения.The proposed CAFAR can operate in the generalized local oscillator mode without doubling the pulse repetition rate, if this is not necessary. To do this, you must set the pulse repetition period in excess of the maximum signal delay from the target. In this case, you can save the mode of alternating operation of coherent
Если не требуется высокое разрешение по дальности, предложенная ЦАФАР может работать без режима обобщенного гетеродина также, как ЦАФАР, описанная в прототипе. Для этого необходимо для обоих когерентных гетеродинов задать нулевую крутизну ЛЧМ и требуемые разные значения начальной частоты, в ПЛИС передать закон внутриимпульсной модуляции зондирующих импульсов. Синхронизатор 3 вместо последовательности импульсов Фиг. 3в) должен выдавать на четвертый выход последовательность импульсов запуска передатчика Фиг. 3г), которую он выдает на второй выход.If high resolution in range is not required, the proposed CAFAR can operate without the generalized local oscillator mode as well as the CAFAR described in the prototype. For this, it is necessary for both coherent local oscillators to set the zero slope of the LFM and the required different values of the initial frequency, to transmit the law of intrapulse modulation of the probe pulses to the FPGA.
Таким образом, предложенная ЦАФАР сохраняет все возможности и преимущества, реализованные в прототипе. Техническим преимуществом предложенной ЦАФАР является возможность работы с высоким разрешением по дальности без увеличения объема формируемых цифровых данных. Кроме того, имеется возможность работы с удвоением частоты повторения импульсов, что позволяет в два раза расширить диапазон однозначно измеряемых доплеровских сдвигов частоты.Thus, the proposed CAFAR retains all the features and benefits realized in the prototype. The technical advantage of the proposed CAFAR is the ability to work with high resolution in range without increasing the amount of digital data generated. In addition, it is possible to work with doubling the pulse repetition rate, which allows us to double the range of uniquely measured Doppler frequency shifts.
Согласно сведениям, представленным в материалах заявки, ЦАФАР может быть изготовлена по существующей, известной в радиопромышленности технологии, на базе известных комплектующих изделий и использована в БРЛС летательных аппаратов.According to the information presented in the application materials, CAFAR can be manufactured according to the existing technology known in the radio industry, based on well-known components and used in aircraft radar.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Патент РФ МПК H01Q 3/00, H01Q 3/26 №2451373 от 20.05.12 г. Активная фазированная антенная решетка.1. RF
2. Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. - М.: Радио и связь, 1981.2. Shirman Y.D., Manzhos V.N. The theory and technique of processing radar information against the background of interference. - M.: Radio and Communications, 1981.
3. Манасевич В. Синтезаторы частоты, теория и проектирование, пер. с англ. - М.: Связь, 1979. - 384 с.3. Manasevich V. Frequency synthesizers, theory and design, trans. from English - M.: Communication, 1979. - 384 p.
4. Виницкий А.С. Автономные радиосистемы: Учеб. пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1986. - 335 с. (ЧМ-РВ с авторегулировкой параметров модуляции, раздел 14.4, с. 268).4. Vinitsky A.S. Autonomous radio systems: Textbook. manual for universities. - M .: Radio and communications, 1986. - 335 p. (FM-RV with automatic adjustment of modulation parameters, section 14.4, p. 268).
5. Мухин В.В., Нестеров М.Ю., Макрушин А.П., Колтышев Е.Е., Фролов А.Ю., Янковский В.Т. Малогабаритная радиолокационная станция бокового обзора «Шмель-М». Радиовысотометрия - 2010: Сборник трудов Третьей Всероссийской научно-технической конференции / Под. ред. А.А. Иофина, Л.И. Пономарева. - Екатеринбург: Форт Диалог-Исеть, 2010. - С. 94-97.5. Mukhin V.V., Nesterov M.Yu., Makrushin A.P., Koltyshev E.E., Frolov A.Yu., Yankovsky V.T. Small-sized side-scan radar station "Bumblebee-M". Radio Altimetry - 2010: Proceedings of the Third All-Russian Scientific and Technical Conference / Under. ed. A.A. Iofina, L.I. Ponomareva. - Yekaterinburg: Fort Dialog-Iset, 2010 .-- S. 94-97.
6. Патент США G01S 13/42, H01Q 3/22 №5351053 от 30.07.1993. Сверхширокополосный процессор обработки радиолокационного сигнала для решетки с электронным сканированием.6. US patent G01S 13/42,
7. Патент США G01S 13/93 от 02.01.2001. Радиолокационное устройство.7. US Patent G01S 13/93 dated January 2, 2001. Radar device.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015135970A RU2608637C1 (en) | 2015-08-25 | 2015-08-25 | Digital active phased antenna array |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015135970A RU2608637C1 (en) | 2015-08-25 | 2015-08-25 | Digital active phased antenna array |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2608637C1 true RU2608637C1 (en) | 2017-01-23 |
Family
ID=58456910
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015135970A RU2608637C1 (en) | 2015-08-25 | 2015-08-25 | Digital active phased antenna array |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2608637C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997003367A1 (en) * | 1995-07-07 | 1997-01-30 | The Secretary Of State For Defence | Circuit module for a phased array radar |
US5943010A (en) * | 1997-01-21 | 1999-08-24 | Ail Systems, Inc. | Direct digital synthesizer driven phased array antenna |
RU2338307C1 (en) * | 2007-11-06 | 2008-11-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Active phased antenna array |
RU2451373C1 (en) * | 2010-09-10 | 2012-05-20 | Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" | Active phased array |
RU125397U1 (en) * | 2012-05-29 | 2013-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) | ACTIVE PHASED ANTENNA GRID WITH WIDE-ANGLE SCANNING |
-
2015
- 2015-08-25 RU RU2015135970A patent/RU2608637C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997003367A1 (en) * | 1995-07-07 | 1997-01-30 | The Secretary Of State For Defence | Circuit module for a phased array radar |
US5943010A (en) * | 1997-01-21 | 1999-08-24 | Ail Systems, Inc. | Direct digital synthesizer driven phased array antenna |
RU2338307C1 (en) * | 2007-11-06 | 2008-11-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Active phased antenna array |
RU2451373C1 (en) * | 2010-09-10 | 2012-05-20 | Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" | Active phased array |
RU125397U1 (en) * | 2012-05-29 | 2013-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) | ACTIVE PHASED ANTENNA GRID WITH WIDE-ANGLE SCANNING |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2451373C1 (en) | Active phased array | |
US5726657A (en) | Phase coherent radar system using fast frequency agile waveform synthesis | |
EP2127066B1 (en) | Radar having a low noise frequency generator | |
EP2863239B1 (en) | FMCW radar with refined measurment using fixed frequencies | |
US6646587B2 (en) | Doppler radar apparatus | |
US8866668B2 (en) | Radar apparatus with different operation modes | |
EP2927706A1 (en) | Hybrid radar system combining FMCW radar and pulsed radar | |
EP0499706B1 (en) | A transmitting and receiving part of a pulse doppler radar | |
Lutz et al. | Target simulator concept for chirp modulated 77 GHz automotive radar sensors | |
KR101355537B1 (en) | System and method for wideband transmission and reception for ground moving target indicator and synthetic aperture radar | |
RU2600109C1 (en) | Monopulse radar of millimetre range | |
RU2661334C1 (en) | Tranceiver module of radio-technical signals | |
CN112051565A (en) | Radar system with multiple radar chips | |
RU2531562C2 (en) | Active phased antenna array | |
Almorox-Gonzalez et al. | Portable high resolution LFM-CW radar sensor in millimeter-wave band | |
RU2617457C1 (en) | Digital active phased array | |
RU2608637C1 (en) | Digital active phased antenna array | |
GB2134741A (en) | Radar apparatus | |
Almorox-Gonzalez et al. | Millimeter-wave sensor with FMICW capabilities for medium-range high-resolution radars | |
RU2803413C1 (en) | Method of pulse-doppler radiolocation and device with autodyne transmitter for its implementation | |
JP2750781B2 (en) | FM radar | |
RU2392704C1 (en) | Method of increasing broadbandness of transceiving module of phased antenna array using signal generation through direct digital synthesis, and embodiments thereof | |
KR101030746B1 (en) | A radar receiver and a method of detecting a target thereof | |
US5061933A (en) | Short-range radar system | |
CN210775831U (en) | Radar apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190826 |